管芯封裝的製作方法

2023-04-28 06:03:11 4

專利名稱：管芯封裝的製作方法
技術領域：
實施例一般地涉及管芯封裝。
背景技術：
在用於某些應用的大量電路中可以使用橋式電路和類似電路。期望的是具有用於提供此類電路的穩健且成本高效的解決方案。


在附圖中，同樣的參考字符遍及不同的視圖指代相同的部分。附圖不一定按比例， 而是一般著重於圖解本發明的原理。在以下描述中，參考以下附圖來描述各種實施例，在附圖中
圖1示出根據實施例的管芯封裝。圖2示出根據實施例的電路布置。圖3示出根據實施例的管芯封裝。圖4示出管芯結構的橫截面。圖5示出管芯結構的橫截面。圖6示出管芯結構的橫截面。圖7示出根據實施例的管芯封裝。圖8示出根據實施例的管芯封裝。圖9示出根據實施例的管芯封裝。圖10示出根據實施例的管芯封裝。圖11示出根據實施例的管芯封裝。
具體實施例方式以下詳細描述參考附圖，所述附圖通過圖解的方式示出其中可以實施本發明的特定細節和實施例。足夠詳細地描述了這些實施例以使得本領域的技術人員能夠實施本發明。在不脫離本發明的範圍的情況下，可以利用其它實施例並且可以進行結構、邏輯和電氣改變。各種實施例不一定是互斥的，因為某些實施例可以與一個或多個其它實施例組合以形成新的實施例。根據一個實施例，如圖1所示的那樣提供管芯封裝。圖1示出根據實施例的管芯封裝100。管芯封裝100包括具有第一多個開關元件102的第一管芯結構101，其中每個開關元件102具有受控電流輸入端子103和受控電流輸出端子104，並且所述第一多個開關元件的受控電流輸入端子103被第一管芯結構101的公共第一接觸區105電耦合，並且其中第一多個開關元件102的受控電流輸出端子104被相互電絕緣。管芯封裝100還包括第二管芯結構111，該第二管芯結構111包括第二多個開關元件112，其中每個開關元件112具有受控電流輸入端子113和受控電流輸出端子114，並且所述第二多個開關元件的受控電流輸出端子114被第二管芯結構111的公共第二接觸區 115電耦合，並且其中第二多個開關元件112的受控電流輸入端子113被相互電絕緣。對於第一多個開關元件102中的每一個而言，開關元件的受控電流輸出端子104 被與第二多個開關元件112中的至少一個開關元件的受控電流輸入端子113電耦合。在一個實施例中，換言之，在單個封裝內提供第一管芯結構和第二管芯結構，其中每個管芯結構包括多個開關元件並且在一個管芯結構中開關元件的布置關於另一管芯結構是相反的。例如，雖然管芯結構之一中的開關元件的輸入端在晶片或管芯的底側(即， 例如在被附著於引線框架的一側)，但是另一管芯結構的開關元件的輸入端在晶片的頂側 (即，例如在與被附著於引線框架的一側相對的晶片側)。 管芯封裝100可以例如在單個封裝(即單個晶片外殼)中實現具有多個半橋式電路的橋式電路(例如，2、3、...相橋)，例如藉助於兩個單片公共源極/公共漏極MOSFET前端技術來實現。根據一個實施例，第一多個開關元件的開關元件數目等於第二多個開關元件的開關元件數目，並且針對第一多個開關元件中的每一個，將開關元件的受控電流輸出端子與第二多個開關元件中的正好一個開關元件的受控電流輸入端子電耦合。例如，第一多個開關元件的開關元件數目和第二多個開關元件的開關元件數目是兩個或三個。在一個實施例中，第一管芯結構包括第一管芯底座(paddle)、第一管芯和第一互連且第二管芯結構包括第二管芯底座、第二管芯和第二互連。第一管芯底座例如實現公共第一接觸區。第一管芯例如包括摻雜區以實現第一多個開關元件(例如漏極區、源極區)。第二管芯例如包括摻雜區以實現第二多個開關元件(例如漏極區、源極區)。第二管芯底座例如實現公共第二接觸區。第一互連和/或第二互連例如實現第一多個開關元件的受控電流輸出端子與第二多個開關元件的受控電流輸入端子的電耦合。第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是例如半導體開關元件。第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件可以例如是功率半導體開關元件。在一個實施例中，第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應開關元件，其中針對每個開關元件，由場效應來控制開關元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動。