本发明专利技术涉及集成电路封装技术领域，具体涉及一种用于大功率大电流器件的封装结构及其制备方法。该封装结构包括具有氮化铝多层布线结构的陶瓷基板和设置在陶瓷基板上的金属盖帽，金属盖帽具有容纳电子器件的密封内腔，设置在密封内腔中的电子器件贴合所述陶瓷基板表面，并与布线结构连接；在电子器件与陶瓷基板的贴合位置，在陶瓷基板的表面还设有复合薄膜层，复合薄膜层在陶瓷基板表面自下至上依次包括种子层、DPC厚铜层、镍层和金层。本发明专利技术将芯片直接组装到陶瓷基板表面，缩短了芯片到基板焊盘间的电气传输距离，多层布线的陶瓷基板可实现信号的垂直互联，提高了大功率大电流器件的集成度，可满足大规模大功率大电流器件的性能需求。性能需求。性能需求。
【技术实现步骤摘要】
一种用于大功率大电流器件的封装结构及其制备方法
[0001]本专利技术涉及集成电路封装
，具体涉及一种用于大功率大电流器件的封装结构及其制备方法。
技术介绍
[0002]随着大功率大电流器件的尺寸越来越小，器件的集成度要求也越来越高，传统的金属封装结构以及封装方式难以满足未来新型大功率大电流器件的发展需求。
[0003]基于氮化铝多层陶瓷封装结构和传统芯片封装的结构和方法，由于氮化铝多层陶瓷具有热导率高，同时可以进行多层布线，很好地满足大功率大电流器件对散热的要求，以及信号垂直互联的需求。但是氮化铝多层陶瓷使用的导体材料是钨导体，方阻较大，对于电流超过20A的大功率大电流器件则很难满足性能需求。并且由于传统封装结构芯片采用键合的组装方式，使得芯片信号到基板焊盘之间损耗较大，从而导致大功率大电流器件电源转换效率较低，无法满足产品需求。
技术实现思路
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的目的之一在于提供一种用于大功率大电流器件的封装结构。
[0005]本专利技术采用了以下技术方案：一种用于大功率大电流器件的封装结构，包括具有氮化铝多层布线结构的陶瓷基板和设置在所述陶瓷基板上的金属盖帽，所述金属盖帽具有容纳电子器件的密封内腔，设置在密封内腔中的电子器件贴合所述陶瓷基板表面，并与所述布线结构连接；在所述电子器件与陶瓷基板的贴合位置，在陶瓷基板的表面还设有复合薄膜层，所述复合薄膜层在陶瓷基板表面自下至上依次包括种子层、DPC厚铜层、镍层和金层。
[0006]优选的，所述陶瓷基板底部设置焊球或焊柱，所述多层布线结构包括在陶瓷基板中沿水平向设置的多层导带和沿竖直向设置的过孔；所述过孔与导带连接，并联通陶瓷基板表面设置的电子器件及底部设置的焊球或焊柱，实现电子器件信号的垂直互联。
[0007]优选的，所述种子层材质为W/Ti薄膜合金或者Ti金属，种子层厚度0.1~0.6 μm；所述DPC厚铜层厚度在30~80 μm，所述镍层为电镀镍，厚度2.0~7.9 μm，所述金层为电镀金，厚度0.3~5.7 μm。
[0008]优选的，在陶瓷基板未接触电子器件的位置，所述陶瓷基板表面设置有阻焊层，所述阻焊层材质为苯并环丁烯BCB或聚酰亚胺PI，且阻焊层的厚度与复合薄膜层一致。
[0009]优选的，所述电子器件通过倒装焊方式组装到陶瓷基板表面。
[0010]优选的，所述电子器件包括有源芯片或无源器件电容，所述有源芯片为Si芯片或GaN芯片或GaAs芯片，有源芯片与所述陶瓷基板表面通过倒装焊球连接。
[0011]优选的，所述焊球为BGA焊球，焊柱为CCGA焊柱或PGA焊柱。
[0012]优选的，所述导带和过孔中使用的导体材料为钨。
