专利名称：双向、反向阻断电池开关的制作方法
技术领域：
背景技术：
电池寿命及电池尺寸为电池供电装置的两个重要特征。每一次电池充电的目标是 实施以下"工作"以对内务工作及安全电路最小的损失实施增值的供电功能及特征。
当潜在有害或危险的情况出现时，可能需要将电池断开。为在不减少电池能量的 情况下断开电池，电池断开开关通常与电池串联定位。
图1显示常规反向阻断电池开关100的简化示意图，反向阻断电池开关100由两 个N沟道Mosfet 108及109 (显示在图2中)组成。所述N沟道Mosfet包括源极输 入101及106,及栅极输入102及105。
所述N沟道Mosfet还包括各自的漏极103及104，其由跨接线107连接。可利 用固有地阻断沿一个方向流动的电流的本征体二极管将图1的开关的两个Mosfet连 接到"共用漏极"配置中。可使用替代配置，且可增加其它电路以保护所述各种晶体 管输入免受静态损害或使栅极输入102及105电平位移。
图2显示图1的常规双Mosfet、双向开关配置的机械构造的透视图。在所述单个 封装解决方案中，通过将两个标准Mosfet 108及109电路小片附接到共用铜电路小片 垫107来连接共用漏极103及104。栅极102及105形成在所述封装的纵向端上。所 述配置通过垂直导通Mosfet 108及109的背侧实现了用于散热的直接热路径及漏极 103与104之间的低电阻连接两者。
图3显示图1-2的常规双向开关的单片实施方案的简化透视图。所述配置使用在 电路小片垫307上邻近构建且彼此接合的两个Mosfet。所述Mosfet通常从正常晶圆 片布局上的两个邻近电路小片301及304构建而成,使得所述两个电路小片301及304 通常并排，且所述栅极输入302及305位于所述封装的相同端上。虽然构造相对容易， 但图3的配置不适合具有制造商通常所需的纵横比的电路小片封装。
图4显示2x5mm双扁平无引脚(DFN)封装400中的双向开关。所述版本的双向 开关尝试将电路小片安装到优选的封装占用面积中。由于封装400的纵横比为 2x5mm，因此端对端地附接所述两个Mosfet。
然而，所述配置致使内部漏极连接电阻相对于所述垂直导通Mosfet而较高。为 使串联漏极电阻可容忍，将所述电路小片的背面电路小片附接到铜电路小片垫。所述 配置通过将铜片(所述电路小片垫)与两个体漏极电阻并联地放置而允许较低的电阻。所述电路小片垫还用作到外部连接器的共用漏极连接。
虽然以上配置有效，但所属技术中需要具有改善特征的开关。
发明内容
本发明的实施例涉及用于双向和反向阻断电池开关的改良型电路小片布局。根据 一个实施例，两个开关在电路小片封装中并排(不同于端对端)地定向。所述配置减 小既定电路小片面积的总开关电阻，从而经常减小足以避免使用背部金属的电阻以满 足电阻规格。背部金属的去除降低了所述电路小片封装的总成本，且消除了与背部金 属的制造相关联的潜在失败模式。本发明的实施例还允许更多的插脚连接及增加的插 脚间距。此允许形成用于较高电流连接的冗余连接，从而减小电阻及热阻，且使所述 电路小片封装的制it/实施成本降到最低。
根据本发明的半导体装置的实施例包含两个通过共用漏极电连通的垂直Mosfet 晶体管。形成在所述Mosfet晶体管的每一者的顶表面上的多个触点与多个插脚电连 通。利用封装本体囊封所述两个Mosfet晶体管及所述多个插脚的一部分。所述封装 本体具有第一轴及长于所述第一轴的第二轴，其中所述两个Mosfet晶体管的触点沿
所述第二轴的相对侧定向。
有共用漏极连接及位于每一晶体管的顶表面上的多个触点的垂直Mosfet晶体管；提 供与所述两个Mosfet晶体管的触点电连通的多个插脚；及将所述两个Mosfet晶体管 及所述插脚的一部分囊封在具有第一轴及长于所述第一轴的第二轴的封装本体中。所 述两个Mosfet晶体管的触点沿所述封装本体的第二轴定向在相对侧上。
一种用于根据本发明封装电池开关的方法的实施例包含沿第一长轴的相对侧设 置多个插脚连接，以便减小由两个垂直Mosfet晶体管之间的距离所引起的电阻。
可以结合附图参照随后详细说明的方式对根据本发明的实施例进行进一步了解。
