半导体电路及其制造方法与流程

文档序号:26588893发布日期:2021-09-10 20:13阅读:93来源:国知局
半导体电路及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域,具体涉及一种半导体电路及其制造方法。


背景技术:

2.半导体电路是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品,集成了智能控制ic和用于功率输出的igbt、mosfet、frd等大功率器件及一些阻容元件,这些元器件通过锡基焊料焊接在铝基板上。
3.现有半导体电路的生产过程中,引脚的形式一般是统一规格的一体式引脚,即相邻两个引脚的特定位置通过加强筋相连,从而导致后续需要对多余的引脚以及加强筋进行切除,降低了生产效率。


技术实现要素:

4.本发明的主要目的在于提供一种半导体电路,以解决现有半导体电路生产效率较低的技术问题。
5.为实现上述目的,本发明提出一种半导体电路,该半导体电路包括电路板以及位于所述电路板上的电子元件和引脚,所述电路板包括叠层布置的绝缘基板、电路布线层和绿油层,所述绝缘基板的侧边具有若干安装缺口,所述引脚安装在对应的所述安装缺口内并通过导电介质层与所述电路布线层电连接,所述电子元件通过导线与所述电路布线层电连接。
6.优选地,所述引脚包括水平段和竖直段,所述竖直段卡接在所述安装缺口内并通过所述导电介质层与所述电路布线层电连接,所述绝缘基板上设置有与所述安装缺口一一对接的容纳腔,所述容纳腔用于收纳所述水平段。
7.优选地,所述竖直段包括导电段和焊接段,所述导电段与所述水平段连接并卡接在所述安装缺口内,且所述导电段通过所述导电介质层与所述电路布线层电连接,所述导电段的宽度大于所述焊接段的宽度。
8.优选地,若干所述安装缺口分别布置在所述绝缘基板的相对两侧。
9.优选地,相邻两个所述安装缺口间隔距离大于3.2mm。
10.优选地,所述引脚包括导电基体以及依次设置在所述导电基体上的镍层和锡层,所述镍层的厚度为0.1~0.5μm,所述锡层的厚度为2~5μm。
11.优选地,所述导电介质层为锡膏、液体石墨烯、银胶。
12.优选地,所述绝缘基板为陶瓷或玻璃。
13.本发明进一步提出一种半导体电路的制造方法,该制造方法包括:
14.在原料板上切割若干安装缺口以形成所述绝缘基板;
15.在所述绝缘基板的一侧面上镀设铜箔并通过蚀刻形成所述电路布线层;
16.在所述电路布线层的特定区域涂覆绿油以形成所述绿油层;
17.在所述电路布线层上未涂覆所述绿油层的位置分别安装所述电子元件;
18.将所述导线的两端分别焊接在所述电子元件与所述电路布线上;
19.将所述引脚上涂覆所述导电介质层后安装在对应的所述安装缺口内以形成半成品半导体电路;
20.对所述半成品进行烘烤以得到成品半导体电路。
21.优选地,在所述对所述半成品进行烘烤以得到成品半导体电路的步骤之后还包括:
22.将所述成品半导体电路放置在模具内进行封装。
23.本发明实施例提供的半导体电路,通过在绝缘基板上设置若干安装缺口并将各个引脚设置为分离状态,从而便于根据实际情况在绝缘基板上设置预设的引脚,以此避免了现有安装引脚后还需裁剪的情况,提高了生产效率,也可无需要采用专用切筋成型设备对引脚进行切筋整型,且采用分立式的引脚可以避免因引脚焊接公差在封装模具塑封过程中引起应力导致绝缘层开裂问题。同时,引脚不需要通过焊接与电路布线层进行电连接,无焊接空洞风险,简化了生产工序,提高了生产效率;也不需要事先采用阶梯钢网在焊接位置涂焊接涂料,简化了工艺,降低了成本;引脚不需要与铜箔层焊接,中间不存在应力,降低了绝缘层分层以及引脚出现空焊的风险。
附图说明
24.图1为本发明中半导体电路一实施例的结构示意图;
25.图2为图1中所示半导体电路的剖视图;
26.图3为图2中所示绝缘基板的结构示意图;
27.图4为图1中所示引脚的结构示意图;
28.图5为本发明中半导体电路的制造方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
