引線框架封裝及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及引線框架封裝及其形成方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件其包括：被部署在引線框架上方的半導(dǎo)體芯片和被部署在半導(dǎo)體芯片上方的夾片。半導(dǎo)體芯片的主表面包括接觸焊盤(pán)和控制接觸焊盤(pán)。接觸焊盤(pán)具有沿著控制接觸焊盤(pán)的第一側(cè)的第一部分和沿著控制接觸焊盤(pán)的相對(duì)的第二側(cè)的第二部分。夾片將第一部分和第二部分與引線框架的第一引線電耦合。線接合將控制接觸焊盤(pán)與引線框架的第二引線電耦合。
【專利說(shuō)明】引線框架封裝及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及電子器件，并且更特別地涉及引線框架封裝及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件用于各種電子及其它應(yīng)用。其中，半導(dǎo)體器件包括集成電路或者分立器件，通過(guò)在半導(dǎo)體晶圓上方沉積一個(gè)或多個(gè)類型的材料的薄膜，并且將材料的薄膜制圖案以形成集成電路，在半導(dǎo)體晶圓上形成所述集成電路或者分立器件。
[0003]引線框架封裝是用于封裝半導(dǎo)體器件的封裝類型。半導(dǎo)體器件一般被封裝在陶瓷或者塑料體內(nèi)，以保護(hù)半導(dǎo)體器件不受物理?yè)p壞或腐蝕。該封裝也支持將也被稱為管芯或者芯片的半導(dǎo)體器件連接至封裝之外的其它器件所要求的電接觸。依賴于半導(dǎo)體器件的類型和正被封裝的半導(dǎo)體器件的意圖的使用，許多不同類型的封裝是可用的。諸如封裝的尺寸、管腳計(jì)數(shù)(Pin count)之類的典型的封裝特征可以在其中遵照來(lái)自電子器件工程聯(lián)合會(huì)(JEDEC, Joint Electron Devices Engineering Council)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。封裝也可以被稱為半導(dǎo)體器件裝配或者簡(jiǎn)單地被稱為裝配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體器件其包括:被部署在引線框架上方的半導(dǎo)體芯片和被部署在半導(dǎo)體芯片上方的夾片。半導(dǎo)體芯片的主表面包括接觸焊盤(pán)和控制接觸焊盤(pán)。接觸焊盤(pán)具有沿著控制接觸焊盤(pán)的第一側(cè)的第一部分和沿著控制接觸焊盤(pán)的相對(duì)的第二側(cè)的第二部分。夾片將第一部分和第二部分與引線框架的第一引線電耦合。線接合將控制接觸焊盤(pán)與引線框架的第二引線電耦合。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例，電子器件包括:具有在第一平面中部署的多個(gè)引線的引線框架、被部署在引線框架上方的半導(dǎo)體芯片、以及被部署在半導(dǎo)體芯片上方的夾片。夾片沿著第一平面上的線是對(duì)稱的。夾片將半導(dǎo)體芯片電耦合至多個(gè)引線的第一引線和多個(gè)引線的第二引線。接合焊盤(pán)被部署在多個(gè)引線的第三引線處。接合線將半導(dǎo)體芯片電率禹合至接合焊盤(pán)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例，形成半導(dǎo)體封裝的方法包括:將半導(dǎo)體芯片定位在引線框架上方、以及將夾片附接在半導(dǎo)體芯片上方。半導(dǎo)體芯片具有接觸焊盤(pán)和控制接觸焊盤(pán)。接觸焊盤(pán)具有沿著控制接觸焊盤(pán)的第一側(cè)的第一部分和沿著控制接觸焊盤(pán)的相對(duì)的第二側(cè)的第二部分。夾片將第一部分和第二部分與引線框架的第一引線電耦合。該方法進(jìn)一步包括:將控制接觸焊盤(pán)與引線框架的第二引線電耦合。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]為了更加完全的理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在連同附圖參考下列描述，在其中: 包括圖1A -1C的圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝，其中圖1A圖示了頂
視圖，其中圖1C圖示了橫截面視圖，并且其中圖1B圖示了部分頂視圖； 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的頂視圖；
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的頂視圖；
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的夾片和半導(dǎo)體芯片；
包括圖5A和5B的圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的具有在多個(gè)半導(dǎo)體芯片上方部署的夾片的半導(dǎo)體封裝；和
圖6-13圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在制造的各種階段期間的半導(dǎo)體器件。
