半导体电路和半导体电路的制造方法与流程

1.本发明涉及半导体电路技术领域，具体涉及一种半导体电路和半导体电路的制造方法。


背景技术：

2.半导体电路是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，集成了智能控制ic和用于功率输出的igbt、mosfet、frd等大功率器件及一些阻容元件，这些元器件通过锡基焊料焊接在铝基板上。
3.现有半导体电路为了便于散热，一般会将电子元件均设置在铝基板的其中一个侧面，而另一侧面则外露布置，以便于利用铝基板外露的一侧面与空气接触来达到散热的目的。但是，铝基板外露面容易受到外部的污染腐蚀，特别是在一些沿海地区使用时，湿度较大，而且海水是一种非常复杂的多组分水溶液，海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在，更容易腐蚀外露的基板，绝缘性变差，影响产品可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种半导体电路，以解决现有半导体电路基板外露面容易被腐蚀的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提出的半导体电路包括基板、电子元件、导线、引脚和封装体，所述基板包括层叠布置的金属层、绝缘层、导电层和绿油层，所述金属层远离所述绝缘层的一侧面设有第一保护层，所述第一保护层为镀设的二氧化硅层。
6.优选地，所述金属层与所述绝缘层之间还设置有第二保护层，所述第二保护层为镀设的二氧化硅层。
7.优选地，所述第一保护层的厚度为5～10μm，所述金属层的厚度为1400～1500μm，所述绝缘层的厚度为100～110μm，所述导电层的厚度为65～70μm，所述绿油层的厚度为10～30μm。
8.优选地，所述导电层由热压在所述绝缘层上的铜箔蚀刻形成。
9.优选地，所述绝缘层的成份包括环氧树脂。
10.优选地，所述金属层为铝镁合金板或铝基覆铜板。
11.本发明基于上述半导体电路提出一种制造方法，该制造方法包括以下步骤：
12.碱蚀，将所述金属层放置碱蚀溶液内进行碱蚀；
13.中和，将碱蚀后的所述金属层放置在中和溶液内进行酸碱中和；
14.电镀，将中和后的所述金属层的一侧面放置在电镀溶液内镀设所述第一保护层；
15.着色，将电镀后的所述金属层放置在着色溶液内进行上色；
16.封孔，将上色后的所述金属层放置在封孔溶液内进行封孔；
17.固化，将封孔后的所述金属层放置在烘干室内进行烘干。
18.优选地，所述电镀溶液的温度为19～21℃，氧化电压为14～18v，电流密度为130～
150a/m2，所述电镀溶液包括硫酸和硅离子，所述硫酸浓度为150～180g/l，所述硅离子的浓度为5～15g/l。
19.优选地，所述电镀溶液的温度为20℃，所述氧化电压为16v，所述电流密度为140a/m2，所述硫酸浓度为165g/l，所述硅离子的浓度为10g/l。
20.优选地，在所述将上色后的所述金属层放置在封孔溶液内进行封孔的步骤之后还包括：
21.涂漆，将封孔后的所述金属层放置在电泳涂料内进行涂漆。
22.本发明实施例提供的半导体电路，由于二氧化硅为原子晶体结构形状，通过在金属层的一侧面设置二氧化硅层，从而便于利用其具备性质稳定以及不容易被腐蚀的特性，而且不影响基材压合与产品封装，以此达到对模块化智能功率系统外露的一侧面进行保护的效果，有利于延长模块化智能功率系统的使用寿命。
附图说明
23.图1为本发明中半导体电路一实施例的结构示意图；
24.图2为图1中所示基板的结构示意图；
25.图3为本发明中半导体电路的制造方法一实施例的流程图。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(modμlar intelligent power system，mips)、智能功率模块(intelligent power modμle，ipm)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本发明的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(mips)。
