高阻抗射頻功率塑料封裝的製作方法
2023-10-20 16:28:32
專利名稱：高阻抗射頻功率塑料封裝的製作方法
技術領域：
本公開內容通常涉及塑料封裝電路，並且更具體地，涉及高阻抗射頻(RF)功率塑料封裝。
背景技術：
傳統的RF功率塑料封裝呈現出一個或多個限制。該限制的示例包括，但不限於，相對低的終端阻抗、窄帶頻率性能、受限於導線環機構和相關聯的環高度控制的阻抗匹配。此外，使用用於匹配結構的導線具有導致過度的導線溫度的可能性，其可能不利地影響RF功率塑料封裝中的性能和可靠性。
因此，克服了同傳統的RF功率塑料封裝相關聯的限制的RF功率塑料封裝將是有用的。
圖1示出了根據本公開內容的實施例的高阻抗RF功率塑料封裝；圖2示出了圖1所示的高阻抗RF功率塑料封裝的電路配置的實施例；圖3示出了圖1所示的高阻抗RF功率塑料封裝的剖視圖；和圖4示出了用於生產根據本公開內容的實施例的高阻抗RF功率塑料封裝的方法。
具體實施例方式
本公開內容涉及RF功率塑料封裝，其呈現出相對於傳統的RF功率塑料封裝的較高的終端阻抗。包括RF信號放大器件和連接到該RF信號放大器件的高阻抗匹配結構(例如，陶瓷阻抗匹配結構)的塑料封裝是根據本公開內容的高阻抗RF功率塑料封裝。放大(例如，變換)信號和提供阻抗匹配是協助信號調節的示例。
根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝是有用的和有利的，它們克服了同傳統的RF功率塑料封裝相關聯的限制。具體地，相對於傳統的RF功率塑料封裝，此處公開的RF功率塑料封裝以塑料封裝的形式提供了內部阻抗匹配，提供了相對高的阻抗水平，在寬的頻譜上提供了相對平穩的性能，在使用已知的塑料封裝技術封裝時提供了所需的可靠性，呈現出相對低的單位成本，並且使得匹配結構能夠在相對低的溫度下工作。
現轉到具體的附圖，在圖1～3中示出了根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝10。RF功率塑料封裝10包括橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)信號放大器12、低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構14、柵極引線16、漏極引線18、封裝基板20和塑料封裝體22。應當注意，在特定的說明實施例中，封裝基板20至少包括一部分引線框(例如，引線框的元件容納區域)。還說明了散熱器21，其是任選的，並且被說明為聯接到封裝基板20的背面。
LDMOS信號放大器12和LTCC阻抗匹配結構14共同地有利於協助通過RF功率塑料封裝10進行的信號調節。LTCC阻抗匹配結構14是被設置用於提供阻抗匹配功能的結構的實施例(即，阻抗匹配結構)。優選地，根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝呈現出至少約兩倍於不具有阻抗匹配結構的傳統的RF功率塑料封裝的終端阻抗的終端阻抗。例如，此處公開的RF功率塑料封裝包括LTCC阻抗匹配結構，其在約100瓦的峰值包絡功率下，呈現出導致等於或大於約1.5歐姆或更大的漏極固定阻抗的阻抗，該RF功率塑料封裝提供了相對於不具有該匹配結構的傳統的RF功率封裝的顯著改善。特定的RF功率器件的實施例將提供約5瓦或更大、10瓦或更大、20瓦或更大、50瓦或更大、或者約100瓦或更大的功率輸出。特定的實施例將工作於約400MHz或更高、800MHz或更高、1GHz或更高、2GHz或更高、3GHz或更高、或者更高的頻率。考慮根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝所呈現的阻抗水平，該RF功率塑料封裝提供了高功率的、高帶寬的RF功率放大器功能，其在寬的頻譜上呈現出相對平穩的電氣性能。而且，相對於傳統的阻抗匹配結構(例如，導線環機構)，此處公開的陶瓷阻抗匹配結構有利於相對低的工作溫度。