[0008]除非另外指示，不同圖中的相應(yīng)數(shù)字和符號(hào)一般指的是相應(yīng)的部分。該圖經(jīng)繪制以清楚圖示實(shí)施例的有關(guān)方面，并且不必按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面詳細(xì)討論各種實(shí)施例的構(gòu)成和使用。然而，應(yīng)該領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的發(fā)明概念，其能夠體現(xiàn)在各種上下文中。所討論的實(shí)施例僅僅說(shuō)明了構(gòu)成和使用本發(fā)明的一些方式，而并不限制本發(fā)明的范圍。
[0010]功率半導(dǎo)體器件是用于許多應(yīng)用的一種類型的半導(dǎo)體器件。功率半導(dǎo)體器件支持大電流，并且可以生成大量熱量。常規(guī)線接合的寄生電阻能夠使功率器件的性能退化。然而，不得不緊緊控制封裝的成本。因此，封裝的改進(jìn)不得不最小化寄生電阻，改進(jìn)熱傳導(dǎo)，而不增加成本。
[0011]將通過(guò)使用圖1來(lái)描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實(shí)施例。將通過(guò)使用圖2-5來(lái)描述本發(fā)明的另外的結(jié)構(gòu)實(shí)施例。將通過(guò)使用圖6-13來(lái)描述制造半導(dǎo)體封裝的方法。
[0012]包括圖1A-1C的圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝，其中圖1A圖示了頂視圖，其中圖1C圖示了橫截面視圖，并且其中圖1B圖示了部分頂視圖。
[0013]參考圖1A，半導(dǎo)體封裝包括在引線框架10上方布置的半導(dǎo)體芯片50。引線框架10包括管芯踏板(paddle) 11 (管芯附接)和多個(gè)引線20。如圖例，多個(gè)引線20包括第一引線21、第二引線22、第三引線23、第四引線24、和多個(gè)第五引線25。
[0014]在各種實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50可以包括分立半導(dǎo)體器件。在另外的實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50可以包括如在集成電路中的多個(gè)半導(dǎo)體器件。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50是兩端功率器件，諸如PIN 二極管或者肖特基二極管。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50是三端器件，諸如功率金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET )、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體(JFET )、雙極結(jié)型晶體管(BJT )、絕緣柵雙極晶體管(IGBT )、或者晶閘管之類。
[0016]夾片70被部署在半導(dǎo)體芯片50上方，并且?jiàn)A片70用多個(gè)弓丨線20中的至少一個(gè)耦合半導(dǎo)體芯片50中的至少一個(gè)接觸焊盤(pán)。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50具有在半導(dǎo)體芯片50的頂表面處部署的第一接觸焊盤(pán)31和第二接觸焊盤(pán)32。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體芯片50包括晶體管時(shí)，第一接觸焊盤(pán)31被耦合至晶體管的源極區(qū)域/發(fā)射極區(qū)域。因此，第一接觸焊盤(pán)31支持比第二接觸焊盤(pán)32更加大的電流，所述第二接觸焊盤(pán)32可以被耦合至半導(dǎo)體芯片50的控制區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50可以包括分立垂直晶體管，其在一側(cè)中具有源極/發(fā)射極區(qū)域并且在相對(duì)側(cè)上具有漏極/集電極區(qū)域。第五引線25可以通過(guò)焊盤(pán)11被耦合至分立垂直晶體管的漏極/集電極區(qū)域。
[0017]圖1B圖示了夾片70和半導(dǎo)體芯片50的部分頂視圖。如圖1B中所圖示，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第一接觸焊盤(pán)31包圍第二接觸焊盤(pán)32。在各種實(shí)施例中，接觸第一接觸焊盤(pán)31的夾片70也包圍第二接觸焊盤(pán)32。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片70可以具有圍繞第二接觸焊盤(pán)32對(duì)稱的形狀。例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片70關(guān)于鏡像軸MM’對(duì)稱。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，鏡像軸MM’沿著平行于多個(gè)引線20的方向取向。