TWI538155B - 多晶片疊層之封裝結構及其封裝方法 - Google Patents

Description

多晶片疊層之封裝結構及其封裝方法

本發明是關於一種半導體領域，特別是有關於一種多晶片疊層之封裝結構及其封裝方法。

在DC-DC(直流-直流)轉換器中，通常設有兩個MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體)作為切換開關，一個是高端MOSFET(簡稱HS)，另一個是低端MOSFET(簡稱LS)。其中，HS的閘極G1及LS的閘極G2均與一控制器(簡稱IC)連接；HS的汲極D1連接Vin端，源極S1連接LS的汲極D2，而LS的源極S2連接Gnd端，以形成所述的DC-DC轉換器。

對於DC-DC轉換器中的晶片封裝結構，是希望將高端MOSFET晶片和低端MOSFET晶片以及控制器晶片封裝在同一個塑封體中，以減少外圍元件數量，同時提高電源等的利用效率。然而，對於具體的封裝結構來說，上述高端MOSFET晶片和低端MOSFET晶片以及控制器晶片只能在引線框架的同一個平面上平行佈置，因此封裝後的體積大；而且，僅僅藉由引線來連接晶片的相應引腳(例如是HS的源極S1與LS的汲極D2之間)，將使得電阻和熱阻增加，影響元件成品的性能。

本發明的目的是提供一種多晶片疊層之封裝結構及其封裝方法的多種實施方案，能夠藉由設置連接片將控制器晶片疊放在高端和低端的MOSFET晶片所在的平面之上，並藉由該連接片實現相應晶片引腳的電路連接，以實現將多個半導體晶片封裝在同一個半導體封裝中，從而減少直流-直流轉換器組裝時元件的數量，減小整個半導體封裝的尺寸，並有效改善元件的電學性能及散熱效果。

為了達到上述目的，本發明一個技術方案是提供一種多晶片疊層的封裝結構，其包含：引線框架，其設有相互隔開的第一載片台，第二載片台和複數個引腳，所述第二載片台進一步設有相互隔開的第一部分和第二部分；第一晶片，其背面電極向下佈置並導電連接在第一載片台上；第二晶片，藉由翻轉使其正面電極向下佈置並導電連接在第二載片台的第一部分及第二部分上，該第二晶片的其中一些正面電極連接至所述第一部分，其中另一些正面電極連接至所述第二部分；連接片，其底面同時導電連接至第一晶片向上佈置的其中一些正面電極，及第二晶片向上佈置的背面電極上；第三晶片，其背面向下佈置並絕緣地連接在所述連接片的頂面上；塑封體，其封裝了依次疊放為多層結構的第三晶片、連接 片、第一晶片及第二晶片、引線框架，以及對應連接在晶片電極與晶片電極之間或晶片電極與引腳之間的引線，並且，使引腳與外部元件連接的部分以及第一載片台和第二載片台背面的至少一部分暴露在該塑封體以外。

一個具體的應用實例中，所述第一晶片是一個作為高端MOSFET晶片的HS晶片，其背面設置的汲極導電連接在第一載片台上；所述第二晶片是一個作為低端MOSFET晶片且經過晶片級封裝的LS晶片，其正面設置的源極導電連接在第二載片台的第一部分上，正面設置的閘極導電連接在第二載片台的第二部分上；所述連接片的背面導電連接在所述HS晶片正面的源極及所述LS晶片背面的汲極上，用以實現這兩個電極之間的電性連接；所述第三晶片是一個作為控制器的IC晶片，其底面絕緣地連接在連接片的頂面上，而其頂面的複數個電極分別藉由引線對應連接至其他晶片上的相應電極或引線框架上的相應引腳；所述HS晶片正面或LS晶片背面上未被連接片遮蔽的複數個電極，也分別藉由引線對應連接至其他晶片上的相應電極或引線框架上的相應引腳。

一個實施例中，所述封裝結構更在形成塑封體前設置有散熱板，所述散熱板與所述第三晶片分別連接在連接片的頂面之上，以使該散熱板與連接片形成導熱接觸，進而藉由該散熱板暴露在塑封體頂面之外的表面實現散熱。

另一個實施例中，所述封裝結構更在形成塑封體後設置有散熱板；所述塑封體的頂面上進一步形成有缺口，所述散熱板的底部插 入至該缺口以連接至連接片的頂面，並形成該散熱板與連接片的導熱接觸，進而藉由所述散熱板留在塑封體頂面之外的頂部實現散熱。

所述連接片設有連接在第一晶片上的高端連接部分，和連接在第二晶片上的低端連接部分；所述連接片的高端連接部分及低端連接部分具有相同或不同的厚度；一個實施例中，所述高端連接部分、第一晶片、第一載片台厚度的和值，與所述低端連接部分、第二晶片、第二載片台厚度的和值相等，從而使連接後連接片的頂面水平以穩固放置第三晶片。

又一個實施例中，所述第三晶片連接於連接片的高端連接部分或低端連接部分中厚度較小的一個部分之上，高端連接部分或低端連接部分中厚度較大的一個部分的頂面暴露在所述塑封體之外實現散熱。

