專利名稱：Mcm/d大功率組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多芯片組件(MCM)技術(shù)中一種薄膜多層布線技術(shù)(MCM/D)的實(shí)用化尤其是能應(yīng)用在大功率領(lǐng)域中的MCM/D大功率組件。

背景技術(shù)：
MCM(Multi-Chip Module)多芯片組件是一種高級(jí)的混合集成電路，目前MCM主要有三種類型。
MCM/L采用高密度多層印刷電路板構(gòu)成 MCM/C采用高密度多層厚膜和高密度多層布線陶瓷基板制成 MCM/D它是在Si、陶瓷基板或金屬基板上，采用薄膜工藝形成高密度互聯(lián)布線而構(gòu)成。
要完成同等功能，這三種MCM中以MCM/D體積為最小，性能為最優(yōu)，不足之處是不適合制作大功率組件。
表1是三種MCM有關(guān)參數(shù)的對(duì)比 表1三種MCM布線尺寸對(duì)比[1] MCM/L受芯片的安裝方式和所采用的基板材料與結(jié)構(gòu)所限，布線密度不高，封裝效率和性能較低。
MCM/C具有較高的布線層數(shù)、布線密度、封裝效率，其性能優(yōu)于MCM/L而低于MCM/D。
MCM/D布線寬度和線間距最小，具有更高的布線密度，更高的封裝效率以及更好的傳輸特性。
功率型混合集成電路，在航天航空領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，功率型混合集成電路多采用厚膜混合集成技術(shù)研制，采用薄膜混合集成技術(shù)研制大功率組件尚未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型采用薄膜多層布線制作MCM/D，與厚膜技術(shù)相結(jié)合，研制大功率組件。
大功率組件的研制首先要考慮的是增強(qiáng)散熱和提高效率。
1、散熱問題在大功率組件中，散熱是一個(gè)突出問題，如散熱不好，將影響性能和可靠性。根據(jù)有關(guān)研究，在混合集成電路中，散熱的主要途徑是通過金屬外殼的底座散發(fā)出去，據(jù)此，對(duì)大功率散熱問題本實(shí)用新型的作法是將大功率管芯直接焊接在金屬外殼的底座上，使大功率芯片產(chǎn)生的熱量通過金屬底座散發(fā)出去。很顯然，功率芯片占據(jù)封裝外殼底板面積越大，其散熱能力就越強(qiáng)，由于受到整體封裝面積的限制，或者是要進(jìn)一步縮小功率組件的體積，要使功率芯片占有的面積增加，必須要盡量縮小大功率組件中非功率部分的體積。
2、提高效率問題要提高功率組件的效率，最直接和最有效的辦法是選用導(dǎo)通電阻低的功率器件。根據(jù)功率器件的特性，芯片面積越大其導(dǎo)通電阻越低，導(dǎo)通電阻低的功率器件必然要求占有大的有效面積。
綜上所述，要研制體積小，性能優(yōu)良，可靠性高的大功率組件，必須盡量縮小非功率部分的體積，擴(kuò)大功率器件占有的有效面積。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是采用MCM/D薄膜多層布線技術(shù)制作非功率部分，以盡量縮小非功率部分占有面積，從而擴(kuò)大功率部分面積。并且采用厚膜技術(shù)制作功率部分。非功率部分MCM/D基片采用Si基板，功率部分厚膜導(dǎo)線制作基片采用氧化鈹陶瓷，大功率管芯焊接在氧化鈹基板上，氧化鈹基板焊接在金屬封裝外殼的底板上，以便將大功率管芯的熱量通過氧化鈹基板快速?gòu)慕饘偻鈿さ装迳l(fā)出去。
本實(shí)用新型的有益效果是 1、非功率部分采用MCM/D制作，能最大限度地縮小非功率部分體積和占有面積，從而最大限度地?cái)U(kuò)大了功率管芯所能利用的金屬封裝外殼底板面積，以利于散熱。
2、非功率部分采用MCM/D制作，充分發(fā)揮MCM/D精度高，穩(wěn)定性好，溫度特性好等優(yōu)勢(shì)，從而使非功率部分(如大功率驅(qū)動(dòng)器的控制部分)提高精度，穩(wěn)定可靠地工作，并以此提高整個(gè)功率組件的性能指標(biāo)。
3、由于功率部分可占有的面積的擴(kuò)大，為選用面積大，導(dǎo)通電阻小的功率管芯提供了條件，使選用功率管芯的面積能最大化，從而可大大提高功率組件的效率。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明