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，第一引線21和第四引線24通過(guò)夾片70被耦合至第一接觸焊盤(pán)31，而第二引線22和第三引線23通過(guò)第一線接合71被耦合至第二接觸焊盤(pán)32 (同樣參看圖1A)。因此，第二引線22和第三引線23被部署在第一引線21和第四引線24之間。因此，夾片70具有對(duì)稱形狀，其均勻地除去操作期間從半導(dǎo)體芯片50生成的熱量。在各種實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體器件在操作期間通過(guò)器件可以具有多達(dá)10 W的功率損耗，這可以作為熱量被釋放。半導(dǎo)體芯片50內(nèi)生成的高溫可以導(dǎo)致性能退化，并且甚至可以導(dǎo)致永久性故障。因此，高效地除去這個(gè)生成的熱量對(duì)這樣的功率器件的性能非常關(guān)鍵。
[0019]在各種實(shí)施例中，有利地是，因?yàn)閵A片70的對(duì)稱性質(zhì)，均勻地除去在半導(dǎo)體芯片50處生成的熱量。相反，不對(duì)稱形狀的夾片70將不對(duì)稱地除去熱量，這可能導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片50的某些區(qū)域中的局部熱點(diǎn)。這樣的熱點(diǎn)能夠?qū)е掠捎谝恍┰虻墓收弦约捌骷嘶＠?，熱點(diǎn)能夠生成高應(yīng)力區(qū)域，這可能導(dǎo)致包圍層的脫層。因此，本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)均勻除去熱量來(lái)避免半導(dǎo)體芯片50內(nèi)的熱點(diǎn)。
[0020]在各種實(shí)施例中，夾片70覆蓋或者重疊半導(dǎo)體芯片50的主表面至少70%的表面積。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片70覆蓋或者重疊半導(dǎo)體芯片50的主表面70%至大約100%的表面積。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片70覆蓋或者重疊半導(dǎo)體芯片50的主表面80%至90%的表面積。
[0021]如所圖示，在一個(gè)實(shí)施例中，第二引線22和第三引線23通過(guò)第一線接合71被耦合至第二接觸焊盤(pán)32。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第二引線22和第三引線23可以通過(guò)分離的線接合被耦合至第二接觸焊盤(pán)32。
[0022]圖1C圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝沿著圖1A的線IC的橫截面視圖。
[0023]如關(guān)于圖1A所述，半導(dǎo)體芯片50被部署在引線框架10的管芯踏板11的上方。夾片70被部署在半導(dǎo)體芯片50的上方，并且被耦合至引線框架10的多個(gè)引線20。在各種實(shí)施例中，夾片70比半導(dǎo)體芯片50厚至少十倍，以增強(qiáng)遠(yuǎn)離半導(dǎo)體芯片50的熱傳導(dǎo)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片70厚度是半導(dǎo)體芯片50的厚度的大約十倍至大約100倍。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片70厚度是半導(dǎo)體芯片50的厚度的大約20倍至大約50倍。在各種實(shí)施例中，夾片70具有大約0.1 mm至大約2mm的厚度,并且在一個(gè)實(shí)施例中大約0.5mm。除了高效除去熱量之外，較厚的夾片50也最小化通過(guò)夾片50的寄生電阻。如圖1C中所圖示，有利地，在一些實(shí)施例中，可以在夾片70上方安裝附加的散熱器150。
[0024]在各種實(shí)施例中，半導(dǎo)體封裝可以是任何合適類型的封裝，諸如小外形(smalΙ-outline)集成電路封裝、塑料(雙)小外形封裝、薄型小外形封裝、收縮型小外形封裝、薄型收縮型小外形封裝、雙扁平無(wú)引線封裝(dual flat no-lead package)、方形扁平封裝，包括功率QFN封裝的方形扁平無(wú)引線(QFN)表面安裝封裝。
[0025]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的頂視圖。
[0026]這個(gè)實(shí)施例可以包括關(guān)于圖1上面所述的特性。這個(gè)實(shí)施例也可以進(jìn)一步包括第三接觸焊盤(pán)33 (感測(cè)焊盤(pán)，例如用于感測(cè)源極/發(fā)射極區(qū)域中的電流)，所述第三接觸焊盤(pán)33通過(guò)第二線接合72被耦合至第二引線22。第三接觸焊盤(pán)33可以用來(lái)感測(cè)源極電壓，所述源極電壓可以用來(lái)調(diào)整控制電壓。再次，由于第三接觸焊盤(pán)33用于感測(cè)操作，那么流過(guò)第二線接合72的電流不顯著，并因此第二線接合72沒(méi)有引入顯著的電阻。
[0027]不同于在其中第二引線22被耦合至耦合至柵極區(qū)域的第二接觸焊盤(pán)32的之前的實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，第二引線22被耦合至第三接觸焊盤(pán)33。在可替換的實(shí)施例中，多個(gè)引線20的分離的引線可以用來(lái)接觸第三接觸焊盤(pán)33 (感測(cè)焊盤(pán))。
