一种DRMOS器件的集成封装结构的制作方法

本技术涉及半导体封装，尤其涉及一种drmos器件的集成封装结构。

背景技术：

1、随着数据中心、服务器及通信基站对供电模块功率密度的持续攀升，drmos器件将驱动芯片与功率mosfet集成于单一封装体内已成为降低寄生电感、提升开关效率的主流技术路径。然而，集成封装在缩小占板面积的同时，将驱动芯片与功率mosfet的热耗散集中于极小的封装投影区域内，使得单位面积热流密度显著增大，芯片结温极易逼近甚至超过器件允许上限，直接威胁器件可靠性与使用寿命。

2、现有技术中，为应对上述热问题，通常在基板内嵌入金属散热层以缩短热传导路径。但散热层厚度的选取缺乏与器件实际功耗之间的量化关联：散热层过薄时，其自身热阻过大，热量无法及时导出，导致芯片结温超标；散热层过厚时，基板内嵌槽需相应加深，基板剩余承载截面被过度削弱，在回流焊热循环及板级装配应力作用下，基板发生翘曲乃至开裂等机械失效。上述热约束与力学约束之间存在固有矛盾，现有方案多依赖经验取值，无法同时满足两类约束。

3、此外，芯片底部与散热层之间填充的导热塑封料承担界面热传导与应力缓冲的双重功能。该层厚度若超出热阻分配允许范围，将引入额外界面热阻，造成散热通路衰减；该层厚度若低于散热层表面微观粗糙度间隙的完全填充所需最小值，则在界面处形成空洞，导致局部热阻骤增及热应力集中。现有工艺中，导热塑封料厚度多由模压工艺参数间接决定，未与散热层厚度及器件功耗建立协同设计关系，难以在热性能与界面可靠性之间取得平衡。

4、综上，现有drmos集成封装结构中，散热层厚度与导热塑封料厚度的确定缺乏以器件总功耗为输入、同时兼顾热约束与力学约束的量化配置方法，导致散热层过薄引发结温超标、散热层过厚引发机械失效、导热塑封料厚度失控引发散热衰减三类风险无法被系统性地消除。

技术实现思路

1、本技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种drmos器件的集成封装结构。其优点在于无需经过基板表面的长距离走线，大幅缩短功率传输路径。

2、为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：

3、一种drmos器件的集成封装结构，包括第一晶圆裸片和第二晶圆裸片，所述第一晶圆裸片和第二晶圆裸片集成于一个封装体中，所述第一晶圆裸片内设置有控制电路，所述第二晶圆裸片内设置有mos管，所述mos管为ldmos，还包括基板，所述第一晶圆裸片贴装在基板上，所述第二晶圆裸片倒装堆叠在第一晶圆裸片上方，所述第一晶圆裸片的顶部设置有第一焊盘，所述第二晶圆裸片的底部设置有第二焊盘，所述第一焊盘和第二焊盘之间通过多个等距离分布的互联铜柱实现阵列互联。

4、本技术进一步设置为，所述第一晶圆裸片底部外壁的边缘处设置有多个连接凸点，连接凸点与基板表面对应的焊盘焊接。

5、本技术进一步设置为，所述第一晶圆裸片为引线键合类型芯片，所述引线键合类型芯片通过键合线与基板表面对应的焊盘电连接。

6、本技术进一步设置为，所述基板的表面开设有内嵌槽，所述内嵌槽内设置有散热层，所述第一晶圆裸片的底部紧贴散热层。

7、本技术进一步设置为，所述散热层为纯铜材质制成，所述散热层与第一晶圆裸片之间填充有导热塑封料。

8、本技术进一步设置为，所述基板的表面开设有多个电容安装槽，多核所述电容安装槽内均设置有去耦电容，所述电容安装槽的深度和去耦电容厚度保持一致。

9、本技术进一步设置为，所述去耦电容为高频陶瓷电容，所述去耦电容与电容安装槽之间采用导热绝缘胶填充固定。

10、本技术进一步设置为，所述散热层的厚度与所述导热塑封料的厚度通过量化配置方法确定，所述量化配置方法包括：

11、以所述第一晶圆裸片的稳态功耗与所述第二晶圆裸片的稳态功耗之和作为总功耗输入；

12、建立从芯片结到环境的一维稳态热阻网络模型，热量自所述第一晶圆裸片底部依次经所述导热塑封料、所述散热层、所述基板传导至外部环境，各层热阻按串联关系叠加形成总热阻；

