专利名称：充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法
技术领域：
本发明涉及一种充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法，尤指一种用于充电电池保护电路，利用覆晶触焊技术，将裸芯片无封装地直接焊接在电路板上，因不用接脚引线连接，故可降低功率场效应晶体管的导通电阻。
在现有技术中，例如在个人资料辅助器(PDA)及移动电话的充电电池保护电路中，如
图1所示，其中保护IC的工作原理如下第1脚Cout端，控制充电端的功率场效应晶体管(MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管)的栅极Gate，令电池能充电；第2脚Ct端，连接到外接电容，以控制电压检测器的输出延迟时间；第3脚Vss端，为接地端；第4脚Dout端，连接放电端的功率场效应晶体管的栅极Gate，控制电池的输出电流；第5脚VDD端，连接到充电电池端，监测充电电池的电压及供给保护电路的电压源；第6脚V-端，监控电池的放电电流，其中串联了一个短路保护器，使放电电流不致过大。再如图2a和图2b所示，上述保护电路是将两个经标准封装制造所获得的功率场效应晶体管的漏极串接，令栅极端接向保护电路IC，而一源极的一端接向充电电池的负极，另一功率场效应晶体管的源极接向电源的负极。该封装完成后的功率场效应晶体管都含引线架，并以引线架焊接在保护电路的电路板上。
由于功率场效应晶体管的封装构造，经焊接在保护电路上后体积大增，不但影响电池体积，而且由于引线架本身有电阻，封装后的功率场效应晶体管的电阻会比裸芯片高出许多。因此，发明人朝省略功率场效应晶体管焊线及封装步骤的方面考虑，发现以覆晶(Flip Chip，或称“倒装芯片”)方法安装功率场效应晶体管，不但可缩小保护电路体积，还可降低功率场效应晶体管的导通电阻。
台湾发明专利公告第366576号揭示了一种“用于积体电路装置之覆晶接合引线架式构装方法及所形成之装置”，其主要包括积体电路装置含有芯片及引线架，芯片表面具有多个与外界做电连接的含锡金属凸块，引线架具有多个引脚。其制造步骤是先将引线架多个引脚承载芯片的区域经冶金处理，使引脚区域具有沾锡特性，然后，将上述引脚具有沾锡特性的区域分别与芯片上多个含锡金属凸块对准，最后经由加热与加压处理，使引线架多个引脚具有沾锡特性的区域，分别固接至芯片上多个含锡金属凸块上。上述覆晶制造方法仍然包含有引线架，因此会提高芯片的导通电阻。
本发明的主要目的是提供一种用于降低导通电阻的充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法，即利用覆晶技术直接将裸芯片焊接在电路板上，省略传统功率场效应晶体管封装时的接脚引线的电阻，约可降低20％至30％的导通电阻值。
按照本发明的覆晶安装方法，直接将裸芯片焊接在印刷电路板上，省略封装物体积且无引线架和引线，故可缩小电池保护电路的体积，而相对地缩小充电电池的体积。此为本发明的另一目的。
按照本发明的覆晶安装方法，直接将裸芯片焊接在电路板上，省略打线封装流程，因此可降低生产成本。此为本发明又一目的。
按照本发明的覆晶安装方法，直接将裸芯片焊接在印刷电路板上，其芯片表面为串联连接的漏极(D端)的金属接点所覆盖，因此散热效果佳。此为本发明再一目的。
为实现上述目的，本发明提供一种充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法，其中保护电路包括有垂直式布局的功率场效应晶体管及保护IC，该安装方法依次包含下列步骤在晶圆制造过程中将每两个场效应晶体管的漏极金属接点串联成一个芯片单元；用焊头在各芯片单元的接点上点焊金属线，使源极和栅极接点分别形成焊金凸块；将晶圆切割成每两个漏极串联在一起的裸芯片单元；将芯片单元沾锡，使其接点的焊金凸块沾附锡球；在印刷电路板的定位点上涂热硬化性树脂；将裸芯片单元覆晶令漏极朝上，使锡球对准印刷电路板的定位点上安装；通过烤箱加热并加压，使锡球熔融而与印刷电路板上的金属接点焊接在一起。
所述裸芯片单元的栅极与印刷电路板上的逻辑电路输出端接点成相对配置，一源极的一端与电池的正极接点，另一源极的一端与电池的负极接点成相对配置，通过锡球使上述相对配置的电极连接。
利用本发明的安装方法，可产生如下有益效果(1)直接将裸芯片覆晶焊接在电路板上，省略传统功率场效应晶体管封装时的接脚引线的电阻，约可降低20％至30％的导通电阻值。
(2)直接将裸芯片覆晶焊接在电路板上，省略封装物体积且无引线架和引线，故可缩小电池保护电路的体积，而相对地缩小充电电池的体积。
(3)直接将裸芯片覆晶焊接在电路板上，省略打线封装流程，因此可降低生产成本。
(4)直接将裸芯片覆晶焊接在电路板上，其晶体表面被串联连接的漏极(D端)的金属接点所覆盖，因此散热效果较佳。
