【技術實現步驟摘要】
本技術屬于集成電路，涉及一種封裝模組，尤其涉及一種車規級功率半導體模組結構及封裝模組。
技術介紹
1、目前車規級功率芯片散熱模組常見的技術問題主要有：模塊工作溫度區間太窄，為增強模組的熱可靠性，錫膏通常選用鉛含量≥95％的高鉛錫膏，但即便是高鉛錫膏，熔點一般在300℃以下，功率模塊結溫一般也低于150℃，應用于溫度為175-200℃甚至200℃以上的情況時，其連接層性能會急劇退化，影響模塊工作的可靠性；其次，錫膏含鉛量≥95％，為高污染型材料，對環境不友好，高鉛錫膏的導熱率只有20-50w/m·k，散熱效果一般，且高鉛錫膏的導電性差，電阻率高達0.01-0.03mω·cm，降低了模塊的轉化效率(輸出功率除以輸入功率)；再次，模組芯片電極裸銅材質，與介電層結合力差，外力作用容易偏離焊盤。
2、對于錫膏焊接出現的技術問題，業界采用燒結銀工藝，用納米銀漿替代高鉛錫膏作為導電膠水連接芯片和基板，燒結銀具有高導熱率，低電阻率等優點，并且還是環境友好型元素。然而，絕大多數燒結銀膠水普遍可以與金和銀燒結，而不能與裸銅或棕化銅燒結，強行與銅燒結后結合力很差，在燒結界面位置易分層爆開；有壓燒結過程中需要對芯片施加壓力，以保證燒結銀層的致密性，因多個模組同時在一個模具的熱壓下燒結，芯片必須高于銅塊才能保證受壓效果，燒結后的芯片高于銅塊，在后續塑封進pcb板的壓合過程中芯片可能直接受到壓機的壓力，可能因局部受到過大壓力產生芯片碎裂；且仍存在芯片頂面為裸銅材質，與樹脂間的鍵結合力弱，結合界面易發生分層的問題。
技
1、為了克服現有技術的不足，本技術提供一種高散熱高可靠性的車規級功率半導體模組結構。
2、本技術的目的采用如下技術方案實現：提供一種高散熱高可靠性的車規級功率半導體模組結構，包括第一金屬層、第二金屬層、銀燒結層、芯片和介電層，所述第一金屬層設置有貫通孔，所述第二金屬層通過所述銀燒結層對所述芯片貼片固接，所述第一金屬層與所述第二金屬層通過所述銀燒結層固接，所述貫通孔容納所述芯片，所述貫通孔頂部高于所述芯片，所述介電層包裹塑封所述第一金屬層、第二金屬層、銀燒結層及芯片。
3、進一步地，在所述第一金屬層的底部大銅皮及非布線區域選擇性沉金化鍍有第一金鎳層，所述第一金屬層其余面為棕化金屬層，所述第二金鎳層含鎳層和金層，其中鎳層介于所述第一金屬層和金層之間。
4、優選的，所述第一金鎳層為4um鎳層和0.04um金層。
5、進一步地，所述第二金屬層的頂部大銅皮及非布線區域選擇性沉金化鍍有第二金鎳層，所述第二金屬層其余面、所述第二金屬層的頂部非固接區域均為棕化金屬層，所述第二金鎳層含鎳層和金層，其中鎳層介于所述第二金屬層和金層之間。
6、優選的，所述第一金鎳層為4um鎳層和0.04um金層。
7、進一步地，所述第一金鎳層與第二金鎳層通過銀燒結層固接，所述第一金鎳層和所述第二金鎳層的金層與銀燒結層直接燒結固接，調整所述銀燒結層厚度進而使得所述貫通孔頂部高于所述芯片。
8、進一步地，所述銀燒結層的導熱率>200w/m·k，電阻率≤0.008mω·cm。
9、優選的，所述銀燒結層為30um。
10、進一步地，所述芯片頂面的柵極和源極面朝上，并設置有第一金屬導電和/或導熱層，所述芯片底面的漏極面朝上，并設置有第二金屬導電和/或導熱層。
11、所述芯片底面的第二金屬導電/熱層通過所述銀燒結層燒結固接在所述第二金屬層頂部的第二金鎳層。
12、進一步地，所述第一金屬導電和/或導熱層為裸銅層，所述第二金屬導電和/或導熱層為鈦鎳銀合金層。
13、優選的，所述芯片為大功率的mosfet、分立器件及igbt。
14、優選的，所述芯片貼片固接在所述貫通孔中，所述貫通孔的頂部至少高于所述芯片0.02mm。
15、進一步地，所述介電層包裹塑封第一金屬層、第二金屬層及芯片，并填充在第一金屬層、第二金屬層與芯片形成的空隙中。
16、優選的，所述介電層材料為環氧樹脂、abf膠、聚氨酯、丙烯酸樹酯中的至少一種。
17、優選的，所述介電層為為厚度30um的熱固型環氧樹脂膠系列coating膠。
18、一種封裝模組，包含如上所述一種高散熱高可靠性的車規級功率半導體模組結構。
19、相比現有技術，本技術的有益效果在于：
20、1)將散熱銅塊拆分成兩部分，在芯片貼件后再壓合兩部分散熱銅塊，使得貫通孔的頂部高于所述芯片，多組芯片在同一個模具的熱壓下燒結時，可以防止在后續芯片塑封進pcb板的壓合過程中，因芯片局部受到過大壓力導致芯片碎裂，降低了封裝芯片的失效率；
