具有頂側(cè)絕緣層的半導(dǎo)體封裝的制作方法
【專利摘要】一種具有頂側(cè)絕緣層的半導(dǎo)體封裝，該半導(dǎo)體封裝包括：基座；附接至基座的管芯；引線；以及將引線電連接至管芯的連接器。模塑封料密封管芯、連接器、基座的至少一部分以及引線的一部分，以使得引線從模塑封料朝外延伸。電絕緣層是與模塑封料分開(kāi)的并且被附接至模塑封料在連接器上方的表面，電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得封裝在連接器的頂端與電絕緣層的背對(duì)連接器的表面之間具有被保證的最小間隔。
【專利說(shuō)明】具有頂側(cè)絕緣層的半導(dǎo)體封裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體封裝，特別是用于高功率應(yīng)用的封裝。

【背景技術(shù)】
[0002]諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的分立功率半導(dǎo)體在高電壓下工作，并且能夠以熱方式生成顯著的損耗。結(jié)果，容納功率半導(dǎo)體的封裝要求致冷，并且必須符合工業(yè)安全與隔離規(guī)范，諸如有關(guān)半導(dǎo)體封裝的UL標(biāo)準(zhǔn)所要求的那些。為了確保正常工作，滿足安全性和隔離要求，應(yīng)當(dāng)通過(guò)諸如熱沉的部件提供充分的致冷，并且封裝應(yīng)當(dāng)滿足在可能發(fā)生在封裝引線處的高電壓和提供在熱沉、封裝安裝機(jī)構(gòu)和/或封裝被安裝到的結(jié)構(gòu)處的低壓或地電位之間的最小爬電距離(ere印age distance)、間隙距離以及隔離距離的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)半導(dǎo)體封裝的實(shí)施例，該封裝包括:基座；附接至基座的管芯；引線；將引線電連接到管芯的連接器；模塑封料，其密封管芯、連接器、基座的至少一部分以及引線的一部分，以使得引線從模塑封料朝外延伸。半導(dǎo)體封裝進(jìn)一步包括電絕緣層，電絕緣層是與模塑封料分開(kāi)的并且被附接至模塑封料在連接器上方的表面。電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得封裝在連接器的頂端與電絕緣層的背對(duì)連接器的表面之間具有被保證的最小間隔。
[0004]根據(jù)半導(dǎo)體器件組件的實(shí)施例，該組件包括襯底和半導(dǎo)體封裝。封裝包括:基座、附接至基座的管芯、引線、將引線電連接到管芯的連接器；模塑封料，其密封管芯、連接器、基座的至少一部分以及引線的一部分，以使得引線從模塑封料朝外延伸。封裝包括電絕緣層，電絕緣層是與模塑封料分開(kāi)的并且被附接至模塑封料在連接器上方的表面。該半導(dǎo)體器件組件進(jìn)一步包括夾片，該夾片抵接電絕緣層進(jìn)行擠壓，以在夾片與襯底卡合時(shí)迫使封裝抵接襯底。電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得半導(dǎo)體器件組件在連接器的頂端與夾片抵接電絕緣層進(jìn)行擠壓的位置之間具有被保證的最小間隔。
[0005]根據(jù)制造半導(dǎo)體封裝的方法的實(shí)施例，該方法包括提供半導(dǎo)體封裝，所述半導(dǎo)體封裝包括:基座；附接至基座的管芯；引線；將引線電連接到管芯的連接器；模塑封料，其密封管芯、連接器、基座的至少一部分以及引線的一部分，以使得引線從模塑封料朝外延伸；以及將電絕緣層附接至模塑封料在連接器上方的表面，電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得封裝在連接器的頂端與電絕緣層的背對(duì)連接器的表面之間具有被保證的最小間隔。
[0006]當(dāng)閱讀下面的詳細(xì)描述并且查看隨附的附圖時(shí)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]附圖中的元件不必須是相對(duì)于彼此成比例的。同樣的參考編號(hào)指明相對(duì)應(yīng)的相似部分。除非各種所圖解的實(shí)施例的特征彼此排斥，否則能夠?qū)⑺鼈冞M(jìn)行組合。在附圖中描繪了實(shí)施例，并且在隨后的描述中詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例。
[0008]圖1圖解半導(dǎo)體封裝的截面?zhèn)纫晥D。
[0009]圖2圖解圖1的半導(dǎo)體封裝的一部分的放大的截面?zhèn)纫晥D。
[0010]圖3圖解半導(dǎo)體器件組件的透視圖。
[0011]圖4A-4C圖解制造半導(dǎo)體封裝的方法。

【具體實(shí)施方式】
[0012]參照?qǐng)D1和圖2，圖1圖解半導(dǎo)體封裝10的實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D，并且圖2圖解圖1中圖解的封裝10的一部分的放大的截面?zhèn)纫晥D。圖2中圖解的封裝10的局部視圖由在圖1中被標(biāo)記為34虛線輪廓表示。
