[发明专利]一种大功率场效应晶体管铝-金键合过渡片的制备方法

说明书

 

技术领域    

    本发明涉及一种大功率场效应晶体管铝-金键合过渡片的制备方法，属场效应管制造工艺技术领域。

背景技术    

引线键合是半导体生产后道工序中关键步骤，在相当长的时间内仍然是半导体封装内部互连的主流方式之一。据相关研究表明，在半导体器件失效事件中，引线键合失效导致的失效模式约占49%，故半导体封装内部互连对器件长期使用的可靠性影响很大。

大功率场效应晶体管超声键合使用高纯铝丝键合到镀金芯柱上来实现内部互联。在键合、高温储存、器件老化这些步骤中，键合处的高温、电场和水汽作用将会使金-铝键合处形成金属间化合物,同时由于柯肯达尔效应形成空洞。这种结构在长期使用或遇高温后,在金-铝键合处会出现压焊强度降低、接触电阻变大甚至脱键等情况,最终导致器件的电性能退化或开路。

目前一般是直接将高纯铝丝键合在镀金柱上，结构如图1所示。或者采用减薄镀金层的方法，虽然这可以减少柯肯达尔效应，但也会因此降低引线键合的强度。

发明内容    

本发明的目的是，针对大功率场效应晶体管封装中高纯铝丝键合到镀金芯柱后因金属间化合物和柯肯达尔效应产生的可靠性难题，提出一种大功率场效应晶体管引线键合过渡片的制备方法。

本发明的技术方案是，本发明通过制备一种铝-金键合过渡片，并将铝-金过渡片应用于铝-金键合系统。使用高纯铝丝键合在过渡片的铝表面,这种键合方式可以消除铝-金键合产生的金属间化合物和柯肯达尔效应带来的不利影响，也不会影响引线的键合强度，不会增加器件的导通电阻值。

铝-金键合过渡片的制备方法步骤如下：

（1）铝片材料的选择及清洗。选用一块面积为100~300mm²、厚度为0.3mm的纯铝板（99.9%），使用化学清洗的方法去除表面的颗粒物、氧化物等杂质，放入乙醇中用超声波进行清洗，再用去离子水冲洗。

（2）将铝板的一面蒸上金。首先使用电子束蒸发台在铝板的一面蒸镀一层厚度为0.1μm左右的钛金属层，在此基础上蒸镀一层厚度为1.5～2.0μm的金层，构成金钛合金面。

（3）合金化处理。在一定温度和高纯氮的氛围中，对过渡片进行合金化处理，增强金层和铝的欧姆接触。

（4）使用切片机，将其切割成1.0㎜×1.0 mm 和1.5㎜×1.5mm等不同规格的过渡片材料。

（5）使用化学清洗和放入乙醇中超声清洗，去除过渡片边缘的毛刺和金属颗粒。

铝-金键合过渡片用于高纯铝丝键合的使用方法如下：

将铝-金键合过渡片的金钛合金面通过焊料焊接在镀金芯柱的镀金层上；在铝-金键合过渡片的另一面铝面上焊接高纯铝丝。

    本发明的有益效果是，本发明制备的铝-金键合过渡片用于高纯铝丝键合,这种键合方式可以消除铝-金键合产生的金属间化合物和柯肯达尔效应带来的不利影响，也不会影响引线的键合强度，不会增加器件的导通电阻值。

    本发明适用于大功率场效应管引线键合。

附图说明    

图1为高纯铝丝键合在镀金柱上的传统结构示意图；

图2为铝-金过渡片结构示意图；

图3为使用铝-金过渡片的铝-金键合系统的结构示意图；

图中图号：1是高纯铝丝；2是镀金层；3是焊料；4是金钛合金；11是铝；12是金；13是钛。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图3所示。

本发明实施例铝-金键合过渡片按下述步骤制备：

（1）铝片材料的选择及清洗。选用一块直径为50mm、厚度为0.3mm的纯度为99.9%的铝板，使用化学清洗的方法去除表面的颗粒物、氧化物等杂质，放入乙醇中用超声波进行清洗，再用去离子水冲洗。

（2）将铝板的一面蒸上金。首先使用电子束蒸发台在铝板的一面蒸镀一层厚度为0.1μm左右的钛金属层，在此基础上蒸镀一层厚度为1.5～2.0μm的金层，构成金钛合金面。

（3）合金化处理。将过渡片置于流量为700～1000mL/min的高纯氮氛围中，保持温度在500～520 ℃，时间20±2分钟，对过渡片进行合金化处理，增强金层和铝的欧姆接触。

（4）使用切片机，根据装配管壳的要求将其切割成1.0㎜×1.0 mm和1.5㎜×1.5mm的铝-金键合过渡片材料。

将通过上述方法获得的铝-金键合过渡片按图3所示用于铝-金键合系统。