硅基GaNHEMT器件面板级扇出型封装结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种硅基GaN HEMT器件面板级扇出型封装结构，包括硅基GaN HEMT芯片，芯片的四周和正面被第一塑封料包裹，底部金属层为第一散热通道，硅基GaN HEMT芯片正面输入输出口上方的铜线路为第二散热通道。本实用新型专利技术用铜线路将芯片的输入输出口引出，与传统焊线封装工艺中用金线或铜线引出输入输出口相比，大大减小了封装带来的寄生电阻和电感，使得产品应用频率的上限进一步提升。芯片背面与金属散热片直接相连，提供除芯片底部以外的另外一个散热通道，大大降低了封装热阻，解决了硅基GaNHEMT器件正面散热困难的问题。硅基GaNHEMT器件正面散热困难的问题。硅基GaNHEMT器件正面散热困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
硅基GaN HEMT器件面板级扇出型封装结构


[0001]本技术涉及晶圆级封装
，具体是一种硅基GaN HEMT器件面板级扇出型封装结构。

技术介绍

[0002]电子产品由于自身的存在内阻，在工作时会将电能转换为热能，从而造成整机温度的上升，当热产生的速度与耗散的速度相等时，既达到热平衡状态，温度将稳定在一个确定的值。电阻与温度一般呈现正相关，器件内阻会随温度的升高而升高，从而消耗的电能也会升高，造成整机效率下降，能源的浪费。为此我们希望器件稳定工作时的温度越低越好，加快热的耗散速度显得尤为重要。
[0003]在电源产品中，比如充电器，适配器，充电桩，数据中心电源等，内部的开关器件是热产生的主要来源，所以解决好开关器件的散热有利于提高电源产品的效率。传统的开关器件主要以硅(Si)基MOSFET(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect
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Transistor金属
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氧化物半导体场效应晶体管)为主，由于Si基MOSFET由于材料和结构的限制，无法满足高频和大功率的应用。第三代半导体材料器件GaN高电子迁移率晶体管(GaN HEMT:High
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Electron
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Mobility Transistor)具有高击穿场强，高电子迁移率，高结温等特点，是替代Si MOSFET的理想器件。
[0004]GaN材料的热导率与Si相差不大，为发挥GaN HEMT的优越性能，要求封装热阻足够小。
[0005]MOSFET工作时，当门极(Gate)电压大于其阈值电压Vth时，载流子从源极(Source)经过Gate流入到漏极(Drain)形成通路，通过控制Gate电压来控制器件的开通和关断，同时沟道内伴随着开关损耗以及导通损耗。GaN HEMT器件的Source与Drain都在器件表面，热量主要集中在器件表面，而传统的Si MOSFET的Source和Drain分别位于器件的表面以及底面，属于垂直结构，工作时产生热量贯穿整个器件。这就导致GaN HEMT在封装热处理上与传统Si器件的要求不同。
[0006]传统Si基功率器件的封装采用焊线Wire Bonding工艺，芯片工作时主要靠芯片底部的框架(Lead Frame)进行散热，散热方式单一，而且细长的Wire带来较大的寄生电感，限制了产品的高频应用。
[0007]晶圆级封装(WLP)于2000年左右问世。在此之前，大多数封装工艺都是机械加工，例如磨削，锯切，焊丝等。
[0008]扇出型技术主要可以分作三种类型：芯片先装/面朝下(chip
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first/face
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down)、芯片先装/面朝上(chip
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first/face
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up)和芯片后装(chip
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last)。这些基本结构已扩展为包括许多变体，随着各种变化的出现，最终用户越来越难以理解它们之间的差异，以及它们各自的优缺点。扇出的每个供应商都有自己的一套架构，具有不同的材料组合和工艺流程，以及用于区分自己的术语。这使得最终用户不仅要选择封装架构，还要能够为任何定义的架构提供第二个源，这是一个重大的挑战。这可能会对大量实施产生负面影响。
[0009]对于晶圆级的封装技术Wafer level CSP来说，在近期内有几个挑战。硅技术节点的发展，随着WLCSP尺寸的增大，可靠性和芯片封装交互(CPI)面临着更大的挑战。这不仅是可靠性性能，而且是WLCSP制造后在后续过程中可能出现的不利影响。这包括运输和搬运，以及最终组装到电路板上。人们越来越关注在WLCSP周围以模具型化合物的形式添加五面或六面保护，以为制造后的工艺提供额外的保护。目前晶圆级的封装技术Wafer level CSP的晶圆有5个面都暴露在空气中，在产品的结构强度和安全规范、可靠性等诸多方面都无法满足高电压，复杂的应用环境。

