新型耐高温的碳化硅器件封装结构及制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010101350.2 (22)申请日 2020.02.19 (71)申请人 华芯威半导体科技 （北京） 有限责任 公司 地址 100744 北京市大兴区北京经济技术 开发区科谷一街10号院2号楼11层 1101 (72)发明人 洪思忠胡羽中 (74)专利代理机构 北京邦创至诚知识产权代理 事务所(普通合伙) 11717 代理人 张宇锋 (51)Int.Cl. H01L 23/06(2006.01) H01L 23/15(2006.01) H01L 23/20(2006.0。

2、1) H01L 23/498(2006.01) H01L 21/50(2006.01) H01L 21/52(2006.01) H01L 21/54(2006.01) (54)发明名称 一种新型耐高温的碳化硅器件封装结构及 制备方法 (57)摘要 本发明涉及半导体技术领域， 尤其是涉及一 种新型耐高温的碳化硅器件封装结构及制备方 法。 该新型耐高温的碳化硅器件封装结构包括： 金属外壳、 电极管脚、 键合线、 芯片、 上纳米银焊 层、 覆铜陶瓷基板、 下纳米银焊层； 所述覆铜陶瓷 基板通过下纳米银焊层连接于金属外壳的内侧 底部； 所述芯片通过上纳米银焊层连接于所述覆 铜陶瓷基板上； 所述芯片通过。

3、键合线与所述电极 管脚连接。 本发明解决目前钎焊与塑封工艺造成 碳化硅器件无法工作在200以上的高温环境下 的技术问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111146153 A 2020.05.12 CN 111146153 A 1.一种新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其特征在于， 包括： 金属外壳、 电极管脚、 键 合线、 芯片、 上纳米银焊层、 覆铜陶瓷基板、 下纳米银焊层； 所述覆铜陶瓷基板通过下纳米银焊层连接于金属外壳的内侧底部； 所述芯片通过上纳米银焊层连接于所述覆铜陶瓷基板上； 所述芯片通过键合线与所述电极管脚连接， 所述电极管脚穿过所述金属外壳延伸至外 部。 2.根。

4、据权利要求1所述的新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其特征在于， 所述覆铜陶 瓷基板包括： 上铜层、 陶瓷层和下铜层； 所述上铜层设置于所述陶瓷层的上表面， 所述芯片通过上纳米银焊层连接于所述上铜 层； 所述下铜层设置于所述陶瓷层的下表面， 所述下铜层通过下纳米银焊层连接于金属外 壳的内侧底部。 3.根据权利要求2所述的新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其特征在于， 所述陶瓷层 的具有伸出于所述上铜层和下铜层的延伸边缘。 4.根据权利要求1所述的新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其特征在于， 所述芯片为 碳化硅MOSFET芯片或者碳化硅二极管芯片或者碳化硅IGBT芯片。 5.根据权利要求1所述。

5、的新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其特征在于， 所述金属外 壳包括： 连接部和封装壳体； 所述连接部连接于封装壳体的底部； 所述封装壳体具有容纳空间。 6.根据权利要求1所述的新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其特征在于， 所述封装壳 体的内部填充有惰性气体。 7.一种制备权利要求1-6中任一项所述的新型耐高温的碳化硅器件封装结构的方法， 其特征在于， 包括如下步骤： 覆铜陶瓷基板与金属外壳烧结， 覆铜陶瓷基板通过纳米银焊层焊接于金属外壳的内侧 底部； 芯片烧结， 芯片通过上纳米银焊层连接于覆铜陶瓷基板上； 芯片通过键合线与所述电极管脚连接； 金属外壳在氮气环境中封帽； 对封帽后的封装结构进。

6、行测试。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111146153 A 2 一种新型耐高温的碳化硅器件封装结构及制备方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体技术领域， 尤其是涉及一种新型耐高温的碳化硅器件封装结构 及制备方法。 背景技术 0002 随着微电子技术的发展， 传统的硅和砷化镓半导体材料出于本身结构和特性的原 因， 在高温、 高频、 光电， 大功率及抗辐射等方面越来越显示出其不足和局限性。 众所周知， 硅器件难以在高于200的高温下工作， 特别是当高的工作温度、 大功率、 高频、 及强辐射环 境条件下并存时， 硅器件就无法 “胜任” 。 碳化硅具有禁带宽度大， 击穿电场高， 电子饱和漂。

