芯片外露的半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：芯片外露的半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種半導(dǎo)體器件，更確切的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種芯片外露的無(wú)引腳半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品主要采用表面組裝技術(shù)(SMT)來(lái)組裝電子元器件，組裝至印刷電路板 (PCB)上的半導(dǎo)體功率器件中，散熱和器件尺寸是兩個(gè)極其重要的性能參數(shù)，通常我們期望得到具高散熱性和較小尺寸、較薄厚度的半導(dǎo)體功率器件。另則，在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件的塑封體內(nèi)部，用于電性連接內(nèi)部芯片與半導(dǎo)體器件的引腳之類(lèi)的外部接觸端子的鍵合線(Bonding Wire)，易于帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)的離散電感，如何竭力避開(kāi)該缺陷以改善功率器件的電氣性能是需解決的問(wèn)題之一。專(zhuān)利號(hào)為US7154168的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種倒裝芯片的半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半導(dǎo)體器件具有在塑封體上預(yù)留的一個(gè)或多個(gè)窗口，并據(jù)此敞開(kāi)的窗口而外露出芯片背部，該半導(dǎo)體器件還包含多個(gè)排列于半導(dǎo)體器件塑封體兩側(cè)的引腳。同時(shí)，專(zhuān)利號(hào)為 US7256479的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種利用倒裝芯片的封裝方式通過(guò)焊球?qū)⑿酒附又烈€框架的制造方法，該半導(dǎo)體器件的芯片的一面設(shè)置的一層導(dǎo)電層暴露于塑封體的外部，該半導(dǎo)體器件亦包含多個(gè)排列于半導(dǎo)體器件塑封體兩側(cè)的引腳。然，上述已公開(kāi)的專(zhuān)利的技術(shù)方案在解決半導(dǎo)體器件的整體性散熱問(wèn)題上取得的效果并不理想，尤其是封裝體內(nèi)芯片的散熱途徑更有待改善，其延伸出塑封體的引腳難以實(shí)質(zhì)性的減小半導(dǎo)體器件尺寸，且生產(chǎn)該器件的制作工藝過(guò)程復(fù)雜、于實(shí)際應(yīng)用中的代價(jià)成本過(guò)高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，為了解決上述局限和難題，本發(fā)明的就在于提出了一種基于縮小封裝體尺寸需求的無(wú)引腳半導(dǎo)體器件，將構(gòu)成芯片漏極電極的背面金屬層直接暴露于用于塑封芯片的塑封體的外部的，其背面金屬層作為焊盤(pán)直接用于組裝焊接至印刷電路板(PCB)的散熱焊盤(pán)上，同時(shí)還作為芯片的導(dǎo)熱途徑。為了獲得上述無(wú)引腳半導(dǎo)體器件，本發(fā)明所提供的一種芯片外露的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，包括以下步驟于一包含多顆芯片的晶圓的正面進(jìn)行電鍍形成芯片上的電鍍區(qū)；于所述晶圓背面進(jìn)行研磨用于減薄晶圓的厚度；在減薄后的晶圓的背面沉積一層金屬層；于所述電鍍區(qū)表面涂覆一層導(dǎo)電材料；在所述金屬層表面粘貼一層切割膜；切割所述晶圓及金屬層用于將芯片從晶圓上分離并形成位于芯片背面的背面金
屬層；提供一種引線框架，利用所述導(dǎo)電材料將所述芯片粘貼至與之相應(yīng)的引線框架的正面的基島區(qū)；粘 合一層膠帶至引線框架的正面；從引線框架的背面注入塑封料；移除膠帶；切割引線框架和塑封料以形成多顆以塑封體塑封包覆所述芯片的半導(dǎo)體器件。上述的方法，任意一芯片在晶圓的正面設(shè)有一層構(gòu)成芯片柵極電極的第一柵極金屬層和一層構(gòu)成芯片源極電極的第一源極金屬層，電鍍區(qū)包含電鍍于第一柵極金屬層表面的一層第二柵極金屬層和電鍍于第一源極金屬層表面的一層第二源極金屬層。上述的方法，所述芯片的背面金屬層構(gòu)成芯片的漏極電極。上述的方法，所述的基島區(qū)包括位于同一平面的一個(gè)第一金屬接觸片和數(shù)個(gè)第二金屬接觸片。上述的方法，將所述芯片粘貼至引線框架的基島區(qū)是以倒裝芯片的生產(chǎn)工藝方式實(shí)現(xiàn)的。上述的方法，通過(guò)涂覆于第二柵極金屬層表面的導(dǎo)電材料將第二柵極金屬層與第一金屬接觸片黏接；以及通過(guò)涂覆于第二源極金屬層表面的導(dǎo)電材料將第二源極金屬層與數(shù)個(gè)第二金屬接觸片黏接。上述的方法，第一金屬接觸片通過(guò)一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)連接至一柵極焊盤(pán)；數(shù)個(gè)第二金屬接觸片通過(guò)一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)連接至一源極焊盤(pán)。上述的方法，完成芯片粘貼后，柵極焊盤(pán)的一底面、源極焊盤(pán)的一底面、背面金屬層的底面、引線框架的正面位于同一平面。上述的方法，粘合至引線框架的正面的一層膠帶接觸并覆蓋柵極焊盤(pán)的一底面、 源極焊盤(pán)的一底面、背面金屬層的底面、引線框架的正面。上述的方法，移除膠帶后從所述塑封料中外露出背面金屬層的底面、柵極焊盤(pán)的底面、源極焊盤(pán)的底面。上述的方法，引線框架通過(guò)多個(gè)連筋與基島區(qū)連接。上述的方法，連筋用于將柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)連接至引線框架上。上述的方法，塑封料還用于塑封包覆柵極焊盤(pán)、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸片、源極焊盤(pán)、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第二金屬接觸片、背面金屬層及導(dǎo)電材料。