专利名称：自屏蔽半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造工艺。
迄今，国内外流行的F型半导体器件，管座上有两根管腿，管座本身就是晶体管的集电极。这样一来，壳体上电位交变则会形成电磁辐射，外来干扰信号也可经壳体耦合到电路中下一级的输入端，致使整机的稳定性受到影响。山东大学发明的选极晶体管(见CN2057779U)虽从根本上解决了上述弊端，如E壳晶体管在共发电路中，B壳晶体管在共基电路中，C壳晶体管在共集电路中，都是无干扰自屏蔽的，然而，当E、B、C三个电极都不接地时，自屏蔽效果就不理想了。普通裸露散热板式塑封晶体管和全包封塑封晶体管与普通F型金属壳晶体管一样，皆不具有自屏蔽的功能。
本发明旨在提供一种新的半导体器件及其制造方法。该种器件在各种应用场合中无需外加屏蔽盒均具有无干扰自屏蔽功能。
本发明选择绝缘性能和导热性能都好的材料制成绝缘导热片，表面金属化后镀上易焊金属膜。绝缘导热片和金属基板(金属封装的晶体管的金属管座、塑封框架的散热片统称为基板)粘合在一起，芯片通过金属层与绝缘导热片面连接，它们构成迭层结构。该金属层可以是焊料或金属Mo、W、Cu与焊料的组合。此金属层称汇流层，汇流层直接与电极电连通，绝缘导热片固定于基板上，它使芯片下电极与基板不一定等电位。对于金属封装的三电极以上器件，将金属基板接公共端或悬浮留待在电路中接到易于屏蔽的电位上，对于晶体三极管则三个管腿分别与三个电极相连，并相互绝缘，且至少两个电极与基板绝缘;对于塑料封装的晶体管包括普通裸露散热片式塑封晶体管和全包封塑封晶体管，除电极及电极绝缘部分外，将其塑料外表面用金属壳层复盖。接地电极可与外金属层电连接，也可以不连接。此种晶体管热流仍由芯片下沉到管基，热流通路与电流通路呈现分离。
芯片与金属管基间采用的绝缘导热材料可以取AlN、BeO、SiCNO、SiC、金刚石、Al2O3、莫来石或复合绝缘导热材料。BeO材料的膨胀系数与晶体管管芯的膨胀系数相近，产生的机械应力很小，不致在热冲击下发生热疲劳现象，在大功率情况下是较好的绝缘导热材料，但它外露有毒，且价格贵。而AlN及其复合材料的性能全面优于BeO是较理想的绝缘导热材料，绝缘导热片表面金属化以后涂镀的易焊金属可以是Ni、Ag、Au、Zn、锡铈合金、AgNi、AuNi、Ni/SnSe。在绝缘导热片上芯片周围的位置上焊接汇流环，材料可以是Mo、W、Cu、Ag，环直接与电极电连通。
导电屏蔽层可以采用电镀、刷镀、化学镀、喷涂金属层工艺，如涂刷金属浆料，或真空蒸镀金属膜，亦可粘贴金属粘带、金属绝缘物粘带，粘贴金属绝缘物粘带时可以取金属面带胶、绝缘层在外，亦可绝缘层带胶、金属层在外。作为屏蔽层用的导电层不只是金属，亦可是石墨或其它复合导电材料。
金属封装的晶体管的制造工艺步骤为先将绝缘导热片的表面金属化并镀易焊金属膜，将绝缘导热片焊接到管基上，然后粘上芯片。或者将芯片/绝缘导热片/管基一次性焊接在一起。
塑料包封的晶体管，采用冲床冲制而成的包含散热片、引线、互连筋的金属框架，在散热片上连接绝缘导热片，在绝缘导热片上再连接芯片，或者将三者一次性连接。芯片、绝缘导热片与散热片叠层面连接，所有电极均不与散热片电连接，或其中一个电极与散热片电连接。焊接内引线后涂保护胶，如硅橡胶、AB胶或硅凝胶，再注塑、切筋，然后在其塑料包封外表面除电极及其绝缘部分外的其余表面部分涂镀导电层，涂镀时亦可留出标志图形的部分。导电层的外面也可以有绝缘层。引线框架的材料采用紫Cu、无氧Cu、电解Cu、Fe、FeNi合金及Fe嵌Cu，框架表面涂镀Ni、Au、Ag或Zn，引线及芯下局部镀Ag、Au、或Zn，引线表面涂镀Ni、Ag、PbSn或锡铈合金。
关于器件的其它制造工艺，其装配、制造的加工处理等均按已有技术进行。
本发明与现有技术中金属封装及塑料封装半导体器件相比具有以下优点可根据整机线路需要，选择芯片的电极之一与屏蔽壳层作电连接，或所有电极皆不与屏蔽壳层电连接，从而保证器件在整机应用中屏蔽壳层可与整机的地电位相通，对于热机芯屏蔽层可不与电路板的公共地相连而与保护地相连，使操作绝对安全，并可直接利用整机机壳散热，减小了误码率，提高了整机的稳定性与可靠性;由于本发明利用绝缘导热材料的热胀系数与芯片所用材料的热胀系数相近，实现了热匹配，提高了器件的可靠性;本发明提供了一种制造自屏蔽器件的普适方法，适用于各种类型的半导体器件。在各种应用场合无需外加屏蔽盒，即可使该器件具有无干扰自屏蔽的功能。自屏蔽的意思之一是自带屏蔽壳层，可以屏蔽掉外来干扰，之二是器件自身的电磁辐射被自身屏蔽掉，不干扰其它器件。
