一种功率器件封装结构及其制造方法、电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种功率器件封装结构及其制造方法、电子装置。封装结构包括：包括基板电路层的基板；基板一侧的中间绝缘介质层，中间绝缘介质层开设有贯穿中间绝缘介质层的腔体和通孔；腔体内设置有功率芯片，功率芯片朝向基板一侧设置有底电极，底电极电性连接基板电路层；围成通孔的中间绝缘介质层内侧壁表面覆盖有内层金属互联层，内层金属互联层还延伸至中间绝缘介质层上朝向基板一侧表面和中间绝缘介质层上背向基板一侧表面，内层金属互联层电性连接基板电路层；外层金属互联层，外层金属互联层位于中间绝缘介质层背向基板一侧，功率芯片背向基板一侧设置有顶电极，顶电极电性连接外层金属互联层；外层金属互联层还电性连接内层金属互联层。

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件封装结构及其制造方法、电子装置
本专利技术涉及功率器件模块化技术，具体涉及一种功率器件封装结构及电子装置。
技术介绍
传统的铝线键合式封装是功率器件最常用、技术最成熟的封装技术。然而，铝线键合式封装存在若干技术瓶颈制约碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体功率器件的性能提升。例如由于功率器件工作时会产生大量热，造成高温环境，铝线键合式封装的封装材料，诸如锡基无铅焊料、塑封料等无法长时间承受200℃以上的高温环境；此外在高温环境下，铝线的寄生电感很大，并且可能发生击穿，或者互相干扰。因此铝线键合式封装很难充分发挥SiC、GaN等宽禁带半导体功率器件的性能。
技术实现思路
基于上述问题本专利技术提供一种功率器件封装结构及其制造方法、电子装置，以解决SiC、GaN等宽禁带半导体功率器件性能难以充分发挥的问题。本专利技术提供一种功率器件封装结构，包括：基板，基板包括基板电路层；第一封装单元，第一封装单元包括：基板一侧的中间绝缘介质层，中间绝缘介质层开设有贯穿中间绝缘介质层的腔体，腔体内设置有功率芯片，功率芯片朝向基板一侧设置有底电极，底电极电性连接基板电路层；中间绝缘介质层还开设有贯穿中间绝缘介质层的通孔，围成通孔的中间绝缘介质层内侧壁表面覆盖有内层金属互联层，内层金属互联层还延伸至中间绝缘介质层上朝向基板一侧表面和中间绝缘介质层上背向基板一侧表面，内层金属互联层电性连接基板电路层；外层金属互联层，外层金属互联层位于中间绝缘介质层背向基板一侧，功率芯片背向基板一侧设置有顶电极，顶电极电性连接外层金属互联层；外层金属互联层还电性连接内层金属互联层。可选的，第一封装单元还包括：填充绝缘介质层，填充绝缘介质层填充通孔和腔体中的空隙，且填充绝缘介质层覆盖中间绝缘介质层背向基板一侧的表面，填充绝缘介质层还覆盖内层金属互联层背向基板一侧的表面和功率芯片背向基板一侧的表面；填充绝缘介质层在内层金属互联层和顶电极的对应位置开设多个穿孔，外层金属互联层延伸进入多个穿孔，电性连接内层金属互联层和顶电极。可选的，第一封装单元还包括：缓冲金属层，缓冲金属层位于外层金属互联层和内层金属互联层之间，且位于外层金属互联层和功率芯片的顶电极之间，且位于所述外层金属互联层和所述填充绝缘介质层之间；缓冲金属层的金属活性低于或等于外层金属互联层的金属活性。可选的，第一封装单元还包括：外层绝缘介质层，外层绝缘介质层覆盖填充绝缘介质层背向基板一侧的表面，且包覆外层金属互联层背向基板一侧的表面和侧部。可选的，中间绝缘介质层的具有多个腔体，功率芯片的数量为多个，多个功率器件分别设置于多个腔体中。可选的，第一封装单元的数量为多个，多个第一封装单元中的功率芯片通过基板电路层电性连接；和/或，多个第一封装单元中的外层金属互联层之间电性连接。可选的，功率器件封装结构还包括：封装引脚；第二封装单元和第三封装单元，第二封装单元和第三封装单元分别电性连接基板电路层，第一封装单元、第二封装单元和第三封装单元相互分立；第二封装单元封装有有源器件或无源器件或非功率芯片；第三封装单元封装有有源或无源器件或非功率芯片。本专利技术还提供一种功率器件封装结构的制造方法，包括以下步骤：提供基板，基板包括基板电路层；形成第一封装单元，形成第一封装单元的步骤包括：在基板一侧形成中间绝缘介质层，在中间绝缘介质层开设贯穿中间绝缘介质层的腔体，在腔体内设置功率芯片，功率芯片朝向基板一侧设置有底电极，底电极电性连接基板电路层；在中间绝缘介质层开设贯穿中间绝缘介质层的通孔，在围成通孔的中间绝缘介质层内侧壁表面覆盖有内层金属互联层，内层金属互联层还延伸至中间绝缘介质层上朝向基板一侧表面和中间绝缘介质层上背向基板一侧表面，内层金属互联层电性连接基板电路层；形成外层金属互联层，外层金属互联层形成于中间绝缘介质层背向基板一侧，功率芯片背向基板一侧设置有顶电极，顶电极电性连接外层金属互联层；外层金属互联层还电性连接内层金属互联层。