一种堆叠封装结构及其封装工艺及电子产品

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种堆叠封装结构及该对接封装结构的封装工艺及应用该堆叠封装结构的电子产品。

背景技术

第三代半导体氮化镓具有宽的带隙和电子迁移率，开关速度快，应用于射频领域。GaN HEMT器件主要应用于卫星通讯、雷达探测、5G通信、太赫兹探测等领域。应用时需要搭配一个控制芯片来控制GaN芯片的开关，控制芯片和GaN芯片栅极需要电连接以实现控制功能，目前市面上多采用焊金属线的方式把两个芯片进行连接，这种连接方式由于距离较长和金属线直径小导致其产生电感，电感拖慢开关速度。

发明内容

本发明实施例的目的在于：提供一种堆叠封装结构及该堆叠封装结构的封装工艺及电子产品，其能够解决现有技术中存在的上述问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种堆叠封装结构，包括GaN芯片以及控制芯片，所述GaN芯片非设置有电极的一侧布置有电路图形，所述控制芯片电连接于所述电路图形，所述电路图形通过贯穿所述GaN芯片的导电金属与所述GaN芯片的栅极电连接，通过金属导线与用于固定所述GaN芯片的引线框架电连接。

作为所述的堆叠封装结构的一种优选的技术方案，所述GaN芯片包括硅基材以及GaN外延层，所述GaN外延层上形成有所述GaN芯片的源极、栅极以及漏极。

作为所述的堆叠封装结构的一种优选的技术方案，所述硅基材远离所述GaN外延层的一侧设置有绝缘材料层，所述电路图形成型于所述绝缘材料层。

作为所述的堆叠封装结构的一种优选的技术方案，所述控制芯片通过锡球倒装焊接在所述电路图形上。

作为所述的堆叠封装结构的一种优选的技术方案，还包括封装树脂，所述封装树脂将所述控制芯片、所述GaN芯片以及用于电连接所述电路图形与所述引线框架的金属导线封装在内部，所述引线框非设置有所述GaN芯片的表面暴露在所述封装树脂的外部。

另一方面，提供一种堆叠封装工艺，用于封装如上所述的堆叠封装结构。

作为所述的堆叠封装工艺的一种优选的技术方案，包括以下步骤：

步骤1、提供GaN芯片，采用硅材料作为基材，在硅材料一侧表面设置GaN外延层形成GaN芯片；

步骤2、设置绝缘层，在所述GaN芯片非形成有电极的表面设置绝缘层；

步骤3、重布线，在所述绝缘层上采用导电金属材料布置电路图形；

步骤4、开孔，于所述GaN芯片上加工盲孔，所述盲孔的两端分别连接所述电路图形与所述GaN芯片的栅极；

步骤5、金属填充，在所述盲孔中填充金属材料以电连接所述电路图形与所述GaN芯片的栅极；

步骤6、焊接，将步骤5中金属填充完成的GaN芯片焊接到引线框架上；

步骤7、打线，焊接金属导线以电连接所述电路图形与所述引线框架；

步骤8、控制芯片焊接，将控制芯片通过锡球倒装焊接到GaN背面；

步骤9、封装，采用环氧树脂材料对控制芯片、GaN芯片以及所述金属导线。

作为所述的堆叠封装工艺的一种优选的技术方案，所述开孔采用硅通孔技术。

作为所述的堆叠封装工艺的一种优选的技术方案，所述金属填充采用电镀和/或金属熔融的方式进行。

再一方面，提供一种电子产品，具有如上所述的堆叠封装结构。

本发明的有益效果为：本方案中通过将控制芯片堆叠设置在GaN芯片的背面，并通过设置在GaN芯片背面的电路图形以及贯穿所述GaN芯片的导电金属使得控制芯片的电极与GaN芯片的栅极能够实现电连接，由此可以把控制芯片和GaN芯片的电极之间的距离最小化，最大限度的降低电感、提升开关速度。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例所述堆叠封装结构结构示意图。