下面是本发明的实施例之一，普通金属封装的F型晶体管只有两个管腿，自屏蔽式结构则有三个管腿，它们互相绝缘且与金属壳体绝缘，在金属基板上连着金属化后表面涂镀有易焊金属Ni膜的AlN绝缘导热片。绝缘导热片上连着芯片，器件的三个电极与三个管腿电连通。与三个管腿封接的三个玻珠分别采用兰、黑、绿色或并以直径大小的不同来区别电极的属性，金属基板悬浮着留待在电路中接到易于屏蔽的电位上。
本发明的第二个实施例是用特制塑封框架制造自屏蔽塑封晶体管。采用一侧厚约(0.5-5)mm、另一侧厚约(0.1-1)mm的异形铜板，冲制成如附
图1的形状。图中1为散热片，2为芯片下电极引线，3为引线与散热片互连筋，4为引线与引线上横连筋，5为引线与引线下横连筋。在散热片1的中央连接上绝缘导热片，芯片下电极引线2的长度可以达到与绝缘导热片交叠为宜，在绝缘导热片上连接有芯片，然后焊接内引线，涂保护胶，再注塑(裸露散热片)、切筋，最后，在其塑料外表面上，除电极及其绝缘部分外的其余表面部分涂镀金属Al、Au、Ag或Sn，涂镀时可同时形成型号、商标等标志。
本发明的第三个实施例是用特制的整连引线框架制造自屏蔽晶体管，此种框架与普通框架所不同的是，相应于发射极(或源极、阴极)的引线与散热片直接一体，而相应于芯片下电极集电极(或漏极、阳极)的引线与散热片之间有空隙而不是直接一体，制作工艺同实施例二。
本发明的第四个实施例是用拼接成连的金属铜引线框架制造自屏蔽塑封晶体管，先用厚度0.5-5mm的铜板冲制散热片6，如图2所示，留有散热片互连筋7。再用厚度约0.1-1mm的铜板冲制电极引线连8，其中芯片下电极引线9长于其它电极引线，10、11分别为引线的上下互连筋，把绝缘导热片连接到散热片1中央，再将引线连通过9搭接在绝缘导热片上，而后重复实施例二的制作工艺。
本发明的第五个实施例是用预制电极的办法制造自屏蔽塑封晶体管，首先形成芯片、绝缘导热片、散热片的迭层核心结构。再将引出线及其绝缘部分预先形成一体的电极组合体安装在散热片上的空余部位，随之焊接内引线、灌封、罩金属盖。预制电极可以用印刷线路板制造亦可用高温树脂或陶瓷复合金属引线制造。同时，这种芯片、绝缘导热片、散热片的迭层核心结构亦可直接与印刷电路板组装在一起，输入输出引线可以是单侧平行引线，也可以是特性阻抗为50Ω或75Ω的对称轴在一条直线上的微带线，芯片软包封后复以金属层。
本发明的第六、七、八、九个实施例，分别是将塑封选极晶体管、全包封塑封晶体管、集成电路块、模块，除电极及电极绝缘部分外的其余表面部分复以导电层，接地电极可以与外导电层电连通，其它制造工艺同已有技术。
权利要求
1.一种自屏蔽半导体器件及其制造方法，器件由金属管基、绝缘导热材料、芯片、电极引线和包封材料组成，本发明的特征在于a、固定于金属管基上的绝缘导热材料表面金属化后，涂镀易焊金属膜，其上通过金属层固定芯片，芯片周围可以安置汇流环；b、在使用金属封装的情况下，器件的管基可以不与任何电极电连接，亦可以与某一电极电连接，金属基板接电路公共端或接到易于屏蔽的电位上；c、在使用塑料封装的情况下，采用冲制而成的包含散热片1、6、引线2、9、互连筋3的金属引线框架，将芯片、绝缘导热片与散热片1、6叠层面连接，所有电极均不与散热片1、6电连接，或其中一个电极与散热片1、6电连接，其塑料包封外表面上除电极及电极绝缘部分外其余表面部分用导电壳层覆盖，或同时留出标志图形，导电壳层的外面也可以有绝缘层。
2.据权利要求1所述的半导体器件及其制造方法，其特征是绝缘导热材料可以是AlN、BeO、SiCNO、SiC、金刚石、Al2O3、莫来石或复合绝缘导热材料，其上涂镀的易焊金属可以是Ni、Ag、Au、锡铈合金、AgNi、AuNi、Zn、Ni/SnSe。
3.据权利要求1所述的半导体器件及其制造方法，其特征是金属封装的晶体管，具备三个管腿，分别与三个电极相连，三个电极相互绝缘且至少两个电极与基板绝缘。
