CN205542755U - 一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，包括共晶硅芯片、粘附层、过渡层、焊接层、焊料和焊接铜框架，所述粘附层通过磁控溅射法溅射在共晶硅芯片的背面上，所述焊接层通过电子束蒸发工艺镀膜在过渡层上，所述焊料设置在焊接层与焊接铜框架之间。本实用新型为避免粘附层和焊接层这两种金属之间出现相互扩散现象，需要在这两中金属薄膜之间加入金属薄膜作为过渡金层，过渡金层可以减少这两层金属薄膜间产生的热应力，热稳定性好，导热和导电性能要好，而且当粘附层和焊接层之间附着力较弱的情况下，选择适当的过渡金属薄膜，同时能够可以提高粘附层和焊接层薄膜间的附着力。

Description

一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构。

背景技术

伴随着科学技术的进步，电路设计者对于大功率晶体管器件的性能和参数要求越来越苛刻，这样对于在现有工艺技术上制备的大功率晶体管器件的可靠性提出了更高的要求。 综合分析影响功率晶体管器件可靠性的主要是所制备金属薄膜的附着性以及器件结构的热不匹配所产生的应力。这些因素和芯片背面金属化工艺、芯片热处理工艺、封装焊料以及封装框架等有关，其中以背面金属化工艺作为最关键因素。高质量的背面金属化工艺技术，可以显著的改善功率晶体管器件的电学性能和热学性质，尤其对于大功率晶体管器件的热疲劳寿命和可靠性稳定性的提高，具有特别重要的意义。

目前国内外的中小功率晶体管器件的背面金属薄膜工艺普遍采用的是蒸金这种工艺技术，该工艺需要使用价格昂贵的金属材料-金，导致生产成本过高。但在大功率晶体管器件的生产工艺中，硅基片的背面金属化工艺初始一直是延用化学镀镍制备的单层电极工艺技术。在制备镍金属层时，硅基片背面与金属镍层未经过高温烧结热处理工艺，因而金属没有与硅形成良好的欧姆接触。而且由于化学镀镍金属层的自身缺陷，在热循环应力的作用下，很容易导致背面金属的热疲劳失效，功率器件可靠性和稳定性变差，并失去金属电极作用。所以必须寻找一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，来解决目前对大功率晶体管器件可靠性和稳定性的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，包括共晶硅芯片、粘附层、过渡层、焊接层、焊料和焊接铜框架，所述粘附层通过磁控溅射法溅射在共晶硅芯片的背面上，所述过渡层设置在粘附层与焊接层之间，所述焊接层通过电子束蒸发工艺镀膜在过渡层上，所述焊料设置在焊接层与焊接铜框架之间。

优选的，所述粘附层是采用溅射的方式镀上Cr 和Ti贵金属层。

优选的，所述焊接层是由Ag制成的焊接层。

本实用新型的技术效果和优点：该一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，粘附层金属材料主要特性是要具有与Si或SiO2浸润性好，浸润性好的不同材料之间，其接触界面处可以容易形成较强的附着力，热膨胀系数与Si接近、粘附力强，要与Si的欧姆接触电阻小的特点，能够与Si形成良好的金属硅化物，经过多次热循环过程也不会导致硅与金属层的脱落现象；焊接层是共晶硅芯片最外层金属薄膜，该层通过焊料5使得共晶硅芯片与焊接铜框架焊接一起，所以要求该层金属薄膜特性要具有不易氧化、性能稳定、导电性及导热性能良好、与银浆焊料有亲和性，经过封装焊接后在焊接面不易出现空洞等缺陷，而且用于该金属层的金属材料要有很好的延展性，使得产生的应力能够更容易通过该层被缓冲释放；本实用新型为避免粘附层和焊接层这两种金属之间出现相互扩散现象，需要在这两中金属薄膜之间加入另外一种金属薄膜作为过渡金属，选择金属材料时要考虑与选用的粘附层和焊接层金属之间的热膨胀系数匹配，可以减少这两层金属薄膜间产生的热应力，热稳定性好，导热和导电性能要好，能很好的起到阻挡扩散作用，而且当粘附层和焊接层之间附着力较弱的情况下，选择适当的过渡金属薄膜，同时能够可以提高粘附层和焊接层薄膜间的附着力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1共晶硅芯片、2粘附层、3过渡层、4焊接层、5焊料、6焊接铜框架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了如图1所示的一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，包括共晶硅芯片1、粘附层2、过渡层3、焊接层4、焊料5和焊接铜框架6，所述粘附层2通过磁控溅射法溅射在共晶硅芯片1的背面上，所述粘附层2是采用溅射的方式镀上Cr 和Ti贵金属层，粘附层2的金属材料主要特性是要具有与 Si 或 SiO2浸润性好，浸润性好的不同材料之间，其接触界面处可以容易形成较强的附着力，热膨胀系数与Si接近、粘附力强，要与Si的欧姆接触电阻小的特点，能够与Si 形成良好的金属硅化物，经过多次热循环过程也不会导致硅与金属层的脱落现象；所述过渡层3设置在粘附层2与焊接层4之间，所述焊接层4通过电子束蒸发工艺镀膜在过渡层3上，所述焊接层4是由Ag制成的焊接层，所述焊料5设置在焊接层4与焊接铜框架6之间，焊接层4是共晶硅芯片1最外层金属薄膜，该层通过焊料5使得共晶硅芯片1与焊接铜框架6焊接一起，所以要求该层金属薄膜特性要具有不易氧化、性能稳定、导电性及导热性能良好、与银浆焊料有亲和性，经过封装焊接后在焊接面不易出现空洞等缺陷，而且用于该金属层的金属材料要有很好的延展性，使得产生的应力能够更容易通过该层被缓冲释放；本实用新型为避免粘附层2和焊接层4这两种金属之间出现相互扩散现象，需要在这两中金属薄膜之间加入另外一种金属薄膜作为过渡层3，选择金属材料时要考虑与选用的粘附层1和焊接层4金属之间的热膨胀系数匹配，可以减少这两层金属薄膜间产生的热应力，热稳定性好，导热和导电性能要好，能很好的起到阻挡扩散作用，而且当粘附层2和焊接层4之间附着力较弱的情况下，选择适当的过渡金属薄膜，同时能够可以提高粘附层2和焊接层4薄膜间的附着力。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，包括共晶硅芯片（1）、粘附层（2）、过渡层（3）、焊接层（4）、焊料（5）和焊接铜框架（6），其特征在于：所述粘附层（2）通过磁控溅射法溅射在共晶硅芯片（1）的背面上，所述过渡层（3）设置在粘附层（2）与焊接层（4）之间，所述焊接层（4）通过电子束蒸发工艺镀膜在过渡层（3）上，所述焊料（5）设置在焊接层（4）与焊接铜框架（6）之间。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，其特征在于：所述粘附层（2）是采用溅射的方式镀上Cr 和Ti贵金属层。

3.根据权利要求1所述的一种高可靠功率器件共晶硅背面金属化结构，其特征在于：所述焊接层（4）是由Ag制成的焊接层。