[0028]圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的頂視圖。
[0029]類似于圖3的實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例還圖示了第三接觸焊盤(pán)33 (感測(cè)焊盤(pán))。在這個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)引線20包括第一引線21、第二引線22、第三引線23、第四引線24、多個(gè)第五引線25、第六引線26、和第七引線27。夾片70用第一引線21、第二引線22、第三引線23、和第四引線24耦合第一接觸焊盤(pán)31。盡管四個(gè)引線都被耦合至第一接觸焊盤(pán)31，但是在各種實(shí)施例中，可以使用更多數(shù)目的引線。
[0030]在這個(gè)實(shí)施例中，第一引線21、第二引線22、第三引線23、和第四引線24位于引線框架10的一側(cè)上。第六引線26通過(guò)第一線接合71被耦合至第二接觸焊盤(pán)32(例如，從而被耦合至控制區(qū)域)，而第七引線27經(jīng)由第二線接合72被耦合至第三接觸焊盤(pán)33 (例如，從而被耦合至感測(cè)區(qū)域)。這個(gè)實(shí)施例有助于最小化線接合的長(zhǎng)度，因?yàn)榈诹€26和第七引線27可以更靠近管芯附接11放置。
[0031]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的夾片和半導(dǎo)體芯片。
[0032]在這個(gè)實(shí)施例中，源極/發(fā)射極區(qū)域被部署在控制區(qū)域之間。因此，第一接觸焊盤(pán)31被部署在鄰近的第二接觸焊盤(pán)32之間?？梢栽谌缜八龅木哂袑?duì)稱形狀的半導(dǎo)體芯片50上方形成夾片70。
[0033]包括圖5A和5B的圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的可替換的實(shí)施例的具有在多個(gè)半導(dǎo)體芯片上方部署的夾片的半導(dǎo)體封裝。
[0034]不同于之前的實(shí)施例，在如在這里所述的一些實(shí)施例中，多個(gè)半導(dǎo)體芯片50可以被放置在引線框架10的管芯附接11的上方。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)半導(dǎo)體芯片50可以被并聯(lián)連接。因此，可以在多個(gè)半導(dǎo)體芯片50的上方形成共同夾片70，并且共同夾片70可以被耦合至多個(gè)引線20。夾片70可以被耦合至多個(gè)半導(dǎo)體芯片50的源極/發(fā)射極區(qū)域，而多個(gè)半導(dǎo)體芯片50的漏極/集電極區(qū)域可以通過(guò)引線框架的管芯附接11被耦合至多個(gè)引線20，如之前的實(shí)施例中所述。盡管圖5A中只圖示了兩個(gè)半導(dǎo)體芯片，但是本發(fā)明的各種實(shí)施例包括多于兩個(gè)半導(dǎo)體芯片。
[0035]另外，如圖5B中所圖示，在可替換的實(shí)施例中，可以在管芯踏板11的上方放置附加的功能性電路，諸如可以是邏輯、模擬、存儲(chǔ)、或者復(fù)合信號(hào)芯片的功能性芯片51。功能性芯片51可以通過(guò)合適的互連來(lái)被耦合至引線框架10的多個(gè)引線20，在一個(gè)實(shí)施例中所述合適的互連可以是線接合。
[0036]圖6-13圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在制造的各種階段期間的半導(dǎo)體器件。
[0037]圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于封裝半導(dǎo)體器件的引線框架10。引線框架10可以包括任何類型的合適的結(jié)構(gòu)，例如圍繞管芯踏板11的多個(gè)引線20的布置。
[0038]在各種實(shí)施例中，引線框架10可以是任何類型的封裝。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，引線框架10可以是諸如超小外形(SuperSO)之類的小外形(SO)封裝、功率S0-8類型封裝、諸如T0220之類的晶體管外形封裝、以及基于封裝類型來(lái)選擇的其它類型的引線框架。
[0039]參考圖7，在引線框架10的上方涂敷多個(gè)焊球(solder balls)40。在可替換的實(shí)施例中，可以在引線框架10上方涂敷粘合層。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以在引線框架10上方涂敷導(dǎo)電膠(conductive paste)。在另一個(gè)實(shí)施例中，粘合層可以包括納米導(dǎo)電膠。
