功率器件和封裝該功率器件的方法
2023-05-27 09:08:51
專利名稱：功率器件和封裝該功率器件的方法
技術領域：
本發明一般涉及功率半導體器件的封裝，並且更具體地，涉及組裝方形扁平無引腳(QFN)功率半導體封裝的方法。
背景技術：
諸如開關電路和功率MOSFET器件的高壓高功率半導體器件被用於各種電子設備。通常，這些電路必須能夠處理高電流和高功率消耗。·封裝功率半導體管芯的一種方法是將管芯安裝在厚引線框上，將管芯以大尺寸絲線(wire)電連接到引線框的引線,並且以模塑料(molding compound)封裝管芯和引線框組件。因此，厚引線框必須能夠容納大尺寸絲線。某些這種封裝使用焊接銅夾，但是需要特殊鍵合工具處理這些銅夾。大尺寸絲線、銅夾和厚引線框還相對昂貴，增加了整個封裝成本。因此，能夠以更便宜但是仍能提供改進的熱性能的材料封裝功率器件是有利的。
發明內容
在一個實施例中，本發明提供了一種封裝集成電路的方法。該方法包括提供雙規引線框的第一引線框。第一引線框包括厚管芯焊盤。將載帶附接到厚管芯焊盤的第一側，並且將半導體管芯附接到厚管芯焊盤的第二側。提供雙規引線框的第二引線框，第二引線框包括多個薄引線指。引線指的一端附接到功率半導體管芯的有源面，並且引線指被電連接到半導體管芯的鍵合焊盤。然後將模塑料分配或傳遞到雙規引線框的頂面和管芯上，從而模塑料覆蓋半導體管芯和引線指。在另一個實施例中，本發明是一種根據上述方法封裝的功率器件。
作為例子示出了本發明，並且本發明不受附圖的限制，其中類似的參考號指示類似的元件。出於簡化和清楚起見示出了附圖中的元件，並且不必是按比例繪製的。例如，為了清楚起見，層和區域的厚度可被誇大。圖I是根據本發明一個實施例的封裝功率半導體器件的放大的橫截面圖；圖2是被完全組裝之前圖I的封裝功率半導體器件的放大俯視圖；圖3A是示出了雙規引線框的第一引線框的側視橫截面圖；圖3B是將載帶和半導體管芯附接到第一引線框的步驟的視圖；圖3C是將雙規引線框的第二引線框附接到半導體管芯的步驟的視圖；圖3D示出了將第二引線框的某些引線指電連接到功率半導體管芯的鍵合焊盤的步驟的視圖；圖3E是垂直於圖3D的視圖，並且示出了將第二引線框的某些引線指電連接到第二管芯的鍵合焊盤，並且還將功率管芯的管芯鍵合焊盤連接到第二管芯的相應管芯鍵合焊盤；圖3F示出了將模塑料分配到圖3E的雙規引線框組件的頂面上的步驟；圖3G示出了通過切單處理彼此分離之後的單個封裝半導體器件；圖4A是一個側視橫截面圖，示出了具有多個管芯焊盤的功率引線框，以及附接到管芯焊盤的功率半導體管芯；圖4B示出了切單功率引線框以便形成單個功率引線框的步驟；圖4C示出了在每個半導體管芯的頂面上分配粘合劑的步驟；圖4D示出了將輸入-輸出引線框附接並且電連接到功率半導體管芯的步驟；圖4E示出了以鍵合絲線將輸入-輸出引線框的引線指以及功率半導體管芯的焊·盤電連接到另一個管芯(未示出)的鍵合焊盤的步驟；圖4F示出了在圖4E的功率引線框組件的頂面上分配模塑料的步驟；和圖4G示出了以切單處理彼此分離之後的單個封裝半導體器件。
具體實施例方式此處公開了本發明的詳細說明實施例。然而，出於描述本發明的示例實施例的目的，此處詳細公開的特定結構和功能細節僅是代表性的。本發明可被具體化為許多替換形式，並且不應被認為僅局限於此處闡述的實施例。另外，此處使用的術語僅是出於描述特定實施例的目的，並且不旨在是對本發明的示例實施例的限制。現在參考圖1，示出了根據本發明的實施例的封裝功率半導體器件10的橫截面圖。器件10包括具有管芯焊盤14的第一功率引線框12。功率引線框12可由金屬或金屬合金形成。在某些示例實施例中，功率引線框12可由銅、銅合金、鐵、鋁、鋁合金、鋼或其它適合材料形成。功率半導體管芯16被附接到功率引線框12。