一种模块化封装半导体防浪涌器件的制作方法

本实用新型涉及半导体防浪涌器件的技术领域，尤其是一种模块化封装半导体防浪涌器件，以满足市场对于体积有要求的大功率半导体防浪涌器件的需求。

背景技术：

浪涌（electricalsurge），就是瞬间出现超出稳定值的峰值，它包括浪涌电压和浪涌电流。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有：雷击、电力线搭接、汽车抛负载等等。

雷击浪涌发生时，以雷击为中心1.5~2km范围内，都可能产生危险的过电压。雷击引起（外部）电涌的特点是单相脉冲型，能量巨大。外部电涌的电压在几微秒内可从几百伏快速升高至20000v，可以传输相当长的距离，瞬间电涌可高达20000v，瞬间电流可达10000a。对电子设备的会造成极大的伤害。

我们在设备设计时（尤其是户外设备）都需要考虑对浪涌的防护，半导体防浪涌器件是防浪涌器件的重要组成部分。半导体防浪涌器件有：瞬态电压抑制器(transientvoltagesuppressors，简称tvs)、半导体放电管（thyristorsurgesuppresser，简称tss）等等。

瞬态电压抑制器(transientvoltagesuppressors，简称tvs)是一种普遍使用的过压保护器件，它具有响应快，大通流，体积小，漏电流小，可靠性高等优点，是一种必不可少的保护类器件。

半导体放电管（thyristorsurgesuppresser，简称tss）,是一种开关型的过电压保护器件，具有精确导通、快速响应、浪涌吸收能力强、可靠性高等特点；半导体放电管使用时可直接跨接在被保护电路两端。用于保护敏感易损的电路，使之免遭雷电和突波的冲击而造成的损坏。

随着社会的进步，电子设备对可靠性的要求，体积的要求，性能的要求都达到了及其苛刻的地步。对防浪涌器件，尤其是大通流（例如1.2/50μs电压波形-8/20μs电流波形3ka等级tvs器件）防浪涌器件的要求越来越高。传统的大通流防浪涌器件受到工艺条件的限制体积厚度会变得很大，如，塑封需使用刻蚀框架或冲压框架等预制框架，且量产稳定性差，可靠性会无法满足要求。

所以本实用新型开发了一种模块化塑封封装技术。具有大通流、小型化、工艺稳定、高可靠性、良率高、生产效率高、美观等优点来满足未来的发展趋势。

技术实现要素：

为了解决传统半导体防浪涌器件，尤其是大功率半导体防浪涌器件占版面积大、可靠性差、高度高、工艺不稳定，电压固定不灵活的问题，本实用新型所要解决的问题是：提出一种模块化封装半导体防浪涌器件。

本实用新型技术问题通过下述技术方案实现：一种模块化封装半导体防浪涌器件，包括且不限于tvs、tss器件，包含功能芯片、电极和引脚，其中，由功能芯片和电极封装成独立的功能模块，由二个以上的独立的模块进行组合构成模块化封装半导体防浪涌器件。

在上述方案基础上，还包括由电极和/或引脚构成的非功能模块，其中，所述的电极、引脚为金属连接层。

其中，由二个或二个以上功能芯片串联而成功能性结构。

一种58v耐压的tvs防浪涌器件，由二个结构相同、功能相同的29v工作电压tvs芯片和上、下金属电极层构成的功能模块一、二，以及上、下连接组件模块堆叠封装构成。

一种87v耐压的tvs防浪涌器件，由三个结构相同、功能相同的29v工作电压tvs功能模块一、二、三与上、下连接组件模块堆叠封装构成。

本实用新型模块化封装半导体防浪涌器件可通过下述步骤制备：先完成独立模块化的制造或者封装，对各个独立模块进行组合、连接，组成功能性结构，根据需求进行二次塑封，至少包括下述步骤：

