專利名稱：高可靠功率混合集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及集成電路，具體來(lái)說(shuō)，涉及高可靠功率混合集成電路。
背景技術(shù)：
功率混合集成電路由于電路工作電流大，業(yè)界普遍采用厚膜混合集成的方法進(jìn)行 集成，即在陶瓷基片正面采用厚膜漿料絲網(wǎng)印刷、厚膜燒結(jié)、激光調(diào)阻等方法形成所需的電 阻、電容、電感及導(dǎo)帶網(wǎng)絡(luò)，為增加基片與金屬管基底座的粘附能力，再在厚膜基片的背面 采用厚膜漿料絲網(wǎng)印刷、高溫?zé)Y(jié)的方式形成一層厚膜金屬層，通常為銀漿，以作為基片與 金屬底座之間的過(guò)渡層，以滿足基片與金屬底座之間的粘附力。在功率混合集成電路中，半 導(dǎo)體芯片、厚膜電阻及其它元器件，通常會(huì)工作在大電流下，產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及 時(shí)傳遞到外界，將會(huì)使內(nèi)部芯片工作在較高工作溫度下，使器件的可靠性下降，甚至失效。 原技術(shù)存在如下問(wèn)題(1)銀容易氧化，當(dāng)基片與金屬底座進(jìn)行合金燒結(jié)時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響合金焊料的浸潤(rùn) 率，導(dǎo)致整個(gè)背面達(dá)不到充分的合金，會(huì)影響基片的附著力及熱量的傳遞，降低粘附力及散 熱效果；(2)由于是采用絲網(wǎng)印刷的方式形成，銀漿料存在較大的顆粒度，印刷層與基片之 間的接觸在致密性方面相對(duì)較差，極易形成空洞，對(duì)熱量的傳遞會(huì)產(chǎn)生一定的阻礙作用，降 低散熱效果，這對(duì)功率型混合集成電路的長(zhǎng)期可靠性是很不利的；(3)銀漿料含多種物質(zhì)，如銀、有機(jī)凝固劑、稀釋劑等，最終燒結(jié)后的銀金屬厚膜 內(nèi)存在一定量的雜質(zhì)，使銀金屬厚膜層的熱阻增加，影響熱量的快速傳遞；(4)由于混合集成電路基片面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于半導(dǎo)體集成電路芯片面積，在基片燒結(jié) 過(guò)程中，由于銀漿料中含有大量的稀釋劑，并且吸附了大量的空氣，在燒結(jié)和固化的過(guò)程 中，內(nèi)部的空氣和溶劑無(wú)泄放通道，從而在焊料層的兩面及內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或針孔，嚴(yán)重影響 焊料層的熱傳遞速度及焊料層與基片、底座的附著力。(5)對(duì)于半導(dǎo)體集成電路，溫度每升高10°C，半導(dǎo)體器件的可靠性就要下降一倍， 器件的可靠性會(huì)下降。因此，原有技術(shù)所制造的混合集成電路，特別是功率混合集成電路， 由于熱傳導(dǎo)方面的影響，器件內(nèi)的熱源(特別是半導(dǎo)體芯片)所產(chǎn)生的熱量不能快速傳遞 到外面的環(huán)境中，使熱源溫度保持在較高的工作溫度下，從而使整個(gè)器件的可靠性下降。經(jīng)檢索，目前涉及集成電路消泡的專利有200510095099. 9號(hào)《集成電路后 道封裝塑封成型方法》，200610065147. 4號(hào)《無(wú)膠帶黏晶方式的集成電路封裝方法》， 200710000459. 1號(hào)《提升膠填充性的集成電路封裝構(gòu)造》，200710019239. 3號(hào)《集成電路或 分立器件引線框架上涂膠裝片的方法》等，但這些專利能否解決提高整個(gè)器件可靠性的問(wèn) 題，尚無(wú)定論。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種高可靠功率混合集成電路，以徹底解決基片背面3散熱速度的問(wèn)題、厚膜銀金屬層所存在的問(wèn)題和解決燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)氣泡和針孔的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，設(shè)計(jì)人經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，提供的高可靠功率混合集成電路包括器 件管基金屬底座、陶瓷基片、半導(dǎo)體芯片、無(wú)源元件、阻帶、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)和管腳，陶瓷基片 與管基金屬底座之間用金屬焊料焊接，陶瓷基片的正面是常規(guī)混合集成電路，包括半導(dǎo)體 芯片、無(wú)源元件、阻帶、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)；管腳裝在管基金屬底座的兩端；本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是陶瓷 基片背面與管基金屬底座之間用多層復(fù)合薄膜和溝形網(wǎng)狀金屬層取代原有的厚膜金屬層。上述多層復(fù)合薄膜是高真空濺射的Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄膜。上述溝形網(wǎng)狀金屬層是在第一次多層復(fù)合薄膜的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械掩模的方法， 在高真空環(huán)境中，有選擇性地再濺射一層Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄膜，形成的溝狀網(wǎng)。本實(shí)用新型的原理是用Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)取代厚膜Ag漿料，從而增 加膜的致密性及與基片接觸的充分性，解決快速散熱和充分的合金焊問(wèn)題；用溝狀網(wǎng)給燒 結(jié)過(guò)程中的氣體或溶劑提供泄放通道，并最終達(dá)到一致性燒結(jié)的目的。本實(shí)用新型的高可靠功率混合集成電路有以下特點(diǎn)①基片背面金屬化層全部采 用純金屬層，金屬膜在高真空下形成，致密性、附著力、熱傳導(dǎo)性等性能非常良好，能快速向 外傳遞熱源產(chǎn)生的熱量。