[0040]如接著在圖8中所圖示，半導(dǎo)體芯片50被放置在多個(gè)焊球40的上方。在各種實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50可以包括功率半導(dǎo)體器件,在一個(gè)實(shí)施例中所述功率半導(dǎo)體器件可以是分立器件。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50是兩端器件，諸如PIN 二極管或者肖特基二極管。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50是三端器件，諸如功率金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體(JFET)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、或者晶閘管。
[0041]可以通過(guò)使用常規(guī)處理來(lái)在例如在晶圓內(nèi)形成半導(dǎo)體芯片50，所述晶圓被切成小片以形成多個(gè)半導(dǎo)體芯片50。如上所述，半導(dǎo)體芯片50可以在硅襯底上形成，諸如大塊(bulk)娃襯底或者絕緣襯底上的娃(SOI, silicon on insulator)襯底?？商鎿Q地,半導(dǎo)體芯片50可以是在碳化硅(SiC)上形成的器件。本發(fā)明的實(shí)施例還可以包括在化合物半導(dǎo)體襯底上形成的器件，并且可以包括異質(zhì)外延襯底上的器件。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片50是至少部分地在氮化鎵(GaN)上形成的器件，其可以是藍(lán)寶石或者硅襯底上的GaN。
[0042]參考圖9，形成芯片粘合層60和引線粘合層65?？梢酝ㄟ^(guò)使用共同的工藝形成芯片粘合層60和引線粘合層65，并且在各種實(shí)施例中，芯片粘合層60和引線粘合層65可以包括焊接材料。在可替換的實(shí)施例中，芯片粘合層60和引線粘合層65可以包括諸如導(dǎo)電膠等等之類的其它粘合材料。
[0043]在各種實(shí)施例中，芯片粘合層60和引線粘合層65包括諸如鉛-錫材料的焊料材料。在各種實(shí)施例中，芯片粘合層60和引線粘合層65可以包括任何合適的導(dǎo)電粘合材料，其包括諸如鋁、鈦、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻、鎳-釩、及其組合之類的金屬或金屬合金。
[0044]在各種實(shí)施例中，可以通過(guò)使用諸如汽相沉積的沉積過(guò)程、化學(xué)鍍、和電鍍，來(lái)形成芯片粘合層60和引線粘合層65。芯片粘合層60和引線粘合層65可以是單層，或者包括具有不同成分的多個(gè)層。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，芯片粘合層60和引線粘合層65可以包括鉛(Pb)層，后面跟著的是錫(Sn)層。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以沉積SnAg作為焊料材料。其它例子包括SnPbAg、SnPb、PbAg、Pbln、和諸如SnB1、SnAgCu、SnTnjP SiZn之類的無(wú)鉛材料。在各種實(shí)施例中，可以沉積其它合適的材料。
[0045]如在圖10中所圖示，夾片70被置于芯片粘合層60和引線粘合層65上方。如在本發(fā)明的各種實(shí)施例中所述，夾片70可以具有對(duì)稱形狀。在各種實(shí)施例中，夾片70包括銅。在可替換的實(shí)施例中，夾片70包括鋁。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，夾片包括諸如銀、鎳、鉬、金、石墨烯等等的導(dǎo)電材料。在各種實(shí)施例中，夾片70可以具有大約0.1 mm至大約2mm的厚度。
[0046]參考圖11，芯片粘合層60和引線粘合層65經(jīng)受接合工藝。
[0047]在各種實(shí)施例中，接合工藝可以使粘合材料固化。在各種實(shí)施例中，可以通過(guò)使用熱超聲接合、超聲接合、或者熱壓縮接合來(lái)形成接合工藝。熱超聲接合可以利用溫度、超聲波、和低沖擊力。超聲接合可以利用超聲波和低沖擊力。熱壓縮接合可以利用溫度和高沖擊力。[0048]例如，在一種情況下，熱超聲接合可以與包括銅的夾片70—起使用。接合溫度、超聲能量、和接合力和時(shí)間可以不得不被嚴(yán)格控制，以形成從半導(dǎo)體芯片50到引線框架10的
可靠連接。
[0049]在各種實(shí)施例中，可以通過(guò)使用熱工藝來(lái)執(zhí)行接合工藝。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，熱工藝可以是全局熱工藝，在其中引線框架10、半導(dǎo)體芯片50、和夾片70被放置在退火工具內(nèi)。在可替換的實(shí)施例中，熱工藝可以是局部熱工藝，在其中局部加熱被用來(lái)加熱芯片粘合層60和引線粘合層65?？梢酝ㄟ^(guò)使用定向熱源或者定向(電磁)輻射源來(lái)執(zhí)行局部熱工藝。
[0050]如在圖11中所圖示，在一個(gè)實(shí)施例中，可以執(zhí)行熱處理，以形成焊球。假如芯片粘合層60和引線粘合層65包括焊料材料，那么熱處理回流焊料材料。例如，在芯片粘合層60和引線粘合層65包括Pb/Sb層時(shí)的實(shí)施例中，在回流之后可以形成具有超過(guò)300°C的熔解溫度的包括95 Pb/5 Sn (95/5)或者90 Pb/10 Sn (90/10)的高鉛合金。這樣的高熔解Pb/Sn合金是耐材料疲勞的可靠冶金。在不同實(shí)施例中，可以形成具有183°C的熔解溫度的共晶體(eutectic)63 Pb/37 Sn (63/37)。類似地，在一些實(shí)施例中，可以形成無(wú)鉛芯片粘合層60和引線粘合層65，其具有97.5 Sn/2.6 Ag (97.5/2.5)的成分。
