[发明专利]一种用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层及其制作方法

说明书

本发明公开了一种用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层制作方法，包括以下步骤：S01，制作预成型平面型铜片或者铜排，其宽度小于芯片正面金属Pad宽度；S02，将铜片或者铜排表面通过印刷工艺将烧结银浆印刷在表面形成一层银膜；S03，将印刷后的铜片或者铜排在烘箱中固化，形成铜片银膜复合材料。本发明还提供的一种用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层，由上述用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层制作方法制作得到。本发明提供的一种用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层及其制作方法，利于实现批量化生产，用于高结温功率模块芯片正面键合，实现在400摄氏度以上的高结温芯片的应用环境中。

技术领域

本发明涉及一种用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层及其制作方法，属于功率半导体器件封装技术领域。

背景技术

功率模块可耐受高压并提供大电流，且控制方便，是实现电机控制、电源逆变的重要功率器件。功率芯片是用焊料(锡膏或者焊片)，烧结银焊接在覆铜陶瓷板(DBC)上，芯片正面则是由铝线键合导通电流。在实际使用中，特别是高结温(大于等于300摄氏度)的碳化硅(SiC)芯片和氮化镓(GaN)芯片，需要耐高温弹性模量高的芯片正面键合连接材料；由于IGBT工作频率较高，开通过程中芯片键合层温度在不断变化，芯片结温越高，对键合材料可靠性要求越高。对于高结温工作环境，普通键合铝线会脱落断开，会导致个别芯片过早失效，影响模块的长期可靠性。

传统的功率芯片主流键合材料是铝键合丝，纯铝熔点为660摄氏度，线径为8～20mil不等，但是键合在芯片上导通电流的线径主要以15mil(375um)为主；铝线通过超声键合设备通过超声振动摩擦等过程连接在芯片正面，用于连接导通电流；但是单根15mil铝线电流承载能力在10A左右，弧线越长其承载能力越低。另外，芯片正面铜线键合是较为理想的可以替代铝线键合的材料，但是铜线硬度是铝线的2倍以上，键合在传统的芯片正面的Al、Ag金属化层，极易损坏芯片；有研究表明可通过在芯片表面进行铜金属化实现铜线键合，但是形成能够有效键合的铜金属化层，耗时较长，成本极高，目前还不适合产业化；也有研究机构发明DTS技术方案，通过在芯片正面利用烧结银工艺连接一定厚度的铜薄，可以代替制作铜金属化层用于铜线键合，目前可实现产业化，但是设备，材料成本较高；也有研究机构采用Sn基焊料在芯片正面连接较厚的铜端子，或者DBC形成芯片正面电流的有效连接，但是Sn基焊料适用于普通芯片，工艺实现过程较为复杂。

铝线键合的单根铝线电流承载能力在10A左右，弧线越长其承载能力越低，在器件短路时，键合线无法承受大电流而熔断导致短路在高压环境中容易引发模块爆炸。另外，芯片正面铜线键合是较为理想的可以替代铝线键合的材料，但是铜线硬度是铝线的2倍以上，键合在传统的芯片正面的Al、Ag金属化层，极易损坏芯片；有研究表明可通过在芯片表面进行铜金属化实现铜线键合，但是形成能够有效键合的铜金属化层，耗时较长，成本极高，目前还不适合产业化；也有研究机构发明DTS技术方案，通过在芯片正面利用烧结银工艺连接一定厚度的铜薄，可以代替制作铜金属化层用于铜线键合，目前可实现产业化，但是设备，材料成本较高；也有研究机构采用Sn基焊料在芯片正面连接较厚的铜端子，或者DBC形成芯片正面电流的有效连接，但是Sn基焊料适用于普通芯片，工艺实现过程较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够实现批量化生产，用于高结温功率模块芯片正面键合，实现在400摄氏度以上的高结温芯片的应用环境中的用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层及其制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于高结温功率模块芯片正面连接的封装材料结构层制作方法，包括以下步骤：

S01，制作预成型平面型铜片或者铜排，其宽度小于芯片正面金属Pad宽度；

S02，将铜片或者铜排表面通过印刷工艺将烧结银浆印刷在表面形成一层银膜；