一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构及其制备方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子
，具体涉及一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构及其制备方法
。

技术介绍

[0002]碳化硅
(SiC)
肖特基二极管是一种宽禁带半导体功率器件，具有出色的器件性能，因为
SiC
材料具有高临界击穿电场
、
高饱和电子漂移速率
、
高热导率等优良的物理特性，可用于制作高压
、
大功率
、
高频
、
高温应用的半导体功率器件，将在轨道交通等领域发挥重要作用
。
[0003]SiC
肖特基二极管的芯片具有面积小的特点，芯片上的电极的尺寸在毫米级，这使得芯片被制造出来后无法直接应用在电路中
。
芯片需要通过引线焊接将电极和管脚连接到一起，进行封装后才能应用到电路中，但是，目前大部分
SiC
肖特基二极管的封装结构是基于硅
(Si)
功率器件的封装结构设计的，引线和焊料不耐高温，导致器件在
200℃
以上长期工作后会性能退化；引线的存在也引入了寄生电感，导致器件在开关过程中会出现高频振荡电磁干扰问题
。SiC
肖特基二极管的封装的高温可靠性问题和电磁干扰可靠性问题已经严重限制了该器件的性能，
SiC
肖特基二极管的性能不能发挥到极限
。
[0004]除了高温可靠性问题和电磁干扰可靠性问题以外，
SiC
肖特基二极管需要实现宽管脚间距和多芯片串联封装结构，以实现更高的击穿电压
。
现有
SiC
肖特基二极管封装结构的管脚之间间距较小，在
5000V
以上的高压下易出现空气电弧击穿；
SiC
肖特基二极管芯片击穿电压通常在
3300V
以下，而电网中需要的电压动辄上万伏特，
SiC
肖特基二极管需要多芯片串联封装后使用，但是宽管脚间距和多芯片串联是目前的
SiC
肖特基二极管的封装结构里不具备的
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构及其制备方法；
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构，包括：
[0008]Ni
层，包括一次
Ni
层
、
二次
Ni
层
、
三次
Ni
层
、
四次
Ni
层
、
五次
Ni
层
、
六次
Ni
层
、
七次
Ni
层
、
八次
Ni
层；
[0009]Cu
层，包括一次
Cu
层
、
二次
Cu
层
、
三次
Cu
层
、
四次
Cu
层；
[0010]SiN
层，包括一次
SiN
层
、
二次
SiN
层
、
三次
SiN
层；
Cu
引脚，包括一次
Cu
引脚
、
二次
Cu
引脚；
[0011]Al
‑
Zn
层，包括一次
Al
‑
Zn
焊料层
、
二次
Al
‑
Zn
焊料层
、
三次
Al
‑
Zn
焊料层
、
四次
Al
‑
Zn
焊料层；
[0012]SiC
层，包括一次
SiC
层
、
二次
SiC
层
、
三次
SiC
层；
[0013]所述一次
Ni
层
、
一次
Cu
层
、
二次
Ni
层
、
一次
SiN
层
、
三次
Ni
层
、
二次
Cu
层
、
四次
Ni
层
、
二次
SiN
层
、
一次
Al
‑
Zn
焊料层
、
一次
SiC
层
、
二次
Al
‑
Zn
焊料层
、
二次
SiC
层
、
三次
Al
‑
Zn
焊料层
、
三次
SiC
层
、
四次
Al
‑
Zn
焊料层
、
五次
Ni
层
、
三次
Cu
层
、
六次
Ni
层
、
三次
SiN
层
、
七次
Ni
层
、
四次
Cu
层
、
八次
Ni
层由下自上依次设置；
[0014]所述一次
Cu
引脚位于二次
Cu
层的左侧，二次
Cu
引脚位于三次
Cu
层的右侧
。
[0015]根据本专利技术优选的，所述一次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m
；所述二次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m
；所述三次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m
；所述四次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构，其特征在于，包括：
Ni
层，包括一次
Ni
层
、
二次
Ni
层
、
三次
Ni
层
、
四次
Ni
层
、
五次
Ni
层
、
六次
Ni
层
、
七次
Ni
层
、
八次
Ni
层；
Cu
层，包括一次
Cu
层
、
二次
Cu
层
、
三次
Cu
层
、
四次
Cu
层；
SiN
层，包括一次
SiN
层
、
二次
SiN
层
、
三次
SiN
层；
Cu
引脚，包括一次
Cu
引脚
、
二次
Cu
引脚；
Al
‑
Zn
层，包括一次
Al
‑
Zn
焊料层
、
二次
Al
‑
Zn
焊料层
、
三次
Al
‑
Zn
焊料层
、
四次
Al
‑
Zn
焊料层；
SiC
层，包括一次
SiC
层
、
二次
SiC
层
、
三次
SiC
层；所述一次
Ni
层
、
一次
Cu
层
、
二次
Ni
层
、
一次
SiN
层
、
三次
Ni
层
、
二次
Cu
层
、
四次
Ni
层
、
二次
SiN
层
、
一次
Al
‑
Zn
焊料层
、
一次
SiC
层
、
二次
Al
‑
Zn
焊料层
、
二次
SiC
层
、
三次
Al
‑
Zn
焊料层
、
三次
SiC
层
、
四次
Al
‑
Zn
焊料层
、
五次
Ni
层
、
三次
Cu
层
、
六次
Ni
层
、
三次
SiN
层
、
七次
Ni
层
、
四次
Cu
层
、
八次
Ni
层由下自上依次设置；所述一次
Cu
引脚位于二次
Cu
层的左侧，二次
Cu
引脚位于三次
Cu
层的右侧
。2.
根据权利要求1所述的一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构，其特征在于，所述一次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m
；所述二次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m
；所述三次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m
；所述四次
Al
‑
Zn
焊料层长度为3‑
8mm
，宽度为3‑
8mm
，厚度为
75
‑
100
μ
m。3.
根据权利要求1所述的一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构，其特征在于，所述一次
Al
‑
Zn
焊料层长度
5mm
，宽度
5mm
，厚度
80
μ
m
；所述二次
Al
‑
Zn
焊料层长度
5mm
，宽度
5mm
，厚度
80
μ
m
；所述三次
Al
‑
Zn
焊料层长度
5mm
，宽度
5mm
，厚度
80
μ
m
；所述四次
Al
‑
Zn
焊料层长度
5mm
，宽度
5mm
，厚度
80
μ
m。4.
根据权利要求1所述的一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构，其特征在于，所述一次
Al
‑
Zn
焊料层
、
所述二次
Al
‑
Zn
焊料层及所述三次
Al
‑
Zn
焊料层中，
Al
含量
35
‑
45wt
％，
Zn
含量
55
‑
65wt
％；最优选的，所述一次
Al
‑
Zn
焊料层
、
所述二次
Al
‑
Zn
焊料层及所述三次
Al
‑
Zn
焊料层中，
Al
含量
40wt
％，
Zn
含量
60wt
％
。5.
根据权利要求1所述的一种用于碳化硅功率器件的耐高温陶瓷封装结构，其特征在于，所述一次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述二次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述三次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述四次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述五次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述六次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述七次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；所述八次
Ni
层长度为
10
‑
15mm
，宽度为
10
‑
15mm
，厚度为
70
‑
75
μ
m
；最优选的，所述一次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
；所述二次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
；所述三次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
；所述四次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
；所述五次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
；所述六次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
；所述七次
Ni
层长度
12mm
，宽度
12mm
，厚度
70
μ
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光磊，徐礼军，杨帅，李彦芳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：