[發(fā)明專利]基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結(jié)構(gòu)及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710480698.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107393882B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊英坤;李俊燾;代剛;張龍;肖承全;張林;徐星亮;向安;周陽(yáng);古云飛;崔瀠心;銀杉;李志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/31
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/31;H01L23/367;H01L23/48;H01L21/56;H01L29/861
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三層DBC基板的碳化硅功率器件封裝結(jié)構(gòu)及制造方法，該封裝結(jié)構(gòu)包含三層圖形化的DBC基板形成上中下結(jié)構(gòu)，兩層納米銀焊膏，縱向碳化硅功率芯片及耐高溫填料；通過(guò)DBC基板的圖形化及納米銀焊膏的連接實(shí)現(xiàn)芯片電極無(wú)引線引出，增加了互連面積，縮短了連接距離，減小了附加電阻及電感，且引出電極在不同平面，DBC圖形設(shè)計(jì)使得中間層的厚度不影響絕緣性能；同時(shí)，本封裝結(jié)構(gòu)的中間層作為散熱通道，可將上層DBC的熱量傳導(dǎo)到下層DBC，增加了散熱渠道，不增加散熱板的情況下，芯片產(chǎn)生的熱量也可通過(guò)上下兩面散失；與其他封裝形式相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原材料充足，可操作性強(qiáng)，且具有較普遍的適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于電子器件的性能要求不斷增加，器件功率以及器件功率密度的提升成為必然趨勢(shì)，隨著第三代半導(dǎo)體材料在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的不斷研究，隨之而來(lái)的便是功率器件的封裝問(wèn)題。對(duì)于碳化硅器件而言，由于碳化硅材料自身的優(yōu)越性，具有擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好且載流子飽和漂移速度高等優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的器件有著耐高溫，其最高工作溫度可達(dá)600℃，且高溫環(huán)境下穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。目前，高溫高壓條件下的封裝還很缺乏，普通塑封的工作溫度一般不超過(guò)180℃，普通的塑料封裝已不能完全能發(fā)揮碳化硅功率器件的優(yōu)越性，封裝便成了限制碳化硅功率器件普及的一個(gè)重要因素。

根據(jù)現(xiàn)有的對(duì)于高溫封裝的研究調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高溫封裝材料的選擇一般金屬或陶瓷，由于可用的金屬材料的價(jià)格昂貴且制作困難，暫時(shí)不作為研究重點(diǎn)，近年來(lái)由于陶瓷材料工藝的不斷發(fā)展，其制作形式更加靈活，且成本不斷下降，又由于陶瓷材料本身的優(yōu)良特性，其便成為了作為高溫封裝材料的不二選擇。因此，陶瓷材料的高溫封裝的研究兼具了可行性及重要性。

器件封裝的實(shí)現(xiàn)不僅有封裝材料的選擇，更離不開(kāi)封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及封裝工藝的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于高溫器件的封裝，由于封裝技術(shù)及封裝材料靈活性的限制，多數(shù)采用引線鍵合實(shí)現(xiàn)電極與基板的互連，不僅增加了封裝尺寸及附加電阻，同時(shí)還降低了封裝可靠性，并且隨著功率器件的發(fā)展封裝的散熱也將逐步被重視，目前的單個(gè)方向的散熱限制了封裝溫度的進(jìn)一步提升，現(xiàn)多數(shù)模塊采用以直接覆銅基板為基底，通過(guò)引線鍵合與外接端子實(shí)現(xiàn)互連，雖然一定程度上增加了散熱途徑，提升了可靠性，但由于引線的存在必然帶來(lái)較大的附加電感及電阻，且單面的散熱也限制了封裝散熱能力的進(jìn)一步提升，較大的寄生參數(shù)以及過(guò)高的芯片結(jié)溫會(huì)帶來(lái)一系列的可靠性問(wèn)題，因此有必要進(jìn)行封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下封裝，改進(jìn)并簡(jiǎn)化封裝工藝，而提出基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，該碳化硅功率器件的封裝方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)引線互連、多渠道散熱的封裝，可降低附加電阻及電感，增強(qiáng)器件可靠性及穩(wěn)定性，增加器件工作壽命，同時(shí)降低成本，簡(jiǎn)化封裝工藝。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結(jié)構(gòu)，包括三層圖形化的DBC基板和封裝在DBC基板之間的碳化硅功率芯片，所述三層圖形化的DBC基板包括頂層DBC基板、底層DBC基板和中間層DBC基板，其特征在于：

所述頂層DBC基板從上至下包括頂層DBC基板上銅層、頂層DBC基板陶瓷層和頂層DBC基板下銅層；所述底層DBC基板從上至下包括底層DBC基板上銅層、底層DBC基板陶瓷層和底層DBC基板下銅層；所述頂層DBC基板下銅層、底層DBC基板上銅層均為圖形化銅層；

所述中間層DBC基板從上至下包括中間層DBC基板上銅層、中間層DBC基板陶瓷層和中間層DBC基板下銅層；所述中間層DBC基板上銅層、中間層DBC基板下銅層均為圖形化銅層；

所述底層DBC基板上銅層的圖形化設(shè)計(jì)包括至少間隔開(kāi)的兩部分，一部分為芯片貼裝區(qū)域，該部分芯片貼裝區(qū)域上設(shè)置有芯片背面電極和芯片背面電極連接端，其他部分為中間層DBC基板的貼裝區(qū)域；