[發(fā)明專利]一種采用凸塊與倒裝的大功率半導(dǎo)體器件封裝方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010794790.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN111834238A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李元雄;蒙國(guó)蓀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李元雄;蒙國(guó)蓀
• 主分類號(hào): H01L21/56
• 分類號(hào): H01L21/56;H01L23/488;H01L21/60;H01L23/367
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 蔡宗慧

本發(fā)明提供了一種采用凸塊與倒裝的大功率半導(dǎo)體器件封裝方法，包括以下步驟：S11在芯片內(nèi)部引腳焊盤上形成凸塊；S12倒裝芯片，使凸塊對(duì)準(zhǔn)基座散熱片的引腳位置進(jìn)行焊接，在芯片背面粘貼芯片背面散熱片。通過簡(jiǎn)單的凸塊取代引線或者卡片，大大降低大功率半導(dǎo)體器件的寄生電阻和電感，改善器件的高頻特性，減少了互聯(lián)金屬材料的耗用量，提高器件的最大工作電流，提高了器件的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大功率半導(dǎo)體器件封裝的方法，特別是采用凸塊與倒裝的芯片與外部電聯(lián)接的封裝方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍日益廣泛，封裝形式更趨多樣化。大功率半導(dǎo)體器件，比如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metal Oxide SemiconductorFET，簡(jiǎn)稱“MOSFET”)，也稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(Insulated Gate Field EffectTransistor，簡(jiǎn)稱“IGFET”)或絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，簡(jiǎn)稱“IGBT”)等，要求能在高壓大電流以及高溫環(huán)境下工作，同時(shí)要求導(dǎo)通電阻低，工作頻率高以及可靠性高，通常要把半導(dǎo)體器件芯片封裝在一定的外殼，比如金屬，陶瓷或塑料中，封裝時(shí)需要提供芯片內(nèi)部引腳與封裝外部管腳之間的電聯(lián)接。

實(shí)現(xiàn)這種電聯(lián)接目前主要采用以下兩種聯(lián)接技術(shù)：1.采用金屬引線的引線鍵合(wirebonding)技術(shù)，把半導(dǎo)體器件芯片正面朝上粘貼在基座上，然后把金屬引線焊接在芯片內(nèi)部引腳焊盤(bonding pad)與封裝外部管腳之間。這種聯(lián)接方式存在以下幾個(gè)問題：(1)金屬引線的截面積有限，限制了所能通過的電流，也就是半導(dǎo)體器件工作的最大電流。雖然采用多條引線并聯(lián)的方式可以增加引線有效截面積，但是會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)成正比增加，影響了封裝時(shí)的效率，同時(shí)焊點(diǎn)的增加降低了器件工作的可靠性。(2)金屬引線有相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，一般在厘米量級(jí)，會(huì)導(dǎo)致寄生電阻和電感，嚴(yán)重影響器件的導(dǎo)通電阻和高頻特性。(3)芯片大電流工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，一般在芯片正面的表面，只能以傳導(dǎo)的方式通過芯片本身傳遞到背面，再傳送到散熱基座上。由于芯片有一定的厚度以及芯片半導(dǎo)體材料本身熱導(dǎo)率不高，影響了熱傳導(dǎo)效率，使得器件在高溫環(huán)境和大電流下的工作受到限制。雖然可以通過芯片背面減薄的方法改善散熱，但是在減薄的過程中可能導(dǎo)致芯片破碎，而且這種方法需要使用先進(jìn)的設(shè)備和工藝技術(shù)，增加了封裝的難度和成本。(4)金屬引線互聯(lián)時(shí)需要在引線和芯片之間保持一定的空間距離，這增加了器件封裝后的厚度。

2.采用金屬片的卡片鍵合(clip bonding)技術(shù)。用片狀金屬代替引線或多條引線的并聯(lián)，同時(shí)用回流焊代替超聲焊接。與上述引線鍵合技術(shù)相比，這種聯(lián)接方式可以在一定程度上提高互聯(lián)線的截面積，減少寄生電阻和電感，改善器件的大電流及高頻特性。同時(shí)卡片與芯片之間的空間距離可以縮小，因而減小器件封裝后的厚度。但是這種卡片鍵合互聯(lián)技術(shù)所需要的互聯(lián)長(zhǎng)度沒有顯著改變，同時(shí)散熱仍然是以芯片背面散熱為主，仍然存在與上述引線鍵合方式的會(huì)導(dǎo)致寄生電阻和電感，嚴(yán)重影響器件的導(dǎo)通電阻和高頻特性；影響熱傳導(dǎo)效率，使得器件在高溫環(huán)境和大電流下的工作受到限制。雖然可以通過芯片背面減薄的方法改善散熱，但是在減薄的過程中可能導(dǎo)致芯片破碎，而且這種方法需要使用先進(jìn)的設(shè)備和工藝技術(shù)，增加了封裝的難度和成本。

現(xiàn)有技術(shù)的引線鍵合和卡片鍵合互聯(lián)技術(shù)中存在的互聯(lián)距離長(zhǎng)，散熱途徑局限在芯片背面這種單面散熱的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種大功率半導(dǎo)體器件封裝的方法，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種采用凸塊與倒裝的大功率半導(dǎo)體器件封裝方法，包括以下步驟：

S11在芯片內(nèi)部引腳焊盤上形成凸塊；

S12倒裝焊接凸塊與基座散熱片上的引腳，并在芯片背面粘接芯片背面散熱片。

進(jìn)一步，所述步驟S11具體為：