功率半导体封装结构及其制造方法技术

本申请涉及一种功率半导体封装结构及其制造方法，功率半导体封装结构包括：基板、芯片、导电保护板及导电连接件。增加导电保护板，芯片的源极与导电保护板焊接相连，导电保护板与导电连接件的第一连接部采用激光焊接工艺熔融连接，无需采用焊料，能实现快速高效连接，使得芯片的源极与导电连接件的第一连接部的连接可靠性得以提高，失效率大大降低；此外，在激光焊接过程中，由于芯片的源极上方设有导电保护板，导电保护板对脆弱易损坏的源极起到良好的保护作用，保证激光焊接工艺的正常顺利实施；另外，需要的避让空间更小，高温熔融蔓延的熔池尺寸也相对较小，成型后各层热膨胀系数差异大大减小，热循环可靠性大幅提升。热循环可靠性大幅提升。热循环可靠性大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体封装结构及其制造方法


[0001]本申请涉及半导体封装
，特别是涉及一种功率半导体封装结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]相关技术中的功率半导体模块封装结构，包括但不限于MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor绝缘栅场效应晶体管）、IGBT（Insulated
‑
gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管）等，芯片的源极/射电极与下桥芯片/DC
‑
主流的电气连接方式通常主要采用引线键合工艺，也即使用超声波焊接工艺进行引线键合，所采用的焊头包括焊接劈刀、切刀及线夹组成，焊头上方换能器将电能转化为水平方向高频的超声波振动能，传导至劈刀，劈刀下压，对引线进行焊接，焊接完成，切刀切线，最终利用线夹拉断。
[0003]然而，功率半导体封装结构上散布的多个键合焊点在工况中的封装可靠性较低，失效率较高，带来较大的寄生参数，降低器件本身的电性能。另外，引线键合受本身工艺局限，往往需要一定的弧高来防塌陷短路和切线的缓冲空间来防止切刀撞伤芯片或其他贴装器件，即相应要求封装空间体积大，造成封装空间的浪费，同时阻碍器件尺寸小型化进程。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种功率半导体封装结构及其制造方法，它能够提高产品可靠性，降低失效率，同时封装空间体积减小。
[0005]一种功率半导体封装结构，所述功率半导体封装结构包括：基板，所述基板设有第一面及设于所述第一面上的第一导电层与第二导电层，所述第一导电层与所述第二导电层形成有绝缘间隔；芯片，所述芯片焊接连接于所述第一导电层上；导电保护板，所述导电保护板焊接连接于所述芯片的源极；导电连接件，所述导电连接件设有相对的第一连接部与第二连接部，所述第一连接部采用激光焊接工艺连接于所述导电保护板上，所述第二连接部采用激光焊接工艺连接于所述第二导电层上。
[0006]在其中一个实施例中，所述导电连接件包括导电连接片和/或至少一个导电引线。
[0007]在其中一个实施例中，所述导电连接件设为一体冲压成型的导电框架。
[0008]在其中一个实施例中，所述基板设为第一分体板与第二分体板；所述第一导电层设于所述第一分体板上，所述第二导电层设于所述第二分体板上。
[0009]在其中一个实施例中，所述芯片采用烧结工艺焊接于所述第一导电层上；所述导电保护板采用烧结工艺焊接连接于所述芯片的源极。
[0010]一种功率半导体封装结构的制造方法，包括如下步骤：提供基板、芯片、导电保护板与导电连接件，所述基板的第一面上设有相互间隔布
置的第一导电层与第二导电层；将芯片焊接连接于第一导电层上，将导电保护板焊接连接于芯片的源极；将所述导电连接件的第一连接部采用激光焊接工艺焊接于所述导电保护板上，所述导电连接件的第二连接部采用激光焊接工艺焊接于所述第二导电层上。
[0011]在其中一个实施例中，所述激光焊接工艺中，将所述第一连接部与所述导电保护板的焊接部位所形成的激光熔池的深度控制为0.2mm
‑
0.4mm，所述激光熔池的宽度控制为0.8mm
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1.6mm；和/或，将所述第二连接部与所述第二导电层的焊接部位所形成的激光熔池的深度控制为0.2mm
‑
0.4mm，所述激光熔池的宽度控制为0.8mm
‑
1.6mm。
[0012]在其中一个实施例中，所述激光焊接工艺中，所采用激光功率为5000W
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8000W，脉宽为10ms
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20ms，焊接时间为3S
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15S。
