一種低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導體封裝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，印刷電路板PCB上集成的器件越來越多，因此單個器件的小型化已經(jīng)成為器件封裝工藝發(fā)展的必然趨勢。
[0003]其中，MOSFET (金屬氧化物半導體場效應管)是利用電場效應來控制半導體的場效應晶體管。由于MOSFET具有可實現(xiàn)低功耗電壓控制的特性，近年來受到越來越多的關(guān)注。MOSFET芯片的源極(Source)和柵極(Gate)位于芯片的正面，其漏極(Drain)通常設置在芯片的背面。
[0004]MOSFET芯片的封裝要求是大電流的承載能力、高效的導熱能力。通常的封裝方法是將漏極與引線框或基板直接連接，源極和柵極通過打線粗的金屬引線或?qū)挼匿X帯與引線框或基板間接連接，但此種封裝形式的封裝結(jié)構(gòu)往往較大，且只能實現(xiàn)單面的散熱，因散熱滿足不了需求而往往導致電流承載能力的下降。當然也有少數(shù)產(chǎn)品采用夾持Clip封裝結(jié)構(gòu)進行封裝，可以實現(xiàn)雙面散熱，但其封裝結(jié)構(gòu)繁雜且封裝良率偏低，生產(chǎn)成本偏高。因此，產(chǎn)業(yè)需要不斷尋找新的封裝結(jié)構(gòu)技術(shù)，以在保證各項性能指標的同時降低封裝工藝難度，并降低生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種在保證各項性能指標的同時降低封裝工藝難度的低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)。
[0006]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型一種低成本的娃基模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其包括娃基載體，所述娃基載體的上表面設置絕緣層，
[0008]還包括硅基芯片和金屬芯焊球，所述硅基芯片的正面設有若干個電極、背面設有金屬層，所述硅基芯片的正面覆蓋圖案化的鈍化層并開設露出電極的上表面的鈍化層開口，在所述鈍化層開口內(nèi)設置金屬凸塊結(jié)構(gòu)，所述金屬凸塊結(jié)構(gòu)的頂端設置焊料層；
[0009]兩個或兩個以上的所述金屬芯焊球設置于硅基芯片的旁側(cè)，所述金屬芯焊球的內(nèi)芯為金屬芯，其最外層包裹焊接層；
[0010]所述硅基載體的橫截面尺寸大于硅基芯片的橫截面尺寸，所述硅基載體承載金屬芯焊球和與之倒裝連接的硅基芯片，所述硅基載體的絕緣層上選擇性地設置再布線金屬層，所述金屬芯焊球通過其焊接層與再布線金屬層固連、硅基芯片的正面的電極通過金屬凸塊結(jié)構(gòu)的焊料層與再布線金屬層固連，且所述再布線金屬層于彼此相鄰的兩個電極之間斷開絕緣，所述硅基芯片的背面金屬層的頂高和金屬芯焊球的頂高在同一平面。
[0011]可選地，所述金屬凸塊結(jié)構(gòu)包括鎳/金層，所述鎳/金層設置于鈍化層開口內(nèi)。
[0012]可選地，所述金屬凸塊結(jié)構(gòu)包括鈦或鈦鎢金屬層、金屬柱及其頂部的焊料凸點，所述鈦或鈦鎢金屬層設置于鈍化層開口內(nèi)，所述金屬柱設置于鈦或鈦鎢金屬層的表面。
[0013]可選地，所述硅基芯片的背面金屬層的頂高和金屬芯焊球的頂高在同一水平面。
[0014]可選地，所述金屬芯與焊接層之間設置金屬鎳層或鎳/金層。
[0015]可選地，所述金屬芯呈球狀。
[0016]可選地，所述硅基芯片的電極包括源極和柵極，該硅基芯片的背面的金屬層為漏極。
[0017]可選地，所述硅基芯片的背面的金屬層為鈦/鎳/金或鈦/鎳/銀的三層金屬結(jié)構(gòu)。
[0018]可選地，所述鈍化層開口呈陣列狀分布。
