功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法
2023-06-05 06:52:01
專利名稱：功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體晶片的封裝技術，特別是一種功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法，其為一種金屬氧化物半導體場效應電晶體(POWERMOSFET)集成電路的封裝方法，其可以有效利用晶片的面積，且具有良好的散熱性。用本發明所完成的晶片封裝，可以相當接近晶片尺寸。
為符合目前計算機、通信及消費市場小型化以及可攜性的需求，半導體晶片的尺寸日益縮小，而線路的設計也日趨複雜。因此，半導體晶片的封裝技術也必須隨發生變革，晶片封裝不只需符合更小、更快、更便宜的要求，同時也必須有更好的散熱能力以及穩定度等優點。傳統的晶片封裝技術中，最常用的三種方式分別為引線焊接(wire bonding)，帶狀自動焊接(tape automated bonding，TAB)以及叩焊(flip-chip)等方式。上述方式各有其優缺點，然而在有效運用晶片面積的情況下，已逐漸發展出按晶片尺寸封裝(chip scalepackage，以下簡稱CSP)的封裝方式。該方式的要點在於提供一種封裝尺寸縮小至幾乎是一個裸晶片尺寸大小的封裝體，且其穩定度較叩焊晶片更好。典型的按晶片尺寸封裝方式可以達到晶片面積的1.5倍左右。
現有的功率型元件的封裝，以一個功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的封裝為例，如美國專利第5,767,567號案所公開的。請參照
圖1A、1B及1C，圖1A為一個功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的電路示意圖。該元件為一個N通道增強模式(N-channel enhancement mode)的金屬氧化物半導體場效應電晶體，其中，電晶體的第一電極10(即閘極，gate)電連接至接腳4，第二電極20(即源極，source)連接至接腳1-3，而第三電極30(即漏極，drain)則電連接至接腳5-8。參看圖1B所示，其中，功率型晶片11呈長方形，晶片11具有一個閘極10與一個源極20，其位於晶片11的同一表面，而漏極30則位於與閘極10與源極20所在晶片11表面對側的另一個表面。由於功率型元件必須容許極大的電流通過源極20與漏極30，因此，可以看出源極20與漏極30的面積已相當近於晶片11的尺寸。至於閘極10，作為一個控制電極本身並不會有大電流流過，所以由圖1B可以看出閘極10隻佔晶片11表面積的一小部分。現有功率金氧半導體場效電晶體封裝應用兩片金屬導電框架(leadframe，通常是銅導電框架)。頂部導電框架13(toplaedframe)通過導線12分別與源極20及閘極10互相連接，而分別形成接腳1-3、及接腳4。另外，底部導電框架14(bottom laedframe)是直接(未通過導線)與晶片底部表面的漏極30互相連接，而形成接腳5-8。
現有功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的晶片封裝的一個特徵在於其連接源極20及閘極10的導線12焊接的方式，如圖1B所示，其是使用引線焊接(wire bonding)的方法，將許多導線12焊接，以連接源極20及閘極10至頂部導電框架13。同樣，源極20有大電流流過故需要許多導線12，以供連接用，而閘極10用一根導線連接則已足夠。現參照圖1C，由現有功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的晶片封裝外觀示意圖可看出，晶片11、各導電框架13、各接腳以及導線，特別值得注意的是用以連接閘極10與接腳4的一根導線12，至於連接源極20及接腳1-3的許多導線在圖1C中則已被覆蓋而未顯示。
現有的功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的晶片封裝方法具有許多缺點。首先，由於是採用引線焊接方法，所以晶片面積的利用效率不高，無法縮小封裝尺寸。此外，由於頂部導電框架13的面積不大，且其是利用引線焊接來與晶片相連接，故封裝的散熱性不佳，而此為功率晶片致命的缺點。最後，由於現有的封裝方式需焊接許多根引線，其工藝程序相當繁複，生產效率很低，且該晶片的閘極只通過一根導線與接腳連接，穩固性亦差，因此，需要研究出一種既能具備CSP的概念、散熱性良好且兼具製作效率及穩固性的功率型晶片的封裝體及製造方法。
本發明的一目的在於提供一種可有效利用晶片面積的功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法。
本發明的另一目的在於提供一種散熱性優良的功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法。
本發明的又一目的在於提供一種製造程序簡化，且能提高封裝的生產效率的功率型半導體晶片的封裝裝置及其製造方法。
本發明的再一目的在於提供一種容易延伸為多晶片模組的功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法。
為達到上述目的，本發明採取如下技術措施本發明的一種功率型半導體晶片的封裝裝置，其中，晶片具有一個第一表面，該表面含有晶片的第一電極與第二電極，一個第二表面，其含有晶片的第三電極。一個第一導電框架的第一部分電連接第一電極，第一導電框架的第二部分電連接至功率元件的第二電極，一個第三導電框架電連接功率元件的第三電極；其中，第一導電框架自第一電極與第二電極向晶片外延伸，第二導電框架自第三電極處向晶片外延伸。