图2为本发明实施例所述堆叠封装工艺流程图。

图中：

100、GaN芯片；110、基材；120、GaN外延层；130、绝缘材料层；140、电路图形；150、源极；160、栅极；170、漏极；180、导电金属；200、控制芯片；300、锡球；400、封装树脂；500、金属导线；600、引线框架。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本实施例提供一种堆叠封装结构，主要应用于第三代半导体氮化镓芯片，氮化镓芯片由于具有宽的带隙和电子迁移率，开关速度快，广泛应用于射频领域，本实施例中的堆叠封装结构包括呈堆叠设置的GaN芯片100以及用于对所述GaN芯片100进行开关控制的控制芯片200，所述GaN芯片100非设置有电极的一侧布置有电路图形140，所述控制芯片200电连接于所述电路图形140，所述电路图形140通过贯穿所述GaN芯片100的导电金属180与所述GaN芯片100的栅极160电连接，通过金属导线500与用于固定所述GaN芯片100的引线框架600电连接。

本方案中通过将控制芯片200堆叠设置在GaN芯片100的背面，并通过设置在GaN芯片100背面的电路图形140以及贯穿所述GaN芯片100的导电金属180使得控制芯片200的电极与GaN芯片100的栅极160能够实现电连接，由此可以把控制芯片200和GaN芯片100的电极之间的距离最小化，最大限度的降低电感、提升开关速度。

具体的，所述GaN芯片100包括硅基材110以及GaN外延层120，所述GaN外延层120上形成有所述GaN芯片100的源极150、栅极160以及漏极170。所述硅基材110远离所述GaN外延层120的一侧设置有绝缘材料层130，所述电路图形140成型于所述绝缘材料层130。

本实施例中，所述控制芯片200通过锡球300倒装焊接在所述电路图形140上。倒装焊技术是指IC芯片面朝下，与封装外壳或布线基板直接互连的一种技术，与丝焊(WB)、载带自动焊(TAB)等其他芯片互连技术相比较，其互连线短、寄生电容和寄生电感小，芯片的I/O电极可在芯片表面任意设置，封装密度高，因此更适于高频、高速、高I/O端的大规模集成电路(LSI).超大规模集成电路(VI.SI)和专用集成电路(ASIC)芯片的使用。

本实施例中所述堆叠封装结构还包括封装树脂400，所述封装树脂400将所述控制芯片200、所述GaN芯片100以及用于电连接所述电路图形140与所述引线框架600的金属导线500封装在内部，所述引线框非设置有所述GaN芯片100的表面暴露在所述封装树脂400的外部。

同时，如图2所示，本实施例中还提供一种堆叠封装工艺，用于封装如上所述的堆叠封装结构。

具体的，本实施例所述的堆叠封装工艺，包括以下步骤：

步骤1、提供GaN芯片100，采用硅材料作为基材110，在硅材料一侧表面设置GaN外延层120形成GaN芯片100；

步骤2、设置绝缘层，在所述GaN芯片100非形成有电极的表面设置绝缘层；

步骤3、重布线，在所述绝缘层上采用导电金属180材料布置电路图形140；

步骤4、开孔，于所述GaN芯片100上加工盲孔，所述盲孔的两端分别连接所述电路图形140与所述GaN芯片100的栅极160；具体的，本实施例中所述盲孔的横截面由其靠近所述电路图形140的一端至靠近所述GaN芯片100的栅极160的一端逐渐减小；

步骤5、金属填充，在所述盲孔中填充金属材料以电连接所述电路图形140与所述GaN芯片100的栅极160；

步骤6、焊接，将步骤5中金属填充完成的GaN芯片100焊接到引线框架600上；

步骤7、打线，焊接金属导线500以电连接所述电路图形140与所述引线框架600；

步骤8、控制芯片200焊接，将控制芯片200通过锡球300倒装焊接到GaN背面；

步骤9、封装，采用环氧树脂材料对控制芯片200、GaN芯片100以及所述金属导线500。

具体的，步骤4中所述开孔采用硅通孔技术加工形成所述盲孔。

本实施例中所述金属填充采用电镀的方式进行。

需要指出的是，所述金属填充采用的方式并不局限于上述电镀工艺，在其他实施例中还可以采用金属熔融的方式进行或采用电镀与金属熔融的方式相结合的方案。

同时，本实施例中还提供一种电子产品，具有如上所述的堆叠封装结构。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。