具有多个接触夹片的半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及半导体器件封装的技术，且特别是涉及使半导体芯片和部件嵌入密封剂中的技术。
【背景技术】
[0002]半导体器件制造商不断地努力增加其产品的性能，同时降低其制造成本。在半导体器件封装的制造中的成本密集领域是封装半导体芯片。因此，半导体器件封装和以低费用和高产量制造其的方法是期望的。特别是，功率半导体器件封装的性能依赖于由封装提供的热耗散能力。以低费用和提高的可靠性提供高热鲁棒性的功率器件的封装方法是期望的。
【附图说明】
[0003]附图被包括以提供实施例的进一步理解，并合并在本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出实施例并连同描述一起用来解释实施例的原理。其它实施例和实施例的很多预期优点将容易被认识到，因为它们通过参考下面的详细描述而变得更好理解。附图的元件不一定相对于彼此按比例。相同的参考数字指定对应的相同部分。
[0004]图1示意性示出包括由连接器保持在一起的两个半导体芯片和两个夹片的示例性半导体器件封装的横截面视图。
[0005]图2示意性示出包括由连接器保持在一起的两个半导体芯片和两个夹片的示例性半导体器件封装的顶视图。
[0006]图3示意性示出包括由连接器保持在一起的两个夹片的示例性多夹片连接元件的顶视图。
[0007]图4示意性示出包括由连接器保持在一起的两个夹片的示例性多夹片连接元件的横截面视图。
[0008]图5示意性示出包括由连接器保持在一起的两个半导体芯片和两个夹片的示例性热沉设计半导体器件封装的横截面视图。
[0009]图6示意性示出包括由连接器保持在一起的两个半导体芯片和两个夹片的示例性热沉设计半导体器件封装的横截面视图。
[0010]图7示意性示出包括由连接器保持在一起的两个半导体芯片和两个夹片的示例性热沉设计半导体器件封装的横截面视图。
[0011]图8A和SB分别示意性示出示例性热沉设计多夹片连接元件的一部分和示例性热沉设计半导体器件封装的密封剂的一部分的透视图。
[0012]图9A和9B分别示意性示出在没有和有所涂敷的密封剂的情况下的示例性热沉设计半导体器件封装的顶视图。
[0013]图10AU0B和1C分别示意性示出包括由连接器保持在一起的两个夹片的示例性多夹片连接元件、两个夹片和连接器的示例性截面图。
[0014]图11示意性示出包括两个半导体芯片和由连接器保持在一起的两个夹片的示例性半导体器件封装的顶视图。
[0015]图12示出示例性半桥半导体器件封装的基本电路图。
[0016]图13A、13B和13C分别示意性示出包括两个夹片和一个连接器、三个夹片和两个连接器、以及四个夹片和三个连接器的示例性多夹片连接元件的顶视图，其中夹片由一个或多个连接器保持在一起。
[0017]图14是制造包括两个半导体芯片和由连接器保持在一起的两个夹片的半导体器件封装的示例性过程的流程图。
【具体实施方式】
[0018]在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，且在所述附图中作为例证示出其中本发明可被实践的特定实施例。在这个方面中，关于正被描述的一个或多个图的方位使用方向术语，例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“上部”、“下部”等。因为实施例的部件可被定位于多个不同的方位中，方向术语用于说明的目的，且决不是限制性的。应理解，可利用其它实施例，且可做出结构或逻辑改变，而不脱离本发明的范围。下面的详细描述因此不在限制性的意义上被理解，且本发明的范围由所附权利要求限定。
[0019]应理解，本文描述的各种示例性实施例的特征可与彼此组合，除非另有特别说明。
[0020]如在本说明书中使用的，术语“接合”、“附着”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/电耦合”并不打算意指元件或层必须直接接触在一起；中间元件或层可分别被提供在“接合”、“附着”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/电耦合”的元件之间。然而，根据本公开，上面提到的术语可以可选地也有元件或层直接接触在一起的特定意义，即，没有中间元件或层分别被提供在“接合”、“附着”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/电耦合”的元件之间。