[0019]可選地，還包括填充劑，所述填充劑填充金屬芯焊球、硅基芯片、硅基載體彼此之間的空間。
[0020]本實用新型的有益效果是:
[0021]1、本實用新型的封裝結(jié)構(gòu)選用直徑尺寸合適的金屬芯焊球與硅基模塊匹配，作為電信號的輸入/輸出端，直接焊接固定于目標位置，使用方便，克服了印刷成形焊球高度尺寸不夠、形狀不穩(wěn)定、成形工藝繁瑣等缺陷，降低了工藝難度，同時降低了封裝成本；
[0022]2、本實用新型的封裝結(jié)構(gòu)用硅基載體承載金屬芯焊球和與之倒裝連接的硅基模塊，硅基載體、金屬芯焊球和硅基模塊的背面提供了足夠有效地散熱渠道，保證了整個封裝結(jié)構(gòu)的導熱性能，同時巧妙地搭建硅基模塊與金屬芯焊球、再布線金屬層之間的電信通路，將倒裝的硅基模塊正面電極的電信號引至整個封裝結(jié)構(gòu)的正面，使整個封裝結(jié)構(gòu)簡潔、緊湊，符合小型化封裝要求，同時保證了其各項性能指標；
[0023]3、本實用新型的封裝方法采用成熟的芯片倒裝工藝和高精度的再布線金屬層工藝來封裝尺寸進一步縮小的硅基芯片，如MOSFET芯片，克服了現(xiàn)有的工序復雜而繁多的半導體封裝技術(shù)缺陷，也有助于封裝成本的降低。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型一種低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為圖1的A-A剖面實施例一的示意圖；
[0026]圖3為圖1的變形不意圖；
[0027]圖4為圖1的A-A剖面實施例二的示意圖；
[0028]圖中:
[0029]硅基芯片100
[0030]芯片本體102
[0031]源極121
[0032]柵極122
[0033]漏極123
[0034]鈍化層130
[0035]鈍化層開口 131
[0036]鎳/ 金層 140
[0037]焊料層151、152
[0038]鈦或鈦鎢金屬層160
[0039]金屬柱171
[0040]焊料凸點172
[0041]硅基載體202
[0042]再布線金屬層I 210
[0043]再布線金屬層II 220
[0044]絕緣層230
[0045]金屬芯焊球600
[0046]金屬芯610
[0047]焊接層620
[0048]填充劑700。
【具體實施方式】
[0049]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加充分地描述本實用新型的低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)，在附圖中示出了本實用新型的示例性實施例，從而本公開將本實用新型的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本實用新型可以以許多不同的形式實現(xiàn)，并且不應被解釋為限制于這里闡述的實施例。以下特舉出本實用新型的實施例，并配合附圖作詳細說明。以下實施例的元件和設計是為了簡化所公開的發(fā)明，并非用以限定本實用新型。
[0050]實施例一，參見圖1和圖2
[0051]圖1為本實用新型一種低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的A-A剖面示意圖。由圖1和圖2可以看出，本實用新型的低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)包括硅基芯片100、金屬芯焊球600和硅基載體202，硅基芯片100、金屬芯焊球600設置在硅基載體202的上方，硅基載體202承載金屬芯焊球600與硅基芯片100，因此硅基載體202的橫截面尺寸大于硅基芯片100的橫截面尺寸，但通過硅基芯片100與金屬芯焊球600的合理布局，硅基載體202的橫截面尺寸又需盡可能的小，以縮小整個封裝結(jié)構(gòu)的尺寸。硅基載體202具有一定的厚度，除了承載作用外，其還具有導熱、散熱作用，以及控制翹曲作用，以提高整個低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的性能，并延長封裝結(jié)構(gòu)的使用壽命。