較佳地，在所述連接片上形成有複數個局部調整連接片厚度的觸點，所述觸點是使該連接片頂面向下凹陷形成不穿透的盲孔且同時使該連接片底面向下突出的結構。

所述連接片進一步設有引線連接部分，其導電連接至引線框架所設置的互聯引腳上；所述引線連接部分、高端連接部分及低端連接部分，是藉由一體成型或藉由組裝連接來形成所述連接片的；較佳地，所述引線連接部分與所述互聯引腳上對應設置有防止組裝及封裝過程中連接片位置改變的鎖定機構。

較佳地，所述第一晶片與第一載片台之間，所述第二晶片與第二載片台之間，所述連接片與所述第一晶片及第二晶片之間的導電連接，是藉由在相互連接的表面之間設置的焊錫或導電的環氧樹脂膠實 現；所述第三晶片與所述連接片之間絕緣地連接，是藉由在第三晶片背面設置的不導電黏結膠實現。

較佳地所述連接片是銅片。

本發明的另一個技術方案是提供一種多晶片疊層的封裝方法，其包含：設置引線框架，其設有相互隔開的第一載片台，第二載片台和複數個引腳，所述第二載片台進一步設有相互隔開的第一部分和第二部分；將第一晶片的背面電極向下佈置並導電連接在第一載片台上；將第二晶片翻轉以使其正面電極向下佈置並導電連接在第二載片台的第一部分及第二部分上，該第二晶片的其中一些正面電極連接至所述第一部分，其中另一些正面電極連接至所述第二部分；將連接片底面同時導電連接至第一晶片向上佈置的其中一些正面電極，及第二晶片向上佈置的背面電極上；將第三晶片的背面向下佈置並絕緣地連接在所述連接片的頂面上；形成塑封體將依次疊放為多層結構的第三晶片、連接片、第一晶片及第二晶片、引線框架，以及對應連接在晶片電極與晶片電極之間或晶片電極與引腳之間的引線進行封裝後，切割所述塑封體形成一個獨立的元件；並且，使引腳與外部元件連接的部分以及第一載片台和第二載片台背面的至少一部分暴露在該塑封體以外。

一個實施例中，所述封裝方法更在塑封之前將設置的一散熱板也連接至所述連接片的頂面之上，以使該散熱板與連接片形成導熱接觸，進而藉由該散熱板暴露在塑封體頂面之外的表面實現散熱。

另一個實施例中，所述封裝方法在封裝形成的塑封體的頂面上形成有缺口，並將設置的一散熱板的底部插入至該缺口以連接至連接片的頂面，並形成該散熱板與連接片的導熱接觸，進而藉由所述散熱板留在塑封體頂面之外的頂部實現散熱。

所述連接片設有連接在第一晶片上的高端連接部分，和連接在第二晶片上的低端連接部分；所述連接片的高端連接部分及低端連接部分具有相同或不同的厚度；兩者厚度不同時，所述第三晶片連接於連接片的高端連接部分或低端連接部分中厚度較小的一個部分之上，高端連接部分或低端連接部分中厚度較大的一個部分的頂面暴露在所述塑封體之外實現散熱。

較佳地，所述第一晶片與第一載片台之間，所述第二晶片與第二載片台之間，所述連接片與所述第一晶片及第二晶片之間的導電連接，是藉由在相互連接的表面之間設置的焊錫或導電的環氧樹脂膠實現；所述第三晶片與所述連接片之間絕緣地連接，是藉由在第三晶片背面設置的不導電黏結膠實現。

較佳地實施例中，在所述連接片上形成有複數個局部調整連接片厚度的觸點，所述觸點是藉由打孔方式使該連接片頂面向下凹陷形成不穿透的盲孔且同時使該連接片底面向下突出的結構。

上述任意一個實施例中，所述第一晶片是藉由以下過程形成的：在矽片上用以連接其他元件的表面分別形成鍍層；進行晶片測試；晶片背面研磨及背面金屬化以控制第一晶片的厚度並形成相應的背面電極；切割形成各個獨立的第一晶片；之後，再將所述第一晶片背面向下連接至第一載片台。

所述第二晶片是藉由以下過程形成的：在矽片上用以連接其他元件的表面形成鍍層；進行晶片測試及電路圖形映射；在矽片正面對應位置植球以形成相應的正面電極；晶片級封裝形成封裝體；在晶片正面研磨，以使植球的頂部暴露在封裝體的頂面外；晶片正面預切割，形成劃片槽；晶片背面研磨及背面金屬化以控制第二晶片的厚度並形成相應的背面電極；切割形成各個獨立的第二晶片；之後，將所述第二晶片翻轉後使其正面向下連接至第二載片台。

所述第三晶片是藉由以下過程形成的：晶片背面研磨；IC晶片的背面塗佈不導電的黏結膠；切割形成各個獨立的第三晶片；之後，將所述第三晶片黏結於已經連接至第一晶片、第二晶片上的連接片的頂面；在第三晶片、連接片、第一晶片及第二晶片疊放形成多層結構後，更具有以下過程：黏貼膠帶，進行固化；在相應的晶片電極與晶片電極之間，及晶片電極與引腳之間分別鍵接形成引線；形成塑封體；在暴露於塑封體外的位置形成鍍層；最終切割形成各個獨立的封裝元件。

與習知技術相比，本發明之多晶片疊層之封裝結構及其封裝方法，其優點在於：相比原先使用多個貼片或鍵接的引線來連接HS晶片的源極與LS晶片的汲極的結構，本發明中僅使用一個連接片同時焊接或導電 黏貼至HS晶片的源極和LS晶片的汲極上，就可以電性連接這兩個電極，製程簡單易於實現，導電損耗和開關損耗減小，且熱耗散效率則得到增強，元件成品的性能更好。

