解决5G GaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构制造技术

本发明专利技术涉及一种解决5G GaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构，包括芯片和引线框基岛，所述引线框基岛上表面设有一环形凹槽，所述环形凹槽内侧形成焊接支撑台，所述焊接支撑台上表面低于引线框基岛的上表面，所述焊接支撑台上表面还阵列设有多个高度相同的支撑凸点，芯片通过烧结银胶焊接在焊接支撑台上。通过调整焊接支撑台上表面与引线框基岛的上表面之间的高度差，可以使外溢的烧结银胶即能反包芯片边缘，形成爬胶，同时又能避免烧结银胶爬胶过高；所述支撑凸点能有效的帮助将烧结银胶中的空气排挤出去，能使焊接层空洞率减少到2%以内，支撑凸点能保证芯片放置时的平整，避免出现芯片倾斜，能提升产品的焊接可靠性和产品的散热性。

Packaging and welding structure for 5g Gan chip with high reliability

【技术实现步骤摘要】
解决5GGaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构
本专利技术涉及芯片封装
，尤其涉及一种解决5GGaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构。
技术介绍
5G应用的氮化镓/碳化硅(GaN/SiC)产品在工作时电流大、功率高，工作温度会高达250度，这就要求芯片封装产品具有高散热性、高可靠性的特性，为了满足这些要求，尤其是高散热性要求，对产品的封装材料(塑封料、焊接料)也有较高要求，都需要具有高导热性的特性，尤其是芯片底部的焊接料，连接了芯片和引线框基岛，芯片产生的热先传递到引线框基岛上，再散失到空气中，是决定产品散热性能的非常关键性的材料。目前，为了满足产品的高散热要求，都选用热导率大于100W/(m.K)的焊接材料，既烧结银胶，但是此类材料也有一些缺点，在烘烤固化焊接后，芯片与引线框基岛之间的焊接料中会出现很多空洞，这严重的影响了产品的散热性。不同界面散热性计算公式：Q＝a(tw-to)F式中，Q为散热量，单位为w。其中，tw为热源的表面温度，单位为℃，如芯片底面；to为外界散热源温度，单位为℃，如引线框基岛；F为散热面的面积，单位为m2，近似焊接层的层面积；a为综合换热系数，w/(℃×m2)，与热交换的材料热导率成正比，近似烧结银胶的热导率。通过上述散热性公式可以推导得出：当产品材料结构相同时，tw，to，a均为定值，而F直接受焊接空洞率的影响，30％焊接空洞率意味着，整体散热量Q会降低为70％，对产品散热性有着显著影响，会造成产品热量无法及时散出而累积，使产品自身的温度上升，影响产品的工作稳定性及可靠性。同时，有试验也证实表明，芯片与引线框基岛之间焊接空洞面积与产品散热性呈明显的反比关系，当产品工作一定的时间后，由于焊接空洞造成的散热性差会导致产品异常，降低产品寿命，甚至直接失效(ChiriacVA,YuY.ImpactsofsoldervoidsonPQFNpackages‘thermalandmechanicalperformances[C].Thermal&ThermomechanicalPhenomenainElectronicSystems.IEEE,2010:1-7；郑钢涛,陈素鹏,胡俊,etal.焊料层空洞面积对功率器件电阻和热阻的影响[J].半导体技术,2010(11):16-20)。如图1所示，为现有技术中的一种芯片封装结构，包括引线框5、引线框基岛2、芯片1、金线7、焊接料3和塑封料6，现有技术中焊接料3厚度一般采用15-20μm，在烘烤固化焊接后，芯片1与引线框基岛2之间的焊接料3中会出现很多空洞，芯片1与引线框基岛2之间焊接空洞面积与产品散热性呈明显的反比关系，这严重的影响了芯片封装产品的散热性，散热性差会导致产品异常，降低产品寿命，甚至直接失效。当前产品一般对芯片焊接层空洞率要求小于25％(JEDECJ-STD-033)，而此类GaN/SiC产品的特殊应用对其散热性要求很高，焊接层空洞率不大于5％，为了减少焊接空洞，通过高导热性烧结银胶DOE实验优化后发现，当焊接料的用量要达到一定要求，既厚度大于30μm时，焊接空洞会明显降低，可使焊接空洞会降低到2％以下，能满足散热要求。当焊接料的厚度大于30μm时，虽然解决了焊接空洞问题，但对后续封装工艺又产生了不利影响，由于焊接料厚度大，很容易在装片时出现芯片倾斜超标，严重影响焊接质量和产量，同时芯片倾斜也会造成芯片散热不均匀，影响散热稳定性；芯片边缘焊接料溢料超标，焊接料爬高控制困难，使产品的生产很不稳定，既造成了生产质量难以管控，又影响了产品的产能，并且随着焊接料的厚度继续增大，上述问题会更加突出严重，这就需要有好的方案来解决这些问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解决5GGaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构，既能解决焊接空洞问题，又能解决芯片倾斜超标的问题。本专利技术是这样实现的：一种解决5GGaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构，包括芯片和引线框基岛，所述引线框基岛上表面设有一环形凹槽，所述环形凹槽内侧形成焊接支撑台，所述焊接支撑台的形状和面积与芯片相适配，所述焊接支撑台上表面低于引线框基岛的上表面，所述焊接支撑台上表面还阵列设有多个高度相同的支撑凸点，所述支撑凸点的高度为30-50μm，所述芯片通过烧结银胶焊接在焊接支撑台上，烧结银胶的厚度等于或稍大于支撑凸点的高度。其中，所述环形凹槽的深度为80-120μm，环形凹槽的宽度为100-200μm。其中，所述焊接支撑台的高度为50-75μm。其中，所述支撑凸点的直径尺寸为30-60μm。其中，所述引线框基岛上表面还设有镀银层。其中，所述封装焊接结构还包括引脚、金线和塑封体，所述金线用于连接芯片和引脚，所述塑封体用于封装整个产品。本专利技术的有益效果为：本专利技术设计了一种新的封装焊接结构，在引线框基岛上表面设置了一环形凹槽，因为烧结银胶增加了厚度(原来厚度为15-20μm，现在至少为30μm)，导致向芯片四周外溢比原来严重，所述环形凹槽用于围住烧结银胶，形成对烧结银胶的围坝结构，控制外溢范围；所述焊接支撑台的尺寸与芯片的尺寸相适配，而且所述焊接支撑台上表面低于引线框基岛的上表面，二者之间形成一定的高度差，通过调整该高度差，可以使外溢的烧结银胶即能反包芯片边缘，形成爬胶，同时又能避免烧结银胶爬胶过高，使芯片边缘四周及顶面受到沾污；所述支撑凸点为微型凸台，高度需依据实际要点胶的厚度来设计，一般大于30μm，支撑凸点的顶部形成一个平整的支撑面，能有效的帮助将烧结银胶中的空气排挤出去，能使焊接层空洞率减少到2％以内，支撑凸点能保证芯片放置时的平整，避免出现芯片倾斜，在固化焊接过程中还能校正芯片倾斜，最大程度减小芯片倾斜(只有烧结银胶厚度超过支撑凸点高度时，芯片才有可能出现倾斜，但倾斜很小)，并且改善焊接料溢料超标的问题，另外，支撑凸点还能增加与烧结银胶的接触面积，提供更多的机械交叉结合面，增强烧结银胶层与引线框基岛的结合强度，提升产品的焊接可靠性，从而提升产品的质量和可靠性，支撑凸点和烧结银胶混合焊接层的导热性都要远远好于纯烧结银胶的焊接层(烧结银胶热导率100-200W/(m.K)铜的热导率400W/(m.K))，所以还能提高产品的散热性，所得产品甚至可以在400度的高温条件下长时工作，由于支撑凸点占据原焊接层一定的空间，新设计的结构烧结银胶的使用量会减少，降低成本。附图说明图1是本专利技术所述封装焊接结构实施例中引线框基岛的俯视图；图2是图1中A-A向剖示图；图3是在引线框基岛上点烧结银胶后的结构示意图；图4是把芯片焊接到引线框基岛后的结构示意图；图5是本专利技术所述引线框基岛未加工前的剖面示意图；图6是本专利技术在引线框基岛上加工出环形凹槽的结构示意图；图7是本专利技术在引线框基岛上加工出焊接支撑台的结构示意图；图8是本专利技术在引线框基岛上加工出支撑凸点的结构示意图；图9是本专利技术所述封装焊接结构实施例中金线将芯片和引脚连接起来的结构示意图；...

