GaN氮化鎵的4種封裝解決方案

晶圓硬度強、鍍層硬、材質脆材質特點，與硅晶圓相比在封裝過程中對溫度、封裝應力更為敏感，芯片裂紋、界面分層是封裝過程最易出現的問題。同時，GaN產品的高壓特性，也在封裝設計過程對爬電距離的設計要求也與硅基IC有明顯的差異。

因此，對于氮化鎵產品的封裝，主要有4種封裝解決方案。

1. 晶體管封裝，在其設計中包含一個或多個HEMT(High electron mobility transistor)；

2. 系統級封裝(SiP)，同一包封體中封裝不同功能的芯片；

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

4. 模塊化封裝，將多個功率封裝個體集成在一個模塊包中。

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。

從晶圓材質上，目前用于GaN外延生長的襯底材料主要有Si、藍寶石、SiC、Zn和GaN，其中Si、藍寶石、SiC三種相對多些，尤其是Si具有成本優勢應用最廣泛。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量的GaN材料及其異質結比較困難，但通過運用AlGaN緩沖層、AlGaN/GaN或AlN/GaN等超晶結構和低溫AlN插入層等技術，已經能較為有效地控制由晶格及熱失配帶來的外延層中出現的如位錯、裂化、晶圓翹曲等問題(說明對溫度比較敏感）。

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

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

△圖6：HT-tech 氮化鎵封裝可靠性例行監控掃描圖。

封裝過程是集成電路質量的核心管控要素之一，針對氮化鎵芯片材質特征，金譽半導體對封裝各環節進行工藝方案及設備參數的驗證，管控產品研磨過程生產厚度、晶圓切割過程刀具規格以及進刀參數、封裝材料CTE性能選擇、膠層涂覆厚度、粘接材料烘烤時間及溫度等措施，均是避免氮化鎵產品質量問題的核心。