相比原先將三個晶片並排放在同一個平面的結構，本發明中的IC晶片絕緣地連接在連接片上，從而可以疊放到HS晶片及LS晶片所在平面的上方，以有效減少封裝後的元件尺寸，節約封裝材料。

本發明中可以將第一載片台、第二載片台的底面暴露在塑封體外，便於連接電路板及實現散熱。本發明中還有三種方法，進一步在塑封體頂面也形成散熱用的表面，即，將連接片上不連接IC晶片的一部分表面暴露在塑封體外；或者在連接片上進一步連接散熱板，並使該散熱板有一部分表面暴露在塑封體外；或者將散熱板插入到塑封體預留的缺口中以接觸連接片進行散熱。

本發明的疊層結構並不會影響在IC晶片與其他晶片之間，HS晶片或LS晶片與引腳之間鍵接形成連接用的引線。可以藉由設置各部分厚度不同的連接片或藉由在連接片上連接的散熱板來調整封裝結構內不同位置的厚度，以使封裝結構一側的IC晶片、其下方的連接片部分、HS晶片、第一載片台及相應的引線的總體厚度，與封裝結構另一側的連接片的較厚部分或散熱板與連接片的組合、LS晶片、第二載片台的總體厚度相匹配。

本發明中更可以藉由在連接片上打孔形成在底面向下突出的多個觸點，這在例如鍵接引線之後的情況下，可以方便快速地實現對連接片局部的厚度調整。

本發明中在連接片和與之連接的引線框架引腳上對應設置有鎖定機構，以確保組裝及封裝過程中，連接片的位置不會發生改變。 另外，散熱片也可以藉由設置鎖定機構來固定其位置。

10‧‧‧引線框架

100‧‧‧塑封體

101‧‧‧缺口

11‧‧‧第一載片台

12‧‧‧第一部分

13‧‧‧第二部分

14‧‧‧引腳

15‧‧‧互聯引腳

20‧‧‧HS晶片

30‧‧‧LS晶片

40‧‧‧連接片

41‧‧‧高端連接部分

411‧‧‧凸起塊

42‧‧‧低端連接部分

421‧‧‧凸起塊

43‧‧‧引腳連接部分

431‧‧‧突出部分

45‧‧‧觸點

50‧‧‧IC晶片

60‧‧‧引線

71、72‧‧‧散熱板

81‧‧‧定位孔

82‧‧‧定位件

91‧‧‧環氧樹脂黏結膠

92‧‧‧黏結膠

D1、D2‧‧‧汲極

G1、G2‧‧‧閘極

S1、S2‧‧‧源極

第1A圖是本發明在第一實施例中所述晶片封裝結構之立體圖；第1B圖是本發明在第一實施例中所述晶片封裝結構之正面透視圖；第1C圖是本發明在第一實施例中所述晶片封裝結構之側剖面示意圖；第1D圖和第1E圖是本發明所述晶片封裝結構中一種較佳連接片正反面之結構示意圖；第2A圖至第2G圖是本發明在第一實施例中與所述晶片封裝方法各步驟相對應之結構示意圖；第3圖是本發明在第一實施例中所述晶片封裝方法之流程圖；第4A圖至第4G圖是本發明在第二實施例中與所述晶片封裝方法各步驟相對應之結構示意圖；第5圖是本發明在第二實施例中所述晶片封裝方法之流程圖；第6A圖至第6H圖是本發明在第三實施例中與所述晶片封裝方法各步驟相對應之結構示意圖；第7圖是本發明在第三實施例中所述晶片封裝方法之流程圖；第8A圖至第8F圖是本發明在第四實施例中與所述晶片封裝方法各步驟相對應之結構示意圖；第9圖是本發明在第三實施例中所述晶片封裝方法之流程圖。

以下將結合圖式，說明本發明的多個較佳的實施例。

實施例1

配合參考第1A圖至第1C圖，如圖所示，本發明中由兩個相同類型的MOSFET晶片(兩個N型或兩個P型)，分別作為高端MOSFET(簡稱為HS晶片20)和低端MOSFET晶片(簡稱為LS晶片30)。藉由一個連接片40將一個控制器晶片(簡稱為IC晶片50)疊放在這兩個MOSFET晶片所在的同一個平面上，並且，將IC晶片50與LS晶片30和HS晶片20的相應電極及引腳14連接後封裝在同一個塑封體100內，以形成一個直流-直流轉換器。

所述的HS晶片20和LS晶片30，各自在晶片正面設有源極和閘極，而在晶片背面設有汲極；其中，HS晶片20的閘極G1及LS晶片30的閘極G2均與IC晶片50上的控制極連接；HS晶片20的汲極D1連接Vin端，源極S1連接LS晶片30的汲極D2，而LS晶片30的源極S2連接Gnd端，形成所述直流-直流轉換器。在直流-直流轉換器的Vin-Gnd兩端之間更可以設置電容、電感等其他的元元件。

本實施例提供的封裝結構中，設有引線框架10(參見第2A圖所示)，該引線框架10在同一平面上設置有相互分離的第一載片台11和第二載片台，其中，第二載片台還設置有相互分離的第一部分12和第二部分13。所述引線框架10更設置有多個相互分離的引腳14，其中包含：低端源極引腳、低端閘極引腳、高端源極引腳、高端閘極引腳，以及互聯引腳15等。