13、所述散热层的厚度由所述总热阻不超过允许上限的热约束条件与所述基板剩余承载截面满足最小允许弯曲强度的力学约束条件共同限定；

14、所述导热塑封料的厚度由该层热阻不超过总允许热阻中分配份额的界面热约束条件与该层厚度不低于界面微间隙完全填充所需最小厚度的空洞风险约束条件共同限定；

15、所述散热层的厚度与所述导热塑封料的厚度均以所述总功耗为直接输入变量，使各层厚度与器件功耗之间形成确定性量化配比关系，消除散热层过薄导致结温超标、散热层过厚导致机械失效、导热塑封料厚度失控导致散热衰减的三类风险。

16、本技术进一步设置为，所述散热层的厚度通过以下方式确定：

17、所述散热层厚度的下限值通过将所述总热阻令其等于允许上限、并反推所述散热层自身热阻所对应的最小厚度获得；

18、所述散热层厚度的上限值根据所述基板内嵌槽宽度与基板总宽度的比值、所述基板的最小允许弯曲强度及基板材料的弹性模量确定，使所述基板剩余承载截面的等效弯曲强度不低于所述最小允许弯曲强度；

19、所述散热层的厚度还受封装总厚度约束，所述基板的固定厚度、所述导热塑封料的厚度与所述第一晶圆裸片的厚度之和不超过封装整体最大允许厚度；

20、在所述下限值与所述上限值构成的可行域内，取所述上限值作为所述散热层的最优厚度。

21、本技术进一步设置为，所述导热塑封料的厚度通过以下方式确定：

22、所述导热塑封料厚度的上限值由该层分配到的允许热阻份额与所述导热塑封料的热导率及所述第一晶圆裸片底部与所述散热层正投影重叠的有效散热面积的乘积确定；

23、所述导热塑封料厚度的下限值由所述散热层表面经化学机械抛光后的表面粗糙度轮廓算术平均偏差与填充安全系数的乘积确定，所述填充安全系数使所述导热塑封料完全填充所述第一晶圆裸片底部与所述散热层表面之间的微观粗糙度间隙；

24、在所述下限值与所述上限值构成的可行域内，取所述下限值作为所述导热塑封料的最优厚度。

25、本技术的有益效果为：

26、1、该drmos器件的集成封装结构，摒弃传统平铺布局的设计思路，将内置上管、下管ldmos的第二晶圆裸片直接倒装堆叠在搭载控制电路的第一晶圆裸片上方，无需占用基板额外的水平贴装空间，相比常规平铺式封装方案可将整体封装面积压缩，重量同步降低，完美适配5g基站、车载功率模块等对器件小型化要求极高的应用场景；

27、2、该drmos器件的集成封装结构，在基板内嵌槽中设置高导热纯铜散热层，且第一晶圆裸片底部直接紧贴散热层，搭配填充在接触面的导热塑封料，可将两层堆叠裸片工作时产生的热量快速导出至基板侧，避免高功率运行时出现局部热堆积，有效降低器件长期高负载工况下的工作温度，大幅提升产品的使用寿命；

28、3、该drmos器件的集成封装结构，直接在基板表面开设与去耦电容厚度匹配的电容安装槽，将高频陶瓷去耦电容内嵌安装在基板内部，既不额外占用基板表面贴装空间，也能让去耦电容的安装位置更贴近功率回路引脚，最大程度缩短滤波回路的路径长度，进一步优化drmos工作时的电源噪声滤除效果，同时通过导热绝缘胶完成电容的密封固定，提升内嵌元件的抗振与耐环境性能。

29、4、本技术通过建立一维稳态热阻网络模型，将散热层厚度与导热塑封料厚度的确定过程从经验判断转变为基于热力学方程和力学约束的量化求解。散热层厚度由热阻上限与机械强度上限共同约束确定，导热塑封料厚度由界面热阻上限与空洞风险下限共同约束确定，二者均以裸片总功耗为直接输入变量，实现了各层厚度与器件功耗之间的确定性量化配比关系，消除了散热层过薄导致结温超标、散热层过厚导致机械失效、导热塑封料厚度失控导致散热衰减的三类风险。