CN110993516A - 自钳位igbt器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自钳位IGBT器件及其制造方法，所述制造方法包括：在IGBT芯片上制作第一打线窗口；在第一芯片上制作第二打线窗口和第三打线窗口；将所述第一芯片叠放在所述IGBT芯片表面；将所述第一打线窗口和所述第二打线窗口进行打线连接，并将所述第三打线窗口和所述IGBT芯片的栅极进行打线连接。本发明在不需要调整IGBT芯片及晶体管(如二极管)的设计规则及工艺的条件下，大大地降低了制造工艺难度，降低了器件的设计要求，提高了IGBT芯片和晶体管芯片结构设计及加工自由度，且在实现自钳位保护功能的同时也保证了IGBT有源区面积不损失；另外，制造流程具有一定的通用性，另外也简化了制造流程。

Description

自钳位IGBT器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种自钳位IGBT器件及其制造方法。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极晶体管)具有低开关损耗、简单的门极控制、优良的开关可控性等优点，广泛应用在家电变频控制、工业控制、机车传动、电力电子装置以及新能源电网接入中。
自钳位IGBT器件被广泛应用在很多需要自钳位能力领域，如汽车的点火系统中。但是，现有的生产具有自钳位能力的IGBT器件普遍存在工艺流程复杂、生产难度较大、成本较高、对器件设计要求较高、器件导通的有源区面积较小等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中自钳位能力的IGBT器件存在工艺流程复杂、生产难度较大、成本较高、对器件设计要求较高、器件导通的有源区面积较小的缺陷，提供一种自钳位IGBT器件及其制造方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种自钳位IGBT器件的制造方法，所述制造方法包括：
在IGBT芯片上制作第一打线窗口；
其中，所述第一打线窗口与所述IGBT芯片的集电极连接；
在第一芯片上制作第二打线窗口和第三打线窗口；
其中，所述第一芯片上设有N个具有钳位保护功能的晶体管，N≥2且取整数；
在封装时，将所述第一芯片叠放在所述IGBT芯片表面；
将所述第一打线窗口和所述第二打线窗口进行打线连接，并将所述第三打线窗口和所述IGBT芯片的栅极进行打线连接。
较佳地，所述晶体管包括二极管、三极管、场效应管或晶闸管。
较佳地，当所述晶体管包括二极管时，N个所述二极管串联连接；
其中，串联连接的第一个所述二极管的阴极与所述第二打线窗口连接，最后一个所述二极管的阴极与所述第三打线窗口连接。
较佳地，所述将所述晶体管叠放在所述IGBT芯片表面的步骤之后还包括：
将所述第一芯片和所述IGBT芯片进行黏合固定；
其中，所述第一芯片和所述IGBT芯片之间相互绝缘。
较佳地，所述第一芯片与所述IGBT芯片的栅极均位于所述IGBT芯片的同一侧。
较佳地，当所述IGBT芯片的栅极位于所述IGBT芯片的一侧中间位置，所述第一芯片叠放在所述IGBT芯片的一侧的任意一端位置；
其中，所述第一打线窗口位于距离所述第一芯片的设定范围内。
较佳地，所述制造方法还包括：
采用钝化处理将所述第一芯片和所述栅极与所述IGBT芯片的有源区进行隔离。
较佳地，所述将所述第一芯片和所述IGBT芯片进行黏合固定的步骤之后还包括：
对黏合固定后的所述第一芯片和所述IGBT芯片依次进行塑封、固化、电镀、切筋的工艺操作。
本发明还提供一种自钳位IGBT器件，所述自钳位IGBT器件采用上述的自钳位IGBT器件的制造方法得到。
本发明的积极进步效果在于：