本實施例中的這些引腳14分佈在第一載片台11和第二載片台的周邊，其中，高端汲極引腳是從第一載片台11上延伸設置的，低端源極引腳是從第二載片台的第一部分12上延伸設置的，低端閘極引腳是從第二載片台的第二部分13上延伸設置的；其他複數個引腳14則都是與第一載片台11或第二載片台相互隔開的。

所述HS晶片20放置在第一載片台11上，在該HS晶片20的背面與第一載片台11的頂面之間設有焊錫或導電的環氧樹脂黏結膠91或其他的導電連接材料，以使HS晶片20背面的汲極S1與第一載片台11形成電性連接，並可以藉由高端汲極引腳與外部元件連通。

晶片級封裝的LS晶片30，在翻轉後放置於第二載片台上，在該LS晶片30向下的正面與第二載片台的第一部分12及第二部分13之間設有焊錫或導電的環氧樹脂黏結膠91等，以使LS晶片30正面的源極與第二載片台的第一部分12電性連接，並可以藉由低端源極引腳與外部元件連通；同時，LS晶片30正面的閘極G2與第二載片台的第二部分13電性連接，並可以藉由低端閘極引腳與外部元件連通。

本實施例提供的封裝結構中特別設置的連接片40是由導電材料製成，例如是一種銅片。該連接片40設有高端連接部分41和低端連接部分42，分別藉由焊錫或導電的環氧樹脂黏結膠91等，黏接設置在HS晶片20及LS晶片30向上的表面之上，從而使HS晶片20正面的源極S1及LS晶片30背面的汲極D2(兩者均為向上佈置)分別與連接片40底面的相應位置電性連接，並實現HS晶片20的源極S1與LS晶片30的汲極D2之間的電性連接。

所述連接片40的厚度設計，應當滿足使連接片40的高端連接部分41與其下方HS晶片20等相加的厚度，等於連接片40的低端 連接部分42與其下方LS晶片30等相加的厚度，來保證黏接後整個連接片40的頂面是與HS晶片20及LS晶片30所在的平面相平行的，以便於後續穩固放置IC晶片50。例如，較佳地實施例中是使第一載片台11和第二載片台的厚度一致；HS晶片20和LS晶片30厚度一致，連接在引線框架10後兩個晶片的頂面水平；並且，使連接片40上對應連接HS晶片20及LS晶片30的位置的厚度一致，從而保證其疊放在兩個晶片上後的頂面也是水平的。

配合參考第1D圖至第1E圖所示，例如，可以在連接片40的底部分別形成能夠調整其高端連接部分41及低端連接部分42的厚度的凸起塊411、421。並且，在一個較佳的實施例中，在凸起塊411、421的位置更可以形成有多個向下突出的觸點45，來進一步調整連接片40各部分的厚度。這些觸點45的形成，是藉由在連接片40上打孔，從而在連接片40的頂面形成不穿透的凹坑，並在連接片40的底部形成所述的觸點45。一個連接片40上，不同位置觸點45的打孔深度可以相同或不相同，根據具體的厚度調節情況決定。

同時，該連接片40更設置有引腳連接部分43，用來與位於引線框架10周邊的互聯引腳15進行電性連接，以使HS晶片20的源極S1及LS晶片30的汲極D2及連接片40能夠進一步藉由該互聯引腳15與外部元件連通。所述連接片40的引腳連接部分43，其向下突出部分431的厚度加上與該突出部分431連接的互聯引腳15的厚度，也應當滿足上述使黏接後連接片40的頂面與兩個MOSFET晶片相平行的設計目的。

在一個較佳的實施例中，在引線框架10的互聯引腳15上及所述連接片40的引腳連接部分43更對應設置有鎖定機構。在第1A 圖的示例結構中，互聯引腳15上的鎖定機構是開設的複數個定位孔81，而連接片40的鎖定機構則是在其底部的對應位置的定位件82，圖示的定位件82相當於一種從連接片40底面向下延伸或彎折的結構，能夠對應插入到這些定位孔81中以實現連接片40位置的固定，以確保在組裝及封裝過程連接片40不會發生移動。並且，在設置有上述鎖定機構時，連接片40上定位件82的厚度，是大於引腳連接部分43的厚度，以確保該定位件82能夠對應插入到互聯引腳15的定位孔81中。本發明並不限制在其他的實施結構中互換定位孔81及定位件82的位置或使用其他結構的鎖定機構。

在第1A圖的示例結構中，連接片40的表面形狀及其尺寸設計，使得該連接片40的低端連接部分42基本覆蓋了其下方LS晶片30頂部的絕大部分面積，但高端連接部分41則沒有將HS晶片20的頂部完全覆蓋。因而，所述HS晶片20正面未被連接片40遮蔽的源極S1和閘極G1，可以分別藉由複數個鍵接的引線60，直接連接至引線框架10的引腳14或其他晶片(例如是IC晶片50)的電極上；或者，將引線框架10的引腳14作為中轉，設置多段分別鍵接的引線60，以間接連接至其他晶片(例如是IC晶片50)上的相應電極。本發明也不限制在其他的實施例中，使用其他結構的連接片40，例如，是不完全覆蓋LS晶片30的結構；或者，連接片40不是一體成型的，而是由多個小的連接部件相互連接或組裝形成的等等。