功率半導體管芯16可以包括控制電路、功率金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、絕緣柵極雙極電晶體(IGBT)和結型柵極場效應電晶體(JFET)以及已知產生熱和相對大電流的其它類型的電路。如本領域已知的，功率半導體管芯16可被使用管芯附接粘合劑或焊料附接到功率框12的管芯焊盤14。器件10還包括具有引線指20的第二引線框18。在本發明的這個示例實施例中，引線指20彎曲形成Z字形。如圖所示，引線指20中的每一個的一端22使用諸如導電粘合劑26的導電材料附接到功率半導體管芯16的有源面24。更具體地，引線指20的端部22與位於管芯16的有源面24上的管芯16的焊盤接觸。功率引線框12和第二引線框18 —起構成雙規引線框。在本發明的這個示例實施例中，功率引線框12的厚度實質上大於第二引線框18的厚度。在一個示例實施例中，功率引線框12的厚度大約為30密耳，並且第二引線框18的厚度大約為10密耳。應當注意，功率引線框12的厚度增強了功率器件10的熱性能，而具有薄引線指20的第二薄引線框18減少了器件10的整體製造成本。現在參考圖I和2，在本發明的一個實施例中，器件10包括布置為與功率半導體管芯16相鄰的第二管芯32 (圖2)。第二管芯32附接到第二引線框18的管芯焊盤31。第二管芯32可以是任意類型的集成電路，諸如，控制器、微處理器或定製的邏輯電路。第二管芯32以鍵合絲線28電耦連到功率半導體管芯16和引線指33。鍵合絲線28被使用公知的絲線鍵合處理和已知的絲線鍵合裝置焊接到功率半導體管芯16的有源面上的管芯焊盤，並且焊接到第二管芯32的有源面上的鍵合焊盤。另外，如圖2所示以及上面提到的，第二管芯32的有源面上的某些管芯焊盤也電連接到引線指33。引線指33可以是第二引線框18的小引線指。可替換地，可以提供第三引線框，其包括用於第二管芯32的管芯焊盤31以及小引線指33。鍵合絲線28由諸如鋁、銅或金的導電材料形成。模塑料30被布置在功率引線框12、第二引線框18、功率半導體管芯16、第二管芯32和鍵合絲線28的頂面上。如本領域已知的，模塑料30可以包括塑料或環氧模塑料。圖I的封裝半導體功率器件的示例配置是扁平無引腳封裝(DFN或QFN)。圖3A-3F示出了根據本發明的實施例，用於封裝功率器件的各個步驟。類似元件具有與圖I和2類似的標號。圖3A是示出了雙規引線框的第一引線框12的側視橫截面圖。第一引線框12包括一個或多個厚管芯焊盤14。第一引線框12可由金屬或金屬合金形成。在這個示例實施例中，管芯焊盤14的厚度大約為30密耳。在本發明的說明實施例中，第一引線框12具有兩個管芯焊盤14。然而，應當理解，引線框12可由具有厚管芯焊盤的引線框陣列或面板形成，從而可以同時組裝多個器件。圖3B是將粘性載帶40和功率半導體管芯16附接到第一引線框12的步驟的視圖。載帶40被附接到第一引線框12的厚管芯焊盤14的第一側42，並且半導體管芯16被附接到相應厚管芯焊盤14的第二側44。半導體管芯16被以諸如管芯粘接環氧樹脂的管芯附接粘合劑(未示出)附接到相應管芯焊盤14。管芯附接粘合劑被使用已知的分配設備分配到管芯焊盤14的第二側上，並且半導體管芯16被放置在管芯附接粘合劑上，以便將管芯16附接到相應管芯焊盤14。粘合劑26被分配到有源面24上，並且更具體地，使用已知的分配設備分配到每個半導體管芯16的有源面24的管芯焊盤中的所選擇的管芯焊盤上。粘合劑26優選地由導電材料例如焊料形成，但是可以包括聚合物材料。還可以使用其它導電粘合劑材料。圖3C是將第二引線框18附接並且電連接到半導體管芯16中的每一個的步驟的視圖。第二引線框18包括引線指20和引線指33 (未示出)。在這個示例實施例中，引線指20彎曲形成Z字形。然而，引線指20可以具有符合管芯表面24和第一引線框12之間的高度差的其它類似形狀。應當注意，管芯焊盤14的厚度實質上大於引線指20的厚度。在一個示例實施例中，管芯焊盤14的厚度大約為30密耳，並且引線指20的厚度大約為10密耳。