一種硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)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(lái)越多，因此單個(gè)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(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]其中，MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體的場(chǎng)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(lái)受到越來(lái)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(shè)置在芯片的背面。
[0004]MOSFET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。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(guò)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，但此種封裝形式的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)往往較大，且只能實(shí)現(xiàn)單面的散熱，因散熱滿足不了需求而往往導(dǎo)致電流承載能力的下降。當(dāng)然也有少數(shù)產(chǎn)品采用夾持Clip封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝，可以實(shí)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(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí)滿足更小的封裝結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、保證各項(xiàng)性能指標(biāo)的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本實(shí)用新型一種硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其包括硅基載體，所述硅基載體的上表面設(shè)置絕緣層，
[0008]還包括硅基芯片和金屬突起物，所述硅基芯片的正面設(shè)有若干個(gè)電極、背面設(shè)有金屬層，所述硅基芯片的正面覆蓋圖案化的鈍化層并開(kāi)設(shè)露出電極的上表面的鈍化層開(kāi)口，所述鈍化層開(kāi)口呈陣列狀分布，在所述鈍化層開(kāi)口內(nèi)依次設(shè)置鎳/金層和焊球，所述焊球通過(guò)鎳/金層分別與電極固連；
[0009]所述金屬突起物設(shè)置于硅基芯片的旁側(cè)；
[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突起物和硅基芯片，所述硅基載體的絕緣層的上表面選擇性地設(shè)置再布線金屬層，所述金屬突起物與再布線金屬層固連，所述硅基芯片的背面的金屬層與再布線金屬層之間設(shè)置焊錫層，所述硅基芯片與再布線金屬層正裝固連，并實(shí)現(xiàn)電氣連通，所述焊球的頂高和金屬突起物的頂高在同一平面。
[0011]可選地，所述金屬突起物為金屬芯焊球，其內(nèi)芯為金屬芯，其最外層包裹焊接層，該金屬芯與焊接層之間設(shè)置金屬鎳層或鎳/金層。
[0012]可選地，所述金屬芯焊球的金屬芯呈球狀。
[0013]可選地，所述金屬突起物為金屬凸塊結(jié)構(gòu)，所述金屬凸塊結(jié)構(gòu)包括金屬柱及其頂部的焊料凸點(diǎn)，該金屬柱與焊料凸點(diǎn)之間設(shè)置金屬鎳層或鎳/金層。
[0014]可選地，所述金屬突起物為金屬凸塊結(jié)構(gòu)，所述金屬凸塊結(jié)構(gòu)包括金屬柱及其頂部的焊料凸點(diǎn)以及凸塊下金屬層，該金屬柱與焊料凸點(diǎn)之間設(shè)置金屬鎳層或鎳/金層。
[0015]可選地，所述焊球的頂高和金屬突起物的頂高在同一水平面。
[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，還包括填充劑，所述填充劑填充金屬突起物、硅基芯片與硅基載體彼此之間的空間。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0020]1、本實(shí)用新型的封裝結(jié)構(gòu)選用直徑尺寸合適的金屬芯焊球或高度合適的金屬凸塊結(jié)構(gòu)與硅基模塊匹配，作為電信號(hào)的輸入/輸出端，直接焊接固定于目標(biāo)位置，使用方便，并使整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔；
[0021]2、本實(shí)用新型的封裝結(jié)構(gòu)用硅基載體承載金屬突起物和與之正裝連接的硅基模塊，硅基載體、金屬突起物和硅基模塊正面的焊球提供了足夠有效地散熱渠道，保證了整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能，同時(shí)巧妙地搭建硅基模塊與金屬突起物、再布線金屬層之間的電信通路，將硅基模塊背面電極的電信號(hào)引至整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的正面，使整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、緊湊，符合小型化封裝要求，同時(shí)保證了其各項(xiàng)性能指標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型一種硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1的A-A剖面示意圖(實(shí)施例一)；