技术实现思路

[0010]本技术的目的是利用板极扇出型封装技术，结合宽禁带半导体器件设计出高压器件，提供一种硅基GaNHEMT器件面板级扇出型封装结构，具有高散热能力，高可靠性，低寄生电感。
[0011]为实现上述技术目的，本技术技术方案如下：
[0012]一种硅基GaN HEMT器件面板级扇出型封装结构，包括硅基GaN HEMT芯片1，硅基GaN HEMT芯片的四周和正面被第一塑封料41包裹，硅基GaN HEMT芯片的正面为硅衬底11上面GaN器件层12的上表面，硅衬底11的底部为芯片背面，硅基GaN HEMT芯片的底部直接连接底部金属层7，硅基GaN HEMT芯片1的上表面为绝缘层6，绝缘层6上通过打孔设置输入输出口5，绝缘层6的上表面为铜线路3，铜线路3的上方为引脚，铜线路3将芯片的输入输出口引出，相邻的铜线路3之间通过第二塑封料42隔离；硅基GaN HEMT芯片1下方的底部金属层7为第一散热通道，硅基GaN HEMT芯片1正面输入输出口5上方的铜线路3为第二散热通道。
[0013]所述的硅基GaNHEMT器件面板级扇出型封装结构，通过如下封装方法得到：
[0014](1)绝缘层6粘贴在GaN晶圆8表面；
[0015](2)通过在绝缘层6激光打孔的方式露出输入输出口5；
[0016](3)将GaN晶圆8切割成单颗硅基GaN HEMT芯片1后倒装到载板；
[0017](4)在硅基GaN HEMT芯片1的四周和芯片背面用第一塑封料41塑封，
[0018](5)研磨减薄芯片背面的第一塑封料41直至露出背面的Si衬底11，脱板；
[0019](6)通过曝光显影的方法在硅基GaN HEMT芯片1正面做铜线路3布线，通过电镀将GaN芯片的输入输出口5引出到产品表面，并形成引脚2；
[0020](7)在硅基GaN HEMT芯片背面通过电镀、溅射的方式形成底部金属层7，通过此底部金属层7增强散热。
[0021](8)硅基GaN HEMT芯片正面用第二塑封料42塑封。
[0022]本技术的有益效果为：
[0023]本技术用铜线路将芯片的输入输出口引出，与传统焊线封装工艺中用金线/铜线引出输入输出口相比，大大减小了封装带来的寄生电阻和电感，使得产品应用频率的上限进一步提升。
[0024]芯片背面与金属散热片直接相连，提供除芯片底部以外的另外一个散热通道，大大降低了封装热阻，解决了GaN HEMT正面散热困难的问题，形成双散热通道。
附图说明
[0025]图1为本技术实施例的硅基GaN HEMT器件面板级扇出型封装结构示意图；
[0026]图2
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图8为本技术实施例中提出的封装方法步骤示意图。
[0027]1为硅基GaN HEMT芯片，11为硅衬底，12为GaN器件层，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基GaN HEMT器件面板级扇出型封装结构，其特征在于：包括硅基GaN HEMT芯片(1)，硅基GaN HEMT芯片(1)的四周和正面被第一塑封料(41)包裹，硅基GaN HEMT芯片(1)的正面为硅衬底(11)上面GaN器件层(12)的上表面，硅衬底(11)的底部为芯片背面，GaN HEMT芯片(1)的底部直接连接底部金属层(7)，硅基GaN HEMT芯片(1)的上表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家才，霍炎，谢雷，罗鹏，熊元庆，
申请(专利权)人：成都氮矽科技有限公司，
类型：新型
国别省市：