[0013]在所圖解的實(shí)施例中，封裝10是T0-220類型的封裝。在其它實(shí)施例中，封裝10可以是其它適合類型的直插封裝(through hole)或表面安裝封裝，這些封裝包括但不限制于晶體管外形(TO)封裝、雙列直插封裝(DIP)、小外形封裝(S0/S0P)和小外形晶體管(SOT)封裝。在所圖解的實(shí)施例中，封裝10包括基座12和管芯14。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯14是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)。在另一實(shí)施例中，管芯14是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在又一實(shí)施例中，管芯14可以是其它適合類型的功率器件，例如，諸如二極管。使用諸如焊料或者膠的適合的導(dǎo)電粘合劑16將管芯14附接至基座12。經(jīng)由諸如接合線、條帶等的電連接器20，將管芯14電耦接至封裝10的引線18。模塑封料22將管芯14、連接器20、基座12的至少一部分以及引線18的一部分(如在24處指示的那樣)密封在模塑封料22的內(nèi)部。盡管圖1中所示的基座12完全由模塑封料22密封，但是圖3圖解了其中基座12僅部分地被模塑封料22密封的封裝10的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，模塑封料22是環(huán)氧樹(shù)脂材料。在其它實(shí)施例中，模塑封料22可以是其它適合類型的材料。
[0014]參照?qǐng)D1和圖2，封裝10包括附接至模塑封料22并且處于連接器20上方的電絕緣層26。絕緣層26是與模塑封料22分開(kāi)的(即，不同的或者特有的)，并且可以是相同或者不同的材料。適合用于提供想要的電隔離的任意材料可以被用于絕緣層26。絕緣層26具有固定的、被定義的(已知的)厚度28，以使得封裝10在連接器20與絕緣層26的背對(duì)連接器20的表面32之間具有被保證的最小間隔30。將被保證的最小間隔30定義為在表面32與連接器20的最接近表面32的部分，即，連接器20的頂端之間，如在36處指示的那樣。在其它實(shí)施例中，有兩個(gè)或者更多個(gè)連接器20，并且相對(duì)于具有最接近于絕緣層26的表面32的頂端的連接器20來(lái)定義被保證的最小間隔30。
[0015]圖3圖解半導(dǎo)體器件組件40的透視圖。半導(dǎo)體器件組件40包括封裝10、夾片50、以及襯底42。圖1和圖2中圖解了半導(dǎo)體封裝10的實(shí)施例。參照?qǐng)D3，夾片50抵接絕緣層26的表面32進(jìn)行擠壓，以在夾片50與襯底42卡合時(shí)迫使封裝10抵接襯底42，如在54處所圖解的那樣。絕緣層26具有固定的、被定義的(已知的)厚度28，如在此于先前描述的那樣，以使得半導(dǎo)體器件組件40在連接器20與夾片50抵接絕緣層26的表面32進(jìn)行擠壓的位置之間具有被保證的最小間隔30 (還參照?qǐng)D1 一 2)。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，隔離層56被放置在封裝10與襯底42之間。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底42是用于將熱從封裝10抽離的熱沉，并且隔離層56由熱傳導(dǎo)材料制成。
[0017]參照?qǐng)D1到圖3，為了滿足針對(duì)電隔離的工業(yè)間隙、爬電以及隔離距離的要求，用于絕緣層26的材料部分地取決于對(duì)封裝10施加的電壓。間隙距離被定義為通過(guò)空氣測(cè)量的兩個(gè)導(dǎo)電材料之間的最短距離。爬電距離被定義為沿著在兩個(gè)導(dǎo)電材料之間的隔離體的表面測(cè)量的在兩個(gè)導(dǎo)電材料之間的最短路徑。隔離距離被定義為通過(guò)絕緣體測(cè)量的兩個(gè)導(dǎo)電材料之間的最短距離。對(duì)于封裝10，當(dāng)夾片50在54處卡合襯底42并且在52處接觸絕緣層26的接觸面32時(shí)，在30處圖解必須被滿足的距離要求。這是導(dǎo)電引線20的頂端與夾片50之間的間隔的最小距離。導(dǎo)電夾片50在表面32處抵接絕緣層26進(jìn)行擠壓，以使得被用于指定在30處圖解的距離的兩個(gè)導(dǎo)電材料是導(dǎo)電夾片50和連接器20。絕緣層26位于連接器20與導(dǎo)電夾片50之間，并且具有固定的、被定義的(已知的)厚度28，該厚度28提供在連接器20與夾片50之間的被保證的最小間隔30。絕緣層26的固定的、被定義的(已知的)厚度28可以被用于使得滿足隔離距離要求。在58、60、62和64處圖解封裝10的爬電距離。分別將爬電距離58、60和62定義成在引線44、46和48與夾片50在52處接觸表面32的部分之間。這些引線44、46、48中的任意的引線能夠?qū)?yīng)于在圖1和圖2中示出的引線18。將爬電距離64定義為在基座12與夾片50在52處接觸表面32的部分之間。增加絕緣層26的厚度28造成在58、60、62和64處圖解的爬電距離的有益增加，在58、60、62和64處圖解的爬電距離的每一個(gè)部分地是絕緣層26的厚度28的函數(shù)。
