专利名称：一种大功率晶体管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的制造工艺。
目前，选极晶体管由于它的性能优良，用途广泛，深受国内外人们的注目。所谓选极晶体管，是通过在芯片与管基之间，引入绝缘导热片，致使金属管基不一定与芯片下电极电连通，从而使与管基电连通的电极可以任意选择的一种晶体管。但是绝缘导热陶瓷自身与金属是不沾润的，附于其上的金属层经不住热胀冷缩的变化，常常会造成开裂，涂复的金属浆料在制管过程中的使用温度(400℃～850℃)下向瓷片体内扩散甚微，故需将瓷片表面金属化，常用的办法是采用高温扩散法，温度一般达到1000℃～1600℃，即对绝缘导热材料BeO、Al2O3或SiC采用高温扩散法将涂复的Mo基或W基金属浆料渗透至一定的深度，致使瓷片表层改性。即使对绝缘导热材料作了金属化处理，它与金属之间的沾润性仍不理想，导致了焊接空洞，产生了管芯上的热斑，降低了晶体管的使用寿命和可靠性，影响了晶体管大功率方面的性能。
本发明选择AlN、AlN加液晶高分子复合材料、莫来石、BeO、SiC或Al2O3作为晶体管的绝缘导热材料。为了提高材料与金属的沾润性，对上述绝缘导热材料进行金属化处理，金属化的方法是高温扩散、离子注入或溅射。由于AlN和AlN加液晶高分子复合材料可以在低温下采用陶瓷-金属共烧即能实现表层陶瓷改性，使Mo基或W基的金属原子或离子从陶瓷表面扩散至一定的深度，并且该种绝缘导热材料的导热性能好，无毒、价格适中，故为较理想的材料。经金属化后的绝缘导热材料再涂镀易焊金属膜，将大大提高绝缘导热材料与金属间的有效沾润面积，减小焊接空洞，减少以至消除管芯上的热斑，提高晶体管的S、B耐量。
普通晶体管的管基是等电位的，管基上全部电镀贵金属成本太高，故可采用局部涂镀易焊金属膜的方法。可以采用将绝缘导热片、Cu片、嵌Cu块与管基分别电镀再组合的工艺，亦可以采用对已组合好的管基局部电镀工艺，如用刷镀工艺。在普通晶体管管基上安放芯片或绝缘导热片的部位涂镀易焊金属，在选极晶体管管基上绝缘导热片的上表面涂镀易焊金属。涂镀的易焊金属可是Ni、Au、Ag、Zn、锡铈合金、Ag/Ni、Au/Ni或Ni/Sn/铈。双面金属化后又涂镀易焊金属的绝缘导热片通过金属层与芯片相连，为了降低选极晶体管的导通电阻，在绝缘导热片上芯片下方或芯片周围粘结Mo、W、Cu之一的金属层。
金属管基是Al或Al合金时，通过刷镀活化表面或透嵌、盲嵌涂镀过的Cu后再焊接绝缘导热片，或把绝缘导热片直接嵌在管基上，或用高强度粘合剂把绝缘导热片直接粘结在管基上，背着管芯的一面可以不金属化。
管基可以是F型、圆菱形、G形、同轴形、塑封框架。在前四种情况下，绝缘子的颜色可以是兰色、淡兰色、绿色、淡绿色、黑色、红色、白色、透明等各种不同颜色以区别电极，绝缘子亦可大小不同。
陶瓷片上表面的电极与引出线之间的连接线是一条最关键的内引线，这条内引线可采用拱形横担引线，用焊料焊接或点焊的工艺，以使用低温焊料焊接Au、Ag、Ni、经过涂镀的Cu、Fe的片状或带状引线为最方便，亦可采用导电粘合剂粘结，或用超声键合Al、Au、Ag丝或片或带。芯片的粘结方法，其它电极内引线的制作方法及管芯、绝缘导热片、内引线的涂胶方法与已有技术相同。
封帽可采用电阻焊法和压入粘结法。管帽可以是金属的，如Cu、Al、Fe、钢均可，也可是塑料的。
塑封晶体管的注塑、切筋方法同已有技术。
图1是用本发明方法制作的大功率晶体三极管的截面图。管基1采用Al合金，2为镀Ag的Cu块，盲嵌在1上，3是双面金属化后又镀了Ni/Ag的绝缘导热片，这里取AlN瓷片，4是芯片，5是Al制管帽，如图所示形状称作凹凸重合性互补，以区别于帽沿有实筋称作简单互补的情况。管座凹环中涂以粘合剂，将管帽上的对应部分压入管座上的凹槽中。
