專(zhuān)利名稱(chēng)：具有隔離的散熱件的功率四方平板形無(wú)引線半導(dǎo)體芯片封裝件、使用其的系統(tǒng)及其制造方法
具有隔離的散熱件的功率四方平板形無(wú)引線半導(dǎo)體芯片封裝件、使用其的系統(tǒng)及其制造方法 關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的交叉引用
無(wú)

背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件當(dāng)前用于以適中的電壓電平切換大電流量。需要將它們熱耦合于相對(duì)大型的散熱件，該散熱件是大體積的并且需要組裝。通常，為了安全，在功率器件和散熱件之間還必需具有電絕緣層。電絕緣層可通過(guò)封裝模制來(lái)提供，或通過(guò)設(shè)置在封裝件的金屬部分(例如露出的芯片槳)和散熱件之間的介電材料板來(lái)提供。第一種方法具有相對(duì)低劣的導(dǎo)熱率。第二種方法使散熱件的組裝更為復(fù)雜。
發(fā)明簡(jiǎn)述 作為作出其發(fā)明的一部分，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)需要一種用于功率半導(dǎo)體器件的低成本芯片封裝件，該封裝件提供高功率耗散能力、高電壓隔絕(即高擊穿強(qiáng)度)以及與芯片的高電流電氣互連。然而，同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)在現(xiàn)有技術(shù)中是困難的。 因此，根據(jù)本發(fā)明的第一概括示例性實(shí)施例針對(duì)一種包括集成在一起的引線框、至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片和散熱件的半導(dǎo)體芯片。引線框具有第一表面、與其第一表面相對(duì)的第二表面、芯片附連區(qū)域、設(shè)置成與芯片附連區(qū)域相鄰的突片以及電耦合于突片的至少一條引線。該半導(dǎo)體芯片具有第一表面，該第一表面在引線框第一表面處設(shè)置在芯片附連區(qū)域上；第二表面，該第二表面與其第一表面相對(duì)；第一電極，該第一電極設(shè)置在芯片的第一表面上并電耦合于芯片附連區(qū)域；以及第二電極，該第二電極設(shè)置在芯片的第二表面上。散熱件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片的第二表面和引線框的突片上。散熱件具有帶第一表面和第二表面的電絕緣性基板、設(shè)置在基板第一表面上的導(dǎo)電層以及設(shè)置在基板的第二表面上的導(dǎo)熱層。導(dǎo)電層具有電耦合于芯片的第二電極的第一部分以及電耦合于引線框的突片的第二部分。示例性半導(dǎo)體芯片還包括設(shè)置在散熱件和引線框之間并粘附于散熱件和引線框的電絕緣材料的本體。 通過(guò)該示例性結(jié)構(gòu)，可構(gòu)造出一種用于半導(dǎo)體功率器件的健全和緊湊的半導(dǎo)體芯片封裝件，這種封裝件具有高功率耗散能力和極好的電壓隔絕以適應(yīng)高電壓場(chǎng)合。導(dǎo)電層和引線框提供與芯片的高電流連接。該結(jié)構(gòu)也通過(guò)封裝件的上、下表面提供器件的雙重冷卻路徑，且用戶(hù)能容易地將外部散熱件附連于封裝件的上表面以進(jìn)一步冷卻而不需要使用電絕緣粘合劑。 根據(jù)本發(fā)明的第二概括示例性實(shí)施例針對(duì)一種制造半導(dǎo)體芯片的方法。該方法包括將引線框、至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片和散熱件組裝在一起。該引線框具有第一表面、與其第一表面相對(duì)的第二表面、芯片附連區(qū)域、設(shè)置成與芯片附連區(qū)域相鄰的突片以及電耦合于突片的至少一條引線。至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片具有第一表面；與其第一表面相對(duì)的第二表面；設(shè)置在芯片第一表面上的第一電極以及設(shè)置在芯片第二表面上的第二電極。芯片的第一表面設(shè)置在引線框的芯片附連區(qū)域，且芯片的第一電極通過(guò)導(dǎo)電粘合劑的本體電耦合于芯片附連區(qū)域。散熱件具有含第一表面和第二表面的電絕緣性基板；設(shè)置在基板的第一表面上的導(dǎo)電層以及設(shè)置在基板的第二表面上的導(dǎo)熱層。散熱件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片的第二表面 上，且?guī)?dǎo)電層的引線框的突片具有電耦合于芯片的第二電極的第一部分以及電耦合于引 線框的突片的第二部分。該示例性方法還包括將電絕緣材料本體設(shè)置在散熱件和引線框之 間并粘附于散熱件和引線框。 本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例和其它實(shí)施例記載于參照附圖的詳細(xì)說(shuō)明中。在附圖