【技术保护点】
1.一种解决5G GaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构，其特征在于，包括芯片和引线框基岛，所述引线框基岛上表面设有一环形凹槽，所述环形凹槽内侧形成焊接支撑台，所述焊接支撑台的形状和面积与芯片相适配，所述焊接支撑台上表面低于引线框基岛的上表面，所述焊接支撑台上表面还阵列设有多个高度相同的支撑凸点，所述支撑凸点的高度为30-50μm，所述芯片通过烧结银胶焊接在焊接支撑台上，烧结银胶的厚度等于或稍大于支撑凸点的高度。/n

【技术特征摘要】
1.一种解决5GGaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构，其特征在于，包括芯片和引线框基岛，所述引线框基岛上表面设有一环形凹槽，所述环形凹槽内侧形成焊接支撑台，所述焊接支撑台的形状和面积与芯片相适配，所述焊接支撑台上表面低于引线框基岛的上表面，所述焊接支撑台上表面还阵列设有多个高度相同的支撑凸点，所述支撑凸点的高度为30-50μm，所述芯片通过烧结银胶焊接在焊接支撑台上，烧结银胶的厚度等于或稍大于支撑凸点的高度。


2.根据权利要求1所述的封装焊接结构，其特征在于，所述环形凹槽的深度为80-120μm，环形凹槽的宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建伟，
申请(专利权)人：广东气派科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44