[0018]參照?qǐng)D1到圖3，相比電痕化指數(shù)(CTI)是用于測(cè)量絕緣材料的電擊穿(例如，電痕化)特性的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，并且認(rèn)為測(cè)試標(biāo)稱3 mm厚的材料的結(jié)果表示任意厚度的材料性能。例如，如果對(duì)封裝10施加400伏到600伏范圍內(nèi)的電壓，則CTI指定“材料組II”中的將滿足隔離距離要求的材料。根據(jù)一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如，針對(duì)400伏至600伏的電壓范圍，對(duì)于諸如絕緣層26的材料而言4 mm的標(biāo)稱厚度使得滿足用于由CTI指定的材料的使用的隔離距離要求。在一些實(shí)施例中，用于絕緣層26的材料包括AlN、Al203、Be0、BN、Si3N4和S12中的至少一個(gè)。在其它實(shí)施例中，用于絕緣層26的材料包括白云母和金云母中的至少一個(gè)。又在其它實(shí)施例中，用于絕緣層26的材料包括基于硅的纖維玻璃增強(qiáng)材料或者基于硅的聚酰亞胺增強(qiáng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層26的最小被定義厚度是0.4 _。
[0019]參照?qǐng)D1到圖3，在半導(dǎo)體工業(yè)中使用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指定諸如封裝10的封裝的總體尺寸。在圖1到圖3中圖解的實(shí)施例中，包括絕緣層26的封裝10具有遵從工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)是JEDEC指定的標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]圖4A — 4C圖解制造半導(dǎo)體封裝10的方法。參照?qǐng)D4A，在70處圖解制造封裝10的方法，并且該方法通過(guò)使用諸如焊料或者膠的適合的導(dǎo)電粘合劑16將管芯14附接至基座12而開(kāi)始。接著，經(jīng)由連接器20將管芯14電連接到引線18。然后，使用模塑封料22密封管芯14、連接器20、基座12的至少一部分以及引線18的一部分，以使得引線18從模塑封料22朝外延伸。模塑封料22具有處于連接器20上方的頂表面72。在一個(gè)實(shí)施例中，模塑封料22是環(huán)氧樹(shù)脂材料。在其它實(shí)施例中，模塑封料22可以是其它適合類型的密封材料。接著，去除連接器20上方的模塑封料22的部分74。在圖4B中示出了結(jié)果，圖4B在80處圖解去除了模塑封料22的部分74、以使得模塑封料22具有與其起始頂表面72相比更接近連接器20的頂端的新頂表面82的封裝。
[0021]參照?qǐng)D4C，在90處圖解制造封裝10的方法，并且該方法包括將電絕緣層92附接至被薄化的模塑封料22在連接器20上方的新頂表面82。在一些實(shí)施例中，在將絕緣層92附接至模塑封料22的新頂表面82之前或者之后，從電絕緣層92的外周或者至少端部去除材料，如在94和96處所指示的那樣。在其它實(shí)施例中，在附接絕緣層92前，不對(duì)模塑封料22進(jìn)行薄化。替代地，將絕緣層92直接附接至模塑封料22起初的(非薄化的)表面72。在任一情況下，包括絕緣層92的封裝10具有遵從工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)的尺寸，如在此于先前描述的那樣。
[0022]圖1圖解制造封裝10的方法的最終結(jié)果。絕緣層92對(duì)應(yīng)于圖1中的絕緣層26。絕緣層26具有固定的、被定義的(已知的)厚度28，以使得封裝10在連接器20與電絕緣層26的背對(duì)連接器20的表面32之間具有被保證的最小間隔30。
[0023]如在此使用的諸如“相同”和“匹配”的術(shù)語(yǔ)意圖指一樣、近乎一樣或者相近，從在不脫離本發(fā)明的精神的情況下設(shè)想一些合理的改變量。術(shù)語(yǔ)“恒定”指不變化或者不改變，或者稍許變化或者改變，從而在不脫離本發(fā)明的精神的情況下以設(shè)想一些合理的改變量。進(jìn)一步地，使用諸如“第一”和“第二”等的術(shù)語(yǔ)描述各種元件、區(qū)域、區(qū)段等，并且這些術(shù)語(yǔ)也不意圖進(jìn)行限制。貫穿于描述，同樣的術(shù)語(yǔ)指代同樣的元件。
[0024]如在此所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“包括”和“含有”等是指示存在所陳述的元件或者特征、但是不排除附加的元件或者特征的開(kāi)放的術(shù)語(yǔ)。除非上下文另外清楚地指示，否則詞語(yǔ)“一個(gè)”和“所述”意圖包括多個(gè)以及單個(gè)。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解，除非另外具體地表明，否則在此描述的各種實(shí)施例的特征可以被彼此組合。