中，相同的附圖標(biāo)記可表示相同的部件并且對(duì)這些部件的說(shuō)明不再予以重復(fù)。 附圖簡(jiǎn)述

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片封裝件的示例性實(shí)施例的立體俯視圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片封裝件的示例性實(shí)施例的底視圖。 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片封裝件的示例性實(shí)施例的側(cè)視圖。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的在圖1-3中所示示例性實(shí)施例的組件在組裝前的并排視圖。 圖5-8示出通過(guò)根據(jù)本申請(qǐng)的第一發(fā)明的示例性方法的制造期間的示例性半導(dǎo) 體芯片的橫截面圖。
圖9-11示出通過(guò)根據(jù)本申請(qǐng)的示例性方法的制造期間的示例性半導(dǎo)體芯片的橫截面圖。
圖12示出示例性系統(tǒng)300的側(cè)視圖。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明 下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為全面地說(shuō)明，附圖中示出本發(fā)明的示例性實(shí)施 例。然而，本發(fā)明可以不同形式表現(xiàn)并且不應(yīng)當(dāng)解釋成局限于本文所述的實(shí)施例。相反，提 供這些實(shí)施例是為了使本公開(kāi)更為徹底和完整并將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員。在附圖中，為了清楚可將各個(gè)層和區(qū)的厚度夸大顯示。相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示 整個(gè)說(shuō)明書(shū)中相同的部分。這些部分對(duì)于不同實(shí)施例具有不同的相互關(guān)系和不同的位置。
要理解，當(dāng)一個(gè)層被表示為"在另一個(gè)層或基板上"時(shí)，該層可直接在另一層或基 板上，或者也可以存在中間層。要理解當(dāng)例如層、區(qū)域或基板的部分被表示為"在……上"、 "連接于"、"電連接于"、"耦合于"或"電耦合于"另一部分時(shí)，它可直接在另一部分之上、直 接連接或耦合于另一部分，或者可以存在一個(gè)或多個(gè)中間部分。相比而言，當(dāng)一個(gè)部分被表 示為"直接在……上"、"直接連接于"或"直接耦合于"另一部分或?qū)訒r(shí)，則不存在中間的部 分或?qū)?。本文中使用的術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任意組合或全部組合。 本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于闡述本發(fā)明的目的并且不應(yīng)當(dāng)解釋成限制本發(fā)明的含 義或范圍。如本說(shuō)明書(shū)中使用的，除非就背景而言明確地指示某一具體情況，否則單數(shù)形式 可包括復(fù)數(shù)形式。另外，本說(shuō)明書(shū)中使用的用語(yǔ)"包括"和/或"包含"既不限定所提到的 形狀、數(shù)目、步驟、動(dòng)作、操作、部件、部分和/或其組群，也不排除一個(gè)或多個(gè)其它不同的形 狀、數(shù)目、步驟、操作、部件、部分和/或其組群或其附加物的存在或新增。為了便于說(shuō)明，例 如"在 之上"、"高于"、"在 上面"、"在 下"、"在 之下"、"低于"、"較低"等空間
關(guān)系術(shù)語(yǔ)在本文中可用來(lái)描述一個(gè)部分或特征如圖所示相對(duì)于另一部分或特征的關(guān)系。要 理解，這些空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋器件在使用或工作中除附圖中繪出的方向外其它不同的 器件方向(例如封裝件)。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則表述為對(duì)其它部分或特征為"低于"或"在……之下"或"在……下"關(guān)系的部分則與其它部分或特征為"高于"或"在…… 上方"的關(guān)系。因此，示例性術(shù)語(yǔ)"高于"可涵蓋高于和低于方向兩者。 如本文使用的，例如"第一"、"第二"等術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述各個(gè)部件、組件、區(qū)域、層和/ 或部分。