例如，第一多個開關元件和第二多個開關元件中的每個開關元件包括用於控制開關元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動的控制輸入端。第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件可以例如是場效應電晶體 (諸如 MOSFET )或 IGBT。在一個實施例中，第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應電晶體且受控電流輸入端子是漏極端子。在一個實施例中，第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應電晶體且受控電流輸出端子是源極端子。第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件例如被連接(例如在管芯封裝100內)以形成橋式電路。
管芯封裝100還可以包括被連接到公共第一接觸區的輸入端子。管芯封裝100還可以包括被連接到公共第二接觸區的輸出端子。在一個實施例中，管芯封裝100還包括至少一個溫度感測電路和至少一個溫度感測端子用於輸出指示第一多個開關元件和第二多個開關元件中的至少一個開關元件的溫度的信號。公共第一接觸區例如與公共第二接觸區電隔離。管芯封裝100例如還包括第一引線框架和第二引線框架，其中第一管芯結構被附著於第一引線框架且第二管芯結構被附著於第二引線框架。在一個實施例中，第一管芯結構藉助於公共第一接觸區被附著於第一引線框架且第二管芯結構藉助於公共第二接觸區被附著於第二引線框架。第一引線框架和第二引線框架例如在管芯封裝內被相互電隔離。在一個實施例中，提供了包括管芯封裝100、電源和負載的管芯布置，其中公共第一接觸區被連接到電源(用於到管芯封裝100的功率輸入)，公共第二接觸區被連接到接地電位且第一多個開關元件的受控電流輸出端子被連接到負載。例如，負載是電動機。換言之，上文參考圖1所描述的管芯封裝100可以例如被用作用於電動機的控制晶片。這在圖2中圖解。圖2示出根據實施例的電路布置200。電路布置200包括管芯封裝201、電源電路202和電動機203。管芯封裝201例如對應於圖1所示的管芯封裝100，其中第一 MOSFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體)204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206對應於第一多個開關元件102且第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209對應於第二多個開關元件 112。應注意的是在本示例中，MOSFET 204-209中的每一個被示為與其寄生二極體並聯。第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206包括公共漏極端子210，可以看到其對應於第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206的受控電流輸入端子(即漏極)的公共接觸區。第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206還包括單獨的源極端子 211，可以看到其對應於第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206的受控電流輸出端子(即源極)。可以將源極端子211是「單獨的」源極端子理解為源極端子211至少在管芯封裝201內被相互隔離。第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209包括公共源極端子212，可以看到其對應於第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209的受控電流輸出端子(即源極)的公共接觸區。第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209還包括單獨的漏極端子 213，可以看到其對應於第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209的受控電流輸入端子(即漏極)。可以將漏極端子213是「單獨的」漏極端子理解為漏極端子211至少在管芯封裝201內被相互隔離。