由於本發明的功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法採用按晶片尺寸封裝方式，所以晶片面積的利用效率極高。由於本發明的功率元件晶片封裝，其第一導電框架的面積很大，故封裝的散熱性極佳。同時，本發明的功率元件晶片封裝方法，其製造程序簡化，生產效率極高，而且穩固性佳。
本發明的一種功率型晶片封裝裝置與方法，由於其中第一導電框架及第二導電框架可以向晶片外延伸，而至少三者中之一可進一步與其他晶片的電極電連接，可以容易形成多晶片模組的封裝體。
本發明採取如下具體結構及方法本發明的功率型半導體晶片的封裝裝置，包括一個晶片11，其具有一個第一表面111及一個第二表面112；第一表面111含有晶片的第一電極10與第二電極20；第二表面112含有晶片的第三電極30；一個第一導電框架15，其具有第一部分151及第二部分152；第一部分151與第一電極10電連接，自第一電極10處向晶片外延伸；第二部分152與第二電極20電連接，並自第二電極20處向晶片外延伸；一個第二導電框架16，其與第三電極30電連接，並自第三電極30處向晶片外延伸。
本發明的功率型半導體晶片的封裝方法，包括如下步驟將一個第一導電框架15的一第一部分151電連接至晶片的第一電極10，並將第一導電框架15的一個第二部分152電連接至晶片的第二電極20，並將第一導電框架15自晶片的第一電極10與第二電極20處向晶片外延伸；將一個第二導電框架16電連接至晶片的第三電極30，且將第二導電框架16自晶片的第三電極30處向晶片外延伸。
結合附圖及實施例對本發明的結構特徵及方法特徵詳細說明如下附圖簡述圖1A一功率金氧半導體場效電晶體的元件電路示意圖；圖1B一種現有功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的晶片接線組裝頂視圖1C現有功率型金屬氧化物半導體場效應電晶體的晶片封裝外觀示意圖；圖2A本發明功率型半導體晶片的封裝體實施例中晶片組裝的側視圖；圖2B本發明功率型半導體晶片的封裝體實施例中晶片組裝的頂視圖；圖2C本發明功率型半導體晶片的封裝體實施例中晶片組裝的底視圖。
如圖2A所示，其為本發明功率型半導體晶片的封裝體實施例中晶片組裝的側視圖，其中，晶片11具有一個第一表面111及一個第二表面112。第一表面111與第一導電框架15電連接，第二表面112與一個第二導電框架16電連接。導電框架與晶片11連接的方式，主要為焊接(利用焊錫)或是利用導電膠粘著等。此外，從圖中可以看出，在本實施例中，第一導電框架15與第二導電框架16上各有數個導電接點153與163。導電接點153用以與晶片11的第一表面111直接接觸，導電接點163用以與第二表面112直接接觸。
如圖2B所示，其為本發明功率型半導體晶片的封裝體實施例中晶片組裝的頂視圖；其表示本發明主要特徵之一的第一導電框架15，第一導電框架15含有一個第一部分151及一個第二部分152，第一部分151電連接晶片11的一個第一電極10(或閘極)，第二部分152電連接晶片的一個第二電極20(或源極)。由前述可知，源極的面積遠大於閘極的面積，所以，在晶片11上方的第一部分151的面積遠小於在晶片11上方的第二部分152的面積。第一導電框架15的材料最好為銅，導電框架主要經由衝壓或蝕刻的方式形成，第一導電框架15向晶片外延伸的部分用以形成接腳，其步驟為將該延伸部分經過二次折彎的方式(參見圖2A)，再將該延伸部分延著aa』線切割，則可以形成圖1C中的四個接腳(1-4)。
如圖2C所示，其為本發明功率型半導體晶片的封裝體實施例中晶片組裝的底視圖，第二導電框架16電連接晶片11的一個第三電極30(或漏極)，第三電極的面積近似於晶片的面積。如同第一導電框架15，第二導電框架16的材料可以為銅，而導電框架圖案主要是經由衝壓或蝕刻的方式形成，而第二導電框架16向晶片外延伸的部分則經過折彎及切割手續用以形成接腳。圖2C中的實施例是形成四個接腳(5-8)。
本發明的另一個實施例(圖未顯示)，若將圖2A、2B、2C中的第一導電框架15的第一部分151、第二部分152或第二導電框架16，三者中的至少一個，向晶片外延伸而進一步與其他晶片的電極電連接，這樣，則可以形成多晶片模組的封裝體。
與現有技術相比，本發明具有如下效果比較本發明的圖2B及現有技術的圖1B的封裝方式，可以清楚看出本發明的優點。由於本發明的晶片封裝並不採用引線焊接，所以晶片面積的利用效率極高，可以趨近於按晶片尺寸封裝(CSP)的方式。另一方面，由於本發明的功率型晶片的封裝，其中，第一導電框架15的面積很大，因此，封裝的散熱性遠較現有技術為佳。同時本發明並不需要焊接許多根引線，因此製造程序簡化，便於自動化生產，且效率極高，而且穩回性亦較好。
本發明的功率型晶片的封裝體，晶片面積的利用效率極高，且導電框架的面積很大，故封裝體的散熱性極佳。本發明的功率型晶片封裝方法，其製造程序簡單，便於自動化，可大大提高生產效率。另外，本發明的封裝穩固性較好，同時富有彈性，可以擴充成為多晶片模組的封裝。
上述內容是利用實施例說明本發明的技術特徵，並非用於限制本發明的保護範圍，即使有人在本發明構思的基礎上稍作變動，仍應屬於本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種功率型半導體晶片的封裝裝置，包括一個晶片(11)，其具有一個第一表面(111)及一個第二表面(112)；第一表面(111)含有晶片的第一電極(10)與第二電極(20)；第二表面(112)含有晶片的第三電極(30)；一個第一導電框架(15)，其具有第一部分(151)及第二部分(152)；第一部分(151)與第一電極(10)電連接，自第一電極(10)處向晶片外延伸；第二部分(152)與第二電極(20)電連接，並自第二電極(20)處向晶片外延伸；一個第二導電框架(16)，其與第三電極(30)電連接，並自第三電極(30)處向晶片外延伸。
