專利名稱：一種半導體部件的制作方法
技術領域：
一種半導體部件技術領域[0001]本實用新型涉及半導體器件生產領域，尤其是一種包含表面安裝元件的半導體部件。
背景技術：
[0002]在一些大功率的高頻半導體器件，如射頻(RF)器件模塊中，將半導體芯片連接到印刷電路板中時，為了提高器件的效率值(Q)，往往需要在半導體芯片和印刷電路板之間引入一些被動元件(如電容、電感、電阻)，從而提高半導體芯片和印刷電路板上的阻抗匹配程度。[0003]受限于半導體制作工藝以及半導體材料本身的性質，在半導體芯片上集成被動器件，會使得整個半導體芯片的體積增大，尤其是在制作大電容或大電感時，比如超過InF的電容或者超過0.1uH的電感，現有的半導體工藝就幾乎無法實現。因此普遍的做法是，將半導體芯片安裝到印刷電路板上時，在印刷電路板上設置被動元件，然后通過導線將被動元件和半導體芯片連接。[0004]然而這種方法，使得半導體芯片與被動元件之間的距離過長，增加了額外的寄生電容、電感、電阻，對阻抗的匹配程度下降，半導體器件的電性能亦受到影響。因而人們急需找到一種解決被動元件和半導體芯片之間距離過長問題的半導體部件，從而將導線產生的阻抗失配影響降低至最小。[0005]隨著技術的發展，表面安裝元件(Surface Mount Device, SMD)已經實現微型化和低成本制作。由于表面安裝元件的焊接端沒有引線或者只有非常短的引線，因利用表面安裝元件技術制作而成的被動元件具有低的寄生電容、電感、電阻，使得表面安裝元件具有低噪、低延遲等較好的高頻特性。因此如果能利用表面安裝元件代替現有半導體部件中設置在印刷電路板上的被動元件來進行阻抗匹配，將會進一步提高大功率高頻半導體部件的電學特性。實用新型內容[0006]有鑒于此，本實用新型的目的在于提出一種具有表面安裝元件的半導體部件及其制作方法，該半導體部件利用表面安裝元件形成的被動元件與半導體芯片中的主動元件集成在一塊安裝法蘭上，使得被動元件和主動元件中的距離盡可能的短，從而減小因導線引起的寄生電容、電感、電阻而導致的阻抗失配影響。[0007]根據本實用新型的目的提出的一種半導體部件，該半導體部件安裝于一印刷電路板上，包括安裝法蘭、設置于該安裝法蘭上的至少一個主動元件區和至少一個被動元件區，所述主動元件區包括一具有半導體功能器件的半導體芯片，所述被動元件區包括一半導體襯底以及位于該半導體襯底上的至少一個表面安裝元件，所述表面安裝元件包括至少一個被動元件，所述半導體芯片和所述表面安裝元件通過一導線連接。[0008]半導體襯底上包括兩個金屬焊盤，所述表面安裝元件的正負電極固定在該兩個金屬焊盤上，且其中一個金屬焊盤上同時固定用以連接半導體芯片的導線，另一個金屬焊盤上固定用以連接安裝法蘭或印刷電路板的導線。[0009]半導體芯片具有多個輸入焊盤和多個輸出焊盤，該多個輸入焊盤和輸出焊盤通過多個導線連接到所述印刷電路板上。[0010]優選的，所述表面安裝元件的被動元件為電感、電容或電阻中的一種或幾種組合。[0011]優選的，所述安裝法蘭上還設有至少一個用以匹配半導體芯片輸入阻抗的第一金屬氧化物半導體電容和至少一個用以匹配半導體芯片輸出阻抗的第二金屬氧化物半導體電容，該第一金屬氧化物半導體電容和該第二金屬氧化物半導體電容通過多個導線連接在半導體芯片和印刷電路板之間。[0012]優選的，所述半導體襯底中制作有金屬氧化物半導體器件，所述表面安裝元件安裝于該金屬氧化物半導體器件上。[0013]優選的，所述安裝法蘭上設有封裝絕緣介質，該封裝絕緣介質將所述安裝法蘭上的所有器件進行覆蓋，使該半導體部件形成封裝結構。[0014]優選的，所述安裝法蘭上設有一可拆卸式保護蓋，該保護蓋完全覆蓋該安裝法蘭形成封閉腔體，以保護所述安裝法蘭上所有器件。[0015]與現有技術先比，本實用新型的優點在于:[0016]第一:由于將表面安裝兀件與半導體芯片一起設置于安裝法蘭中，相比將被動兀件設置在印刷電路板上的結構，本實用新型中的被動元件和主動元件之間的距離在一個非常短的范圍內，盡可能的降低了由導線引起的寄生電容、電感、電阻，從而提高阻抗的匹配程度，降低損耗。[0017]第二:表面安裝元件提高了器件的電學性質。由于表面安裝元件能夠在很小的體積下做出很大的電容、電感或電阻，相比較半導體工藝下的被動元件，能夠使得大功率器件中的阻抗匹配設計更加靈活，并且有利于提高器件的Q值。[0018]第三:表面安裝元件被制作在一塊結構功能非常簡單的半導體襯底上，由于表面安裝元件和半導體襯底本身的尺寸都非常小，因此半導體部件的整體尺寸可以控制在一個比較小的范圍之內。