然而，這些部件、組件、區(qū)域、層和/或部分顯然不受這些術(shù)語(yǔ)的約束。這些術(shù)語(yǔ)僅 用來(lái)使一個(gè)部件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另一部件、組件、區(qū)域、層或部分。因此，將要 描述的第一部件、組件、區(qū)域、層或部分也可指第二部件、組件、區(qū)域、層或部分而不脫離本 發(fā)明的范圍。 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片封裝件的示例性實(shí)施例100的立體俯視圖，其 中封裝件100以功率四方平板形無(wú)引線封裝件("PQFN")形式出現(xiàn)。封裝件100包括具 有下文中描述的第一多條引線114的引線框110以及包封住半導(dǎo)體芯片和散熱件的電絕緣 模制材料本體150，該封裝件100以薄外形且具有上表面、下表面和四個(gè)側(cè)面的正平行六面 體的形式出現(xiàn)。為此，稱(chēng)該封裝件為"四方平板形"。引線框110設(shè)置在封裝件100的下表 面，而散熱件設(shè)置在封裝件100的上表面。散熱件的可包括金屬的導(dǎo)熱上層132示出于圖1 中。導(dǎo)熱層132與封裝件中的電壓電隔絕，而外部散熱件(在封裝件100外部)可熱耦合 于導(dǎo)熱層132，而沒(méi)有使高電壓耦合于外部散熱件的風(fēng)險(xiǎn)。圖2示出半導(dǎo)體芯片封裝件100 的底視圖。這里，可以看出引線框110還包括芯片附連區(qū)域115(例如芯片槳)和第二組多 條引線116。引線114和116具有與封裝件的下表面和側(cè)表面平齊的表面，且引線不延伸過(guò) 封裝件表面(為此，封裝件被稱(chēng)為"無(wú)引線"以表示沒(méi)有引線延伸過(guò)封裝件本體)。在封裝 件100中，如圖所示，半導(dǎo)體芯片安裝于芯片附連區(qū)域115并可具有電耦合于芯片附連區(qū)域 的一個(gè)表面的表面電極。由模制材料本體150露出的芯片附連區(qū)域115另一表面可通過(guò)例 如焊料的導(dǎo)電粘合劑本體電耦合于互連板。導(dǎo)電粘合劑，尤其是焊料粘合劑，還使芯片附連 區(qū)域115熱耦合于互連板。 圖3示出將模制材料本體150的多個(gè)部分去除后的半導(dǎo)體芯片封裝件100的側(cè)視 圖。如圖所示，引線框110具有第一表面111、與第一表面111相對(duì)的第二表面112、芯片附 連區(qū)域115以及引線114和116，其中引線116電耦合于芯片附連區(qū)域115。封裝件100還 包括半導(dǎo)體芯片120，該半導(dǎo)體芯片120具有在引線框110的第一表面111處設(shè)置在芯片 附連區(qū)域115上的第一表面121以及與其第一表面121相對(duì)的第二表面122。半導(dǎo)體器件 120可包括垂直功率晶體管，該功率晶體管具有設(shè)置在其第一表面121處的第一電流傳導(dǎo) 電極125 (例如漏極)、設(shè)置在其第二表面122處的控制電極124 (例如柵極)以及同樣設(shè)置 在其第二表面處的第二電流傳導(dǎo)電極126 (例如源極)。第一 電流傳導(dǎo)電極125通過(guò)可包含 焊料的導(dǎo)電粘合劑本體117電耦合于芯片附連區(qū)域115。 半導(dǎo)體芯片封裝件100還包括設(shè)置在半導(dǎo)體芯片120的第二表面122上的散熱件 130。散熱件130具有包含第一表面141和第二表面142的電絕緣性基板140 ;設(shè)置在基 板的第一表面141上的第一導(dǎo)電層131和第二導(dǎo)電層132以及設(shè)置在基板的第二表面142 上的導(dǎo)熱層132。第二導(dǎo)電層133的一部分面向半導(dǎo)體芯片120的控制電極124并通過(guò)可 包含焊料的導(dǎo)電粘合劑本體137電耦合于該控制電極124。第二導(dǎo)電層133的另一部分面 向保持引線114的突片T并通過(guò)導(dǎo)電粘合劑本體137電耦合于該突片T。如此，電極124電 耦合于引線114。粘合劑掩模層135(例如焊料掩模)可在基板140的表面141處設(shè)置在導(dǎo) 電層131U33上，以確保本體137不回流到一起(這會(huì)減小其高度并可能降低其導(dǎo)電性)。