[0051]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在大約100°C至大約300°C之間的溫度執(zhí)行芯片粘合層60和引線粘合層65的接合。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，芯片焊料層60和引線焊料層65被加熱至小于350°C。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，如果芯片粘合層60和引線粘合層65包括聚合物，那么接合溫度可以是大約1251:至大約2001:。可替換地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，如果芯片粘合層60和引線粘合層65包括焊料材料，那么接合溫度可以是大約250°C至大約350。。。
[0052]因此，在熱處理之后，夾片70通過(guò)使用芯片粘合層60和引線粘合層65來(lái)被電耦合并且物理附接至半導(dǎo)體芯片50。
[0053]參考圖12，執(zhí)行線接合工藝，以將剩下的接觸焊盤(pán)耦合至引線框架10的多個(gè)引線
20。在一些實(shí)施例中，可以在附接夾片70之后執(zhí)行線接合工藝，這是因?yàn)閵A片70的附接可能要求較大的熱衡算工藝。線接合工藝可以用來(lái)把晶體管的控制焊盤(pán)和/或感測(cè)焊盤(pán)與多個(gè)引線20耦合。通過(guò)晶體管的控制焊盤(pán)和/或感測(cè)焊盤(pán)的電流可以比通過(guò)源極焊盤(pán)的電流小很多。因此，在各種實(shí)施例中，可以通過(guò)使用線接合來(lái)耦合控制焊盤(pán)和/或感測(cè)焊盤(pán)。
[0054]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，線接合(例如，第一線接合71)可以包括銅、鋁、和/或金線。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，這樣的鋁線的厚度可以是大約ΙΟμπι至大約ΙΟΟΟμπι。在另一個(gè)實(shí)施例中，線接合330可以包括金。這樣的金線的厚度可以是大約10 μπι至大約100μ m0
[0055]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，高速線接合裝備可以用來(lái)最小化形成線接合的時(shí)間。在一些實(shí)施例中，圖像識(shí)別系統(tǒng)可以用來(lái)在線接合工藝期間定向半導(dǎo)體芯片50。
[0056]在各種實(shí)施例中，球焊或者楔焊可以用來(lái)附接線接合。在各種實(shí)施例中，可以通過(guò)使用熱超聲接合、超聲接合、或者熱壓縮接合來(lái)形成線接合。針對(duì)每個(gè)互連，形成兩個(gè)線接合，一個(gè)在半導(dǎo)體芯片50的接觸焊盤(pán)(例如，圖1A的控制接觸焊盤(pán)32)處，并且另一個(gè)在引線框架10的多個(gè)引線20的引線處。再次，接合溫度、超聲能量、和接合力和時(shí)間可以被嚴(yán)格控制，以形成從半導(dǎo)體芯片50到引線框架10的可靠連接。[0057]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，焊料流量和焊料材料可以被沉積用于線接合工藝。焊料材料可以是單層，或者包括具有不同成分的多層。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，焊料材料可以包括鉛(Pb)層，后面接著的是錫(Sn)層。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以沉積SnAg作為焊料材料。其它例子包括SnPbAg、SnPb、PbAg、Pbln、以及諸如SnB1、SnAgCu、SnTnjP SiZn之類的無(wú)鉛材料。在各種實(shí)施例中，可以沉積其它合適的材料。
[0058]接著參考圖13，圍繞引線框架10、半導(dǎo)體芯片50、和夾片70形成密封劑80，密封各種暴露表面。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)使用壓縮模塑工藝來(lái)涂敷密封劑80。在壓縮模塑工藝中，密封劑80可以被放置入模塑腔中，然后模塑腔被關(guān)閉，以壓縮密封劑80。當(dāng)正在模塑單個(gè)圖案時(shí)，可以使用壓縮模塑。在可替換的實(shí)施例中，當(dāng)一起形成多個(gè)封裝時(shí)，可以通過(guò)使用轉(zhuǎn)移模塑(transfer molding)工藝來(lái)涂敷密封劑80。在其它實(shí)施例中，可以通過(guò)使用注入模塑、?；?granulate)模塑、粉末模塑、或者液體模塑來(lái)涂敷密封劑80?？商鎿Q地,可以通過(guò)使用諸如模板印刷(stencil printing)或者絲網(wǎng)印刷(screenprinting)之類的印刷工藝來(lái)涂敷密封劑80?？梢詧?zhí)行固化工藝，以形成引線封裝。
