硅基GaNHEMT器件面板级扇出型封装结构制造技术

技术编号:30987824 阅读:29 留言:0更新日期:2021-11-25 21:35
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

Oxide

Semiconductor Field

Effect

Transistor金属

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

Electron

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

first/face

down)、芯片先装/面朝上(chip

first/face

up)和芯片后装(chip

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

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:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1