6以同樣的方式，第一導(dǎo)電層131的第一部分面向半導(dǎo)體芯片120的第二導(dǎo)電電極126并通 過(guò)包含焊料的導(dǎo)電粘合劑本體137電耦合于第二導(dǎo)電電極126。如下面結(jié)合圖4所述的那 樣，第一導(dǎo)電層131的第二部分面向保持其它引線的突片并通過(guò)導(dǎo)電粘合劑本體137電耦 合于該突片。 為了更好地觀察芯片120和導(dǎo)電層131、133之間的電連接，圖4示出一并列視圖， 在圖4左側(cè)的引線框110的第一表面111上設(shè)有芯片120，在圖4右側(cè)的散熱件130具有基 板140的第一表面141和導(dǎo)電層131、133。這里，可以看出導(dǎo)電粘合劑本體137被設(shè)置在芯 片120的電極124U26上，并設(shè)置在保持引線114的引線框110的兩個(gè)突片T上(三條引 線由一個(gè)突片保持而另一引線由另一突片保持)。粘合劑掩模層135(例如焊料掩模)被 設(shè)置在導(dǎo)電層131U33的諸個(gè)部分上以限制粘合劑本體的流動(dòng)，并防止它們流到一起。在 經(jīng)組裝的封裝件中，散熱件130的第一表面141翻轉(zhuǎn)并置于引線框110和芯片120上方，如 圖中的箭頭符號(hào)所示那樣。這樣一來(lái)，第一導(dǎo)電層131的最下部將面向?qū)⑷龡l引線114保 持在一起的引線框110最左面的突片T，并通過(guò)導(dǎo)電粘合劑本體137電耦合于該突片T。另 外，第一導(dǎo)電層131的兩個(gè)中央部分將面向芯片120的電極126的兩相應(yīng)部分，并通過(guò)導(dǎo)電 粘合劑本體137電耦合于電極126。在第二導(dǎo)電層131帶有芯片120的每個(gè)電極124的各 個(gè)部分和引線框110的最右側(cè)突片T之間可作出類(lèi)似的電氣互連，這使電極124電耦合于 最右側(cè)的引線114。 為了幫助組裝帶引線框110和芯片120的散熱件130，引線框110還可包括一個(gè)或 多個(gè)垂直對(duì)齊突片113，每個(gè)突片113沿引線框110的一側(cè)設(shè)置。通過(guò)將散熱件130設(shè)置在 芯片120和引線框110上，突片113僅接觸基板140的電絕緣材料，由此防止導(dǎo)電層131、 133和引線框IIO之間的電氣短路。也就是說(shuō)，導(dǎo)電層131和133從基板140的邊至少插入 到面向突片113的區(qū)域中。垂直突片113可通過(guò)傳統(tǒng)引線框壓印工藝輕易地形成。在最初 的壓印步驟中，每個(gè)突片113的材料連同界定引線框的其它組件可由庫(kù)存材料界定。在后 續(xù)的壓印步驟中，每個(gè)突片的遠(yuǎn)端部可沿垂直方向彎折。在示例性實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)突 片113中的每一個(gè)與基板140的邊相隔0. 5mm并可接觸基板140的邊。
導(dǎo)熱層132可由例如鋁(Al)、鋁合金、銅(Cu)、銅合金的高導(dǎo)熱率金屬構(gòu)成。導(dǎo) 電層131和133可由例如銅(Cu)的導(dǎo)電性良好的材料構(gòu)成，在組裝前可在銅的表面涂覆 鎳(Ni)子層或金(Au)層以防止氧化。層131和133可具有l(wèi)密耳-4密耳范圍( 25 微米至 200微米)或更大的厚度，以支持芯片120的高電流水平?；?40較佳地具有 0. 5-2. Omm的厚度、至少1瓦/公制開(kāi)氏溫度(W/mK)的導(dǎo)熱率以及至少50伏的擊穿電壓。 基板140典型地具有10W/mK-100W/mK范圍的導(dǎo)熱率，以及100-600伏范圍的擊穿電壓。在 一些實(shí)施例中，擊穿電壓較佳為200伏或更大，最佳為400伏或更大?；?40可包括一種 或多種陶瓷材料的組合物、填充有導(dǎo)熱微粒(例如填充的環(huán)氧樹(shù)脂)的電絕緣聚合物、導(dǎo)熱 塑料或上述內(nèi)容的兩種或更多種組合。陶瓷材料包括金屬氧化物和金屬氮化物。示例性金 屬氧化物包括A1203和BeO，而示例性金屬氮化物包括A1N和SiN。填充有導(dǎo)熱微粒的電絕 緣聚合物可包括填充有一種或多種帶電陶瓷材料的環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成。導(dǎo)熱性塑料材料具有至 少1W/mK的導(dǎo)熱率，并包括一種或多種聚合物材料的同類(lèi)成分，并具有微粒和/或粉末形式 并以同質(zhì)方式與聚合物混合的一種或多種固體填充物材料。 一種示例性導(dǎo)熱材料是韓國(guó)京 畿道的IlKwang聚合物有限責(zé)任公司的CooIpoly⑧。CooIpoly⑧包括液態(tài)結(jié)晶聚合物以及一種或多種填充物，并具有同質(zhì)的成分。 層131-133可通過(guò)任何傳統(tǒng)工藝粘附于基板140的表面?；?40和層131-133 可統(tǒng)一包括直接粘結(jié)的銅(DBC)基板、絕緣金屬(IMS)基板等。示例性直接粘結(jié)的銅基板 包括例如氧化鋁的陶瓷材料薄板，且銅薄板通過(guò)高溫氧化工藝粘附于陶瓷薄板的每個(gè)表面 (銅和基板在包含30ppm左右的少量氧氣的氮?dú)夥罩斜患訜嶂烈皇芸氐臏囟?，這在每個(gè)銅 薄板和陶瓷材料中存在的氧化物之間形成銅_氧共晶粘合層)。示例性絕緣金屬基板包 括例如鋁或銅薄板的金屬薄板，該金屬薄板由介電材料層覆蓋(典型為基于環(huán)氧樹(shù)脂的材 料)，該絕緣材料層則由銅層覆蓋。