[0059]在各種實(shí)施例中，密封劑80包括介電材料，并且在一個(gè)實(shí)施例中密封劑80可以包括模塑化合物。在其它實(shí)施例中，密封劑80可以包括聚合物、共聚物、生物聚合物、纖維浸潰聚合物(fiber impregnated polymer)(例如,樹(shù)脂中的碳或者玻璃纖維)、顆粒填充聚合物、和其它有機(jī)材料中的一個(gè)或多個(gè)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，密封劑80包括不是通過(guò)使用模塑化合物來(lái)形成的密封劑以及諸如環(huán)氧樹(shù)脂和/或硅樹(shù)脂之類的材料。在各種實(shí)施例中，密封劑80可以由任何適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)塑料(duroplastic)、熱塑材料、熱固材料、或者層壓板組成。在一些實(shí)施例中，密封劑80的材料可以包括填料材料。在一個(gè)實(shí)施例中，密封劑80可以包括環(huán)氧材料和填充材料，所述填充材料包括玻璃、或者像氧化鋁一樣的其它電絕緣礦物填充材料、或者有機(jī)填充材料的小顆粒。密封劑80可以被固化，即密封劑80經(jīng)受熱工藝以硬化，因此形成保護(hù)半導(dǎo)體芯片50的氣密密封。固化工藝使密封劑80硬化，由此形成容納半導(dǎo)體芯片50的單個(gè)襯底。
[0060]盡管已經(jīng)參考說(shuō)明性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是這個(gè)描述不意圖在限制性意義上被理解。根據(jù)參考這個(gè)描述，說(shuō)明性的實(shí)施例的各種修改和組合、以及本發(fā)明的其它實(shí)施例將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。如圖例，在各種實(shí)施例中，圖1-13中所述的實(shí)施例可以彼此組合。因此，意圖的是，所附權(quán)利要求包括了任何這樣的修改或者實(shí)施例。
[0061]盡管已經(jīng)詳細(xì)描述本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)該理解的是，能夠在這里進(jìn)行各種改變、替換和更改，而不偏離如由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解的是，可以變化在這里所述的許多特征、功能、工藝、和材料，而同時(shí)留在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0062]此外，本申請(qǐng)的范圍不意圖被限制于說(shuō)明書(shū)中所述的工藝、機(jī)器、制造、主題的組成、手段、方法和步驟的特定實(shí)施例。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)中將容易理解，可以根據(jù)本發(fā)明來(lái)利用現(xiàn)在現(xiàn)有的或者以后將發(fā)展的工藝、機(jī)器、制造、主題的組成、手段、方法、或步驟，其與在這里所述的相應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行基本上相同的功能或者實(shí)現(xiàn)基本上相同的結(jié)果。因此，所附權(quán)利要求意圖在其范圍內(nèi)包括這樣的工藝、機(jī)器、制造、主題的組成、手段、方法、或步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，其包括: 半導(dǎo)體芯片，其被部署在引線框架上方，其中半導(dǎo)體芯片的主表面包括接觸焊盤(pán)和控制接觸焊盤(pán)，其中接觸焊盤(pán)具有沿著控制接觸焊盤(pán)的第一側(cè)的第一部分和沿著控制接觸焊盤(pán)的相對(duì)的第二側(cè)的第二部分； 夾片，其被部署在半導(dǎo)體芯片上方，其中夾片將第一部分和第二部分與引線框架的第一引線電耦合；以及 線接合，其將控制接觸焊盤(pán)與引線框架的第二引線電耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 夾片關(guān)于控制接觸焊盤(pán)對(duì)稱部署。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 夾片將第一部分和第二部分與引線框架的第三引線電耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中， 第二引線被部署在第一引線與第三引線之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 第二引線在垂直于第一引線的方向上取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 夾片包括銅。`