[0026]盡管已經(jīng)在此圖解并描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下用多種替換和/或等同的實(shí)現(xiàn)取代所示出并描述的具體實(shí)施例。本申請(qǐng)意圖覆蓋在此討論的具體實(shí)施例的任意適配或者改變。因此，意圖僅由權(quán)利要求及其等同物來(lái)限制本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體封裝，包括: 基座; 附接至所述基座的管芯； 引線； 連接器，其將所述引線電連接至所述管芯； 模塑封料，其密封所述管芯、所述連接器、所述基座的至少一部分以及所述引線的一部分，以使得所述引線從所述模塑封料朝外延伸；以及 電絕緣層，其是與所述模塑封料分開(kāi)的并且被附接至所述模塑封料在所述連接器上方的表面，所述電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得所述封裝在所述連接器的頂端與所述電絕緣層的背對(duì)所述連接器的表面之間具有被保證的最小間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述電絕緣層的材料包括AlN、Al203、Be0、BN、Si3N4和S12中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述電絕緣層的材料包括白云母和金云母中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述電絕緣層的材料包括基于硅的纖維玻璃增強(qiáng)材料或者基于硅的聚酰亞胺增強(qiáng)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述電絕緣層的最小厚度是0.4 mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝，其中包括所述電絕緣層的所述封裝具有遵從工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體封裝，其中所述工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)是JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。
8.一種半導(dǎo)體器件組件，包括: 襯底， 半導(dǎo)體封裝，其包括:基座；附接至所述基座的管芯；引線；連接器，其將所述引線電連接至所述管芯；模塑封料，其密封所述管芯、所述連接器、所述基座的至少一部分以及所述引線的一部分，以使得所述引線從所述模塑封料朝外延伸；以及電絕緣層，其是與所述模塑封料分開(kāi)的并且被附接至所述模塑封料在所述連接器上方的表面；以及 夾片，所述夾片抵接所述電絕緣層進(jìn)行擠壓，以在所述夾片與所述襯底卡合時(shí)迫使所述封裝抵接所述襯底； 其中所述電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得所述半導(dǎo)體器件組件在所述連接器的頂端與所述夾片抵接所述電絕緣層進(jìn)行擠壓的位置之間具有被保證的最小間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件組件，其中包括所述電絕緣層的所述封裝具有遵從工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。
10.一種制造半導(dǎo)體封裝的方法，所述方法包括: 提供半導(dǎo)體封裝，所述半導(dǎo)體封裝包括:基座；附接至所述基座的管芯；引線；連接器，其將所述引線電連接至所述管芯；以及模塑封料，其密封所述管芯、所述連接器、所述基座的至少一部分以及所述引線的一部分，以使得所述引線從所述模塑封料朝外延伸；以及 將電絕緣層附接至所述模塑封料在所述連接器上方的表面，所述電絕緣層具有固定的、被定義的厚度，以使得所述封裝在所述連接器的頂端與所述電絕緣層的背對(duì)所述連接器的表面之間具有被保證的最小間隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中提供所述半導(dǎo)體封裝包括: 提供所述基座和所述引線； 將所述管芯附接至所述基座； 利用所述連接器將所述引線電連接至所述管芯；以及 利用所述模塑封料密封所述管芯、所述連接器、所述基座的至少一部分以及所述引線的一部分，以使得所述引線從所述模塑封料朝外延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中附接所述電絕緣層包括: 薄化所述連接器上方的所述模塑封料；以及 將所述電絕緣層附接至所述模塑封料在所述連接器上方的被薄化的部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括: 從所述電絕緣層的外周去除材料，以使得包括所述電絕緣層的所述封裝具有遵從工業(yè)封裝標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在將所述電絕緣層附接至所述模塑封料在所述連接器上方的表面之后，從所述電絕緣層的外周去除材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電絕緣層的材料包括AIN、A1203、BeO,BN、Si3N4和S12中的至少一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電絕緣層的材料包括白云母和金云母中的至少一個(gè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電絕緣層的材料包括基于硅的纖維玻璃增強(qiáng)材料或者基于硅的聚酰亞胺增強(qiáng)材料。
【文檔編號(hào)】H01L23/31GK104051362SQ201410094202
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】F.布魯奇, J.赫格勞爾, R.奧特倫巴, W.佩因霍普夫, J.施雷德?tīng)? 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司