新型mosfet封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級制作方法，該封裝結(jié)構(gòu)包括MOSFET芯片，該MOSFET芯片正面包含有源極、柵極，背面包含有漏極，源極和柵極分別電性連接MOSFET芯片正面的第二導(dǎo)電體和第三導(dǎo)電體，一金屬薄片和MOSFET芯片背面漏極通過導(dǎo)電材料粘結(jié)在基板上的導(dǎo)電層上，并在金屬薄片上制作第一導(dǎo)電體，MOSFET芯片漏極通過導(dǎo)電層、導(dǎo)電材料、金屬薄片連接MOSFET芯片正面的第一導(dǎo)電體。這樣，可將垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET背面漏極電流引至MOSFET的正面，實(shí)現(xiàn)源極、柵極、漏極電性在同一側(cè)面，以便進(jìn)行晶圓級封裝，且大面積導(dǎo)電層保證了芯片良好的散熱效果；避免硅通孔TSV制程，簡化了工藝步驟，降低了封裝成本。
【專利說明】
新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管。由于MOSFET具有可實(shí)現(xiàn)低功耗電壓控制的特性，近年來被廣泛應(yīng)用在大量電子設(shè)備中，包括電源、汽車電子、計算機(jī)和智能手機(jī)中等，受到越來越多的關(guān)注。
[0003]MOSFET器件通過將適當(dāng)電壓施加至MOSFET器件的柵極而工作，其接通該器件并形成連接MOSFET器件的源極(source)和漏極(drain)的通道以允許電流流動。在MOSFET器件中，期望在接通時具有低的漏源接通電阻(drain-on-source resist ance)RDS(on)。MOSFET器件的性能特別是電流承載能力的優(yōu)劣很大程度上取決于散熱性能，散熱性能的好壞又主要取決于封裝形式。MOSFET器件的封裝要求是大電流的承載能力、高效的導(dǎo)熱能力以及較小的封裝尺寸。但是，傳統(tǒng)MOSFET封裝主要是TO、SOT、SOP、QFN、QFP等形式，這類封裝都是將芯片包裹在塑封體內(nèi)，無法將芯片工作時產(chǎn)生的熱量及時導(dǎo)走或散去，制約了MSOFET性能提升。而且塑封本身增加了器件尺寸，不符合半導(dǎo)體向輕、薄、短、小方向發(fā)展的要求。就封裝工藝而言，這類封裝都是基于單顆芯片進(jìn)行，存在生產(chǎn)效率低、封裝成本高的問題。
[0004]WLP即晶圓級封裝(Wafer Level Package)，是一種新型封裝技術(shù)。WLP是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測試，然后再切割成單顆芯片，是基于整個晶圓進(jìn)行的批量封裝。將晶圓級封裝技術(shù)弓I入到MOSFET領(lǐng)域，不僅可以提升MOSFET性能，而且可以提高生產(chǎn)效率、降低封裝成本。
[0005]垂直MOSFET器件努力通過將漏極置于與源極接點(diǎn)的相反的表面上來實(shí)現(xiàn)低的RDS(on)。通過將漏極置于與源極接點(diǎn)相反的表面上，縮短了電流的傳導(dǎo)通路(導(dǎo)電路徑，conduct1n path)，這使得RDS(on)降低。對于這種構(gòu)造的MOSFET晶圓級封裝，必須結(jié)合娃通孔(TSV)技術(shù)將源極接點(diǎn)、漏極接點(diǎn)和柵極接點(diǎn)轉(zhuǎn)移到同一個表面上，方能實(shí)現(xiàn)晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)。參見專利文獻(xiàn):ZL201110033784.4及專利文獻(xiàn):ZL201210087086.7，其公開了一種晶圓級芯片尺寸封裝，將芯片的源極和柵極電性引出到芯片正面，且在芯片背面金屬化，之后，還需要通過硅通孔(TSV)技術(shù)從芯片正面露出芯片背面金屬，并通過在硅通孔內(nèi)填金屬，將設(shè)置的金屬層漏極引到芯片正面，與源極和柵極形成同側(cè)分布。該封裝方案背金工藝復(fù)雜，良率低，且使用硅通孔(TSV)技術(shù)成本高。因此，產(chǎn)業(yè)在不斷尋找新的封裝結(jié)構(gòu)技術(shù)，以期滿足較小的封裝結(jié)構(gòu)、較高的導(dǎo)熱與優(yōu)良的導(dǎo)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服傳統(tǒng)MOSFET封裝結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法的不足，本發(fā)明提供一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)及其晶圓級制作方法，使得MOSFET封裝具有低的漏源接通電阻、結(jié)構(gòu)簡單、封裝尺寸小、散熱性能優(yōu)異、且能承載大電流，提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，包括基板、MOSFET芯片和金屬薄片，所述MOSFET芯片正面包含有源極和柵極，所述MOSFET芯片背面包含有漏極，所述基板上形成有導(dǎo)電層，所述MOSFET芯片的背面與所述金屬薄片的背面均貼裝在所述基板上的導(dǎo)電層上，所述金屬薄片、所述MOSFET芯片正面的源極及柵極上均形成有與外部互連的導(dǎo)電體；所述基板上的MOSFET芯片和金屬薄片的導(dǎo)電體以外部分由非導(dǎo)電材料包封。