功能模块制造：先完成独立模块化的封装，对由半导体功能芯片及其电极构成的功能模块进行独立的封装，构成独立的功能模块；

对二个以上的独立模块进行组合、焊接，构成模块化封装半导体防浪涌器件。

在上述方案基础上，对起到引出引脚、电路连接类其他作用的组件进行独立封装，构成独立的非功能模块。

本实用新型制备中，电路连接不需使用焊接、打线工艺，使用电镀、植球、蒸发生长、磁控溅射生长工艺中的一种或者几种来实现。

各独立模块之间进行组合连接的方式包括：真空焊接、回流焊接、波峰焊工艺中的一种或者几种。

对独立的功能模块连接后，对包括功能模块和非功能模块的模块化封装半导体防浪涌器件进行再次的塑封。

本实用新型中，模块包括功能性结构模块，和非功能性结构组件。

功能性结构模块由半导体芯片塑封后构成，塑封不使用预制框架（比如刻蚀框架，冲压框架）。而使用（包括却不限于）电镀、植球、蒸发生长、磁控溅射生长等工艺做电极的引出。

非功能性结构组件为不包含半导体芯片的部分构成。起到引出引脚，电路连接等其他作用的组件。

独立的模块进行组合连接，连接方式可以但是不限于使用真空焊接的，回流焊接、波峰焊接等方法进行连接。

独立模块组合连接后根据实际要求进行再次的塑封等操作。

本实用新型的积极效果：

由于含有芯片的功能性结构模块不使用预制的框架这样会把体积做到很小，有效降低了器件的体积，有效缩小了占pcb板面积和器件高度；

由于器件制备工艺先将芯片进行一次塑封，之后再进行连接以及二次塑封等工艺，故可靠性高，工艺参数稳定。

功能性模块为分离封装的，可以对其进行不同组合得到不同性能的器件，应用更方便、灵活。

附图说明

图1为58v耐压的tvs防浪涌器件封装结构示意图；

图2为58v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块一封装示意图；

图3为58v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块二封装示意图；

图4为58v耐压的tvs防浪涌器件的非功能上连接组件模块封装示意图；

图5为58v耐压的tvs防浪涌器件的非功能下连接组模块封装示意图；

图6为87v耐压的tvs防浪涌器件按三功能模块与上、下连接组件的模块堆叠封装示意图；

图7为87v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块一封装示意图；

图8为87v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块二封装示意图；

图9为87v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块三封装示意图；

图10为87v耐压的tvs防浪涌器件的非功能上连接模块封装示意图；

图11为87v耐压的tvs防浪涌器件的非功能下连接模块封装示意图；

图12为实施例3再次封装的76v耐压的防浪涌器件结构示意图；

图13为76v耐压的防浪涌器件功能模块一封装结构示意图；

图14为76v耐压的防浪涌器件功能模块二封装结构示意图；

图15为76v耐压的防浪涌器件功能模块三封装结构示意图；

图16为76v耐压的防浪涌器件功能模块一至三堆叠封装结构示意图；

图17为实施例4再封装58v耐压的tss防浪涌器件结构示意图；

图18为58v耐压的tss防浪涌器件功能模块一封装结构示意图；

图19为58v耐压的tss防浪涌器件功能模块二封装结构示意图；

图20为58v耐压的tss防浪涌器件功能模块一、二堆叠封装结构示意图；

图中标号说明：

图1中：

1——58v耐压的tvs防浪涌器件；

11、12——29v工作电压tvs功能模块一、二；

13、14——上、下连接组件模块；

图2中为29v工作电压tvs功能模块一11标号：

111——半导体芯片一；

112、113、114——铜柱构成金属连接层一、二、三；

115——绝缘塑封体；

图3中为29v工作电压tvs功能模块二12标号：

121——半导体芯片二；122、123、124——金属连接层一、二、三；

125——绝缘塑封体；

图4中上连接组件模块13标号：

131——成型塑封体；132——电泳的方式生长金属连接层；

图5中下连接组件模块14的标号：

141——塑封体；

142、143、144——金属连接层一、二、三；

图6中：

2——87v耐压的tvs防浪涌器件；

21、22、23——29v工作电压tvs功能模块一、二、三；

24、25——上、下连接组件模块；

图7中29v工作电压tvs功能模块一21的标号：

211——半导体芯片一；

212、213、214——金属连接层一、二、三；

215——绝缘塑封体；

图8中29v工作电压tvs功能模块二22的标号：

221——半导体芯片二；222、223、224——金属连接层一、二、三；

225——绝缘塑封体；

图9中的29v工作电压tvs功能模块三23的标号：

231——半导体芯片三；

232、233、234——金属连接层一、二、三；

235——绝缘塑封体；

