一种N衬底单向骤回TVS器件的制作方法

本实用新型属于半导体芯片器件结构和封装工艺技术领域，具体涉及一种浅槽结构N衬底单向骤回TVS器件。

背景技术：

目前手机及其附属产品作为当下最受关注的行业，整个集成电路行业的中心都在朝着手机及其附属产品行业偏移：最先进的芯片工艺、最高端的制造工艺和最高效的组装技术等都在向手机行业靠拢。随着芯片工艺技术、高速快充技术、超薄超轻要求不断提高，可靠性面临着重大的挑战，EOS和ESD、surge的失效越来越多，返修率也在急剧增加，这样就使得整个电路系统中过压保护就变得至关重要。在手机等消费电子充电电路中，要求浪涌残压超低的单向器件才能满足保护需求，为了满足正负向浪涌残压超低的要求，同时兼容市场主流的N衬底芯片的要求，N衬底的单向骤回TVS器件就成了最有效的方案。在保护充电IC芯片时，配合OVP器件能够达到正向浪涌残压和负向浪涌残压超低的效果，对后端各类IC芯片能够起到优秀的保护作用。

目前绝大部分电源和充电端口的保护都趋向于选择单向N衬底的保护器件，随着手机、平板及周边配件等消费类电子设备出货量日益剧增，电池容量原来越大，导致充电电流、充电电压越来越高，各种版本的快充都在不断提高充电功率和充电效率，为了保证充电的安全性和可靠性，对保护器件提出了更高的要求，同时针对封装要求体积小、厚度薄和更易焊接。

现有DFN2020封装技术采用点胶工艺上芯，图1为常规N衬底TVS芯片点胶上芯后封装示意图，常规N衬底TVS芯片通过导电胶S220即51与基岛61粘合在一起，为了保证溢胶和上芯偏移，芯片边缘距离基岛要大于 100um以上，常规点胶工艺溢胶52控制在芯片厚度的50％以下，图1中溢胶52溢出高度大约在芯片厚度40％的位置，由于常规N衬底TVS芯片的 PN结是由N外延层21与P扩散区32组成，位于器件顶部，因此不会出现短路情况；Ag絮42位置位于底部，也不会出现短路。点胶工艺封装常规N 衬底TVS芯片是可以满足性能要求。

图2为挖槽结构N衬底单向骤回TVS芯片点胶上芯后封装示意图，挖槽结构N衬底单向骤回TVS芯片目前填充物均为磷硅玻璃24，磷硅玻璃 24可以充分填平深槽，同时可以获得非常好的表面平整度，是绝缘特性非常好的一种材料，缺点是磷硅玻璃24是含铅的一种材料，在工业和通信方面是豁免的，但是在消费电子方面对人有一定危害性的；而其他不含铅的填充物在填充深槽时是不可能填平的，所以常规挖槽结构填充物都是磷硅玻璃24。从图2可以得到，溢胶52溢出高度大约在芯片厚度40％的位置，由于侧面挖槽和填充物质24的存在，将由衬底22和背面N扩散区31形成的PN结保护起来，避免被导电胶短路。但是由于挖槽深度的原因，挖槽太深会导致芯片变形，浅槽则会导致胶水溢出到衬底22，会导致大约50％左右的短路不良现象发生；同时填充物质24含有有害物质铅，应用于消费电子时，会对人体产生损害，因此常规的点胶工艺封装挖槽结构N衬底单向骤回TVS芯片也是存在诸多问题。

图3为平面N衬底单向骤回TVS器件的DFN2020封装结构示意图，平面N衬底单向骤回芯片区别与挖槽结构N衬底单向骤回TVS芯片的地方在于，平面结构不需要挖槽和填充，因此不会引入含铅物质，可以满足RoHS 和PB Free的要求。平面结构是通过一层薄氧23来实现隔离的，如图3中点胶上芯时，溢胶52溢出高度大约在芯片厚度40％的位置，由于平面N衬底单向骤回TVS芯片的PN结是由衬底22与底部N扩散区31组成，位于芯片的底部，此时胶水51通过溢胶52与衬底22形成了短路通道，因此在实际封装测试中，常规的点胶工艺封装平面N衬底单向骤回TVS芯片时封装短路不良比例超过95％以上，难以满足封装要求。