圖1為本實(shí)用新型整體技術(shù)方案示意圖 圖2為內(nèi)部結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖 圖1中1.為大功率部分 2.為MCM/D 3.封裝外殼底座底板 圖2中1.大功率管芯 2.為MCM/D 3.金屬封裝外殼底座 4.MCM/D上外貼管芯 5.內(nèi)部互聯(lián)線 具體實(shí)施方式
采用平底式金屬封裝外殼，外殼材料10#鋼 非功率部分在Si基板上進(jìn)行薄膜多布線制作MCM/D 功率部分在氧化鈹基板上，制作厚膜導(dǎo)線和焊盤，大功率管芯焊接在氧化鈹基板上，非功率部分與外殼之間采用有機(jī)聚合物粘接。功率部分與外殼之間，大功率管芯與厚膜之間，采用共晶焊焊接。
內(nèi)部互聯(lián)和引出腿互聯(lián)采用Si-Al絲鍵合工藝或金絲球焊工藝。
下面就MCM/D制作作進(jìn)一步說明 如前所述，薄膜多層布線技術(shù)制作的MCM/D是目前三種MCM(多芯片組件)(MCM/L、MCM/C、MCM/D)中組裝密度最高，性能最好的，在大功率組件制作中，它能最大限度地縮小非功率部分的體積，因而在限定產(chǎn)品體積情況下，最大限度地增加功率部分的散熱面積，所以采用MCM/D制作大功率組件的非功率部分是合理可行的。
本實(shí)用新型MCM/D部分，選用Si為基板，選用Ti/w-Cu-Ti/n-Au作導(dǎo)線的優(yōu)勢(shì)為 常用基片和導(dǎo)體材料的有關(guān)性能見表2 表2[1] 由表2可以看出，選用Si為基板其熱導(dǎo)率比Al2O3優(yōu)良，利于散熱同時(shí)Si基板與半導(dǎo)體器件其熱脹系數(shù)相同，非常匹配，這樣可增加可靠性。
選用Ti/w-Cu-Ti/w-Au為復(fù)合導(dǎo)體，其中導(dǎo)電以Cu為主不但散熱性能優(yōu)良，電阻率也很低，同時(shí)Ti/w的熱脹系數(shù)和Si的熱脹系數(shù)也十分接近能很好匹配，Au作為復(fù)合導(dǎo)體的最上層，是一種理想的抗氧化導(dǎo)體，同時(shí)適合金絲球焊和超聲鍵合。
功率部分采用厚膜技術(shù)制作 該部分基板采用氧化鈹，因氧化鈹?shù)纳嵯禂?shù)大大優(yōu)于氧化鋁。利于大功率管芯的散熱。
參考文獻(xiàn)[1]楊邦朝、張經(jīng)國(guó)多芯片組件(MCM/D)技術(shù)及其應(yīng)用電子科技大學(xué)出版社2001.8制作實(shí)例 采用本實(shí)用新型技術(shù)制作了一種大功率驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的控制部分采用薄膜多層布線制作的MCM/D。
產(chǎn)品性能指標(biāo) 功率部分電源電壓+VS 100V 控制部分電源電壓+VCC 15V MCM/D部分 該產(chǎn)品控制部分Vmax＝15V Imax＝50mA 總功耗Pmax＝750mw，所以采用MCM/D制作是可行的合理的。
該產(chǎn)品限定體積下可利用的封裝外殼底板面積為27.2×34＝924.8mm2。
采用MCM/D制作控制部分占底板面積為14×34＝476mm2，余下部分13.2×34＝488.8mm2即是封裝外殼底板面積的一半多作為功率部分4支大功率管芯的直接散熱面積，這對(duì)大功率管芯的散熱是十分有利的。
權(quán)利要求1.一種MCM/D大功率組件其特征是大功率組件中非功率部分采用薄膜多層布線技術(shù)MCM/D制作，功率部分采用厚膜技術(shù)制作，大功率管芯通過氧化鈹基板焊接在金屬封裝外殼底座底板上。
專利摘要一種采用薄膜多層布線技術(shù)制作的MCM/D大功率組件，它是MCM/D和厚膜技術(shù)相結(jié)合的實(shí)用化技術(shù)，能有效增強(qiáng)大功率組件散熱，提高大功率組件的效率，縮小大功率組件體積。采用本實(shí)用新型制作了一種功率驅(qū)動(dòng)器，最大輸出功率達(dá)到了3000瓦。
文檔編號(hào)H01L21/58GK201527965SQ20092010959
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者劉麗輝, 姜貴云 申請(qǐng)人:北京飛宇微電子有限責(zé)任公司, 姜貴云