[0024]圖3為圖1的A-A剖面示意圖(實(shí)施例二)；
[0025]圖4為圖3的變形；
[0026]圖中:
[0027]硅基芯片100
[0028]芯片本體102
[0029]源極121
[0030]柵極122
[0031]漏極123
[0032]鈍化層130
[0033]鈍化層開(kāi)口 131
[0034]鎳/ 金層 140
[0035]焊球150
[0036]硅基載體202
[0037]再布線金屬層210
[0038]絕緣層230
[0039]焊錫層400
[0040]金屬芯焊球600
[0041]金屬芯610
[0042]焊接層620
[0043]填充劑700
[0044]金屬凸塊結(jié)構(gòu)800
[0045]金屬柱810
[0046]焊料凸點(diǎn)820
[0047]凸塊下金屬層830。
【具體實(shí)施方式】
[0048]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加充分地描述本實(shí)用新型的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)，在附圖中示出了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，從而本公開(kāi)將本實(shí)用新型的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為限制于這里闡述的實(shí)施例。以下特舉出本實(shí)用新型的實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例的元件和設(shè)計(jì)是為了簡(jiǎn)化所公開(kāi)的發(fā)明，并非用以限定本實(shí)用新型。
[0049]實(shí)施例一，參見(jiàn)圖1和圖2
[0050]圖1為本實(shí)用新型一種硅基模塊的封裝結(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(shí)用新型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，硅基載體202的橫截面尺寸大于硅基芯片100的橫截面尺寸，硅基芯片100、金屬芯焊球600設(shè)置在硅基載體202的上方。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)一般為銅，或在銅芯外裹一層金屬鎳層或鎳/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)為錫或錫的合金。銅質(zhì)的金屬芯610增強(qiáng)了金屬芯焊球600的強(qiáng)度，并使該金屬芯焊球600具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱的作用。另外，具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱作用的鈦、鎳、金、銀等一種金屬或任意幾種金屬的組合亦可為金屬芯610的材質(zhì)。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。金屬芯焊球600設(shè)置于硅基芯片100的旁側(cè)。一般地，金屬芯焊球600設(shè)置于硅基芯片100的一側(cè)，如圖1所示，或根據(jù)實(shí)際需要排布金屬芯焊球600與硅基芯片100的位置。
[0051]本實(shí)用新型的硅基模塊的封裝結(jié)構(gòu)的硅基芯片100以功率MOSFET芯片示例。功率MOSFET芯片的芯片本體102的正面設(shè)置有源極121和柵極122，其中柵極122較小，位于芯片本體102的一角，其芯片本體102的背面設(shè)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(shù)脂類介電材質(zhì)的圖案化的鈍化層130，該鈍化層130開(kāi)設(shè)的鈍化層開(kāi)口 131露出源極121和柵極122的上表面，如圖1所示，鈍化層開(kāi)口 131在源極121和柵極122的上表面呈陣列狀分布，圖中以3*3示例。并在鈍化層開(kāi)口 131內(nèi)設(shè)置先化學(xué)鍍金屬鎳層、再化學(xué)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(hù)源極121和柵極122不被氧化或腐蝕，同時(shí)易于焊接，且不影響整體的電熱性能。焊球150通過(guò)鎳/金層140分別與源極121和柵極122固連。
[0052]在硅基載體202的上表面設(shè)置絕緣層230，再在絕緣層230上選擇性地設(shè)置采用圓片級(jí)金屬再布線工藝成形的再布線金屬層210，并在再布線金屬層210的上表面設(shè)置焊盤I 211、焊盤II 212。其中，焊盤I 211較大，用于固定硅基芯片100 ;焊盤II 212有多個(gè)，用于固定金屬芯焊球600。硅基芯片100的漏極123通過(guò)焊錫層400與再布線金屬層210的焊盤I 211固定連接，金屬芯焊球600通過(guò)其底部的焊接層620與再布線金屬層210的焊盤II 212固定連接，并通過(guò)調(diào)整焊球150和金屬芯焊球600的大小和/或焊錫層400、焊接層620與再布線金屬層210的接觸厚度來(lái)調(diào)整硅基芯片100的焊球150的頂高和金屬芯焊球600的頂高，使其在同一平面，并以硅基芯片100的焊球150的頂高和金屬芯焊球600的頂高在同一水平面為佳。
[0053]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，其高度與硅基芯片100的鈍化層130的高度齊平或略低于硅基芯片100的鈍化層130的高度。填充劑700的材質(zhì)