[发明专利]通孔互联型圆片级MOSFET封装结构及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆片级芯片尺寸封装结构及实现方法。属于半导体封装技术领域。

背景技术

MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）是利用电场效应来控制半导体的场效应晶体管。由于MOSFET具有可实现低功耗电压控制的特性，近年来受到越来越多的关注。MOSFET性能特别是电流承载能力的优劣很大程度上取决于散热性能，散热性能的好坏又主要取决于封装形式。然而传统MOSFET封装主要是TO、SOT、SOP、QFN、QFP等形式，这类封装都是将芯片包裹在塑封体内，无法将芯片工作时产生的热量及时导走或散去，制约了MSOFET性能提升。而且塑封本身增加了器件尺寸，不符合半导体向轻、薄、短、小方向发展的要求。就封装工艺而言，这类封装都是基于单颗芯片进行，存在生产效率低、封装成本高的问题。

圆片级芯片尺寸封装（Wafer Level Chip Scale Packaging）是一种新型封装技术，封装后芯片是裸芯片，尺寸完全等同于芯片尺寸，而且是基于整个晶圆进行的批量封装。如果能够将圆片级芯片尺寸封装技术引入到MOSFET领域，不仅可以提升MOSFET性能、缩小封装尺寸，而且可以提高生产效率、降低封装成本。

MOSFET芯片的源极（Source）和栅极（Gate）位于芯片正面，需要在芯片背面或者内部设置金属层作为芯片的漏极(Drain)。但要实现圆片级芯片尺寸封装，还需要将设置的金属层漏极引到芯片正面，与源极和栅极形成同侧分布。通过硅通孔内填充满金属可以起到形成芯片漏极及将漏极引到正面的作用，但是由于金属和硅之间热膨胀系数（CTE）不匹配，在器件使用过程中金属过分膨胀而导致硅开裂，引起器件可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于克服传统MOSFET封装结构及其实现方法的不足，提供一种具有高性能和高可靠性的通孔互联型圆片级MOSFET封装结构及实现方法及具有高生产效率和低封装成本的实现方法。

本发明的目的是这样实现的：一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构及实现方法，包括芯片本体，所述芯片本体正面设置有芯片源电极和芯片栅电极，芯片本体、芯片源电极和芯片栅电极正面设置有芯片表面保护层，在芯片本体正面和背面贯穿有芯片通孔，在所述芯片源电极、芯片栅电极和芯片表面保护层的表面设置有线路层，以及在芯片通孔内填充有线路层，且在芯片通孔内填充的线路层没有密闭芯片通孔，而是留有空腔的半填充结构，而且线路层直接与芯片通孔侧壁相连，之间无任何绝缘隔离层，在线路层表面设置有线路表面保护层，在芯片本体正面的线路层表面设置有焊球，在芯片本体的背面设置有背面金属层，且背面金属层与线路层互联。

封装过程的起点为带有芯片源电极、芯片栅电极和芯片表面保护层的晶圆，通过下列过程得到封装后的MOSFET芯片：

1)、通过光刻、硅刻蚀以及光刻胶剥离工艺，形成通孔；

2)、通过光刻、溅射、电镀、光刻胶剥离以及金属刻蚀工艺、形成线路层；

3)、通过光刻工艺形成线路表面保护层；

4)、通过减薄、金属淀积工艺如溅射、蒸发或镀膜，形成背面金属层；

5)、通过印刷焊料或电镀焊料或植放焊球、然后回流的方法形成焊球；

6)、通过晶圆切割分离的方法形成单颗MSOFET封装芯片。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过形成与通孔壁直接相连的线路层以及芯片背面金属层作为芯片的漏极，得到了比较大的漏极面积，提升了芯片的电流承载能力；芯片背面金属层起到散热片作用，提高了芯片工作时的散热效果；并且孔内线路层将所形成的漏极引到芯片正面，从而实现了在芯片正面通过焊球与外界进行互联，这种结构缩短了芯片与外界互联距离，也增强了芯片导电、导热效果。

（2）由于通孔内只是半填充金属，受热时金属可以朝孔内空腔方向膨胀；与孔内全填充金属相比，可以大大缓解热膨胀系数不匹配产生的应力，提高产品可靠性。

（3）相比于传统MOSFET封装，本发明提出的封装方法是基于整个晶圆进行的，而不是基于单颗进行的；所以具有生产效率高、封装成本低的特点。

附图说明

图1为本发明通孔互联型圆片级MOSFET封装结构及实现方法的切面示意图。

图2、图3、图4和图5分别为图1中互联部分A的几种细节结构的切面示意图。

图6为晶圆切割分离成单颗封装芯片示意图。

图7为图6中B处相邻芯片各有一排通孔情况下，切割位置位于通孔之间示意图。通过图7的方式得到图2、图3切面示意图所示互联结构。