30.本发明提到的半导体电路,是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起,并在外表进行密封封装的一种电路模块,在电力电子领域应用广泛,如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称,如模块化智能功率系统(modμlar intelligent power system,mips)、智能功率模块(intelligent power modμle,ipm),或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本发明的以下实施例中,统一称为模块化智能功率系统(mips)。
31.现有模块化智能功率系统的制作工艺如下:
32.将铝材形成适当大小作为电路基板并在其背面通过激光蚀刻、打磨等方式形成所述纹理,在所述电路基板表面上设置所述绝缘层并在所述绝缘层上形成铜箔,通过刻蚀使
铜箔形成所述电路布线层;
33.在所述电路布线层的特定位置涂装锡膏;
34.将铜材形成适当形状,并进行表面镀层处理,作为所述引脚,为了避免所述电路元件在后续加工工序中被静电损伤,所述引脚的特定位置通过加强筋相连;
35.在电路布线层的涂覆锡膏的位置放置所述电路元件和所述引脚;
36.通过回流焊使锡膏固化,所述电路元件和所述引脚固定在所述电路布线层上;
37.通过喷淋、超声等清洗方式,清除残留在所述电路基板上的助焊剂;
38.通过邦定线,使所述电路元件和所述电路布线间形成电连接;
39.若所述电路基板需要连接地电位,还包括通过所述绝缘层上开设通孔,通过邦定线在所述电路布线的地电位和所述电路基板之间形成电连接;
40.通过使用热塑性树脂的注入模模制或使用热硬性树脂的传递模模制方式,将上述要素密封;
41.将所述引脚的加强筋切除并形成所需的形状;
42.通过测试设备进行必要的测试,测试合格者就成为所述模块化智能功率系统。
43.而现有制造方法在其引脚区域会出现焊接空洞的现象,降低了产品的可靠性;也会因引脚切除产生漏铜现象,影响产品可靠性。同时,由于现有引脚通过焊接的形式固定,需要采用工艺复杂的阶梯钢网进行印刷,从而提高了制造成本,且现有模块化智能功率系统的引脚是通过加强筋连接成一个整体,且在上方设置有定位孔,引脚下方会有一定程度下沉,且下方有一定数量的假引脚(假引脚是指不会与里面的电路布线层进行电连接,且到最后会和加强筋一起切除),进而需采用切筋成型设备对引脚进行切除整型,提高了制造成本。
44.本发明提出一种模块化智能功率系统,如图1至图3所示,该模块化智能功率系统包括电路板100以及位于电路板100上的电子元件200和引脚300,电路板100包括叠层布置的绝缘基板110、电路布线层120和绿油层130,绝缘基板110的侧边具有若干安装缺口111,引脚300一一对应安装在安装缺口111内并通过导电介质层400与电路布线层120电连接,电子元件200通过导线500与电路布线层120电连接。
45.本实施例中,绝缘基板110可以采用陶瓷和玻璃等,以有利于防止引脚300通过绝缘基板110与电路布线层120导通,至于绝缘基板110上安装缺口111的数量以及位置则可根据实际情况进行设置,优选若干安装缺口111分别布置在绝缘基板110的相对两侧,且优选同一侧相邻两个安装缺口111间隔距离大于3.2mm,以满足爬电距离。电路布线层120则是通过在绝缘基板110上镀设铜箔后蚀刻而成的特定形式的电路布线层120,电路布线层120具体的布置规则以及形式则根据实际需求进行设置即可。绿油层130则是通过涂覆机在电路布线层120上不需要安装电子元件200的位置涂覆绿油形成,以对电路布线层120进行保护,防止其氧化。电子元件200则可以是智能控制ic和用于功率输出的igbt、mosfet、frd等大功率器件及一些阻容元件等,至于安装的方式可以是通过贴片机分别安装在电路布线层120上没有涂覆绿油层130的位置,同时各个电子元件200与电路布线层120电连接的方式可以通过导线500进行连接,即导线500的两端分别与对应的电子元件200和电路布线层120特定位置焊接或粘接。引脚300则可安装在对应的安装缺口111内,即需要布置引脚300的地方则安装引脚300,无需安装引脚300的地方则不安装引脚300,引脚300固定的方式可以是引脚
