專利名稱：充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法，尤指一種用于充電電池保護(hù)電路，利用覆晶觸焊技術(shù)，將裸芯片無封裝地直接焊接在電路板上，因不用接腳引線連接，故可降低功率場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻。
在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在個人資料輔助器(PDA)及移動電話的充電電池保護(hù)電路中，如

圖1所示，其中保護(hù)IC的工作原理如下第1腳Cout端，控制充電端的功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的柵極Gate，令電池能充電；第2腳Ct端，連接到外接電容，以控制電壓檢測器的輸出延遲時間；第3腳Vss端，為接地端；第4腳Dout端，連接放電端的功率場效應(yīng)晶體管的柵極Gate，控制電池的輸出電流；第5腳VDD端，連接到充電電池端，監(jiān)測充電電池的電壓及供給保護(hù)電路的電壓源；第6腳V-端，監(jiān)控電池的放電電流，其中串聯(lián)了一個短路保護(hù)器，使放電電流不致過大。再如圖2a和圖2b所示，上述保護(hù)電路是將兩個經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)封裝制造所獲得的功率場效應(yīng)晶體管的漏極串接，令柵極端接向保護(hù)電路IC，而一源極的一端接向充電電池的負(fù)極，另一功率場效應(yīng)晶體管的源極接向電源的負(fù)極。該封裝完成后的功率場效應(yīng)晶體管都含引線架，并以引線架焊接在保護(hù)電路的電路板上。
由于功率場效應(yīng)晶體管的封裝構(gòu)造，經(jīng)焊接在保護(hù)電路上后體積大增，不但影響電池體積，而且由于引線架本身有電阻，封裝后的功率場效應(yīng)晶體管的電阻會比裸芯片高出許多。因此，發(fā)明人朝省略功率場效應(yīng)晶體管焊線及封裝步驟的方面考慮，發(fā)現(xiàn)以覆晶(Flip Chip，或稱“倒裝芯片”)方法安裝功率場效應(yīng)晶體管，不但可縮小保護(hù)電路體積，還可降低功率場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻。
臺灣發(fā)明專利公告第366576號揭示了一種“用于積體電路裝置之覆晶接合引線架式構(gòu)裝方法及所形成之裝置”，其主要包括積體電路裝置含有芯片及引線架，芯片表面具有多個與外界做電連接的含錫金屬凸塊，引線架具有多個引腳。其制造步驟是先將引線架多個引腳承載芯片的區(qū)域經(jīng)冶金處理，使引腳區(qū)域具有沾錫特性，然后，將上述引腳具有沾錫特性的區(qū)域分別與芯片上多個含錫金屬凸塊對準(zhǔn)，最后經(jīng)由加熱與加壓處理，使引線架多個引腳具有沾錫特性的區(qū)域，分別固接至芯片上多個含錫金屬凸塊上。上述覆晶制造方法仍然包含有引線架，因此會提高芯片的導(dǎo)通電阻。
本發(fā)明的主要目的是提供一種用于降低導(dǎo)通電阻的充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法，即利用覆晶技術(shù)直接將裸芯片焊接在電路板上，省略傳統(tǒng)功率場效應(yīng)晶體管封裝時的接腳引線的電阻，約可降低20％至30％的導(dǎo)通電阻值。
按照本發(fā)明的覆晶安裝方法，直接將裸芯片焊接在印刷電路板上，省略封裝物體積且無引線架和引線，故可縮小電池保護(hù)電路的體積，而相對地縮小充電電池的體積。此為本發(fā)明的另一目的。
按照本發(fā)明的覆晶安裝方法，直接將裸芯片焊接在電路板上，省略打線封裝流程，因此可降低生產(chǎn)成本。此為本發(fā)明又一目的。
