具有集成铁氧体材料的半导体封装和模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及半导体封装和模块，尤其涉及高开关频率的半导体封装和模块。
【背景技术】
[0002]操作在例如在50MHz到1GHz或甚至更高的范围内的高开关频率并且在例如在毫欧姆到欧姆的范围内的低栅极电阻的诸如功率M0SFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT (绝缘栅双极型晶体管)的功率器件经历在器件的输出电流中，例如在功率M0SFET的漏极电流或IGBT的集电极电流中的严重振荡。在输出电流中的这种严重振荡如果不加以抑制则导致高开关损耗以及对器件和对应的续流二极管的毁坏。
【发明内容】
[0003]根据半导体封装的实施例，所述半导体封装包括引线框架，所述引线框架包括管芯座和包含与所述管芯座分隔开的栅极引线的多条引线。所述半导体封装还包括:半导体管芯，附连到所述管芯座并且具有包含栅极焊盘的多个焊盘；多个电导体，将所述焊盘连接到所述引线；封装体，包住所述半导体管芯和所述引线的部分使得所述引线的部分不被所述封装体覆盖；以及铁氧体材料，被嵌入在所述封装体中并包围将所述栅极焊盘连接到所述栅极引线的所述电导体的部分。
[0004]根据制造半导体封装的方法的实施例，所述方法包括:提供引线框架，所述引线框架包括管芯座和包含与所述管芯座分隔开的栅极引线的多条引线；将半导体管芯附连到所述管芯座，所述半导体管芯具有包含栅极焊盘的多个焊盘；经由多个电导体将所述焊盘连接到所述引线；将所述半导体管芯和所述引线的部分包住在封装体中使得所述引线的部分不被所述封装体覆盖；以及将铁氧体材料嵌入在所述封装体中使得所述铁氧体材料包围将所述栅极焊盘连接到所述栅极引线的所述电导体的部分。
[0005]根据半导体模块的实施例，所述半导体模块包括:功率半导体管芯，附连到衬底并且具有包含栅极焊盘的多个焊盘；以及逻辑半导体管芯，附连到与所述功率半导体管芯相同或不同的衬底并且能操作用于驱动所述功率半导体管芯的所述栅极焊盘。所述半导体模块还包括:电导体，将所述功率半导体管芯的所述栅极焊盘连接到所述逻辑半导体管芯；壳体，容纳所述半导体管芯和将所述功率半导体管芯的所述栅极焊盘连接到所述逻辑半导体管芯的所述电导体；以及铁氧体材料，被容纳在所述壳体中并包围将所述功率半导体管芯的所述栅极焊盘连接到所述逻辑半导体管芯的所述电导体的部分。
[0006]本领域技术人员在阅读下面【具体实施方式】后并查看附图后将意识到额外的特征和优点。
【附图说明】
[0007]附图的元件不一定是相对于彼此成比例的。类似的附图标记指代对应的相似部件。各个图示的实施例的特征能够被组合，除非它们彼此排斥。在附图中描绘了实施例并且在后面的描述中详述了实施例。
[0008]包括图1A到图1E的图1图示了制造具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的方法的实施例。
[0009]图2图示了在封装之前的具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的实施例的自上而下的平面图。
[0010]图3图示了在封装之前的具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的实施例的自上而下的平面图。
[0011]图4图示了在封装之前的具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的实施例的自上而下的平面图。
[0012]包括图5A到图5C的图5图示了用于集成在半导体封装或模块中的基于铁氧体的栅极电导体的实施例。
[0013]包括图6A到图6E的图6图示了制造具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的方法的实施例。
[0014]包括图7A到图7E的图7图示了制造具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的方法的实施例。
[0015]图8图示了在封装之前的具有集成铁氧体材料的模制半导体封装的实施例的自上而下的平面图。
[0016]图9图示了具有集成铁氧体材料的半导体模块的实施例的透视图。
