专利名称：通孔互联型圆片级mosfet封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种圆片级芯片尺寸封装结构。属于半导体封装技术领域。
背景技术：
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。然而传统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。圆片级芯片尺寸封装(Wafer Level Chip Scale I^ackaging)是一种新型封装技术，封装后芯片是裸芯片，尺寸完全等同于芯片尺寸，而且是基于整个晶圆进行的批量封装。如果能够将圆片级芯片尺寸封装技术引入到MOSFET领域，不仅可以提升MOSFET性能、 缩小封装尺寸，而且可以提高生产效率、降低封装成本。MOSFET芯片的源极(Source)和栅极(Gate)位于芯片正面，需要在芯片背面或者内部设置金属层作为芯片的漏极(Drain)。但要实现圆片级芯片尺寸封装，还需要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。通过硅通孔内填充满金属可以起到形成芯片漏极及将漏极引到正面的作用，但是由于金属和硅之间热膨胀系数(CTE)不匹配，在器件使用过程中金属过分膨胀而导致硅开裂，引起器件可靠性降低。
发明内容本实用新型的目的在于克服传统MOSFET封装结构的不足，提供一种具有高性能和高可靠性的通孔互联型圆片级MOSFET封装结构。本实用新型的目的是这样实现的一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，包括芯片本体，所述芯片本体正面设置有芯片源电极和芯片栅电极，芯片本体、芯片源电极和芯片栅电极正面设置有芯片表面保护层，在芯片本体正面和背面贯穿有芯片通孔，在所述芯片源电极、芯片栅电极和芯片表面保护层的表面设置有线路层，以及在芯片通孔内填充有线路层，且在芯片通孔内填充的线路层没有密闭芯片通孔，而是留有空腔的半填充结构，而且线路层直接与芯片通孔侧壁相连，之间无任何绝缘隔离层，在线路层表面设置有线路表面保护层，在芯片本体正面的线路层表面设置有焊球，在芯片本体的背面设置有背面金属层，且背面金属层与线路层互联。本实用新型的有益效果是(1)本实用新型通过形成与通孔壁直接相连的线路层以及芯片背面金属层作为芯片的漏极，得到了比较大的漏极面积，提升了芯片的电流承载能力；芯片背面金属层起到散热片作用，提高了芯片工作时的散热效果；并且孔内线路层将所形成的漏极引到芯片正面，从而实现了在芯片正面通过焊球与外界进行互联，这种结构缩短了芯片与外界互联距离， 也增强了芯片导电、导热效果。(2)由于通孔内只是半填充金属，受热时金属可以朝孔内空腔方向膨胀；与孔内全填充金属相比，可以大大缓解热膨胀系数不匹配产生的应力，提高产品可靠性。(3)相比于传统MOSFET封装，本实用新型提出的封装结构是基于整个晶圆进行的，而不是基于单颗进行的；所以具有生产效率高、封装成本低的特点。
图1为本实用新型通孔互联型圆片级MOSFET封装结构的切面示意图。图2、图3、图4和图5分别为图1中互联部分A的几种细节结构的切面示意图。图6为晶圆切割分离成单颗封装芯片示意图。图7为图6中B处相邻芯片各有一排通孔情况下，切割位置位于通孔之间示意图。 通过图7的方式得到图2、图3切面示意图所示互联结构。图8为图6中B处相邻芯片间仅有一排通孔情况下，切割位置位于通孔内示意图。 通过图8的方式得到图4、图5切面示意图所示互联结构。图中芯片本体1-1、芯片通孔1-2、芯片源(source)电极2_1、芯片栅(gate)电极2_2、 芯片表面保护层3、线路层4、线路表面保护层5、焊球6、背面金属层7、背面1-3、通孔内由于只是半填充金属而形成的空腔5-1、芯片8、切割位置C。
具体实施方式
参见图1，图1为本实用新型通孔互联型圆片级MOSFET封装结构的切面示意图。由图1可以看出，本实用新型通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，包括芯片本体1-1、芯片通孔1-2、芯片源电极2-1、芯片栅电极2-2、芯片表面保护层3、线路层4、线路表面保护层5、 焊球6和背面金属层7，所述芯片源电极2-1和芯片栅电极2-2设置于芯片本体1-1正面， 芯片表面保护层3设置于芯片本体1-1、芯片源电极2-1和芯片栅电极2-2正面，所述芯片通孔1-2贯穿芯片本体1-1正面和背面，线路层4设置于所述芯片源电极2-1、芯片栅电极 2-2和芯片表面保护层3的表面以及填充于芯片通孔1-2内，且在芯片通孔1-2内填充的线路层4没有密闭芯片通孔1-2，而是留有空腔的半填充结构；而且线路层4直接与芯片通孔 1-2侧壁相连，之间无任何绝缘隔离层。