300通过卡接的方式安装在安装缺口111内,即引脚300与安装缺口111采用过盈配合的方式进行固定,同时引脚300上的特定位置上涂覆导电介质层400,以此实现引脚300与电路布线层120的电连接。其中,导电介质层400可以是锡膏、液体石墨烯、银胶,并通过烘烤或固化后则可有利于增加引脚300与电路布线层120导电性能的稳定性。最后,再通过封装体600进行封装即可。本实施例中,通过在绝缘基板110上设置若干安装缺口111并将各个引脚300设置为分离状态,从而便于根据实际情况在绝缘基板110上设置预设的引脚300,以此避免了现有安装引脚300后还需裁剪的情况,提高了生产效率,也可无需要采用专用切筋成型设备对引脚300进行切筋整型,且采用分立式的引脚300可以避免因引脚300焊接公差在封装模具塑封过程中引起应力导致绝缘层开裂问题。同时,引脚300不需要通过焊接与电路布线层120进行电连接,无焊接空洞风险,简化了生产工序,提高了生产效率;也不需要事先采用阶梯钢网在焊接位置涂焊接涂料,简化了工艺,降低了成本;引脚300不需要与铜箔层焊接,中间不存在应力,降低了绝缘层分层以及引脚300出现空焊的风险。
46.在一较佳实施例中,如图4所示,优选引脚300包括水平段310和竖直段320,竖直段320卡接在安装缺口111内并通过导电介质层400与电路布线层120电连接,绝缘基板110上设置有与安装缺口111一一对接的容纳腔,容纳腔用于收纳水平段310。
47.本实施例中,优选水平段310和竖直段320呈垂直状态布置,且水平段310较短,竖直段320较长。同时,绝缘基板110上背离电路布线层120的一侧面上布置的容纳腔的大小和形状与水平段310相适配,以便于收纳水平段310,而竖直段320靠近水平段310卡接的一端则可通过导电介质层400与电路布线层120电连接。当然,还可以是水平段310直接卡接在安装缺口111内,即安装缺口111的长度和宽度与水平段310相适配。
48.在一较佳实施例中,如图4所示,优选竖直段320包括导电段321和焊接段322,导电段321与水平段310连接并卡接在安装缺口111内,且导电段321通过导电介质层400与电路布线层120电连接,导电段321的宽度大于焊接段322的宽度。
49.本实施例中,优选导电段321与水平段310的宽度一致,且导电段321卡接在安装缺口111内并通过导电介质层400与电路布线层120电连接。其中,通过增加导电段321的宽度有利于增加引脚300与电路布线层120的接触面积,从而有利于提高电连接的稳定性。
50.在一较佳实施例中,优选引脚300包括导电基体以及依次设置在导电基体上的镍层和锡层,镍层的厚度为0.1~0.5μm,锡层的厚度为2~5μm。
51.本实施例中,导电基体的材质可以采用c194(~1/2h)(化学成分:cμ(≥97.0)、fe:2.4、p:0.03和zn:0.12)或kfc(~1/2h)(化学成分:cμ(≥99.6)、fe:0.1(0.05~0.15)和p:0.03(0.025~0.04)),然后通过冲压或蚀刻工艺对0.5mm的c194或kfc板料进行加工,再对其表面进行先镀镍和镀锡。
52.在一较佳实施例中,优选绝缘基板110背离电路布线层120的一侧面设置有波浪纹路。其中,波浪纹路可以是通过激光蚀刻、打磨等方式形成,从而便于封装后,绝缘基板110该侧面处于外露状态时增加散热面积,也可以在绝缘基板110该侧面整体包覆时增加与封装体600的接触面积,以有利于增加封装的稳定性。
53.本发明进一步提出一种模块化智能功率系统的制造方法,如图5所示,该制造方法包括:
