[发明专利]一种高可靠IGBT模块芯片互连方法

说明书

本发明涉及半导体芯片微组装技术领域的一种高可靠IGBT模块芯片互连方法，包括：a、在IGBT模块的互连区域设计加工相适配的金属片状互连单元，对所述金属片状互连单元的焊接部分做搪锡处理，并进行清洗；b、根据所述互连区域的尺寸裁剪焊料片、压平，并做等离子清洗处理；c、将所述金属片状互连单元、所述焊料片和所述互连区域依次对准并固定；d、采用焊接设备将所述金属片状互连单元将所述互连区域相连。本发明克服IGBT模块中IGBT芯片‑FRD芯片‑DBC基板之间通过粗铝丝键合互连方式的不足，以满足IGBT芯片‑FRD芯片‑DBC基板之间的高可靠连接。

技术领域

本发明涉及半导体芯片微组装技术领域，尤其涉及一种高可靠IGBT模块芯片互连方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种新型功率半导体器件，集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有高频率、高电压、大电流、易于开关、电压控制、输进阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、通断速度快和工作频率高等优点，是电力电子领域的核心器件之一，在轨道交通、智能电网、航空航天、船舶驱动、新能源、电动汽车等产业应用广泛，在涉及国家经济安全、国防安全等战略性产业领域，高等级的IGBT尤为关键。国内IGBT模块研发水平较低，在产品设计、核心芯片制造、封装工艺等方面都与国外存在较大差距。相应的，国产IGBT模块也主要面向中低端应用，并且市场份额小，国外产品占据国内IGBT模块95％以上的市场份额。因此，开发高可靠IGBT模块，满足国家经济安全、国防安全应用需求势在必行。

IGBT模块的封装工艺是影响产品质量的关键因素之一，主要包括真空焊接、粗铝丝键合和灌封等。其中，粗铝丝键合是产品的关键工艺，也是产品长期可靠性最薄弱环节，当IGBT工作中不停开关而受到循环产生大幅温差所导致的热应力时，芯片与粗铝丝之间热膨胀系数不匹配将导致硅、铝之间的压缩和拉伸应力不一致，这种不一致很容易在交接处产生裂缝，此过程重复进行最终导致铝键合引线脱落，导致产品实现。如图4所示，粗铝丝键合主要是用于IGBT芯片、FRD芯片、DBC基板、产品引出端等之间的电气互连，其作用原理是利用键合设备产生的超声能作用于键合铝丝，在一定外力下铝丝与键合面迅速摩擦，摩擦产生的热量使金属之间产生原子扩散并形成可靠的金属间分子键，以此实现互连。影响粗铝丝键合质量的因素非常多，包括键合工艺、键合区表面镀层状态、键合操作环境、键合丝材料等，并且IGBT模块中的键合丝数量大，键合丝间距小，键合点多，更加剧了实际生产时的控制难度，键合后难于直接进行100％评价，只能通过抽样做破坏性键合强度进行间接测试，难以完全剔除存在微缺陷的产品。

粗铝丝键合带来的可靠性风险主要表现在两个方面：

(1)键合铝丝脱落

键合铝丝丝径通常选择380um，与芯片和DBC基板的接触面积有限，因此当IGBT工作时不停开关而受到功率循环产生大幅温差所导致的热应力时，硅芯片与键合铝丝之间的热膨胀系数不匹配将导致硅、铝之间的压缩和拉伸应力不一致，这种不一致很容易在交接处产生裂缝，此过程重复进行最终导致键合铝丝脱落。

(2)铝金属重构

由于材料热膨胀系数的差异，IGBT在工作过程时不停的开关会产生不停的热应力冲击，与硅芯片相连的铝丝将会发生铝金属化，这一过程会使原本光滑的铝线表面呈现颗粒状，接触面会变得粗糙，有效接触面积减少，导通电阻增大，导致发热量大，进而导致产品性能下降甚至失效。

发明内容

为解决上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高可靠IGBT模块芯片互连方法，可以克服IGBT模块中IGBT芯片-FRD芯片-DBC基板之间通过粗铝丝键合互连方式的不足，以满足IGBT芯片-FRD芯片-DBC基板之间的高可靠连接。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

本发明提供一种高可靠IGBT模块芯片互连方法，包括：