按照本發(fā)明的覆晶安裝方法，直接將裸芯片焊接在印刷電路板上，其芯片表面為串聯(lián)連接的漏極(D端)的金屬接點(diǎn)所覆蓋，因此散熱效果佳。此為本發(fā)明再一目的。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法，其中保護(hù)電路包括有垂直式布局的功率場效應(yīng)晶體管及保護(hù)IC，該安裝方法依次包含下列步驟在晶圓制造過程中將每兩個場效應(yīng)晶體管的漏極金屬接點(diǎn)串聯(lián)成一個芯片單元；用焊頭在各芯片單元的接點(diǎn)上點(diǎn)焊金屬線，使源極和柵極接點(diǎn)分別形成焊金凸塊；將晶圓切割成每兩個漏極串聯(lián)在一起的裸芯片單元；將芯片單元沾錫，使其接點(diǎn)的焊金凸塊沾附錫球；在印刷電路板的定位點(diǎn)上涂熱硬化性樹脂；將裸芯片單元覆晶令漏極朝上，使錫球?qū)?zhǔn)印刷電路板的定位點(diǎn)上安裝；通過烤箱加熱并加壓，使錫球熔融而與印刷電路板上的金屬接點(diǎn)焊接在一起。
所述裸芯片單元的柵極與印刷電路板上的邏輯電路輸出端接點(diǎn)成相對配置，一源極的一端與電池的正極接點(diǎn)，另一源極的一端與電池的負(fù)極接點(diǎn)成相對配置，通過錫球使上述相對配置的電極連接。
利用本發(fā)明的安裝方法，可產(chǎn)生如下有益效果(1)直接將裸芯片覆晶焊接在電路板上，省略傳統(tǒng)功率場效應(yīng)晶體管封裝時的接腳引線的電阻，約可降低20％至30％的導(dǎo)通電阻值。
(2)直接將裸芯片覆晶焊接在電路板上，省略封裝物體積且無引線架和引線，故可縮小電池保護(hù)電路的體積，而相對地縮小充電電池的體積。
(3)直接將裸芯片覆晶焊接在電路板上，省略打線封裝流程，因此可降低生產(chǎn)成本。
(4)直接將裸芯片覆晶焊接在電路板上，其晶體表面被串聯(lián)連接的漏極(D端)的金屬接點(diǎn)所覆蓋，因此散熱效果較佳。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)說明圖1為常見的充電電池保護(hù)電路的示意圖；圖2a為傳統(tǒng)功率場效應(yīng)晶體管焊接在保護(hù)電路的電路板上的側(cè)面示意圖；圖2b為圖2a的平面示意圖；圖3為本發(fā)明覆晶安裝方法的步驟流程示意圖；圖4a為利用本發(fā)明覆晶安裝方法將功率場效應(yīng)晶體管組裝在保護(hù)電路的電路板上的側(cè)面示意圖；圖4b為圖4a的平面示意圖。
首先說明，本發(fā)明所涉及的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，為垂直式布局，即漏極(Drain)D在下面，而源極(Source)S及柵極(Gate)G在上面的布局方式。以下將說明的是應(yīng)用在充電電池保護(hù)電路上，為降低導(dǎo)通電阻而采用覆晶(FlipChip)無接腳引線的觸焊式粘著技術(shù)。
如圖3所示，本發(fā)明用于降低導(dǎo)通電阻的充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法，包含下列步驟步驟一在垂直布局的晶圓1制造過程中令每兩個場效應(yīng)晶體管10’的漏極D金屬接點(diǎn)串聯(lián)成一個芯片單元10；步驟二用焊頭3在各芯片單元10的接點(diǎn)上點(diǎn)焊金屬線11’，使源極和柵極接點(diǎn)分別形成焊金電極11凸塊；步驟三將晶圓1切割成每兩個漏極串聯(lián)在一起的裸芯片單元10；步驟四將芯片單元10沾錫，使其接點(diǎn)的焊金電極11凸塊沾附錫球12；步驟五在印刷電路板2的定位點(diǎn)上涂膠材13，例如熱硬化性樹脂等；步驟六將裸芯片單元10覆晶令漏極D朝上，使對應(yīng)柵極G的錫球12與印刷電路板2的邏輯電路輸出端接點(diǎn)的金屬凸塊21相對配置，而對應(yīng)源極S的錫球12分別與電池的正、負(fù)極接點(diǎn)的金屬凸塊21成相對配置而固定；步驟七最后通過烤箱加熱并加壓，使錫球12熔融而與印刷電路板(PCB)2上的接點(diǎn)，即金屬凸塊21焊接在一起，并且膠材13填滿芯片單元10與印刷電路板2之間的間隙，而完成組裝，見圖4a和圖4b。