图10中上连接组件模块24的标号：

241——成型塑封体；242——金属连接层；

图11中下连接组件模块25的标号：

251——塑封体；

252、253、254——金属连接层一、二、三；

图12中标号

3——76v耐压的防浪涌器件；

31——26vtvs芯片一进行独立封装构成的功能模块一；

32——26vtss芯片二进行独立封装构成的功能模块二；

33——26vtvs芯片三进行独立封装构成的功能模块三；

34——绝缘塑封罩；

图13中76v耐压的防浪涌器件3的功能性模块一31的标号：

311——26vtvs芯片一；312——正面植球；

313——塑封材料；

314、315、316——金属连接层一、二、三；

图14中26vtss芯片二进行独立封装构成的功能模块二32标号：

321——26vtss芯片二；322——正面植球；

323——塑封材料体；

324、325、326金属连接层一、二、三；

图15中26vtvs芯片三进行独立封装构成的功能模块三33标号：

331——26vtvs芯片三；332——正面植球；

333——绝缘塑封体；

334、335、336——金属连接层一、二、三；

图17中，

4——58v耐压的tss防浪涌器件；

41——29v工作电压tss芯片一的功能模块一；

42——29v工作电压tss芯片二的功能模块二；

43——塑封罩43；

图18中包含29v工作电压tss芯片一411的功能模块一41标号

411——29v工作电压tss芯片一；

412、413、414——金属连接层一、二、三；

415——塑封体；

图19中包含29v工作电压tss芯片二421的功能模块二42标号：

421——29v工作电压tss芯片二；

422、423、424——金属连接层一、二、三；

425——塑封体。

具体实施方式

实施例1

一种58v耐压的tvs防浪涌器件，如图1为58v耐压的tvs防浪涌器件封装结构示意图、图2为58v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块一封装示意图、图3为58v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块二封装示意图、图4为58v耐压的tvs防浪涌器件的非功能上连接组件模块封装示意图和图5为58v耐压的tvs防浪涌器件的非功能下连接组模块封装示意图所示：

如图1所示，一种58v耐压的tvs防浪涌器件1由二个结构相同、功能相同的29v工作电压tvs功能模块一、二11、12与上、下连接组件模块13、14堆叠封装构成。其中，功能性和非功能性模块均进行单独封装。

按下述步骤制造：

步骤一：在半导体芯片一111的双面电镀生长铜柱构成金属连接层一、二112、113作为芯片的上下电极，再用绝缘塑封材料封装，形成包括半导体芯片一111、金属连接层一、二和三112、113、114以及由绝缘塑封材料构成的绝缘塑封体115，其中，金属连接层三114作为导电柱可采用在绝缘塑封体上钻孔电泳的方式生长金属连接层三114，该金属连接层三114经绝缘塑封体115与半导体芯片一111、金属连接层一、二112、113绝缘，进行塑封减薄达到要求厚度，即构成如图2所示单独封装好的29v工作电压tvs功能模块一11；

步骤二，与步骤一相同，制成如图3所示的单独封装好的29v工作电压tvs功能模块二12，由包括半导体芯片二121、金属连接层一、二和三122、123、124以及由绝缘塑封材料构成的绝缘塑封体125；

步骤三，对上连接组件模块13进行单独封装，如图4所示，在本实例中使用在成型塑封体131上激光开孔后电泳的方式生长金属连接层132；

步骤四，对下连接组件模块14进行单独封装，如图5所示，制成方法与步骤三相同，但结构为在塑封体141上的二侧分别有金属连接层一、二和三142、143、144，其中，金属连接层一142的底面与金属连接层二143的顶面相连接，金属连接层一142和金属连接层三144的上平面与塑封体141的上平面相同，但不相连；金属连接层二143和金属连接层三144的底平面凸出塑封体141的底面作为二个互不相连的引脚；

步骤五，按照如图1所示的封装结构，自上而下，上连接组件模块13、29v工作电压tvs功能模块一、二11、12、下连接组件模块14依序堆叠封装，其中，上连接组件模块13的金属连接层132一端连接29v工作电压tvs功能模块一11的金属连接层一112，另一端连接29v工作电压tvs功能模块一11的金属连接层三114的顶面；29v工作电压tvs功能模块二12的金属连接层一122与29v工作电压tvs功能模块一11的金属连接层二113相接形成共用电极，29v工作电压tvs功能模块二12的金属连接层三124的顶面与29v工作电压tvs功能模块一11的金属连接层三114的底面相接；下连接组件模块14的金属连接层一142与29v工作电压tvs功能模块二12的金属连接层二123的底面相接，下连接组件模块14的金属连接层三144的顶面与29v工作电压tvs功能模块二12的金属连接层三124的底面相接，形成58v耐压的tvs防浪涌器件1整体。

