GaN氮化鎵的4種封裝解決方案

晶圓硬度強(qiáng)、鍍層硬、材質(zhì)脆材質(zhì)特點(diǎn)，與硅晶圓相比在封裝過程中對溫度、封裝應(yīng)力更為敏感，芯片裂紋、界面分層是封裝過程最易出現(xiàn)的問題。同時(shí)，GaN產(chǎn)品的高壓特性，也在封裝設(shè)計(jì)過程對爬電距離的設(shè)計(jì)要求也與硅基IC有明顯的差異。

因此，對于氮化鎵產(chǎn)品的封裝，主要有4種封裝解決方案。

1. 晶體管封裝，在其設(shè)計(jì)中包含一個(gè)或多個(gè)HEMT(High electron mobility transistor)；

2. 系統(tǒng)級封裝(SiP)，同一包封體中封裝不同功能的芯片；

3. 系統(tǒng)芯片封裝(SoC)，將不同功能芯片通過晶圓級重構(gòu)，在性能上更加突出；

4. 模塊化封裝，將多個(gè)功率封裝個(gè)體集成在一個(gè)模塊包中。

常見的封裝類型如下：

TO類封裝：

△圖1：晶體管類封裝。

表面貼裝類封裝：

△圖2：QFN、PQFN封裝。

基板類封裝：

△圖3：LGA、BGA封裝。

嵌入式封裝：

△圖4：GaN PXTM嵌入式封裝。

從晶圓材質(zhì)上，目前用于GaN外延生長的襯底材料主要有Si、藍(lán)寶石、SiC、Zn和GaN，其中Si、藍(lán)寶石、SiC三種相對多些，尤其是Si具有成本優(yōu)勢應(yīng)用最廣泛。盡管GaN與Si材料之間的晶格失配和熱失配使得在Si襯底上外延生長高質(zhì)量的GaN材料及其異質(zhì)結(jié)比較困難，但通過運(yùn)用AlGaN緩沖層、AlGaN/GaN或AlN/GaN等超晶結(jié)構(gòu)和低溫AlN插入層等技術(shù)，已經(jīng)能較為有效地控制由晶格及熱失配帶來的外延層中出現(xiàn)的如位錯(cuò)、裂化、晶圓翹曲等問題(說明對溫度比較敏感）。

△圖5：氮化鎵封裝產(chǎn)品芯片裂紋示意圖（左圖：Crack，右圖：Normal）。

芯片裂紋是氮化鎵產(chǎn)品封裝最常見的失效現(xiàn)象，如何快速、準(zhǔn)確的識別剔除異常產(chǎn)品，是提高產(chǎn)品封測良率、保障產(chǎn)品正常使用的保障。

△圖6：HT-tech 氮化鎵封裝可靠性例行監(jiān)控掃描圖。

封裝過程是集成電路質(zhì)量的核心管控要素之一，針對氮化鎵芯片材質(zhì)特征，金譽(yù)半導(dǎo)體對封裝各環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝方案及設(shè)備參數(shù)的驗(yàn)證，管控產(chǎn)品研磨過程生產(chǎn)厚度、晶圓切割過程刀具規(guī)格以及進(jìn)刀參數(shù)、封裝材料CTE性能選擇、膠層涂覆厚度、粘接材料烘烤時(shí)間及溫度等措施，均是避免氮化鎵產(chǎn)品質(zhì)量問題的核心。