[0009]進(jìn)一步的，貼裝后的金屬薄片正面與MOSFET芯片正面的高度差小于50微米。
[0010]進(jìn)一步的，所述MOSFET芯片、所述金屬薄片通過導(dǎo)電材料貼裝到所述基板上的導(dǎo)電層上。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電材料為釬料或?qū)щ娔z。
[0012]進(jìn)一步的，所述MOSFET芯片的厚度小于250微米。
[0013]進(jìn)一步的，所述非導(dǎo)電材料為模塑料或干膜。
[0014]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電體上具有可焊性金屬材料。
[0015]一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的晶圓級制作方法，包括以下步驟:
[0016]a、提供若干MOSFET芯片，所述MOSFET芯片正面包含有源極和柵極，所述MOSFET芯片的背面含有漏極，該漏極的外表面沉積有一金屬層；
[0017]b、提供一承載圓片，作為基板，在所述承載圓片的正面鋪設(shè)導(dǎo)電層；
[0018]C、提供若干金屬薄片，將所述金屬薄片和所述MOSFET芯片組成對，并通過導(dǎo)電材料分別粘結(jié)到承載圓片的導(dǎo)電層上，其中MOSFET芯片漏極外的金屬層朝向該承載圓片；
[0019]d、在承載圓片的導(dǎo)電層上鋪設(shè)非導(dǎo)電材料，該非導(dǎo)電材料覆蓋所述金屬薄片和所述MOSFET芯片，并在所述金屬薄片和所述MOSFET芯片上預(yù)設(shè)導(dǎo)電體的位置開口，在開口處長導(dǎo)電體；
[0020]e、切割形成單顆封裝芯片。
[0021]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電材料為釬料或?qū)щ娔z。
[0022]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電體為焊球、焊料凸點(diǎn)或金屬凸點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024](I)本發(fā)明通過濺射或電鍍等方式在承載圓片(作為基板)正面形成導(dǎo)電層，形成的導(dǎo)電層與MOSFET芯片背面漏極的金屬層連接形成歐姆接觸，且導(dǎo)電層連接金屬薄片，通過該金屬薄片將MOSFET芯片背面漏極引到MOSFET芯片正面同側(cè)，實(shí)現(xiàn)了源極、柵極、漏極的同側(cè)分布，從而實(shí)現(xiàn)了在芯片正面通過導(dǎo)電體與外界進(jìn)行互聯(lián)，這種封裝結(jié)構(gòu)可將垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET背面漏極電流引至MOSFET的正面，實(shí)現(xiàn)源極、柵極、漏極電性在同一側(cè)面，以便進(jìn)行晶圓級封裝，并且芯片與導(dǎo)電層大面積接觸，散熱性能優(yōu)異。同時本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)簡單，提高了封裝良率，避免了芯片背金通過復(fù)雜工藝引至芯片正面的復(fù)雜工藝。
[0025](2)相比傳統(tǒng)MOSFET封裝，本發(fā)明提出的封裝方法是基于整個圓片進(jìn)行的，而不是基于單顆進(jìn)行的，是一種晶圓級封裝，具有生產(chǎn)效率高、周期短、封裝成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明中新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明中新型MOSFET封裝過程中導(dǎo)電層與長條狀銅薄片焊接在一起后的俯視圖；
[0028]圖3為本發(fā)明中帶焊球的MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0029]結(jié)合附圖做以下說明
[0030]100-基板，200-導(dǎo)電層，300-導(dǎo)電連接劑，400-M0SFET芯片，401-源極，402-柵極，403-漏極，500-金屬薄片，601-第一導(dǎo)電體，602-第二導(dǎo)電體，603-第三導(dǎo)電體，700-非導(dǎo)電材料。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明能夠更加易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。為方便說明，實(shí)施例附圖的結(jié)構(gòu)中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實(shí)施例中各結(jié)構(gòu)的實(shí)際相對大小。
