露出管芯的功率半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及使用表面安裝技術(SMT)的半導體封裝，且更具體地，涉及露出焊墊的封裝的功率半導體裝置。
【背景技術】
[0002]封裝的功率半導體裝置通常用于實現(xiàn)功率電子裝置中的開關與整流器。為了組裝典型的功率半導體封裝件，使用焊料膏將功率管芯(die)安裝在引線框管芯槳板(paddle)
(也稱為旗板(flag))上。然后，以相對高的溫度(例如，> 3500C )將焊料膏回流以在功率管芯與管芯槳板之間形成機械接合。由于焊料相對好的導熱性，在半導體裝置運行期間，焊料充當熱沉，發(fā)散從功率管芯發(fā)出的熱。
[0003]在焊料回流以后，使用管芯附接環(huán)氧樹脂將控制管芯安裝到引線框的另一個管芯槳板，環(huán)氧樹脂隨后在烤箱中以較低的溫度(例如，175。C)固化。然后，將功率管芯和控制管芯互相電連接，并使用接合線將其連接到引線框的金屬引腳(lead)。
[0004]線附接之后，將組件(包括功率管芯、控制管芯、金屬引腳以及接合線)大部分包封在模制料中，使引腳的遠端暴露出來，然后固化模制料。包封后，將功率半導體封裝件單顆化(將相鄰的同時組裝的裝置分離的工藝)，得到準備用于安裝在電路板上的功率半導體封裝件。單顆化還包括切割和/或移除用于保持金屬引腳在位的支撐結構。
[0005]需要執(zhí)行兩個分離管芯的附接工藝，一個用于使用焊料附接功率管芯，一個用于使用粘合劑附接控制管芯，這增加了組裝工藝的時間和成本。因此，就使用單個管芯附接步驟組裝功率半導體裝置將是有利的。
[0006]概述
[0007]根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種半導體封裝件，包括:引線框，包括第一管芯槳板，所述第一管芯槳板具有至少一個完全貫穿其形成的空腔；以及第一功率管芯，其包括下表面，其中所述功率管芯安裝在所述第一管芯槳板上，使得:所述下表面的第一部分使用無焊料管芯附接粘接劑附接到所述第一管芯槳板；以及所述下表面的第二部分未附接到所述第一管芯槳板，鄰接形成在所述第一管芯槳板中的所述空腔，使得所述第二部分暴露于所述空腔內的周圍環(huán)境。
[0008]根據(jù)本公開的另一實施例，提供了一種組裝半導體封裝件的方法，所述方法包括:(a)提供包括第一管芯槳板的引線框，所述第一管芯槳板具有至少一個完全貫穿其形成的空腔；(b)提供包括下表面的第一功率管芯；(c)使用無焊料管芯附接粘接劑將所述功率管芯安裝在所述第一管芯槳扳上，使得:所述下表面的第一部分被使用無焊料管芯附接粘接劑附接到所述第一管芯槳板；以及所述下表面的第二部分未附接到所述第一管芯槳板，鄰接形成在所述第一管芯槳板中的所述空腔，使得所述第二部分暴露于所述空腔內的周圍環(huán)境。
【附圖說明】
[0009]通過例子說明本發(fā)明的實施例，并且其不受附圖的限制，在附圖中，相同的附圖標記指示相似的元素。圖中的元素用出于簡單和清楚的目的而示出，并且并不必然按比例繪制。例如，為了清楚起見，層和區(qū)域的厚度可以被夸大。
[0010]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的四方扁平無引腳(QFN)引線框的頂視圖；
[0011]圖1B示出了根據(jù)圖1A的QFN引線框沿線A-A的截面?zhèn)纫晥D；
[0012]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于組裝功率半導體封裝件的工藝的簡化的流程圖；
[0013]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的功率四方扁平無引腳(PQFN)半導體封裝件的頂視圖；
[0014]圖3B示出了圖3A的PQFN半導體封裝件的沿線B-B的截面?zhèn)纫晥D；以及