[0021]此外，关于在表面“之上”形成的或位于表面“之上”的部分、元件或材料层使用的词“在…之上”可在本文用于意指部分、元件或材料层“直接在”暗指的表面上被定位(例如放置、形成、沉积等)，例如与暗指的表面直接接触。关于在表面“之上”形成的或位于表面“之上”的部分、元件或材料层使用的词“在…之上”可在本文用于意指部分、元件或材料层“间接在”暗指的表面上被定位(例如放置、形成、沉积等)，其中一个或多个附加的部分、元件或层被布置在暗指的表面和该部分、元件或材料层之间。
[0022]在本文尤其描述了包含两个或更多的半导体芯片的器件。特别是，可涉及一个或多个功率半导体芯片。一个或多个功率半导体芯片可例如具有垂直结构，也就是说，一个或多个半导体芯片可被以这样的方式制造，使得电流可在垂直于一个或多个半导体芯片的主表面的方向上流动。具有垂直结构的半导体芯片具有在其两个主要表面上，即，在其顶侧面和底侧面上的电极。
[0023]半导体芯片可由特定的半导体材料(例如S1、SiC, SiGe, GaAs, GaN等)制造，并进一步可包含不是半导体的无机和/或有机材料。半导体芯片可具有不同的类型，并可通过不同的技术来制造。
[0024]本文描述的半导体器件可包括一个或多个逻辑集成电路以控制一个或多个功率半导体芯片。逻辑集成电路可包括一个或多个驱动器电路以驱动功率半导体芯片中的一个或多个。逻辑集成电路可以例如是微控制器，其包括例如存储器电路、电平移位器等。
[0025]半导体芯片可具有允许产生与包括在半导体芯片中的集成电路的电接触的电极(芯片焊盘)。电极可包括施加到半导体芯片的半导体材料的一个或多个金属层。金属层可被制造有任何期望的几何形状和任何期望的材料成分。金属层可以例如是以覆盖区域的层或连接盘的形式的。作为示例，能够形成焊接接缝或扩散焊接接缝的任何期望的金属(例如Cu、N1、NiSn、Au、Ag、Pt、Pd、In、Sn和这些金属中的一个或多个的合金)可用作材料。金属层不需要是同质的或由仅仅一种材料制造，即，在金属层中包含的材料的各种成分和浓度是可能的。
[0026]垂直功率半导体芯片可以例如被配置为功率MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT (绝缘栅双极晶体管)、JFEF (结栅极场效应晶体管)、功率双极晶体管或功率二极管。作为示例，功率MOSFET的源极接触电极和栅极接触电极可位于一个主表面上，而功率MOSFET的漏极接触电极可被布置在另一主表面上。在功率二极管的情况下，阳极接触电极可位于一个主表面上，而功率二极管的阴极接触电极可被布置在另一主表面上。
[0027]在器件载体之上安装一个或多个半导体功率芯片。在一个实施例中，器件载体可包括多个金属板，诸如例如管芯焊盘和/或例如引线框的端子焊盘。金属板可用作芯片载体，例如芯片焊盘。金属板可由任何金属或金属合金(例如铜或铜合金)制成。作为示例，这样的器件载体可以是所谓的TSLP (薄小无引线封装)载体。在其它实施例中，器件载体可包括被覆盖有结构金属层的塑料的层。作为示例，这样的芯片载体可以是单层PCB或多层PCB。PCB可具有至少一个绝缘层和附着到绝缘层的结构金属箔层。绝缘层可包括环氧树脂、聚四氟乙烯、芳族聚酰胺纤维或碳纤维或在环氧树脂、聚四氟乙烯、芳族聚酰胺纤维或碳纤维的基础上被制成，并可包括诸如纤维垫的加强装置，例如玻璃或碳纤维。在其它实施例中，器件载体可包括被覆盖有结构金属层的陶瓷的板，例如金属接合的陶瓷衬底。作为示例，器件载体可以是DCB (直接铜接合的)陶瓷衬底。
[0028]多芯片连接元件被提供在半导体器件封装中。多芯片连接元件包括接合到第一半导体芯片的第一电极(例如负载电极)的第一接触夹片和接合到第二半导体芯片的第一电极(例如负载电极)的第二接触夹片。多夹片连接元件还包括配置成将第一接触夹片和第二接触夹片保持在一起的绝缘连接器。以这种方式，多夹片连接元件是一个容易管理的单个零件。
[0029]两个或更多的半导体芯片和例如多夹片连接元件可至少部分地被围绕或嵌入在至少一个电绝缘材料中。电绝缘材料形成密封剂。密封材料可以是电绝缘材料，并可包括或是热固性材料或热塑性材料。热固性材料可以例如在环氧树脂、硅树脂或丙烯酸树脂的基础上被制成。热塑性材料可例如包括选自聚醚酰亚胺(PEI )、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的组的一种或更多的材料。热塑性材料在模塑或层压期间通过压力和热的施加来熔化并(可逆地)在冷却和压力释放时硬化。
[0030]密封材料可包括或是聚合物材料，例如硬质塑料聚合物材料。密封材料可包括或是填充或未填充模塑材料、填充或未填充热塑性材料、填充或未填充热固性材料、填充或未填充层压材料、纤维加强的层压材料、纤维加强的聚合物层压材料和具有填料微粒的纤维加强的聚合物层压材料中的至少一个。
[0031]密封材料可通过例如模塑或层压被涂敷在两个或更多的半导体芯片和例如多夹片连接元件之上。
[0032]在第一种情况中，S卩，如果密封材料是模塑材料，各种技术(诸如例如压缩模塑、注入模塑、粉末模塑或液体