[0013]在其中一个实施例中，所述将芯片焊接连接于第一导电层上，将导电保护板焊接连接于芯片的源极步骤包括：采用焊膏将所述芯片贴合于第一导电层上；采用焊膏将所述导电保护板贴合于芯片的源极；然后采用烧结工艺来使得芯片焊接固定于所述第一导电层上，同步使得所述导电保护板焊接固定于所述芯片的源极。
[0014]在其中一个实施例中，所述采用焊膏将所述芯片贴合于第一导电层上步骤包括：在所述芯片的漏极或所述第一导电层上设有焊膏，并将所述芯片的漏极与所述第一导电层对位贴合在一起；所述采用焊膏将所述导电保护板贴合于芯片的源极步骤包括：在所述导电保护板或所述芯片的源极上设有焊膏，并将所述导电保护板与所述芯片的源极对位贴合在一起；所述焊膏采用银膏或锡膏。
[0015]上述的功率半导体封装结构及其制造方法，增加导电保护板，芯片的源极与导电保护板焊接相连，导电保护板与导电连接件的第一连接部采用激光焊接工艺熔融连接，无需采用焊料，能实现快速高效连接，使得芯片的源极与导电连接件的第一连接部的连接可靠性得以提高，失效率大大降低；同样地，导电连接件的第二连接部与第二导电层采用激光焊接工艺熔融连接，无需采用焊料，能实现快速高效连接，连接可靠性得以提高，失效率降低；此外，在激光焊接过程中，由于芯片的源极上方设有导电保护板，导电保护板对脆弱易损坏的源极起到良好的保护作用，保证激光焊接工艺的正常顺利实施；另外，相比于相关技术中的引线键合方式或回流焊工艺，本实施例中的激光焊接工艺是通过聚焦进行局部高温能量焊接，无需升温及无需焊料，焊接后局部热量的冷却也更快，需要的避让空间更小，高温熔融蔓延的熔池尺寸也相对较小，成型后各层热膨胀系数差异大大减小，热循环可靠性大幅提升。
附图说明
[0016]图1为本申请一实施例的功率半导体封装结构图。
[0017]10、基板；11、第一导电层；12、第二导电层；13、绝缘间隔；14、第三导电层；20、芯片；30、导电保护板；40、导电连接件；41、第一连接部；42、第二连接部；50、第一焊接层；60、第二焊接层。
具体实施方式
[0018]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
[0019]正如
技术介绍
所述，相关技术中的功率半导体封装结构产品有可靠性低、容易失效且对封装空间体积要求较大的问题，经专利技术人研究发现，出现这种问题的原因在于，散布的多个键合焊点在工况中会受整颗芯片电流、热量和应力的耦合场作用，使得寿命考验较严苛，相应的封装可靠性较低，失效率较高，带来较大的寄生参数，降低器件本身的电性能。此外，形成的线径变形的键合焊点，变成整个封装结构中的脆弱节点，拉低封装整体的可靠性，失效率增加。另外，引线键合受本身工艺局限，往往需要一定的弧高来防塌陷短路和切线的缓冲空间来防止切刀撞伤芯片或其他贴装器件，即相应要求封装空间体积大，造成封装空间的浪费，同时阻碍器件尺寸小型化进程。
[0020]基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体封装结构，其特征在于，所述功率半导体封装结构包括：基板，所述基板设有第一面及设于所述第一面上的第一导电层与第二导电层，所述第一导电层与所述第二导电层形成有绝缘间隔；芯片，所述芯片焊接连接于所述第一导电层上；导电保护板，所述导电保护板焊接连接于所述芯片的源极；导电连接件，所述导电连接件设有相对的第一连接部与第二连接部，所述第一连接部采用激光焊接工艺连接于所述导电保护板上，所述第二连接部采用激光焊接工艺连接于所述第二导电层上。2.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述导电连接件包括导电连接片和/或至少一个导电引线。3.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述导电连接件设为一体冲压成型的导电框架。4.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述基板设为第一分体板与第二分体板；所述第一导电层设于所述第一分体板上，所述第二导电层设于所述第二分体板上。5.根据权利要求1至4任意一项所述的功率半导体封装结构，其特征在于， 所述芯片采用烧结工艺焊接于所述第一导电层上；所述导电保护板采用烧结工艺焊接连接于所述芯片的源极。6.一种功率半导体封装结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供基板、芯片、导电保护板与导电连接件，所述基板的第一面上设有相互间隔布置的第一导电层与第二导电层；将芯片焊接连接于第一导电层上，将导电保护板焊接连接于芯片的源极；将所述导电连接件的第一连接部采用激光焊接工艺焊接于所述导电保护板上，所述导电连接件的第二连接部采用激光焊接工艺焊接于所述第二导电层上。7.根据权利要求6所述的功率半导体封装结构的制造方法，其特征在于，所述激...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓阳，陈泳槟，刘军，陈大雄，李博强，朱贤龙，
申请(专利权)人：广东芯聚能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：