本实施例中，把单独芯片进行独立封装形成独立模块，使用点锡工艺和真空焊接炉对金属连接层进行焊接。后经过磨样整形等工艺步骤得到最终成品贴片器件。

实施例2

如图6为87v耐压的tvs防浪涌器件按三功能模块与上、下连接组件的模块堆叠封装示意图、图7为87v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块一封装示意图、图8为87v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块二封装示意图、图9为87v耐压的tvs防浪涌器件的功能模块三封装示意图、图10为87v耐压的tvs防浪涌器件的非功能上连接模块封装示意图和图11为87v耐压的tvs防浪涌器件的非功能下连接模块封装示意图所示：

一87v耐压的tvs防浪涌器件2，如图6所示，由三个结构相同、功能相同的29v工作电压tvs功能模块一、二、三21、22、23与上、下连接组件模块24、25堆叠封装构成。其中，功能性和非功能性模块均进行单独封装。

与实施例1近似，按下述步骤制造：

步骤一，功能性模块的单独封装：在半导体芯片一211的双面电镀生长铜柱构成金属连接层一、二212、213后，再用绝缘塑封材料封装，形成包括半导体芯片一211、金属连接层一、二和三212、213、214以及由绝缘塑封材料构成的绝缘塑封体215，其中，金属连接层三214可采用在绝缘塑封体上钻孔电泳或其他方式生长金属连接层三214，该金属连接层三214经绝缘塑封体215与半导体芯片一211、金属连接层一、二212、213绝缘，进行塑封减薄达到要求厚度，即构成如图7所示单独封装好的29v工作电压tvs功能模块一21；

步骤二，与步骤一相同，制成如图8所示的单独封装好的29v工作电压tvs功能模块二22，由包括半导体芯片二221、金属连接层一、二和三222、223、224以及由绝缘塑封材料构成的绝缘塑封体225；

步骤三，与步骤一相同，制成如图9所示的单独封装好的29v工作电压tvs功能模块三23，由包括半导体芯片三231、金属连接层一、二和三232、233、234以及由绝缘塑封材料构成的绝缘塑封体235；

步骤四，对上连接组件模块24进行单独封装，如图10所示，在本实例中使用在成型塑封体241上激光开孔后电泳的方式生长金属连接层242；

步骤五，对下连接组件模块25进行单独封装，如图11所示，制成方法与步骤四相同，但结构为在塑封体251上的二侧分别有金属连接层一、二和三252、253、254，其中，金属连接层一252的底面与作为引脚的金属连接层二253的顶面相连接，金属连接层一252和作为导电柱及另一引脚的金属连接层三254的顶面与塑封体251的上平面相同，但不相连；金属连接层二253和金属连接层三254的底平面凸出塑封体251的底面，但不相连；

步骤六，按照如图6所示的封装结构，自上而下由上连接组件模块24、29v工作电压tvs功能模块一、二、三21、22、23、下连接组件模块25依序堆叠封装，形成87v耐压的tvs防浪涌器件2整体。其中，29v工作电压tvs功能模块一、二、三21、22、23之间芯片形成二二共用电极，29v工作电压tvs功能模块一、二、三21、22、23作为导电柱的金属连接层间首尾相连接，导电柱的顶端与上连接组件模块24的金属连接层242的一端相连接，底端与下连接组件模块25的金属连接层三254的顶面相接，使用点锡工艺和真空焊接炉对各金属连接层进行焊接。

把单独芯片进行独立封装形成独立模块，使用点锡工艺和真空焊接炉对金属连接层进行焊接。后经过磨样整形等工艺步骤得到最终成品贴片器件。

实施例3

如图12为实施例3再次封装的76v耐压的防浪涌器件结构示意图、图13为76v耐压的防浪涌器件功能模块一封装结构示意图、图14为76v耐压的防浪涌器件功能模块二封装结构示意图、图15为76v耐压的防浪涌器件功能模块三封装结构示意图和图16为76v耐压的防浪涌器件功能模块一至三堆叠封装结构示意图所示：

一种76v耐压的防浪涌器件3，如图12所示，由26vtvs芯片一进行独立封装构成的功能模块一31、26vtss芯片二进行独立封装构成的功能模块二32、26vtvs芯片三进行独立封装构成的功能模块三33，按序堆叠封装，按下述步骤：

（1）制备76v耐压的防浪涌器件3的26vtvs芯片一进行独立封装构成的功能模块一31：对26vtvs芯片一311进行独立封装，如图13所示，先在该芯片正面植球312后进行塑封，之后研磨塑封材料体313，使金属球裸露在外，再通过电镀的方式生长背面金属连接层二315，之后，正面激光开孔直到正面植球312表面，再通过电镀的方式生长铜柱以及正面金属连接层一314及与金属连接层一314连接的金属连接层三316，其中，金属连接层二315与作为导电柱的金属连接层三316通过塑封材料体313绝缘，之后对组件再进行塑封，构成由上连接组件和一功能模块一体的76v耐压的防浪涌器件3的功能性模块一31；