[0013]本专利技术还提供一种上述用于大功率大电流器件的封装结构的制备方法，该方法包括以下步骤：S1. 制备具有多层布线结构的陶瓷基板：S11. 根据产品需求流延出所需厚度的氮化铝陶瓷生料带，根据设计要求在生料带上进行水平方向的导带印制和竖直方向的过孔冲孔及孔内导体填充；S12. 将完成印制及填充后的生料带在模具上进行叠压，再进行等静压，使各层生料带紧密结合，过孔和导带连接形成具有多层布线结构的生瓷体；S13. 对叠压成型的生瓷体进行分切，分切后的生瓷体烧结，得到所需的陶瓷基板；S2. 制备复合薄膜层：S21. 在S13制备的陶瓷基板表面，溅射一层种子层，种子层为厚度0.1~0.6 μm的W/Ti合金或者Ti金属；溅射前，先对陶瓷基板表面进行打磨，打磨至粗糙度≤5 μm，平面度≤0.02 mm，以提高种子层结合力；S22. 在溅射的种子层表面电镀30~80 μm的厚铜，形成DPC厚铜层，同时对DPC厚铜层表面抛光至粗糙度≤80nm后，在铜表面光刻出所需的表面金属化图形；S23. 在光刻后的铜表面，依次电镀2.0~7.9 μm的镍层和0.3~5.7 μm的金层；上述种子层、DPC厚铜层、镍层和金层即为复合薄膜层；S3. 安装电子器件：将所需的电子器件组装在陶瓷基板表面，并采用丝网印刷的方式印制焊膏，在回流炉中进行焊接，使电子器件结合在陶瓷基板表面；S4. 封盖：在陶瓷基板四周根据金属盖帽的大小设置铅锡焊料，将金属盖帽与陶瓷基板在回流炉中焊接，形成所需的封装结构。
[0014]优选的，所述步骤S12中等静压压力8~15MPa，时间6
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8min；步骤S13中烧结温度1780~1810℃，烧结时间3~6h。
[0015]优选的，所述步骤S3中焊膏为Sn93.6Ag4.7Cu1.7合金，印刷厚度0.08~0.12mm。
[0016]优选的，所述封装结构还包括设置在陶瓷基板底部的焊球或焊柱，在陶瓷基板的底面通过丝网印刷的方式印制焊膏，根据设计需求将焊球或焊柱设置在合适位置，并与陶瓷基板中的多层布线结构连接，放入回流焊炉中进行焊接，焊接温度180~220℃，焊接时间3~5 min。
[0017]优选的，所述步骤S3中回流焊的温度为250~280℃，焊接时间为3~5 min；所述步骤S4中回流焊的温度为220~250℃，焊接时间5~8 min，铅锡焊料的设置厚度为0.05 mm。
[0018]优选的，还包括步骤S24，在复合薄膜层中设置阻焊层，具体为：根据S22中光刻的金属化图形位置，对复合薄膜层再次光刻，去除非金属化图形区域，并向非金属化图形区域内旋涂绝缘介质，形成阻焊层，所述绝缘介质的材料为苯并环丁烯BCB或聚酰亚胺PI，阻焊层的厚度与复合薄膜层一致。
[0019]本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术将电子器件通过倒装焊方式直接组装在陶瓷基板表面，无需通过键合等方式进行封装，有效缩短了电气传输距离，降低了信号传输损耗，减小了接触电阻，提高了电源转换效率。本专利技术中电子器件可以是大功率大电流的不同材料芯片，如Si芯片、GaN芯片、GaAs芯片等有源芯片和无源器件。
[0020]2）本专利技术中陶瓷基板使用氮化铝多层陶瓷，通过多层布线实现信号的垂直互联，提高了大功率大电流器件的集成度，缩短了电气传输距离，缩小了产品体积，同时氮化铝陶瓷热导率高，可以很好地将芯片工作产生的热量及时地散出去，散热效率高。为配合氮化铝多层陶瓷的烧结工艺，多层陶瓷基板内部导体选择与其更加匹配的钨导体材料，尽管钨导体相较于铜导体、金导体而言，电阻率较大，但本申请改进的封装结构允许通过增加过孔数量和导带的宽度减小传输线的阻值，从而提高氮化铝多层基板内层过电流能力，克服传统氮化铝陶瓷多层基板的弊端。