图1显示常规反向阻断电池开关的简化电路示意图，所述反向阻断电池开关由两 个普通N沟道Mosfet组成。
图2显示双Mosfet、双向开关配置中的常规Mosfet附接的简化透视图。
图3显示常规双向开关配置的单片实施方案的简化透视图。
图4显示2x5mm双扁平无引脚封装中的常规双向开关的简化透视图。
图5A显示具有连接到共用漏极的"散热器"的单片双向开关的简化透视图。
图5B显示图5A的封装的简化电示意图。
图6A显示2x5mm双扁平无引脚封装中的单片双向开关的引线框架上凸块实施 方案的简化透视图。图6B显示图6A的封装的简化侧视图。
图7A显示根据本发明的实施例的改良型电路小片布局的简化透视图。 图7B显示图7A的改良型电路小片布局的简化剖面图。 图7C显示图7A的改良型电路小片布局的简化仰视图。 图7D显示图7A的改良型电路小片布局的简化电示意图。
图8A为根据本发明的实施例的较小电路小片布局上的较髙电阻开关的简化透视图。
图8B为图8A的电路小片布局的简化仰视图。
具体实施例方式
本发明的实施例涉及用于双向和反向阻断电池开关的改良型电路小片布局。根据 一个实施例，两个开关并排(不同于端对端)集成在电路小片封装中的共用体漏极内。 所述配置减小了总开关电阻，且经常避免使用背部金属以满足电阻规格。背部金属的 去除降低了所述电路小片封装的总成本，且消除了与背部金属的制造相关联的潜在失 败模式。
本发明的实施例还可允许更多的插脚连接及增加的插脚间距。此导致用于较髙电 流连接的冗余连接，从而减小了电阻及热阻，且使所述电路小片封装的制it/实施成本 降到最低。根据本发明的实施例还可呈现适合电池单元的尺寸和形状因数、将适合可 允许的电路小片占用面积的低电阻、为所述电池组合件及使用提供可靠性的配置及用 以散掉内部生成的热量的低热阻抗。
可对常规电路小片布局做出的一种改变是使用"散热器"结构以将与所述共用漏 极的接触移动到所述电路小片的相对侧。所述散热器结构通常用于接触IC中的体或 衬底区域，但其也已应甩于功率产品中。由于功率产品通常需要到所有节点的低电阻 连接，因此散热器将消耗较大面积以具有与有源装置相似的电阻。
图5A及5B分别图解说明透视图及电路示意图，或此种配置，其中单片双向开 关500具有到共用漏极连接的"散热器"。电阻510为连接两个垂直Mosfet511及512 的共用漏极连接的串联电阻，Mosfet511及512包括栅极输入502及505及源极输入 501及506。
通过将两个装置集成到晶圆片上的导通共用"体"漏极区域来实现所述共用漏极 连接。虽然所述共用"体"漏极区域导通，但所述串联电阻不像使用背部金属的封装 的串联电阻那样低。
此外，电阻器508表示所述"散热器"的串联电阻，所述电阻与外部节点509串 联且直接与两个Mosfet开关511及512串联。在多数情况下，所述节点用于监视所述 共用漏极连接的电压，即使采用最小面积的散热器，所述共用漏极连接也不是可导致 显著不精确性的髙电流路径。图5A及5B中所示的利用散热器结构的常规布置允许将所述封装插脚的所有触 点及外部连接器制造在所述电路小片的一个側上。然而，在所述配置中，所述漏极区 域在所述两个有源垂直Mosfet之间具有低电阻，且所述共用漏极区域不产生髙外部 电流连接。此外，所述漏极连接主要用于监视电压，其可忍受较大串联电阻而不破坏 读数。
存在用以将所述漏极连接与所述栅极及源极定位在相同侧的其它常规方法，例如 钻孔、蚀刻^/或镀敷或用铜、焊料或三金属填充孔洞，所述三金属类似于Mosfet晶 圆片的背面上使用的三金属。然而，这些方法可能成本太髙，特别是对于到外部连接 器的共用漏极连接不需要极低电阻的应用。
图6A及图6B分别是图5A及图5B的封装在现有2x5mm DFN封装中的单片双 向开关的常规引线框架上凸块("BOL")的实施方案的简化透视图及侧视图。虽然可 通过现有2x5mm DFN样式封装连接所述布置，但此配置并未显著改善现有产品。