本发明方法可以降低大功率晶体管的饱和压降，减小发热功率同时增加了有效散热面积，经红外热象仪显示管芯温度低且分布均匀，没有热斑。
权利要求
1.一种大功率晶体管的制造方法，采用在芯片4与金属管基1之间引入绝缘导热片3的制造工艺，本发明的特征在于a、将选择的绝缘导热材料AlN、AlN加液晶高分子复合材料、莫来石、BeO、SiC或Al2O3双面金属化后，又涂镀易焊金属，通过金属层与芯片4相连；b、将晶体管管基1上局部涂镀易焊金属，涂镀部位为粘合在管基上的绝缘导热片3的表面、管基1上安放芯片4或绝缘导热片3的部位、贴Cu片或嵌铜块表面；c、采用拱形横担连接线，用超声键合Al、Au、Ag丝或带或片，或用低温焊料焊接Au、Ag、Ni、经过涂镀的Cu、Fe的片状或带状引线，或用导电粘合剂粘合的工艺，将绝缘导热片3的上表面同芯片4下电极的连通部分，与晶体管的引出线连接起来。
2.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是上述金属化的方法是高温扩散、离子注入或溅射。
3.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是上述易焊金属采用Ni、Ag、Au、Sn铈、AgNi、Zn、AuNi或NiSn铈。
4.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是上述金属层是焊料层或焊料与Mo或W或Cu的组合层，将该金属层粘合于芯片4的下方或其周围。
5.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是金属管基1是Al或铝合金时，通过在其上表面刷镀锡焊金属或透嵌、盲嵌涂镀过易焊金属的Cu后，再焊接绝缘导热片3，或把绝缘导热片3直接嵌在管基1上，或用高强度粘合剂把绝缘导热片直接粘合在管基1上，背着管芯4的一面可以不金属化。
6.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是管基1可以是F型、圆菱形、G形、同轴形或塑封框架。
7.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是绝缘子的绝缘材料可以分别取兰色、绿色、淡兰色、淡绿色、黑色、白色、红色、黄色、紫或透明，并且绝缘子的尺寸大小可以不同。
8.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是选极晶体管可以是金属封装选极晶体管、塑料封装选极晶体管或自屏蔽晶体管。
9.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是管座上的凹形环是涂以粘合剂后，把管帽5边缘向下的凸形环与管座上的凹形环压接在一起，管帽5材料可选为Cu、Al钢或塑料。
10.据权利要求1所述的大功率晶体管的制造方法，其特征是局部涂镀易焊金属层的方法可以用来制造不带绝缘导热片3的普通晶体管。
全文摘要
一种大功率晶体管的制造方法，属于半导体器件的制造工艺。本发明采用AlN、AlN加液晶高分子复合材料或莫来石等作为绝缘导热材料，双面金属化后又涂镀易焊金属，同时将晶体管管基上局部涂镀易焊金属，提高绝缘导热瓷片与金属管基和芯片间的有效浸润面积，减小了焊接空洞。本发明将绝缘导热片的上表面与芯片下电极连通的部分用拱形横担连接线与引出线连接起来。本发明提供了一种大功率晶体管的制造方法，适用于普通晶体管，选极晶体管的制作。
文档编号H01L23/12GK1077057SQ9210673
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, 王家佺, 张德骏, 李如尧 申请人:山东大学