[0015]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的安裝在印刷電路板的一部分上的圖3A和圖3B的功率半導體封裝件的簡化的截面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0016]這里公開了本發(fā)明的詳細的說明性實施例。但是，這里公開的具體結構和功能細節(jié)僅僅是代表性的，用于描述本發(fā)明的示例實施例。本發(fā)明的實施例可以以多種替代形式實施，并且不應被解釋成限制到僅僅這里提出的實施例。此外，這里使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并非是對本發(fā)明示例實施例的限制。
[0017]如此處所用的，單數(shù)形式“一”和“所述”("a"，" an"和"the")意圖也包括復數(shù)形式，除非上下文另外明確表明。還將進一步理解，詞語“包含”、“具有”和/或“包括”指明所陳述的特征、步驟或組件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、步驟或組件的存在或增加。還應該指出的是，在一些替代實現(xiàn)方式中，提到的功能-動作可以不按照圖中的順序發(fā)生。例如，連續(xù)示出的兩幅圖實際上可能基本同時地執(zhí)行或者有時可以以相反的順序執(zhí)行，這取決于涉及到的功能/動作。
[0018]如在傳統(tǒng)的功率半導體封裝件的組裝過程中的使用焊料膏將功率管芯安裝在管芯槳板上具有幾個缺點。首先，由于焊料回流的高溫，必須在焊料回流以后安裝控制管芯，并且固化相應的環(huán)氧樹脂。因此，焊料回流產生額外步驟。
[0019]第二，高溫回流可能引起焊料膏中的錫的擴散，從而污染功率管芯槳板周圍的環(huán)境，包括控制管芯槳板、金屬引腳以及其它接合表面。所述污染會引起模制料與引線框之間的分層，使得模制料與引線框分離。另外，所述分層可能還會導致接合線從其各自的接合表面脫離。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該接合脫離尤其是對于引線框上的接合表面，諸如，(i)功率管芯槳板，(?)下接合突部(down bond tab,其是功率管芯槳板的一部分)，以及(iii)與控制管芯關聯(lián)的金屬引腳，是一個問題。
[0020]因而，需要⑴簡化功率半導體封裝件組裝工藝，以及(ii)消除與焊料膏高溫回流相關的污染的可能性。但是，這些問題的解決也必須允許在半導體封裝件的正常使用期間從功率管芯發(fā)出的熱能夠充分地散逸。
[0021]在以下的說明中，將理解，本發(fā)明的某些實施例涉及半導體封裝件，其包括不使用焊料膏將管芯附接到引線框的管芯，以及不使用焊料膏組裝半導體封裝件的方法。在本發(fā)明的至少一些實施例中，所使用的某些特定管芯要求使用熱沉以避免管芯的結溫變得太高時造成的對管芯的損傷。一般地，無法保持管芯的結溫低于最大結溫會導致管芯損傷甚至失效。要求熱沉的管芯包括(但不限于)如上文所描述的用在功率半導體裝置中的所謂的“功率管芯”。在本發(fā)明的至少一些實施例中，所使用的某些特定管芯具有大于約I安培的驅動電流。
[0022]在本發(fā)明一個實施例中，一種半導體封裝件包括引線框和第一管芯。所述引線框包括第一管芯槳板，其具有至少一個完全貫穿其形成的空腔。所述第一管芯包括下表面并且要求使用熱沉以避免操作期間對管芯的損傷，所述第一管芯被安裝到所述第一管芯槳板上，從而使得(i)所述下表面的第一部分使用無焊料管芯附接粘接劑附接到所述第一管芯槳板，以及(ii)所述下表面的第二部分未附接到所述第一管芯槳板，鄰接形成在所述第一管芯槳板中的所述空腔，使得所述第二部分暴露于所述空腔內的周圍環(huán)境。
[0023]本發(fā)明的另一個實施例是一種用于細裝前述半導體封裝件的方法。
[0024]圖1A和IB分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的四方扁平無引腳(QFN)引線框100的頂視圖和A-A截面?zhèn)纫晥D。QFN弓丨線框100可以用于組裝功率四方扁平無弓I腳(PQFN)半導體封裝件，其中功率管芯不使用焊料膏安裝。所述QFN引線框100由適當?shù)膶щ娊饘倩蚝辖?例如但不限于，銅)的單個片制成。盡管未示出，但是引線框100與其他引線框一起制造在