[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0020]圖1給出了本實用新型半導體部件的結構示意圖；[0021]圖2是本實用新型另一種實施方式中的半導體部件的俯視圖；[0022]圖3是本實用新型另一種實施方式的結構示意圖；[0023]圖4是本實用新型又一種實施方式的結構示意圖；[0024]圖5是本實用新型的半導體部件制作方法的步驟流程圖。
具體實施方式
[0025]正如背景技術中提到的，現有技術中尚無法在半導體芯片上集成大值的被動元件，因此在一些大功率高頻器件中，需要將被動元件制作在印刷電路板上，然而這種方式使得被動元件和半導體芯片之間的引線距離過長，從而帶來了額外的寄生電容、電感、電阻，影響了半導體芯片和印刷電路板之間的阻抗匹配，降低了器件的電學性質。[0026]為了解決上述問題，本實用新型在傳統的半導體部件的基礎上，在安裝法蘭上集成表面安裝元件，利用表面安裝元件形成的被動元件，實現低雜感、低損耗的阻抗匹配，在提高器件電性能的同時，大大降低器件的成本。[0027]請參見圖1，圖1給出了本實用新型半導體部件的結構示意圖。如圖所示，本實用新型的半導體部件包括:安裝法蘭(flange) 10，該安裝法蘭10為片狀金屬或其它導電材質，起到承載平臺的作用，另外當該半導體部件被安裝到一外部印刷電路板時，該安裝法蘭10同時起到散熱的作用。較優地，在做電路設計時，該安裝法蘭10被接地，為設置在安裝法蘭10上的所有器件提供地端。在該安裝法蘭上設置至少一個主動元件區和至少一個被動元件區，主動元件區上通常安裝起電路主體功能的有源器件，如分立器件、集成電路等，而被動元件區在安裝一些為有源器件提供阻抗匹配功能的無源器件，如電阻、電感、電容等。在圖1所示的實施方式中，該主動元件區和被動元件區雖然各自只有I個，但是當運用到實際的半導體部件上時，則可以視具體地運用安排多個主動元件區或被動元件區。[0028]主動元件區包括一具有半導體功能器件的半導體芯片12，半導體芯片12根據半導體部件的功能制作而成，該半導體芯片比如是存儲器集成芯片、射頻器件芯片、中央處理單元和/或數字信號處理器等等，其通常包括一半導體材料襯底以及在該半導體材料襯底通過鍍膜工藝、刻蝕工藝等半導體工藝手段得到的氧化物層、金屬層等等。另外作為一個完整的半導體芯片，其表面上設有若干個輸入輸出焊盤，該多個輸入焊盤和輸出焊盤通過多個導線連接到所述印刷電路板上或其它需要連接的地方。如圖示中的金屬墊片(pad) 121。[0029]被動元件區包括一半導體襯底11以及位于該半導體襯底11上的至少一個表面安裝元件13，該半導體襯底11比如是硅晶片、絕緣體上硅晶片、氧化硅晶片、砷化鎵晶片、氮化鎵晶片、鍺化硅晶片、陶瓷晶片、石英晶片等，其主要作用是給表面安裝元件13提供一個安裝平臺，因為安裝法蘭10通常為金屬或其它導體材料，所以表面安裝元件13無法直接安裝在法蘭上，需要中間增加一層不導電或導電性差的材料。作為本實用新型優選的方案，半導體襯底11可以和主動元件區中的半導體芯片12利用相同的工藝一次焊接到安裝法蘭10上，節省了制作步驟。當然如果采用其它材料，比如絕緣的介質材料作為表面安裝元件13的安裝平臺，也是可選的一種方案。進一步地，該半導體襯底11即可以是裸晶，也可以經過簡單的半導體工藝加工，比如在襯底上制作氧化層或其它介質層，再做上一層金屬，從而形成一個金屬氧化物半導體(MOS)器件。[0030]表面安裝元件13包括至少一個被動元件,該被動元件比如是電阻、電容、電感中的一種或幾種組合。