21、2)在散熱片上采用燒結銀工藝，銀的熔點高達961.93℃，形成的銀燒結層的導熱率>200w/m·k，電阻率≤0.008mω·cm，增強了散熱性能，減少了燒結層內阻產生的焦耳熱，可支持新一代碳化硅芯片175-200℃的模塊工作溫度；
22、3)因銀和金可燒結固接，而銀不能與裸銅或棕化銅燒結，采用燒結銀工藝，且選擇性沉金化鍍金鎳層，強化了銀燒結層與上下散熱銅塊及芯片的結合力，解決了在燒結界面位置易分層爆開的技術問題；
23、4)涂覆coating層解決了芯片頂面裸銅背金面易分層的技術問題。
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1.一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：包括第一金屬層、第二金屬層、銀燒結層、芯片及介電層，所述第一金屬層設置有貫通孔，所述第二金屬層通過所述銀燒結層對所述芯片貼片固接，所述第一金屬層與所述第二金屬層通過所述銀燒結層固接，所述貫通孔容納所述芯片，所述貫通孔的頂部高于所述芯片；
2.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述芯片頂面的柵極和源極面朝上，并設置有第一金屬導電和/或導熱層，所述芯片底面的漏極面朝上，并設置有第二金屬導電和/或導熱層；
3.如權利要求2所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述第一金屬導電和/或導熱層為裸銅層，所述第二金屬導電和/或導熱層為鈦鎳銀合金層。
4.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述芯片貼片固接在所述貫通孔中，所述貫通孔的頂部至少高于所述芯片0.02mm。
5.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述第一金鎳層和所述第二金鎳層均包含鎳層及金層，其中鎳層分別介于所述第一金屬層和金層、所述第二金屬層和金層之間，所述第一金
6.如權利要求5所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述第一金鎳層和所述第二金鎳層均包含4um鎳層和0.04um金層。
7.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述銀燒結層的導熱率>200W/m·K，電阻率≤0.008mΩ·cm。
8.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述銀燒結層厚度為30um。
9.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述介電層厚度為30um，所述介電層為熱固型環氧樹脂膠系列的Coating膠。
10.一種封裝模組，其特征在于：包含如權利要求1-9任意一項所述一種車規級功率半導體模組結構。
...【技術特征摘要】
1.一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：包括第一金屬層、第二金屬層、銀燒結層、芯片及介電層，所述第一金屬層設置有貫通孔，所述第二金屬層通過所述銀燒結層對所述芯片貼片固接，所述第一金屬層與所述第二金屬層通過所述銀燒結層固接，所述貫通孔容納所述芯片，所述貫通孔的頂部高于所述芯片；
2.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述芯片頂面的柵極和源極面朝上，并設置有第一金屬導電和/或導熱層，所述芯片底面的漏極面朝上，并設置有第二金屬導電和/或導熱層；
3.如權利要求2所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述第一金屬導電和/或導熱層為裸銅層，所述第二金屬導電和/或導熱層為鈦鎳銀合金層。
4.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模組結構，其特征在于：所述芯片貼片固接在所述貫通孔中，所述貫通孔的頂部至少高于所述芯片0.02mm。
5.如權利要求1所述一種車規級功率半導體模...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳冬弟，黃曉鋒，
申請(專利權)人：安捷利美維電子廈門有限責任公司，
類型：新型
國別省市：
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