28.本发明提出一种模块化智能功率系统，如图1和图2所示，该模块化智能功率系统包括基板10、电子元件20、导线30、引脚40和封装体50，基板10包括层叠布置的金属层11、绝缘层12、导电层13和绿油层14，金属层11远离绝缘层12的一侧面设有第一保护层15，第一保护层15为镀设的二氧化硅层。
29.其中，电子元件20、导线30、引脚40和封装体50均可根据实际情况布置对应型号的电子元件20、导线30的连接关系、引脚40的数量和封装体50所采用的材料。本发明的主要改进点在于基板10，具体为基板10包括层叠布置的第一保护层15、金属层11、绝缘层12、导电层13和绿油层14，其中金属层11相当于基材，具体可为铝基覆铜板或铝镁合金板，第一保护层15为镀设在金属层11一侧面的二氧化硅层，至于二氧化硅层的厚度可根据应用环境进行
设置，即应用在较为恶劣的环境下则相对提升二氧化硅层的厚度，而应用在较优良的环境下则相对降低二氧化硅层的厚度。此时，二氧化硅层镀设的方式可采用电镀的方式，即将金属层11放置在对应的溶液中并施加适当的电压，以在金属层11的一侧面形成预设厚度的二氧化硅层，具体电镀化学式为si-e- 2h2o＝sio2 4h

，至于二氧化硅层的厚度可通过控制电镀的时间来进行控制，即电镀时间越久二氧化硅层厚度越大。此时，金属层11在经过电镀处理后，也有利于提高金属层11的硬度和韧性，并具有良好的耐热性与绝缘性，耐蚀性、耐磨性也有明显改善和提高，以此提高了产品的可靠性。同时，在金属层11另一侧面(即金属层11远离第一保护层15的一侧面)形成绝缘层12、导电层13和绿油层14的方式参照现有方案进行，如绝缘层12由涂覆在金属层11另一侧面绝缘材料构成，如绝缘材料为环氧树脂，而导电层13则为绝缘层12上铺设的铜箔按照预设规则蚀刻而成，铜箔铺设在绝缘层12上的方式优选为热压，从而便于铜箔粘贴在绝缘层12上，绿油层14则是涂覆在导电层13特定区域(即无需连接电子元件20、导电和引脚40的位置)的绿油构成，以对导电层13外露的区域进行保护。本实施例中，由于二氧化硅为原子晶体结构形状，通过在金属层11的一侧面设置二氧化硅层，从而便于利用其具备性质稳定以及不容易被腐蚀的特性，而且不影响基材压合与产品封装，以此达到对模块化智能功率系统外露的一侧面进行保护的效果，有利于延长模块化智能功率系统的使用寿命。
30.在一较佳实施例中，如图2所示，优选金属层11与绝缘层12之间还设置有第二保护层16，第二保护层16为镀设的二氧化硅层。其中，第二保护层16镀设的方式可参照第一保护层15进行，即在镀设第一保护层15和第二保护层16时可将金属层11整体浸入电镀溶液内，从而便于同时在金属层11的两个侧面分别形成二氧化硅层。本实施例中，通过在金属层11的两侧侧面分别镀设二氧化硅层，从而便于在进行后续工序时无需区分金属层11的加工面，即可在此时金属层11的任意一侧面依次设置绝缘层12、导电层13和绿油层14。
31.在一较佳实施例中，优选第一保护层15的厚度为5～10μm，金属层11的厚度为1.45～1.55mm，绝缘层12的厚度为100～110μm，导电层13的厚度为65～70μm，绿油层14的厚度为10～30μm。其中，第一保护层15的厚度可在5～10μm的范围内任意选择数值，如8μm，以便于在保证保护性能的同时还可便于散热。金属层11的厚度也可在1.45～1.55mm的范围内任意选择数值，如1.5mm。绝缘层12的厚度也可在100～110μm的范围内任意选择数值，如105μm。导电层13的厚度也可在65～70μm的范围内任意选择数值，如68μm。绿油层14的厚度也可在10～30μm的范围内任意选择数值，如20μm。