上述的方法，切割引線框架和塑封料還用于在所述塑封體的一側(cè)壁外露出柵極焊盤(pán)的一側(cè)面、源極焊盤(pán)的一側(cè)面。上述的方法，在晶圓背面沉積的一層金屬層為鈦鎳銀合金。基于上述方法，本發(fā)明的一種芯片外露的半導(dǎo)體器件，包括一芯片，于芯片正面設(shè)置有一層第一柵極金屬層及一層第一源極金屬層，于芯片背面設(shè)置有一層背面金屬層；以及電鍍于第一柵極金屬層表面的一層第二柵極金屬層和電鍍于第一源極金屬層表面的一層第二源極金屬層；—柵極焊盤(pán)及與柵極焊盤(pán)連接的一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)，柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)設(shè)有一延伸至靠近第二柵極金屬層的第一金屬接觸片，通過(guò)在第二柵極金屬層上涂覆導(dǎo)電材料將第二柵極金屬層與第一金屬接觸片黏接；一源極焊盤(pán)及與源極焊盤(pán)連接的一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)設(shè)有延伸至靠近第二源極金屬層的數(shù)個(gè)第二金屬接觸片，通過(guò)在第二源極金屬層上涂覆導(dǎo)電材料將第二源極金屬層與第二金屬接觸片黏接；用于塑封包覆芯片、第一柵極金屬層、第一源極金屬層、第二柵極金屬層、第二源極金屬層及背面金屬層的塑封體，其中，背面金屬層的底面外露于塑封體的底面。上述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，第一柵極金屬層構(gòu)成所述芯片的柵極電極，第一源極金屬層構(gòu)成所述芯片的源極電極，背面金屬層構(gòu)成所述芯片的漏極電極。上述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，塑封體還用于塑封包覆柵極焊盤(pán)、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸片、源極焊盤(pán)、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第二金屬接觸片及導(dǎo)電材料。上述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，柵極焊盤(pán)的底面、源極焊盤(pán)的底面均外露于所述塑封體的底面；以及柵極焊盤(pán)的一側(cè)面、源極焊盤(pán)的一側(cè)面均外露于所述塑封體的一側(cè)壁。上述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)垂直于柵極焊盤(pán)，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)垂直于源極焊盤(pán)。上述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，第一金屬接觸片和數(shù)個(gè)第二金屬接觸片位于同一平面。上述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，第二柵極金屬層、第二源極金屬層、背面金屬層均為鈦鎳銀合金。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀以下較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，并參照附圖之后，本發(fā)明的這些和其他方面的優(yōu)勢(shì)無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說(shuō)明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。圖1是半導(dǎo)體器件的頂面結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖2是半導(dǎo)體器件的底面結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖3是半導(dǎo)體器件的透視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是半導(dǎo)體器件中芯片及第一柵極金屬層表面的第二柵極金屬層、第一源極金屬層表面的第二源極金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是半導(dǎo)體器件中柵極焊盤(pán)、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸片和源極焊盤(pán)、 源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、數(shù)個(gè)第二金屬接觸片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是半導(dǎo)體器件中芯片粘貼至第一金屬接觸片和源極焊盤(pán)、數(shù)個(gè)第二金屬接觸片上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是包含多個(gè)芯片的晶圓的正面結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖8是位于晶圓上的芯片的正面結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖9是晶圓的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是對(duì)晶圓進(jìn)行背部研磨的示意圖。
圖11是在晶圓背面沉積一層金屬層的示意圖。