（2）制备76v耐压的防浪涌器件3的26vtss芯片二321进行独立封装构成的功能性模块二32：对26vtss芯片二321进行独立封装，如图14所示，先在该芯片正面植球322后进行塑封，之后研磨塑封材料体323，使金属球裸露在外，再通过电镀的方式生长背面金属连接层二325，之后正面激光开孔直到正面植球322表面，再通过电镀的方式生长铜柱以及正面金属连接层一324，以及作为导电柱的金属连接层三326，其中，金属连接层三326与金属连接层一、二324、325通过塑封材料体323绝缘，之后对组件再进行塑封形成76v耐压的防浪涌器件3的功能性模块二32；

（3）制备76v耐压的防浪涌器件3的26vtvs芯片三进行独立封装构成的功能模块三33：对26vtvs芯片三331进行独立封装，如图15所示，先在该芯片正面植球332后进行塑封，之后研磨绝缘塑封体333使金属球裸露在外，再通过电镀的方式生长背面作为该芯片电极和引脚的金属连接层二335，之后，正面激光开孔直到正面植球表面，再通过电镀的方式生长铜柱以及正面金属连接层一334作为该芯片的另一电极，和作为另一引脚的金属连接层三336，其中，金属连接层二335与金属连接层三336底面从塑封材料体333伸出，由绝缘塑封体333相互绝缘；金属连接层一334与金属连接层三336通过塑封材料体333金相互绝缘，之后对组件再进行塑封，构成由下连接组件和一功能模块一体的76v耐压的防浪涌器件3的功能性模块三33；

（4）对模块一至三从上至下按序进行堆叠封装，形成76v耐压的防浪涌器件3整体，如图16所示；

（5）对该整体可按需要进行再次封装，如图12所示，形成76v耐压的防浪涌器件3整体外再封装一绝缘塑封罩34的76v耐压的防浪涌器件3。

实施例4

如图17为实施例4再封装58v耐压的tss防浪涌器件结构示意图、图18为58v耐压的tss防浪涌器件功能模块一封装结构示意图、图19为58v耐压的tss防浪涌器件功能模块二封装结构示意图和图20为58v耐压的tss防浪涌器件功能模块一、二堆叠封装结构示意图所示：

一58v耐压的tss防浪涌器件4，如图17所示，由包含29v工作电压tss芯片一411的功能模块一41、包含29v工作电压tss芯片二421的功能模块二42堆叠封装构成，按如下步骤制备：

（1）包含29v工作电压tss芯片一411的功能模块一41，如图18所示，包含29v工作电压tss芯片一411、金属连接层一、二、三412、413、414和塑封体415，其中，金属连接层三414的一端伸出塑封体415构成电极的引脚，先对29v工作电压tss芯片一411进行蒸镀的方法制备双侧金属连接层一、二412、413，在金属连接层一412侧再使用光刻腐蚀的方法得到设计厚度的连接组件金属连接层三414，对得到的组件采用绝缘塑封材料塑封，磨样至设计尺寸，得到独立的的功能模块一；

（2）包含29v工作电压tss芯片二421的功能模块二42，如图19所示，结构与功能模块一41对称，包含29v工作电压tss芯片二421、金属连接层一、二、三422、423、424和塑封体425，其中，金属连接层三424的一端伸出塑封体425构成电极的引脚，先对29v工作电压tss芯片二421进行蒸镀的方法制备双侧金属连接层一、二422、423，在金属连接层二423侧再使用光刻腐蚀的方法得到设计厚度的连接组件金属连接层三424，对得到的组件采用绝缘塑封材料塑封，磨样至设计尺寸，得到独立的的功能模块二；

（3）对包含29v工作电压tss芯片一411的功能模块一41和包含29v工作电压tss芯片二421的功能模块二42进行堆叠，使功能模块一41的金属连接层二413与功能模块二42的金属连接层一422使用超声焊接的方式焊接，经过磨样整形等工艺步骤得到组件，如图20所示，形成58v耐压的tss防浪涌器件4整体；

（4）将形成58v耐压的tss防浪涌器件4整体采用绝缘塑封材料进行再次塑封，如图17所示，得到包括塑封罩43的58v耐压的tss防浪涌器件4。