线路表面保护层5设置于线路层4表面，焊球6设置于芯片本体1-1正面的线路层4表面，芯片本体1-1的背面1-3设置了背面金属层7，且背面金属层7与线路层4互联。图2、图3、图4和图5分别为图1中互联部分A的几种细节结构的切面示意图。其中，图2特征是是芯片通孔1-2是全孔、且线路表面保护层5不与背面金属层接触；图3特征是通孔是全孔、且线路表面保护层5与背面金属层接触；图4特征是通孔是半孔，且线路表面保护层5不与背面金属层接触；图5特征是通孔是半孔，且线路表面保护层5与背面金属层接触。封装过程的起点为带有芯片源电极2-1、芯片栅电极2-2和芯片表面保护层3的晶圆，通过下列过程得到封装后的MOSFET芯片[0021]1)、通过光刻、硅刻蚀以及光刻胶剥离工艺，形成通孔；2)、通过光刻、溅射、电镀、光刻胶剥离以及金属刻蚀工艺、形成线路层；3)、通过光刻工艺形成线路表面保护层；4)、通过减薄、金属淀积工艺如溅射、蒸发或镀膜，形成背面金属层；5)、通过印刷焊料或电镀焊料或植放焊球、然后回流的方法形成焊球；6)、通过晶圆切割分离的方法形成单颗MSOFET封装芯片，参见图6。图7为图6中 B处相邻芯片8各有一排通孔情况下，切割位置C位于通孔之间示意图。通过图7的方式得到图2、图3切面示意图所示互联结构。图8为图6中B处相邻芯片8间仅有一排通孔情况下，切割位置C位于通孔内示意图。通过图8的方式得到图4、图5切面示意图所示互联结构。
权利要求1.一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，包括芯片本体(1-1)，其特征在于所述芯片本体(1-1)正面设置有芯片源电极(2-1)和芯片栅电极(2-2)，芯片本体(1-1 )、芯片源电极(2-1)和芯片栅电极(2-2)正面设置有芯片表面保护层(3)，在芯片本体(1-1)正面和背面贯穿有芯片通孔(1-2)，在所述芯片源电极(2-1)、芯片栅电极(2-2)和芯片表面保护层(3)的表面设置有线路层(4)，以及在芯片通孔(1-2)内填充有线路层(4)，且在芯片通孔 (1-2)内填充的线路层(4)没有密闭芯片通孔(1-2)，而是留有空腔的半填充结构，而且线路层(4)直接与芯片通孔(1-2)侧壁相连，之间无任何绝缘隔离层，在线路层(4)表面设置有线路表面保护层(5)，在芯片本体(1-1)正面的线路层(4)表面设置有焊球(6)，在芯片本体(1-1)的背面(1-3)设置有背面金属层(7)，且背面金属层(7)与线路层(4)互联。
2.根据权利要求1所述的一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，其特征在于所述芯片通孔(1-2 )是全孔，且线路表面保护层(5 )不与背面金属层(7 )接触。
3.根据权利要求1所述的一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，其特征在于所述芯片通孔(1-2 )是全孔，且线路表面保护层(5 )与背面金属层(7 )接触。
4.根据权利要求1所述的一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，其特征在于所述芯片通孔(1-2 )是半孔，且线路表面保护层(5 )不与背面金属层(7 )接触。
5.根据权利要求1所述的一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，其特征在于所述芯片通孔(1-2 )是半孔，且线路表面保护层(5 )与背面金属层(7 )接触。
专利摘要本实用新型涉及一种通孔互联型圆片级MOSFET封装结构，包括芯片本体(1-1)，芯片本体正面设置有芯片源电极(2-1)和芯片栅电极(2-2)，芯片本体、芯片源电极和芯片栅电极正面设置有芯片表面保护层(3)，在芯片本体(1-1)正面和背面贯穿有芯片通孔(1-2)，在芯片源电极(2-1)、芯片栅电极(2-2)和芯片表面保护层(3)的表面设置有线路层(4)，以及在芯片通孔(1-2)内填充有线路层(4)，且在芯片通孔(1-2)内填充的线路层(4)没有密闭芯片通孔(1-2)，而是留有空腔的半填充结构，在芯片本体(1-1)的背面(1-3)设置与线路层(4)互联的背面金属层(7)。本实用新型可以提供具有高性能和高可靠性的封装结构。
文档编号H01L23/367GK201994303SQ20112003389
公开日2011年9月28日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者张黎, 赖志明, 陈栋, 陈锦辉 申请人:江阴长电先进封装有限公司