[0032]如圖1、圖2、圖3所示，一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，包括基板100、M0SFET芯片400和金屬薄片500，所述MOSFET芯片正面包含有源極401和柵極402，所述MOSFET芯片背面包含有漏極403，所述柵極與所述源極、所述漏極之間絕緣隔離。所述基板上形成有導(dǎo)電層200，所述MOSFET芯片的背面與所述金屬薄片的背面均貼裝在所述基板上的導(dǎo)電層上，所述金屬薄片、所述MOSFET芯片正面的源極及柵極上均形成有與外部互連的導(dǎo)電體；所述基板上的MOSFET芯片和金屬薄片的導(dǎo)電體以外部分由非導(dǎo)電材料700包封。
[0033]本發(fā)明MOSFET封裝結(jié)構(gòu)中，柵極控制源極區(qū)域向漏極的電流通斷，其中柵極區(qū)有一絕緣氧化層，由于公知的各MOSFET芯片的具體結(jié)構(gòu)有差異，圖1中對MOSFET芯片源極和柵極進(jìn)行了簡化，具體溝道未標(biāo)示出，如柵極區(qū)未在芯片的上表面，可通過內(nèi)部電路引致芯片的上表面。MOSFET芯片漏極的電性通過導(dǎo)電層、金屬薄片引出至MOSFET芯片正面同側(cè)形成的第一導(dǎo)電體601，源極的電性引出至MOSFET芯片正面形成的第二導(dǎo)電體602，柵極的電性引出至MOSFET芯片正面形成的第三導(dǎo)電體603。第一、第二、第三導(dǎo)電體可以是焊球(solderball)、焊料凸點(diǎn)(solder bump)或金屬柱凸點(diǎn)(piliar)，其材質(zhì)包括鈦、絡(luò)、媽、銅、鎳、金、銀、錫中的一種或幾種。
[0034]本發(fā)明MOSFET封裝結(jié)構(gòu)通過在基板上形成導(dǎo)電層，導(dǎo)電層的平面尺寸應(yīng)小于基板的尺寸，以使非導(dǎo)電材料(防護(hù)層)包覆導(dǎo)電層;形成的導(dǎo)電層與MOSFET芯片背面漏極的金屬層連接形成歐姆接觸，且導(dǎo)電層連接金屬薄片，通過該金屬薄片將MOSFET芯片背面漏極弓丨到MOSFET芯片正面同側(cè)，實(shí)現(xiàn)了源極、柵極、漏極的同側(cè)分布，從而實(shí)現(xiàn)了在芯片正面通過導(dǎo)電體與外界進(jìn)行互聯(lián)，這種封裝結(jié)構(gòu)可將垂直結(jié)構(gòu)的MOSFET背面漏極電流引至MOSFET的正面，實(shí)現(xiàn)源極、柵極、漏極電性在同一側(cè)面，以便進(jìn)行晶圓級封裝，并且芯片與導(dǎo)電層大面積接觸，散熱性能優(yōu)異。同時本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)簡單，提高了封裝良率，避免了芯片背金通過復(fù)雜工藝引至芯片正面的復(fù)雜工藝。
[0035]優(yōu)選的，貼裝后的金屬薄片正面與MOSFET芯片正面的高度差小于50微米。更佳的，金屬薄片厚度與MOSFET芯片本體厚度相近或相同。
[0036]優(yōu)選的，所述MOSFET芯片、所述金屬薄片通過導(dǎo)電材料300貼裝到所述基板上的導(dǎo)電層上。較佳的，基板可以是硅基板，導(dǎo)電層可以是銅金屬層，金屬薄片可以為銅薄片，導(dǎo)電材料為釬料或?qū)щ娔z，本實(shí)施例中為釬料，釬料可以為純錫或者以錫為基的釬料合金。這樣，銅薄片及MOSFET芯片背面漏極通過釬料或?qū)щ娔z焊接到硅基板上的銅金屬層上，銅金屬層與MOSFET芯片背面漏極形成歐姆接觸。
[0037]優(yōu)選的，所述MOSFET芯片的厚度小于250微米。也就是說該封裝結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)MOSFET芯片的小型化發(fā)展要求，具有封裝尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。
[0038]優(yōu)選的，所述非導(dǎo)電材料為模塑料或干膜等有機(jī)物。
[0039]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電體上具有可焊性金屬材料，如金、銀、銅等。
[0040]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的晶圓級制作方法，包括以下步驟:
[0041 ] a、提供若干MOSFET芯片400，所述MOSFET芯片正面包含有源極401和柵極402，所述MOSFET芯片的背面含有漏極403，該漏極的外表面沉積有一金屬層；
[0042]b、提供一承載圓片，作為基板100，在所述承載圓片的正面鋪設(shè)導(dǎo)電層200;導(dǎo)電層如銅金屬層。
[0043]C、提供若干金屬薄片500，如銅薄片，將所述金屬薄片和所述MOSFET芯片組成對，并通過導(dǎo)電材料分別粘結(jié)到承載圓片的導(dǎo)電層上，其中MOSFET芯片漏極外的金屬層朝向該承載圓片;具體實(shí)施時，可在導(dǎo)電層上需要放置銅薄片和MOSFET芯片的位置印刷一層釬料，將銅薄片和MOSFET芯片組成對，均通過釬料與導(dǎo)電層焊接以實(shí)現(xiàn)電連接。導(dǎo)電材料還可以為導(dǎo)電膠等。