圖12是于電鍍區(qū)表面涂覆一層導(dǎo)電材料的示意圖。圖13是在晶圓背面的金屬層表面粘貼一層切割膜的示意圖。圖14是切割晶圓的示意圖。圖15是切割晶圓得到的芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16是本發(fā)明使用的引線框架的正面結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖17是基島區(qū)與基島區(qū)周?chē)囊€框架連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是基島區(qū)及連接引線框架的連筋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖19是芯片粘貼至基島區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖20是完成芯片粘貼的引線框架的正面結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖21是粘合一層膠帶至引線框架的正面的流程示意圖。圖22是粘合一層膠帶至引線框架正面的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖23是粘合有一層膠帶的引線框架的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖24是位于粘合有一層膠帶的引線框架中的芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖25是從引線框架的背面注入塑封料的示意圖。圖26是完成塑封料注入的引線框架的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖27是移除膠帶的引線框架的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖28是位于移除膠帶的引線框架中的芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖29是切割引線框架和塑封料所切割連筋的示意圖。圖30是切割引線框架和塑封料所得到的半導(dǎo)體器件的透視結(jié)構(gòu)示意圖。圖31是切割引線框架和塑封料所得到的半導(dǎo)體器件的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求和發(fā)明內(nèi)容所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下所述參見(jiàn)圖1所示，半導(dǎo)體器件100為無(wú)引腳封裝(No-lead Package)結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體器件100的密封材料為塑封體130，塑封體130包含頂面101、底面102和一側(cè)壁103，在側(cè)壁103上外露出半導(dǎo)體器件100的柵極焊盤(pán)121的一側(cè)面121'、源極焊盤(pán)122的一側(cè)面 122'。參見(jiàn)圖2所示，半導(dǎo)體器件100的底面102有外露出塑封體130的背面金屬層113、 柵極焊盤(pán)121的一底面121"及源極焊盤(pán)122的一底面122"，其中，背面金屬層113外露于塑封體130的一面為背面金屬層113的底面113'。參見(jiàn)圖3所示，半導(dǎo)體器件100包含的芯片110被塑封于塑封體130中，塑封體 130 一般源于固化的環(huán)氧塑封料(Epoxy Molding Compound)。參見(jiàn)圖4所示，芯片110的正面110'設(shè)置有一層第一柵極金屬層IlOa及一層第一源極金屬層110c，芯片110的背面110"設(shè)置有一層背面金屬層113，背面金屬層113包含底面113'；以及電鍍于第一柵極金屬層IlOa表面的一層第二柵極金屬層IlOb和電鍍于第一源極金屬層IlOc表面的一層第二源極金屬層110d。芯片110的柵極區(qū)、源極區(qū)(未示出)位于芯片110的正面110'，芯片110的漏極區(qū)(未示出)位于芯片110的背面110"，第一柵極金屬層IlOa與芯片110的柵極區(qū)(未示出)電接觸構(gòu)成芯片110的柵極電極，第一源極金屬層IlOc與芯片110的源極區(qū)(未示出)電接觸構(gòu)成芯片110的源極電極，背面金屬層113與芯片110的漏極區(qū)(未示出)電接觸構(gòu)成芯片110的漏極電極。柵極電極和源極電極通常為鋁銅或鋁硅銅。第二柵極金屬層110b、第二源極金屬層110d、背面金屬層 113的優(yōu)選材料為鈦鎳銀合金(Ti/Ni/Ag)。參見(jiàn)圖4所示，芯片110的第二柵極金屬層IlOb上涂覆有導(dǎo)電材料111、第二源極金屬層IlOd上多處涂覆有導(dǎo)電材料112，導(dǎo)電材料111、112的優(yōu)選材料為導(dǎo)電銀漿 (Epoxy)或焊錫膏(Solder paste)。結(jié)合圖4所示的芯片110結(jié)構(gòu)，圖3展示的半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)中，包含一柵極焊盤(pán)121及與柵極焊盤(pán)121連接的一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)121a， 柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)121a設(shè)有一延伸至靠近芯片110的第二柵極金屬層IlOb (未示出)的第一金屬接觸片121b，通過(guò)在第二柵極金屬層IlOb上涂覆的導(dǎo)電材料111將第二柵極金屬層IlOb與第一金屬接觸片121b黏接；圖3展示的半導(dǎo)體器件100還包含源極焊盤(pán)122及與源極焊盤(pán)122連接的一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)122a，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)12 設(shè)有延伸至靠近芯片110的第二源極金屬層110d(未示出)的數(shù)個(gè)第二金屬接觸片122b，通過(guò)在第二源極金屬層1 IOd上涂覆的數(shù)處導(dǎo)電材料112將第二源極金屬層1 IOd與數(shù)個(gè)第二金屬接觸片 122b黏接。即是圖3中第一金屬接觸片121b通過(guò)圖4中的導(dǎo)電材料111與第二柵極金屬層IlOb黏接，圖3中數(shù)個(gè)第二金屬接觸片122b通過(guò)圖4中的數(shù)處導(dǎo)電材料112與第二源極金屬層IlOd黏接。參見(jiàn)圖5所示，在如圖3的半導(dǎo)體器件100中，第一金屬接觸片121b通過(guò)一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)121a連接至柵極焊盤(pán)121 ；數(shù)個(gè)第二金屬接觸片122b通過(guò)一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)12 連接至源極焊盤(pán)122。柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)121a垂直于柵極焊盤(pán)121，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)12 垂直于源極焊盤(pán)122。第一金屬接觸片121b和數(shù)個(gè)第二金屬接觸片122b位于