第一 MOSEFT 204的源極端子211與第四MOSFET 207的漏極端子213且與電動機 203的第一輸入端214相連接。第二 MOSFET 205的源極端子211與第五MOSFET 208的漏極端子213且與電動機203的第二輸入端215相連接。第三MOSFET 206的源極端子211與第六MOSFET 209的漏極端子213且與電動機203的第三輸入端216相連接。經由各(單獨的)柵極端子220來控制MOSFET 204至209。可以例如將柵極端子 220連接到控制電路(未示出)。例如，可以將柵極端子220連接到管芯封裝的控制輸入端子 (未示出)，它們可以經由該控制輸入端子而連接到控制電路。電源202例如經由反向電池保護電路218向第一MOSFET 204、第二MOSFET 205和第三MOSFET 206的公共漏極端子210供應電池217的功率。因此可以將第一MOSFET 204、 第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206視為電路布置200的高側M0SFET。第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209的公共源極端子212被連接到接地端子219。因此可以將第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209視為電路布置200的低側MOSFET。可以看到管芯封裝201的電路形成橋式電路。可以看到第一 MOSFET 204和第四 MOSFET 207形成半橋。類似地，可以看到第二 MOSFET 205和第五MOSFET 208形成半橋且可以看到第三MOSFET 206和第六MOSFET 209形成半橋。在本示例中，電動機203是三相電動機，即具有三相輸入端214、215、216的電動機。在一個實施例中，管芯封裝201的電路實現用於二相電動機的電動機控制電路。 例如，在這種情況下，管芯封裝201可以僅包括第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205、第四 MOSFET 207 和第五 MOSFET 208。MOSFET 204至209例如是功率M0SFET。應注意的是在其它實施例中，MOSFET 204 至209可以是其它類型的場效應電晶體或其它半導體開關元件(例如半導體功率開關元件) 比如例如IGBT (絕緣柵雙極電晶體)。還可以使用單獨的MOSFET來實現諸如由管芯封裝201實現的一個電動機控制電路之類的電動機控制電路，即每個MOSFET具有其自己的外殼、封裝、引線框架和/或晶片。 例如，可以使用六個單MOSFET封裝(即每個封裝具有單個MOSFET的封裝)來實現用於三相電動機的控制電路，並且可以使用四個單MOSFET封裝來實現用於二相電動機的控制電路。 與諸如使用六個或者四個單MOSFET封裝的多封裝解決方案相反，可以將管芯封裝201視為用於實現此類電動機控制電路的單封裝解決方案。應注意的是，可以使用多封裝解決方案來實現低側MOSFET的漏極端子的相互隔離，例如以具有每個被約束到引線框架使得引線框架被相互隔離的漏極端子。替換地，可以使用模塊解決方案，然而這可能導致高成本和高組裝努力。可以看到管芯封裝201允許在單個封裝內實現三相橋式電路(或者還為例如如上所述的二相橋式電路)。這可以例如通過使用公共源極技術(例如公共源極MOSFET前端技術)來實現。在一個實施例中，可以將公共源極技術用於在僅包括兩個管芯底座的單個封裝中實現多個半橋。這導致複雜性的降低，這可以允許與基於單元件封裝(例如單MOSFET封裝)或模塊的解決方案相比以降低的成本來提供用於電動機控制電路的解決方案。下面描述用於基於公共源極技術來實現管芯封裝201的示例。圖3示出根據實施例的管芯封裝300。管芯封裝300包括第一管芯結構301和第二管芯結構302 (在本示例中為第二管芯底座302)。
