一种陶瓷覆铜框架及基于该框架的场效应晶体管的制作方法

1.本实用新型涉及半导体塑封封装技术领域，尤其涉及一种陶瓷覆铜框架及基于该框架的场效应晶体管。


背景技术：

2.塑封器件具有性能优、体积小、重量轻、品种多样、成本低等特点，在材料及工艺不断进步的今天，其质量水平也在逐步提升，被航空、电子、通信、计算机电源等领域大量采用。虽然塑封器件具有如此多的优点，但由于塑封器件具有热稳定性差、非气密性，且易于吸附周围水汽等特点，仍存在很大的使用可靠性问题，尤其是汽车和军工领域对塑封器件的可靠性要求尤为严格，器件的应用环境严酷，特别是应用环境中快速的温度变化致使器件热失陪严重，导致塑封分层严重，甚至直接导致塑封外壳开裂。究其原因主要是因为各材料间的热膨胀性能差异较大，为了解决这一问题，需要对材料间的匹配性重新评估并设计。
3.目前市面上dfn56封装的塑封器件均采用铜质框架，其热膨胀系数几乎为芯片的10倍以上，高温贮存和温度循环过程中极易因为热失配而使器件分层失效。因此，如何设计一种热膨胀系数更低、导热性高、导电性好、更简单、更低成本、热稳定性更优的框架结构，是塑封封装领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本实用新型公开一种陶瓷覆铜框架及基于该框架的场效应晶体管，本框架兼顾了裸铜框架的高导电性和高散热性能，同时又规避了框架与芯片之间热失配严重导致的可靠性问题，从而提高了器件的可靠性，降低了失效率。
5.为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种场效应晶体管陶瓷覆铜框架，包括陶瓷基板、位于陶瓷基板上的金属化层以及位于金属化层上的铜层，金属化层通过金属化浆料印刷技术印刷在陶瓷基板上，印刷在陶瓷基板上的金属化层与陶瓷基板通过真空烧结工艺结合，形成缓冲层，铜层通过电镀覆在缓冲层上。
6.进一步的，金属化层为钨钼金属化层或者钼锰金属化层。
7.进一步的，陶瓷基板为al2o3或a1n材质，陶瓷基板厚度为300μm-600μm。
8.进一步的，金属化层的厚度为150μm-300μm。
9.进一步的，铜层厚度为150μm-300μm。
10.进一步的，缓冲层表面镀铜后，进行镀镍、镀金处理。
11.进一步的，金属化层与陶瓷基板真空烧结的温度为800
°
c-950
°
c，真空度低于1*10-3
，烧结时间为120min-240min。
12.进一步的，所述陶瓷覆铜框架用于dfn56封装的场效应晶体管。
13.本发明还公开了一种场效应晶体管，包括塑封外壳、陶瓷覆铜框架、芯片、铜跳片和键合丝，陶瓷覆铜框架为上述框架，陶瓷覆铜框架封装在塑封外壳的底部，芯片焊接在陶瓷覆铜框架上，铜跳片一端焊接在芯片上，另一端焊接到引出端引出塑封外壳，键合丝的两
端分别连接芯片和晶体管引脚。
14.进一步的，所述场效应晶体管为dfn56封装。
15.本实用新型的有益效果：本实用新型所述陶瓷金属框架采用金属化浆料印刷技术和真空烧结技术使陶瓷表面金属化，实现金属铜层覆盖，得到陶瓷覆铜框架。该框架在兼顾裸铜框架的高导电性和高散热性能，同时又规避了框架与芯片之间热失配严重导致的可靠性问题，从而提高了器件的可靠性，降低了产品失效率，为以后高可靠性塑封技术的发展提供了新思路。
附图说明
16.图1为实施例1所述陶瓷金属框架的结构示意图；
17.图2为实施例2所述场效应晶体管的剖视面；
18.图3为实施例2所述场效应晶体管的正视结构示意图；
19.图中：1、陶瓷基板，2、金属化层，3、铜层，4、塑封外壳，5、铜跳片，6、键合丝，7、铅锡焊料，8、芯片，9、陶瓷覆铜框架。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型，但需要说明的是，附图中示出的实施例是说明性表示且不一定按实际比例绘制。
21.实施例1
22.本实施例公开一种场效应晶体管陶瓷覆铜框架，如图1所示，包括陶瓷基板1、位于陶瓷基板1上的金属化层2以及位于金属化层2上的铜层3，金属化层2通过金属化浆料印刷技术印刷在陶瓷基板1上，印刷在陶瓷基板1上的金属化层2与陶瓷基板1通过真空烧结工艺结合，形成缓冲层，铜层3通过电镀覆在缓冲层上。
