集成堆叠式多芯片的半导体器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及一种功率半导体器件及制备方法，更确切的说，本发明涉及一种包含双MOSFET的堆叠式封装结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着芯片尺寸缩小的趋势，器件热传导工程在半导体工艺和器件性能改善方面所起的作用越来越明显，如何使最终所获得的封装体具有最小尺寸，或者说使内部封装的晶片尺寸最大，这是对半导体行业的一个挑战。尤其是在一些功耗较大的封装类型上，如DC-DC转换器，通常将N型的高端和低端MOSFET封装在同一封装体内。
[0003]例如图1及图2A-2E是在当前技术中一种将两个芯片封装在一个堆叠式半导体器件内的透视结构示意图，图2A是图1中封装体10沿A-A线的横截面结构示意图，图2B是图1中封装体10沿B-B线的横截面结构示意图，图2C是图1中封装体10沿C-C线的横截面结构示意图。图1是封装体10的俯视透视示意图，顶层金属片IlaUlb与图2A-2B中的第一芯片15正面的电极电性连接,该金属片lla、llb作为电极导出端子的同时还用于散热。图2B-2C中金属片12a、12b位于第一芯片15之下并与第一芯片16背面的部分电极电性连接，同时金属片12a、12b还与第二芯片16正面的电极电性连接，而第二芯片16背面的电极则与底层金属片13焊接，金属片13不仅是连接芯片16的电极至外界的信号端子，还作为散热片。图2E是封装体10的仰视结构示意图，引脚13a、13b、13c、13d分布在金属片13的四周，并且引脚13a连接在金属片13上。参见图2C，其中引脚13b、13d分别通过具有向上延伸并大概靠近金属片12a所在平面的延伸部分13e、13f而与金属片IlaUlb焊接。为了便于解释和简洁的进行示意，将第一芯片15的电极与金属片lla、llb、12a焊接的焊接材料在图2A-2C中并未进行图示，同样将第二芯片16的电极与金属片12a、12b、13a焊接的焊接材料在图2A-2C中并未进行图示。
[0004]另外，金属片Ila与金属片Ilb具有垂直方向上的高度差，金属片Ila与金属片Ilb并不处于同一平面。因此，图2D所示的封装体10的俯视结构中，金属片Ilb所在的位置低于金属片Ila所在位置，所以金属片Ilb被塑封在封装体10内，而金属片Ila的顶面则外露于封装体10的塑封料之外。在图2B中，为了避免金属片12b触及到第一芯片15的背面，还设置了与金属片1b在垂直方向上的位置比金属片12a的位置低。实际上，在该方案中将两个芯片进行堆叠封装所采用的引线框的结构较为复杂，大量使用了金属片，致使其制备工艺难以实现而且可靠性极低，封装体的最终体积也很大。基于该等问题，提出了本发明后续所提供的各种实施例。
【发明内容】
[0005]在本发明的一种实施例中，揭示的集成堆叠式多芯片的半导体器件包括:一带有相互分离的第一、第二和第三基座的芯片安装单元，在第一基座的主平板部分的一对相对的侧缘中，一个侧缘连接有与主平板部分具高度落差的一引脚以及相对的另一个侧缘附近设置有第二、第三基座；在主平板部分的靠近第二、第三基座的侧缘的两端之一处形成有一切口，第三基座具有与第一基座的引脚、第二基座共面的一引脚和具有嵌入在切口中的且与主平板部分共面的一台面部分；一倒装安装的第一芯片，其正面的多个电极通过金属凸块分别相对应的电性连接到主平板部分和台面部分上；一设置在第一芯片之上的金属片，包括水平方向上延伸的本体部分和自本体部分一侧缘向下弯折延伸直至接触第二基座的一侧翼；以及一粘贴至主平板部分的底面上的第二芯片，第二芯片正面的各电极上设置的金属凸块的顶端面与第一和第三基座各自引脚的底面、第二基座的底面位于同一平面上。