本發明所述的IC晶片50，藉由不導電的黏結膠92或其他絕緣的固定連接方式，黏接設置在該連接片40的頂面之上，以使IC晶片50、連接片40、HS晶片20與LS晶片30形成為一個自上而下疊放的多層結構，同時該IC晶片50與HS晶片20和LS晶片30的電極之間不會藉由連接片40實現電性連接。

在第1A圖的示例結構中，所述IC晶片50是位於連接片40的高端連接部分41之上，即對應HS晶片20上方的位置；而在其他未顯示出的示例中，IC晶片50可以是位於連接片40頂面的其他位置。所述IC晶片50上的複數個電極，能夠分別藉由鍵接的引線60，電性連接至引線框架10周邊的相應引腳14上或其他晶片(例如是HS晶片20)的相應電極上。

本實施例的封裝結構中，更包含塑封體100，將上述疊設的IC晶片50、連接片40、HS晶片20與LS晶片30及對應電極上連接的引線60都封裝起來形成一個元件，而將各個引腳14與外部元件連接的部分暴露出來，並且使引線框架10上第一載片台11和第二載片台(例如是其第一部分12)的底面暴露在塑封體100之外，用以連接電路板或幫助散熱。

以下請配合參閱第2A圖至第2G圖所示的結構，及第3圖所示的流程，介紹本實施例所述晶片的封裝方法：即，見第2A圖，設置一個引線框架10，包含相互隔開的第一載片台11，設有第一部分12和第二部分13的第二載片台，以及多個引腳14。

見第2B圖，設置一個MOSFET晶片為HS晶片20，將其固定連接在第一載片台11上並使HS晶片20背面的汲極D1與第一載片台11形成電性連接。

見第2C圖，設置另一個晶片級封裝的MOSFET晶片為LS晶片30，將其翻轉後固定連接在第二載片台上並使LS晶片30正面的源極S1與第二載片台的第一部分12形成電性連接，且LS晶片30正面的閘極G2與第二載片台的第二部分13形成電性連接。

見第2D圖，設置一個連接片40，在其背面分別藉由設置焊錫或導電的環氧樹脂黏結膠91等類似方式，將該連接片40的高端連接部分41連接至HS晶片20頂面，低端連接部分42連接至LS晶片30頂面，引腳連接部分43連接至引線框架10的互聯引腳15上，使得HS晶片20正面的源極S1、LS晶片30向上的背面汲極D2與互聯引腳15之間相互形成電性連接。

見第2E圖，將IC晶片50藉由不導電的黏結膠92，固定設置在連接片40的頂面上，形成IC晶片50、連接片40、HS晶片20與LS晶片30疊放的多層結構。並且，在HS晶片20正面未被連接片40遮蔽的閘極G1和源極S1，IC晶片50的複數個電極，及引線框架10的複數個引腳14之間相互藉由鍵接的引線60對應連接。

見第2F圖及第2G圖正反兩面所示，設置塑封體100將IC晶片50、連接片40、HS晶片20與LS晶片30疊放的多層結構及引線60等都封裝起來，而使各個引腳14用以連接外部元件的位置及第一載片台11和第二載片台的背面暴露出來。

再參閱第圖3所示，當設置一個LS晶片30時，藉由以下步驟實現：在LS晶片30上用於後續連貼固定的表面形成有鍍層，例如是Ni/Au的鍍層；晶片測試及電路圖形映射；在晶片正面對應位置進行植球以形成相應的電極。晶片級封裝；在晶片正面研磨，以使植球的頂部暴露在封裝體的頂面外；例如，可以在研磨後使植球暴露的頂面與封裝體的頂面齊平，等等。晶片正面預切割，形成劃片槽。晶片背面研磨及背面金屬化形成相應電極；例如一個具體實例中經過背面研磨及背面金屬化後的厚度為6密耳(mil)，其中矽片的厚度為3mil，矽片上方的封裝體厚度為3mil。之後，切割形成各個獨立的LS晶片30，再翻轉 使其以正面朝下且背面朝上的方式導電連接至第二載片台上。

而在設置一個HS晶片20時，藉由以下步驟實現：在HS晶片20上用於後續連貼固定的表面形成有鍍層，例如是Ni/Pd/Au的鍍層；晶片測試；晶片背面研磨及背面金屬化，例如以上述的具體實例說明，使背面研磨及背面金屬化後HS晶片20和LS晶片30的厚度一致，為6mil。切割形成各個獨立的HS晶片20，使其正面朝上，背面朝下連接至第一載片台11。

而在設置一個IC晶片50時，藉由以下步驟實現：IC晶片50背面研磨，例如為6mil。在IC晶片50的背面塗覆不導電的黏結膠92。切割形成各個獨立的IC晶片50，並置於清洗後的連接片40頂面上。

則IC晶片50、連接片40、HS晶片20與LS晶片30疊放連接之後，具體設有黏貼膠帶，進行固化；在相應晶片的電極及引腳14之間鍵接形成連接的引線60；形成塑封體100；在暴露的位置形成鍍層；藉由鋸切或衝壓等類似方式，切割形成各個獨立的封裝元件的複數個步驟。