4.据权利要求1所述的半导体器件，其特征是晶体管的三个管腿与基板封接的三个玻璃珠分别呈三种不同的颜色或并取三种不同的尺寸。
5.据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征是塑料封装晶体管的金属引线框架的材料采用紫Cu、无氧Cu、电解Cu、Fe、FeNi合金及Fe嵌Cu。
6.据权利要求1或5所述的半导体器件的制造方法，其特征是上述金属引线框架表面涂镀Ni、Au、Ag或Zn，引线及芯下局部镀Ag、Zn或Au。
7.据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征是上述引线表面涂镀Ni、Ag、PbSn或锡铈合金。
8.据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征是上述金属引线框架，采用一侧厚约(0.5～5)mm、另一侧厚约(0.1～1)mm的异形铜板冲制而成，厚度为(0.5～5)mm的一侧冲制散热片1，厚度为(0.1～1)mm的一侧冲制引线2和引线与引线互连筋4、5。
9.据权利要求1或8所述半导体器件的制造方法，其特征是散热片1中央连接绝缘导热片，芯片下电极引线2延伸到与绝缘导热片交叠处，在绝缘导热片上连接芯片，然后焊接内引线、涂保护胶、注塑、切筋。
10.据权利要求1所述的半导体器件，其特征是金属引线框架，相应于发射极(或源极、阳极)的引线与散热片直接一体，而相应于芯片下电极集电极(或漏极、阳极)的引线与散热片不是直接一体。
11.据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征是用厚度为(0.5～5)mm的铜板冲制散热片6，散热片互连筋7，用厚度为(0.1～1)mm的铜板冲制电极引线连8、引线互连筋10、11。芯片下电极引线9长于其它电极引线，将绝缘导热片连接到散热片6中央，再将引线连8，通过电极引线9搭接到绝缘导热片上。
12.据权利要求1所述的半导体器件及其制造方法，其特征是首先形成芯片-绝缘导热片-散热片的迭层结构，将电极与其绝缘部分预先已形成一体的预制电极安装在散热片上，随之焊接内引线，灌封。
13.据权利要求1或12所述的半导体器件的制造方法，其特征是预制电极，可以用印刷线路板制造，亦可用高温树脂或陶瓷复合金属引线制造。
14.据权利要求1所述半导体器件及其制造方法，其特征是芯片-绝缘导热片-散热片形成迭层结构后直接与印刷电路板组装在一起，输入输出引线可以是单侧平行引线，也可是阻抗为50Ω或75Ω的微带线。
15.据权利要求1所述半导体器件及制造方法，其特征是塑封晶体管，在其塑料外表面上，除电极及电极绝缘部分外，其余表面部分复以导电层，接地电极可以与外导电层电连通。
16.据权利要求1或15所述半导体器件及制造方法，其特征是塑封表面可以采用涂刷金属浆料或真空涂镀金属膜或粘贴金属粘带、金属绝缘物粘带，导电层可以是金属、石墨或其它导电材料。
17.据权利要求1所述半导体器件及制造方法，其特征是芯片与绝缘导热片之间有金属Mo，W，Cu制成的汇流层或芯片周围有汇流环，汇流环或汇流层直接与电极电连通;
18.据权利要求1所述的半导体器件及制造方法，其特征是半导体器件包括全包封塑封晶体管、塑封选极晶体管、集成电路、模块。
全文摘要
一种自屏蔽半导体器件及其制造方法，涉及半导体器件及其制造工艺。自屏蔽半导体器件采用金属基板、绝缘导热片、芯片叠层面连接的结构形式，使所有电极均不与屏蔽壳层电连接，或其中一个电极与屏蔽壳层电连接。在金属封装的情况下，金属基板接电路公共端或接到易于屏蔽的电位上；在塑料封装的情况下，在塑封表面上除电极及电极绝缘部分外，其余表面部分用导电壳层覆盖。本发明提供了一种制造自屏蔽半导体器件的普适的方法，这种自屏蔽半导体器件，在各种应用场合中无需外加屏蔽盒，即具有无干扰自屏蔽功能。
文档编号H01L23/48GK1077056SQ9210673
公开日1993年10月6日 申请日期1992年9月30日 优先权日1992年9月30日
发明者苗庆海, 张兴华, 王家俭, 张德骏, 李如尧 申请人:山东大学