如圖所示，每個引線指20的一端22被以粘合劑26附接並且電連接到相應半導體管芯16的有源面24上的焊盤。可以執行烘箱固化步驟，以便固化用於將引線指20附接到半導體管芯16的管芯附接粘合劑和粘合劑26。圖3D和3E示出了本發明的絲線鍵合步驟。使用絲線鍵合以便將功率管芯16的某些管芯鍵合焊盤電連接到第二管芯32的某些管芯鍵合焊盤；還將第二管芯32的其它管芯鍵合焊盤電連接到第二引線框18的小引線指33。因此，在本發明的這個示例實施例中，提供引線指20，並且將其直接附接和電連接到功率半導體管芯16的某些管芯焊盤，而其它小引線指33使用鍵合絲線28電連接到第二管芯32的其它管芯焊盤。鍵合絲線28還被用來連接第一管芯16的某些管芯鍵合焊盤和第二管芯32的某些管芯鍵合焊盤。以這種方式，連接到功率管芯16的引線指20允許大的電流負載容量，而鍵合絲線28允許第二管芯32的設計靈活性，對於第二管芯32，需要小很多的電流負載，但是需要用於控制信號的更多連接。圖3F示出了將模塑料30布置在雙規引線框組件的頂面上的步驟。模塑料30覆蓋引線框12，18、半導體管芯16，32、引線指20和絲線28。如此處使用的，術語「布置」指使用已知方法，諸如，如本領域已知的，以常規分配機或墨盒內的噴嘴並且通過注塑封裝，將模塑料30分配或傳送到雙規引線框組件上。可用於模塑料的替換的已知材料包括填充二氧化矽的樹脂、陶瓷、無滷素材料等或上述材料的組合。模塑料通常被以液體形式應用，然後被固化直到轉變為固體形式。在沉積或應用模塑料30之後，去除載帶40，並且將每個器件部分相對彼此切單。 在示出的實施例中，在去除載帶40之後引線指20的部分被暴露。圖3G示出了通過切單處理彼此分離後的單個封裝半導體器件10。切單處理是公知的，並且可以包括以鋸或雷射切割。圖4A-4G示出了根據本發明的另一個實施例用於封裝功率器件的各個步驟。圖4A是示出了包括多個管芯焊盤14(示出了它們中的兩個)的功率引線框60的側視橫截面圖。半導體管芯16被以諸如管芯粘接環氧樹脂的管芯附接粘合劑附接到管芯焊盤14中相應的
管芯焊盤。圖4B示出了切單功率引線框60以便形成以參考號62表示的單個功率引線框組件的步驟。可以使用鋸或雷射分離單個功率引線框組件62。每個單個功率引線框組件62包括至少一個管芯焊盤14和附接到其上的管芯16。載帶64被附接到功率引線框組件62的第一側66。圖4C示出了在每個半導體管芯16的頂面24上分配粘合劑26的步驟。更具體地，粘合劑26被分配到管芯16的有源面上的管芯16的I/O焊盤上。在示出的實施例中，單個功率引線框組件62被放置在真空卡盤工作檯68上，真空卡盤工作檯68牢固地保持組件62，並且然後將粘合劑26分配到半導體管芯16上。圖4D示出了將第二引線框18附接到半導體管芯16的步驟。同樣，單個功率引線框62的厚度實質上大於輸入-輸出引線框18的厚度。如圖所示，引線框18的每個引線指20的一端22被以粘合劑26附接到相應半導體管芯16的有源面24上的焊盤。隨後在烘箱內固化粘合劑26。通過將引線指20以粘合劑26直接連接到管芯I/O焊盤，避免了需要昂
貴的銅夾等。圖4E示出了以鍵合絲線28將引線指20電連接到相應半導體管芯16的鍵合焊盤的步驟。在另一個實施例中，相應半導體管芯16的鍵合焊盤被使用公知的絲線鍵合處理和已知的絲線鍵合裝置，以鍵合絲線28電連接到第二引線框上的第二管芯(未示出)。圖4F示出了將模塑料30布置於單個功率引線框組件62的頂面上的步驟。模塑料30覆蓋半導體管芯16、單個功率引線框12和引線指20以及絲線18 (如果有的話)。在沉積或施加模塑料30之後，去除載帶64，並且將功率引線框組件12彼此分離(切單步驟)，並且然後進行修整，以便形成圖4G所示的單個封裝半導體器件10。可以為功率方形扁平無引腳(PQFN)封裝、熱嵌片輪廓封裝(HSOP)和功率方形扁平封裝(PQFP)採用上面描述的技術。