同一平面。參見(jiàn)圖6所示，在如圖3的半導(dǎo)體器件100中，芯片110通過(guò)圖4中的導(dǎo)電材料 111、112以倒裝芯片(Flip Chip)的方式被粘貼至第一金屬接觸片121b、數(shù)個(gè)第二金屬接觸片122b上，使得背面金屬層113的底面113'與柵極焊盤(pán)121的一底面121"、源極焊盤(pán) 122的一底面122"位于同一平面。圖3、4中，塑封體130用于塑封包覆芯片110、第一柵極金屬層110a、第一源極金屬層110c、第二柵極金屬層110b、第二源極金屬層IlOd及背面金屬層113，塑封體130還用于塑封包覆柵極焊盤(pán)121、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)121a、第一金屬接觸片121b、源極焊盤(pán)122、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)122a、第二金屬接觸片122b及導(dǎo)電材料111、112。圖2中，外露于塑封體 130的底面102的柵極焊盤(pán)121的底面121"用于形成芯片110的外部柵極接觸端子，外露于塑封體130的底面102的源極焊盤(pán)122的底面122"用于形成芯片110的外部源極接觸端子，外露于塑封體130的底面的背面金屬層113的底面113'用于形成芯片110的外部漏極接觸端子。通常，外部柵極接觸端子、外部源極接觸端子及外部漏極接觸端子作為電信號(hào)傳輸端子用于將半導(dǎo)體器件100連接至外部元器件，分別體現(xiàn)為半導(dǎo)體器件100的柵極 ((kite)、源極(Source)及漏極(Drain)。圖4中，芯片110的正面110'設(shè)置的一層第一柵極金屬層IlOa及一層第一源極金屬層IlOc通常為金屬鋁的合金，例如鋁銅或鋁硅銅，第一柵極金屬層IlOa與第一源極
8金屬層IlOc以鈍化層絕緣隔離。在傳統(tǒng)IC封裝領(lǐng)域，鋁材質(zhì)的第一柵極金屬層IlOa與第一源極金屬層IlOc被用作鍵合區(qū)通過(guò)引線鍵合(Wire Bonding)電性連接至IC的引腳上，然則，鋁材質(zhì)極度容易氧化，異于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明極力避免易于氧化的第一柵極金屬層110a、第一源極金屬層IlOc直接黏接到第一金屬接觸片121b、第二金屬接觸片122b上， 以電鍍化學(xué)穩(wěn)定性較好的鈦鎳銀合金(Ti/Ni/Ag)的第二柵極金屬層110b、第二源極金屬層IlOd于第一柵極金屬層110a、第一源極金屬層IlOc上。

圖2中，利用表面組裝技術(shù)(SMT)將半導(dǎo)體器件100組裝至印刷電路板(PCB)上， 暴露的背面金屬層113通過(guò)焊錫膏之類(lèi)的焊接料焊接到PCB的散熱焊盤(pán)上，使得半導(dǎo)體器件100焊接到PCB上之后具有極佳的電和熱性能。半導(dǎo)體器件100不像傳統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝 (如TSOP封裝)那樣在塑封體內(nèi)部布置有鷗翼狀鍵合線(Bonding Wire)，其芯片100與背面金屬層113、柵極焊盤(pán)121、源極焊盤(pán)122之間的導(dǎo)電路徑短，自感系數(shù)以及封裝體內(nèi)布線電阻很低，所以，它能提供卓越的電性能。此外，它還通過(guò)外露的背面金屬層113、柵極焊盤(pán) 121、源極焊盤(pán)122提供了出色的散熱性能，PCB的用于焊接背面金屬層113的散熱焊盤(pán)具有直接散熱的通道，用于釋放半導(dǎo)體器件100封裝內(nèi)的熱量。通常，將背面金屬層113、柵極焊盤(pán)121、源極焊盤(pán)122直接焊接在PCB電路板上，PCB中的散熱過(guò)孔有助于將多余的功耗擴(kuò)散到銅接地板中，從而吸收多余的熱量。無(wú)引腳封裝(No-lead Package)設(shè)計(jì)由于體積小、重量輕，這種封裝適合對(duì)尺寸、重量和性能都有要求的應(yīng)用。本發(fā)明另外一方面在于提供一種基于上述技術(shù)特征的芯片外露的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，包括以下步驟于一包含多顆芯片的晶圓的正面進(jìn)行電鍍形成芯片上的電鍍區(qū)；于所述晶圓背面進(jìn)行研磨用于減薄晶圓的厚度；在減薄后的晶圓的背面沉積一層金屬層；于所述電鍍區(qū)表面涂覆一層導(dǎo)電材料；在所述金屬層表面粘貼一層切割膜；切割所述晶圓及金屬層用于將芯片從晶圓上分離并形成位于芯片背面的背面金
屬層；提供一種引線框架，利用所述導(dǎo)電材料將所述芯片粘貼至與之相應(yīng)的引線框架的正面的基島區(qū)；粘合一層膠帶至引線框架的正面；從引線框架的背面注入塑封料；移除膠帶；切割引線框架和塑封料以形成多顆以塑封體塑封包覆所述芯片的半導(dǎo)體器件。具體而言，具體步驟見(jiàn)下述技術(shù)方案。參見(jiàn)圖7所示，晶圓(Wafer) 200包含多個(gè)鑄造在一起的芯片(Die)210，于晶圓 200的正面201進(jìn)行電鍍(Plating)形成芯片210上的電鍍區(qū)。圖8展示了芯片210的正面結(jié)構(gòu)，任意一芯片210在晶圓200的正面設(shè)有一層構(gòu)成芯片210柵極電極的第一柵極金屬層(未示出)和一層構(gòu)成芯片210源極電極的第一源極金屬層(未示出)，因此，于晶圓 200的正面201進(jìn)行電鍍后，電鍍區(qū)包含電鍍于第一柵極金屬層表面的一層第二柵極金屬層211和電鍍于第一源極金屬層表面的一層第二源極金屬層212。