②采用溝狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大大減少基片組裝過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡及針 孔，最大限度地確保焊料的致密性、焊料與基片及金屬底座的充分浸潤(rùn)，從而大大提高整個(gè) 焊料系統(tǒng)(與基片、底座共同構(gòu)成)熱傳導(dǎo)率，同時(shí)，充分保證基片與底座的附著力，提高產(chǎn) 品整體可靠性。③由于最表面的金層不易氧化，當(dāng)基片與金屬底座進(jìn)行合金燒結(jié)時(shí)，保證 合金焊料的浸潤(rùn)率，使整個(gè)背面充分地合金，提高基片附著力及熱量傳遞，增強(qiáng)粘附力及散 熱效果。④采用機(jī)械掩模方式，在低溫下進(jìn)行物理形成，不受任何化學(xué)因素影響，確保正面 阻-容網(wǎng)絡(luò)的性能穩(wěn)定性。采用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制作的器件廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、精密儀器、地質(zhì)勘 探、石油勘探、通訊、工業(yè)控制、功率驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。
圖1為本實(shí)用新型的高可靠功率混合集成電路示意圖，圖2為Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合 薄膜示意圖，圖3為背面形成溝狀網(wǎng)的基片示意圖。圖中1為管基金屬底座，2為陶瓷基片， 3為半導(dǎo)體芯片，4為無(wú)源元件，5為阻帶，6為導(dǎo)帶/鍵合區(qū)，7為多層復(fù)合薄膜，8為溝形網(wǎng) 狀金屬層，9為管腳，10為金屬焊料層。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例貴州振華風(fēng)光半導(dǎo)體公司研發(fā)的高可靠功率混合集成電路，該混合集成電路包括 器件管基金屬底座1、陶瓷基片2、半導(dǎo)體芯片3、無(wú)源元件4、阻帶5、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)6和管 腳9，陶瓷基片2與管基金屬底座1之間用金屬焊料10焊接，陶瓷基片2的正面是常規(guī)混合 集成電路，包括半導(dǎo)體芯片3、無(wú)源元件4、阻帶5、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)6 ；管腳9裝在管基金屬底 座1的兩端；設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是陶瓷基片2背面與管基金屬底座1之間有多層復(fù)合薄膜7和溝 形網(wǎng)狀金屬層8。多層復(fù)合薄膜7是高真空濺射的Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄膜。溝形網(wǎng)狀金屬 層8是在多層復(fù)合薄膜的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械掩模的方法，在高真空環(huán)境中，有選擇性地再濺4射一層Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄膜，形成的溝狀網(wǎng)。 采用此設(shè)計(jì)制作的功率混合集成電路，產(chǎn)品達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)GJBM38A混合集成電路通 用規(guī)范、GJBM8B微電子器件試驗(yàn)方法和程序中規(guī)定的H級(jí)(軍用級(jí))、K級(jí)(宇航級(jí))質(zhì) 量水平，達(dá)到了用戶的使用要求。
權(quán)利要求1.一種高可靠功率混合集成電路，該電路包括器件管基金屬底座(1)、陶瓷基片O)、 半導(dǎo)體芯片(3)、無(wú)源元件、阻帶(5)、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)(6)和管腳(9)，陶瓷基片⑵與管 基金屬底座(1)之間用金屬焊料焊接，陶瓷基片( 的正面是常規(guī)混合集成電路，包括半導(dǎo) 體芯片(3)、無(wú)源元件、阻帶(5)、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)(6)；管腳(9)裝在管基金屬底座(1)的 兩端；其特征在于陶瓷基片( 背面與管基金屬底座(1)之間有多層復(fù)合薄膜(7)和溝形 網(wǎng)狀金屬層(8)。
2.如權(quán)利要求1所述混合集成電路，其特征在于所述多層復(fù)合薄膜(7)是高真空濺射 的Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述混合集成電路，其特征在于所述溝形網(wǎng)狀金屬層(8)是在多層復(fù) 合薄膜的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械掩模的方法，在高真空環(huán)境中，再濺射一層Cu-Ni-Cr-Au復(fù)合薄 膜，形成的溝狀網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了高可靠功率混合集成電路，該電路包括器件管基金屬底座(1)、陶瓷基片(2)、半導(dǎo)體芯片(3)、無(wú)源元件(4)、阻帶(5)、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)(6)和管腳(9)，陶瓷基片(2)與管基金屬底座(1)之間用金屬焊料焊接，陶瓷基片(2)的正面是常規(guī)混合集成電路，包括半導(dǎo)體芯片(3)、無(wú)源元件(4)、阻帶(5)、導(dǎo)帶/鍵合區(qū)(6)；管腳(9)裝在管基金屬底座(1)的兩端；其特征在于陶瓷基片(2)背面與管基金屬底座(1)之間有多層復(fù)合薄膜(7)和溝形網(wǎng)狀金屬層(8)。本集成電路基片背面金屬化層全部為純金屬層，用溝狀網(wǎng)減少基片的氣泡及針孔，提高電路的致密性、附著力、熱傳導(dǎo)性，使其快速散熱，保證電路的可靠性。廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、精密儀器、地質(zhì)勘探、石油勘探、通訊等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L25/00GK201829493SQ201020182220
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者周正鐘, 楊成剛, 蘇貴東 申請(qǐng)人:貴州振華風(fēng)光半導(dǎo)體有限公司