本发明中，将IGBT芯片和晶体管芯片分开独立装片，通过在IGBT芯片和晶体管芯片分别开设对应的打线窗口，然后将晶体管芯片叠放在IGBT芯片表面进行黏合固定、打线、塑封、固化、电镀、切筋等工作操作制造自钳位IGBT器件，即在不需要调整IGBT芯片及晶体管(如二极管)的设计规则及工艺的条件下，大大地降低了现有的自钳位IGBT器件的制造工艺难度，降低了器件的设计要求，可分别自定义优化IGBT芯片和晶体管特性，提高了IGBT芯片和晶体管芯片结构设计及加工自由度，且在实现自钳位保护功能的同时也保证了IGBT有源区面积不损失；另外，该制造方法适用于多种晶体管如二极管、三极管、场效应管、晶闸管构成的IGBT器件，制造流程具有一定的通用性，另外也简化了制造流程。
附图说明
图1为本发明实施例1的自钳位IGBT器件的制造方法的流程图。
图2为本发明实施例2的自钳位IGBT器件的第一结构示意图。
图3为本发明实施例2的自钳位IGBT器件的第二结构示意图。
图4为本发明实施例2的自钳位IGBT器件对应的电路示意图。
图5为本发明实施例2中汽车的点火系统的电路示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例的自钳位IGBT器件的制造方法包括：
S101、在IGBT芯片上制作第一打线窗口；
其中，第一打线窗口与IGBT芯片的集电极连接；
S102、在第一芯片上制作第二打线窗口和第三打线窗口；
其中，第一芯片上设有N个具有钳位保护功能的晶体管，N≥2且取整数；
晶体管包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等。
当晶体管包括二极管时，N个二极管串联连接。
其中，串联连接的第一个二极管的阴极与第二打线窗口连接，最后一个二极管的阴极与第三打线窗口连接。
本实施例中可选择多晶平面工艺的二极管，也可以设计垂直结构的二极管，通过正面电极引出设计把二极管阴极和阳极都做在芯片表面。
S103、在封装时，将第一芯片叠放在IGBT芯片表面；
S104、将第一芯片和IGBT芯片进行黏合固定；
其中，第一芯片和IGBT芯片之间相互绝缘。
另外，采用钝化处理将第一芯片和栅极与IGBT芯片中的有源区进行隔离。
S105、将第一打线窗口和第二打线窗口进行打线连接，并将第三打线窗口和IGBT芯片的栅极进行打线连接。
具体地，第一芯片与IGBT芯片的栅极均位于IGBT芯片的同一侧。
当IGBT芯片的栅极位于IGBT芯片的一侧中间位置，第一芯片叠放在IGBT芯片的一侧的任意一端位置；
其中，第一打线窗口位于距离第一芯片的设定范围内。
S106、对黏合固定后的第一芯片和IGBT芯片依次进行塑封、固化、电镀、切筋的工艺操作，进而对其进行进一步地成品测试操作。
本实施例中，将IGBT芯片和晶体管芯片分开独立装片，通过在IGBT芯片和晶体管芯片分别开设对应的打线窗口，然后将晶体管芯片叠放在IGBT芯片表面进行黏合固定、打线、塑封、固化、电镀、切筋等工作操作制造自钳位IGBT器件，大大地降低了现有的自钳位IGBT器件的制造工艺难度，可分别自定义优化IGBT芯片和晶体管特性，提高了IGBT芯片和晶体管芯片结构设计及加工自由度，在实现自钳位保护功能的同时也保证了IGBT有源区面积不损失；另外，该制造方法适用于多种晶体管如二极管、三极管、场效应管、晶闸管构成的IGBT器件，制造流程具有一定的通用性且简化了制造流程。
实施例2
本实施例的自钳位IGBT器件采用实施例1的自钳位IGBT器件的制造方法得到。
当第一芯片上设有两个二极管时，如图2和3所示，A表示IGBT芯片，G表示栅极，P表示第一芯片，C1表示第一打线窗口，C2表示第二打线窗口，C3表示第三打线窗口，L1表示第一连接线，L2表示第二连接线。
其中，第一打线窗口C1与IGBT芯片的集电极连接，第二打线窗口C2与一个二极管的阴极连接，第三打线窗口C3与另一个二极管的阴极连接，两个二极管之间串联。
栅极G位于IGBT芯片的左侧中间位置，优选地，第一芯片P叠放在IGBT芯片的表面且位于IGBT芯片的左侧的一端(拐角位置)，此时通过第一连接线将第一打线窗口C1和第二打线窗口C2连接，通过第二连接线将第三打线窗口C3和IGBT芯片的栅极连接。
如图4所示，为本实施例的自钳位IGBT器件对应的电路结构。其中，Q为IGBT芯片中的IGBT管，Rg表示二极管，ESD表示静电保护器件，R1和R2表示两个电阻，G表示IGBT管的栅极，C表示IGBT管的集电极，E表示IGBT管的发射极。