[0006]上述的半导体器件，第一芯片背面的电极通过导电粘合材料电性连接到本体部分上，第二芯片背面的电极通过导电粘合材料电性连接到主平板部分上。
[0007]上述的半导体器件，包括将芯片安装单元、第一和第二芯片、金属片及各金属凸块予以包覆的一塑封体，其包覆方式为至少使第一和第三基座各自引脚的底面、第二基座的底面、第二芯片正面的各电极上焊接的金属凸块的顶端面皆从塑封体的底面予以外露。
[0008]上述的半导体器件，第一芯片正面覆盖有一塑封层，包覆在第一芯片正面的电极上安置的金属凸块的侧壁周围，并使金属凸块从塑封层中外露出来从而将第一芯片的电极连接至台面部分的顶面和主平板部分顶面；并且塑封层被包覆在所述塑封体内。
[0009]上述的半导体器件，第二芯片正面覆盖有一塑封层，包覆在第二芯片正面的电极上安置的金属凸块的侧壁周围，并使金属凸块的顶端面从塑封层中外露出来；并且塑封层被包覆在所述塑封体内。
[0010]上述的半导体器件，所述本体部分的顶面从所述塑封体的顶面予以外露。
[0011]在本发明的一种实施例中，揭示的一种集成堆叠式多芯片的半导体器件的制备方法，包括以下步骤:提供带有相互分离的第一、第二和第三基座的芯片安装单元，在第一基座的主平板部分的一对相对的侧缘中，一个侧缘连接有与主平板部分具高度落差的一引脚以及相对的另一个侧缘附近设置有第二、第三基座；其中在主平板部分的靠近第二、第三基座的侧缘的两端之一处形成一切口，第三基座具有与第一基座的引脚、第二基座共面的一引脚和具有嵌入在切口中的且与主平板部分共面的一台面部分；将一第一芯片进行倒装安装，其正面的多个电极通过金属凸块分别相对应的电性连接到在台面部分的顶面和主平板部分顶面上；将一金属片粘贴至第一芯片上，同时将自金属片的本体部分一侧缘向下弯折延伸的一侧翼与第二基座进行粘接；翻转带有第一芯片、金属片的芯片安装单元；将一第二芯片粘贴至主平板部分的底面上，使第二芯片正面的各电极上设置的金属凸块的顶端面与第一和第三基座各自引脚的底面、第二基座的底面位于同一平面上。
[0012]上述方法，第一芯片正面的电极上安置的金属凸块包含焊锡材料，其具有第一熔点，金属片通过具第二熔点的导电粘合材料粘接到第一芯片背面的电极和第二基座上；第二芯片背面的电极通过具第三熔点的导电粘合材料电性连接到主平板部分上，其中第一、二熔点值高于第三熔点值。
[0013]上述方法，第一芯片正面电极上安置的为非焊锡材料的金属凸块，其通过具第一熔点的导电粘合材料粘接到主平板部分或台面部分上，金属片通过具第二熔点的导电粘合材料粘接到第一芯片背面的电极和第二基座上；第二芯片背面的电极通过具第三熔点的导电粘合材料电性连接到主平板部分上，其中第一、二熔点值高于第三熔点值。
[0014]上述方法，还包括利用一塑封体将芯片安装单元、第一和第二芯片、金属片及各金属凸块予以包覆的步骤，其包覆方式为至少使第一和第三基座各自引脚的底面、第二基座的底面、第二芯片正面各电极上安置的金属凸块的顶端面皆从塑封体的底面予以外露。
[0015]上述方法，第一芯片正面覆盖有一塑封层，包覆在第一芯片正面的电极上安置的金属凸块的侧壁周围，并使金属凸块从塑封层中外露出来从而将第一芯片的电极连接至台面部分的顶面和主平板部分顶面；在形成塑封体的塑封步骤