實施例2

第4A圖至第4G圖示出了本實施例中晶片封裝各個步驟中的結構示意，第5圖示出了本實施例中封裝方法的流程。其中，本實施例的結構簡述如下，即，設置一個引線框架10(第4A圖)，包含第一載片台11，用於固定連接HS晶片20並與其背面汲極D1形成電性連接(第4B圖)；更包含第二載片台，設有第一部分12和第二部分13，用於固定連接翻轉的封裝LS晶片30並分別與其正面的源極S2和閘極G2形成電性連接(第4C圖)。將一個連接片40導電連接在HS晶片20及LS晶片30上，以使該連接片40的高端連接部分41電性連接至HS晶 片20正面的源極S1，而該連接片40的低端連接部分42電性連接至LS晶片30向上的背面汲極D2，並進而藉由該連接片40的引腳連接部分43電性連接至引線框架10的互聯引腳15(第4D圖)；與實施例1中的不同之處在於，本實施例中是在連接片40上同時設置了IC晶片50和一個散熱板71，例如是導熱性能良好的銅板或類似材料製成所述散熱板71。例如，是將該散熱板71設置在連接片40的低端連接部分42的頂面上形成良好的導熱接觸(第4E圖)，而將IC晶片50絕緣地黏接在連接片40的高端連接部分41(第4F圖)。則，形成IC晶片50與散熱板71、連接片40、HS晶片20及LS晶片30疊放的多層結構，並且，散熱板71的厚度設計，應當與IC晶片50與HS晶片20或引腳14之間連接複數個引線60後的厚度大致相當。將上述多層結構封裝在塑封體100中，而使各個引腳14外連的部分，第一載片台11和第二載片台的大部分底面分別暴露在塑封體100的底面之外；同時使散熱板71的頂面暴露在塑封體100的頂面之外進一步幫助散熱。

配合參閱第5圖所示，本實施例中設置引線框架10、HS晶片20、LS晶片30及IC晶片50的過程與實施例1中基本一致，不同點主要是需要設置散熱板71，並在連接片40黏接在HS晶片20和LS晶片30上以後，到清洗連接片40以設置IC晶片50之前，需要增加將散熱板71連接至連接片40頂面的步驟。

實施例3

第6A圖至第6G圖示出了本實施例中晶片封裝各個步驟中的結構示意，第7圖示出了本實施例中封裝方法的流程。其中，本實施例的結構簡述如下，即，設置一個引線框架10(第6A圖)，包含第一載片台11，用於固定連接HS晶片20並與其背面汲極D1形成電性連接 (第6B圖)；更包含第二載片台，設有第一部分12和第二部分13，用於固定連接翻轉的封裝LS晶片30並分別與其正面的源極S2和閘極G2形成電性連接(第6C圖)。將一個連接片40導電連接在HS晶片20及LS晶片30上，以使該連接片40的高端連接部分41電性連接至HS晶片20正面的源極S1，而該連接片40的低端連接部分42電性連接至LS晶片30向上的背面汲極D2，並進而藉由該連接片40的引腳連接部分43電性連接至引線框架10的互聯引腳15(第6D圖)。將一個IC晶片50絕緣地黏接在連接片40的高端連接部分41，並形成IC晶片50、HS晶片20及引腳14之間相互的引線60連接(第6E圖)；與實施例1中的不同之處在於，本實施例中是在使用塑封體100將IC晶片50，連接片40，HS晶片20及LS晶片30疊放的多層結構一起封裝時，塑封體100底面暴露的結構不變，而是在該塑封體100的頂面上形成一個缺口101，使得連接片40上的低端連接部分42有一部分面積從該缺口101中暴露出來(第6F圖)。設置一個散熱板72，例如是導熱性能良好的銅板或類似材料製成，該散熱板72的底部向下設置有一個突起件(第6G圖)，該突起件能夠插入塑封體100的缺口101，且具有足夠的厚度從而連接至連接片40形成導熱接觸。該散熱板72的頂部留在塑封體100的頂面上(第6H)圖，因此可以在不超過塑封體100面積的情況下設置儘量大的散熱面積，以提升散熱效果。

配合參閱第7圖所示，本實施例中設置引線框架10、HS晶片20、LS晶片30及IC晶片50的過程與實施例1中基本一致，不同點主要是需要設置散熱板72，並在封裝多層結構形成帶缺口101的塑封體100之後，需要增加將散熱板72的突起件插入到缺口101與其中的連接片40頂面實現連接及導熱接觸的步驟。

實施例4

第8A圖至第8G圖示出了本實施例中晶片封裝各個步驟中的結構示意，第9圖示出了本實施例中封裝方法的流程。其中，本實施例的結構簡述如下，即，設置一個引線框架10(第8A圖)，包含第一載片台11，用於固定連接HS晶片20並與其背面汲極D1形成電性連接(第8B圖)；更包含第二載片台，設有第一部分12和第二部分13，用於固定連接翻轉的封裝LS晶片30並分別與其正面的源極S2和閘極G2形成電性連接(第8C圖)。將一個連接片40導電連接在HS晶片20及LS晶片30上，以使該連接片40的高端連接部分41電性連接至HS晶片20正面的源極S1，而該連接片40的低端連接部分42電性連接至LS晶片30向上的背面汲極D2，並進而藉由該連接片40的引腳連接部分43電性連接至引線框架10的互聯引腳15(第8D圖)；與實施例1中的不同之處在於，本實施例中的連接片40結構不同，其中，高端連接部分41(及引腳連接部分43)的厚度小於低端連接部分42的厚度(第8D圖)。而該低端連接部分42的厚度設計，應當滿足將IC晶片50絕緣地黏接在連接片40的高端連接部分41上，且在IC晶片50與HS晶片20或引腳14之間連接複數個引線60後的厚度大致相當(第8E圖)。則，塑封體100將上述IC晶片50，連接片40，HS晶片20及LS晶片30疊放的多層結構封裝後，除塑封體100底面暴露的部分不變之外，同時還使該連接片40的低端連接部分42的頂面暴露在塑封體100的頂面之外以進一步幫助散熱。本實施例中連接片40的三個部分可以是一體成型的，也可以是藉由組裝或連接後形成的。