7、 移速度高， 热导率大等良好特性， 这就决定了它具有在高温、 高电压、 高频等条件下工作的 良好性质。 传统器件的封装焊接主要采用钎焊方式， 将器件与金属支架或基板焊接在一起， 之后将整个器件进行塑封封装。 由于碳化硅器件是可以耐受200以上高温的， 而传统的钎 焊工艺以及塑封外壳， 都无法使器件工作在200以上的高温应用环境当中， 这使得碳化硅 器件的应用环境受到了限制。 0003 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解， 而 不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种新型耐高温的碳。

8、化硅器件封装结构， 以解决现有技术 中存在的技术问题。 0005 为了实现上述目的， 本发明采用以下技术方案： 0006 第一方面， 本发明提供一种新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其包括： 金属外 壳、 电极管脚、 键合线、 芯片、 上纳米银焊层、 覆铜陶瓷基板、 下纳米银焊层； 0007 所述覆铜陶瓷基板通过下纳米银焊层连接于金属外壳的内侧底部； 0008 所述芯片通过上纳米银焊层连接于所述覆铜陶瓷基板上； 0009 所述芯片通过键合线与所述电极管脚连接， 所述电极管脚穿过所述金属外壳延伸 至外部。 0010 作为一种进一步的技术方案， 所述覆铜陶瓷基板包括： 上铜层、 陶瓷层和下铜层； 。

9、0011 所述上铜层设置于所述陶瓷层的上表面， 所述芯片通过上纳米银焊层连接于所述 上铜层； 0012 所述下铜层设置于所述陶瓷层的下表面， 所述下铜层通过下纳米银焊层连接于金 属外壳的内侧底部。 0013 作为一种进一步的技术方案， 所述陶瓷层的具有伸出于所述上铜层和下铜层的延 伸边缘。 0014 作为一种进一步的技术方案， 所述芯片为碳化硅MOSFET芯片或者碳化硅二极管芯 片或者碳化硅IGBT芯片。 说明书 1/4 页 3 CN 111146153 A 3 0015 作为一种进一步的技术方案， 所述金属外壳包括： 连接部和封装壳体； 0016 所述连接部连接于封装壳体的底部； 0017 。

10、所述封装壳体具有容纳空间。 0018 作为一种进一步的技术方案， 所述封装壳体的内部填充有惰性气体。 0019 第二方面， 本发明还提供一种制备所述的新型耐高温的碳化硅器件封装结构的方 法， 其包括如下步骤： 0020 覆铜陶瓷基板与金属外壳烧结， 覆铜陶瓷基板通过纳米银焊层焊接于金属外壳的 内侧底部； 0021 芯片烧结， 芯片通过上纳米银焊层连接于覆铜陶瓷基板上； 0022 芯片通过键合线与所述电极管脚连接； 0023 金属外壳在氮气环境中封帽； 0024 对封帽后的封装结构进行测试。 0025 采用上述技术方案， 本发明具有如下有益效果： 0026 1.本发明中采用金属管壳代替了原有的塑。

11、封封装。 0027 2.本发明内部焊接的材料采用了耐高温的纳米银焊料。 0028 3.本发明中通过内置覆铜陶瓷基板， 实现了内部芯片底部与管壳绝缘目的， 传统 方案是芯片直接与金属框架焊接在一起。 0029 4.本发明金属封装内部填充氮气等惰性气体， 起到进一步保护器件与增强绝缘的 目的。 0030 5.本发明解决目前钎焊与塑封工艺造成碳化硅器件无法工作在200以上的高温 环境下的技术问题。 附图说明 0031 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案， 下面将对具体 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍， 显而易见地， 下面描述中的 附图是本发明的一些实施方式。

12、， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前 提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0032 图1为本发明实施例提供的新型耐高温的碳化硅器件封装结构的立体图； 0033 图2为本发明实施例提供的新型耐高温的碳化硅器件封装结构的内部示意图； 0034 图3为本发明实施例提供的新型耐高温的碳化硅器件封装结构的俯视图； 0035 图4为本发明实施例提供的新型耐高温的碳化硅器件封装结构的剖视图； 0036 图标： 1-下纳米银焊层； 2-下铜层； 3-陶瓷层； 4-上铜层； 5-芯片； 6-金属外壳； 7-电 极管脚； 8-键合线； 9-上纳米银焊层。 具体实施方式 0037 下面将。