鋁或銅薄板可提供導(dǎo)熱層132，并可對(duì)銅層布圖以提供 導(dǎo)電層131和133。 本發(fā)明的特征提供健全和緊湊的PQFN半導(dǎo)體芯片封裝件，該封裝件具有很高的 熱性能、適用于高電壓功率場(chǎng)合的極好的電壓絕緣性，并為器件提供通過(guò)封裝件上表面和 下表面的雙重冷卻路徑。這些特征進(jìn)一步提供使用戶(hù)方便地將外部散熱件附連于封裝件的 上表面的能力，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步冷卻而不需要使用電氣絕緣粘合劑(所述粘合劑一般具有比 金屬焊料更低的導(dǎo)熱率)?；?40、層131 — 132和導(dǎo)熱粘合劑本體137提供從半導(dǎo)體芯 片120至封裝件上表面的高導(dǎo)熱率路徑，同時(shí)提供極好的介電擊穿強(qiáng)度和高電壓隔絕以滿(mǎn) 足高電壓功率器件的安全要求。它們也使芯片120的電極124、126通過(guò)附加的導(dǎo)電粘合 劑本體137和引線框突片T互連于引線114的邊岸。較佳由一種或多種金屬構(gòu)成的導(dǎo)熱層 132向外部散熱件提供高導(dǎo)熱率和高連接能力以實(shí)現(xiàn)額外的散熱能力。引線框110和電絕 緣材料150為封裝件提供功率四方平板形無(wú)引線封裝件("PQFN")形式以便安裝在互連基 板上。引線框110的突片113幫助在組裝期間將散熱件130定位在芯片120和引線框110 的上方，這可通過(guò)多種自動(dòng)安裝機(jī)器來(lái)完成。 應(yīng)當(dāng)理解可將一個(gè)以上的芯片組裝在引線框110的第一表面112，使它們的上表 面借助形成在導(dǎo)電層131中的圖案與引線114互連。與僅使用引線框的標(biāo)準(zhǔn)封裝件不同， 導(dǎo)電層131可靈活地布圖(即方便地調(diào)整)以符合組裝在引線框110上的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo) 體芯片上的電極布局，并可進(jìn)一步布圖以在兩個(gè)或多個(gè)芯片和引線114之間提供互連。在 這些例子和上面給出的例子中，可布圖和使用粘合劑掩模135以防止層131的圖案之間的 焊料或粘合劑意料之外的曼延。 參照?qǐng)D5-11說(shuō)明制造示例性半導(dǎo)體芯片封裝件100的示例性方法。參照?qǐng)D5，引 線框IIO和半導(dǎo)體芯片120可組裝在一起。例如焊膏之類(lèi)的導(dǎo)電性粘合劑本體117可設(shè)置 在芯片附連區(qū)域115和/或芯片120的電極125上，且半導(dǎo)體芯片120可設(shè)置在芯片附連區(qū) 域115上，其第一表面121面向芯片附連區(qū)域115。接著，導(dǎo)熱性粘合劑本體137可設(shè)置在 芯片120的電極124和126上，如圖6所示。此后，可將散熱件130設(shè)置在芯片120和引線 框110的突片T上，如圖7所示?？墒褂脗鹘y(tǒng)的拾取和放置設(shè)備。如果存在垂直突片113， 則設(shè)備可使用該突片113來(lái)使散熱件130的位置對(duì)齊于引線框110。接著，在導(dǎo)熱性粘合劑 本體117、137含有焊料的情形下，組裝件暴露于回流工藝，這使本體117和137回流并粘附 于芯片槳115、電極124-126以及導(dǎo)電層131和133。在導(dǎo)電性粘合劑本體117U37由例如 填充有焊料的環(huán)氧樹(shù)脂(這可應(yīng)用于低功率場(chǎng)合)的導(dǎo)電性聚合物構(gòu)成的情形下，本體117 和137例如通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、暴露于紫外線和/或暴露于熱源而固化。在上述對(duì)本體117、 137 的加工工藝中，突片113將散熱件130保持在適當(dāng)位置。所得到的組合件如圖8所示。
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參見(jiàn)圖9，接著將電絕緣材料本體150設(shè)置在散熱件130上以及其側(cè)邊周?chē)?，設(shè)置 在突片113和引線框110的其它露出部分上以及半導(dǎo)體芯片120和導(dǎo)電性粘合劑本體117、 137的側(cè)邊周?chē)Ｔ撃Ｖ乒に嚨慕Y(jié)果是粗制的封裝件本體150'，該本體150'延伸高過(guò)散熱 件130的導(dǎo)熱表面132。電絕緣材料本體150'粘附于散熱件130的基板140的兩個(gè)表面 的各個(gè)部分?？墒褂煤?jiǎn)單的模制操作來(lái)形成粗制的封裝件本體150'。引線框110的后表 面較佳地保持露出以便將熱量傳導(dǎo)至成品封裝件所要附連至的基板。