一种基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基板埋入式功率器件封装结构，包括：基板，所述基板具有金属化通孔和第一功率芯片嵌入槽；第一功率芯片，所述第一功率芯片设置在所述第一功率芯片嵌入槽内；光可成像电介质PID，所述光可成像电介质PID覆盖所述基板的上下两面，且在所述金属化通孔和所述第一功率芯片的电极的对应位置设置有上开口和下开口；上金属层，所述上金属层设置在所述光可成像电介质PID的上面和所述上开口中，与所述第一功率芯片的第一面电极以及所述金属化通孔形成电互连；下金属层，所述下金属层设置在所述光可成像电介质PID的下面和所述下开口中，与所述第一功率芯片的第二面电极以及所述金属化通孔形成电互连；上阻焊层，所述上阻焊层覆盖所述上金属层；下阻焊层，所述下阻焊层覆盖所述下金属层；以及金属化焊盘。

A Substrate Embedded Power Device Packaging Structure and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法
本专利技术涉及功率器件封装
，尤其涉及一种基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法。
技术介绍
传统的铝线键合式封装是功率器件最常用、技术最成熟的一种封装技术，其封装结构如图1所示。然而，铝线键合式封装存在若干技术瓶颈制约着功率器件的性能提升。其存在的主要问题有：功率器件铝线键合式封装采用的大多数封装材料，诸如锡基无铅焊料、塑封料等，无法长时间承受200摄氏度以上的高温环境；金基焊料价格昂贵；有铅焊料被禁用；高熔点焊料需要更高的工艺温度，这不仅耗能还会导致更高的残余应力。相比相同规格的硅基器件，SiC、GaN器件的尺寸更小，功率密度更大，因此，它的散热是一个挑战。传统的铝线键合式封装的散热只能通过单面进行散热，散热能力有限。传统的铝线键合式封装最常见的失效模式主要有铝线剥离、根部断裂以及焊料分层等。在高速开关过程中，功率器件和铝线的温度随器件不断开通和关断而发生变化。在恶劣的工作环境下，如经历高低温差变化、150摄氏度以上的高温等，由于铝线和器件的热膨胀系数不匹配，会导致铝线和芯片界面应力集中，进而产生诸如铝线剥离、根部断裂等失效，因此铝线的可靠性依然是一个挑战。另外，在高温应用环境下，铝线的电阻会明显增大，会限制大电流的应用；在高频应用环境下，铝线键合封装的寄生电感也很大，可达10nH以上，很难满足SiC、GaN等宽禁带半导体器件的需求，寄生电感过大容易产生电压过冲，严重时会损坏器件。因此亟需新的封装技术来解决这些问题。此外，由于现有功率器件金属焊盘多为铝焊盘，适用于铝线键合式封装，这与PCB埋入封装的部分工艺不兼容，因此必须对功率器件金属焊盘做一层金属化处理，功率器件金属化处理通常采用晶圆级工艺，因为单颗裸芯片很难进行金属化处理且不污染芯片。另一方面，功率器件电极与外层线路的互连通常采用激光打孔、电镀等工艺来实现，然而，对于芯片电极金属化很薄的功率器件，如果激光能量控制不当，激光打孔很容易击穿电极，从而损坏芯片。针对现有的功率器件铝线键合式封装存在的寄生电感大可能引起电压过冲，散热效果较差，无法进行单颗裸芯片金属化处理，工艺复杂，成本较高等问题，本专利技术提出了一种新型的基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法至少部分的克服了上述问题。
技术实现思路
针对现有的功率器件铝线键合式封装存在的寄生电感大可能引起电压过冲，散热效果较差，无法进行单颗裸芯片金属化处理，工艺复杂，成本较好等问题，根据本专利技术的一个方面，提供一种基板埋入式功率器件封装结构，包括：基板，所述基板具有金属化通孔和第一功率芯片嵌入槽；第一功率芯片，所述第一功率芯片设置在所述第一功率芯片嵌入槽内；光可成像电介质PID，所述光可成像电介质PID覆盖所述基板的上下两面，且在所述金属化通孔和所述第一功率芯片的电极的对应位置设置有上开口和下开口；上金属层，所述上金属层设置在所述光可成像电介质PID的上面和所述上开口中，与所述第一功率芯片的第一面电极以及所述金属化通孔形成电互连；下金属层，所述下金属层设置在所述光可成像电介质PID的下面和所述下开口中，与所述第一功率芯片的第二面电极以及所述金属化通孔形成电互连；上阻焊层，所述上阻焊层覆盖所述上金属层；下阻焊层，所述下阻焊层覆盖所述下金属层；以及金属化焊盘。在本专利技术的一个实施例中，所述基板为PCB芯板。在本专利技术的一个实施例中，所述基板还包括第二功率芯片嵌入槽。在本专利技术的一个实施例中，该基板埋入式功率器件封装结构还包括第二功率芯片，所述第二功率芯片设置在所述第二功率芯片嵌入槽内。在本专利技术的一个实施例中，所述光可成像电介质PID进入所述金属化通孔的中空部、第一功率芯片与第一功率芯片嵌入槽之间的间隙以及第二功率芯片与第二功率芯片嵌入槽之间的间隙。在本专利技术的一个实施例中，所述第一功率芯片的第一面电极为第一功率芯片漏极；所述第一功率芯片的第二面电极为第一功率芯片的源极和栅极。在本专利技术的一个实施例中，所述金属化焊盘设置成与上金属层和/或下金属层电连接。根据本专利技术的另一个实施例，提供一种基板埋入式功率器件封装结构的制造方法，包括：在PCB芯板上形成金属化通孔和芯片嵌入槽；在PCB芯板的芯片嵌入槽能埋置功率芯片；双面层压光敏介质材料形成光可成像电介质PID；形成功率芯片电极和金属化通孔的电镀窗口；形成双面电镀种子层；图形化电镀形成上金属层和下金属层；去除裸露的电镀种子层；形成双面阻焊层；以及形成金属化焊盘。