圖8中未示出第一柵極金屬層被第二柵極金屬層211覆蓋住，未示出第一源極金屬層被第二源極金屬層212覆蓋住。參見(jiàn)圖9所示，晶圓200的截面結(jié)構(gòu)示意圖，晶圓200包括正面201和背面202，于背面202進(jìn)行研磨(Wafer Backside Grinding)用于減薄晶圓200的厚度，減薄后的晶圓 200見(jiàn)圖10所示。參見(jiàn)圖11所示，在減薄后的晶圓200的背面202'沉積一層電性能及化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的鈦鎳合金或銀鎳合金的金屬層213。參見(jiàn)圖12所示，結(jié)合圖8示出的芯片210，于晶圓200正面201的芯片210上的電鍍區(qū)表面涂覆一層具粘合性能的導(dǎo)電銀漿(Epoxy)或焊錫膏(Solder paste)的導(dǎo)電材料，形成涂覆于任意一芯片210的第二柵極金屬層211表面的導(dǎo)電材料211'；以及涂覆于芯片210的第二源極金屬層212表面的多處導(dǎo)電材料212'。本發(fā)明可選擇性的在第二源極金屬層212表面預(yù)定的區(qū)域涂覆多個(gè)導(dǎo)電材料212'區(qū)域。參見(jiàn)圖13所示，在金屬層213表面粘貼一層切割膜214，切割膜214通常為藍(lán)膜 (Blue Tape)。參見(jiàn)圖14所示，進(jìn)行晶圓切割(Wafer Saw)，從正面201切割晶圓200及切割膜214，圖中切口 215為預(yù)定的切割線，金屬層213同時(shí)被切割，切割膜214在縱向上部分被切割，用于將晶圓200分割成多顆圖15中帶有背面金屬層213'的芯片210，背面金屬層213'源自對(duì)金屬層213的切割。至此，多顆芯片210從晶圓200上分離，背面金屬層 213'構(gòu)成芯片210的漏極電極。參見(jiàn)圖15所示，任意一顆帶有背面金屬層213'的芯片 210的正面20Γ即同于圖14中晶圓200正面201，芯片210的背面202〃即同于圖14中晶圓200背面202'，結(jié)合圖15、8所示的芯片210，圖15中，在正面201'上形成涂覆于芯片210的第二柵極金屬層211 (圖15未示出，需參考圖8)表面的導(dǎo)電材料211'以及涂覆于芯片210的第二源極金屬層212(圖15未示出，需參考圖8)表面的多個(gè)導(dǎo)電材料212' 區(qū)域。參見(jiàn)圖16所示，展示了引線框架(Leadframe) 300的正面301與未示出的背面 302，本發(fā)明的引線框架300包含多個(gè)芯片組裝區(qū)310。圖17中展出了芯片組裝區(qū)310與引線框架300連接的示意結(jié)構(gòu)，芯片組裝區(qū)310的具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)于圖18，芯片組裝區(qū)310包含用于粘貼芯片的基島區(qū)O^ddle)，基島區(qū)由數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b與一個(gè)第一金屬接觸片311b組成，數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b與一個(gè)第一金屬接觸片311b位于同一平面。芯片組裝區(qū)310中，第一金屬接觸片311b通過(guò)一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a連接至一柵極焊盤(pán)311 上，數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b通過(guò)一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31 連接至一源極焊盤(pán)312上，在該結(jié)構(gòu)中，采用柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a垂直于柵極焊盤(pán)311、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31 垂直于源極焊盤(pán)312。結(jié)合圖17、18所示，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31 連接有一個(gè)連筋312c，通過(guò)連筋312c，數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b、源極焊盤(pán)312連接至引線框架300上；柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a連接有一個(gè)連筋311c，通過(guò)連筋311c，第一金屬接觸片311b、柵極焊盤(pán)311連接至引線框架300上。本發(fā)明公開(kāi)了一個(gè)較為簡(jiǎn)潔的基島區(qū)與引線框架連接方式，事實(shí)上，上述第一金屬接觸片311b、柵極焊盤(pán)311及柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a和數(shù)個(gè)第二金屬接觸片 312b、源極焊盤(pán)312及源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31 連接到引線框架300還可以選擇其他的連筋設(shè)置方式，例如通過(guò)連接于柵極焊盤(pán)311、源極焊盤(pán)312上的其他的連筋將柵極焊盤(pán)311、源極焊盤(pán)312連接至引線框架300上。其中，柵極焊盤(pán)311的一底面311'、源極焊盤(pán)312的一底面312'、引線框架300的正面301位于同一平面。參見(jiàn)圖19所示，利用倒裝芯片(Flip Chip)的封裝工藝，進(jìn)行芯片粘貼 (DieAttach)。