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明图1为常见的充电电池保护电路的示意图；图2a为传统功率场效应晶体管焊接在保护电路的电路板上的侧面示意图；图2b为图2a的平面示意图；图3为本发明覆晶安装方法的步骤流程示意图；图4a为利用本发明覆晶安装方法将功率场效应晶体管组装在保护电路的电路板上的侧面示意图；图4b为图4a的平面示意图。
首先说明，本发明所涉及的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，为垂直式布局，即漏极(Drain)D在下面，而源极(Source)S及栅极(Gate)G在上面的布局方式。以下将说明的是应用在充电电池保护电路上，为降低导通电阻而采用覆晶(FlipChip)无接脚引线的触焊式粘着技术。
如图3所示，本发明用于降低导通电阻的充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法，包含下列步骤步骤一在垂直布局的晶圆1制造过程中令每两个场效应晶体管10’的漏极D金属接点串联成一个芯片单元10；步骤二用焊头3在各芯片单元10的接点上点焊金属线11’，使源极和栅极接点分别形成焊金电极11凸块；步骤三将晶圆1切割成每两个漏极串联在一起的裸芯片单元10；步骤四将芯片单元10沾锡，使其接点的焊金电极11凸块沾附锡球12；步骤五在印刷电路板2的定位点上涂胶材13，例如热硬化性树脂等；步骤六将裸芯片单元10覆晶令漏极D朝上，使对应栅极G的锡球12与印刷电路板2的逻辑电路输出端接点的金属凸块21相对配置，而对应源极S的锡球12分别与电池的正、负极接点的金属凸块21成相对配置而固定；步骤七最后通过烤箱加热并加压，使锡球12熔融而与印刷电路板(PCB)2上的接点，即金属凸块21焊接在一起，并且胶材13填满芯片单元10与印刷电路板2之间的间隙，而完成组装，见图4a和图4b。
在此需补充说明的是，步骤五、六及七为填胶过程，例如环氧树脂包封的焊料连接ESC(Epoxy Encapsulated SolderConnection)，即先将胶料(热硬化性树脂)点胶在基板上，然后再装芯片，此步骤除了将芯片定位在基板上的作用外，由于有机基板的热膨胀系数CTE(Coefficient of Thermal Expansion)(约为14-17ppm/℃)，与硅芯片的热膨胀系数(约为4ppm/℃)差距过大，在热胀冷缩之际热膨胀系数不匹配所引发的应力很容易导致接点损坏，因此为了保证可靠性，通常需要在基板与芯片的间隙内填胶，以分散其应力，从而降低接点所受到的应力。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不局限本发明的实施范围，即在不偏离本发明所做的任何均等变化与修饰，仍属本发明的涵盖范围。
综上所述，本发明的可降低导通电阻的充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法，不但可有效降低功率场效应晶体管的导通电阻，以及缩小保护电路的体积，相对地可缩小充电电池的体积，更可节省功率场效应晶体管的封装费用，降低生产成本。
权利要求
1.一种充电电池保护电路用功率场效应晶体管的覆晶安装方法，其特征在于，保护电路包括有垂直式布局的功率场效应晶体管及保护IC，该安装方法依次包含下列步骤在晶圆制造过程中将每两个场效应晶体管的漏极金属接点串联成一个芯片单元；用焊头在各芯片单元的接点上点焊金属线，使源极和栅极接点分别形成焊金凸块；将晶圆切割成每两个漏极串联在一起的裸芯片单元；将芯片单元沾锡，使其接点的焊金凸块沾附锡球；在印刷电路板的定位点上涂热硬化性树脂；将裸芯片单元覆晶令漏极朝上，使锡球对准印刷电路板的定位点上安装；及通过烤箱加热并加压，使锡球熔融而与印刷电路板上的金属接点焊接在一起。
2.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于，所述裸芯片单元的栅极与印刷电路板上的逻辑电路输出端接点成相对配置，一源极的一端与电池的正极接点，另一源极的一端与电池的负极接点成相对配置，通过锡球使上述相对配置的电极连接。
全文摘要
充电电池保护电路用功率场效应晶体管覆晶安装法含下列步骤:制造晶圆时将每两个晶体管的漏极金属接点串联成一芯片单元;用焊头在各单元的接点上点焊金属线,使源、栅极接点分别形成焊金凸块;将晶圆切割成每两个漏极串联在一起的裸芯片单元;将芯片单元沾锡,使其接点的焊金凸块沾附锡球;在电路板定位点上涂热硬化性树脂;将裸芯片单元覆晶令漏极朝上,使锡球对准电路板定位点安装;经加热加压使锡球熔融与电路板的金属接点焊接。
文档编号H01M10/42GK1380688SQ0111059
公开日2002年11月20日 申请日期2001年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者简凤佐, 陈启文, 林正峰, 涂高维, 苏玉昆 申请人:华瑞股份有限公司