第一管芯結構301包括第一管芯底座310。第一管芯312被放置在第一管芯底座 310的頂部上。第二管芯結構302包括第二管芯底座311。第二管芯313被放置在第二管芯底座311的頂部上。第一管芯底座310和第二管芯底座311每個例如是引線框架的一部分。在一個實施例中，作為使用引線框架和管芯底座310、311的替換，還可以藉助於 「晶片嵌入」來實現管芯封裝，其中用以光刻方式圖案化的導電路徑來實現電連接和接點。在本實施例中，第一管芯結構301以公共漏極技術(例如NMOS技術)實現三個 MOSFET,並且第二管芯結構302以公共源極技術(例如PMOS技術)實現三個M0SFET。在另一實施例中，第一管芯結構301以公共源極技術(例如以PMOS技術)實現三個M0SFET，並且第二管芯結構302以公共漏極技術(例如以NMOS技術)實現三個M0SFET。第一管芯結構301的公共漏極端子303 (在圖3的視圖中位於第一管芯結構301 的底部處)對應於圖2中的公共漏極端子210且第二管芯結構302的公共源極端子304(在圖3的視圖中位於第二管芯結構302的底部處)對應於圖2中的公共源極端子212。第一管芯結構301的MOSEET的源極端子(對應於圖2中的單獨源極端子211)例如藉助於帶(ribbon)305或替換地用導線或夾子而被電連接到第二管芯結構302的MOSFET 的漏極端子(對應於圖2中的單獨漏極端子213)。可以藉助於例如焊接或膠合將第一管芯結構301的公共漏極端子303附著(管芯附著)於第一管芯結構301的引線框架。類似地，可以將第二管芯結構302的公共源極端子 304附著於第二管芯結構302的引線框架。第一管芯結構301的引線框架和第二管芯結構 302的引線框架在本實施例中是單獨的引線框架。例如，第一管芯結構301的引線框架和第二管芯結構302的引線框架在管芯封裝300內被電隔離。在本示例中，第一管芯結構301和第二管芯結構302的MOSFET的柵極端子被連接到管芯封裝300的高側控制輸入端子306和低側控制輸入端子307。可以例如使用接合引線、與源極區和漏極區隔離的掩埋互連路徑等將MOSFET的柵極端子連接到高側控制輸入端子306和低側控制輸入端子307。在本示例中可以用帶305將在圖2的管芯布置200中可以被連接到電動機203的各輸入端214、215、216的管芯封裝300的高側端子308和低側端子309連接到高側MOSFET (即第一管芯結構301 WMOSFET)的各源極端子和低側MOSFET (即第一管芯結構301的 M0SFET)的各漏極端子。可以將用於將高側端子308連接到高側MOSFET的源極端子且將低側端子連接到低側MOSFET的漏極端子的連接(例如金屬路徑)與用於將高側控制輸入端子 306與高側MOSFET的柵極端子相連接且將低側控制輸入端子307與低側MOSFET的柵極端子相連接的連接(例如金屬路徑)相互隔離和分離以便避免短路。這在管腳FMEA (故障模式影響分析)方面可能是有利的。在一個實施例中，管芯封裝300可以包括電流傳感器和/或溫度傳感器。下面參考圖4來解釋使用公共漏極技術來實現第一管芯結構301。圖4示出管芯結構400的橫截面。可以看到管芯結構300的橫截面對應於沿著軸A-A'的圖3的第一管芯結構301 的截面。管芯結構400包括對應於圖3的第一管芯結構301的MOSFET的三個MOSFET 410。每個MOSFET 410包括被氧化層408與半導體襯底絕緣的溝槽柵極407和源極端子411。管芯結構400包括MOSFET 410的公共漏極端子402。柵極407向下延伸通過ρ型層405至η 型層404中，該η型層404被設置在N+漏極區403之上。源極區409在襯底的上表面處毗鄰柵極407。當MOSFET 410之一被接通時，電流從MOSFET 410的源極端子411垂直地流入 MOSFET 410的源極區409中，向下通過與MOSFET 410的柵極407相鄰地形成的溝道區，跨越MOSFET 410的延伸的漏極區404和漏極區403，至MOSEFT 410的公共漏極電極402。下面參考圖5來解釋根據一個實施例使用公共源極技術來實現第二管芯結構 303。圖5示出管芯結構500的橫截面。可以看到管芯結構500的橫截面對應於沿著軸B-B'的圖3的第二管芯結構302 的截面。管芯結構500包括對應於圖3的第二管芯結構302的MOSFET的三個MOSFET 510。 管芯結構500包括具有第一表面501且具有與第一表面501相對的第二表面502的半導體主體。半導體主體可以包括任何適當的半導體材料，諸如矽(Si)、碳化矽(SIC)、砷化鎵 (GaAs)或氮化鎵(GaN)。對於每個MOSFET 510而言，半導體主體包括第一導電類型的漂移區513以及布置在漂移區513與第二表面502之間的源極區511和主體區512。源極區511是第一導電類型的且主體區512是第二導電類型的並被布置在源極區 511與漂移區513之間。