依據(jù)圖15所示的芯片210正面201'上涂覆的導(dǎo)電材料211'、212'，將芯片210粘貼至與之相應(yīng)的圖16中引線框架300的正面301的基島區(qū)，如圖15，由于芯片 210在正面201'上形成有位于第二柵極金屬層211(未示出)表面的導(dǎo)電材料211'以及位于第二源極金屬層212(未示出)表面的多個(gè)導(dǎo)電材料212'區(qū) 域，完成芯片粘貼之后，則第二柵極金屬層211剛好通過(guò)導(dǎo)電材料211'與圖18中第一金屬接觸片311b黏接，第二源極金屬層212剛好通過(guò)多個(gè)導(dǎo)電材料212'區(qū)域與圖18中數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b黏接，以至得到如圖19所示的在基島區(qū)(Paddle)完成芯片粘貼的結(jié)構(gòu)示意圖，芯片210粘貼至基島區(qū)的第一金屬接觸片311b、數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b上之后，背面金屬層213'的底面213"與柵極焊盤(pán)311的一底面311'、源極焊盤(pán)312的一底面312'位于同一平面。參見(jiàn)圖20所示，引線框架300已經(jīng)完成芯片粘貼，即是圖16中引線框架300的芯片組裝區(qū)310完成粘貼芯片210。此時(shí)，如圖21、22所示，粘合一層膠帶400至引線框架300 的正面301，得到如圖23所示的粘合有一層膠帶400至引線框架300的正面301的截面結(jié)構(gòu)，與正面301相對(duì)的另一面為引線框架300的背面302。參見(jiàn)圖24所示，位于粘合有一層膠帶400的引線框架300中的芯片210的截面結(jié)構(gòu)中，膠帶400接觸并覆蓋源極焊盤(pán)312的一底面312'、背面金屬層213'的底面213"及引線框架300的正面301，之前已提及柵極焊盤(pán)311的一底面311'、源極焊盤(pán)312的一底面312'、引線框架300的正面301位于同一平面，結(jié)合圖19，同樣，圖24中未示出的柵極焊盤(pán)311的一底面311'亦被膠帶400接觸并覆蓋住。參見(jiàn)圖25所示，從引線框架300的背面302注入塑封料進(jìn)行塑封(Molding)。在塑封工藝中，引線框架300安置在塑封設(shè)備的模具(Mold Chase)的模腔(Cavity)中，模具包括上模具(Top Chase)和下模具(Bottom Chase)，膠帶400緊密貼合在下模具的上表面， 塑封料在引線框架300的背面302的一側(cè)進(jìn)行塑封注入，塑封料一般為環(huán)氧塑封料(Epoxy MoldingCompound) 0完成塑封工藝后，如圖26所示，引線框架300的背面302及引線框架 300與芯片210、第二金屬接觸片312b、第一金屬接觸片311b、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a、柵極焊盤(pán)311、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)312a、源極焊盤(pán)312、連筋312c、連筋312c等各部件之間的縫隙處均填充有塑封料500。在塑封過(guò)程中，與膠帶400接觸并被覆蓋住的源極焊盤(pán)312的底面312'、柵極焊盤(pán)311的底面311'、背面金屬層213'的底面213〃受到膠帶400的保護(hù)而不被塑封料觸及，以防止源極焊盤(pán)312的底面312'、柵極焊盤(pán)311的底面311'、背面金屬層213' 的底面213〃與下模具(Bottom Chase)的上表面之間有塑封料侵入(Invasion)而產(chǎn)生溢料(Bleeding)。如果源極焊盤(pán)312的底面312 ‘、柵極焊盤(pán)311的底面311 ‘、背面金屬層 213'的底面213"粘附有不必要塑封料，那么在SMT工藝中，底面312'、底面311'、底面 213"難以黏合焊錫膏并導(dǎo)致它們無(wú)法保持正常的組裝至PCB電路板的焊盤(pán)上，而這不是我們所期望的。參見(jiàn)圖27所示，從引線框架300正面301移除膠帶400。至此，得到如圖28的位于移除膠帶400的引線框架300中的芯片210的截面結(jié)構(gòu)，芯片210周?chē)目p隙處已經(jīng)填充有塑封料500，芯片210、第二金屬接觸片312b、第一金屬接觸片311b、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a、柵極焊盤(pán)311、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)312a、源極焊盤(pán)312、連筋312c、連筋312c及其他各部件均被塑封料500密封保護(hù)，但是，由于膠帶400被移除，因此，與膠帶400接觸并被覆蓋住的源極焊盤(pán)312的一底面312'、柵極焊盤(pán)311的一底面311'、背面金屬層213'的底面 213"、引線框架300的正面301均予以外露。完成塑封后，對(duì)被塑封的引線框架300進(jìn)行切割(Package Saw)，切割引線框架 300和塑封料500是同時(shí)進(jìn)行的。參見(jiàn)圖四所示，切割線312d、311d是預(yù)先設(shè)計(jì)好的切割位置，連筋312c、連筋 312c在切割(Package Saw)工藝中被切割斷，實(shí)際上，切斷后的連筋312c、連筋312c或多或少的會(huì)部分被保留在源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31 、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a上(為了簡(jiǎn)潔和便于敘述起見(jiàn)，下文中不再示出)。芯片210連同第二金屬接觸片312b、第一金屬接觸片311b、 柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a、柵極焊盤(pán)311、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)312a、源極焊盤(pán)312及其他附著于芯片210上的各部件均被從引線框架300中切割分離出來(lái)，得到如圖30所示的半導(dǎo)體器件 600。參見(jiàn)圖30、31所示，圖30為半導(dǎo)體600的透視示意結(jié)構(gòu)，圖31是半導(dǎo)體器件600 的截面結(jié)構(gòu)，塑封體500'源于對(duì)塑封料500的切割。