專利名稱：管芯底部與支撐板分隔開(kāi)的表面安裝封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體封裝，尤其涉及一種用于容納具有可減少溫度循環(huán)故障的結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體管芯(semiconductor die)的半導(dǎo)體封裝。
背景技術(shù)：
通常，熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致頻繁和重復(fù)的應(yīng)力，這種應(yīng)力在分層結(jié)構(gòu)中可能導(dǎo)致因老化等原因而造成的破裂，因此，溫度循環(huán)(temperature cycling)是導(dǎo)致分層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障的一種材料因素(material factor)。
在半導(dǎo)體器件封裝中，溫度循環(huán)導(dǎo)致管芯與底層填料(die-underfill)的接合、底層填料與襯底的接合、焊料隆起焊盤(solder bump)連接以及其他區(qū)域中的鈍化層的故障。這降低了封裝的可靠性。因此，需要提供一種方法來(lái)減少由溫度循環(huán)引起的故障。
現(xiàn)在參照附圖，其中類似的參考標(biāo)號(hào)指代了類似的元件。

圖1和圖2示出了在2001年3月28日提交的第09/819,774號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中得到完整描述的半導(dǎo)體封裝5。該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人并被合并入本文以用作參考。如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體封裝5包括在杯狀殼體12內(nèi)的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)10，殼體12起到漏極夾具的作用。殼體12優(yōu)選地由銅合金制成并被鍍銀。殼體12具有大于MOSFET10的內(nèi)部尺寸；因此MOSFET 10易于容納在殼體12的內(nèi)部中。MOSFET10的漏極觸點(diǎn)通過(guò)裝填了銀的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂層14與殼體12的底部連接。環(huán)繞MOSFET 10的邊緣涂布有一圈低應(yīng)力高粘性的環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)16，用以對(duì)封裝進(jìn)行密封并為封裝增加額外的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。如圖1所示，MOSFET 10的源極觸點(diǎn)18和柵極觸點(diǎn)20(它們布置在MOSFET 10的與其漏極觸點(diǎn)相對(duì)的表面上)被暴露出來(lái)。殼體12包括兩行凸起22，它們排列在殼體12的兩個(gè)相對(duì)的邊緣上。這些凸起被配置用于與諸如絕緣金屬襯底或普通電路板的電路板(未示出)上的各個(gè)焊盤(land)電接觸，從而使MOSFET10的漏極與其在電路中的位置電連接。如圖1所示，MOSFET 10的源極觸點(diǎn)18與殼體12的凸起22的接觸表面平齊，因此，當(dāng)在電路板上安裝封裝5時(shí)，MOSFET 10的源極觸點(diǎn)18和柵極觸點(diǎn)20將與電路板的表面相平齊。
如上所述，上述封裝易于遭受因?yàn)闇囟妊h(huán)而造成的可能的故障。因此，人們希望做出這樣一種封裝設(shè)計(jì)，其具有與上述結(jié)構(gòu)相類似的結(jié)構(gòu)，并且能夠減少由熱循環(huán)引致的襯底故障。

發(fā)明內(nèi)容
為減少由例如熱循環(huán)引致的襯底故障，本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件封裝，其包括半導(dǎo)體器件管芯，所述半導(dǎo)體器件管芯具有與第二表面基本平行的第一表面，并且所述第一和第二表面每個(gè)都具有可焊接平面金屬電極。另外，還公開(kāi)了一種金屬夾具(clip)，其具有包括第一和第二表面的平連接板(flat web)部分，其中，所述第二表面與所述半導(dǎo)體器件管芯的所述第一表面電連接。
至少一個(gè)可焊接平面金屬柱狀電極從所述夾具的平連接板部分的邊緣向上延伸并與所述半導(dǎo)體器件管芯的邊緣分隔開(kāi)，所述管芯被置于所述夾具的內(nèi)部，從而所述管芯向內(nèi)凹入到所述夾具的內(nèi)部，所述管芯的第二表面不與所述至少一個(gè)可焊接平面金屬柱狀電極平齊(或共面)。所述可焊接平面金屬柱狀電極的內(nèi)部被去除至位于所述管芯的第二表面的平面上方的平行平面。
所述至少一個(gè)可焊接平面金屬柱狀電極可安裝在諸如電路板的支撐表面的金屬化的圖案上，并且所述管芯的第二表面與所述支撐表面上的金屬化圖案分隔開(kāi)。
因此，根據(jù)本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝減少了由于熱循環(huán)引致的故障的數(shù)量，從而增加了封裝可靠性。另外，根據(jù)本發(fā)明所述的半導(dǎo)體封裝包括諸如MOSFET的垂直導(dǎo)電的金屬氧化物半導(dǎo)體門控管芯(MOS-gateddie)，其具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的另一主表面，所述第一主表面上配置有主電極和控制電極，所述另一主表面上配置有另一主電極。根據(jù)慣例，在本發(fā)明所述封裝中使用的垂直導(dǎo)電的MOSFET內(nèi)的所述第一主電極為源電極；而其第二主電極為漏電極。垂直導(dǎo)電的MOSFET中的控制電極習(xí)慣上被稱為柵電極。
盡管本文所描述的管芯為功率MOSFET，但顯然管芯可以是任何所需的管芯，包括任何金屬氧化物半導(dǎo)體門控器件(例如，絕緣柵雙極型晶體管IGBT)、半導(dǎo)體閘流管或二極管等。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體封裝的俯視圖；圖2示出了沿線1-1方向看到的圖1所示的半導(dǎo)體封裝的剖視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明所述經(jīng)過(guò)改進(jìn)的圖1和圖2所示的半導(dǎo)體封裝的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)在參照?qǐng)D3，根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體封裝24包括MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)10，與圖1和圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的封裝相比，MOSFET 10被更深地設(shè)置(set back)入殼體(can)12的內(nèi)部。因此，MOSFET 10的源極觸點(diǎn)18和柵極觸點(diǎn)20(圖3中未示出)不再與殼體12的凸起22平齊。這種結(jié)構(gòu)在圖3中由虛線A、A′之間的間隙示出。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MOSFET 10在殼體12中設(shè)置得更深從而使源極18與電路板的平面(由虛線A表示)偏移約0.001-0.005英寸時(shí)，由于在被環(huán)氧樹(shù)脂焊接(solder down)或粘附到襯底時(shí)部件的熱循環(huán)(themal cycling)所引起的故障被減少。