考慮了能夠實現RF信號變換功能的多種類型的RF器件的實現方案。該類型的RF功率器件的示例包括，例如，被設置用於實現RF信號變換功能的矽、鍺、砷化鎵RF器件。該器件可以是MOS(金屬氧化物半導體)器件或雙極型器件，並且典型地使用矽或砷化鎵製造。LDMOS信號放大器12是能夠實現RF信號變換功能的RF器件的具體示例。適於提供該RF信號變換功能的器件是RF信號變換器件的示例。
儘管此處示出了LTCC阻抗匹配結構的實現方案，但是此處也考慮了實現不同於LTCC阻抗匹配結構的其他類型的阻抗匹配結構的根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝。該其他類型的阻抗匹配結構包括，但不限於，高介電陶瓷阻抗匹配結構(例如，鈦酸鹽)、有機阻抗匹配結構和MOSCAP(金屬氧化物半導體電容器)阻抗匹配結構。還考慮了如此處公開的RF功率塑料封裝中的單層或多層阻抗匹配結構的實現方案。
LDMOS信號放大器12和LTCC阻抗匹配結構14接合到(即，安裝在)封裝基板20的第一表面。散熱器21接合到封裝基板20的第二表面。此處考慮了，可以使用多種已知的管芯接合技術將阻抗匹配結構14接合到封裝基板20。該已知的管芯接合技術包括，但不限於，環氧樹脂接合和焊接接合技術。
此處考慮了封裝基板20的多種實施例。在一個實施例中，封裝基板20、柵極引線16和漏極引線18是自公共的電傳導引線框切除的元件。在封裝基板20的另一實施例中，封裝基板20、柵極引線16和漏極引線18是分離的電傳導元件，其是以電絕緣的方式至少利用安裝在封裝基板20上的柵極引線16和漏極引線18而組裝的。
LDMOS信號放大器12通過第一多個傳導互連24電氣連接到LTCC阻抗匹配結構14。第一多個傳導互連24連接在LDMOS信號放大器12的漏極條26和LTCC阻抗匹配結構14的一個或多個器件觸點28之間。LDMOS信號放大器12通過第二多個傳導互連30電氣連接到柵極引線16。第二多個傳導互連30連接在LDMOS信號放大器12的柵極條32和柵極引線16之間。LTCC阻抗匹配結構14通過第三多個傳導互連34電氣連接到漏極引線18。第三多個傳導互連34連接在LTCC阻抗匹配結構14的一個或多個漏極引線觸點36和漏極引線18之間。在一個實施例中，多個傳導互連24、30和34是以傳導線接合的方式提供的。
LDMOS信號放大器12、LTCC阻抗匹配結構14、封裝基板20和多種多個傳導互連(24、30、34)封裝在塑料封裝體22中。柵極引線16和漏極引線18，其具有各自的與之附連的多個傳導互連(30，34)，封裝在塑料封裝體22中。柵極引線觸點部分38和漏極引線觸點部分40延伸通過塑料封裝體22，用於實現對其的接入。
如圖2和3所示，LTCC阻抗匹配結構14的器件觸點28和引線觸點36由覆蓋阻抗匹配結構14的頂部主體部分42的金屬化層(未具體標出)部分定義。在一個實施例中，鈍化層44(僅限圖3)被形成為，覆蓋LTCC阻抗匹配結構14的主體部分42。優選地，該鈍化層覆蓋整個頂部表面，包括金屬化層，但不包括其中需要互連(即，線接合)的金屬化層區域。考慮了已知類型的鈍化層，諸如例如，氮化物鈍化層。
在覆蓋LTCC阻抗匹配結構14的主體部分42的金屬化層上使用鈍化層是此處公開的新穎方法，用於改善塑料封裝體22(即，塑料封裝體22的成型化合物)對LTCC阻抗匹配結構14的粘附性。已知的是，塑料封裝成型化合物在形成於諸如貴金屬(例如，金、鉑等)的材料上時呈現出有限的接合強度。在大部分覆蓋LTCC阻抗匹配結構14的主體部分42的金屬化層(例如，不包括其中需要互連(例如，線接合)的金屬化層區域)上形成鈍化層，減少了被暴露的與塑料封裝體直接接觸的金屬化層的面積。因此，增強了塑料封裝體22和LTCC阻抗匹配結構14之間的接合強度。