綜合圖8至31，半導(dǎo)體器件600包含 柵極焊盤(pán)311及與柵極焊盤(pán)311連接的柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a，柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)311a設(shè)有一延伸至靠近芯片210的第二柵極金屬層211的第一金屬接觸片311b，通過(guò)在第二柵極金屬層211上涂覆的導(dǎo)電材料211'將第二柵極金屬層211與第一金屬接觸片311b黏接； 源極焊盤(pán)312及與源極焊盤(pán)312連接的源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31加，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)31 設(shè)有延伸至靠近芯片210的第二源極金屬層212的數(shù)個(gè)第二金屬接觸片312b，通過(guò)在第二源極金屬層212上涂覆的多處導(dǎo)電材料212'將第二源極金屬層212與數(shù)個(gè)第二金屬接觸片 31 黏接。圖19中源極焊盤(pán)312的一底面312'、柵極焊盤(pán)311的一底面311 ‘、背面金屬層213'的底面213"均外露于圖30、31中半導(dǎo)體器件600的底面602。圖30、31中，與底面602相對(duì)的是半導(dǎo)體器件600的頂面601，相鄰頂面601、底面602的是導(dǎo)體器件600的一側(cè)壁603。參見(jiàn)圖30所示，在上述方法中，切割塑封料500和引線框架300得到塑封體500 ‘ 的同時(shí)，源極焊盤(pán)312的一側(cè)面312"、柵極焊盤(pán)311的一側(cè)面311"暴露于半導(dǎo)體器件600 的側(cè)壁603。得到的半導(dǎo)體器件600，外露的柵極焊盤(pán)311的底面311'用于形成芯片210的外部柵極接觸端子，外露的源極焊盤(pán)312的底面312'用于形成芯片210的外部源極接觸端子，外露的背面金屬層213'的底面213"用于形成芯片210的外部漏極接觸端子。基于對(duì)半導(dǎo)體器件600的共面性(Coplanity)要求，背面金屬層213'的底面213"與柵極焊盤(pán) 311的一底面311'及源極焊盤(pán)312的一底面312'位于同一平面的，使得底面213“、底面 311'及底面312'粘附焊錫膏焊接至PCB電路板上后，可保障半導(dǎo)體器件600與PCB之間保持良好的導(dǎo)電性能、散熱性能，以具備穩(wěn)定的可靠性。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。 基于本發(fā)明理念，本發(fā)明公開(kāi)的半導(dǎo)體器件還存在較多的變形形式，例如，本發(fā)明是以單芯片為例說(shuō)明，根據(jù)同樣的發(fā)明理念，本發(fā)明也可應(yīng)用于雙芯片或多芯片器件；或者，將本發(fā)明應(yīng)用于包含引腳的器件。這些變形形式毫無(wú)疑慮的被發(fā)明人看做是本發(fā)明的重要組成部分。 通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了具體實(shí)施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然，這些內(nèi)容并不作為局限。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)掌握，本發(fā)明具有多種其他特殊形式，無(wú)需過(guò)多實(shí)驗(yàn)，就能將本發(fā)明應(yīng)用于這些實(shí)施例。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種芯片外露的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟 于一包含多顆芯片的晶圓的正面進(jìn)行電鍍形成芯片上的電鍍區(qū)；于所述晶圓背面進(jìn)行研磨用于減薄晶圓的厚度； 在減薄后的晶圓的背面沉積一層金屬層； 于所述電鍍區(qū)表面涂覆一層導(dǎo)電材料； 在所述金屬層表面粘貼一層切割膜；切割所述晶圓及金屬層用于將芯片從晶圓上分離并形成位于芯片背面的背面金屬層；提供一種引線框架，利用所述導(dǎo)電材料將所述芯片粘貼至與之相應(yīng)的引線框架的正面的基島區(qū)；粘合一層膠帶至引線框架的正面； 從引線框架的背面注入塑封料； 移除膠帶；切割引線框架和塑封料以形成多顆以塑封體塑封包覆所述芯片的半導(dǎo)體器件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，任意一芯片在晶圓的正面設(shè)有一層構(gòu)成芯片柵極電極的第一柵極金屬層和一層構(gòu)成芯片源極電極的第一源極金屬層，電鍍區(qū)包含電鍍于第一柵極金屬層表面的一層第二柵極金屬層和電鍍于第一源極金屬層表面的一層第二源極金屬層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述背面金屬層構(gòu)成芯片的漏極電極。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基島區(qū)包括位于同一平面的一個(gè)第一金屬接觸片和數(shù)個(gè)第二金屬接觸片。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述芯片粘貼至引線框架的基島區(qū)是以倒裝芯片的生產(chǎn)工藝方式實(shí)現(xiàn)的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過(guò)涂覆于第二柵極金屬層表面的導(dǎo)電材料將第二柵極金屬層與第一金屬接觸片黏接；以及通過(guò)涂覆于第二源極金屬層表面的導(dǎo)電材料將第二源極金屬層與數(shù)個(gè)第二金屬接觸片黏接。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，第一金屬接觸片通過(guò)一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)連接至一柵極焊盤(pán)；數(shù)個(gè)第二金屬接觸片通過(guò)一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)連接至一源極焊盤(pán)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，完成芯片粘貼后，柵極焊盤(pán)的一底面、源極焊盤(pán)的一底面、背面金屬層的底面、引線框架的正面位于同一平面。