漏極區514被布置在漂移區513與第一表面501之間。源極區511 和主體區512被比漂移區513更高度地摻雜，並且漏極區514被比漂移區513更高度地摻雜。漂移區513的摻雜濃度例如在IO15 cm_3和IO17 cm_3之間的範圍內，主體區512的摻雜濃度例如在IO16 cm_3和IO18 cm_3之間的範圍內，源極區511的摻雜濃度例如在IO19 cm_3和 IO21 cm_3之間的範圍內，並且漏極區514的摻雜濃度例如在IO19 cm_3和IO21 cm_3之間的範圍內。漏極區514是與漂移區13相同的導電類型，但是被更高度地摻雜。在本示例中，MOSFET 510是N溝道MOSFET。因此，漂移區513和源極區511被η 摻雜，而主體區512被ρ摻雜。在其中使用PMOS公共源極技術的一個實施例中，漂移區513和源極區511可以被 P摻雜，而主體區512可以被η摻雜。每個MOSFET 510還包括柵極電極515。柵極電極515被實現為溝槽電極，其被布置在從第一表面501延伸至半導體主體520中的溝槽中。柵極電極515被與主體區512相鄰地布置，並且沿著半導體主體500的垂直方向從漂移區513延伸通過主體區512至源極區 511。柵極電極515被柵極電介質516與主體區512和源極區511和漂移區513介電絕緣。柵極電極515可以包括任何適當的柵極電極材料，比如摻雜多晶半導體材料諸如多晶
矽或金屬。柵極電介質516可以包括任何適當的柵極電介質材料，比如氧化物諸如氧化矽 (SiO2)、氮化物或高k電介質。
MOSFET 510具有電接觸MOSFET 510的源極區511的公共源極端子Ml。源極端子541被布置在第二表面501下面，被柵極絕緣層531與柵極電極515電絕緣，並且可以被附著於管芯底座500的引線框架。對於每個MOSFET 510而言，被電連接到柵極電極515的柵極連接電極521延伸通過漂移區513和漏極區514至第一表面501，並被電介質層522與這些半導體區513、514介電絕緣。電介質層522可以由比如柵極電介質516的相同材料製成，但是還可以由不同的電介質材料製成。根據一個實施例，柵極連接電極521的電介質層522比柵極電介質516 厚，即柵極連接電極521與其周圍半導體區之間的距離大於柵極電極515與主體區512之間的距離。每個MOSFET 510包括電接觸漏極區514的漏極端子M2。可以將柵極電極515 電連接到柵極接觸電極(未示出)，其形成MOSFET 510的柵極端子，該柵極端子例如被布置在管芯結構50的第一表面501上，例如對應於低側控制輸入端子307之一。可以經由柵極連接電極521且例如經由垂直於圖5的橫截面的金屬路徑將柵極電極515電連接到柵極端子。下面參考圖6來解釋根據一個實施例的第二管芯結構303的另一實現。圖6示出管芯結構600的橫截面。可以看到圖6的橫截面是沿著圖3中的B-B'的橫截面，但是僅示出對應於一個 MOSFET的部分。可以類似地實現第二管芯結構303的其它M0SFET，並且可以連接源極端子， 例如通過將它們附著於公共引線框架來連接。管芯結構600包括具有柵極623 (包括例如多晶矽)的MOSFET以及使柵極623與底層半導體區絕緣的柵極絕緣層624。柵極絕緣層6M可以包括普通二氧化矽或另一適當的電介質絕緣材料。在一個實施例中，柵極623包括形成有矽化物頂層以減少柵極電阻的多晶矽。柵極623可以例如為約1微米長且絕緣層6M可以例如為約300-500埃厚。管芯結構600的MOSFET還包括源極區617和漏極區616。這兩個區616、617在本示例中都是用砷高度摻雜的(N+)，並且例如被形成至約0. 3微米的深度。延伸的漏極區 615與漏極區616相連接。為了實現約10-20V的擊穿電壓，可以例如將延伸的漏極區製造為約1. 0微米長且0. 3-0. 5微米厚。管芯結構600包括P型區614，其被示為形成在P型半導體(例如外延)層612中從而將延伸的漏極區615與源極區617分離。區614防止源極與漏極之間的穿通。P型區 614還控制電晶體的閾值電壓並防止寄生NPN雙極電晶體導通。舉例來說，可以通過注入硼雜質的擴散來形成P型區614。柵極623可以與N+源極區617和延伸的漏極區615略微重疊以在MOSFET的溝道區中提供連續導電。與區614的重疊還使得能夠實現器件的更高擊穿電壓。然而，對於操作而言並不要求層614、615之間的重疊。MOSFET的溝道區在一端處由N+源極區617來限定且在另一端處由N型延伸的漏極區615來限定。