具体来说，图6A及图6B的实施例的电路小片布局仍将所述两个Mosfet开关601 及602端对端地定位。此使两个开关601及602共有的串联漏极电阻604最大化且将 其分散，从而增加了总电阻且使得添加背部金属、铜块或某个其它低电阻并联导通层 成为必要。此外，两端处的封装触点布局迫使外部连接器的电路小片触点被路由到所 述电路小片的末端，此是对电路小片面积的低效使用。
相应地，图7A、图7B、及图7C分别为根据本发明的实施例电路小片布局的简 化透视图、简化端视图及简化仰视图。在此实施例中，所述电路小片被展开，使得两 个开关708及710占据与在图6A的封装中相同的总电路小片面积，但却是并排而非 端对端地定向。可使用DFN、芯片级(ChipScale)或甚至J引线(J-lead)技术构建 根据本发明的实施例的电路小片封装。两个开关708及710包括各自的栅极输入702 及705、源极输入701及706及共用漏极连接709 (即，共用"体"漏极)。
图7B是来自图7A的电路小片布局的末端的简化示意图。图7B显示串联漏极电 阻703小于图6B中所示的常规布置的串联漏极电阻604。具体来说，在所有其它事物 保持相同的情况下，图7A-C的实施例的配置将以一长X宽比例因数减小所述阻断电 池开关的总电阻。在此，所述长X宽比例为所述长度的一半及宽度的两倍(串联的两 个正方形对并联的两个正方形)，或总开关电阻的四分之一。
由根据本发明的实施例实现的串联漏极及源极电阻的减小又充分地减小了所述 漏极体电阻，以避免必须使用背部金属来满足电阻规格限制。背部金属的所述去除降 低了与背部金属制造相关联的成本及潜在失败模式。
最终，本发明的实施例可允许更多和/或更宽的插脚及增加的插脚间距。此允许 为较髙的电流连接提供冗余连接。更宽及增加数量的插脚还可帮助减小电阻及热阻， 且帮助保护边缘连接免受毁坏。此外，往往可更廉价地实施且制造对插脚间距不强加 限制的电路小片封装。
图7D显示图7A-7C的实施例的改良型电路小片布局的简化电示意图。不同于图1的常规电路小片封装，图7D的共用漏极区域不需要跨接线来连接两个共用漏极。 此外，对于任一开关，所述插脚经定向以使得在任一侧上重复相同的插脚图案，从而 使所述电路小片封装可颠倒。此种布置消除了测试所述封装期间及在PC板上组装所 述封装期间的定向步骤。
图8A及图8B分别是根据本发明的替代实施例的较小、较髙电阻开关800的简 化透视图及俯视图。图8A及图8B的开关被定位在较小的电路小片布局上。
通过将栅极连接802及805及共用漏极连接809设置在所述封装的中心且然后将 其对侧颠倒，所述封装变得可颠倒。因此，如果将所述封装转动180度，那么栅极、 源极及漏极连接将沿所述封装的每一侧仍保持处于相同位置。
此外，任一端上的源极连接801及806的数量随所述电路小片尺寸而变化，且因 此为所述开关电阻的比例。因此，图8A-8B的实施例减小了热阻及电阻，且允许有效 地使用电路小片面积。
虽然上文是对根据本发明的具体实施例的全面阐述，但可使用各种修改及替代构 造及等效形式。举例来说，虽然图7A-8B中所示的实施例利用存在于单片结构中的 Mosfet，但本发明对此不作要求。根据替代实施例，所述开关的Mosfet可存在于离散 电路小片中。在此类实施例中，可通过背部金属或其它导通层(例如，电路小片垫) 建立邻近电路小片的Mosfet装置之间的共用漏极。
鉴于上述说明，所述阐述及图解说明不应被视为对由随附权利要求书界定的本发 明范围加以限制。
权利要求
1、一种半导体装置，其包含第一垂直MOSFET晶体管，其具有与第二垂直MOSFET晶体管的漏极电连通的漏极，所述第一及第二MOSFET晶体管在各自的顶表面上具有多个触点；多个插脚，其与所述触点电连通；及封装本体，其囊封所述晶体管及所述插脚的一部分，所述封装本体具有第一轴及长于所述第一轴的第二轴，所述第一垂直MOSFET晶体管的所述触点及所述第二垂直MOSFET晶体管的所述触点沿相对侧上的所述第二轴定向。
2、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二垂直MOSFET晶体管 以单片形式存在于单个衬底中。
3、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二垂直MOSFET晶体管 存在于单独电路小片中。
