专利名称：高温、高压SiC无空隙电子封装的制作方法
技术领域：
本申请通常涉及电子封装，以及特别涉及高温、高压SiC半导体电子封装。
背景技术：
至少大多数电子供应商利用转移模塑来封装似门的器件。首先，因为##
模塑对于电子器件明显地具有较少的坏处。转移模塑工艺不会带走(sweep) 引线(剥掉连翻夺被封^L件的引线)。相对地，注才莫^^建立用于器^Nt装的 极其严格的环境。;封莫工艺在极其高的速度和压力下在材^i7^期空的位置注 入非导电材料。典型但并非总是如此，注模(工艺)在模塑时会带走(swe印) 引线(从芯片剥离该引线)。在典型的电子封装中，当器件的功率循环她时， 该^t常是由于引线键合脱离了管芯或小片而引起的。
发明内容
本发明实现了被设计为封装用于硅碳化物芯片的硅碳化物分离元件的电 子封装的技术 性。本发明的一个实施例适合于允许数千个功率循环和/或 ^-55。C到300。C的温JL循环。由于使得芯片散热的高热导性以及高温模塑 材料的^JU，本发明i^:许300。C处的连续工作。可设计该电子封^^封装 中叙内多个互连芯片。内部电介质能够耐受例如1200V,以及可能高至20000 伏特的高压。另夕卜，通过消除引线键合，该封装被设计为具有低开关电感以及 高电涌能力。通过消除引线键合，该电子封装可以耐受;封莫。
图l为才M^本发明的示例性实施例的陶變:衬底的底^见图2为才娥本发明的示例性实施例的陶覺衬底的顶视图3为才N^本发明的示例性实施例的连^h—引脚的刻蚀图4为才N^本发明的示例性实施例的^lM莫塑之前的SiC电子装置的顶部，见
察的顶视图；以及
图5为才緣本发明的示例性实施例的高温、高压SiC无空隙电子封装的截面图。
M实施方式
本发明涉及与功率循环相关的高温，典型地为-55'C到30(TC。在该装置中 去除脆弱的引线键合，与#^多模塑相对的，使得;封莫可以用于封装器件。通过 利用注才莫，可以使用高温^it胺模塑^^材料。目前，fJfclE胺模塑^^ 物材料不适合用作##模塑的材料，而仅^it用于^^^料。有利地，去除引 线键合剮氐了电感，以及由jt谈高了开关响应时间并增加了电涌能力。引线键 合的去除同#^4了功率循环能力的提高，因此使得该器件能够比引线键合器 件具有更多次地热循环或功率循环。具有大占用区的与钎焊完全热匹配的材料 提供了更好的热膨胀匹配以絲立絲的^坚固的键合。
如图1，所示的100为才娥本发明的示例性实施例的陶资:村底的庙视图。 陶變:衬底102具有金属化(部分)104，其覆盖陶乾衬底102背面的大部分区 域。
现在如图2，所示的200为才 本发明的示例性实施例的陶變:衬底的顶视 图。陶覺衬底102具有金属化(部分)202，在那里电子元件将与陶资衬底102 相接触。在一个示例性实施例中，利用钼-锰，高i^^熔金属化将陶资衬底102 金属化。在第二示例性实施例中，利用镍-硼，高温难熔金属化将陶覺衬底102 金属化。在第三示例性实施例中，利用虔J-^^镍，高温难炫金属化将陶资衬 底102金属化。在第四示例性实施例中，源金属化材料在真空中被气化，使得 金属蒸a^立子朝着陶乾衬底传播，在该位置上冷凝'ltt固态，由处Jr属化陶瓷 村底102.#如图3,所示的300为才M居本发明的示例性实施例的连^f牛一引脚的 刻蚀图。利用高导电材^^成连餅刻條302，利用适于提供两元件之间的 电im的连^j牛进行刻蚀。将连M刻,302奸焊至每个管芯引脚，由此不 需要引线键合。将连M刻他敗302 4f辟在管芯上^，切除所有的连，tie bars)并去I^^接件刻他敗302的非连M部分，留下完整的电路。在一个示 例性实施例中，连接刻,302由铜制成。在第二示例性实施例中，连^4牛刻 W^302是一种与SiC管芯膨胀系数匹配的材料(例如鴒)。因此，消除了与 SiC管芯的热失配。
现在如图4，所示的400为才Mt本发明的示例性实施例的^f莫塑之前的SiC 电子装置的顶视图。电子装置400包括热沉402、陶乾衬底404、管芯406、 刻蚀i^接件408以;^导电焊垫410。
热沉402是一种基于钼或铜-钼的低热膨胀金属。热沉402通过带走管芯 406的热量以提供额外的散热。在一个示例性实施例中，热沉402具有配置在 围绕其外*的半-边锁定机构；然而，可以利用任意适宜的锁定机构。陶瓷 衬底404的顶部和底部均被金属化。管芯406为SiC管芯。在一个示例性实施 例中，管芯为二极管。在第二示例性实施例中，管芯406具有多个阴极和阳极 (晶体管)。刻蚀连4^f牛408由高导电材彬'J成，如铜。导电焊垫410由低热
膨^hH^，J成，如钼。