換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝包括金屬殼體，該殼體的內(nèi)部空間能夠容納MOSFET或其他類似的半導(dǎo)體類型器件管芯。被這樣容納的MOSFET向內(nèi)凹入殼體中并被定向，從而使MOSFET的漏極面向殼體的底部，并通過(guò)導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂層或焊料等與其電連接。如此放置的MOSFET的邊緣被與殼體的壁隔開(kāi)。MOSFET的邊緣與殼體的壁之間的間隙被絕緣層填充。該殼體優(yōu)選地在其相對(duì)的邊緣上包括兩行接線柱(post)。這些接線柱可與襯底(如電路板)上的適當(dāng)導(dǎo)電墊連接，以將MOSFET的漏極與其在電路內(nèi)的適當(dāng)位置連接。另外，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，接線柱可以是殼體邊緣的全部或局部。
作為這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果，當(dāng)將殼體安裝在襯底上時(shí)，MOSFET的源極和柵極面向襯底。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果MOSFET被定位在殼體內(nèi)以使MOSFET的源極和柵極與襯底表面的下方平齊(sub-flush)，則由于熱循環(huán)引起的故障可得到改善。因此根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，MOSFET的底面比襯底平面低0.001-0.005英寸，以減少溫度循環(huán)故障。該稍低的空間被諸如焊料、環(huán)氧樹(shù)脂等的導(dǎo)電連接材料填充。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)所披露的本發(fā)明進(jìn)行變換是可能的。因而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，也可利用本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所用的材料之外的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所預(yù)期的有益效果。例如，除了MOSFET 10以外，也可在本發(fā)明所述的封裝中采用IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、半導(dǎo)體閘流管、二極管或其它任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體器件。作為其它一些例子，可以采用具有銀的環(huán)氧樹(shù)脂14以外的其他合金來(lái)形成殼體12和/或其它導(dǎo)電裝置，以將半導(dǎo)體管芯連接至殼體12。
因此，雖然本發(fā)明是結(jié)合其特定實(shí)施例得到描述的，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多其它的變換、修改和其它用途是顯而易見(jiàn)。因而聲明，本發(fā)明不受本文特定公開(kāi)的限制，而只受所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件封裝，包括半導(dǎo)體器件管芯，其具有與第二表面基本平行的第一表面；所述第一表面具有第一可焊接平面金屬電極；所述第二表面具有第二平面金屬性電極；具有平連接板部分的金屬夾具，所述平連接板部分具有第一表面和第二表面，所述平連接板部分的所述第二表面與所述半導(dǎo)體器件管芯的所述第一表面電連接；以及從所述平連接板部分的邊緣向上延伸并與所述半導(dǎo)體器件管芯的邊緣分隔開(kāi)的至少一個(gè)可焊接平面金屬柱狀電極，其中所述半導(dǎo)體器件管芯向內(nèi)凹入所述夾具的內(nèi)部，從而所述半導(dǎo)體器件管芯的所述第二表面不與所述至少一個(gè)可焊接平面金屬柱狀電極平齊，并且所述至少一個(gè)可焊接平面金屬柱狀電極安裝在支撐表面的金屬化圖案上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件管芯向內(nèi)凹入0.001到0.005英寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述夾具為杯狀結(jié)構(gòu)并且具有至少一個(gè)外圍邊緣部分，所述至少一個(gè)外圍邊緣部分為環(huán)繞所述管芯外部的連續(xù)邊緣，并且與所述管芯的外部分隔開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述管芯和所述外邊緣之間的所述間隙被絕緣球填充。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件管芯為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管、功率二極管以及半導(dǎo)體閘流管中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述夾具為單體并且為杯狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述夾具由銅合金制成并鍍有銀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其特征在于，所述第一可焊接平面金屬電極通過(guò)裝填有銀的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂與所述平連接板部分的所述第二表面電連接。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝包括金屬殼體(12)，在金屬殼體(12)的內(nèi)部空間容納有MOSFET(10)。所容納的MOSFET(10)被定向，從而其漏極面向殼體(12)的底部，并通過(guò)導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂層(14)或焊料等與殼體的底部電連接。MOSFET(10)的邊緣與殼體(12)的壁隔開(kāi)。MOSFET(10)的邊緣和殼體(12)的壁之間的間隙被絕緣層(16)填充。MOSFET(10)的表面(標(biāo)為A′)稍低于金屬殼體(12)的凸起(22)形成的襯底的平面(標(biāo)為A)。
文檔編號(hào)H01L23/31GK1605121SQ02825280
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者馬丁·斯坦丁, 安德魯N·薩樂(lè) 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司