在本专利技术的另一个实施例中，所述上金属层电互连至所述功率芯片第一面电极；所述下金属层电互连至所述功率芯片的第二面电极。在本专利技术的另一个实施例中，所述功率芯片的第一面电极为功率芯片的漏极；所述功率芯片的第二面电极为功率芯片的源极和栅极。本专利技术提供一种基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法，通过在有芯基板上形成金属通孔和功率芯片埋入槽，然后在功率芯片埋入槽中进行功率芯片的对准埋入，再采用光敏材料进行双面层压作为介质层，然后通过光刻工艺形成功率芯片双面电极和有芯基板上金属通孔的电镀窗口，再通过双面图形化光刻、电镀，形成与功率芯片双面电极、有芯基板的金属通孔电连接的双面金属层及焊盘。基于本专利技术的该种基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法与铝线键合式封装相比，具有寄生电感较小，散热效率更高，可针对单颗裸片进行金属化处理，制造工艺灵活、简单，成本较低等优点。附图说明为了进一步阐明本专利技术的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本专利技术的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本专利技术的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。图1示出现有的功率器件铝线键合式封装的示意图。图2示出根据本专利技术的一个实施例形成的一种基板埋入式功率器件封装结构200的剖面示意图。图3A至图3I示出根据本专利技术的一个实施例形成该种基板埋入式功率器件封装结构200的过程剖面示意图。图4示出的是根据本专利技术的一个实施例形成该种基板埋入式功率器件封装结构200的流程图400。具体实施方式在以下的描述中，参考各实施例对本专利技术进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本专利技术的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本专利技术的实施例的全面理解。然而，本专利技术可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。需要说明的是，本专利技术的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本专利技术的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。本专利技术提供一种基板埋入式功率器件封装结构及其制造方法，通过在有芯基板上形成金属通孔和功率芯片埋入槽，然后在功率芯片埋入槽中进行功率芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基板埋入式功率器件封装结构，包括：基板，所述基板具有金属化通孔和第一功率芯片嵌入槽；第一功率芯片，所述第一功率芯片设置在所述第一功率芯片嵌入槽内；光可成像电介质PID，所述光可成像电介质PID覆盖所述基板的上下两面，且在所述金属化通孔和所述第一功率芯片的电极的对应位置设置有上开口和下开口；上金属层，所述上金属层设置在所述光可成像电介质PID的上面和所述上开口中，与所述第一功率芯片的第一面电极以及所述金属化通孔形成电互连；下金属层，所述下金属层设置在所述光可成像电介质PID的下面和所述下开口中，与所述第一功率芯片的第二面电极以及所述金属化通孔形成电互连；上阻焊层，所述上阻焊层覆盖所述上金属层；下阻焊层，所述下阻焊层覆盖所述下金属层；以及金属化焊盘。

【技术特征摘要】
1.一种基板埋入式功率器件封装结构，包括：基板，所述基板具有金属化通孔和第一功率芯片嵌入槽；第一功率芯片，所述第一功率芯片设置在所述第一功率芯片嵌入槽内；光可成像电介质PID，所述光可成像电介质PID覆盖所述基板的上下两面，且在所述金属化通孔和所述第一功率芯片的电极的对应位置设置有上开口和下开口；上金属层，所述上金属层设置在所述光可成像电介质PID的上面和所述上开口中，与所述第一功率芯片的第一面电极以及所述金属化通孔形成电互连；下金属层，所述下金属层设置在所述光可成像电介质PID的下面和所述下开口中，与所述第一功率芯片的第二面电极以及所述金属化通孔形成电互连；上阻焊层，所述上阻焊层覆盖所述上金属层；下阻焊层，所述下阻焊层覆盖所述下金属层；以及金属化焊盘。2.如权利要求1所述的基板埋入式功率器件封装结构，其特征在于，所述基板为PCB芯板。3.如权利要求1所述的基板埋入式功率器件封装结构，其特征在于，所述基板还包括第二功率芯片嵌入槽。4.如权利要求3所述的基板埋入式功率器件封装结构，其特征在于，还包括第二功率芯片，所述第二功率芯片设置在所述第二功率芯片嵌入槽内。5.如权利要求1或4所述的基板埋入式功率器件封装结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯峰泽，
申请(专利权)人：华进半导体封装先导技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32