4、 如权利要求l所述的半导体装置，其中所述封装本体符合选自DFN、芯片级 或J引线的规格。
5、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一垂直MOSFET及所述第二垂 直MOSFET的所述触点经连接以形成反向阻断电池开关。
6、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一多个插脚设置在所述封装本 体中以在所述封装本体转动180度的情况下相对于所述第二多个插脚电对称。
7、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二 MOSFET晶体管的所 述漏极不通过背部金属电连接。
8、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一及第二 MOSFET晶体管通过 背部金属电连接。
9、 如权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一垂直MOSFET晶体管或所述 第二垂直MOSFET晶体管中一者的表面呈现多个栅极或源极触点。
10、 一种制作反向阻断电池开关的方法，所述方法包含提供第一垂直MOSFET晶体管，其具有与第二垂直MOSFET晶体管的漏极电 连通的漏极，所述第一及第二MOSFET晶体管在各自的顶表面上具有多个触点； 提供与所述触点电连通的多个插脚；及将所述第一及第二垂直MOSFET晶体管及所述插脚的一部分囊封在具有第一轴 及长于所述第一轴的第二轴的封装本体中，所述第一垂直MOSFET晶体管的所述触 点及所述第二垂直MOSFET晶体管的所述触点沿相对侧上的所述第二轴定向。
11、 如权利要求IO所述的方法，其中在单个衬底中以单片形式提供所述第一及 第二垂直MOSFET晶体管。
12、 如权利要求10所述的方法，其中提供所述第一及第二垂直MOSFET晶体管作为单独电路小片。
13、 如权利要求10所述的方法，其中通过所述插脚连接所述第一垂直MOSFET 晶体管及所述第二垂直MOSFET晶体管的所述触点以形成反向阻断开关。
14、 如权利要求10所述的方法，其中所述囊封形成符合选自DFN、芯片级或J 引线的规格的封装。
15、 如权利要求10所述的方法，其中将所述第一多个插脚设置在所述封装本体 中以在所述封装本体转动180度的情况下相对于所述第二多个插脚电对称。
16、 如权利要求10所述的方法，其中所述第一及第二 MOSFET晶体管的漏极通 过背部金属电连通。
17、 如权利要求10所述的方法，其中将所述插脚提供到带有多个栅极或源极触 点的所述第一垂直MOSFET晶体管或所述第二垂直MOSFET晶体管中一者的表面。
18、 一种封装电池开关的方法，所述方法包含沿相对侧且沿第一，长轴设置多个 插脚连接，其中减小由两个垂直MOSFET晶体管的共用漏极之间的距离所引起的电 阻。
19、 如权利要求18所述的方法，其中在单个衬底中以单片形式提供所述两个垂 直MOSFET晶体管。
20、 如权利要求18所述的方法，其中提供所述两个垂直MOSFET晶体管作为单 独电路小片。
全文摘要
本发明的实施例涉及用于双向和反向阻断电池开关的改良型电路小片布局。根据一个实施例，两个开关在电路小片封装中并排地而非端对端地定向。所述配置减小既定电路小片面积的总开关电阻，经常减小足以避免使用背部金属的电阻以满足电阻规格。背部金属的去除降低了所述电路小片封装的总成本且消除了与背部金属的制造相关联的潜在失败模式。本发明的实施例还可允许更多的插脚连接及增加的插脚间距。此导致用于较高电流连接的冗余连接，从而减小电阻及热阻且使所述电路小片封装的制造或实施的成本降到最低。
文档编号H01L23/28GK101557100SQ20081008168
公开日2009年10月14日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年11月21日
发明者明 周, 安东尼·C·崔, 安东尼·谢, 杨宏波, 辉 滕, 王黎明, 詹姆斯·哈恩登 申请人:捷敏服务公司