[发明专利]一种多芯片正装堆叠夹芯封装结构及其工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多芯片正装堆叠夹芯封装结构及其工艺方法，属于半导体封装技 术领域。

背景技术

近年来，随着电子产品对功率密度不断的追求，无论是Diode（二级管）还是 Transistor（三极管）的封装，尤其是Transistor中的MOS产品正朝着更大功率、更小尺寸、 更快速、散热更好的趋势在发展。封装的一次性制造方式也由单颗封装技术慢慢朝向小区 域甚至更大区域的高密度高难度低成本一次性封装技术冲刺与挑战。

因此，也对MOS产品的封装在寄生的电阻、电容、电感等的各种电性能、封装的结 构、封装的热消散性能力、封装的信赖性方面以及高难度一次性封装技术方面有了更多的 要求。

传统的Diode（二级管）以及Transistor（三极管）或是MOS产品的封装一般依据产 品特性、功率的不同以及成本的考虑因素，利用了金线、银合金线、铜线、铝线以及铝带的焊 线方式作为芯片与内引脚的主要的互联技术，从而实现电气连接。然而焊线的技术方式对 产品的性能存在了以下几个方面的限制与缺陷：

一、封装与制造方面的限制与缺陷：

1）、焊接能力（Bondability）方面：常常会因为金属丝材料、金属引脚材料的变化以及 设备与工具的参数片变化、性能与精度的变化以及保养与校正管理而造成的第一焊点以及 第二焊点结合面的虚焊、脱落、断点、颈部裂缝、塌线以及短路等种种的困扰，导致了封装良 率无法提升、成本无法下降、可靠性的不稳定；

2）、一次性高密度封装技术方面：传统的互联方式几乎都是在矩阵型金属引线框上采 用单颗芯片一颗一颗芯片重复进行装片、金属丝采高温超声一根线一根线的焊接方式。而 这样情况下无论是专业的装片机、球焊打线机、键合铝线/铝带机或是铜片搭接机等机器设 备再高速的重复动作都无法提升生产效率、无法降低单位成本，也因为设备不断的提升生 产速度同样的也提升了制造的不稳定性。

二、封装产品的特性能方面的限制与缺陷：

1）、热消散方面：传统的Diode（二级管）以及Transistor（三极管）或是MOS的封装产品， 一般都是由塑封料包覆、只留外部引脚暴露在塑封体之外，由于塑封料本身不是一种热导 的物质，所以传统的Diode（二级管）以及Transistor（三极管）或是MOS产品在工作时所产生 的热量很难通过塑封料消散出塑封料物质的封装体，只能依靠细细的金属丝互联在金属引 脚材料来帮助热能的消散，但是这种热消散的途径对热的消散能力是非常有限的，反而形 成热消散的阻力；

2）、电阻率（Resistivity）方面：大家都知道电阻率（resistivity）是用来表示各种物 质电阻特性的物理量。在温度一定的情况下，有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率，l为材料 的长度，s为面积。可以看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。由上式 可知电阻率的定义：ρ=Rs/l。传统的Diode（二级管）以及Transistor（三极管）或是MOS的封 装产品，采用焊线形成互联，由此可清楚的知道用来执行电源或是信号的金属丝会因为，导 体材料的长度与截面积的变化而影响到电阻率的大小以及接触电阻的损耗，尤其是应用在 功率方面的产品影响更是明显。

为解决上述问题，业界对传统的Diode（二级管）以及Transistor（三极管）或是MOS 的封装产品进行了改进，用金属带、金属夹板代替焊线，来降低封装电阻、电感与期望改善 热消散的能力。

如图1所示，为一种现有的MOS堆叠封装结构，此结构中引线框11包含管芯焊盘和 引脚，在引线框11的管芯焊盘上植入第一芯片12。第一芯片12的源极通过第一金属夹板14 电耦合至引脚，第一芯片12的栅极通过第一金属焊线16电耦合至引脚。然后在第一金属夹 板14上植入第二芯片13，第二芯片13的源极通过第二金属夹板15电耦合至引脚，第二芯片 13的栅极通过第二金属焊线17电耦合至引脚。再进行包封、切割、测试等后续工序。此MOS封 装结构用金属夹板取代了传统MOS封装中的焊线，降低了部分封装电阻，但是还是存在以下 缺陷：

1.)此MOS封装结构中芯片的漏极、源极和栅极与引线框形成互联分别要用到不同的设 备，制程复杂，设备的购置成本较高。

2.)此MOS封装结构在把金属夹板和金属焊线耦合至芯片和引脚上时，只能一颗颗 芯片进行，无法整条一体成型，制造效率较低。