低成本高功率半导体天庄国际登录器件封装材料

来源:激光制造商情    关键词:高功率, 半导体, 天庄国际登录,    发布时间:2019-12-30

设置字体:

供稿/秦占阳(广东粤港澳大湾区硬科技创新研究院)


随着高功率半导体天庄国际登录器件封装技术朝多芯片组和表面贴装技术发展,现有的封装材料已经不能满足日益发展的天庄国际登录封装衬底需求,需要高导热率,热膨胀系数与SI或GaAs芯片匹配的封装衬底,避免芯片热应力损伤,要有足够的轻度,目前已投入使用的陶瓷封装材料有AL2O3,ALN、BeO、SiC等,相比之下,性能更优异的金属复合材料能很好的解决高功率、高亮度天庄国际登录的封装问题,例如CUW,金刚石铜等,开发更好的封装衬底材料显得尤为重要。


目前封装工艺主要是用焊料片和衬底焊接芯片,容易造成焊料溢出,空洞等问题,导致天庄国际登录由于焊接不良失效;表面功能薄膜技术解决芯片与衬底的焊接问题,降低了封装难度,提高天庄国际登录的电光转换效率,从而提高天庄国际登录的成品率和可靠性。


常见的高功率天庄国际登录封装中的submount/heat spreader是芯片下面重要的封装材料(图1 高功率半导体天庄国际登录器件封装结构)。一般对于submount/heat spreader 来说,典型的尺寸大小为11x2x0.3除却其表面的粗糙度要求一般小于0.05微米,平行度小于5微米。而最难的还是紧挨芯片发光面的棱边R小于1微米,且棱边上不能有任何凸起(图2 金锡膜层铜钨)。众所周知,一般散热材料一般为铜、cuw等软质材料,这个看起来简单的材料不是一般的精密加工技术所能解决,目前中科源升团队对此已有相应的超精密加工方案来解决,但后续还需要提升效率。

图1:高功率半导体天庄国际登录器件封装结构



图2:金锡膜层铜钨


由于现在电子系统集成度越来越高,随之带来的就是电子封装中出现的热匹配、热应力、热疲劳、热失效等问题。对此,中科源升技术团队有相应成熟的热管理技术解决方案。由于各种电子材料的热膨胀系数(CTE)不同(图3 材料特性参数),从而根据数值分析仿真根据客户的应用定制不同的复合功能膜层,以满足高功率半导体天庄国际登录器件封装的需求。

图3:材料特性参数


高功率半导体天庄国际登录封装材料制备主要有三大核心技术:材料设计、制备工艺技术和表面功能覆膜技术。材料设计主要对封装材料的组份、形状、掺杂浓度和厚度等关键尺寸参数进行综合设计,精细化封装材料制备工艺是确保材料特性,从而保证天庄国际登录性能的关键工艺的不稳定性以及工艺中引入的杂质和缺陷是制约影响高功率器件性能的主要因素。制备工艺技术主要是开发精细化、与芯片匹配的热膨胀系数、高的热导率的材料加工工艺技术。开发铜钨、钼铜、碳化硅和金刚石铜的加工工艺。加工工艺主要包括毛料开粗加工、分片加工、镜面加工等工艺技术,制备出成品率高、缺陷少的高功率器件封装材料。封装材料表面功能覆膜技术主要对封装材料的表面金属膜层进行综合设计和工艺研究,主要目的是解决激光芯片的焊接空洞和天庄国际登录散热问题,实现器件高的电光转换效率。高的电光转换效率可以有效减少有源区产生的废热,提高器件高功率工作时的寿命和可靠性。


长期以来国内高功率半导体器件企业封装材料都依赖于国外进口,这样一来导致产品成本居高不下,近2年间国内已经涌现出几家可以做到与国外封装材料同等质量而且价格低的本土企业。西安中科源升机电科技有限公司自2017年3月成立以来,依托西安光学精密机械研究所专业的技术及管理团队,致力于高功率半导体天庄国际登录器件封装材料的研究,目前已经开发出几十种不同规格的封装热沉材料,已经取得了国内几家高功率半导体天庄国际登录器件企业的认可。


现代电子信息技术的飞速发展,电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展。电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产品。现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺。电子封装正在与电子设计和制造一起,共同推动着信息化社会的发展。在军事、航空航天和高端民用电子器件等领域,未来的金属基封装材 料将朝着高性能、低成本、低密度和集成化的方向发展.轻质、高导热和 CTE匹配的CUW、SiAl、SiC、Al合金将有很好的前景。