可选的，功率器件封装结构制造方法，还包括以下步骤：形成填充绝缘介质层，填充绝缘介质层填充通孔和腔体中的空隙，且填充绝缘介质层覆盖中间绝缘介质层背向基板一侧的表面，填充绝缘介质层还覆盖内层金属互联层背向基板一侧的表面和功率芯片背向基板一侧的表面；填充绝缘介质层在内层金属互联层和顶电极的对应位置开设多个穿孔，外层金属互联层延伸进入多个穿孔，电性连接内层金属互联层和顶电极；形成缓冲金属层，缓冲金属层位于外层金属互联层和内层金属互联层之间，且位于外层金属互联层和功率芯片的顶电极之间，且位于外层金属互联层和填充绝缘介质层之间；形成外层绝缘介质层，外层绝缘介质层覆盖填充绝缘介质层背向基板一侧的表面，且包覆外层金属互联层背向基板一侧的表面和侧部。本专利技术还提供一种电子装置，包括如上所述的功率器件封装结构。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术的功率器件封装结构，通过中间绝缘介质层开设腔体和通孔，功率芯片设置于腔体内，通孔设置内层金属互联层，利用外层金属互联层将功率芯片和内层金属互联层连接的方式，取代传统的铝线键合的方式，可以避免铝线在高温环境下寄生电感过大的问题，从而可以发挥SiC、GaN等宽禁带半导体功率芯片的性能。同时，由于中间绝缘介质层设置多个通孔，可辅助功率芯片散热，有助于提高功率器件封装结构的散热能力，降低功率芯片的工作环境温度，有利于SiC、GaN等宽禁带半导体功率芯片性能的发挥。2.本专利技术的功率器件封装结构，通过填充绝缘介质层填充腔体中和通孔中的空隙，并开设穿孔，外层金属互联层伸入穿孔中电性连接功率芯片和内层金属互联层的设置，可一定程度减少外层金属互联层与功率芯片的接触面积，减少因长时间受到大量功率芯片放热而加剧损耗及导致性能降低的情况。3.本专利技术的功率器件封装结构，通过缓冲金属层的设置，一方面可以避免功率芯片的电极和外层金属互联层在高温环境下发生反应，造成器件损坏；另一方面在加工过程中可保护功率芯片的电极和内层金属互联层，避免发生过量刻蚀造成器件损坏。4.本专利技术的功率器件封装结构，可以通过单个第一封装单元封装多个功率芯片，和/或多个第一封装单元再行电性连接的方式实现多个功率芯片的互联。5.本专利技术的功率器件封装结构，还可以包括其他封装有有源器件或无源器件或非功率芯片的封装单元，有利于提高器件的集成度。6.本专利技术提供的功率器件封装结构的制造方法，通过中间绝缘介质层开设腔体和通孔，功率芯片设置于腔体内，通孔设置内层金属互联层，利用外层金属互联层将功率芯片和内层金属互联层连接的方式，取代传统的铝线键合的方式，可以避免铝线在高温环境下寄生电感过大的问题，从而可以发挥SiC、GaN等宽禁带半导体功率芯片的性能。同时，由于中间绝缘介质层设置多个通孔，可辅助功率芯片散热，有助于提高功率器件封装结构的散热能力，降低功率芯片的工作环境温度，有利于SiC、GaN等宽禁带半导体功率芯片性能的发挥。7.本专利技术提供的功率器件封装结构的制造方法，通过填充绝缘介质层填充腔体中和通孔中的空隙，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件封装结构，其特征在于，包括：/n基板，所述基板包括基板电路层；/n第一封装单元，所述第一封装单元包括：/n所述基板一侧的中间绝缘介质层，所述中间绝缘介质层开设有贯穿所述中间绝缘介质层的腔体，所述腔体内设置有功率芯片，所述功率芯片朝向所述基板一侧设置有底电极，所述底电极电性连接所述基板电路层；/n所述中间绝缘介质层还开设有贯穿所述中间绝缘介质层的通孔，围成所述通孔的中间绝缘介质层内侧壁表面覆盖有内层金属互联层，所述内层金属互联层还延伸至所述中间绝缘介质层上朝向所述基板一侧表面和所述中间绝缘介质层上背向所述基板一侧表面，所述内层金属互联层电性连接所述基板电路层；/n外层金属互联层，所述外层金属互联层位于所述中间绝缘介质层背向所述基板一侧，所述功率芯片背向所述基板一侧设置有顶电极，所述顶电极电性连接所述外层金属互联层；所述外层金属互联层还电性连接所述内层金属互联层。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率器件封装结构，其特征在于，包括：
基板，所述基板包括基板电路层；
第一封装单元，所述第一封装单元包括：
所述基板一侧的中间绝缘介质层，所述中间绝缘介质层开设有贯穿所述中间绝缘介质层的腔体，所述腔体内设置有功率芯片，所述功率芯片朝向所述基板一侧设置有底电极，所述底电极电性连接所述基板电路层；
所述中间绝缘介质层还开设有贯穿所述中间绝缘介质层的通孔，围成所述通孔的中间绝缘介质层内侧壁表面覆盖有内层金属互联层，所述内层金属互联层还延伸至所述中间绝缘介质层上朝向所述基板一侧表面和所述中间绝缘介质层上背向所述基板一侧表面，所述内层金属互联层电性连接所述基板电路层；
外层金属互联层，所述外层金属互联层位于所述中间绝缘介质层背向所述基板一侧，所述功率芯片背向所述基板一侧设置有顶电极，所述顶电极电性连接所述外层金属互联层；所述外层金属互联层还电性连接所述内层金属互联层。