改善塑料封裝體22和LTCC阻抗匹配結構14之間的接合強度有利於減少塑料封裝體22同主阻抗匹配結構14剝離的可能性。這樣，鈍化層有利於改善根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝的潮溼敏感度(MSL)性能等級。而且，當鈍化層被形成為覆蓋LTCC阻抗匹配結構14的主體部分42時，該鈍化層還用作關於LTCC阻抗匹配結構14的下面部分的保護層。
參考圖4，示出了用於製造根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝的方法100。執行操作105，用於提供LTCC阻抗匹配結構的板。該板包括LTCC阻抗匹配結構的陣列(即，多個LTCC阻抗匹配結構)，其通過燒結而相互連結。提供LTCC阻抗匹配結構的板的示例包括，製造該板以及從製造商處獲得該板。
在提供LTCC阻抗匹配結構的板的至少一個實施例中，所提供的板的LTCC阻抗匹配結構包括鈍化層，其被形成為覆蓋金屬化層，該金屬化層自身覆蓋LTCC阻抗匹配結構的主體部分，並且僅使其中需要互連(例如，線接合)的金屬化層的區域通過該鈍化層暴露出來。在提供LTCC阻抗匹配結構的板之後，執行操作110，用於分割LTCC阻抗匹配結構的板，以產生多個離散的LTCC阻抗匹配結構。使用自動晶片劃片設備(wafer saw equipment)，諸如用於劃分半導體管芯的設備，切割(saw)安裝在膜片框上的LTCC阻抗匹配結構的板，是分割該板的示例。在分割了LTCC阻抗匹配結構的板之後，並且在執行了用於將RF器件接合到封裝基板(例如，傳導引線框)的操作115之後，執行操作120，用於將離散的LTCC阻抗匹配結構轉移到封裝基板。使用自動封裝設備從膜片框(即，工藝支撐基板)上拾取離散的LTCC阻抗匹配結構以及將該離散的LTCC阻抗匹配結構安置在封裝基板上，是用於將離散的LTCC阻抗匹配結構轉移到封裝基板的操作120的示例。
在將離散的LTCC阻抗匹配結構轉移到封裝基板之後，執行操作125，用於使離散的LTCC阻抗匹配結構接合到封裝基板，隨後執行操作130，用於在離散的LTCC阻抗匹配結構和RF器件之間形成傳導互連(例如，線接合)。隨後，在形成傳導互連之後，執行操作135，用於在LTCC阻抗匹配結構和RF器件上形成塑料封裝體。轉移成型工藝是用於使成型化合物成型以形成塑料封裝體的已知技術的示例。
優選地，如圖4所示，在執行用於將離散的LTCC阻抗匹配結構接合到封裝基板的操作125之前，執行操作115，用於將RF器件接合到封裝基板。然而，此處還考慮了，在方法100的其他的實施例(未示出)中，接合RF器件的操作115是在執行用於將LTCC阻抗匹配結構接合到封裝基板的操作125之後執行的。
在方法100的一個特定的實施例中，有利地使用半導體工藝設備組裝RF功率塑料封裝的電路。而且，RF功率塑料封裝的RF器件和LTCC阻抗匹配結構有利地安裝在引線框上，LTCC阻抗匹配結構並非安裝在諸如FR-4印刷電路板的基板上。在該特定實施例中，LTCC阻抗匹配結構的板安裝在膜片框上或者適當的膠帶上，並且通過使用商用晶片劃片設備，諸如用於劃分半導體管芯的設備，切割該板，執行板的分割。膜片框或膠帶被選擇為是足夠厚的，由此其可被切開而非切透，因此使該膜片框或膠帶能夠用作用於後繼的工藝操作的承載基板。按照需要(例如，依賴於板的硬度和厚度)調整切割參數，諸如饋送速率、刀具類型和膜片框厚度，以實現所需的結果。在切割板之後，直接將離散的LTCC阻抗匹配結構從膜片框或膠帶轉移到傳導引線框並使其與之接合，該傳導引線框安放在半導體管芯接合設備上。使用自動取放半導體工藝設備/技術轉移離散的LTCC阻抗匹配結構。在將LTCC阻抗匹配結構和RF器件安裝在引線框上之後，使用半導體線接合設備在RF器件、LTCC阻抗匹配結構和引線框之間形成一個或多個電氣互連(例如，線接合)。