[0052]本實用新型的低成本的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的硅基芯片100以功率MOSFET芯片為例，其硅基材料的芯片本體102的正面設置有源極121和柵極122，其中柵極122較小，其一般位于芯片本體102的一角，其芯片本體102的背面設置金屬層作為漏極123。該金屬層的材質(zhì)為三層結(jié)構(gòu)的鈦/鎳/金、鈦/鎳/銀等。硅基芯片100的正面覆蓋氧化硅、氮化硅或樹脂類介電材質(zhì)的圖案化的鈍化層130，該鈍化層130開設的鈍化層開口 131露出源極121和柵極122的上表面，如圖2所示，并在鈍化層開口 131內(nèi)設置先化學鍍鎳層再化學浸金形成兩層結(jié)構(gòu)的鎳/金層140，其厚度一般為1~3微米，以保護源極121和柵極122不被氧化或腐蝕，同時易于焊接，且不影響整體的電熱性能。
[0053]在硅基載體202的上表面設置絕緣層230，再在絕緣層230上選擇性地設置采用圓片級金屬再布線工藝成形的不連續(xù)的再布線金屬層，圖2中以再布線金屬層I 210、再布線金屬層II 220示意，兩者在對應的源極121和柵極122之間斷開絕緣，并分別在再布線金屬層I 210的上表面設置焊盤I 211、焊盤III 213，在再布線金屬層II 220的上表面設置焊盤II 222、焊盤IV 224。其中，焊盤I 211的橫截面較大，用于固定硅基芯片100的源極121 ;焊盤II 222的橫截面較小，用于固定硅基芯片100的柵極122 ;焊盤III 213、焊盤IV 224均可以有多個，分別用于固定金屬芯焊球600，因此金屬芯焊球600的所需個數(shù)至少為兩個，分別連通再布線金屬層I 210和再布線金屬層II 220。在實際使用時，根據(jù)實際需要給再布線金屬層I 210和再布線金屬層II 220分別設置數(shù)量合理的焊盤III 213、焊盤IV 224，并匹配相應個數(shù)的金屬芯焊球600。
[0054]金屬芯焊球600的內(nèi)芯為球狀的金屬芯610，金屬芯610的材質(zhì)為可導電金屬，一般為金屬銅，或在銅芯外裹一層厚度適宜的金屬鎳層或鎳/金層，以防止銅離子的迀移，并且具備一定的硬度和良好的耐磨性能。金屬芯610的最外層包裹焊接層620，焊接層620的材質(zhì)為錫、錫的合金等。根據(jù)金屬芯610的大小可以制成直徑尺寸不一、適合各種使用條件的金屬芯焊球600。金屬芯610增強了金屬芯焊球600的強度，并使該金屬芯焊球600具有良好的導電、導熱的性能。金屬芯焊球600設置于硅基芯片100的旁側(cè)。一般地，根據(jù)就近原則，金屬芯焊球600設置于硅基芯片100的柵極122的一側(cè)，如圖1所示，或根據(jù)實際需要排布金屬芯焊球600與硅基芯片100的相對位置。
[0055]具體地，硅基芯片100與硅基載體202倒裝連接。如圖1和圖2所示，硅基芯片100的源極121通過焊料層151與焊盤I 211固定連接，柵極122通過焊料層152與焊盤II 222固定連接。
[0056]金屬芯焊球600通過其焊接層620分別與焊盤III 213、焊盤IV 224固定連接。通過調(diào)整金屬芯焊球600的大小和/或焊料層151、焊料層152、焊接層620與再布線金屬層的接觸厚度使硅基芯片100的背面漏極123的頂高和金屬芯焊球600的頂高在同一平面上，且以硅基芯片100的背面漏極123的頂高和金屬芯焊球600的頂高在同一水平面為佳。
[0057]對于需要更多金屬芯焊球600的復雜的娃基芯片100，金屬芯焊球600可以設置于硅基芯片100的兩側(cè)，如圖3所示，或者金屬芯焊球600可以設置于硅基芯片100的四側(cè)。
[0058]填充劑700填充金屬芯焊球600、硅基芯片100與硅基載體202之間的空間，其