为了制it^置400,将热沉402钎焊在陶资:衬底404的底面上。在陶资衬 底404的顶部的金属化部分上面配置三个导电焊垫410。在一个示例性实施例 中，在陶變:衬底404上面配置一个导电焊垫410。在第二个示例性实施例中， 在陶资衬底404上面配置多个导电焊垫410。两个高温硅碳化物管芯406被钎 焊在陶资衬底404的顶部的金属化部分上面。在每个导电焊垫410上配置钼或 铜-钼的低热膨胀的引脚。在每^f氐热膨胀引脚上配置刻蚀连^f^板，M有 刻蚀的连^f牛408。此时，在各自的导电焊垫410上钎焊^f艮引线。
典型地，分阶IS^制作装置400。在高于500'C的温度下利用高温钎焊将 所有的阶敬〗i^bNl连。利用3个阶W^/ii^置400，但是在某些情况下也可 以缩短到2个阶段。阶段l,将热沉402幹焊到陶资衬底404以允许电连通。 同时，将管芯406和导电焊垫410钎焊到陶乾衬底404。然后，##^胀引脚 斧焊到管芯406和导电焊垫410的上面。最后，将刻蚀连#^408钎焊到^^J
7胀引脚上，完成阶段l。
阶段2，利用相同或更^^点的扦焊将引线钎焊到导电焊垫410。其后， 切掉引勤匡以形成互连电路，完成阶段2。在一个示例性实施例中，在模塑之 前将^*^层附加到元件上，以提供附加的绝缘功能。在第二示例性实施例中， 利用火焰喷射玻璃或陶资材料到装置400上来附加绝缘体。如果不能使用有机 材料，则该绝缘体必须高于300。C。
阶段3，将装置400插M'J^7^^中并^A模塑4^^来形成封装。然 后，如果必须形成引线，则将在&^^进行引线的形成，完成了阶段3。在 一个示例性实施例中，分两个阶絲制作装置400:"—次"完成所有的钎焊， 以及然后对装置400 ;^^莫。
^L^参考图5，所示的500为才M居;^发明的示例性实施例的高温、高压SiC 无空隙电子封装的截面图。横截面500沿图4中的线5-5得到。高温注才勤^ 物502封装了热沉504、陶覺村底506、导电焊垫508、 SiC管芯510以及引线 512的第一端。在一个示例性实施例中，高温注才勤^^物502为f^b亚胺，如 为Aurum ，由E.I du Pont de Nemours & Co. of Wilmington, Delaware所生产。 该f^胺作为管芯上的介电层，保护该管芯a放电以及提高高压容忍度。
当将电子元件装酉e^，将该装J^到;^tto面，^^^莫的空隙里;;认 高温;^勤^4勿502,提供无空隙高温绝缘电子封装。通iitW"f段，利用标 准工业方法，可以提供该器件以准^^Jij电子电路中，或者可以利用电阻焊 樹夺该器斧焊接至电路。还可以^^J才;i^"巻压(crimping)"。可以利用4威 螺农或糊夸该器件安紅电路板。围绕热沉的周围配置半-i^彖锁定才禍， 以使得f^胺粘结到该装置，但是也可以利用任<可合适的连附方法。
在一个示例性实施例中，多个管芯可以聚集为一条，例如8芯片或10芯 片模块。在第二示例性实施例中，在单^#装中多个装置被互连。在第三示例 性实施例中，该封装具有一个引脚。在第四示例性实施例中，该封装具有多个 引脚。在第四示例性实施例中，该封影菱宜耐受高电涌、高电流。如M钎焊 ^由于一个共用的导^f匡而导致将所有的引^I^M^在^^，那么修整该导 賴队而不^i^该封装。
本发明获得了技术优势，首先由于，其它解决方案不f^3Ut之前i^f亍超 过数百个循环的温度循环。而且，其它的器件包括引线键*为其构造的4分，这^jh了^^莫。她的设计是一种"空脍，型封装，而不狄空隙型。
本发明实现了进一步的技术优势，因为允许30(TC的连续工作，能用于 高压器件(高至13kV)，表面贴装设计，与标准高容量制造实賴目兼容， 了可^^莫的高温材料，例如^b亚胺，>325°。的高温管芯连附，没有内部引 线键合(提高可靠性，斷氐寄生效应)，可以配置有用于如 结构的应用的 多个芯片，提供用于高压、高频应用(剮氐电晕问题)的无空隙模塑结构，非 常低的热阻使其更容易去除管芯的热量，以及热膨胀系数相匹配的材料允许恶 劣环境应用下的才及端温;l循环。
虽然本发明中描述了特定的M实施例，但是对于^M页域技^员来i^ 理解本发明应用基础上的许多变形以及修 i^F是显而易见的。因jt逸于现有技 术的/^可能广泛的理解，所附权利要求意旨包括了所有的这些变形以及修改。
权利要求
1、一种高温、高压SiC无空隙电子封装，包括适于提供功率开关的管芯；适于电绝缘该管芯的陶瓷衬底；至少一个配置在该衬底上的电子元件；适于提供到该电子封装中的电子元件的电连通的刻蚀连接件，由此允许该电子封装被注模；适于提供该刻蚀连接件和该电子封装的引线的电连通的导电焊垫；以及高温注模化合物，其封装该电子元件和该刻蚀连接件并形成无空隙电子封装，以及提供多个功率循环，和/或多个温度循环。