使用商用晶片劃片設備分割LTCC阻抗匹配結構的板，以及使用自動取放半導體工藝設備/技術直接將形成的離散的LTCC阻抗匹配結構從膜片框或膠帶轉移到傳導基板，是一種新穎和有利的用於分割和處理離散的LTCC阻抗匹配結構的方法。傳統的用於分割LTCC阻抗匹配結構的板的方法包括劃線和斷開板、在燒結其之前分割板、以及在安裝在玻璃上之後切割燒結板，隨後從各個切割的玻璃片上移除每個離散的LTCC阻抗匹配結構。用於分割LTCC阻抗匹配結構的板的這些方法的每一個相比於此處公開的使用晶片劃片設備切割板，呈現出一個或多個限制。該限制的示例包括，依賴於專用的LTCC工藝設備、呈現出相對低的產量、和/或是用於切割LTCC阻抗匹配板的昂貴的方法。傳統地，離散的LTCC阻抗匹配結構安裝在插入基板(例如，FR4印刷電路基板)上，並且以帶卷的形式運輸。考慮到本公開內容，使用帶卷的方法處理安裝在引線框上的離散的LTCC阻抗匹配結構是昂貴的和不切實際的。
優選地，分割、轉移、接合、形成傳導互連和形成塑料封裝的操作是使用商用設備執行的，其可以進行修改或不經修改。該商用設備的示例包括，晶片劃片設備、管芯接合機、回流焊爐、環氧樹脂固化爐和線接合機。
在前文的詳細描述中，參考了附圖，其形成本文的一部分，並且是藉助於其中實踐了本發明的說明性具體實施例示出的。已足夠詳細地描述了這些實施例及其特定的變化方案，以使得本領域的技術人員能夠實踐本發明。應當理解，還可以利用其他的適當的實施例，並且在不偏離本發明的精神和範圍的前提下還可以進行邏輯、機械、化學和電氣的修改。此外，應認識到，在不偏離本發明的精神和範圍的前提下，還可以多種方式進一步組合或分解圖中的功能模塊。因此，前文的詳細描述的目的並非在於限於此處陳述的具體形式，而是相反地，其目的在於涵蓋如所附權利要求的精神和範圍中合理包括的該替換方案、修改方案和等效方案。
權利要求
1.一種射頻功率半導體器件，包括射頻(RF)器件；阻抗匹配結構，其電氣連接到RF器件；和塑料封裝體，其形成在RF器件和阻抗匹配結構上。
2.權利要求1的器件，其中，RF器件是信號變換器件。
3.權利要求2的器件，其中，信號變換器件是RF信號放大器件。
4.權利要求2的器件，其中，阻抗匹配結構包括低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構。
5.權利要求1的器件，其中，阻抗匹配結構包括低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構。
6.權利要求5的器件，其中，阻抗匹配結構使得漏極固定阻抗在約100瓦的峰值包絡功率下等於或大於約1.5歐姆。
7.權利要求5的器件，其中，LTCC阻抗匹配結構包括金屬化層，其覆蓋該LTCC阻抗匹配結構的主體部分；並且進一步包括鈍化層，其形成在金屬化層上。
8.權利要求7的器件，其中，RF器件是信號變換器件。
9.權利要求8的器件，其中，信號變換器件是RF信號放大器件。
10.權利要求7的器件，其中部分金屬化層通過鈍化層暴露出來；並且所述部分金屬化層用於使LTCC阻抗匹配結構同相應的器件觸點互連。
11.權利要求1的器件，進一步包括引線框元件，具有安裝於其上的阻抗匹配結構。
12.權利要求11的器件，其中，阻抗匹配結構包括低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構。
13.權利要求1的器件，其中RF器件是信號變換器件；並且阻抗匹配結構包括低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構、高介電陶瓷阻抗匹配結構和有機結構中的至少一個。
14.一種射頻功率半導體器件，包括射頻(RF)器件；低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構，其電氣連接到RF器件，其中，該LTCC阻抗匹配結構包括覆蓋於其主體部分上的金屬化層和在金屬化層上的鈍化層；和塑料封裝體，其形成在RF器件和LTCC阻抗匹配結構上。
15.權利要求14的器件，其中，RF器件是信號變換器件。
16.權利要求14的器件，其中，部分金屬化層通過鈍化層暴露出來，以提供在LTCC阻抗匹配結構和RF器件之間形成的電氣互連。
