一種預(yù)封裝單芯片及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)封裝單芯片及其制備工
ο
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域應(yīng)用的壓接式IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)因其具有較高的可靠性，便于串聯(lián)，且在器件損壞時表現(xiàn)出短路失效模式，也廣泛應(yīng)用在智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。
[0003]溫度對器件性能的影響至關(guān)重要，高溫不僅會影響器件的電學(xué)特性，更會嚴(yán)重影響其疲勞壽命。在器件運(yùn)行過程中溫度會影響芯片內(nèi)部的熱應(yīng)力，這可能會導(dǎo)致芯片的損壞，已有研究證明電子器件的疲勞壽命隨溫度的升高呈指數(shù)下降，因此器件設(shè)計過程中必須同時考慮熱設(shè)計，以方便熱量迅速散出去，降低芯片的溫度。
[0004]現(xiàn)有的主流壓接式IGBT分別是ABB公司和WESTC0DE公司生產(chǎn)的兩種產(chǎn)品，其特點分別為:
[0005]ABB公司的壓接式IGBT結(jié)構(gòu)中芯片下側(cè)面與基板燒結(jié)在一起，另一側(cè)為壓接結(jié)構(gòu)，并最終通過疊簧結(jié)構(gòu)與上端蓋接觸，但也正因為疊簧的存在，使得芯片上側(cè)面的導(dǎo)熱能力很差，熱量基本上只能通過下側(cè)面導(dǎo)出，不利于散熱。
[0006]WESTC0DE公司的壓接式IGBT結(jié)構(gòu)有多個模組，通過并聯(lián)多個模組的方式實現(xiàn)大電流和大功率。每個模組中芯片上下側(cè)兩面均為壓接結(jié)構(gòu)，直至上下端蓋，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是芯片可以實現(xiàn)雙面散熱，芯片上下兩面有近乎相等的熱量導(dǎo)出。但是零部件之間的接觸層面較多，因為不同介面之間接觸是不完好的，縫隙中混入了空氣，空氣的導(dǎo)熱率更低，這樣會造成很大的接觸熱阻。據(jù)文獻(xiàn)報道，接觸熱阻在整體熱阻中占20% -50%比重，所以該種結(jié)構(gòu)整體熱阻與ABB的熱阻相差不大。
[0007]另外，要實現(xiàn)功率器件的大電流和大功率，必然要通過并聯(lián)多個芯片的方式，而芯片并聯(lián)前需要對其進(jìn)行性能測試，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中在整體器件封裝前芯片都是暴露在空氣當(dāng)中的，對其進(jìn)行測試過程中不免會對芯片造成污染或損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)封裝單芯片及其制備工藝，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，芯片經(jīng)過預(yù)封裝后，再對其進(jìn)行性能測試，就避免了環(huán)境對芯片造成的污染和損壞，預(yù)封裝后的多個芯片通過驅(qū)動板相連，然后整體封裝，可以更好地實現(xiàn)芯片與驅(qū)動的集成，降低工作狀態(tài)下各芯片通過電流的差異性，從而更好發(fā)揮器件的整體性能。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0010]一種預(yù)封裝單芯片，所述預(yù)封裝單芯片包括外殼，位于芯片兩面的大小鉬片，其側(cè)面的鍵和線以及引腳。
[0011]所述的預(yù)封裝單芯片的第一優(yōu)選方案，所述鍵和線為分別與芯片上的柵極和發(fā)射極對應(yīng)的引腳連接的線。
[0012]所述的預(yù)封裝單芯片的第二優(yōu)選方案，所述芯片上的柵極和發(fā)射極直接與引腳相連。
[0013]所述的預(yù)封裝單芯片的第三優(yōu)選方案，所述外殼材料為工程塑料。
[0014]所述的預(yù)封裝單芯片的第四優(yōu)選方案，所述預(yù)封裝芯片的引腳外露，大小鉬片部分外露。
[0015]所述的預(yù)封裝單芯片的第五優(yōu)選方案，所述大小鉬片分別較外殼表面高0.5mm。
[0016]一種所述的預(yù)封裝單芯片的制備工藝包括如下步驟:
[0017]1)以燒結(jié)或焊接方式將芯片與兩面分別設(shè)置的大小鉬片連接；
[0018]2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置與引腳對應(yīng)連接的鍵合線；
[0019]3)封裝。
[0020]所述的預(yù)封裝單芯片的制備工藝的第一優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置引腳。
[0021 ] 所述的預(yù)封裝單芯片在器件封裝中的應(yīng)用。
[0022]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0023]1)本發(fā)明的預(yù)封裝單芯片可以方便地進(jìn)行性能測試，避免了環(huán)境對芯片造成的污染和損壞，且不會對其性能造成影響，經(jīng)測試合格的預(yù)封裝芯片可直接采用壓接或焊接的方式組裝為大功率器件，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；
[0024]2)本發(fā)明的預(yù)封裝結(jié)構(gòu)便于芯片與驅(qū)動板連接，能夠更好地實現(xiàn)多芯片情況下的驅(qū)動，降低大功率器件中各芯片電流分布的差異性，從而有效提升器件的工作能力；
[0025]3)預(yù)封裝芯片上下兩面燒結(jié)，減小傳導(dǎo)熱阻，同時因為芯片與鉬板直接燒結(jié)，兩者熱膨脹系數(shù)相近，熱應(yīng)力減小，增加運(yùn)行可靠性；
[0026]4)本發(fā)明同樣適用于二極管的封裝。
【附圖說明】
[0027]圖1:本發(fā)明單芯片結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2:本發(fā)明單芯片俯視圖；
[0029]圖3:本發(fā)明單芯片側(cè)視圖；