32.本发明基于上述模块化智能功率系统进一步提出一种模块化智能功率系统的制造方法，如图3所示，该制造方法包括以下步骤：
33.步骤s10，碱蚀，将金属层放置碱蚀溶液内进行碱蚀；
34.步骤s20，中和，将碱蚀后的金属层放置在中和溶液内进行酸碱中和；
35.步骤s30，电镀，将中和后的金属层的一侧面放置在电镀溶液内镀设第一保护层；
36.步骤s40，着色，将电镀后的金属层放置在着色溶液内进行上色；
37.步骤s50，封孔，将上色后的金属层放置在封孔溶液内进行封孔；
38.步骤s60，固化，将封孔后的金属层放置在烘干室内进行烘干。
39.此时，具体的方式可以是将金属层挂装在电镀设备上，然后依次在电镀设备上的碱蚀工位、中和工位、电镀工位、着色工位、封孔工位和固化工位进行加工。
40.其中，碱蚀工位：
41.碱蚀工序一般包括两种，如平面碱蚀和砂面碱蚀，平面碱蚀一般要求游离碱浓度、a13 和温度偏低点，这里碱蚀的作用是对金属层表面自然氧化膜进行溶解、对金属层表面的机械纹轻微的整平、对金属层表面轻微的油污进行除油。此时，碱蚀溶液中含有亚硝酸钠，浓度为40～50g/l，碱蚀温度为40～45℃，碱蚀时间为1～3min。砂面碱蚀一般要求游离碱浓度、a13 和温度稍偏高，这里碱蚀的作用是对金属层一定程度机械纹的整平、对金属层进行深度腐蚀使其产生均匀的砂粒、对金属层表面的油污进行除油，对挤压工序工艺控制要求较严，碱蚀后金属层表面砂粒均匀，膜层丰满、细腻、柔和。此时，碱蚀溶液中含有氟化钠，浓度为45～60g/l，碱蚀温度为45～45℃，碱蚀时间为10～30min。将金属层放置间隙槽中，通过化学、物理清洗方式，其作用是去除金属层的表面的氧化层，使其裸露纯净的金属基体。
42.其中，中和工位：
43.在常温的条件下，将碱蚀后的金属层放置酸洗槽中，其作用是将金属层表面的赃物去除，达到碱酸中和，使得基体表面光泽。此时，中和溶液中含有硝酸，浓度为120～150g/l，中和时间为2～5min。
44.其中，电镀工位：
45.工艺温度在20℃左右，将中和后的金属层放置阳极槽，其作用使得金属层洁净的表面转化为一层所需要的氧化保护膜，这层具有防护性、装饰性以及特殊功能。此时，电镀溶液的成份为硫酸：150～180g/l，硅离子：5～15g/l，电压为14～18v，电流密度为130～150a/m2，原理为si-e- 2h2o＝sio2 4h

。具体的，电镀溶液的温度为20℃，氧化电压为16v，电流密度为140a/m2，硫酸浓度为165g/l，硅离子的浓度为10g/l。
46.其中，着色工位：
47.操作温度在50℃左右，将电镀后的金属层放置染色槽中，其作用是依据客户特殊颜色需求，使其金属层表面上色，有种光鲜亮丽的色泽。如着色溶液的成份为snso4：7～10g/l、gd：35～45g/l、niso4
·
6h2o：20～30g/l、seo2：8～10g/l、添加剂：与snso4等量、cuso4：2～3.5g/l、h2so4：15～20g/l，ph：0.6～1.0ph：0.7～1.0，温度：15～25℃，电压：14～18v，着色时间：20s～15min。其中，添加剂为c
10
h8o7s2。
48.其中，封孔工位：
49.在95℃温度条件下，将着色后的金属层粗糙的进行调料，免得后期氧化物污染，其作用防止阳极氧化膜(即第一保护层)外观变坏，提高阳极氧化膜的耐磨性，最大限度的提高阳极氧化膜的耐腐蚀性能，使得染色氧化膜的褪色降到最低限度，提高阳极氧化膜的抗侵蚀能力，提高阳极氧化膜的电绝缘性能，特别是潮湿环境下的绝缘性。此时，封孔溶液成份为：镍离子：0.8～1.2g/1、氟离子：0.35～0.6g/1，ph：5.6～6.5，封孔时间为第一保护层厚度
×
1.2min。
50.其中，固化工位：
51.操作温度在50℃左右，将封孔后的金属层放置烘干槽里，其作用是把金属层表面的水份烘干。
52.在一较佳实施例中，优选在封孔工序与固化工序之间还包括涂漆工序，该涂漆工序包括：
53.将封孔后的金属层放置在电泳涂料内进行涂漆。
54.其中，涂漆工艺：