在區614和612的P型區614中沿著晶片表面形成電子的溝道，如果當通過向柵極施加足夠的電壓來使MOSFET導通時，不存在正好在柵極623下面的區614、615的重疊的話。例如使得柵極絕緣層624的厚度足夠大(例如300-500埃)以避免高柵極電容。可以在P+襯底611的頂部上形成外延層612。為了在器件結構中實現期望的擊穿電壓，層612中的電荷可以被平衡並針對高BVD (擊穿電壓)和低Rds(On)(導通電阻)進行優化。可以將外延層例如摻雜至約IO"5 cm_3濃度，並且可以將其製造為約3微米厚。可以將襯底區611高度摻雜以提供用於導通狀態下的電流的低電阻路徑。舉例來說，襯底611可以形成有約0.01-0. 003ohm cm的電阻率，具有約250微米的厚度。沿著管芯結構600的底部(例如在晶片底部處)形成源極電極622 (源極端子)並將其電連接到P+ 襯底611。以這種方式進行的管芯結構600的底表面的金屬化促進與封裝電極的將來連接， 例如附著於引線框架。在一個實施例中，頂部和底部金屬化層621、622分別包括每個為亞微米厚度的Ti、Ni和Ag的層。在另一實施例中，頂層621是鋁或鋁合金。可以將導電區618設置在晶片的頂表面處以使源極區617與P+區619電短路或連接。導電區618可以包括足以用於此目的的多種金屬、合金、摻雜半導體材料、矽化物等中的任何一種。例如可以由硼的擴散形成的區619從表面向下延伸至P+襯底611以提供 N+源極區617與源極電極622之間的低導電路徑。此連接促進沿著晶片的底表面到源極金屬化的高電流流動。覆蓋晶片的頂表面的是中間層電介質620，其可以包括二氧化矽。電介質620使柵極623與漏極金屬化層621電絕緣，該漏極金屬化層621覆蓋在電晶體之上的晶片的整個表面面積並接觸N+漏極區616 (除了柵極接點的小區之外)。在導通狀態下，向柵極623施加足夠的電壓(例如用垂直於圖6的圖片平面的金屬路徑進行連接)，使得沿著P主體區614的表面形成電子溝道。這提供用於電子電流從源極電極622、N+源極區617、通過在P主體區614中形成的溝道區、向下通過N型漂移區615、 通過N+漏極616並流入金屬漏極電極621中的路徑。在圖7中示出根據一個實施例的圖3的管芯封裝300的另一視圖。圖7示出根據實施例的管芯封裝700。在一個實施例中，管芯封裝700對應於圖3的管芯封裝300。可以將在圖7中給出的視圖視為圖3的管芯封裝300的底視圖。管芯封裝700包括與圖3的管芯封裝300的公共漏極端子303相對應的漏極端子 701和與圖3的管芯封裝300的公共源極端子304相對應的源極端子702。管芯封裝700 還包括與圖3的管芯封裝300的高側端子308相對應的高側端子703和與圖3的管芯封裝 300的低側端子309相對應的低側端子704。另外，管心封裝700包括與圖3的管芯封裝300的高側控制輸入端子306相對應的高側控制輸入端子705和與圖3的管芯封裝300的低側控制輸入端子307相對應的低側控制輸入端子706。應注意的是在本示例中，高側控制輸入端子705和低側控制輸入端子706被布置在管芯封裝700的兩側，而管芯封裝300的高側控制輸入端子306和低側控制輸入端子307 被布置在管芯封裝300的僅一側，如圖3所示。還可以關於圖3的管芯封裝300將高側控制輸入端子和低側控制輸入端子布置在管芯封裝的另一側。這在圖8中圖解。圖8示出根據實施例的管芯封裝800。
類似於圖3的管芯封裝300，管芯封裝800包括第一管芯結構801、第二管芯結構 802、公共漏極端子803、公共源極端子804、高側端子808和低側端子809。在本示例中，與圖3的管芯封裝300相比，高側控制輸入端子806和低側控制輸入端子807被布置在管芯封裝800的另一側。在一個實施例中，管芯封裝300包括允許監視管芯封裝300的MOSFET的溫度的溫度傳感器端子。這在圖9中圖解。圖9示出根據實施例的管芯封裝900。類似於圖3的管芯封裝300，管芯封裝900包括第一管芯結構901、第二管芯結構 902、公共漏極端子903、公共源極端子904、高側端子908、低側端子909、高側控制輸入端子 906和低側控制輸入端子907。另外，管芯封裝900包括高側溫度感測端子910和低側溫度感測端子911。管芯封裝900還可以包括多個高側溫度感測端子910和/或多個低側溫度感測端子911，例如分別用於管芯封裝900的每個MOSFET的一個高側溫度感測端子910或一個低側溫度感測端子911。