一种硅基模块的封装结构及其封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]MOSFET的封装要求是大电流的承载能力、高效的导热能力以及较小的封装尺寸。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，但此种封装形式的硅基模块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满足更小的封装结构，并降低封装方法的工艺难度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种封装结构简洁、保证各项性能指标的硅基模块的封装结构及其封装方法，以降低封装方法的工艺难度。
[0006]本发明是这样实现的:
本发明一种硅基模块的封装结构，其包括硅基本体，所述硅基本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，所述钝化层开口呈阵列状分布，在所述钝化层开口内依次设置镍/金层和焊球，所述焊球通过镍/金层分别与电极固连；
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；
所述硅基本体的横截面尺寸大于硅基芯片的横截面尺寸，所述硅基本体承载金属芯焊球和硅基芯片，所述硅基本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焊接层与再布线金属层固连，所述硅基芯片的背面的金属层与再布线金属层之间设置焊锡层，所述硅基芯片与再布线金属层正装固连，并实现电气连通，所述焊球的顶高和金属芯焊球的顶高在同一平面。
[0007]进一步地，所述焊球的顶高和金属芯焊球的顶高在同一水平面。
[0008]可选地，所述金属芯与焊接层之间设置金属镍层或镍/金层。
[0009]可选地，所述金属芯呈球状。
[0010]可选地，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。
[0011]可选地，所述钝化层开口呈阵列状分布。
[0012]可选地，还包括填充剂，所述填充剂填充金属芯焊球、硅基芯片与硅基本体彼此之间的空间。
[0013]本发明一种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，设置于其正面的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；
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选择性地形成再布线金属层，其中部分再布线金属层分别作为焊盘1、焊盘II使用；
步骤八:在焊盘I上印刷焊膏；
步骤九:将硅基芯片单体有序地贴装至焊盘I上，其背面与再布线金属层连接，并回流固定硅基芯片单体；
步骤十:在焊盘II上植金属芯焊球；
步骤十一:在圆片II的边缘设置围坝，围坝的顶高不低于金属芯焊球的顶高；
步骤十二:在围坝内点填充剂，填充剂的平面不高于硅基芯片单体的钝化层的平面；
步骤十三:在硅基芯片单体的电极的镍/金层的上表面上植焊球；
步骤十四:撤围坝，并将完成封装工艺的上述圆片II切割成复数颗独立的硅基模块的封装结构单体。
[0014]可选地，在步骤一中，所述钝化层开口呈阵列状分布。
[0015]可选地，在步骤四中，所述金属层的材质为三层结构的钛/镍/金或钛/镍/银。
[0016]本发明的有益效果是:
1、本发明的封装结构选用直径尺寸合适的金属芯焊球与硅基模块匹配，作为电信号的输入/输出端，直接焊接固定于目标位置，使用方便，降低了封装方法的工艺难度；
2、本发明的封装结构用硅基载体承载金属芯焊球和与之正装连接的硅基模块，硅基载体、金属芯焊球和硅基模块正面的焊球提供了足够有效地散热渠道，保证了整个封装结构的导热性能，同时巧妙地搭建硅基模块与金属芯焊球、再布线金属层之间的电信通路，将硅基模块背面电极的电信号引至整个封装结构的正面，使整个封装结构简洁、紧凑，符合小型化封装要求，同时保证了其各项性能指标；
3、本发明的封装方法采用成熟的芯片封装工艺和高精度的再布线金属层工艺来封装尺寸进一步缩小的硅基芯片，如MOSFET芯片，克服了现有的封装结构繁杂且工序复杂的半导体封装技术缺陷，降低了封装方法的工艺难度。
【附图说明】
[0017]图1为本发明一种硅基模块的封装结构的正面结构示意图；
图2为图1的A-A础面不意图；
图3为图2实施例的硅基模块的封装结构的封装方法的工艺流程示意图；
图中:
硅基芯片100 芯片本体102 源极121 栅极122 漏极123 钝化层130 钝化层开口 131 镍/金层140 焊球150 硅基载体202 再布线金属层210 绝缘层230 焊锡层400 金属芯焊球600 金属芯610 焊接层620 填充剂700 金属凸块结构800 金属柱810 焊料凸点820。
【具体实施方式】
[0018]现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明的硅基模块的封装结构，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。以下特举出本发明的实施例，并配合附图作详细说明。以下实施例的元件和设计是为了简化所公开的发明，并非用以限定本发明。
[0019]实施例一，参见图1和图2
图1为本发明一种硅基模块的封装结构的正面结构示意图，图2为图1的A-A剖面示意图。由图1和图2可以看出，本发明的硅基模块的封装结构包括硅基芯片100、金属芯焊球600和硅基载体202，硅基载体202的横截面尺寸大于硅基芯片100的横截面尺寸，硅基芯片100、金属芯焊球600设置在硅基载体202的上方。金属芯焊球600的内芯为球状的金属芯610，金属芯610的材质一般为铜，或在铜芯外裹一层金属镍层或镍/金层，金属芯610的最外层包裹焊接层620，焊接层620的材质为锡或锡的合金。铜质的金属芯610增强了金属芯焊球600的强度，并使该金属芯焊球600具有导电、导热的作用。另外，具有导电、导热作用的钛、镍、金、银等一种金属或任意几种金属的组合亦可为金属芯610的材质。根据金属芯610的大小可以制成直径尺寸不一、适合各种使用条件的金属芯焊球600。金属芯焊球600设置于娃基芯片100的旁侧。一般地，金属芯焊球600设置于娃基芯片100的一侧，如图1所示，或根据实际需要排布金属芯焊球600与硅基芯片100的位置。
[0020]本发明的硅基模块的封装结构的硅基芯片100以功率MOSFET芯片示例。功率MOSFET芯片的芯片本体102的正面设置有源极121和栅极122，其中栅极122较小，位于芯片本体102的一角，其芯片本体102的背面设置金属层作为漏极123。该金属层的材质一般为三层结构的钛/镍/金、钛/镍/银等。硅基芯片100的正面覆盖氧化硅、氮化硅或树脂类介电材质的图案化的钝化层130，该钝化层130开设的钝化层开口 131露出源极121和栅极122的上表面，如图1所示，钝化层开口 131在源极121和栅极122的上表面呈阵列状分布，图中以3*3示例。并在钝化层开口 131内设置先化学镀金属镍层、再化学