2.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述第一封装单元还包括：
填充绝缘介质层，所述填充绝缘介质层填充所述通孔和所述腔体中的空隙，且所述填充绝缘介质层覆盖所述中间绝缘介质层背向所述基板一侧的表面，所述填充绝缘介质层还覆盖所述内层金属互联层背向所述基板一侧的表面和所述功率芯片背向所述基板一侧的表面；所述填充绝缘介质层在所述内层金属互联层和所述顶电极的对应位置开设多个穿孔，所述外层金属互联层延伸进入所述多个穿孔，电性连接所述内层金属互联层和所述顶电极。


3.根据权利要求2所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述第一封装单元还包括：
缓冲金属层，所述缓冲金属层位于所述外层金属互联层和所述内层金属互联层之间，且位于所述外层金属互联层和所述功率芯片的顶电极之间，且位于所述外层金属互联层和所述填充绝缘介质层之间；所述缓冲金属层的金属活性低于或等于所述外层金属互联层的金属活性。


4.根据权利要求2所述的功率器件封装结构，其特征在于，所述第一封装单元还包括：
外层绝缘介质层，所述外层绝缘介质层覆盖所述填充绝缘介质层背向所述基板一侧的表面，且包覆所述外层金属互联层背向所述基板一侧的表面和侧部。


5.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，
所述中间绝缘介质层具有多个腔体，所述功率芯片的数量为多个，多个所述功率器件分别设置于所述多个腔体中。


6.根据权利要求1所述功率器件封装结构，其特征在于，
所述第一封装单元的数量为多个，多个第一封装单元中的功率芯片通过所述基板电路层电性连...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯峰泽，曹立强，王启东，丁飞，
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，上海先方半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32