[发明专利]一种低成本的硅基模块的封装结构及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本的硅基模块的封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术

随着电子工业的不断发展，印刷电路板PCB上集成的器件越来越多，因此单个器件的小型化已经成为器件封装工艺发展的必然趋势。

发明内容

其中，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 芯片的源极（Source）和栅极（Gate）位于芯片的正面，其漏极(Drain) 通常设置在芯片的背面。

MOSFET芯片的封装要求是大电流的承载能力、高效的导热能力。通常的封装方法是将漏极与引线框或基板直接连接，源极和栅极通过打线粗的金属引线或宽的铝帯与引线框或基板间接连接，但此种封装形式的封装结构往往较大，且只能实现单面的散热，因散热满足不了需求而往往导致电流承载能力的下降。当然也有少数产品采用夹持Clip封装结构进行封装，可以实现双面散热，但其封装结构繁杂且封装良率偏低，生产成本偏高。因此，产业需要不断寻找新的封装结构技术，以在保证各项性能指标的同时降低封装工艺难度，并降低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种封装结构简洁、保证各项性能指标同时降低封装工艺难度的低成本的硅基模块的封装结构及其封装方法。

本发明是这样实现的：

本发明一种低成本的硅基模块的封装结构，其包括硅基载体，所述硅基载体的上表面设置绝缘层，

还包括硅基芯片和金属芯焊球，所述硅基芯片的正面设有若干个电极、背面设有金属层，所述硅基芯片的正面覆盖图案化的钝化层并开设露出电极的上表面的钝化层开口，在所述钝化层开口内设置金属凸块结构，所述金属凸块结构的顶端设置焊料层；

两个或两个以上的所述金属芯焊球设置于硅基芯片的旁侧，所述金属芯焊球的内芯为金属芯，其最外层包裹焊接层；

所述硅基载体的横截面尺寸大于硅基芯片的横截面尺寸，所述硅基载体承载金属芯焊球和与之倒装连接的硅基芯片，所述硅基载体的绝缘层上选择性地设置再布线金属层，所述金属芯焊球通过其焊接层与再布线金属层固连、硅基芯片的正面的电极通过金属凸块结构的焊料层与再布线金属层固连，且所述再布线金属层于彼此相邻的两个电极之间断开绝缘，所述硅基芯片的背面金属层的顶高和金属芯焊球的顶高在同一平面。

进一步地，所述金属凸块结构包括镍/金层，所述镍/金层设置于钝化层开口内。

进一步地，所述金属凸块结构包括钛或钛钨金属层、金属柱及其顶部的焊料凸点，所述钛或钛钨金属层设置于呈阵列状的钝化层开口内，所述金属柱设置于钛或钛钨金属层的表面。

进一步地，所述硅基芯片的背面金属层的顶高和金属芯焊球的顶高在同一水平面。

进一步地，所述金属芯呈球状，该金属芯与焊接层之间设置金属镍层或镍/金层。

进一步地，所述硅基芯片的电极包括源极和栅极，该硅基芯片的背面的金属层为漏极。

进一步地，所述硅基芯片的背面的金属层为钛/镍/金或钛/镍/银的三层金属结构。

进一步地，还包括填充剂，所述填充剂填充金属芯焊球、硅基芯片、硅基载体彼此之间的空间。

本发明一种低成本的硅基模块的封装结构的封装方法的工艺流程如下：

步骤一：取圆片Ⅰ，其电极露出钝化层开口，清洗该圆片Ⅰ；

步骤二：在圆片Ⅰ的电极的上表面化学镀镍/金层或者在圆片Ⅰ的电极的上表面通过物理气相沉积方法形成钛或钛钨金属层，在钛或钛钨金属层的表面形成金属柱及其顶部的焊料凸点，再去除金属柱周边无效的钛或钛钨金属层；

步骤三：减薄圆片Ⅰ的背面厚度；

步骤四：在减薄后的圆片Ⅰ的背面通过电子束蒸发工艺形成金属层；

步骤五：切割圆片Ⅰ，形成复数颗独立的硅基芯片单体；

步骤六：另取一上表面覆盖绝缘层的圆片Ⅱ，清洗该圆片Ⅱ；

步骤七：在该圆片Ⅱ的绝缘层的表面利用成熟的金属再布线工艺形成不连续的再布线金属层，其中部分再布线金属层分别作为焊盘Ⅰ、焊盘Ⅱ、焊盘Ⅲ、焊盘Ⅳ使用；

步骤八：在焊盘Ⅲ、焊盘Ⅳ上植金属芯焊球；

步骤九：在焊盘Ⅰ、焊盘Ⅱ上印刷焊膏；

步骤十：将硅基芯片单体有序地倒装至焊盘Ⅰ、焊盘Ⅱ上，并回流固定硅基芯片单体；

步骤十一：在圆片Ⅱ的边缘设置围坝，围坝的顶高不低于硅基芯片单体的背面的金属层的高度；