該表面安裝元件13的主要作用是匹配半導體芯片12和外部印刷電路板之間的阻抗，從而提高信號的輸入輸出效率，減少損耗。半導體襯底11上包括兩個金屬焊盤，表面安裝元件13的正負電極固定在該兩個金屬焊盤上，且其中一個金屬焊盤上同時固定用以連接半導體芯片的導線141，半導體芯片12和表面安裝元件13通過該導線141連接。另一個金屬焊盤上固定用以連接安裝法蘭或印刷電路板的導線142。當然，當半導體襯底11上同時集成MOS器件時，該半導體襯底11上除了圖示中畫出的兩個金屬焊盤之外，還包括其它的多個輸入輸出焊盤。[0031]請結合圖1參見圖2，圖2是本實用新型另一種實施方式中的半導體部件的俯視圖。如圖所示，在安裝法蘭10上，包括了兩個作為主動元件的半導體芯片12和兩個作為被動元件的表面安裝元件13及位于表面安裝元件13下方的半導體襯底11，每個半導體芯片12與相鄰的表面安裝元件13連接。除此之外，在每個半導體芯片12的兩側還設有至少一個用以匹配半導體芯片12輸入阻抗的第一金屬氧化物半導體電容151 (圖示中為兩個)和至少一個用以匹配半導體芯片輸出阻抗的第二金屬氧化物半導體電容152，該第一金屬氧化物半導體電容151和該第二金屬氧化物半導體電容152通過多個導線143連接在半導體芯片12和印刷電路板18之間。[0032]上述的幾個實施方式中，半導體部件采用的都是無封裝結構，這種結構的優點在于，當部件制作完成后，人員希望對部件中的各個器件有所調整時，可以很方便的安裝、拆除或更換。作為可選的實施方式，本實用新型的半導體部件也可以采用封裝結構實現，請參見圖3，圖3是本實用新型另一種實施方式的結構示意圖，如圖所示，在安裝法蘭10上增加了封裝絕緣介質16，該封裝絕緣介質16將安裝法蘭上的所有器件進行覆蓋，使該半導體部件形成封裝結構。[0033]請參見圖4，圖4是本實用新型又一種實施方式的結構示意圖。如圖所示，在安裝法蘭10上設有一可拆卸式保護蓋17，該保護蓋17完全覆蓋該安裝法蘭10形成封閉腔體，以保護所述安裝法蘭10上所有器件。[0034]下面，再對本實用新型的半導體部件的制作方法做詳細介紹。請參見圖5，圖5是本實用新型的半導體部件制作方法的步驟流程圖。如圖所示，辦實用新型的半導體部件的制作方法，包括步驟:[0035]S1:提供一安裝法蘭，該安裝法蘭的尺寸和材料根據所需制作的具體半導體部件而定。比如當半導體部件是一個復雜電路，需要繼承多個半導體芯片時，則可以將該安裝法蘭的尺寸設計的稍微大點，反之則可以設計成小尺寸的安裝法蘭。[0036]S2:半導體焊接工藝:將具有半導體功能器件的半導體芯片和半導體襯底焊接到該安裝法蘭上。具體地，該半導體芯片和半導體襯底通過金硅合金在410°C下進行焊接，或者通過20(TC -350°C下的銀焊工藝或鉛錫焊接工藝進行焊接。。[0037]S3:表面安裝元件工藝:在所述半導體襯底上制作兩個金屬焊盤，將一表面安裝元件安裝在該半導體襯底上，該表面安裝元件的正負極固定在上述兩個金屬焊盤上。具體地，該表面安裝元件利用導電膠貼裝法或者錫鉛焊接法固定在所述半導體襯底上。[0038]S4:引線工藝:在所述半導體芯片制作輸入輸出引線，這些輸入輸出引線往往需要外接到外部印刷電路板上的一些輸入輸出裝置上，使得半導體芯片能夠完成對信號的處理和轉移。在有封裝結構的應用中，這些引線會被延伸到封裝體的外圍。而內置于安裝法蘭上的器件之間，主要通過該引線工藝對被動元件和主動元件之間的鏈接，在本實用新型中，主要利用引線將該半導體襯底上的一個金屬焊盤與所述半導體芯片進行連接，同時將另外一個金屬焊盤與安裝法蘭或者一外部印刷電路板進行連接。[0039]除此之外，在一些需要增加輸入輸出的匹配電容的應用中，還需要將至少一個金屬氧化物半導體電容焊接到所述安裝法蘭上，并通過弓I線工藝將該金屬氧化物電容通過多個引線連接在所述半導體芯片上。[0040]在一些需要應用到封裝結構的半導體部件中，該制作方法進一步包括步驟:封裝工藝:利用封裝絕緣介質將整個安裝法蘭設有器件的一面進行覆蓋，形成封裝結構，或者在所述安裝法蘭上制作一可拆卸式保護蓋，該保護蓋完全覆蓋該安裝法蘭形成封閉腔體。