[0030]圖4:本發(fā)明預(yù)封裝單芯片結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖5:本發(fā)明預(yù)封裝單芯片俯視圖；
[0032]圖6:本發(fā)明預(yù)封裝單芯片側(cè)視圖；
[0033]圖7:本發(fā)明單芯片結(jié)構(gòu)圖(以長引腳替代鍵合線和引腳);
[0034]圖8:本發(fā)明預(yù)封裝芯片應(yīng)用于器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0035]其中:1大鉬片；2芯片；3小鉬片；4鍵和線；5引腳；6外殼；7長引腳；8預(yù)封裝芯片；9器件上端蓋；10器件外殼；11器件下端蓋；12驅(qū)動板。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0037]實施例1
[0038]—種預(yù)封裝單芯片，所述預(yù)封裝單芯片包括從下至上疊層分布的大鉬片、IGBT芯片和小鉬片，以及側(cè)面與IGBT芯片柵極和發(fā)射極對應(yīng)的鍵和線和引腳，如圖1、圖2和圖3所示，最后通過工程塑料的封裝外殼將芯片整體預(yù)封裝，其中引腳外露和大、小鉬片部分外露，大、小鉬片較外殼表面高出0.5mm，如圖4、圖5和圖6所示。
[0039]預(yù)封裝單芯片的制備工藝包括如下步驟:
[0040]1)燒結(jié)連接芯片與兩面大、小鉬片；
[0041]2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置鍵和線，并與對應(yīng)的引腳連接；
[0042]3)封裝。
[0043]預(yù)封裝后的芯片經(jīng)性能測試合格后與驅(qū)動板相連接，然后封裝功率器件，芯片連接如圖8所示。其中大、小鉬片與器件端蓋之間通過焊接的工藝實現(xiàn)連接，預(yù)封裝芯片引腳和驅(qū)動板通過焊接連接。
[0044]實施例2
[0045]—種預(yù)封裝單芯片，所述預(yù)封裝單芯片包括從下至上疊層分布的大鉬片、IGBT芯片和小鉬片，以及側(cè)面與IGBT芯片柵極和發(fā)射極對應(yīng)引腳，如圖7所示，最后通過工程塑料的封裝外殼將芯片整體預(yù)封裝，其中引腳外露和大、小鉬片部分外露，大、小鉬片較外殼表面高出0.5mm。
[0046]預(yù)封裝單芯片的制備工藝包括如下步驟:
[0047]1)燒結(jié)連接芯片與兩面大、小鉬片；
[0048]2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置引腳；
[0049]3)封裝。
[0050]預(yù)封裝后的芯片經(jīng)性能測試合格后與驅(qū)動板相連接，封裝如圖8所示的功率器件，其中的大、小鉬片與器件端蓋之間進(jìn)行燒結(jié)，預(yù)封裝芯片引腳和驅(qū)動板以插針方式連接。
[0051]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實施例可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種預(yù)封裝單芯片，其特征在于，所述預(yù)封裝單芯片包括外殼，位于芯片兩面的大小鉬片，其側(cè)面的鍵和線以及引腳。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)封裝單芯片，其特征在于，所述鍵和線為分別與芯片上的柵極和發(fā)射極對應(yīng)的引腳連接的線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)封裝單芯片，其特征在于，所述芯片上的柵極和發(fā)射極與引腳相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)封裝單芯片，其特征在于，所述外殼材料為工程塑料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)封裝單芯片，其特征在于，所述預(yù)封裝芯片的引腳外露，大小鉬片部分外露。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)封裝單芯片，其特征在于，所述大小鉬片分別較外殼表面高 0.5mmο7.—種權(quán)利要求1所述的預(yù)封裝單芯片的制備工藝，其特征在于，所述制備工藝包括如下步驟: 1)以燒結(jié)或焊接方式將芯片與兩面分別設(shè)置的大小鉬片連接； 2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置與引腳對應(yīng)連接的鍵合線； 3)封裝。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)封裝單芯片的制備工藝，其特征在于，所述步驟2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置引腳。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)封裝單芯片在器件封裝中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種預(yù)封裝單芯片及其制備工藝，所述預(yù)封裝單芯片包括外殼，位于芯片兩面的大小鉬片，其側(cè)面的鍵和線以及引腳，所述的預(yù)封裝單芯片的制備工藝包括如下步驟：1)以燒結(jié)或焊接方式將芯片與兩面分別設(shè)置的大小鉬片連接；2)芯片的柵極和發(fā)射極上分別設(shè)置與引腳對應(yīng)連接的鍵合線；3)封裝。本發(fā)明的預(yù)封裝單芯片可以方便地進(jìn)行性能測試，避免了環(huán)境對芯片造成的污染和損壞，且不會對其性能造成影響，經(jīng)測試合格的預(yù)封裝芯片可直接采用壓接或焊接的方式組裝為大功率器件，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01L29/739, H01L21/60, H01L23/488, H01L23/49
【公開號】CN105355614
【申請?zhí)枴緾N201510835539
【發(fā)明人】劉文廣, 溫家良, 張朋
【申請人】國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月26日