塑料表面安裝大面積功率器件的製作方法

2023-06-01 09:45:46

專利名稱：塑料表面安裝大面積功率器件的製作方法
技術領域：
0001；^發明通常涉^Ji:電子^j"裝，並且^^M^地涉;^4面^"^f裝。
背景技術：
0002大功羋敞電子封裝M可被用作具有大功率需求的功率電路中的
整流器或開關。為了設計出一種能夠處理大功率需求的器件，採用了在單^Ht
裝中在^Dt匕頂部堆疊多個(6-8)管芯的方法。該管芯堆疊方法增加了顯示或 電氣故障的可能性並且使得更難實現目標電壓器件。管芯堆疊器件的缺點是其 封^卜形絲贈加，並且由於多個堆疊管芯使得無法實現低電壓器件。同時， 該管芯堆疊器件不肯^皮"^熱到用於整流器或負載突降應用的電iJi。極端的 溫度循環導致了器躲障或被。
上，這一技術使電5^^己^^高昂JL^ge^考I^慢。這種方法在PCB上佔用 了大片區域並且PiLL了以帶和盤的形式提供器件。
0004期望一種改良的大功率器件，其具有在薄型(low profile)、表 面安裝的封裝中^U單管芯來解決大功率需求，而沒有多重堆疊。

發明內容
0005本發明作為一種表面安裝大功羋微電子封 ^得了技術上的優 勢。本發明的一個示例性實施例採用了一種扁平、單管芯設計的封裝，其具有 膨脹係數(CTE)匹配的材料，例如矽管芯與鉬將(#^焊墊)。封裝中材 料的CTE匹酉M吏得該H^可以承受重複的極端溫度範圍的循環而不^:障或
該封裝可被用於瞬態電壓抑制器(TVS)、肖特^^ L管、整a^l管， 或者高電壓^^ l管，以及雞用途。使用具有極高萍對莫量的散熱金屬將允 許應用極薄的壁塑辨^接，從而使得該封裝的尺寸最小化。


