[实用新型]VDMOS功率器件塑封防分层翘曲结构

说明书

VDMOS功率器件塑封防分层翘曲结构。涉及电子封装技术领域，尤其涉及VDMOS功率器件塑封用防分层翘曲结构。提供了一种结构简单，方便加工，提高产品质量的VDMOS功率器件塑封防分层翘曲结构。包括矩形基板，所述基板的顶面中间设有矩形芯片粘接区，基板顶面四角端分别设有第一金属凸柱组，基板顶面的芯片粘接区四角外侧分别设有第二金属凸柱组，基板底面设有第三金属凸柱组和第四金属凸柱组，所述基板和第一~四金属凸柱组上覆盖有塑封体；所述第一金属凸柱组位于第三金属凸柱组的正上方，第二金属凸柱组位于第四金属凸柱组的正上方。本实用新型的VDMOS功率器件防分层翘曲结构设计独特、结构简单、制作方便。

技术领域

本实用新型涉及电子封装技术领域，尤其涉及VDMOS功率器件塑封用防分层翘曲结构。

背景技术

以VDMOS（垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管）为典型代表的功率半导体器件是电力电子领域的主流元器件，在大功率开关、功率转换等领域有着广泛的应用。塑料封装因其在成本、工艺等方面的优势是目前VDMOS功率器件的主要封装形式之一。但塑料封装的非气密性会带来潜在的可靠性问题，封装体分层就是其中最常见的一种失效模式。塑料封装体分层是指发生在塑封体与封装框架或基板、芯片、引脚键合区界面处的开裂和翘曲现象。塑封体的分层会导致其中金属互连的断裂、钝化层破损、焊球偏移以及环境气氛的侵入而使芯片及封装框架材料腐蚀等，并由此带来VDMOS芯片电学性能的退化和失效。

研究表明，塑料封装体分层的主要原因是封装体中不同材料间热膨胀系数差异所导致的热应力效应和封装体内吸附的水汽在高低温冲击下的湿应力效应共同作用的结果。具有相对较大的热膨胀系数的塑封体，与封装框架和芯片的热失配，在温变载荷下易于产生热机械应力，而高聚物塑封体的亲水性和多孔性，使得封装体极易吸收环境中的水汽，在高温焊接过程中，吸湿膨胀产生的湿应力结合热机械应力的作用使封装体发生分层。进一步的研究表明，水汽含量是塑封体开裂的外因，而塑封结构中的封装框架、芯片、粘接剂和塑封体之间存在的热失配应力则是引起塑封体分层的决定性内因。（王晓珍等，军用塑封电路分层及可靠性方法研究，电子工艺技术，Vol.37，No.6，pp.316-329，2016；李兰侠，表面安装塑封体吸湿性引起的开裂问题及其对策，电子与封装，Vol.5，No.10，pp.14-16，2005）

功率半导体器件塑封体的分层失效主要发生于塑封体与封装框架的粘结处、塑封体与芯片表面的粘结处以及塑封体与引脚键合区的粘接处，尤其存在于封装框架、芯片的尖端边缘处。在过电应力(EOS)或再流焊过程中，塑封体经历多次热循环，由于塑封体、基板和芯片材料的热膨胀系数的差异，塑封体和芯片或芯片基板之间产生切变力；导致它们之间的界面分层，分层的程度会因热应力的强度差异、塑封结构的不同和封装内水汽含量水平的不同而变化。同时也取决于热应力的来源，过电应力(EOS)作用的情况下，热源由芯片产生，而在再流焊过程中，热源由外部施加，两种热源会导致封装内不同的界面分层，前者所产生的分层大多在芯片与封装体之间，后者所产生的分层大多在封装体与基板或引线框架之间。（古关华，用扫描声学显微镜进行塑封器件的封装分层分析，电子产品可靠性与环境试验，第2期，pp.14-16，2004）

常规上减小塑封结构分层翘曲的途径和方法有：①材料的改进，选用高耐湿性、低应力、高热传导率的高纯度塑封体，并适当添加无机填料和应力吸释剂；②结构改进，增加封装框架、芯片的粘贴表面的粗糙度，以增大塑封体与封装框架之间、芯片之间的结合力；③对封装前的半成品进行充分的等离子清洗，增强塑封体与封装框架的界面结合力，等等。（胥小平，塑封功率器件的分层机理探讨，电子工艺技术，2016，Vol37，2，pp.103-105；李兰侠，表面安装塑封体吸湿性引起的开裂问题及其对策，电子与封装，Vol.5，No.10，pp.14-16，2005）但由于功率半导体器件塑封体分层发生机理的复杂性以及分层初始产生位置的随机性，现行方法只能在一定程度上预防塑封结构分层翘曲现象的发生。

实用新型内容