[发明专利]一种5G通信专用GaN微波功率器件及其封装工艺

说明书

本发明公开一种5G通信专用GaN微波功率器件及其封装工艺，包括壳体、金属热沉、GaN微波功率芯片、电容、电极支架和管帽，GaN微波功率芯片包括SiC衬底，SiC衬底上生长GaN HEMT外延结构，GaN HEMT外延结构包括氮化铝层、非掺杂GaN层、铝镓氮层多层结构，GaN HEMT外延结构上通过蒸发和剥离形成栅极，栅极两侧设置有源极和漏极，源极和漏极与GaN HEMT外延结构形成欧姆接触，源极、漏极、栅极之外的GaN HEMT外延结构上淀积SiN薄膜。本发明具有禁带宽度大，耐压能力高和电子饱和速度高等优势，对5G基站的性能有全面的提升，在微波通信方面的应用具有很大前景。

技术领域

本发明涉及半导体制造封装领域，尤其是一种5G通信专用GaN微波功率器件及其封装工艺。

背景技术

我国确立了2020年实现5G移动通信基站的规划，因此很有必要开展针对新一代移动通信系统应用的GaN射频功率器件的研究，以抢占市场及技术指标的制高点，跟上国际主流产品的研发步伐，加速我国在GaN射频功率器件领域的研究发展，实现具有自主知识产权的基于SiC衬底的GaN HEMT器件及射频功率放大器器件，并应用于4G及5G基站。

由于GaN材料拥有比GaAs和Si更高的击穿电场和更高的工作电压，所以GaN器件的功率密度比砷化镓器件高十倍，由于GaN器件的功率密度较高，因此器件尺寸的更小。GaN材料拥有比GaAs和Si更高的电子饱和漂移速度，因此可以提供更大的带宽、更高的放大器增益和更高的功率效率。GaN材料拥有比GaAs和Si更大的禁带宽度，所以器件能够承受更高的工作电压和更高的工作温度，其理论工作温度可以达到700℃以上，所以可以工作在更严酷的环境下。以SiC为衬底的GaN功率器件拥有更高的热导率，整个器件散热性能优于其他的材料的功率器件，保证了器件工作的稳定性。

GaN基射频器件具有高工作电压、高功率密度、高工作频率以及高带宽等优异特性，是L波段到W波段范围内理想的射频功率器件。相比于目前传统的Si基LDMOS 及GaAs器件等具有显著优势，在下一代无线通信基站、卫星通信领域具有广泛的应用前景。实现具有自主知识产权的基于SiC 衬底的GaN HEMT 器件及射频功率放大器模块，并针对4G及5G系统完成应用验证。高质量的器件封装技术是实现高性能GaN 基射频器件的前提。

目前，GaN基微波功率器件的市场刚刚开始，目前主要用于军工领域。在批量生产存在不足。技术方面存在功率附加效率和可靠性方面的问题。主要体现在电流崩塌效应及极化的技术壁垒。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种5G通信专用GaN基微波功率器件及其封装工艺，其特点具有禁带宽度大，耐压能力高和电子饱和速度高等优势，对5G基站的性能有全面的提升，在微波通信方面的应用具有很大前景。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种5G通信专用GaN微波功率器件，包括壳体、金属热沉、GaN微波功率芯片、电容、电极支架和管帽，GaN微波功率芯片包括SiC衬底，SiC 衬底上生长GaN HEMT外延结构，GaNHEMT外延结构由下到上依次包括氮化铝层、非掺杂GaN层、铝镓氮层多层结构，GaN HEMT外延结构上通过蒸发和剥离形成栅极，栅极两侧设置有源极和漏极，源极和漏极与GaN HEMT外延结构形成欧姆接触，源极、漏极、栅极之外的GaN HEMT外延结构上淀积SiN薄膜。

本发明技术方案的进一步改进在于：电容通过含有纳米银的导电胶贴在金属热沉上，GaN微波功率芯片通过含有纳米银的导电胶贴在金属热沉上，导电胶厚度为40微米。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述纳米银作为连接芯片与金属热沉的导电层，导电层形成源极接地和散热层。