經由溫度感測端子910、911，可以例如藉助於分別與高側或低側的MOSFET熱耦合的溫度傳感器來控制管芯封裝900的MOSFET的溫度。雖然圖3的管芯封裝300實現了三個半橋(例如用於控制三相電動機)，但是在一個實施例中提供了實現不同數目的半橋(例如兩個半橋，例如用於控制二相電動機)的管芯封裝。這在圖10中圖解。圖10示出根據實施例的管芯封裝1000。類似於圖3的管芯封裝300，管芯封裝1000包括第一管芯結構1001、第二管芯結構1002、公共漏極端子1003、公共源極端子1004、高側端子1008、低側端子1009、高側控制輸入端子1006和低側控制輸入端子1007。與圖3的管芯封裝300相反，管芯封裝1000僅實現兩個高側MOSFET和兩個低側 MOSFET0相應地，管芯封裝1000僅包括兩個高側端子1008、兩個低側端子1009、兩個高側控制輸入端子1006和兩個低側控制輸入端子1007。在圖11中圖解其中高側MOSFET是ρ溝道MOSFET的管芯封裝。圖11示出根據實施例的管芯封裝1100。類似於圖2所示的管芯封裝201，管芯封裝1100包括第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105、第三 MOSFET 1106、第四 MOSFET 1107、第五 MOSFET 1108 禾口第六 MOSFET
1109。與圖1所示的管芯封裝201相反，在本示例中第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105 和第三 MOSFET 1106 是 ρ 溝道 MOSFET。第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三MOSFET 1106包括公共源極端子
1110。第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三MOSFET 1106還包括單獨的漏極端子 1111。如在圖2所示的管芯封裝201中，第四MOSFET 1107、第五MOSFET 1108和第六 MOSFET 1109是N溝道MOSFET且包括公共源極端子1112。第四MOSFET 1107、第五MOSFET 1108和第六MOSFET 1109還包括單獨的漏極端子1113。第一 MOSFET 1104的漏極端子1111與第四MOSFET 1107的漏極端子1113相連接。第二 MOSFET 1105的漏極端子1111與第五MOSFET 1108的漏極端子1113相連接。第三MOSFET 1106的漏極端子1111與第六MOSFET 1109的漏極端子1113相連接。經由各柵極端子1120來控制MOSFET 1104至1109。可以例如如圖3所示的那樣實現管芯封裝1100，除了如下之外在高側，管芯底座303在這種情況下將實現第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三MOSFET 1106的公共源極端子，並且在第一管芯312的頂部，第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三 MOSFET 1106的漏極區在這種情況下將被帶305 (而不是源極區)接觸。雖然已參考特定實施例特別地示出並描述了本發明，但是本領域的技術人員應理解的是在不脫離由隨附權利要求定義的本發明的精神和範圍的情況下可以對其進行形式和細節方面的各種改變。因此，由隨附權利要求來指示本發明的範圍，並且因此意圖涵蓋在權利要求等價物的意義和範圍內的所有改變。
權利要求
1.一種管芯封裝，包括第一管芯結構，包括第一多個開關元件，其中每個開關元件具有受控電流輸入端子和受控電流輸出端子，並且第一多個開關元件的受控電流輸入端子被第一管芯結構的公共第一接觸區電耦合，並且其中第一多個開關元件的受控電流輸出端子被相互電絕緣；第二管芯結構，包括第二多個開關元件，其中每個開關元件具有受控電流輸入端子和受控電流輸出端子，並且第二多個開關元件的受控電流輸出端子被第二管芯結構的公共第二接觸區電耦合，並且其中第二多個開關元件的受控電流輸入端子被相互電絕緣；以及其中對於第一多個開關元件中的每一個而言，開關元件的受控電流輸出端子被與第二多個開關元件中的至少一個開關元件的受控電流輸入端子電耦合。