[0017]图10图示了在壳体被提供之前的具有集成铁氧体材料的半导体模块的实施例的自上而下的平面图。
[0018]图11图示了具有集成铁氧体材料的半导体模块的实施例的截面图。
[0019]图12图示了具有集成铁氧体材料的半导体模块的实施例的截面图。
[0020]图13图示了铁氧体材料对于频率的阻抗响应。
[0021]图14图不了具有图3中不出的阻抗响应的铁氧体材料的等效电路。
【具体实施方式】
[0022]本文中描述的实施例将铁氧体材料集成到操作在例如在50MHz到1GHz或甚至更高的范围内的高开关频率并且在例如在毫欧姆到欧姆的范围内的低栅极电阻的半导体封装和模块中。在模制半导体封装的情况下，铁氧体材料被嵌入在包住封装的组件的封装体中。如本文中使用的术语‘包住’意指覆盖或围起在箱中或好像在箱中。在半导体模块的情况下，铁氧体材料被容纳在包含模块的组件的壳体中。如本文中使用的术语‘壳体’是指覆盖或保护的物品，诸如例如箱或包围物或诸如模具化合物的封装体。在每种情况下，铁氧体材料包围连接到包含在封装或模块中的每个功率半导体管芯的栅极焊盘的电导体的至少部分。通过以铁氧体材料来包围栅极导体的至少部分，在每个功率器件的输出电流中的振荡被抑制并且开关损耗被减少。
[0023]包括图1A到图1E的图1图示了在封装管芯的阶段期间的半导体管芯100。半导体管芯100包括诸如功率M0SFET或IGBT的功率半导体晶体管。
[0024]在图1A中，管芯100的底侧例如经由焊接或其他管芯附连材料被附连到引线框架的管芯座102。引线框架是压印、蚀刻或以其他方式图案化的金属框架，通常通过焊线连接到管芯的结合焊盘并且提供针对封装的电气器件的外部电连接。管芯座102是半导体管芯100被附连到的引线框架的部分。取决于半导体管芯100的类型，管芯100能够被胶粘或焊接到引线框架管芯座102。例如在垂直晶体管的情况下，管芯100的底侧能够包括焊接到管芯座102的输出焊盘。输出焊盘提供例如到功率MOSFET的漏极端子或IGBT的集电极端子的针对包含在管芯100中的晶体管的输出端子的电接触的外部点。如果在管芯后侧处不需要电连接，则管芯100能够被胶粘到管芯座102以提供到管芯100的后侧的热连接。
[0025]管芯100的顶侧包括针对管芯100的参考焊盘106和栅极焊盘104。栅极焊盘104提供针对包含在管芯100中的晶体管的栅极端子的电接触的外部点，并且参考焊盘106提供针对晶体管的参考端子(例如，功率MOSFET的源极端子或IGBT的发射极端子)的电接触的外部点。备选地，参考焊盘106和/或栅极焊盘104能够被设置在管芯100的底侧处，并且输出焊盘(在图1中看不见)能够被设置在管芯100的顶侧处。在另外的其他实施例中，例如，在侧向晶体管管芯的情况下，所有焊盘能够被设置在管芯100的顶侧处。
[0026]在图1B中，铁氧体材料108以环的形式被设置在半导体管芯100的栅极焊盘104上。在一个实施例中，铁氧体材料108是具有中空(开的)中心的铁氧体芯。铁氧体芯是通过将例如氧化铁(Fe203)与诸如锰、锌、镍和/或镁之类的一种或多种金属的氧化物或碳酸盐混合制成的致密、均匀陶瓷结构。铁氧体芯通过按压并将铁氧体窑烧到例如1300°C然后通过任选的机器加工来形成。铁氧体与其他类型的磁性材料相比具有高电阻率和在宽频率范围内的低涡流电流损耗。这些特性连同高磁导率一起使铁氧体材料非常适合用于在诸如高频率变压器、宽带变压器、可调节电感器和从ΙΟΚΗζ到50 MHz或更高的范围的其他高频率电路的应用中使用。铁氧体材料108的厚度和其他尺寸取决于要被抑制的噪声/振荡/EMI (电磁干扰)的量。照此，铁氧体材料108的最佳厚度和其他尺寸取决于针对其来设计封装的应用的特定类型。由铁氧体材料108提供的抑制的噪声/振荡/EMI的量还取决于铁氧体材料成分。例如，MnZn铁氧体材料具有高磁导率并且NiZn铁氧体具有低磁导率。锰锌铁氧体通常用于其中操作频率小于5 MHz的应用中。镍锌铁氧体具有更高的电阻率并且通常以从2 MHz到几百MHz的频率使用。对于共模电感器，MnZn材料的阻抗使其更好选择高达70 MHz并且NiZn使其更好选择从70 MHz到几百GHz。
[0027]在铁氧体芯的情况下，铁氧体材料108能够例如经由环氧树脂被胶粘到栅极焊盘104。备选地，铁氧