[发明专利]一种芯片抗辐照封装材料及抗辐照封装工艺

说明书

本发明属于材料核工业用材料技术领域，尤其涉及一种芯片抗辐照封装材料及抗辐照封装工艺，所述芯片抗辐照封装材料为在塑封料中掺杂宽禁带半导体颗粒，宽禁带半导体颗粒的重量占比在10％‑75％之间。所述芯片抗辐照封装工艺为首先在铜基板背面生长一层抗辐照层，在铜基板正面焊接芯片，同时将芯片和铜基板的引脚键合；然后称量塑封料和掺杂颗粒，将塑封料和掺杂颗粒置入预设好搅拌温度的模具中进行搅拌均匀，待搅拌时间结束后，得到塑封料复合材料；最后将搅拌均匀后的塑封料复合材料进行注塑压封，并将塑封后的芯片进行引脚电镀和去除毛刺与飞边。本发明提升了芯片整体的抗辐照性能和在太空环境下的可靠性，同时提升了芯片器件背部的抗辐照能力。

技术领域

本发明属于材料核工业用材料技术领域，尤其涉及一种芯片抗辐照封装材料及抗辐照封装工艺。

背景技术

随着时代的进步，我国在航空领域有了长足的发展，从载人飞船到火星探测，从天宫二号到北斗全球覆盖，越来越多的功率器件被带到太空中工作。但是在相较于一般的工作环境，太空中功率器件的可靠性非常重要，其中功率器件的封装技术对功率器件的可靠性能有极大的提升，功率器件的封装形式多种多样，其中塑料封装在成本、尺寸、重量等方面具有相当的优势，而随着塑料封装的可靠性在近年来有了很大的提升，因此塑封器件在航空领域得到了越来越多的关注，在太空中，除面临一般的可靠性失效外，塑封器件还会遇到高能粒子辐照带来的一系列问题，例如，长期在辐照环境中运行，塑封器件会遇到单粒子击穿效应、单粒子翻转效应和单粒子栅穿效应等，因此，提升塑封器件的抗辐照性能对于应用在航空航天领域中的塑封器件是非常必要的。

现有技术中抗辐照的技术方案有涂层法、元素掺杂法和外壳包裹法，涂层法需要在物体表面生成抗辐照层，在授权公告号为CN111118455B的专利文件中提出一种通过在氧化锆和硅钢间夹杂一层金属铬，以此在提高抗辐照能力的基础上，改善氧化锆层和硅钢间的连接性能，但是塑封器件主要由底部的铜基板和背部塑料两部分组成，目前涂层工艺多为氧化锆等金属氧化物，金属氧化物与塑封器件的塑料间不易形成有力连接，无法提升器件塑料部分的抗辐照性能。而元素掺杂法多为掺杂稀土元素和无机非金属单质材料，存在价格过高，性能相对较差的问题。最后的外壳包裹法需要在器件的外层额外增加一层结构，在低能辐照领域，外壳包裹虽大幅度提升了器件的抗辐射能力，但是却增加重量和体积，不利于航空航天集成化轻便化的要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种芯片抗辐照封装材料及抗辐照封装工艺，通过将宽禁带半导体材料作为颗粒掺杂进塑料中，从而提升芯片整体的抗辐照性能和在太空环境下的可靠性。

本发明提供的基础方案：一种芯片抗辐照封装材料，其特征在于：在塑封料中掺杂宽禁带半导体颗粒，所述宽禁带半导体颗粒的重量占比在10％-75％之间。

本发明的原理及优点在于：本发明通过在塑封料中掺杂宽禁带半导体颗粒，利用宽禁带半导体材料具备抗辐照的能力，可以有效提升塑封料吸收辐照能量，从而提升芯片整体的抗辐照性能和在太空环境下的可靠性。因此，本发明的优点在于通过将宽禁带半导体材料作为颗粒掺杂进塑料中，从而提升芯片整体的抗辐照性能和在太空环境下的可靠性。

进一步，所述塑封料为环氧塑封料。

有益效果：环氧塑封料具有低成本、高生产效率以及合理的可靠性优点，是一种常用的封装材料。

进一步，所述宽禁带半导体颗粒为碳化硅宽禁带半导体颗粒或者氮化镓宽禁带半导体颗粒中的一种。

有益效果：碳化硅宽禁带半导体和氮化镓宽禁带半导体具有抗辐照能力，同时碳化硅和氮化镓还作为高热导系数材料，掺杂进塑封中，能有效提升芯片整体的散热能力。

进一步，所述宽禁带半导体颗粒粒径为10nm-50um。

有益效果：将宽禁带半导体颗粒的粒径控制在10nm-50um，对掺杂有宽禁带半导体颗粒的塑封料整体重量和外形无明显影响。