2.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件的開關元件數目等於第二多個開關元件的開關元件數目，並且針對第一多個開關元件中的每一個，開關元件的受控電流輸出端子被與第二多個開關元件中的正好一個開關元件的受控電流輸入端子電耦合。
3.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件的開關元件數目和第二多個開關元件的開關元件數目是兩個或三個。
4.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一管芯結構包括第一管芯底座、第一管芯和第一互連，並且第二管芯結構包括第二管芯底座、第二管芯和第二互連。
5.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是半導體開關元件。
6.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是功率半導體開關元件。
7.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應開關元件，其中對於每個開關元件而言，由場效應來控制開關元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動。
8.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的每個開關元件包括用於控制開關元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動的控制輸入端。
9.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應電晶體或IGBT。
10.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應電晶體且受控電流輸入端子是漏極端子。
11.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件是場效應電晶體且受控電流輸出端子是源極端子。
12.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個開關元件和第二多個開關元件中的開關元件被連接以形成橋式電路。
13.根據權利要求1所述的管芯封裝，還包括被連接到公共第一接觸區的輸入端子。
14.根據權利要求1所述的管芯封裝，還包括被連接到公共第二接觸區的輸出端子。
15.根據權利要求1所述的管芯封裝，還包括至少一個溫度感測電路和至少一個溫度感測端子用於輸出信號，該信號指示第一多個開關元件和第二多個開關元件中的至少一個開關元件的溫度。
16.根據權利要求1所述的管芯封裝，其中所述公共第一接觸區被與公共第二接觸區電隔離。
17.根據權利要求1所述的管芯封裝，還包括第一引線框架和第二引線框架，其中第一管芯結構被附著於第一引線框架且第二管芯結構被附著於第二引線框架。
18.根據權利要求17所述的管芯封裝，其中第一管芯結構藉助於公共第一接觸區附著於第一引線框架且第二管芯結構藉助於公共第二接觸區附著於第二引線框架。
19.根據權利要求17所述的管芯封裝，其中第一引線框架和第二引線框架在管芯封裝內被相互電隔離。
20.管芯布置，包括根據權利要求1所述的管芯封裝、電源和負載，其中公共第一接觸區被連接到電源，公共第二接觸區被連接到接地電位且第一多個開關元件的受控電流輸出端子被連接到負載。
21.根據權利要求20所述的管芯布置，其中所述負載是電動機。
全文摘要
根據一個實施例，提供了一種管芯封裝，其包括具有第一多個開關元件的第一管芯結構，其中第一多個開關元件的受控電流輸入端子被公共接觸區電耦合，並且其中第一多個開關元件的受控電流輸出端子被相互電絕緣；具有第二多個開關元件的第二管芯結構，其中第二多個開關元件的受控電流輸出端子被公共接觸區電耦合，並且其中第二多個開關元件的受控電流輸入端子被相互電絕緣；以及其中對於第一多個開關元件中的每一個而言，開關元件的輸出端子被與第二多個開關元件中的至少一個開關元件的輸入端子耦合。
文檔編號H02P27/06GK102569361SQ20111043489
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者A.梅澤, S.馬凱納 申請人:英飛凌科技股份有限公司