在模制工藝前，背支 承薄板可附連于引線框110的第二表面112以保持模制金屬不會(huì)覆蓋住芯片附連區(qū)域115 和引線114、116的下表面。也可采用其它公知的技術(shù)來(lái)防止模制材料覆蓋住這些區(qū)域。接 著，將粗制的封裝本體150'的上表面削平以露出導(dǎo)熱層132?？刹捎眉す鉄g或其它磨削 工藝。例如，可使用由DISCO公司制造的DFS8910表面平整機(jī)。這種加工的結(jié)果示出于圖 3中。 另一示例性方法結(jié)合圖10-11和圖8-9予以說(shuō)明。參照?qǐng)DIO，半導(dǎo)體芯片120和 散熱件130可組裝在一起。可使用傳統(tǒng)拾取和安置設(shè)備。在組裝前，導(dǎo)電性粘合劑本體137 可設(shè)置在耦合于芯片120的電極124U26和耦合于引線框110的突片T的部分131和133 上。此后，可將例如焊膏的導(dǎo)電性粘合劑本體117設(shè)置在芯片附連區(qū)域115上，并將半導(dǎo)體 芯片120和散熱件130的組合件設(shè)置在芯片附連區(qū)域115和引線框110的突片T上，如圖 ll所示?？墒褂脗鹘y(tǒng)的拾取和安置設(shè)備。如果存在垂直突片113，則它們可由該設(shè)備使用以 使散熱件130的位置對(duì)齊于引線框110。接著，在導(dǎo)熱性粘合劑本體117U37由焊料構(gòu)成的 情形下，組合件暴露于回流工藝，這使本體117、 137回流并粘結(jié)于芯片槳115、電極124-126 以及導(dǎo)電層131、133。在導(dǎo)熱性粘合劑本體117U37由例如填充有焊料的環(huán)氧樹(shù)脂(這可 應(yīng)用于低功率場(chǎng)合)的導(dǎo)電性聚合物構(gòu)成的情形下，本體117和137例如通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、暴 露于紫外線和/或暴露于熱源而固化。所得到的組合件基本與圖8所示的相同。
然后，與之前描述的示例性方法相同，隨后將電絕緣材料本體150設(shè)置在散熱件 130上以及其側(cè)邊周?chē)O(shè)置在突片113和引線框110的其它暴露部分上以及半導(dǎo)體芯片 120和導(dǎo)電性粘合劑本體117、137的側(cè)邊周?chē)Ｔ撃Ｖ乒に嚨慕Y(jié)果是粗制的封裝件本體 150'，該本體150'延伸高過(guò)散熱件130的導(dǎo)熱表面132，如圖9所示。另外，與之前描述的 示例性方法相同，將粗制的封裝本體150'的上表面削平以露出導(dǎo)熱層132，如圖IO所示。 如前面那樣，可采用激光燒蝕或其它磨削工藝。 要理解，本文公布和要求保護(hù)的方法的任何動(dòng)作的執(zhí)行不一定預(yù)示著另一動(dòng)作的
完成。這些動(dòng)作可相對(duì)于彼此以任何時(shí)序執(zhí)行(例如時(shí)間順序)，包括多個(gè)動(dòng)作的同時(shí)執(zhí)行
和交替執(zhí)行(交替執(zhí)行例如發(fā)生在兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)作部分以混排方式執(zhí)行時(shí))。因此，可以 理解盡管本申請(qǐng)的方法權(quán)利要求敘述了 一組動(dòng)作，但這些方法權(quán)利要求不局限于權(quán)利要求
語(yǔ)言中列出的動(dòng)作順序，而是覆蓋了所有上述可能的順序，包括動(dòng)作的同時(shí)執(zhí)行和交替執(zhí) 行以及上文中未明確給出的其它可能順序，除非權(quán)利要求語(yǔ)言另有規(guī)定(例如明確聲明一 個(gè)動(dòng)作早于或晚于另一動(dòng)作)。 圖12是包含具有多個(gè)電氣互連焊區(qū)315的互連基板310以及設(shè)置在互連基板310 的上表面上的封裝件100的示例性系統(tǒng)300的側(cè)視圖。封裝件100的引線114、116和芯片 附連區(qū)域115電耦合于各焊區(qū)315。系統(tǒng)300還包括通過(guò)各粘合劑本體305電耦合于互連 基板310的各焊區(qū)315的電氣封裝件304。封裝件304可通過(guò)設(shè)置在互連基板310中或上
9的一個(gè)或多個(gè)電氣跡線311電耦合于封裝件100。散熱件290可通過(guò)一層導(dǎo)熱粘合劑295 在導(dǎo)熱層132處附連于封裝件100。 上述半導(dǎo)體芯片封裝件可用于電氣組合件中，該電氣組合件包括其上安裝有多個(gè)
封裝件的電路板。它們也可用于例如功率控制器、電源、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)。 對(duì)"一"、"一個(gè)"和"該"的任何引述旨在表示一個(gè)或多個(gè)，除非明確指示相反情況。 本文中采用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)作為描述性而非限定性術(shù)語(yǔ)，并且不打算使用這些術(shù)語(yǔ)
