电子元器件的发展

电子元器件的发展

1新型肖特基势垒器封装结构

随着电子产品的简化和便捷性的需求增加，芯片体积的不断扩大已经成为电子设备发展的

方向，同时也提高了产品的可靠性。

本文介绍一种新型封装的肖特基二极管的制造技术，该产品的关键技术是晶圆级封装

（WLP）技术，即在圆片的生产过程中使用磷穿透工艺，将分立器件相对两个表面的电极引

到同一面上，使芯片能够直接使用在整机中，减少了晶粒的封装过程。该工艺技术将引领

分立器件晶圆级封装（WLP）产品的发展，将是半导体器件行业发展的必然趋势。使月该

工艺有助于降低材料消耗、缩短制造流程

2ds2c封装材料

DSN-2（DualSiliconNo-Lcad双硅片无引脚）封装的肖特基势垒二极管是一种新型的肖

特基整流二极管，产品的正、负两极做在芯■的同一平面上；相比釉线、贴封等封装形式

具有体积小、封装电容小、压降小、功耗低;抗干扰能力、抗噪性能强、有较好的散热性

能等特点。其正向开启电压低、反向饱和电流小、开关速度快等优点，使该产品在生产工

艺流片完成后可以直接用于整机中，减小成品的总尺寸，且省去了器件封装过程，势垒区

的有效面积得到了提高。采用这种设计结构，使导通期间器件的功耗更低，漏电流低。

DSN2封装产品与其他封装产品的体积比较如图1所示。

TSB20F40/2.OA40V肖特基二极管是DSN-2封装的40V2A的肖特基二极管，其体积与同类

其他封装相比，体积小很多，芯片厚度在250~310Hm,其金属基板到散热体的最有效散热

路径仅有0.2皿口，大大提高了芯片长时间运行的可靠性，且电参数特性和其它封装形式没

有区别。

DSN-2封装的TSB20F40/2.OA40V肖特基二极管的技术参数如表1所示。

3阻挡层、势基电极的封装形式

肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别，它的内部是由阳极金属（用铝或

铝等材料制成的阻挡层）、二氧化硅（Si0

肖特基二极管分为有引线式和表面安装（贴片式）两种封装形式。肖特基二极管的DSN-2

封装就是把正极和负极做到同一个表面上，直接在PCB上进行焊接，省去封装环节。

3.1肖特基势垒电极的设计

DSN-2封装主要是从芯片制造上实现的，版图设计原理是采用磷穿透结构结构，将肖特基

势垒整流二极管的正、负两极设计在同一平面上，这样便使该产品在生产工艺流片完成后

可以直接用于整机中，减小了成品的总尺寸，省去了封装过程，提高了势垒区的有效面积,

降低了V

图2所示为采用磷全穿透工艺将芯片外延层穿透设计结构，图3所示为TSB20F40/2.0A

40V肖特基势垒二极管的版图外形图。

3.2工艺设计

TSB20F40型DSN-2工艺和普通肖特基二极管的工艺相比较，有如下三点主要不同：

3.2.1基势垒热之磷穿透工艺

TSB20F40/2.OA40V肖特基势垒二极管的反向击穿电压为40V,其外延层厚度在4.7-

5.2urn之间，要穿透外延层，选择的磷穿透工艺如下：

3.2.1.L磷酸：磷酸预扩散t.1050t.6minno

T:磷预扩炉温度；t:时间;N

3.2.1.2个块的电阻范围：30.5

3.2.1.3.3磷酸再扩散

这样即可穿透外延层，将背面电极引到止面，实现正负电极在芯片同侧。

3.2.2基势两极质构特性，和正常焊接的要求都具有在热点基势、正常

焊接上的特性

要实现产品能够直接在PCB板上焊接，对DSN-2封装产品的金属层工艺工艺要求比较高，

既要满足肖特基二极管的特性，又要满足正常焊接要求。顶层为焊接金属多层结构，通过

多次实验，确定Ti-W为肖特基势垒金属，A1过渡层，采用Ti、Ni、Au三层金属为焊接金

属层，Au作为与PCB板焊接的接触电层，能满足在厚度、焊接性、过渡性等方面的要求，

也能改善管芯应用中出现的0/S（开路/短路）问题。

3.2.3金融层保护

由于TSB20F40型DSN-2封装肖特基势垒二极管在流片后是裸硅，在后期使用过程中会引

起可靠性问题，金属层做完后，在金属层表面做一层保护层，一方面保护表面，使器件在

使用过程中特性更稳定，另一方面为后面焊接金属制作工艺做一层，作为阻挡层。

在以上工艺设计的基础上，TSB20F40制造过程中采用的主要工艺流程如下:

3・2・3.1.氮结合形成：p环光刻p环腐蚀离子注入氯仿p+:基带环

3.2.3.2•磷酸补偿：n+光刻n+侵蚀补磷n++:磷酸穿过区域环

3.2.3.3-肖特昆虫杂交：线孔光刻线孔腐蚀洗脱液硅化物形成硅化物

腐蚀

3.2.3.4.积极金属化：积极金属蒸发alpmarobot金属反刻金属腐蚀

3.2.3.5.积极硬化：形成硬化层活性层，光刻化氧化层

3.2.3.6.纳米金属化：减少和薄、腐蚀、表面蒸发

3.2.3.7.背面标识背面标识腐蚀

3.2.3.次金属反刻

共包括八次光刻，即第1次N+（全穿透）、第2次P+、第3次N++、第4次引线孔、第5

次金属反刻、第6次钝化、第7次背面标识光刻、第8次焊接金属反刻。图5、图6所示

分别为器件的正面图和剖面图。

3.3金属化学和机械系统

DSN-2封装肖特基势垒二极管结合现有的硅技术和芯片级封装技术，采用磷全穿透工艺，

生产出具有较小的安装面枳以及有竞争力的参数特性，同时还将封装后器件的不良特性减

少到最低程度。省去了传统的中、小功率二极管常用的、引线、引线框和过压成形封装材

料。

采用先进的焊接金属制作技术有助缩减器件尺寸，可有效地将热量从芯片结点传导至电路

板，有效提升散热效率，减低杂散电感，提升整体电路效率。

本产品是目前国际上器件体积较小的肖特基二极管，2.0A、40V肖特基二极管占用的总面

积仅为1.60*0.80为1.28平方毫米。

金属化采用多层接触金属：使器件具有了电极欧姆接触及低压降、低漏电等的电特性。

使用钝化层作为表面保护层，使芯片内部结构与外界环境隔离开来。使器件性能稳定，焊

接可靠。

4极限和极限图

DSN-2封装肖特基势垒二极管的测试方法如图7所示，正极和负极如图7所示。

TSB20F40肖特基势垒二极管产品的电参数数据分布合理，参数分布完全可以满足客户的使

用要求。

5tsb20f40型dsn-2封装肖特基势垒电极的应用

本文介绍了TSB20F40型CSN-2封装肖特基势垒二极管的设计与制作。该产品作为一种新

型的分立器件，具有小面积、低正向压降、高效低功耗等特点，可应用于各类便携设备、

输出整流极、开关电源、电池反向保护、续流电路及高频或过冲/下冲箝位电路，在汽车、

电脑、通信设备、家电及工业电子等领域具有非常广阔的市场前景。磷穿透工艺技术是晶

圆级封装（WLP）产品的关键工艺，使用该工艺后能够将晶圆级封装（WLP）产品要求的芯

片电极制作在同侧，实现芯片能够直接使用与整机，减少封装二次加工，降低材料消耗、

缩短芯片制造流程。同时由于该产品制作工艺的独特