0006圖l;l^斤述微電子封裝的示例性實施例的一付配件的,財見0007圖2是本發明模塑前的示例性實施例的頂視0008圖3是本發明模塑前的示例性實施例的,訴見0009圖4是本發明的示例性實施例的頂視0010圖5;l一本發明的示例性實施例沿圖4中A-A所取的截面0011圖6是本發明模塑前的第二示例性實施例的,好見圖；且
0012圖7是本發明模塑前的第三示例性實施例的,訴見圖。
鄉實施方式
0013^^照圖1，所示的10為表面安裝大功4#電子封裝的子配件。為 了便於製造，該器件^^構造以協助it^錯位。構造該子配件，添加^J且 件，並且用封裝物封裝-4刀。用附接材料將大面積半^管芯itX到將(接 合焊墊)，其中，該半"f^管芯的CTE與^^焊墊的CTE相匹配。在一個示 例性實施例中，矽管芯12具有例如0.380"x0: 80"的大面積，佳月厚度約為 O.OIO"的軟焊料16將其i殳置到"鉬"焊墊。該"鉬"焊墊14與所用的上ii/^管芯 12尺寸相似。在可控氣氛帶爐中使用高溫焊料(例如具有約309。C熔點的 95Pb/5Sn)絲造子酉己件，而不^JU助熔劑。"鉬"焊墊14有助於防止由於受熱 而導致的撓曲，從而減輕了對器件的潛在損害。管芯的熱膨脹係數決定了該器 件結構中所使用的所有^#料。關於半*管芯的材樸陣性的選#組^^吏 得可以以最小尺寸和高可靠性製造大面積器件。
0014S^參照圖2，所示的20為本發明模塑前的示例性實施例的頂視 圖。高電導糊片22可辦:^y^至"鉬"焊墊14，"鉬"焊墊14可辦J^給 紐管芯12，利用其熔點sM氐於在子配件結構中所用的焊料的焊料，矽管芯12 可#^^^至85Mo/15Cu的金屬M散熱器26。 iMl具有約280。C的^^t/ 融化範圍的88Pb/10Sn/2Ag焊料，通過將上述各元件在同一時間置於可控^ 帶爐中從而得到了JJ^構。散熱器26具有很高的彈對莫妙與管芯的CTE 務似的熱膨脹係數。有皿，除了散熱，該散熱器26的材^Hi可用作將ll^固 定到電路板的安^構，同時提供了非常堅固的、不撓曲的結構。該散熱器26 材料由4^"鉬"M糹賦，但也可由4l^/鴒M、銅/鉬M,或^fW";^iaA。銅片22具有彎曲部23，該彎曲部使《樹裝能夠平地連附到襯底。
0015#參照圖3，所示的30為本發明模塑前的示例性實施例的,訴見 圖。由f"lt熱器的熱膨脹與矽管芯12的熱膨糾目似，因而通iiM^至氣熱器26 的陰極側安^:管芯12。但是，為增強可靠性，可將第二"鉬，，焊墊14置於矽管 芯12^Mt熱器26之間。當^U例如傳遞模塑料的材^H^fit模塑時，在散熱 器的整^ii接機制周圍的區域中在熱循環期間防止了模塑料的破裂。這在電路
紅以最小尺寸允許了贈壁的塑械塑部件。利用散熱器26周邊周圍的完整 的，刻連接機制32來配置散熱器26,以確保該塑料仲^牢固湖佔到散熱器 26。任何將該塑^f絲貼到散熱器26的連^^支^^是可用的。
0016#參照圖4，所示的40為本發明模塑後的示例性實施例的頂視 圖。採用了尺寸最小化的薄塑科模具42來封裝該器件。該塑料模具42具有孔 44,其防il^莫塑料與該辦的內部連接點鄉魄(模塑溢出物)。
0017itt參照圖5，所示的50為本發明示例性實施例沿圖4中A-A 所取的截面圖。銅片22、"鉬"焊墊14、》圭管芯12，以及散熱器26在##塑模 中採用才莫塑^t塑才莫，使得該器件具有薄型和小尺寸。在轉移塑模中利用模塑 ^H^^t塑模。 一種典型的模塑料可以是Sumitomo 6300H,並且按照製造商的 才莫塑料的建iXi^f封莫塑後固化。
0018本發明的所有示例性實施例都可配置作為瞬態電壓抑制器 (TVS),這是一個P艮幅裝置，其通過不規廁矽PN結的低阻抗雪崩擊穿來限 制電壓尖峰。TVS可以用於保護敏感元^^由"fi形口感應放電、感應負荷開 關，以;5L靜電方欠電而導致的電力it^。
0019為佳JU本發明，確^用的功率需求。例如，如果需要15kW的 雙向TVS，那麼一個器件對於該應用來i)Cli^夠了。如果需要45kW的TVS， 那麼就需要3個辦，等等。確定器件所需的電艮對於每個置於電子電綠 (如PCB)上的器件，該器件的^^焊墊都應當按照該H^數據^Ji建議的接 合進行布置。該器件可通過手動或自動^S己設備i^4^^焊墊上，並JW^J 工業標準的回流jf^4支術(例如對流回流)進行萍接。
0020#參照圖6，所示的60為本發明模塑前的第二示例性實施例的 側視圖。兩個半"f^管芯14被^t^成使PN結的陰極可,i^^。每個 0.380"x(U80"的半"^^管芯都具有額定15kW的TVS過電壓保護。由於半#管芯14是陰才樹陰極的津給的事實，因jtb^定15kW的過電壓保護是雙向的。
0021#參照圖7，所示的70為本發明模塑前的第二示例性實施例的 #扭見圖。由於&峰構中半#管芯14是以陰樹陽極布置的事實，所以需要 "鉬"焊墊以使得PN結元件不^jj備。(K380"x0.380，，、額定15kW、半*管 芯TVS過電壓保護，匯ll^來即在雙向上具有30kW級的功率保護。
0022本發明實現了技術上的優勢，因為第一，不需要多個堆疊的管芯， 單個大管芯就可以處理大功率的需求。第二，因為M面安裝封裝，因此可以 以帶盤式的形式提供該器件，且可以^^標準的自動敘己設*該器件^￡在 電^-t (即W^放)。第三，該割牛可以被散熱到用於整流器/肖特#負載 突降應用的PCB上。
0023通過匹酉己封裝中材料的熱膨脹，由此可以^fM大型的管芯，其有 能力扭^亍軍用(扭-Rd)溫度循環，由此，本發明進一步實現了扭術上的優勢。
0024雖然;UMJ關於特定m的示例性實施例進^f刊笛ii^發明，但是 在閱讀本應用時，許多變^H^flfi^t於本領域的技;^員而言都A^而易見的。 因此，意圖將所述附加權利要M於IW技^^可能寬泛地解釋，以包括所有 這些變4W沐
權利要求
1.一種大功率應用器件，包括大面積半導體管芯；設置於鄰近所述半導體管芯的膨脹係數匹配的導體；設置於鄰近所述半導體管芯的膨脹係數匹配的散熱器；包封該半導體管芯、導體和散熱器的薄鍵模塑；以及所述器件被作為表面安裝器件封裝。
2. ##權利要求i所述器件，其中，所述"Wt料為鉬。
3. #^權利要求i所述器件，其中，所述象降為瞬態電壓抑制器。
4. 才M居權利要求1所述器件，其中，所述器件為肖特^ l管。
5. 才M居權利要求1所述器件，其中，所述器件為整^ML管。
6. 才財居權利要求1所述器件，其中，所述器件具有高電壓^f及管。
7. 才財居權利要求1所述駒牛，其中，所述^#料為鎢。
8. —種減少在熱循環期間的元件撓曲的方法，包括將大面積半"H^管芯設置為鄰近至少一^H鵬脹導體；和將所述大面積^H^L管芯iM為鄰近散熱器。
9. 才Mt權利要求4的方法，其中，所述半將管芯的膨脹係數與所述將 的至少其中之一的膨脹係數相匹配。
10. 才M居權矛漆求4的方法，其中，所述導體的材料具有高萍對莫量。
11. 才財居權利要求4的方法，其中，所述大面積半科管芯為瞬態電壓抑制器。
12. ##權利要求4的方法，其中，所述大面積半"H^管芯為肖特fc^l管。
13.要求4的方法，其中，所述大面積半"!H^管芯為整^^L管。
14.才緣權利要求4的方法，其中，所述大面積半*管芯具有高電壓^
全文摘要
一種薄型、1或2管芯設計、表面安裝大功率微電子封裝，其具有膨脹係數(CTE)匹配的材料，例如矽管芯與鉬導體(接合焊墊)粘結。封裝中材料CTE的匹配使得該器件可以承受重複的極端溫度範圍內的循環，而不會故障或裂化。此封裝可用於瞬態電壓抑制器(TVS)、肖基特二極體、整流二極體，或者高電壓二極體，以及其他用途。使用具有很高彈性模量的散熱金屬導體允許極薄壁塑料連接的應用，從而最小化該封裝的尺寸。
文檔編號H01L23/31GK101569009SQ200780044188
公開日2009年10月28日 申請日期2007年10月1日 優先權日2006年9月29日
發明者C·A·巴內斯, G·A·迪吉亞科摩, S·G·凱利, T·奧特萊 申請人:美高森美公司