[發(fā)明專利]一種改善SiC功率器件封裝熱均勻性的封裝結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011628481.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112670254A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何少偉;馬敏輝;宋召海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華芯威半導(dǎo)體科技（北京）有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L23/373
• 分類號(hào): H01L23/373;H01L23/492;H01L25/11;H01L25/18
• 代理公司: 北京邦創(chuàng)至誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11717
• 代理人: 張宇鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種改善SiC功率器件封裝熱均勻性的封裝結(jié)構(gòu)，包括SiC芯片一、SiC芯片二、DBC上銅層一、DBC上銅層二、DBC上銅層三、DBC陶瓷層、DBC下銅層以及基板；所述DBC上銅層一、DBC上銅層二、DBC上銅層三以及所述DBC下銅層的表面均刻蝕鏤空結(jié)構(gòu)焊料層；所述SiC芯片一的上表面通過(guò)鍵合鋁包銅帶與所述DBC上銅層二上的所述鏤空結(jié)構(gòu)焊料層相連；所述SiC芯片二的上表面通過(guò)鍵合鋁包銅帶與所述DBC上銅層三上的所述鏤空結(jié)構(gòu)焊料層相連。本申請(qǐng)的封裝結(jié)構(gòu)散熱均勻、可靠性高，鍵合鋁包銅帶導(dǎo)電性能好、寄生電感小，可以有效加固鍵合線的連接，提高SiC功率器件的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子器件散熱和封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種改善SiC功率器件封裝熱均勻性的封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

SiC是目前發(fā)展極為成熟的新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，可用于制作大功率電子器件，例如SiC MOSFET、SiC JFET、SiC IGBT等等。相比Si功率器件，SiC功率器件有著導(dǎo)通電阻低、開(kāi)關(guān)頻率高、耐高溫高壓等優(yōu)勢(shì)，在高頻高壓領(lǐng)域具有重大應(yīng)用前景與產(chǎn)業(yè)價(jià)值。覆銅陶瓷基板DBC在陶瓷層上下面直接鍵合銅層，完美結(jié)合了陶瓷與無(wú)氧銅兩者的優(yōu)良性能。銅線與鋁線是常用的鍵合線，鋁線結(jié)合性良好但載流能力低，銅線導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)于鋁線但需對(duì)金屬表面預(yù)處理，工藝更為復(fù)雜。鋁包銅帶作為一種新型鍵合線，兼具鋁和銅雙重優(yōu)勢(shì)，且相比線狀，帶狀的載流能力與散熱效果更優(yōu)。

傳統(tǒng)SiC功率器件封裝技術(shù)是將SiC芯片下表面焊接在DBC上銅層處，利用鍵合鋁線將SiC芯片上表面與其余獨(dú)立的上銅層相連，DBC下銅層焊接在基板上，基板直接與外殼相連進(jìn)行散熱，不同層間通過(guò)焊料層連接。

但是這種結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn):一、在芯片工作產(chǎn)生的熱應(yīng)力反復(fù)沖擊下，鍵合點(diǎn)易老化導(dǎo)致鍵合鋁線脫落，器件可靠性差；二、芯片與DBC上銅層間的焊料層會(huì)存在空洞、裂紋且難以做到均勻平鋪，使得SiC芯片下表面散熱不均勻，結(jié)溫過(guò)高易致使SiC功率器件故障；三、下銅層與基板間焊料層不均勻，器件整體搭建易傾斜。

公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改善SiC功率器件封裝熱均勻性的封裝結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種改善SiC功率器件封裝熱均勻性的封裝結(jié)構(gòu)，包括SiC芯片一、SiC芯片二、DBC上銅層一、DBC上銅層二、DBC上銅層三、DBC陶瓷層、DBC下銅層以及基板；所述DBC上銅層一、DBC上銅層二、DBC上銅層三以及所述DBC下銅層的表面均刻蝕鏤空結(jié)構(gòu)焊料層；

所述SiC芯片一的上表面通過(guò)鍵合鋁包銅帶與所述DBC上銅層二上的所述鏤空結(jié)構(gòu)焊料層相連；所述SiC芯片二的上表面通過(guò)鍵合鋁包銅帶與所述DBC上銅層三上的所述鏤空結(jié)構(gòu)焊料層相連；SiC芯片一的下表面通過(guò)鏤空結(jié)構(gòu)焊料層焊接在所述DBC上銅層一上，SiC芯片二的下表面通過(guò)鏤空結(jié)構(gòu)焊料層焊接在DBC上銅層二上，所述DBC下銅層通過(guò)鏤空結(jié)構(gòu)焊料層焊接在基板上。

作為一種進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述DBC上銅層一的蝕鏤空結(jié)構(gòu)外圍矩形尺寸與所述SiC芯片一的外圍尺寸相同，所述DBC上銅層二的蝕鏤空結(jié)構(gòu)外圍矩形尺寸與所述SiC芯片二加鍵合鋁包銅帶焊接面輪廓總的外圍尺寸相同，所述DBC上銅層三的蝕鏤空結(jié)構(gòu)外圍矩形尺寸與鍵合鋁包銅帶焊接面輪廓尺寸相同。

作為一種進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述鏤空結(jié)構(gòu)焊料層整體刻蝕為矩形深槽，深槽內(nèi)壁與被蝕刻體的表面垂直；且深槽內(nèi)保留等距等高的銅柱若干。

作為一種進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述銅柱為圓柱、正四棱柱或頂面矩形長(zhǎng)大于寬的線型直四棱柱。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：