一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，通过在SiC功率芯片表面形成具有若干金属图形的金属层，使得键合后键合点与芯片表面铝金属化形成三维连接结构，提升芯片功率循环能力。金属图形为条状，金属层厚度小于或等于键合线直径，金属图形之间的间距大于键合线直径。本发明专利技术在不改变键合工艺的情况下提升了键合线功率循环能力，提高器件使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法
本专利技术属于功率器件封装
，具体涉及一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)功率器件的应用可大幅提高电力电子变换器的性能，目前在工业变频、电动汽车、轨道牵引、再生能源发电等诸多场合中已获得初步应用。随着SiC材料和工艺技术的日趋成熟，SiC功率器件有望取代传统的Si基功率器件，在未来的电力电子变换器中获得更为广泛的应用与发展。SiC器件中由于封装材料热膨胀系数的不同，芯片键合点在应用中承担机械应力。应用中温度循环对键合点的剥离效应不断积累，最后超出键合处的承受能力，导致键合引线键合点裂纹或完全脱离焊盘。当其中一根或几根键合线略微或全部翘起时会导致电流分配不均，超出键合引线所能承受的载荷极限，导致更多的键合引线剥离键合处或翘曲，若器件不能及时停止工作，会出现器件由于过热而导致的失效。SiC芯片工作温度可以超过250℃，远高于目前Si基IGBT芯片的175℃，更高的工作温度对芯片键合线可靠性带来了极大的挑战。近些年，研究人员通过匹配封装材料之间的热膨胀系数，优化工艺参数，已经明显提升芯片键合线功率循环能力。然而目前的方法对芯片表面金属提出了要求，同时需要更换键合线材料，对工艺实现提出了挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，在不改变键合工艺的情况下提升了键合线功率循环能力，提高器件使用寿命。本专利技术所采用的技术方案是，一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，通过在SiC功率芯片表面形成具有若干金属图形的金属层，使得键合后键合点与芯片表面铝金属化形成三维连接结构，提升芯片功率循环能力。本专利技术的特点还在于，金属图形为条状。金属层厚度小于或等于键合线直径。金属图形之间的间距大于键合线直径。本专利技术的有益效果是，一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，通过在芯片表面形成有图形的金属层，使得键合线与芯片表面金属呈三维连接结构，提升了键合线功率循环能力。该方法芯片常规工艺可实现金属层，同时不需要调整铝线键合工艺，是一种可行的方法。附图说明图1是芯片表面结构图；图2是键合线与芯片表面三维连接结构图；图3是金属沉积与刻蚀方式实现流程图；图4是图形与沉积方式实现流程图。图中，1.SiC功率芯片，2.金属层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，如图1、图2所示，通过在SiC功率芯片1表面形成具有若干金属图形的金属层2，使得键合后键合点与芯片表面铝金属化形成三维连接结构，提升芯片功率循环能力。金属图形为条状。金属层2厚度小于或等于键合线直径。金属图形之间的间距大于键合线直径。本专利技术一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法中，提出以下3种具体实施方案，其中前两种方案都为半导体常规工艺。第一种：金属沉积与刻蚀方式，如图3所示，采用金属沉积与刻蚀方式实现芯片表面金属图形，金属沉积可以与芯片电极金属同时完成，如需沉积其它金属，可在芯片电极金属沉积完成后进行。采用溅射或蒸发方式可采用两种金属靶或者金属源一次完成。表面金属沉积完成后通过光刻与刻蚀工艺实现芯片表面图形。采用金属沉积与刻蚀方式实现芯片表面图形金属层。具体步骤：在芯片表面通过磁控溅射或者蒸发方式沉积形成确定厚度的金属，金属层厚度与键合线直径相当。如沉积金属和芯片表面金属相同，可与芯片表面金属一次工艺完成；通过光刻方式在金属层表面形成光刻胶涂层，光刻胶涂层形状和最终金属层相同；通过湿法腐蚀方式将光刻胶图形外的金属去除；通过湿法腐蚀方式去除剩余的光刻胶，留下形成的图形金属层。第二种：图形与沉积方式，如图4所示：采用图形与沉积方式实现芯片表面金属图形。工艺中首先在芯片表面沉积一定厚度的二氧化硅薄膜，通过光刻与腐蚀方式形成金属图形，通过金属沉积方式形成金属图形，最后腐蚀掉二氧化硅形成需要的金属图形。通过图形与金属沉积方式实现芯片表面金属层。具体步骤：通过干氧或者湿氧方式在芯片表面沉积一定厚度的二氧化硅；通过光刻与腐蚀方式在二氧化硅表面形成图形，图形形貌与最终金属图形相同；通过磁控溅射或者蒸发方式在芯片表面形成确定厚度的金属，金属厚度与键合线直径相当；通过腐蚀方式去除芯片表面所有二氧化硅，留下形成的图形金属层。第三种：丝网印刷方式：丝网印刷方式可满足金属图形的分辨率要求，使用如纳米银等材料进行丝网印刷，高温固化后形成表面金属。通过丝网印刷方式形成图形金属，具体步骤如下：制作网版，网版图形与金属图形相同，厚度略大于确定金属厚度，保证高温固化后金属厚度达到预定值。最终金属厚度与键合线相当；通过丝网印刷方式在芯片表面形成图形的纳米银层；高温固化，纳米银中有机物挥发，形成图形金属层。上述三种实现方式可以根据实际需要进行选择。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，其特征在于，通过在SiC功率芯片(1)表面形成具有若干金属图形的金属层(2)，使得键合后键合点与芯片表面铝金属化形成三维连接结构，提升芯片功率循环能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，其特征在于，通过在SiC功率芯片(1)表面形成具有若干金属图形的金属层(2)，使得键合后键合点与芯片表面铝金属化形成三维连接结构，提升芯片功率循环能力。


2.根据权利要求1所述的一种提高SiC功率芯片键合线功率循环能力的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌娟，郭庆吉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61