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，粘合至引線框架的正面的一層膠帶接觸并覆蓋柵極焊盤(pán)的底面、源極焊盤(pán)的底面、背面金屬層的底面、引線框架的正面。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，移除膠帶后從所述塑封料中外露出背面金屬層的底面、柵極焊盤(pán)的底面、源極焊盤(pán)的底面。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，引線框架通過(guò)多個(gè)連筋與基島區(qū)連接。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，連筋用于將柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)連接至引線框架上。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，塑封料還用于塑封包覆柵極焊盤(pán)、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸片、源極焊盤(pán)、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第二金屬接觸片、背面金屬層及導(dǎo)電材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，切割引線框架和塑封料還用于在所述塑封體的一側(cè)壁外露出柵極焊盤(pán)的一側(cè)面、源極焊盤(pán)的一側(cè)面。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在晶圓背面沉積的一層金屬層為鈦鎳銀合^^ ο
16.一種芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括一芯片，于芯片正面設(shè)置有一層第一柵極金屬層及一層第一源極金屬層，于芯片背面設(shè)置有一層背面金屬層；以及電鍍于第一柵極金屬層表面的一層第二柵極金屬層和電鍍于第一源極金屬層表面的一層第二源極金屬層；一柵極焊盤(pán)及與柵極焊盤(pán)連接的一柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)，柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)設(shè)有一延伸至靠近第二柵極金屬層的第一金屬接觸片，通過(guò)在第二柵極金屬層上涂覆導(dǎo)電材料將第二柵極金屬層與第一金屬接觸片黏接；一源極焊盤(pán)及與源極焊盤(pán)連接的一源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)設(shè)有延伸至靠近第二源極金屬層的數(shù)個(gè)第二金屬接觸片，通過(guò)在第二源極金屬層上涂覆導(dǎo)電材料將第二源極金屬層與第二金屬接觸片黏接；用于塑封包覆芯片、第一柵極金屬層、第一源極金屬層、第二柵極金屬層、第二源極金屬層及背面金屬層的塑封體，其中，背面金屬層的底面外露于塑封體的底面。
17.如權(quán)利要求16所述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，第一柵極金屬層構(gòu)成所述芯片的柵極電極，第一源極金屬層構(gòu)成所述芯片的源極電極，背面金屬層構(gòu)成所述芯片的漏極電極。
18.如權(quán)利要求16所述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，塑封體還用于塑封包覆柵極焊盤(pán)、柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第一金屬接觸片、源極焊盤(pán)、源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)、第二金屬接觸片及導(dǎo)電材料。
19.如權(quán)利要求18所述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，柵極焊盤(pán)的底面、源極焊盤(pán)的底面均外露于所述塑封體的底面；以及柵極焊盤(pán)的一側(cè)面、源極焊盤(pán)的一側(cè)面均外露于所述塑封體的一側(cè)壁。
20.如權(quán)利要求16所述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，柵極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)垂直于柵極焊盤(pán)，源極焊盤(pán)延伸結(jié)構(gòu)垂直于源極焊盤(pán)。
21.如權(quán)利要求16所述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，第一金屬接觸片和數(shù)個(gè)第二金屬接觸片位于同一平面。
22.如權(quán)利要求16所述的芯片外露的半導(dǎo)體器件，其特征在于，第二柵極金屬層、第二源極金屬層、背面金屬層均為鈦鎳銀合金。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及一種半導(dǎo)體器件，更確切的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種芯片外露的無(wú)引腳半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明提出了一種基于縮小封裝體尺寸需求的無(wú)引腳半導(dǎo)體器件，將構(gòu)成芯片漏極電極的背面金屬層直接暴露于用于塑封芯片的塑封體的外部的，其背面金屬層作為焊盤(pán)直接用于組裝焊接至印刷電路板(PCB)上，同時(shí)還作為芯片的導(dǎo)熱途徑。其芯片與背面金屬層、柵極焊盤(pán)、源極焊盤(pán)之間的導(dǎo)電路徑短，自感系數(shù)及封裝電阻低，能提供卓越的電性能和散熱性能。
文檔編號(hào)H01L23/488GK102403236SQ201010282218
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者薛彥迅, 龔玉平 申請(qǐng)人:萬(wàn)國(guó)半導(dǎo)體(開(kāi)曼)股份有限公司