CN112289752A - 一种倒装GaN功率器件封装结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种倒装GaN功率器件封装结构，包括陶瓷基板，陶瓷基板表面下沉有开槽，开槽的槽体形状呈倒“凹”型，开槽槽体底部和陶瓷基板背部覆有铜层，倒”凹”型槽体的上部中间涂覆有绝缘漆，绝缘漆层的长边两侧和正面铜层之间开有V槽，倒”凹”形槽体的下部和长边一侧正面铜层各点上焊锡膏，V槽外侧正面铜层上，远离绝缘漆的一侧通过焊锡膏倒装贴附有芯片，倒”凹”型槽体的下部通过焊锡膏和引线框架脚架焊接区进行焊接。保证芯片在倒扣的状态下安全焊接，对引线框架有定位作用，保证框架在焊接过程中不会出现滑移现象。

Description

一种倒装GaN功率器件封装结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及制造领域，具体是一种倒装GaN功率器件封装结构及其制备方法。
背景技术
现有常见的装片工艺是以焊锡膏为粘连剂，将芯片背面贴装于引线框架载片区。同时，为了达到芯片与器件管脚形成电气连接的效果，往往采取将芯片正面有源区与管脚之间进行金属丝键合或者铜片搭桥处理。此工艺方法已普遍使用且获得行业认可，具备可靠的操作性。然而键合丝（或铜桥）在整个电气回路中会产生杂散电感，高频器件对杂散电感尤为敏感，随着杂散电感的增大，开通损耗加大。杂散电感还可能导致振荡，由电流突变引起的振荡，可能导致由于过压限制而引起的器件使用受限。此外大功率GaN器件为了获取足够的过电流能力，一般采用多线并联的键合方式。键合线与芯片都包含杂散电感，各键合线之间还存在互感。若发生键合点故障脱落，器件的杂散电感值和杂散电阻值都会随之变大。考虑到元器件产品使用工况复杂，尤其是一些大功率器件被广泛用于风能发电，太阳能发电领域，这一类使用场景往往环境恶劣。功率器件需承受高低温环境的冲击以及高频率的开关速度，对于键合质量有着较高的要求。因此传统的金属丝键合或铜片搭桥的做法在一定程度上存有风险。
发明内容
为了解决降低由键合线带来的杂散电感问题，本发明公开了一种倒装GaN功率器件封装结构及其制备方法。
本发明的技术方案为：一种倒装GaN功率器件封装结构，包括陶瓷基板，陶瓷基板表面下沉有开槽，开槽的槽体形状呈倒“凹”型，开槽槽体底部和陶瓷基板背部分别覆有正面铜层和背面铜层，倒”凹”型槽体的上部中间涂覆有绝缘漆，绝缘漆层的长边两侧和正面铜层之间开有V槽，倒”凹”形槽体的下部和长边一侧正面铜层各点上焊锡膏，V槽外侧正面铜层上，远离绝缘漆的一侧通过焊锡膏倒装贴附有芯片，倒”凹”型槽体的下部通过焊锡膏和引线框架脚架焊接区进行焊接。
进一步地，芯片为GaN二极管,属于平行器件，有源区皆分布于芯片正面，阴极与阳极焊接区之间做钝化处理。
进一步地，芯片的金属焊接区对准焊锡膏区，钝化区对应铜层上涂刷的绝缘漆层。
一种倒装GaN功率器件封装结构的制备方法，包括下列步骤：
1）在陶瓷基板表面下沉开槽，槽体形状为倒”凹”型；
2）在开槽的槽底上铜层；
3）倒”凹”型槽体的上部中间涂覆绝缘漆，绝缘漆层的长边两侧和正面铜层之间开设V槽；
4）倒”凹”形槽体的下部和长边一侧正面铜层各点上焊锡膏；
5）装片时在V槽外侧正面铜层上，远离绝缘漆一侧，各点上焊锡膏，将芯片倒装贴附于铜层上，芯片的金属焊接区应对准焊锡膏区，芯片的钝化区对应铜层上所涂刷的绝缘漆层；
6）烧结时将上述步骤中的陶瓷覆铜片，引线框架以及芯片连同石墨底板放置于真空高温烧结炉中，在预设的气体浓度及温度下进行烧结。
对于GaN这一类高频器件，芯片倒扣焊接的方式可有效降低由键合丝带来的杂散电感的影响。同时因为GaN芯片正面发热较快，倒扣焊将芯片正面直接与铜材引线框架贴装，产生的热量可迅速传导。此外由于省略了键合的工序，可大幅提升生产效率。并且可避免键合点脱落故障带来的一系列可靠性问题。
本发明的有益之处：保证芯片在倒扣的状态下安全焊接，对引线框架有定位作用，保证框架在焊接过程中不会出现滑移现象。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的陶瓷基板的立体图结构示意图；
图3为本发明的陶瓷基板的主视图结构示意图；
图4为本发明侧视图的结构示意图；
图5为本发明的V槽放大图结构示意图；
图6为本发明的陶瓷基板焊锡膏区域的结构示意图；
图7为本发明引线框架的结构示意图；
图8为本发明芯片的结构示意图；
其中：1、陶瓷基板，2、绝缘漆，3、V槽，41、正面铜层，42、背面铜层，5、引线框架脚架焊接区，6、芯片，7、金属焊接区，8、钝化区，9、焊锡膏。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
如图1-8所示，一种倒装GaN功率器件封装结构，包括陶瓷基板1，陶瓷基板1为长方形外形，材料厚度为1mm，陶瓷基板1表面下沉有开槽，下沉深度0.3mm，开槽的槽体形状呈倒“凹”型，开槽槽体底部和陶瓷基板背部分别覆有正面铜层41和背面铜层42，铜层厚度为0.15mm，倒”凹”型槽体的上部中间涂覆有绝缘漆2，绝缘漆2厚度为0.015mm，绝缘漆层的长边两侧和正面铜层41之间开有V槽3，槽深0.1mm，倒”凹”形槽体下部和长边一侧铜层各点上焊锡膏9，用于焊接引线框架，开口处的凹槽具备一定深度，对引线框架具有定位作用，有效防止框架在烧结过程中出现滑移的现象， V槽3外侧正面铜层41上，远离绝缘漆的一侧通过焊锡膏9倒装贴附有芯片，倒”凹”型槽体的下部通过焊锡膏和引线框架脚架焊接区进行焊接。
芯片为GaN二极管,属于平行器件，有源区皆分布于芯片正面，阴极与阳极焊接区之间做钝化处理。
芯片的金属焊接区对准焊锡膏区，钝化区对应铜层上涂刷的绝缘漆层。
一种倒装GaN功率器件封装结构的制备方法，包括下列步骤：
1）在陶瓷基板表面下沉开槽，槽体形状为倒”凹”型；
2）在开槽的槽底上铜层；
3）倒”凹”型槽体的上部中间涂覆绝缘漆，绝缘漆层的长边两侧和正面铜层41之间开设V槽；
4）倒”凹”形槽体的下部和长边一侧正面铜层41各点上焊锡膏；
5）装片时在V槽外侧正面铜层上，远离绝缘漆一侧，各点上焊锡膏，将芯片倒装贴附于铜层上，芯片的金属焊接区应对准焊锡膏区，芯片的钝化区对应铜层上所涂刷的绝缘漆层；
6）烧结时将上述步骤中的陶瓷覆铜片，引线框架以及芯片连同石墨底板放置于真空高温烧结炉中，在预设的气体浓度及温度下进行烧结。
陶瓷基板下沉开槽，利用陶瓷覆铜片自身的槽体结构对芯片进行定位，改善烧结时芯片自由转角的现象，提升烧结质量。槽宽为芯片预留一定的让位空间，一方面是有利于装片时便于放入，另一方面是减少后续工步中材料接触带来的应力影响；除此以外，陶瓷基板开槽的结构有利于增加与塑封体的接触面，使其与塑封体之间形成一个相互咬合的结构，产品整体结构更加牢固；
在铜层预设区域涂覆绝缘漆，绝缘漆对于焊锡膏有拦截作用。烧结过程中焊锡膏自由流淌，如果没有绝缘漆拦截，余量的焊锡膏浸润到钝化区，会对产品带来短路的风险。涂刷一层绝缘漆一定程度上可以降低这种风险；
在绝缘漆区域两侧开V槽，V槽对焊锡膏有一定的吸收作用。考虑到绝缘漆厚度的局限性，在焊锡膏铺展开后，其厚度一定是大于绝缘漆厚度，芯片下存有空层，是极大的隐患。因此设计了V槽空间用来吸纳多余的焊锡膏，降低空洞的风险；
陶瓷覆铜片实现了两种定位功能，一是上文所述的对芯片的定位，二是对框架的定位。烧结时产品的定位主要靠石墨底板收敛，陶瓷基板对于框架的定位起辅助作用。引线框架焊接区与槽体中的铜层经焊锡膏粘连为一体，同时整块覆铜区域作为导体，大大提升通流能力。完全做到无引线键合，可降低杂散电感对器件的影响。

