实现面板级封装的阶梯式互连部金属化的制作方法

本技术总体涉及电子领域，并且更具体涉及半导体管芯的新的封装构思。

背景技术：

1、在当前的电子业中，存在小型化的持续趋势并且需要具有成本效益的制造方法。在使用夹具和引线框架的传统功率封装中，在固化处理期间在诸如引线框架与管芯之间的环氧树脂以及半导体管芯与夹具之间的焊料环氧树脂等连结界面处引起累积应力。这些累积应力贯穿整个组装过程。受影响区域例如由于温度循环期间的焊接连结部疲劳而成为故障起始点。在较大管芯上，这种累积应力将增加氮化物钝化/管芯破裂的倾向。

2、在诸如由siptory提供的当前市场解决方案中，将管芯附接至形成连结界面的焊盘。随后，管芯焊盘和引线焊盘分离开并通过使用激光钻出的导通孔连接。

3、在美国专利申请us2020/0312799中也描述了要求保护一种三极管封装方法的相似解决方案。该文献中所示的最终产品具有可剥离载体，该可剥离载体覆盖有用作结合焊盘的另一金属层，并且该可剥离载体覆盖有保护膜以防止在其它区域上电镀。随后，将管芯“焊接”在形成三极管模板的结合焊盘上。在模制包封物上钻孔以形成接触引线和管芯结合焊盘的孔口开口，从而形成“闭环电路”。根据本文献，为了形成“闭环电路”(互连部)，在包封的管芯中形成通孔，以用于随后在导通部和模制物表面的顶部平坦表面上进行电镀。

4、美国专利申请us2002/01066879还提出了一种多层结构，该多层结构具有形成在金属层上的介电层和形成在孔口的侧壁上的金属间隔物。然而，这种方法在晶片级制造时实施。

5、因此，需要开发一种具有成本效益的封装半导体管芯的方法，该方法在消除了诸如引线框架载体和管芯附接环氧树脂等必要材料清单(bom)的同时，使最终产品不易受到连结应力的影响。

技术实现思路

1、下文阐述了本文公开的特定实施例的各方面的概述。应当理解的是，提出这些方面仅用于向读者提供这些特定实施例的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以涵盖可能未阐述的各个方面和/或方面的组合。

2、在本公开的第一方面，提出一种封装半导体管芯的方法，该方法包括以下步骤：将半导体管芯设置在基板上，其中，所述基板包括载体层，该载体层上具有热释放带，其中，所述半导体管芯的底侧置于所述热释放带上，使得所述半导体管芯的放置形成第二表面和凸起的第一表面，在所述半导体管芯以及所述热释放带上均施加光致抗蚀剂层。

3、在该方法的另一步骤中，在所述光致抗蚀剂层中形成开口，以便在所述第一表面上方露出所述半导体管芯，并且在所述第二表面上方在与所述半导体管芯相邻位置处部分露出所述热释放带，并且在该半导体管芯的顶部上形成金属化层，使得所述金属化层与所述第一表面上的所述露出的半导体管芯以及与所述半导体管芯相邻的所述部分露出的热释放带接触。

4、在后续步骤中，对半导体管芯以及具有绝缘层的所述热释放带进行包封，并且此后，移除基板以及所述热释放带，以便露出与所述半导体管芯相邻的所述金属化层以及具有背面金属化部(bsm)的所述半导体管芯的所述底侧。

5、作为后续步骤，使所述半导体管芯的底侧进一步金属化以形成所述封装半导体管芯。

6、在本公开中，包括玻璃或复合载体以及温度敏感带的基板用于重构管芯。与现有技术中已知的解决方案相反，没有“焊接”管芯，因此不存在使用诸如环氧树脂等管芯附接化合物。在本公开中，通过孔口在图案化的光致抗蚀剂上形成“阶梯式”互连部，其中通过覆盖有抗蚀剂的管芯侧壁来形成金属化部。

7、本公开公开了一种通过如下方式制造的阶梯式金属化结构：通过在露出的管芯结合焊盘上、沿绝缘管芯侧壁的轮廓并且向下至第一表面来沉积3d金属化结构以形成接触引线。现有技术中的多层金属化结构用于晶片级制造。本发明能够在组件封装级实施。

8、在模制物包封后，通过热敏带将载体与模制部件分离。为了确保光致抗蚀剂与模塑料的良好粘合，可以在模制前进行等离子体处理。

9、本公开涉及一种新的封装构思，该封装构思消除了对传统的基于夹具/引线框架的功率封装中使用的环氧树脂或环氧树脂焊料的需要。本公开通过将互连结构直接沉积至结合焊盘来克服基于夹具的封装中的这一固有缺点。在较低温度下形成互连部将导致在管芯上引起较低应力。存在光致抗蚀剂来用作emc和管芯区域之间的缓冲层，以进一步减轻氮化物钝化/管芯破裂。

10、本公开的优点在于，因为直接构建/沉积焊盘，所以使用根据本公开的方法封装的半导体管芯将具有较小的占用面积。因为所需处理允许大面积处理(即，面板级处理(plp))，所以本公开还涉及低成本封装。此外，本发明消除了作为无管芯封装成本(dfpc)的主要成本来源的几种封装材料(即，夹具和引线框架)，并且消除了管芯附接和夹具附接环氧树脂/焊料材料及其相应处理(诸如夹具和管芯附接、焊料回流等)。本发明将使用通常用于pcb制造的光致抗蚀剂。