名称解释：

残压：浪涌冲击时特定电流下的钳位电压。

爆管：浪涌冲击时，器件塑封体发生炸裂，芯片与封装框架发生分离。

毛刺：浪涌冲击时，电压波形产生一个异常脉冲尖峰。

点胶：将导电胶点在封装框架上，使芯片与框架结合在一起。

刷胶：将胶水刷到芯片背面，使芯片与框架结合在一起，对应点胶。

溢胶：点胶上芯时，芯片下压导致胶水溢出，爬到芯片侧面。

单向骤回：一端为VF特性，一端为负阻特性的器件。

EOS：为Electrical Over Stress，主要指持续时间微秒到几秒的低压浪涌。

Ag絮：划片时金属Ag产生的小碎片。

RoHS：Restriction of Hazardous Substances，关于限制在电子电器设备

中使用某些有害成分的指令，为强制法令。

Pb Free：无铅要求，为强制法令。

技术实现要素：

为了改善传统封装和传统芯片结构存在的问题，本实用新型公开了一种浅槽结构N衬底单向骤回TVS器件，此器件是把现有的平面和挖槽结构 N衬底单向骤回TVS器件通过改变背面结构，同时配合特殊胶水实现 DFN2020封装尺寸的极限芯片尺寸封装。

本实用新型的技术方案是：

一种浅槽结构N衬底单向骤回TVS器件，包括N衬底TVS芯片和基岛，所述N衬底TVS芯片背面粘合在所述基岛上，其特征在于：所述N衬底TVS芯片背面P区与背面氧化层之间挖有浅槽，槽内填充有不含铅的绝缘材料填充物。

所述浅槽的槽深为5～15um。

所述填充物的包括聚酰亚胺PI、多晶硅POLY、SiO2和氮化硅。

所述N衬底TVS芯片通过刷胶工艺粘合在所述基岛上。

本实用新型增加了背面浅槽，通过背面挖浅槽后氧化和填充工艺，将背面容易发生短路的位置保护起来，降低了风险；本实用新型更换上芯工艺为刷胶工艺，通过使用刷胶工艺，可以避免侧面溢胶问题，降低短路风险；本实用新型浅槽工艺更利于背面填平，能够降低刷胶难度和对设备的损耗，提高上芯效率；本实用新型通过开发新型胶水，避免浪涌冲击时爆管和毛刺问题，提高产品稳定性；本实用新型浅槽填充可选填充物会更多，可以将常规含铅的磷硅玻璃更换为不含铅的有机物PI或者多晶硅Ploy、 SiO2、氮化硅等材料，满足客户对RoHS和PB free要求。

附图说明

图1为常规N衬底TVS器件封装示意图；

图2为挖槽结构N衬底单向骤回TVS器件封装示意图；

图3为平面结构N衬底单向骤回TVS器件封装示意图；

图4为本实用新型的一种浅槽结构N衬底单向骤回TVS器件封装示意图；图中，21为P型外延，22为N型衬底，23为氧化层，24为填充物PI， 31位为N扩散区，32为P扩散区，41为金属层，42为位Ag絮，51为导电胶，52为侧面溢胶，61位封装框架。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

如图4所示，本实用新型对传统方案进行了两处创新优化，首先对芯片背面结构进行了改变，增加了一个浅槽24，结深5-15um左右，防止背面Ag划片时产生Ag絮与背面P区32短路；其次常规挖槽工艺填充物物为含铅的磷硅玻璃，此结构中填充物24采用无铅无卤的PI、Ploy、SiO2或者氮化硅等填充物，确保成品满足RoHS和PB Free的要求。

浅槽填充物的选择主要根据槽的深度来定，传统深槽填充只能选回流效果好的磷硅玻璃，本专利结构槽深为5～15um，填充物选择范围更广，可以选择有机物、常用钝化物和掩蔽物等填充物，具体填充物对比如下表：

通过对芯片和封装进行了如上改善之后，具有以下优点：1.保持了背面浅槽的填平，刷胶工艺可以正常进行，且不会对设备有损伤；2.封装芯片与载体尺寸比例可以达到1：1的极限水平；3.成品量产的封装良率可以达到97％-99％；4.浪涌测试的稳定性可以达到100％；5.成品可靠性可以满足MSL1 的要求；6.芯片和成品均不含有有害物质，满足RoHS和PB free的环保要求。