13、结合附图对本发明的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施 例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 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， 都属于本发明保护的范围。 0038 在本发明的描述中， 需要说明的是， 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、 说明书 2/4 页 4 CN 111146153 A 4 “水平” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了 便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以。

14、特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 、 “第三” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 0039 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可 以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是 两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语 在本发明中的具体含义。 0040 以下结合附图对本发明的具体实施方。

15、式进行详细说明。 应当理解的是， 此处所描 述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明， 并不用于限制本发明。 0041 实施例一 0042 结合图1至图4所示， 本实施例提供一种新型耐高温的碳化硅器件封装结构， 其包 括： 金属外壳6、 电极管脚7、 键合线8、 芯片5、 上纳米银焊层9、 覆铜陶瓷基板、 下纳米银焊层 1； 所述覆铜陶瓷基板通过下纳米银焊层1连接于金属外壳6的内侧底部； 所述芯片5通过上 纳米银焊层9连接于所述覆铜陶瓷基板上； 所述芯片5通过键合线8与所述电极管脚7连接， 所述电极管脚7穿过所述金属外壳6延伸至外部(三个电极管脚7)。 解决目前钎焊与塑封工 艺造成碳化硅器件无法。

16、工作在200以上的高温环境下的技术问题。 0043 本实施例中， 作为一种进一步的技术方案， 所述覆铜陶瓷基板包括： 上铜层4、 陶瓷 层3和下铜层2； 所述上铜层4设置于所述陶瓷层3的上表面， 所述芯片5通过上纳米银焊层9 连接于所述上铜层4； 所述下铜层2设置于所述陶瓷层3的下表面， 所述下铜层2通过下纳米 银焊层1连接于金属外壳6的内侧底部。 0044 本实施例中， 作为一种进一步的技术方案， 所述陶瓷层3的具有伸出于所述上铜层 4和下铜层2的延伸边缘， 例如： 上铜层4、 陶瓷层3和下铜层2均为长方形， 其中陶瓷层3的长 度和宽度分别大于上铜层4和下铜层2的长度和宽度。 0045 本实。

17、施例中， 作为一种进一步的技术方案， 所述芯片5为碳化硅MOSFET芯片或者碳 化硅二极管芯片或者碳化硅IGBT芯片。 0046 本实施例中， 作为一种进一步的技术方案， 内部可以通过并联或者串联器件等方 式形成不同电流规格或者不同的电路拓扑结构。 0047 本实施例中， 作为一种进一步的技术方案， 所述金属外壳6包括： 连接部和封装壳 体(立方体盒体)； 所述连接部连接于封装壳体的底部； 所述封装壳体具有容纳空间。 0048 本实施例中， 作为一种进一步的技术方案， 所述封装壳体的内部填充有惰性气体， 例如氮气。 0049 实施例二 0050 本实施例还提供一种制备所述的新型耐高温的碳化硅器。

18、件封装结构的方法， 其包 括如下步骤： 0051 覆铜陶瓷基板与金属外壳6烧结， 覆铜陶瓷基板通过纳米银焊层焊接于金属外壳6 的内侧底部； 0052 芯片5烧结， 芯片5通过上纳米银焊层9连接于覆铜陶瓷基板上； 说明书 3/4 页 5 CN 111146153 A 5 0053 芯片5通过键合线8与所述电极管脚7连接； 0054 金属外壳6在氮气环境中封帽； 0055 对封帽后的封装结构进行测试。 0056 采用上述技术方案， 本发明具有如下优点： 0057 本发明中采用金属管壳代替了原有的塑封封装。 0058 本发明内部焊接的材料采用了耐高温的纳米银焊料。 0059 本发明中通过内置覆铜陶瓷。

19、基板， 实现了内部芯片5底部与管壳绝缘目的， 传统方 案是芯片5直接与金属框架焊接在一起。 0060 本发明金属封装内部填充氮气等惰性气体， 起到进一步保护器件与增强绝缘的目 的。 0061 最后应说明的是： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制； 尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。 说明书 4/4 页 6 CN 111146153 A 6 图1 说明书附图 1/3 页 7 CN 111146153 A 7 图2 说明书附图 2/3 页 8 CN 111146153 A 8 图3 图4 说明书附图 3/3 页 9 CN 111146153 A 9 。