具有倒裝及堆疊技術(shù)的DrMOS封裝工藝研究.pdf

1、功率芯片組封裝必須妥善解決散熱問題，堆疊封裝尤其需要重視，因?yàn)槎询B使散熱面積縮小，熱積聚現(xiàn)象將更加明顯，有關(guān)這一類問題的研究報(bào)道很多，但是功率器件堆疊封裝的產(chǎn)品并不多見，因此，如何在現(xiàn)有技術(shù)體系中通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流程重整和關(guān)鍵工藝改良解決上述問題，是這一類新產(chǎn)品開發(fā)過程中必須面對的課題。
　　本項(xiàng)目研究圍繞一種新型功率器件模組產(chǎn)品 QFN3.5x5的堆疊封裝技術(shù)開發(fā)展開，該模組包含兩個(gè)MOSFET功率器件芯片和一個(gè)控制電路IC芯片，

2、研究的目標(biāo)是形成散熱結(jié)構(gòu)合理的堆疊封裝架構(gòu)，以便在體積顯著縮小的同時(shí)，維持良好熱穩(wěn)定性，重點(diǎn)是開發(fā)堆疊封裝成套工藝，完成模組封裝和關(guān)鍵特性測試。為此，首先通過論證確立了堆疊封裝的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后通過Abaqus軟件進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)；接著，針對該優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)，提出封裝工藝流程設(shè)計(jì)方案，據(jù)此整合已有單元工藝，優(yōu)化關(guān)鍵單項(xiàng)技術(shù)，形成模塊封裝成套工藝，完成模組批量試生產(chǎn)及熱應(yīng)力特性測試。
　　所提出的整體封裝架構(gòu)是在主體的銅

3、引線框架雙側(cè)表面分別貼裝一塊 MOSFET功率芯片，然后在上管芯之上堆疊控制電路IC芯片，再通過引線鍵合互連并塑封。采用導(dǎo)熱能力突出的銅片作為主體結(jié)構(gòu)就是為了更好地解決功率芯片的熱量導(dǎo)出問題。
　　封裝工藝全流程可以分為兩個(gè)部分，即晶圓級預(yù)處理工藝模塊和組裝鍵合工藝模塊。
　　晶圓級預(yù)處理工藝包括以下主要工序：晶圓正面化學(xué)鍍NiAu--植高鉛錫球--回流焊--清洗--晶圓正面用環(huán)氧樹脂塑封--正面減薄露出鉛錫電極--晶圓背面

4、減薄--蒸鍍TiNiAg金屬層。
　　組裝鍵合工藝模塊流程如下：用高鉛焊錫料倒裝粘結(jié)下管芯片--用高鉛焊錫料粘結(jié)上管芯片和銅片--清洗--堆疊 IC芯片到銅片上--固化絕緣膠--引線鍵合--塑封--后道切割等。
　　圍繞如何打通上述封裝工藝全流程，實(shí)現(xiàn)良好封裝效果，在現(xiàn)有的DrMOS封裝工藝線基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了高鉛錫球植球工藝、晶圓正面環(huán)氧樹脂塑封工藝、下管芯片高鉛焊錫料倒裝粘結(jié)工藝、上管芯片高鉛焊錫料粘結(jié)銅片工藝、以及清洗

5、工藝等單項(xiàng)技術(shù)。
　　其中，髙鉛錫球植球借用成熟的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，根據(jù)本產(chǎn)品的特點(diǎn)開發(fā)了專用的絲網(wǎng)以符合產(chǎn)品的要求。
　　圓晶減薄有助于快速散熱，但是減薄操作容易發(fā)生碎裂或其他破損，影響成品率，晶圓正面的環(huán)氧樹脂作為一種支撐，可以在芯片很薄的情況下保護(hù)其不易受損，通過系統(tǒng)優(yōu)化，使該工藝達(dá)到可以工業(yè)化生產(chǎn)的程度也為將來芯片進(jìn)一步減薄創(chuàng)造了條件。
　　高鉛焊錫料倒裝粘結(jié)下管芯容易出現(xiàn)點(diǎn)膠不穩(wěn)定的問題，通過對點(diǎn)膠過程的細(xì)致分析

6、，根據(jù)點(diǎn)膠頭的孔徑選擇合理的點(diǎn)膠高度有助于穩(wěn)定工藝效果，較大的孔徑對穩(wěn)定的點(diǎn)膠非常重要。
　　高鉛焊錫料粘結(jié)上管芯片設(shè)計(jì)了框架卡槽來對銅片進(jìn)行定位，防止銅片旋轉(zhuǎn)，提高了產(chǎn)品的良品率。
　　清洗工藝研究了市面上比較流行的清洗藥水和清洗參數(shù)對產(chǎn)品后續(xù)引線鍵合的影響，指明了優(yōu)化的參數(shù)和藥水型號。
　　本文根據(jù)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝的研究，將優(yōu)化方案整合到整體的工藝流程里，確定了這種新型驅(qū)動(dòng)功率器件模組工藝的制造流程。
　　

7、通過工藝參數(shù)優(yōu)化提升了單項(xiàng)工藝穩(wěn)定可重復(fù)性，然后采用如上所述的工藝制造了一種新型的驅(qū)動(dòng)電源管理器件模組（DrMOS)模型
　　采用專業(yè)的電子熱分析有限元軟件Flothermal，研究了高密度封裝DrMOS模塊在PCB板上集成典型設(shè)計(jì)的溫度分布，提出了新型DrMOS模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)的一些建議。
　　對封裝產(chǎn)品取樣測試表明，樣品在典型功率負(fù)載下的溫度分布和熱應(yīng)力變形均在設(shè)計(jì)預(yù)期和應(yīng)用允許的范圍之內(nèi)，功率效率顯著提升，這充分說明利用多