新型mosfet封装结构及其晶圆级制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型MOSFET封装结构及其晶圆级制作方法，该封装结构包括MOSFET芯片，该MOSFET芯片正面包含有源极、栅极，背面包含有漏极，源极和栅极分别电性连接MOSFET芯片正面的第二导电体和第三导电体，一金属薄片和MOSFET芯片背面漏极通过导电材料粘结在基板上的导电层上，并在金属薄片上制作第一导电体，MOSFET芯片漏极通过导电层、导电材料、金属薄片连接MOSFET芯片正面的第一导电体。这样，可将垂直结构的MOSFET背面漏极电流引至MOSFET的正面，实现源极、栅极、漏极电性在同一侧面，以便进行晶圆级封装，且大面积导电层保证了芯片良好的散热效果；避免硅通孔TSV制程，简化了工艺步骤，降低了封装成本。
【专利说明】
新型MOSFET封装结构及其晶圆级制作方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体封装技术领域，特别是涉及一种新型MOSFET封装结构及其晶圆级制作方法。
【背景技术】
[0002]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，近年来被广泛应用在大量电子设备中，包括电源、汽车电子、计算机和智能手机中等，受到越来越多的关注。
[0003]MOSFET器件通过将适当电压施加至MOSFET器件的栅极而工作，其接通该器件并形成连接MOSFET器件的源极(source)和漏极(drain)的通道以允许电流流动。在MOSFET器件中，期望在接通时具有低的漏源接通电阻(drain-on-source resist ance)RDS(on)。MOSFET器件的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。MOSFET器件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。但是，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。
[0004]WLP即晶圆级封装(Wafer Level Package)，是一种新型封装技术。WLP是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后再切割成单颗芯片，是基于整个晶圆进行的批量封装。将晶圆级封装技术弓I入到MOSFET领域，不仅可以提升MOSFET性能，而且可以提高生产效率、降低封装成本。
[0005]垂直MOSFET器件努力通过将漏极置于与源极接点的相反的表面上来实现低的RDS(on)。通过将漏极置于与源极接点相反的表面上，缩短了电流的传导通路(导电路径，conduct1n path)，这使得RDS(on)降低。对于这种构造的MOSFET晶圆级封装，必须结合娃通孔(TSV)技术将源极接点、漏极接点和栅极接点转移到同一个表面上，方能实现晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。参见专利文献:ZL201110033784.4及专利文献:ZL201210087086.7，其公开了一种晶圆级芯片尺寸封装，将芯片的源极和栅极电性引出到芯片正面，且在芯片背面金属化，之后，还需要通过硅通孔(TSV)技术从芯片正面露出芯片背面金属，并通过在硅通孔内填金属，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。该封装方案背金工艺复杂，良率低，且使用硅通孔(TSV)技术成本高。因此，产业在不断寻找新的封装结构技术，以期满足较小的封装结构、较高的导热与优良的导电性能。
【发明内容】
[0006]为了克服传统MOSFET封装结构及其实现方法的不足，本发明提供一种新型MOSFET封装结构及其晶圆级制作方法，使得MOSFET封装具有低的漏源接通电阻、结构简单、封装尺寸小、散热性能优异、且能承载大电流，提高生产效率并降低生产成本。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]一种新型MOSFET封装结构，包括基板、MOSFET芯片和金属薄片，所述MOSFET芯片正面包含有源极和栅极，所述MOSFET芯片背面包含有漏极，所述基板上形成有导电层，所述MOSFET芯片的背面与所述金属薄片的背面均贴装在所述基板上的导电层上，所述金属薄片、所述MOSFET芯片正面的源极及栅极上均形成有与外部互连的导电体；所述基板上的MOSFET芯片和金属薄片的导电体以外部分由非导电材料包封。
[0009]进一步的，贴装后的金属薄片正面与MOSFET芯片正面的高度差小于50微米。
[0010]进一步的，所述MOSFET芯片、所述金属薄片通过导电材料贴装到所述基板上的导电层上。
[0011 ]进一步的，所述导电材料为钎料或导电胶。
[0012]进一步的，所述MOSFET芯片的厚度小于250微米。
[0013]进一步的，所述非导电材料为模塑料或干膜。
[0014]进一步的，所述导电体上具有可焊性金属材料。
[0015]一种新型MOSFET封装结构的晶圆级制作方法，包括以下步骤:
[0016]a、提供若干MOSFET芯片，所述MOSFET芯片正面包含有源极和栅极，所述MOSFET芯片的背面含有漏极，该漏极的外表面沉积有一金属层；
[0017]b、提供一承载圆片，作为基板，在所述承载圆片的正面铺设导电层；
[0018]C、提供若干金属薄片，将所述金属薄片和所述MOSFET芯片组成对，并通过导电材料分别粘结到承载圆片的导电层上，其中MOSFET芯片漏极外的金属层朝向该承载圆片；
[0019]d、在承载圆片的导电层上铺设非导电材料，该非导电材料覆盖所述金属薄片和所述MOSFET芯片，并在所述金属薄片和所述MOSFET芯片上预设导电体的位置开口，在开口处长导电体；
[0020]e、切割形成单颗封装芯片。
[0021]进一步的，所述导电材料为钎料或导电胶。
[0022]进一步的，所述导电体为焊球、焊料凸点或金属凸点。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024](I)本发明通过溅射或电镀等方式在承载圆片(作为基板)正面形成导电层，形成的导电层与MOSFET芯片背面漏极的金属层连接形成欧姆接触，且导电层连接金属薄片，通过该金属薄片将MOSFET芯片背面漏极引到MOSFET芯片正面同侧，实现了源极、栅极、漏极的同侧分布，从而实现了在芯片正面通过导电体与外界进行互联，这种封装结构可将垂直结构的MOSFET背面漏极电流引至MOSFET的正面，实现源极、栅极、漏极电性在同一侧面，以便进行晶圆级封装，并且芯片与导电层大面积接触，散热性能优异。同时本发明封装结构简单，提高了封装良率，避免了芯片背金通过复杂工艺引至芯片正面的复杂工艺。
[0025](2)相比传统MOSFET封装，本发明提出的封装方法是基于整个圆片进行的，而不是基于单颗进行的，是一种晶圆级封装，具有生产效率高、周期短、封装成本低的优点。
【附图说明】
[0026]图1为本发明中新型MOSFET封装结构的剖面示意图；
[0027]图2为本发明中新型MOSFET封装过程中导电层与长条状铜薄片焊接在一起后的俯视图；
[0028]图3为本发明中带焊球的MOSFET封装结构的俯视示意图。
[0029]结合附图做以下说明
[0030]100-基板，200-导电层，300-导电连接剂，400-M0SFET芯片，401-源极，402-栅极，403-漏极，500-金属薄片，601-第一导电体，602-第二导电体，603-第三导电体，700-非导电材料。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明能够更加易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。
[0032]如图1、图2、图3所示，一种新型MOSFET封装结构，包括基板100、M0SFET芯片400和金属薄片500，所述MOSFET芯片正面包含有源极401和栅极402，所述MOSFET芯片背面包含有漏极403，所述栅极与所述源极、所述漏极之间绝缘隔离。所述基板上形成有导电层200，所述MOSFET芯片的背面与所述金属薄片的背面均贴装在所述基板上的导电层上，所述金属薄片、所述MOSFET芯片正面的源极及栅极上均形成有与外部互连的导电体；所述基板上的MOSFET芯片和金属薄片的导电体以外部分由非导电材料700包封。
[0033]本发明MOSFET封装结构中，栅极控制源极区域向漏极的电流通断，其中栅极区有一绝缘氧化层，由于公知的各MOSFET芯片的具体结构有差异，图1中对MOSFET芯片源极和栅极进行了简化，具体沟道未标示出，如栅极区未在芯片的上表面，可通过内部电路引致芯片的上表面。MOSFET芯片漏极的电性通过导电层、金属薄片引出至MOSFET芯片正面同侧形成的第一导电体601，源极的电性引出至MOSFET芯片正面形成的第二导电体602，栅极的电性引出至MOSFET芯片正面形成的第三导电体603。第一、第二、第三导电体可以是焊球(solderball)、焊料凸点(solder bump)或金属柱凸点(piliar)，其材质包括钛、络、妈、铜、镍、金、银、锡中的一种或几种。
[0034]本发明MOSFET封装结构通过在基板上形成导电层，导电层的平面尺寸应小于基板的尺寸，以使非导电材料(防护层)包覆导电层;形成的导电层与MOSFET芯片背面漏极的金属层连接形成欧姆接触，且导电层连接金属薄片，通过该金属薄片将MOSFET芯片背面漏极弓丨到MOSFET芯片正面同侧，实现了源极、栅极、漏极的同侧分布，从而实现了在芯片正面通过导电体与外界进行互联，这种封装结构可将垂直结构的MOSFET背面漏极电流引至MOSFET的正面，实现源极、栅极、漏极电性在同一侧面，以便进行晶圆级封装，并且芯片与导电层大面积接触，散热性能优异。同时本发明封装结构简单，提高了封装良率，避免了芯片背金通过复杂工艺引至芯片正面的复杂工艺。
[0035]优选的，贴装后的金属薄片正面与MOSFET芯片正面的高度差小于50微米。更佳的，金属薄片厚度与MOSFET芯片本体厚度相近或相同。
[0036]优选的，所述MOSFET芯片、所述金属薄片通过导电材料300贴装到所述基板上的导电层上。较佳的，基板可以是硅基板，导电层可以是铜金属层，金属薄片可以为铜薄片，导电材料为钎料或导电胶，本实施例中为钎料，钎料可以为纯锡或者以锡为基的钎料合金。这样，铜薄片及MOSFET芯片背面漏极通过钎料或导电胶焊接到硅基板上的铜金属层上，铜金属层与MOSFET芯片背面漏极形成欧姆接触。