23.本实施例中，缓冲层的作用是缓解由于陶瓷和铜层之间较大的热膨胀系数差而产生的热应力，提高陶瓷覆铜基板的可靠性。
24.本实施例中，金属化层2为钨钼金属化层或者钼锰金属化层，厚度为150μm-300μm。
25.陶瓷基板1为al2o3或a1n材质，陶瓷基板1厚度为300μm-600μm。
26.铜层3厚度为150μm-300μm，缓冲层表面镀铜后，进行镀镍、镀金处理。
27.本实施例中，金属化层2与陶瓷基板1真空烧结的温度为800
°
c-950
°
c，真空度低于1*10-3
，烧结时间为120min-240min。
28.本实施例所述陶瓷覆铜框架用于dfn56封装的场效应晶体管。
29.本实施例陶瓷覆铜框架的制备方法为：
30.s01）、利用金属化浆料印刷技术在陶瓷基板1上形成一层薄的钨钼或钼锰金属化层2；
31.s02）、利用真空烧结工艺使陶瓷基板1与钨钼或钼锰金属化层2结合，形成缓冲层，其中烧结温度为800
°
c-950
°
c，真空度低于1*10-3
，烧结时间为120min-240min；
32.s03）、在缓冲层表面镀敷一层铜，使其表面金属化，最后进行镀镍、镀金处理，得到陶瓷覆铜框架，其覆铜厚度为150μm-300μm。
33.实施例2
34.本实施例还公开了一种场效应晶体管，如图2、3所示，包括塑封外壳4、陶瓷覆铜框架9、芯片8、铜跳片5和键合丝6，陶瓷覆铜框架9为实施例1所述框架，陶瓷覆铜框架9封装在塑封外壳4的底部，芯片8通过铅锡焊料7焊接在陶瓷覆铜框架9上，铜跳片5一端通过铅锡焊料7焊接在芯片8上，另一端引出塑封外壳4，键合丝6的两端分别连接芯片8和晶体管引脚。
35.本实施例中，所述场效应晶体管为dfn56封装。
36.本实施例所述场效应晶体管的制备工艺为：
37.s01）、利用金属化浆料印刷技术在陶瓷基板1上形成一层薄的钨钼或钼锰金属化层2；
38.s02）、利用真空烧结工艺使陶瓷基板1与钨钼或钼锰金属化层2结合，形成缓冲层，其中烧结温度为800
°
c-950
°
c，真空度低于1*10-3
，烧结时间为120min-240min；
39.s03）、在缓冲层表面镀敷一层铜，使其表面金属化，最后进行镀镍、镀金处理，得到陶瓷覆铜框架，其覆铜厚度为150μm-300μm；
40.s04）、利用固晶工艺将锡膏点在陶瓷覆铜框架9指定位置，然后将芯片8放置于铅锡焊料7上，在芯片8上点铅锡焊料7，然后将铜跳片5装配到芯片8上，通过烧结清洗工艺得到待键合器件；
41.s05）、将步骤s04中所得待键合器件进行金丝热超声键合，完成器件电气连接，键合温度为170
°
c，键合功率为85dac，键合压力为60g；
42.s06）、将步骤s05中所得半成品器件转移至塑封模具腔体内，预热塑封料后完成注塑过程，注塑压力为55kg/cm2，注塑时间为10s，固化时间为100s，最后将塑封后的器件转移至烘箱内175
°
c后固定8h，完成器件塑封，得到塑封器件。
43.为保证产品长期可靠性，产品成型后进行多次相关匹配的试验，主要考虑芯片和框架的匹配性以及键合丝与框架键合区域的匹配性，所述匹配试验包括2000h高温贮存试验（+150
°
c），2000h功率老炼试验，2000次温度循环试验（-55
°
c~150
°
c），10000次间隙寿命试验，2000h高温反偏试验等，各项试验考核合格，从而证明产品的高可靠性满足标准要求，新型陶瓷覆铜框架与芯片匹配性良好。
44.本实施例所述的场效应晶体管具有体积小、质量轻、热阻小、效率高、可靠性高等特点，主要用在高集成度的开关电源、整流电路及esd防护等电路中，产品的性能直接影响到电路系统的运行速度及工作效率，对于提高整机的性能及优化系统设计等方面起到至关重要的作用，产品可广泛应用于计算机、电源、dc-dc转换器、仪表仪器、通讯发射机等方面。
45.以上描述的仅是本实用新型的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和替换，属于本实用新型的保护范围。