2.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述晶片為一個金屬氧化物半導體場效應電晶體晶片。
3.根據權利要求2所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一電極、第二電極與第三電極分別是場效應電晶體的閘極、源極與漏極。
4.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一導電框架及第二導電框架為銅導電框架。
5.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一導電框架的第一部分向所述晶片外延伸，進一步形成所述第一電極的接腳。
6.根據權利要求5所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一電極的接腳為一個接腳。
7.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一導電框架的第二部分向所述晶片外延伸，進一步形成所述第二電極的接腳。
8.根據權利要求7所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第二電極的接腳為三個接腳。
9.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第二導電框架向所述晶片外延伸，進一步形成所述第三電極的接腳。
10.根據權利要求9所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第三電極的接腳為四個接腳。
11.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一導電框架的第一部分、第二部分以及第二導電框架向晶片外延伸，且至少三者中之一進一步與其他晶片的電極電連接，以形成多晶片模組封裝裝置。
12.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一導電框架的第一部分上設有一個用以與所述第一電極電連接的導電接點。
13.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第一導電框架的第二部分上設有數個用以與所述第二電極電連接的導電接點(153)。
14.根據權利要求1所述的封裝裝置，其特徵在於，所述第二導電框架上設有數個用以與所述第三電極電連接的導電接點(163)。
15.一種適用於權利要求1～14中任一項裝置的功率型半導體晶片的封裝方法，包括如下步驟將一個第一導電框架(15)的一第一部分(151)電連接至晶片的第一電極(10)，並將第一導電框架(15)的一個第二部分(152)電連接至晶片的第二電極(20)，並將第一導電框架(15)自晶片的第一電極(10)與第二電極(20)處向晶片外延伸；將一個第二導電框架(16)電連接至晶片的第三電極(30)，且將第二導電框架(16)自晶片的第三電極(30)處向晶片外延伸。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟將第一導電框架的第二部分向晶片外延伸，形成第二電極的接腳。
17.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟將第一導電框架的第二部分向晶片外延伸，形成第二電極的接腳。
18.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟將第二導電框架向晶片外延伸，形成第三電極的接腳。
19.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟將第一導電框架的第一部分、第二部分及第二導電框架向晶片外延伸，且電連接至少三者中之一到其他晶片的電極，以形成多晶片模組。
20.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟在第一導電框架的第一部分上形成一個用以與第一電極電連接的導電接點。
21.根據權利要求15所述的製造方法，其特徵在於，還包括如下步驟在第一導電框架的第二部分上形成數個用以與第二電極電連接的導電接點(153)。
22.根據權利要求15所述的製造方法，其特徵在於，還包括如下步驟在第二導電框架上形成數個用以與第三電極電連接的導電接點(163)。
全文摘要
一種功率型半導體晶片的封裝裝置及封裝方法;本裝置包括:一晶片,其二表面分別含有晶片的第一、二電極及第三電極;第一導電框架上的二部分分別與二電極電連接,自二電極向晶片外延伸;一與第三電極電連接的第二導電框架,並向晶片外延伸。本方法包括:將第一導電框架的二部分分別電連接至晶片的二電極,將第一導電框架自二電極向晶片外延伸;將第二導電框架電連接至晶片的第三電極,並向晶片外延伸。本裝置散熱性好,生產效率高。
文檔編號H01L21/02GK1357919SQ0013537
公開日2002年7月10日 申請日期2000年12月11日 優先權日2000年12月11日
發明者陳世冠, 林光漢 申請人:臺灣通用器材股份有限公司