[0041]進一步地，還包括步驟:印刷電路板工藝:將整個半導體部件安裝到一具有多個器件的外部印刷電路板上，并將輸入輸出引線和所述印刷電路板上的部分器件連接。[0042]綜上所述，本實用新型的半導體部件及其制作方法，通過在安裝法蘭上增加表面安裝元件，使得主動元件和被動元件之間的距離被盡可能的縮短，從而減少了寄生電容、電感、電阻，提高了半導體芯片和印刷電路板之間的匹配程度。相比較現有技術，本實用新型應用表面安裝元件形成的被動元件，體積小、易于集成，且能夠制作出數值較大的電感或電容，從而使得大功率高頻器件的性能得到提升。[0043]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種半導體部件，該半導體部件安裝于一印刷電路板上，其特征在于:包括安裝法蘭、設置于該安裝法蘭上的至少一個主動元件區和至少一個被動元件區，所述主動元件區包括一具有半導體功能器件的半導體芯片，所述被動元件區包括一半導體襯底以及位于該半導體襯底上的至少一個表面安裝元件，所述表面安裝元件包括至少一個被動元件，所述半導體芯片和所述表面安裝元件通過一導線連接。
2.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述安裝法蘭接地，形成所述半導體芯片的地端。
3.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述表面安裝元件的被動元件為電感、電容或電阻中的一種或幾種組合。
4.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述被動元件區的半導體襯底上包括兩個金屬焊盤，所述表面安裝元件的正負電極固定在該兩個金屬焊盤上，且其中一個金屬焊盤上同時固定用以連接半導體芯片的導線，另一個金屬焊盤上固定用以連接安裝法蘭或印刷電路板的導線。
5.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述半導體芯片具有多個輸入焊盤和多個輸出焊盤，該多個輸入焊盤和輸出焊盤通過多個導線連接到所述印刷電路板上。
6.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述安裝法蘭上還設有至少一個用以匹配半導體芯片輸入阻抗的第一金屬氧化物半導體電容和至少一個用以匹配半導體芯片輸出阻抗的第二金屬氧化物半導體電容，該第一金屬氧化物半導體電容和該第二金屬氧化物半導體電容通過多個導線連接在半導體芯片和印刷電路板之間。
7.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述半導體襯底中制作有金屬氧化物半導體器件，所述表面安裝元件安裝于該金屬氧化物半導體器件上。
8.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述安裝法蘭上設有封裝絕緣介質，該封裝絕緣介質將所述安裝法蘭上的所有器件進行覆蓋，使該半導體部件形成封裝結構。
9.如權利要求1所述的半導體部件，其特征在于:所述安裝法蘭上設有一可拆卸式保護蓋，該保護蓋完全覆蓋該安裝法蘭形成封閉腔體。
專利摘要本實用新型揭示了一種半導體部件，該半導體部件利用表面安裝元件形成的被動元件與半導體芯片中的主動元件集成在一塊安裝法蘭上，通過該表面安裝元件代替現有的半導體被動元件，使得被動元件和主動元件中的距離盡可能的短，從而減小寄生電容、電感、電阻，提高阻抗的匹配度。另外由于表面安裝元件中的被動元件能夠在很小的體積下做出很大的電容、電感或電阻，相比較半導體工藝下的被動元件，能夠使得大功率器件中的阻抗匹配設計更加靈活，并且有利于提高器件的Q值，降低損耗。
文檔編號H01L23/498GK202977410SQ20122061332
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者馬強, 石秋明 申請人:蘇州遠創達科技有限公司