Claims (4)

1.一种倒装GaN功率器件封装结构，包括陶瓷基板，其特征在于：所述陶瓷基板表面下沉有开槽，所述开槽的槽体形状呈倒“凹”型，所述开槽槽体底部和陶瓷基板背部分别覆有正面铜层和背面铜层，所述倒”凹”型槽体的上部中间涂覆有绝缘漆，所述绝缘漆层的长边两侧和正面铜层之间开有V槽，所述倒”凹”形槽体的下部和长边一侧正面铜层各点上焊锡膏，所述V槽外侧正面铜层上，远离绝缘漆的一侧通过焊锡膏倒装贴附有芯片，所述倒”凹”型槽体的下部通过焊锡膏和引线框架脚架焊接区进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种倒装GaN功率器件封装结构，其特征在于：所述芯片为GaN二极管，属于平行器件，有源区皆分布于芯片正面，阴极与阳极焊接区之间做钝化处理。
3.根据权利要求1和2所述的一种倒装GaN功率器件封装结构，其特征在于：所述芯片的金属焊接区对准焊锡膏区，钝化区对应铜层上涂刷的绝缘漆层。
4.根据权利要求1所述的一种倒装GaN功率器件封装结构的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
1）在陶瓷基板表面下沉开槽，槽体形状为倒”凹”型；
2）在开槽的槽底上铜层；
3）倒”凹”型槽体的上部中间涂覆绝缘漆，绝缘漆层的长边两侧和正面铜层之间开设V槽；
4）倒”凹”形槽体的下部和长边一侧正面铜层各点上焊锡膏；
5）装片时在V槽外侧正面铜层上，远离绝缘漆一侧，各点上焊锡膏，将芯片倒装贴附于铜层上，芯片的金属焊接区应对准焊锡膏区，芯片的钝化区对应铜层上所涂刷的绝缘漆层；
6）烧结时将上述步骤中的陶瓷覆铜片，引线框架以及芯片连同石墨底板放置于真空高温烧结炉中，在预设的气体浓度及温度下进行烧结。
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