55.在20℃左右条件下，以水为溶解介质，与电泳漆混合后，将封孔后的金属层放置水槽中进行涂漆，提供防蚀保护，并赋予其一定的装饰性。此时，电泳涂料中，固体成份：5～8％，溶剂：1～5％，而电导率：550～900μs/cm，ph：7.6～8.0，电泳电压：90～120v，温度：23
±
3℃，电泳时间：1～2min。
56.在一较佳实施例中，优选在步骤s60后还包括：
57.在固化后的金属层上切割若干安装缺口；
58.在切割后的金属层的一侧面涂覆绝缘材料以形成绝缘层；
59.在绝缘层上热压铜箔并通过蚀刻形成导电层；
60.在导电层的特定区域涂覆绿油以形成绿油层；
61.在导电层上未涂覆绿油层的位置分别安装电子元件；
62.将导线的两端分别焊接在电子元件与导电层上；
63.在引脚上涂覆导电介质层后安装在对应的安装缺口内以形成半成品半导体电路；
64.对半成品进行烘烤以得到成品半导体电路。
65.本实施例中，在固化后的金属层上形成安装缺口的方式可以是采用线切割或机加工的形式，至于蚀刻导电层、涂覆绿油层、各个电子元件的安装以及导线的连接均可参照现有形式进行，在此不作详细描述。主要的改进点在于：在完成焊接质量检测、清洗和绑定导线后，在引脚的特定位置涂覆导电介质层或在导电层的对应位置涂覆导电介质层，然后利用机械手或人工将引脚放置到金属层上对应的安装缺口内，最后经过烘烤以来使得导电介质层固化，以此增加引脚安装的稳定性和电连接的稳定性。同时，烘烤过程不仅对导电介质层起到固化作用，也会对刚清洗完的电子元件里面的水分起到烘干作用，以此即可得到成品半导体电路产品。其中，贴装电子元件的方式可以是先将已经切割好的金属层放入到特制载具(载具可以是铝、合成石、陶瓷、pps等耐高温200℃以上的材料)，在导电层预留的电子元件安装位通过刷锡膏或点银胶将功率器件芯片通自动粘晶设备(da机)贴装到元器件安装位上，通过自动贴片smt设备将阻、容件贴装到电子元件安装位上，然后将整个半成品包括载具一起过回流炉将所有的电子元件焊接到对应安装位上，通过视觉检查aoi设备对电子元件焊接质量进行检测，通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在金属层上的助焊剂和铝屑等异物，通过导线，使电子元件和导电层形成电连接。其中，金属层作为模块化智能功率系统内部电路及引脚的安装载体，具备一定的散热功能，而安装缺口的数量以及相邻两个之间的间距取决于里面的电路设计和外部电控板的方案；导电层为在铜箔层上通过曝光、显影、蚀刻形成；绿油层用于防止导电层线路与线路之间短路，线路层表面氧化，污染，在线路层表面涂一层绿油起到保护作用；电子元件为模块化智能功率系统实现功能所需的内部器件；导线，通过键合机绑线实现电连接(导线材料可以是铝、铜、金、银等具备良好的焊接、导电性能的金属丝)；引脚的材质采用c194(～1/2h)(化学成分：cu(≥97.0)、fe：2.4、p：0.03、zn：0.12)或kfc(～1/2h)(化学成分：cu(≥99.6)、fe：0.1(0.05～0.15)、p：0.03(0.025～0.04))，通过冲压或蚀刻工艺对0.5mm的c194或kfc板料进行加工，再对表面进行先镀镍厚度0.1～0.5um再镀锡厚度2～5um；导电介质是用于引脚与导电层进行电连接(导电介质一般是液态，通过高温烘烤后固化，材质可以是锡膏、液体石墨烯、银胶)。
66.在一较佳实施例中，优选在对半成品进行烘烤以得到成品半导体电路的步骤之后还包括：
67.将成品半导体电路放置在模具内进行封装。
68.本实施例中，将固化好的成品半导体电路放入塑封模具或灌封模具进行封装，然后经过打标，pmc后固化，电参数测试形成最后得到合格产品模块化智能功率系统。其中，封装体为通过使用热塑性树脂的注入模模制方式，将模块化智能功率系统内部器件和电路密封起来对模块化智能功率系统内部起到保护作用。
69.以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。