在此需補(bǔ)充說明的是，步驟五、六及七為填膠過程，例如環(huán)氧樹脂包封的焊料連接ESC(Epoxy Encapsulated SolderConnection)，即先將膠料(熱硬化性樹脂)點(diǎn)膠在基板上，然后再裝芯片，此步驟除了將芯片定位在基板上的作用外，由于有機(jī)基板的熱膨脹系數(shù)CTE(Coefficient of Thermal Expansion)(約為14-17ppm/℃)，與硅芯片的熱膨脹系數(shù)(約為4ppm/℃)差距過大，在熱脹冷縮之際熱膨脹系數(shù)不匹配所引發(fā)的應(yīng)力很容易導(dǎo)致接點(diǎn)損壞，因此為了保證可靠性，通常需要在基板與芯片的間隙內(nèi)填膠，以分散其應(yīng)力，從而降低接點(diǎn)所受到的應(yīng)力。
以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不局限本發(fā)明的實施范圍，即在不偏離本發(fā)明所做的任何均等變化與修飾，仍屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
綜上所述，本發(fā)明的可降低導(dǎo)通電阻的充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法，不但可有效降低功率場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻，以及縮小保護(hù)電路的體積，相對地可縮小充電電池的體積，更可節(jié)省功率場效應(yīng)晶體管的封裝費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管的覆晶安裝方法，其特征在于，保護(hù)電路包括有垂直式布局的功率場效應(yīng)晶體管及保護(hù)IC，該安裝方法依次包含下列步驟在晶圓制造過程中將每兩個場效應(yīng)晶體管的漏極金屬接點(diǎn)串聯(lián)成一個芯片單元；用焊頭在各芯片單元的接點(diǎn)上點(diǎn)焊金屬線，使源極和柵極接點(diǎn)分別形成焊金凸塊；將晶圓切割成每兩個漏極串聯(lián)在一起的裸芯片單元；將芯片單元沾錫，使其接點(diǎn)的焊金凸塊沾附錫球；在印刷電路板的定位點(diǎn)上涂熱硬化性樹脂；將裸芯片單元覆晶令漏極朝上，使錫球?qū)?zhǔn)印刷電路板的定位點(diǎn)上安裝；及通過烤箱加熱并加壓，使錫球熔融而與印刷電路板上的金屬接點(diǎn)焊接在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的安裝方法，其特征在于，所述裸芯片單元的柵極與印刷電路板上的邏輯電路輸出端接點(diǎn)成相對配置，一源極的一端與電池的正極接點(diǎn)，另一源極的一端與電池的負(fù)極接點(diǎn)成相對配置，通過錫球使上述相對配置的電極連接。
全文摘要
充電電池保護(hù)電路用功率場效應(yīng)晶體管覆晶安裝法含下列步驟:制造晶圓時將每兩個晶體管的漏極金屬接點(diǎn)串聯(lián)成一芯片單元;用焊頭在各單元的接點(diǎn)上點(diǎn)焊金屬線,使源、柵極接點(diǎn)分別形成焊金凸塊;將晶圓切割成每兩個漏極串聯(lián)在一起的裸芯片單元;將芯片單元沾錫,使其接點(diǎn)的焊金凸塊沾附錫球;在電路板定位點(diǎn)上涂熱硬化性樹脂;將裸芯片單元覆晶令漏極朝上,使錫球?qū)?zhǔn)電路板定位點(diǎn)安裝;經(jīng)加熱加壓使錫球熔融與電路板的金屬接點(diǎn)焊接。
文檔編號H01M10/42GK1380688SQ0111059
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月16日
發(fā)明者簡鳳佐, 陳啟文, 林正峰, 涂高維, 蘇玉昆 申請人:華瑞股份有限公司