[0021]3）基板表面复合薄膜层中，种子层主要起到增加薄膜与基板结合力的作用；厚铜层采用了30~80μm的DPC厚铜层，铜的电阻很小，可以实现器件过20A以上大电流的要求，提高电源转换效率。增加的阻焊层主要起到绝缘和阻止焊料流淌的作用。
[0022]4）设置在电子器件四周的可伐金属盖帽可以使电子器件实现气密封装，保护有源芯片在各种恶劣的环境下正常工作。电子器件通过陶瓷基本底面设置的BGA阵列或CCGA阵列或PGA阵列方式将电气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于大功率大电流器件的封装结构，其特征在于，包括具有氮化铝多层布线结构的陶瓷基板（10）和设置在所述陶瓷基板（10）上的金属盖帽（20），所述金属盖帽（20）具有容纳电子器件（30）的密封内腔，设置在密封内腔中的电子器件（30）贴合所述陶瓷基板（10）表面，并与布线结构连接；在所述电子器件（30）与陶瓷基板（10）的贴合位置，在陶瓷基板（10）的表面还设有复合薄膜层（40），所述复合薄膜层（40）在陶瓷基板（10）表面自下至上依次包括种子层（41）、DPC厚铜层（42）、镍层（43）和金层（44）；所述种子层（41）材质为W/Ti薄膜合金或者Ti金属，种子层（41）厚度0.1~0.6 μm；所述DPC厚铜层（42）厚度在30~80 μm，所述镍层（43）为电镀镍层，厚度2.0~7.9 μm，所述金层（44）为电镀金层，厚度0.3~5.7 μm。2.如权利要求1所述的一种用于大功率大电流器件的封装结构，其特征在于，所述陶瓷基板（10）底部设置焊球或焊柱（60），所述多层布线结构包括在陶瓷基板（10）中沿水平向设置的多层导带（11）和沿竖直向设置的过孔（12）；所述过孔（12）与导带（11）连接，并联通陶瓷基板（10）表面设置的电子器件（30）及底部设置的焊球或焊柱（60），实现电子器件（30）信号的垂直互联。3.如权利要求1所述的一种用于大功率大电流器件的封装结构，其特征在于，在陶瓷基板（10）未接触电子器件（30）的位置，所述陶瓷基板（10）表面设置有阻焊层（50），阻焊层（50）材质为苯并环丁烯BCB或聚酰亚胺PI，且阻焊层（50）的厚度与复合薄膜层（40）一致。4.如权利要求1所述的一种用于大功率大电流器件的封装结构，其特征在于，所述电子器件（30）通过倒装焊方式组装到陶瓷基板（10）表面。5.如权利要求2所述的一种用于大功率大电流器件的封装结构，其特征在于，所述焊球为BGA焊球，焊柱为CCGA焊柱或PGA焊柱。6.一种如权利要求1
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5任一项所述的用于大功率大电流器件的封装结构的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1. 制备具有多层布线结构的陶瓷基板（10）：S11. 根据产品需求流延出所需厚度的氮化铝陶瓷生料带，根据设计要求在生料带上进行水平方向的导带（11）印制和竖直方向的过孔（12）冲孔及孔内导体填充；S12. 将完成印制及填充后...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，耿春磊，杨正南，夏明旷，
申请(专利权)人：合肥圣达电子科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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