[0044]可選的，將銅薄片切割成獨(dú)立的部分提供所述第一導(dǎo)電體的焊盤。
[0045]d、在承載圓片的導(dǎo)電層上鋪設(shè)非導(dǎo)電材料，該非導(dǎo)電材料覆蓋所述金屬薄片和所述MOSFET芯片，并在所述金屬薄片和所述MOSFET芯片上預(yù)設(shè)導(dǎo)電體的位置開口，在開口處長導(dǎo)電體(第一、第二、第三導(dǎo)電體)；這樣，非導(dǎo)電材料作為防護(hù)層以實(shí)現(xiàn)保護(hù)金屬薄片和MOSFET芯片的功能，第一、第二、第三導(dǎo)電體用于實(shí)現(xiàn)外部互連。具體實(shí)施時，第一、第二、第三導(dǎo)電體可以通過印刷錫膏或電鍍錫球或植球等工藝，并用回流的方法形成錫球;或者電鍍形成金屬凸點(diǎn)，或者電鍍形成金屬柱。各導(dǎo)電體的個數(shù)視電極面積大小，可適當(dāng)增加數(shù)量。
[0046]e、切割承載圓片，形成單顆封裝芯片，如圖1所示。
[0047]相比傳統(tǒng)MOSFET封裝，本發(fā)明MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的制作方法是基于整個晶圓進(jìn)行的，是一種晶圓級封裝，且避免了硅通孔工藝，簡化了工藝步驟，降低了封裝成本，提高了生產(chǎn)效率，具有生產(chǎn)效率高、周期短、封裝成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0048]以上實(shí)施例是參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對上述實(shí)施例進(jìn)行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括基板(100)、MOSFET芯片(400)和金屬薄片(500)，所述MOSFET芯片正面包含有源極(401)和柵極(402)，所述MOSFET芯片背面包含有漏極(403)，所述基板上形成有導(dǎo)電層(200)，所述MOSFET芯片的背面與所述金屬薄片的背面均貼裝在所述基板上的導(dǎo)電層上，所述金屬薄片、所述MOSFET芯片正面的源極及柵極上均形成有與外部互連的導(dǎo)電體;所述基板上的MOSFET芯片和金屬薄片的導(dǎo)電體以外部分由非導(dǎo)電材料(700)包封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，貼裝后的金屬薄片正面與MOSFET芯片正面的高度差小于50微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述MOSFET芯片、所述金屬薄片通過導(dǎo)電材料(300)貼裝到所述基板上的導(dǎo)電層上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為釬料或?qū)щ娔z。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述MOSFET芯片的厚度小于250微米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述非導(dǎo)電材料為模塑料或干膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)電體上具有可焊性金屬材料。8.一種新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的晶圓級制作方法，其特征在于，包括以下步驟: a、提供若干MOSFET芯片(400)，所述MOSFET芯片正面包含有源極(401)和柵極(402)，所述MOSFET芯片的背面含有漏極(403)，該漏極的外表面沉積有一金屬層； b、提供一承載圓片，作為基板(100)，在所述承載圓片的正面鋪設(shè)導(dǎo)電層(200); c、提供若干金屬薄片(500)，將所述金屬薄片和所述MOSFET芯片組成對，并通過導(dǎo)電材料分別粘結(jié)到承載圓片的導(dǎo)電層上，其中MOSFET芯片漏極外的金屬層朝向該承載圓片； d、在承載圓片的導(dǎo)電層上鋪設(shè)非導(dǎo)電材料，該非導(dǎo)電材料覆蓋所述金屬薄片和所述MOSFET芯片，并在所述金屬薄片和所述MOSFET芯片上預(yù)設(shè)導(dǎo)電體的位置開口，在開口處長導(dǎo)電體； e、切割形成單顆封裝芯片。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的晶圓級制作方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為釬料或?qū)щ娔z。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的新型MOSFET封裝結(jié)構(gòu)的晶圓級制作方法，其特征在于，所述導(dǎo)電體為焊球、焊料凸點(diǎn)或金屬凸點(diǎn)。
【文檔編號】H01L23/485GK105914193SQ201610288938
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】于大全, 姚明軍, 翟玲玲, 崔志勇
【申請人】華天科技（昆山）電子有限公司