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 夾片與半導(dǎo)體芯片至少70%的主表面重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 夾片具有至少0.1 mm的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 半導(dǎo)體芯片包括感測(cè)接觸焊盤(pán)，并且其中感測(cè)接觸焊盤(pán)通過(guò)另一個(gè)線接合電耦合至引線框架的第四引線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中， 第四引線在垂直于第一引線的方向上取向。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中， 半導(dǎo)體芯片是分立功率晶體管，其中接觸焊盤(pán)電耦合至分立功率晶體管的源極/漏極區(qū)域，并且其中控制接觸焊盤(pán)電耦合至分立功率晶體管的控制區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中， 分立功率晶體管是硅基晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中， 分立功率晶體管是氮化鎵基晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在引線框架上方部署的另一個(gè)半導(dǎo)體芯片，所述另一個(gè)半導(dǎo)體芯片通過(guò)夾片電耦合至引線框架的第三引線。
15.一種電子器件，其包括: 引線框架，其具有在第一平面中部署的多個(gè)引線； 半導(dǎo)體芯片，其被部署在引線框架上方； 夾片，其被部署在半導(dǎo)體芯片上方，所述夾片沿著第一平面上的線是對(duì)稱的，所述夾片將半導(dǎo)體芯片電耦合至多個(gè)引線的第一引線和多個(gè)引線的第二引線； 接合焊盤(pán)，其被部署在多個(gè)引線的第三引線處；以及 接合線，其將半導(dǎo)體芯片電耦合至接合焊盤(pán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子器件，其中， 第一平面上的線平行于第一引線。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子器件，其中， 半導(dǎo)體芯片具有第一接觸焊盤(pán)和控制接觸焊盤(pán)，其中第一接觸焊盤(pán)具有沿著控制接觸焊盤(pán)的第一側(cè)的第一部分和沿著控制接觸焊盤(pán)的相對(duì)的第二側(cè)的第二部分，并且其中夾片將第一接觸焊盤(pán)與第一引線和第二引線電耦合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子器件，其中， 夾片關(guān)于控制接觸焊盤(pán)對(duì)稱部署。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子器件，其中， 夾片將第一部分與第一引線電耦合，并且將第二部分與第二引線電耦合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子器件，其中， 第二引線被部署在第一引線與第三引線之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子器件，其中， 半導(dǎo)體芯片具有接觸焊盤(pán)、第一控制接觸焊盤(pán)和第二控制接觸焊盤(pán)，其中接觸焊盤(pán)被部署在第一控制接觸焊盤(pán)與第二控`制接觸焊盤(pán)之間，并且其中夾片將接觸焊盤(pán)與第一引線和第二引線電耦合。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子器件，其中， 第二引線在垂直于第一引線的方向上取向。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子器件，其中 夾片包括銅。
24.一種形成半導(dǎo)體封裝的方法，該方法包括: 將半導(dǎo)體芯片定位在引線框架上方，所述半導(dǎo)體芯片具有接觸焊盤(pán)和控制接觸焊盤(pán)，接觸焊盤(pán)具有沿著控制接觸焊盤(pán)的第一側(cè)的第一部分和沿著控制接觸焊盤(pán)的相對(duì)的第二側(cè)的第二部分； 將夾片附接在半導(dǎo)體芯片上方，所述夾片將第一部分和第二部分與引線框架的第一引線電耦合；以及 將控制接觸焊盤(pán)與引線框架的第二引線電耦合。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中， 夾片關(guān)于控制接觸焊盤(pán)對(duì)稱。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中， 將夾片附接在半導(dǎo)體芯片上方包括將夾片焊接至半導(dǎo)體芯片。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中， 將控制接觸焊盤(pán)與第二引線電耦合包括通過(guò)使用線接合工藝來(lái)形成線接合。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括將散熱器附接至鄰近夾片的半導(dǎo)體封裝的表面。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，在附接夾片之后，將控制接觸 焊盤(pán)與第二引線電耦合。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK103531558SQ201310273425
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月2日
【發(fā)明者】R.奧特倫巴, K.席斯 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司