11、阶梯式互连金属化(sim)层形成在管芯结合焊盘的光致抗蚀剂孔口/开口与接触引线上。经由籽晶层沉积和电镀来形成互连部。该方法消除了对传统封装件中使用的环氧树脂或环氧树脂焊料的需要。本公开采用将互连结构直接沉积至结合焊盘。可以在较低温度下进行这一步骤，从而在管芯中引起较低应力。

12、公开了一种新的封装构思和方法，该封装构思和方法能够直接形成3d金属接触部，该3d金属接触部通过管芯侧壁将结合焊盘向下连接至接触引线。通过临时/可重复使用的载体来进行管芯附接、模制/包封以及形成接触部。此种新型封装件避免以下主要材料清单：夹具框架和引线框架、管芯附接环氧树脂和夹具附接焊料环氧树脂、以及这些主要材料的相对应处理。因为该封装件消除了在形成连结界面中所需的固化处理，所以该封装件具有减小的累积应力。此种新封装构思和处理与大面板级处理(plp)兼容，进一步降低了整体封装成本。

13、根据示例，该方法还包括以下步骤：将覆盖有光致抗蚀剂的所述半导体管芯暴露于紫外(uv)光，以形成窗口焊盘；以及沉积籽晶层并且电镀另一金属化层以形成阶梯式互连部。对金属化底侧以及与所述半导体管芯相邻的所述露出的金属化层执行该步骤。可执行这些步骤以固化在半导体管芯底部处的额外绝缘层并且在该额外绝缘层上形成开口，从而允许在封装半导体管芯的底部处形成接触焊盘。

14、在示例性实施例中，通过籽晶层沉积形成阶梯式互连部的第一金属化层。例如，通过激光诱导金属化或通过荫罩溅射(shadow mask sputtering)来实施籽晶层沉积。种方法对于本领域技术人员是已知的，因此允许结合现有方法以实现根据本公开的封装半导体管芯。

15、根据示例，该方法还包括以下步骤：在所述金属化底侧以及与所述半导体管芯相邻的所述露出的金属化层上设置另一光致抗蚀剂层。该另一光致抗蚀剂层或绝缘层将使需要形成在半导体管芯的底侧上的多个接触得到有利绝缘。

16、在底侧处，对铜(cu)层和另一金属化层进行电镀的所述步骤使用锡(sn)作为金属。当安装在pcb上时，这可能需要实现底部接触焊盘层与焊料的更好粘合。技术人员将理解的是，还可以采用电镀来沉积金属接触部。

17、根据示例，通过电镀来执行所述半导体管芯的所述底侧的进一步金属化。

18、根据示例性实施例，所述半导体管芯的第一表面包括两个分离区域，并且其中，形成开口的所述步骤形成分离开口，这些分离开口与所述半导体管芯上的所述两个分离区域以及与所述半导体管芯相邻的位置上的分离区域中的每一个相对应，并且进一步地，在形成金属化层的所述步骤期间，形成两个分离的金属化层，其中，所述两个分离的金属化层中的每一个与在所述半导体管芯上的相对应开口以及与所述半导体管芯相邻的位置上的相对应开口接触。

19、可能需要这种结构来形成诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)器件等封装三端子器件。在这种情况下，例如，源极和栅极位于半导体管芯的第一表面上的两个分离区域上，并且漏极形成在半导体管芯的底部上。本领域技术人员应理解的是，在本公开的第一方面中呈现的方法的步骤同样可以扩展至诸如ic等多入多出器件。

20、根据示例，通过喷涂来施加光致抗蚀剂层。

21、根据示例性实施例，该方法还包括切割所述封装半导体管芯以形成单独的封装半导体部件的步骤。这种步骤称为切单，并且可能需要切单来形成单个部件。根据本公开的方法的关键优点在于，该方法允许大规模(即，面板级)处理。这种面板可以包括多个ic、或晶体管或任何其它半导体器件。因此，为了获得最终产品，可能需要切割管芯，以最终获得可以用于电路中的单个部件。

22、在本公开的第二方面中，提供一种封装半导体管芯，所述半导体管芯具有顶表面、底表面和侧面，其中，所述封装半导体管芯包括：光致抗蚀剂层，该光致抗蚀剂层位于所述顶表面上和所述侧面上，并且在与所述半导体管芯相邻且与底表面共面的部分上延伸；开口，该开口位于布置在所述顶表面上的光致抗蚀剂层中以及布置在与所述半导体管芯相邻且与底表面共面的部分处的光致抗蚀剂层中；阶梯式互连金属化层，该阶梯式互连金属化层经由在与所述半导体管芯相邻且与底表面共面的部分处的所述开口将布置在所述顶表面上的光致抗蚀剂层中的所述开口处的所述半导体管芯连接至金属接触部；另一金属接触部，该另一金属接触部在所述半导体管芯的所述底表面上，该另一金属接触部与所述半导体管芯接触。

23、应注意的是，与本公开的第一方面(封装半导体管芯的方法)相关联的优点和定义也与本公开的第二方面(封装半导体管芯)相关联。

24、根据示例性实施例，封装半导体管芯是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)器件。

25、根据实施例，封装半导体管芯是多入多出(mimo)器件。