[0037]优选的，所述MOSFET芯片的厚度小于250微米。也就是说该封装结构可以实现MOSFET芯片的小型化发展要求，具有封装尺寸小的优点。
[0038]优选的，所述非导电材料为模塑料或干膜等有机物。
[0039]优选的，所述导电体上具有可焊性金属材料，如金、银、铜等。
[0040]作为一种优选实施方式，本发明一种新型MOSFET封装结构的晶圆级制作方法，包括以下步骤:
[0041 ] a、提供若干MOSFET芯片400，所述MOSFET芯片正面包含有源极401和栅极402，所述MOSFET芯片的背面含有漏极403，该漏极的外表面沉积有一金属层；
[0042]b、提供一承载圆片，作为基板100，在所述承载圆片的正面铺设导电层200;导电层如铜金属层。
[0043]C、提供若干金属薄片500，如铜薄片，将所述金属薄片和所述MOSFET芯片组成对，并通过导电材料分别粘结到承载圆片的导电层上，其中MOSFET芯片漏极外的金属层朝向该承载圆片;具体实施时，可在导电层上需要放置铜薄片和MOSFET芯片的位置印刷一层钎料，将铜薄片和MOSFET芯片组成对，均通过钎料与导电层焊接以实现电连接。导电材料还可以为导电胶等。
[0044]可选的，将铜薄片切割成独立的部分提供所述第一导电体的焊盘。
[0045]d、在承载圆片的导电层上铺设非导电材料，该非导电材料覆盖所述金属薄片和所述MOSFET芯片，并在所述金属薄片和所述MOSFET芯片上预设导电体的位置开口，在开口处长导电体(第一、第二、第三导电体)；这样，非导电材料作为防护层以实现保护金属薄片和MOSFET芯片的功能，第一、第二、第三导电体用于实现外部互连。具体实施时，第一、第二、第三导电体可以通过印刷锡膏或电镀锡球或植球等工艺，并用回流的方法形成锡球;或者电镀形成金属凸点，或者电镀形成金属柱。各导电体的个数视电极面积大小，可适当增加数量。
[0046]e、切割承载圆片，形成单颗封装芯片，如图1所示。
[0047]相比传统MOSFET封装，本发明MOSFET封装结构的制作方法是基于整个晶圆进行的，是一种晶圆级封装，且避免了硅通孔工艺，简化了工艺步骤，降低了封装成本，提高了生产效率，具有生产效率高、周期短、封装成本低的优点。
[0048]以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新型MOSFET封装结构，其特征在于，包括基板(100)、MOSFET芯片(400)和金属薄片(500)，所述MOSFET芯片正面包含有源极(401)和栅极(402)，所述MOSFET芯片背面包含有漏极(403)，所述基板上形成有导电层(200)，所述MOSFET芯片的背面与所述金属薄片的背面均贴装在所述基板上的导电层上，所述金属薄片、所述MOSFET芯片正面的源极及栅极上均形成有与外部互连的导电体;所述基板上的MOSFET芯片和金属薄片的导电体以外部分由非导电材料(700)包封。2.根据权利要求1所述的新型MOSFET封装结构，其特征在于，贴装后的金属薄片正面与MOSFET芯片正面的高度差小于50微米。3.根据权利要求1所述的新型MOSFET封装结构，其特征在于，所述MOSFET芯片、所述金属薄片通过导电材料(300)贴装到所述基板上的导电层上。4.根据权利要求3所述的新型MOSFET封装结构，其特征在于，所述导电材料为钎料或导电胶。5.根据权利要求1所述的新型MOSFET封装结构，其特征在于，所述MOSFET芯片的厚度小于250微米。6.根据权利要求1所述的新型MOSFET封装结构，其特征在于，所述非导电材料为模塑料或干膜。7.根据权利要求1所述的新型MOSFET封装结构，其特征在于，所述导电体上具有可焊性金属材料。8.一种新型MOSFET封装结构的晶圆级制作方法，其特征在于，包括以下步骤: a、提供若干MOSFET芯片(400)，所述MOSFET芯片正面包含有源极(401)和栅极(402)，所述MOSFET芯片的背面含有漏极(403)，该漏极的外表面沉积有一金属层； b、提供一承载圆片，作为基板(100)，在所述承载圆片的正面铺设导电层(200); c、提供若干金属薄片(500)，将所述金属薄片和所述MOSFET芯片组成对，并通过导电材料分别粘结到承载圆片的导电层上，其中MOSFET芯片漏极外的金属层朝向该承载圆片； d、在承载圆片的导电层上铺设非导电材料，该非导电材料覆盖所述金属薄片和所述MOSFET芯片，并在所述金属薄片和所述MOSFET芯片上预设导电体的位置开口，在开口处长导电体； e、切割形成单颗封装芯片。9.根据权利要求8所述的新型MOSFET封装结构的晶圆级制作方法，其特征在于，所述导电材料为钎料或导电胶。10.根据权利要求8所述的新型MOSFET封装结构的晶圆级制作方法，其特征在于，所述导电体为焊球、焊料凸点或金属凸点。
【文档编号】H01L23/485GK105914193SQ201610288938
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】于大全, 姚明军, 翟玲玲, 崔志勇
【申请人】华天科技（昆山）电子有限公司