54.步骤s10,在原料板上切割若干安装缺口以形成绝缘基板;
55.步骤s20,在绝缘基板的一侧面上镀设铜箔并通过蚀刻形成电路布线层;
56.步骤s30,在电路布线层的特定区域涂覆绿油以形成绿油层;
57.步骤s40,在电路布线层上未涂覆绿油层的位置分别安装电子元件;
58.步骤s50,将导线的两端分别焊接在电子元件与电路布线上;
59.步骤s60,将引脚上涂覆导电介质层后安装在对应的安装缺口内以形成半成品半导体电路;
60.步骤s70,对半成品进行烘烤以得到成品半导体电路。
61.本实施例中,在绝缘基板上形成安装缺口的方式可以是采用线切割或机加工的形式,至于时刻电路布线层、涂覆绿油层、各个电子元件的安装以及导线的连接均可参照现有形式进行,在此不做详细描述。主要的改进点在于:在完成焊接质量检测、清洗和绑定导线后,在引脚的特定位置涂覆导电介质层或在电路布线层的对应位置涂覆导电介质层,然后利用机械手或人工将引脚放置到绝缘基板上对应的安装缺口内,最后经过烘烤以来使得导电介质层固化,以此增加引脚安装的稳定性和电连接的稳定性。同时,烘烤过程不仅对导电介质层起到固化作用,也会对刚清洗完的电子元件里面的水分起到烘干作用,以此即可得到成品半导体电路产品。其中,贴装电子元件的方式可以是先将已经切割好的绝缘基板放入到特制载具(载具可以是铝、合成石、陶瓷、pps等耐高温200℃以上的材料),在电路布线层预留的电子元件安装位通过刷锡膏或点银胶将功率器件芯片通自动粘晶设备(da机)贴装到元器件安装位上,通过自动贴片smt设备将阻、容件贴装到电子元件安装位上,然后将整个半成品包括载具一起过回流炉将所有的电子元件焊接到对应安装位上,通过视觉检查aoi设备对电子元件焊接质量进行检测,通过喷淋、超声等清洗方式,清除残留在所述绝缘基板上的助焊剂和铝屑等异物,通过导线,使所述电子元件和所述电路布线层形成电连接。其中,绝缘基板作为模块化智能功率系统内部电路及引脚的安装载体,具备一定的散热功能(基板可以是陶瓷、玻璃等散热好的绝缘材料),而安装缺口的数量以及相邻两个之间的间距取决于里面的电路设计和外部电控板的方案;电路布线层为在绝缘基板铜箔层上,通过曝光、显影、蚀刻在铜箔上形成电路布线层;绿油层用于防止电路布线层线路与线路之间短路,线路层表面氧化,污染,在线路层表面涂一层绿油起到保护作用;电子元件为模块化智能功率系统实现功能所需的内部器件;导线,通过键合机绑线实现电连接(导线材料可以是铝、铜、金、银等具备良好的焊接、导电性能的金属丝);引脚的材质采用c194(~1/2h)(化学成分:cμ(≥97.0)、fe:2.4、p:0.03、zn:0.12)或kfc(~1/2h)(化学成分:cμ(≥99.6)、fe:0.1(0.05~0.15)、p:0.03(0.025~0.04)),通过冲压或蚀刻工艺对0.5mm的c194或kfc板料进行加工,再对表面进行先镀镍厚度0.1~0.5μm再镀锡厚度2~5μm;导电介质是用于引脚与电路布线层进行电连接(导电介质一般是液态,通过高温烘烤后固化,材质可以是锡膏、液体石墨烯、银胶)。
62.在一较佳实施例中,优选在对半成品进行烘烤以得到成品半导体电路的步骤之后还包括:
63.将成品半导体电路放置在模具内进行封装。
64.本实施例中,将固化好的成品半导体电路放入塑封模具或灌封模具进行封装,然后经过打标,pmc后固化,电参数测试形成最后得到合格产品模块化智能功率系统。其中,封装体为通过使用热塑性树脂的注入模模制方式,将模块化智能功率系统内部器件和电路密
封起来对模块化智能功率系统内部起到保护作用。
65.以上的仅为本发明的部分或优选实施例,无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围,凡是在与本发明一个整体的构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。
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