配合參閱第9圖所示，本實施例中設置引線框架10、HS晶片20、LS晶片30及IC晶片50及將其封裝的過程與實施例1中基本 一致，不同點主要是需要在封裝前以膠帶等覆蓋連接片40的高端連接部分41的頂面，以便於封裝後能夠使其暴露設置。

本發明中各個晶片本身的製作流程可以根據本領域的常用手段實現。而本發明中將多晶片藉由連接片40疊放並連接的封裝結構及封裝方法，除了上文描述的使用兩個MOSFET晶片及一個IC晶片50以外，更可以運用到其他元件的封裝中，例如是封裝高壓IGBT晶片(絕緣閘雙極型電晶體)、高壓控制器，或者用於封裝更多數量的晶片或更多的晶片疊層，等等。

儘管本發明的內容已經藉由上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

10‧‧‧引線框架

14‧‧‧引腳

20‧‧‧HS晶片

30‧‧‧LS晶片

40‧‧‧連接片

50‧‧‧IC晶片

60‧‧‧引線

Claims (19)

1. 一種多晶片疊層之封裝結構，其包含：引線框架，其設有相互隔開的第一載片台、第二載片台和複數個引腳，該第二載片台進一步設有相互隔開的第一部分和第二部分；第一晶片，其背面電極向下佈置並導電連接在第一載片台上；第二晶片，藉由翻轉使其正面電極向下佈置並導電連接在第二載片台的第一部分及第二部分上，該第二晶片的其中一些正面電極連接至該第一部分，其中另一些正面電極連接至該第二部分；連接片，其底面同時導電連接至第一晶片向上佈置的其中一些正面電極，及第二晶片向上佈置的背面電極上；第三晶片，其背面向下佈置並絕緣地連接在該連接片的頂面上；塑封體，其封裝依次疊放為多層結構的第三晶片、連接片、第一晶片及第二晶片、引線框架，以及對應連接在晶片電極與晶片電極之間或晶片電極與引腳之間的引線，並且，使引腳與外部元件連接的部分以及第一載片台和第二載片台背面的至少一部分暴露在該塑封體以外。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該第一晶片是一個作為高端MOSFET晶片的HS晶片，其背面設置的汲極導電連接在第一載片台上； 該第二晶片是一個作為低端MOSFET晶片且經過晶片級封裝的LS晶片，其正面設置的源極導電連接在第二載片台的第一部分上，該第二晶片正面設置的閘極導電連接在第二載片台的第二部分上；該連接片的底面導電連接在該HS晶片正面的源極及該LS晶片背面的汲極上，用以實現這兩個電極之間的電性連接；該第三晶片是一個作為控制器的IC晶片，其底面絕緣地連接在連接片的頂面上，而該第三晶片頂面的複數個電極分別藉由引線對應連接至其他晶片上的相應電極或引線框架上的相應引腳；該HS晶片正面或LS晶片背面上未被連接片遮蔽的複數個電極，也分別藉由引線對應連接至其他晶片上的相應電極或引線框架上的相應引腳。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該封裝結構更在形成塑封體前設置有散熱板，該散熱板與該第三晶片分別連接在連接片的頂面之上，以使該散熱板與連接片形成導熱接觸，進而藉由該散熱板暴露在塑封體頂面之外的表面實現散熱。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該封裝結構更在形成塑封體後設置有散熱板；該塑封體的頂面上進一步形成有缺口，該散熱板的底部插入至該缺口以連接至連接片的頂面，並形成該散熱板與連接片的 導熱接觸，進而藉由該散熱板留在塑封體頂面之外的頂部實現散熱。
5. 如申請專利範圍第1~4項中任意一項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該連接片設有連接在第一晶片上的高端連接部分，和連接在第二晶片上的低端連接部分；該連接片的高端連接部分及低端連接部分具有相同或不同的厚度；該高端連接部分、第一晶片、第一載片台厚度的和值，與該低端連接部分、第二晶片、第二載片台厚度的和值相等，從而使連接後連接片的頂面水平以穩固放置第三晶片。
6. 如申請專利範圍第5項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該第三晶片連接於連接片的高端連接部分或低端連接部分中厚度較小的一個部分之上，高端連接部分或低端連接部分中厚度較大的一個部分的頂面暴露在該塑封體之外實現散熱。
7. 如申請專利範圍第6項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：在該連接片上形成有複數個局部調整連接片厚度的觸點，該觸點是使該連接片頂面向下凹陷形成不穿透的盲孔且同時使該連接片底面向下突出的結構。
8. 如申請專利範圍第5項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中： 該連接片進一步設有引線連接部分，其導電連接至引線框架所設置的互聯引腳上；該引線連接部分、高端連接部分及低端連接部分，是藉由一體成型或藉由組裝連接來形成該連接片的；該引線連接部分與該互聯引腳上對應設置有防止組裝及封裝過程中連接片位置改變的鎖定機構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該第一晶片與第一載片台之間，該第二晶片與第二載片台之間，該連接片與該第一晶片及第二晶片之間的導電連接，是藉由在相互連接的表面之間設置的焊錫或導電的環氧樹脂膠實現；該第三晶片與該連接片之間絕緣地連接，是藉由在第三晶片背面設置的不導電黏結膠實現。