採用具有第一引線框和第二引線框的雙規引線框用於封裝功率器件，第一引線框具有厚管芯焊盤，並且第二引線框具有薄引線指。功率半導體管芯被附接到第一引線框的厚管芯焊盤。另外，第二引線框的引線指被附接並且電耦連到功率半導體管芯。第二引線框與半導體管芯的直接連接避免了對附加互連處理的需要。隨後，利用模塑料以覆蓋功率半導體管芯和引線指。因此，本發明提供了封裝功率半導體管芯而不需要使用大尺寸鋁絲線鍵合或焊接銅夾互連的方法，由此改進了這種器件的可製造性和生產性能。另外，上述封裝技術提供了更好的高功率可靠性評估(HPRA)性能，防止絲線鍵合焊盤汙染和低帶翹曲，同時極大地減少了這種封裝的整體成本。雖然此處參考特定實施例描述了本發明，可以做出各種修改和改變，而不脫離在 下面權利要求中闡述的本發明的範圍。因此，說明書和附圖被認為是說明性的而不是限制性的，並且所有這些修改旨在包括在本發明的範圍內。此處針對特定實施例描述的任何益處、優點或對問題的解決方案不旨在被解釋為是任意或全部保護範圍的關鍵、必要或基本特徵或元素。
權利要求
1.一種封裝集成電路的方法，包括以下步驟 提供雙規引線框的第一引線框，所述第一引線框包括厚管芯焊盤； 將載帶附接到所述厚管芯焊盤的第一側； 將功率半導體管芯附接到所述厚管芯焊盤的第二側； 提供雙規引線框的第二引線框，所述第二引線框包括多個薄引線指； 利用導電粘合劑將所述引線指的第一端直接附接到所述功率半導體管芯的有源面上的鍵合焊盤，從而所述引線指與所述半導體管芯的鍵合焊盤接觸並且電連接；以及 將模塑料分配到所述雙規引線框的頂面上，使得所述模塑料覆蓋所述半導體管芯和所述引線指。
2.如權利要求I的封裝集成電路的方法，還包括將功率半導體管芯的所述鍵合焊盤以鍵合絲線電連接到第二管芯的鍵合焊盤。
3.如權利要求I的封裝集成電路的方法，還包括從所述管芯焊盤去除所述載帶，其中在去除所述載帶之後所述引線指的第二端被暴露。
4.如權利要求I的封裝集成電路的方法，其中所述管芯焊盤的厚度實質上大於所述引線指的厚度。
5.如權利要求4的封裝集成電路的方法，其中所述管芯焊盤的所述厚度大約為30密耳，並且所述引線指的所述厚度大約為10密耳。
6.如權利要求I的封裝集成電路的方法，其中所述引線指被彎曲以形成Z字形。
7.一種封裝功率器件，包括 具有厚管芯焊盤的功率框； 附接到所述厚管芯焊盤的功率半導體管芯； 具有厚引線指的引線框，其中所述引線框的厚度小於所述功率框的厚度，並且其中所述引線指的每一個的一端被以導電粘合劑附接到所述功率半導體管芯的有源面上的鍵合焊盤；以及 覆蓋所述功率框、所述引線框和所述功率半導體管芯的模塑料。
8.如權利要求7的封裝功率器件，其中所述功率框的所述厚度大約為30密耳，並且所述引線框的所述厚度大約為10密耳。
9.如權利要求7的封裝功率器件，其中所述引線指被彎曲以形成Z字形。
10.如權利要求7的封裝功率器件，還包括第二管芯，所述第二管芯被附接到所述引線框的管芯焊盤，並且被定位為與所述功率半導體管芯和功率框相鄰，其中所述第二管芯的管芯鍵合焊盤被以絲線電連接到所述引線框的小引線指和所述功率半導體管芯的管芯鍵合焊盤。
全文摘要
本發明提供一種功率器件和封裝該功率器件的方法，所述方法包括提供雙規引線框的第一引線框。第一引線框包括厚管芯焊盤。將載帶附接到厚管芯焊盤的第一側，並且將功率管芯附接到厚管芯焊盤的第二側。提供雙規引線框的第二引線框，第二引線框包括多個薄引線指。將引線指的第一端附接到功率管芯的有源面，從而引線指與功率管芯的焊盤電連接。然後在雙規引線框的頂面上分配模塑料，從而模塑料覆蓋半導體管芯和引線指。
文檔編號H01L21/60GK102956509SQ20111025315
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者姚晉鍾, 白志剛, 徐雪松 申請人:飛思卡爾半導體公司