一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构制造技术

一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构。涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构。提供了一种方便加工，提高检测可靠性的氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构。包括芯片、引线框架以及覆盖在芯片、引线框架上的封装层，所述芯片包括衬底、制作在衬底上的氮化镓MOSFET结构层、制作在衬底底部的压阻、覆盖在衬底底面上的绝缘层以及制作在绝缘层上的电极层，所述衬底的材料为单晶硅。所述电极层的材料为金，所述引线框架的材料为铜或者铜合金。本发明专利技术的氮化镓MOSFET封装应力应变感测结构的制备工艺与常规氮化镓MOSFET芯片的制备工艺和封装工艺兼容，制备过程简单易行。

A stress-strain distribution sensing structure for GaN MOSFET package

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构
本专利技术涉及功率半导体器件
，尤其涉及一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构。
技术介绍
氮化镓MOSFET是一类以氮化镓以及铝氮化镓为基础材料的场效应晶体管。由于氮化镓具有高的击穿电场、高的饱和速度、良好的温度特性，氮化镓MOSFET在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面有着广泛的应用前景。氮化镓MOSFET器件中包含具有不同热膨胀系数的芯片材料和封装材料，制造和使用过程中的温度变化引起材料间的热失配，使得各层材料及其界面处产生非均匀分布的热应力应变，导致芯片功能结构的改变，由此带来氮化镓MOSFET芯片电学性能的退化或失效，影响氮化镓MOSFET器件的可靠性，因而氮化镓MOSFET芯片封装应力应变的有效检测与分析是保证其质量和可靠性的关键之一。现行技术中，对芯片中的应力应变分布的直接感测方法包括Stoney法、微拉曼光谱法、X射线/同步X射线衍射法、红外光弹法等。但对于完成封装后的氮化镓MOSFET器件，无法对包封于其中的芯片进行直接的应力应变检测。现行技术中，除了采用仿真模拟的方法对氮化镓MOSFET芯片的封装应力应变进行定性分析外，常规的测试方法是采用专门设计的应力应变测试芯片来对封装应力应变分布进行测试（蔡坚等，一种应力测试芯片及其应力测试方法，CN201110379324）。但上述测试方法存在的问题是，这种专用的应力应变测试芯片与实际氮化镓MOSFET芯片的结构差异很大，并不能准确地反映封装内氮化镓MOSFET芯片上应力应变分布的实际状况及其对氮化镓MOSFET芯片功能结构和电学特性的影响。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，提供了一种方便加工，提高检测可靠性的氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构。本专利技术的技术方案为：包括芯片、引线框架以及覆盖在芯片、引线框架上的封装层，所述芯片包括衬底、制作在衬底上的氮化镓MOSFET结构层、制作在衬底底部的压阻、覆盖在衬底底面上的绝缘层以及制作在绝缘层上的电极层，所述压阻包括至少两个自内而外依次嵌套的压阻环，其中，奇数设置的压阻环下部开有缺口一，偶数设置的压阻环下部开有缺口二，所述缺口一和缺口二错开设置，相邻压阻环之间的横向间距相等以及纵向间距相等；所述绝缘层用于覆盖具有压阻的衬底底面，绝缘层在与各个压阻环的两端相交的区域制作有绝缘层通孔；所述电极层包括至少两个压阻引出电极和一接地散热电极，所述压阻引出电极和压阻环一一对应，压阻环的两端为压阻接触区，各个压阻环的一端在对应的绝缘层通孔处与对应的压阻引出电极相连，另一端在对应的绝缘层通孔处与接地散热电极相连，所述接地散热电极环绕各个压阻引出电极；所述引线框架设在芯片的底部，所述引线框架包括框架接地散热电极、至少两个框架引出电极和至少两个输出电极，所述框架引出电极与输出电极一一对应且相连，所述压阻引出电极与框架引出电极一一对应且相连，所述接地散热电极与框架接地散热电极相连。所述缺口一设在压阻环的左下部，缺口二设在压阻环的右下部。所述缺口一设在压阻环的右下部，缺口二设在压阻环的左下部。所述衬底的材料为单晶硅。所述压阻的材料为P型掺杂硅。所述压阻接触区的材料为P型重掺杂硅。所述绝缘层的材料为二氧化硅或者氮化硅。所述电极层的材料为金，所述引线框架的材料为铜或者铜合金。所述封装层的材料为环氧树脂或者硅酮。本专利技术的有益效果如下：⑴本专利技术直接在氮化镓MOSFET芯片底部制作多个自内而外依次嵌套的压阻环，芯片上部的氮化镓MOSFET主体结构保持不变，因此本专利技术的芯片结构与常规氮化镓MOSFET的芯片结构具有最大的相似性，因而可以更准确反映芯片的封装热适配应力应变分布情况及其对氮化镓MOSFET芯片的功能结构和电学特性的影响；⑵本专利技术以氮化镓MOSFET的常规封装形式中的引线框架结构为基础设计本专利技术的引线框架和压阻检测电极，本专利技术中由芯片、引线框架和封装层构成的封装体与实际氮化镓MOSFET封装器件结构具有最大的相似性，便于利用现有氮化镓MOSFET器件测试系统检测本专利技术的芯片包括压阻特性在内的电学特性，检测方法与过程简便易行，检测结果符合性好；⑶本专利技术芯片底部绝缘层上覆盖的压阻引出电极和接地散热电极与引线框架的对应电极通过导电银浆粘接，同时起到使芯片固接在引线框架上的作用。