10. 如申請專利範圍第1項所述之多晶片疊層之封裝結構，其中：該連接片是銅片。
11. 一種多晶片疊層之封裝方法，其包含下列步驟：設置引線框架，其設有相互隔開的第一載片台，第二載片台和複數個引腳，該第二載片台進一步設有相互隔開的第一部分和第二部分；將第一晶片的背面電極向下佈置並導電連接在第一載片台上；將第二晶片翻轉以使其正面電極向下佈置並導電連接在第二載片台的第一部分及第二部分上，該第二晶片的其中 一些正面電極連接至該第一部分，第二晶片的其中另一些正面電極連接至該第二部分；將連接片底面同時導電連接至第一晶片向上佈置的其中一些正面電極，及第二晶片向上佈置的背面電極上；將第三晶片的背面向下佈置並絕緣地連接在該連接片的頂面上；形成塑封體將依次疊放為多層結構的第三晶片、連接片、第一晶片及第二晶片、引線框架，以及對應連接在晶片電極與晶片電極之間或晶片電極與引腳之間的引線進行封裝後，切割該塑封體形成一個獨立的元件；並且，使引腳與外部元件連接的部分以及第一載片台和第二載片台背面的至少一部分暴露在該塑封體以外。
12. 如申請專利範圍第11項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中：該封裝方法更在塑封之前將設置的一散熱板也連接至該連接片的頂面之上，以使該散熱板與連接片形成導熱接觸，進而藉由該散熱板暴露在塑封體頂面之外的表面實現散熱。
13. 如申請專利範圍第11項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中：該封裝方法在封裝形成的塑封體的頂面上形成有缺口，並將設置的一散熱板的底部插入至該缺口以連接至連接片的頂面，並形成該散熱板與連接片的導熱接觸，進而藉由該散熱板留在塑封體頂面之外的頂部實現散熱。
14. 如申請專利範圍第11項所述之多晶片疊層之封裝方法，其 中：該連接片設有連接在第一晶片上的高端連接部分，和連接在第二晶片上的低端連接部分；該連接片的高端連接部分及低端連接部分具有相同或不同的厚度；該連接片的高端連接部分及低端連接部分之厚度不同時，該第三晶片連接於連接片的高端連接部分或低端連接部分中厚度較小的一個部分之上，高端連接部分或低端連接部分中厚度較大的一個部分的頂面暴露在該塑封體之外實現散熱。
15. 如申請專利範圍第11項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中：該第一晶片與第一載片台之間，該第二晶片與第二載片台之間，該連接片與該第一晶片及第二晶片之間的導電連接，是藉由在相互連接的表面之間設置的焊錫或導電的環氧樹脂膠實現；該第三晶片與該連接片之間絕緣地連接，是藉由在第三晶片背面設置的不導電黏結膠實現。
16. 如申請專利範圍第11項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中：在該連接片上形成有複數個局部調整連接片厚度的觸點，該觸點是藉由打孔方式使該連接片頂面向下凹陷形成不穿透的盲孔且同時使該連接片底面向下突出的結構。
17. 如申請專利範圍第11~16項中任意一項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中： 該第一晶片是藉由以下過程形成的：在矽片上用以連接其他元件的表面分別形成鍍層；進行晶片測試；晶片背面研磨及背面金屬化以控制第一晶片的厚度並形成相應的背面電極；切割形成各個獨立的第一晶片；之後，再將該第一晶片背面向下連接至第一載片台。
18. 如申請專利範圍第17項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中：該第二晶片是藉由以下過程形成的：在矽片上用以連接其他元件的表面形成鍍層；進行晶片測試及電路圖形映射；在矽片正面對應位置植球以形成相應的正面電極；晶片級封裝形成封裝體；在晶片正面研磨，以使植球的頂部暴露在封裝體的頂面外；晶片正面預切割，形成劃片槽；晶片背面研磨及背面金屬化以控制第二晶片的厚度並形成相應的背面電極；切割形成各個獨立的第二晶片；之後，將該第二晶片翻轉後使其正面向下連接至第二載片台。
19. 如申請專利範圍第18項所述之多晶片疊層之封裝方法，其中：該第三晶片是藉由以下過程形成的：晶片背面研磨；IC晶片的背面塗覆不導電的黏結膠；切割形成各個獨立的第三晶片；之後，將該第三晶片黏結於已經連接至第一晶片、第二晶片上的連接片的頂面；在第三晶片、連接片、第一晶片及第二晶片疊放形成多層結構後，更具有以下過程：黏貼膠帶，進行固化；在相應的晶片電極與晶片電極之間，及晶片電極與引腳之間 分別鍵接形成引線；形成塑封體；在暴露於塑封體外的位置形成鍍層；最終切割形成各個獨立的封裝元件。