2、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中高温注才莫
3、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，还包括电M 至该刻蚀连掩降的引线。
4、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该温度循 环在-55。C到300。C之间。
5、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该陶资衬 級金属化。
6、 如权利要求4所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该电子封 装能够被用于高至13kV的高压器件。
7、 如权利^"求1所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该电子封 装能够在高至300°C的温度下连续工作。
8、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该电子封 装能够被用于高至13kV的高压器件。
9、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该电子封 装具有表面贴装设计。
10、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中利用刮"焊 将该电子封装的电子元件连接到该刻蚀连掩f牛。
11、 如权利要求8所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该钎焊在 高于325aC的温度下完成。
12、 如权利要求l所述的高温、高压SiC无空隙电子封装，其中该刻蚀连 4^f牛材料与该管芯的膨胀系数相匹配。
13、 一种高电涌、高电流SiC无空隙电子封装，包括适于提供功率开关的管芯； 适于电绝缘该管芯的陶资衬底；适于提供该电子封装中各电子元件之间的电连通的刻蚀连4^f牛，由此允许 该电子封装被^^莫；适于提供该刻蚀连^f牛和该电子封装的引线之间的电i^t的导电焊垫；以及适于封装该电子封装中的电子元件，并且提供多个电涌循环，和/或多个 电流循环的高温注才勤^物。
14、 如权利要求13所述的高电涌、高电流SiC无空隙电子封装，其中利 用钎焊连接该电子封装的电子元件。
15、 如权利要求13所述的高电涌、高电流SiC无空隙电子封装，其中该 钎焊在高于325°C的温度下完成。
16、 一种制造高温、高电压SiC无空隙电子封装的方法，包紛。下步骤 实施第一阶段，包括步骤将热沉钎焊到陶覺衬底； 将管芯和导电坪垫钎焊到该陶资衬底上；^f氐热膨胀引Wf焊到该管芯和该导电焊垫上；以及 将刻蚀连>^##焊到>[ 胀引脚上；以及 实施第二阶段，包括利用相同或更^^溶点的4f焊将引對匡钎焊到该导电焊垫；以及 切隔该引^f匡以形成互连电路；以及 实施第三阶段，包括 将至少一个电子元件;^ii^f缺中；以及 注入模塑^^物来封装该陶乾衬底、该刻蚀连掩f牛、以;sj玄电子元件 以形成无空隙封装。
17、 如权利要求16所述的方法，还包括4^莫塑之前向该电子元件添加绝 絲层。
18、 如权利要求16所述的方法，其中利用火焰喷射玻璃或陶资材料到该 电子元件上来附加该绝^^层。
19、 如权利要求16所述的方法，其中第一阶段和第二阶段錯为一个阶段。
20、 如权利要求16所述的方法，其中该模塑^m^7为fJlbil2胺。
全文摘要
一种被设计为封装用于硅碳化物芯片的硅碳化物分离元件的电子封装。该电子封装允许数千个功率循环和/或介于-550℃到3000℃的温度循环。由于使得从芯片散热的高热导性，本发明还容许3000℃处的连续工作。可设计该电子封装来在封装中容纳多个互连芯片。内部电介质能够耐受例如1200V，以及可能高至20000伏特的高压。另外，通过消除引线键合，该封装被设计为具有低开关电感以及高电涌能力。通过消除引线键合，该电子封装可以耐受注模。
文档编号H01L23/433GK101542723SQ200780044199
公开日2009年9月23日 申请日期2007年10月9日 优先权日2006年10月6日
发明者S·G·凯利, T·奥特莱 申请人:美高森美公司