和表達(dá)來(lái)排除所示和所描述的特征等效物，可以意識(shí)到在本發(fā)明要求保護(hù)范圍內(nèi)的各種修
改是可行的。 另外，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)特征可與本發(fā)明其它實(shí)施例的一 個(gè)或多個(gè)特征結(jié)合而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。 盡管已結(jié)合所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體說(shuō)明，然而要理解，可基于當(dāng)前公開(kāi) 而作出各種替代、修改、調(diào)整和等效結(jié)構(gòu)，并且它們都落在本發(fā)明和所附權(quán)利要求書(shū)的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體芯片封裝件，包括引線框，所述引線框具有第一表面、與其第一表面相對(duì)的第二表面、芯片附連區(qū)域、設(shè)置成與所述芯片附連區(qū)域相鄰的第一突片以及電耦合于所述第一突片的至少一條引線；半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有在所述引線框的第一表面處設(shè)置在所述芯片附連區(qū)域上的第一表面以和其第一表面相對(duì)的第二表面；設(shè)置在所述芯片的第一表面上并電耦合于所述芯片附連區(qū)域的第一電極；以及設(shè)置在所述芯片的第二表面上的第二電極；散熱件，所述散熱件設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片的所述第二表面和所述引線框的所述第一突片上，所述散熱件具有含第一表面和第二表面的電絕緣性基板；設(shè)置在所述基板的第一表面上的第一導(dǎo)電層以及設(shè)置在所述基板的第二表面上的導(dǎo)熱層，所述第一導(dǎo)電層具有通過(guò)導(dǎo)電性粘合劑的第一本體電耦合于所述芯片的第二電極的第一部分以及通過(guò)導(dǎo)電性粘合劑的第二本體電耦合于所述引線框的第一突片的第二部分；以及設(shè)置在所述散熱件和所述引線框之間并粘附于所述散熱件和所述引線框的電絕緣材料本體。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣材料的本體粘附于所述散熱件的基板的兩個(gè)表面的各部分。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片還包括設(shè)置在所述芯片的第二表面上的第三電極，其中所述引線框還具有第二突片，以及其中所述散熱件還具有設(shè)置在所述電絕緣性基板的第一表面上的第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層具有面向芯片的第三電極并通過(guò)導(dǎo)電性粘合劑的第三本體與之電耦合的第一部分；以及面向所述第二突片并通過(guò)導(dǎo)電性粘合劑的第四本體與之電耦合的第二部分。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第一和第二導(dǎo)電層的各部分上的粘合劑掩模層。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層的至少一部分上的粘合劑掩模層。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述引線框還具有多個(gè)對(duì)齊突片，每個(gè)對(duì)齊突片沿所述引線框的一側(cè)設(shè)置并從所述引線框的第一表面向所述散熱件延伸離開(kāi)。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層從所述電絕緣性基板的邊緣插入。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述導(dǎo)熱層包括下面的一個(gè)或多個(gè)鋁、鋁合金、銅、銅合金。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層包括銅。
10. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板具有0. 5mm至2mm范圍內(nèi)的厚度。
11. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板具有至少為1瓦/米-開(kāi)爾文(W/mK)的導(dǎo)熱率。
12. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板具有至少為10W/mK的導(dǎo)熱率。
13. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板具有至少 為50伏的電壓擊穿電壓。
14. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板具有至少 為IOO伏的電壓擊穿電壓。
15. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板包括一種 或多種陶瓷材料。
16. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板包括填充 有導(dǎo)熱微粒的電絕緣聚合物。
17. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述電絕緣性基板包括導(dǎo)熱 塑料。
18. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述散熱件包括直接粘附的 銅基板或絕緣的金屬基板。
19. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝件，其特征在于，所述封裝件具有矩形平行六 面體形狀，且所述引線不延伸超過(guò)所述封裝件。
20. —種包含互連基板和附連于所述互連基板的如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片封裝 件的系統(tǒng)。
21. —種制造半導(dǎo)體芯片封裝件的方法，所述方法包括將引線框、至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片和散熱件組裝在一起，所述引線框具有第一表面、與其 第一表面相對(duì)的第二表面、芯片附連區(qū)域、設(shè)置成與所述芯片附連區(qū)域相鄰的突片以及電 耦合于所述突片的至少一條引線，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片具有第一表面、與其第一表面 相對(duì)的第二表面、設(shè)置在所述芯片的第一表面上的第一電極以及設(shè)置在所述芯片第二表面 上的第二電極，所述芯片的第一表面設(shè)置在所述引線框的芯片附連區(qū)域上，且所述芯片的 第一電極通過(guò)導(dǎo)電粘合劑本體電耦合于所述芯片附連區(qū)域，所述散熱件具有含第一表面和 第二表面的電絕緣性基板；設(shè)置在所述基板的第一表面上的導(dǎo)電層以及設(shè)置在所述基板的 第二表面上的導(dǎo)熱層，所述散熱件設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片的所述第二表面上，且?guī)?dǎo)電層 的所述引線框的所述突片具有電耦合于所述芯片的第二電極的第一部分以及電耦合于所 述引線框的突片的第二部分；以及將電絕緣材料本體設(shè)置在所述散熱件和所述引線框之間并粘附于所述散熱件和所述 引線框。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將引線框、至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片和散熱件 組裝在一起包括將所述半導(dǎo)體芯片和引線框組裝在一起，之后將所述散熱件組裝在所述半 導(dǎo)體芯片和所述引線框上。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將引線框、至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片和散熱件 組裝在一起包括將所述半導(dǎo)體芯片和散熱件組裝在一起，之后將所述散熱件和半導(dǎo)體芯片 組裝在所述引線框上。
24. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性粘合劑本體包括焊料，并且將 引線框、至少一個(gè)半導(dǎo)體芯片和散熱件組裝在一起包括使所述焊料回流。
全文摘要
本發(fā)明披露一種用于高電壓、高功率場(chǎng)合的PQFN半導(dǎo)體芯片封裝件、使用該封裝件的系統(tǒng)以及該封裝件的制造方法。示例性封裝件包括引線框、設(shè)置在引線框上的半導(dǎo)體芯片以及設(shè)置在半導(dǎo)體芯片和引線框上并集成在封裝件的模制材料中的散熱件。該散熱件具有帶高擊穿電壓的電絕緣性基板以及設(shè)置在將半導(dǎo)體與引線框的一條或多條引線電氣互連的基板的第一表面上的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L23/495GK101752326SQ20091026158
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者A·V·赫雷斯, R·N·馬納塔德, 孫焌瑞 申請(qǐng)人:費(fèi)查爾德半導(dǎo)體有限公司