对于具有自钳位能力的IGBT器件可以应用在很多领域，如应用在汽车的点火系统中。
如图5所示，汽车的点火系统包括电池P1、初级线圈l1、次级线圈l2、火花塞F、IGBT器件、IGBT驱动电路和电子控制模块(即行车电脑)。
当初级线圈l1中的电流发生变化时，初级线圈l1两端的电压为l1*di/dt，再通过1:N的变压器在次级线圈l2中产生几十千伏的高压，该高压使火花塞F的顶端间隙发生空气击穿，产生火花点燃混合物进行安全点火。当火花塞F发生点火失败时，初级线圈存储的雪崩能量会通过IGBT器件泄放，同时由于次级线圈中的次级能量也会全部反射回IGBT器件中，通常为了保护IGBT器件，会对IGBT的CE间(源极集电极)耐压进行钳位，同时使钳位二极管的漏电通过Rg对IGBT栅极充电，产生的栅电压使IGBT开启，让能量均匀流过整个开通的有源区内，提高器件安全性。
本实施例中，自钳位IGBT器件对应的制造过程大大地降低了现有的自钳位IGBT器件的制造工艺难度，可分别自定义优化IGBT芯片和晶体管特性，提高了IGBT芯片和晶体管芯片结构设计及加工自由度，在实现自钳位保护功能的同时也保证了IGBT有源区面积不损失。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
在IGBT芯片上制作第一打线窗口；
其中，所述第一打线窗口与所述IGBT芯片的集电极连接；
在第一芯片上制作第二打线窗口和第三打线窗口；
其中，所述第一芯片上设有N个具有钳位保护功能的晶体管，N≥2且取整数；
在封装时，将所述第一芯片叠放在所述IGBT芯片表面；
将所述第一打线窗口和所述第二打线窗口进行打线连接，并将所述第三打线窗口和所述IGBT芯片的栅极进行打线连接。
2.如权利要求1所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述晶体管包括二极管、三极管、场效应管或晶闸管。
3.如权利要求1或2所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，当所述晶体管包括二极管时，N个所述二极管串联连接；
其中，串联连接的第一个所述二极管的阴极与所述第二打线窗口连接，最后一个所述二极管的阴极与所述第三打线窗口连接。
4.如权利要求1所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述将所述晶体管叠放在所述IGBT芯片表面的步骤之后还包括：
将所述第一芯片和所述IGBT芯片进行黏合固定；
其中，所述第一芯片和所述IGBT芯片之间相互绝缘。
5.如权利要求1所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述第一芯片与所述IGBT芯片的栅极均位于所述IGBT芯片的同一侧。
6.如权利要求5所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，当所述IGBT芯片的栅极位于所述IGBT芯片的一侧中间位置，所述第一芯片叠放在所述IGBT芯片的一侧的任意一端位置；
其中，所述第一打线窗口位于距离所述第一芯片的设定范围内。
7.如权利要求1所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：
采用钝化处理将所述第一芯片和所述栅极与所述IGBT芯片的有源区进行隔离。
8.如权利要求4所述的自钳位IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述将所述第一芯片和所述IGBT芯片进行黏合固定的步骤之后还包括：
对黏合固定后的所述第一芯片和所述IGBT芯片依次进行塑封、固化、电镀、切筋的工艺操作。
9.一种自钳位IGBT器件，其特征在于，所述自钳位IGBT器件采用权利要求1至8中任意一项所述的自钳位IGBT器件的制造方法得到。
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