17.權利要求14的器件，其中RF器件是信號放大器件；LTCC阻抗匹配結構使得漏極固定阻抗在約100瓦的峰值包絡功率下等於或大於約1.5歐姆；並且部分金屬化層通過鈍化層暴露出來，以提供在LTCC阻抗匹配結構和RF器件之間形成的電氣互連。
18.權利要求17的器件，進一步包括引線框元件，其包括安裝於其上的LTCC阻抗匹配結構。
19.權利要求14的器件，進一步包括塑料封裝體，其形成在RF器件和LTCC阻抗匹配結構上。
20.一種方法，包括提供低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構的板；和使用晶片劃片設備切割LTCC阻抗匹配結構的板，以形成多個離散的LTCC阻抗匹配結構。
21.權利要求20的方法，進一步包括將多個離散的LTCC阻抗匹配結構中的一個從所述晶片劃片設備轉移到封裝基板，其中，所述轉移是通過封裝設備執行的。
22.權利要求21的方法，進一步包括將離散的LTCC阻抗匹配結構接合到封裝基板；將射頻(RF)器件接合到封裝基板；和在離散的LTCC阻抗匹配結構和射頻(RF)器件之間形成傳導互連。
23.權利要求22的方法，進一步包括在形成所述傳導互連之後，在LTCC阻抗匹配結構和RF器件上形成塑料封裝體。
24.權利要求21的方法，其中，所述轉移包括從工藝支撐基板上拾取離散的LTCC阻抗匹配結構；和將離散的LTCC阻抗匹配結構安置在封裝基板上。
25.權利要求20的方法，其中，LTCC阻抗匹配結構包括金屬化層，其覆蓋該LTCC阻抗匹配結構的主體部分；和鈍化層，其形成在金屬化層上。
26.權利要求25的方法，其中，部分金屬化層通過鈍化層暴露出來，用於能夠在金屬化層處形成電氣互連。
27.一種方法，包括在工藝支撐基板上提供離散的低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構；將離散的LTCC阻抗匹配結構從工藝支撐基板轉移到封裝基板；將離散的LTCC阻抗匹配結構接合到封裝基板；將射頻(RF)器件接合到封裝基板；在離散的LTCC阻抗匹配結構和射頻(RF)器件之間形成傳導互連；和在形成所述傳導互連之後，在離散的LTCC阻抗匹配結構和RF器件上形成塑料封裝體。
28.權利要求27的方法，其中，提供離散的LTCC阻抗匹配結構包括將LTCC阻抗匹配結構的板安裝在工藝支撐基板上；和使用自動晶片劃片設備切割LTCC阻抗匹配結構的板，以形成多個離散的LTCC阻抗匹配結構。
29.權利要求27的方法，其中，所述轉移包括通過封裝設備從工藝支撐基板上拾取多個離散的LTCC阻抗匹配結構中的一個；和通過封裝設備將所述多個離散的LTCC阻抗匹配結構中的一個安置在封裝基板上。
30.權利要求27的方法，其中，離散的LTCC阻抗匹配結構包括金屬化層，其覆蓋該離散的LTCC阻抗匹配結構的主體部分；和鈍化層，其形成在金屬化層上。
31.權利要求30的方法，其中，部分金屬化層通過鈍化層暴露出來，用於能夠在金屬化層處形成電氣互連。
全文摘要
本公開內容涉及RF功率半導體器件。根據本公開內容的一個實施例，RF功率半導體器件(10)包括半導體(RF)器件(12)；低溫共燒陶瓷(LTCC)阻抗匹配結構(14)，其電氣連接到RF器件；和塑料封裝體(22)，其形成在RF器件和阻抗匹配結構上。LTCC阻抗匹配結構包括金屬化層(28、36)，其覆蓋該阻抗匹配結構的主體部分，並且包括金屬化層上的鈍化層(44)。該鈍化層增強了塑料封裝體的成型化合物對於金屬化層的接合強度。部分金屬化層通過鈍化層暴露出來，用於能夠在LTCC阻抗匹配結構和RF器件之間形成電氣互連。優選地，根據本公開內容的實施例的RF功率塑料封裝呈現出至少兩倍於傳統的RF功率塑料封裝的終端阻抗的終端阻抗。
文檔編號H01L21/50GK1795549SQ200480014807
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年5月30日
發明者羅伯特·J·麥克勞克林, 亞歷山大·J·埃利奧特, L·M·瑪哈林甘, 斯克特·D·馬歇爾, 皮埃爾-馬裡·J·皮耶爾 申請人:飛思卡爾半導體公司