当本专利技术中的氮化镓MOSFET承受一定的温度循环和功率循环，芯片与覆盖于其上的封装层间因不同的热膨胀系数而在其界面产生热失配应力应变时，分布于芯片底面的热失配应力应变作用在自内而外依次嵌套的各个压阻环上，引起各个压阻环阻值的变化，通过检测并比较封装前后各个压阻环阻值的变化，可用以分析芯片底面应力应变分布情况，并可据此进一步分析氮化镓MOSFET封装应力应变情况；⑷由于本专利技术中由芯片、引线框架和封装层构成的感测结构与实际氮化镓MOSFET封装器件结构具有最大的相似性，因而本专利技术的氮化镓MOSFET封装应力应变感测结构的制备工艺与常规氮化镓MOSFET芯片的制备工艺和封装工艺兼容，制备过程简单易行。附图说明图1为本专利技术的结构示意图，图2为本专利技术的内部结构示意图，图3为本专利技术中芯片底部的结构示意图，图4为本专利技术中的引线框架结构示意图；图中：1是芯片、11是衬底、12是MOSFET结构层、13是压阻、131是第一压阻环、132是第二压阻环、133是第三压阻环、134是第四压阻环、135是压阻接触区、14是绝缘层、141是绝缘层通孔、15是电极层、151是第一压阻引出电极、152是第二压阻引出电极、153是第三压阻引出电极、154是第四压阻引出电极、155是芯片接地散热电极、2是引线框架、211是第一框架引出电极、212是第二框架引出电极、213是第三框架引出电极、214是第四框架引出电极、22是输出电极、221是第一输出电极、222是第二输出电极、223是第三输出电极、224是第四输出电极、23是框架接地散热电极、3是封装体、31是封装层。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步说明。本专利技术包括芯片1、引线框架2以及覆盖在芯片、引线框架上的封装层31，所述芯片包括衬底11、制作在衬底上的氮化镓MOSFET结构层12、制作在衬底底部的压阻13、覆盖在衬底底面上的绝缘层14以及制作在绝缘层上的电极层15，所述压阻13包括至少两个自内而外依次嵌套的压阻环，其中，奇数设置的压阻环下部开有缺口一，偶数设置的压阻环下部开有缺口二，所述缺口一和缺口二错开设置，相邻压阻环之间的横向间距相等以及纵向间距相等；即包括自内而外依次嵌套的第一压阻环、第二压阻环、…、第N压阻环，所述第一压阻环、第三压阻环、…、第N-1压阻环的左下部或者右下部开有缺口一，所述第二压阻环、第四压阻环、…本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构，包括芯片、引线框架以及覆盖在芯片、引线框架上的封装层，其特征在于：/n所述芯片包括衬底、制作在衬底上的氮化镓MOSFET结构层、制作在衬底底部的压阻、覆盖在衬底底面上的绝缘层以及制作在绝缘层上的电极层，/n所述压阻包括至少两个自内而外依次嵌套的压阻环，其中，奇数设置的压阻环下部开有缺口一，偶数设置的压阻环下部开有缺口二，所述缺口一和缺口二错开设置，相邻压阻环之间的横向间距相等以及纵向间距相等；/n所述绝缘层用于覆盖具有压阻的衬底底面，绝缘层在与各个压阻环的两端相交的区域制作有绝缘层通孔；/n所述电极层包括至少两个压阻引出电极和一接地散热电极，所述压阻引出电极和压阻环一一对应，压阻环的两端为压阻接触区，各个压阻环的一端在对应的绝缘层通孔处与对应的压阻引出电极相连，另一端在对应的绝缘层通孔处与接地散热电极相连，所述接地散热电极环绕各个压阻引出电极；/n所述引线框架设在芯片的底部，所述引线框架包括框架接地散热电极、至少两个框架引出电极和至少两个输出电极，所述框架引出电极与输出电极一一对应且相连，/n所述压阻引出电极与框架引出电极一一对应且相连，所述接地散热电极与框架接地散热电极相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓MOSFET封装应力应变分布感测结构，包括芯片、引线框架以及覆盖在芯片、引线框架上的封装层，其特征在于：
所述芯片包括衬底、制作在衬底上的氮化镓MOSFET结构层、制作在衬底底部的压阻、覆盖在衬底底面上的绝缘层以及制作在绝缘层上的电极层，
所述压阻包括至少两个自内而外依次嵌套的压阻环，其中，奇数设置的压阻环下部开有缺口一，偶数设置的压阻环下部开有缺口二，所述缺口一和缺口二错开设置，相邻压阻环之间的横向间距相等以及纵向间距相等；
所述绝缘层用于覆盖具有压阻的衬底底面，绝缘层在与各个压阻环的两端相交的区域制作有绝缘层通孔；
所述电极层包括至少两个压阻引出电极和一接地散热电极，所述压阻引出电极和压阻环一一对应，压阻环的两端为压阻接触区，各个压阻环的一端在对应的绝缘层通孔处与对应的压阻引出电极相连，另一端在对应的绝缘层通孔处与接地散热电极相连，所述接地散热电极环绕各个压阻引出电极；
所述引线框架设在芯片的底部，所述引线框架包括框架接地散热电极、至少两个框架引出电极和至少两个输出电极，所述框架引出电极与输出电极一一对应且相连，
所述压阻引出电极与框架引出电极一一对应且相连，所述接地散热电极与框架接地散热电极相连。


2.根据权利要求1所述的一种氮化镓MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成，王毅，
申请(专利权)人：扬州扬杰电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32