半导体封装装置和其制造方法与流程

本发明涉及一种半导体装置封装和其制造方法，且涉及一种包含功率裸片的半导体封装装置和其制造方法。

背景技术：

在封装功率裸片(例如，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极晶体管(igbt))的比较方法中，功率裸片安装在粗引线框上，所述功率裸片通过粗线电连接到引线框的引线且接着形成模制化合物以囊封裸片和引线框。然而，此过程的制造成本可能较高。此外，归因于由功率裸片产生的高电流，功率裸片的散热可能也成问题。由于功率裸片由模制化合物囊封，因此功率裸片可能具有不良热性能，从而可能降低功率裸片的功率效率。

技术实现要素：

在一些实施例中，根据一个方面，半导体封装装置包含引线框、第一裸片和封装体。所述引线框包含第一裸片座和引线。所述第一裸片座具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述第一裸片安置在所述第一裸片座的所述第一表面上。所述封装体覆盖所述第一裸片和所述第一裸片座的所述第一表面的至少部分且露出所述引线。所述封装体具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述封装体的所述第二表面与所述第一裸片座的所述第二表面基本上共面。所述引线从所述封装体的所述第二表面朝向所述封装体的所述第一表面延伸。所述引线的长度大于所述封装体的厚度。

在一些实施例中，根据另一方面，功率模块包含载体和半导体封装装置。所述半导体封装装置包含引线框、第一裸片和封装体。所述引线框包含第一裸片座和引线。所述第一裸片座具有面朝所述载体的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述裸片安置在所述第一裸片座的所述第一表面上。所述封装体覆盖所述裸片和所述第一裸片座的所述第一表面的至少部分且露出所述引线。所述封装体具有面朝所述载体的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述封装体的所述第二表面与所述第一裸片座的所述第二表面基本上对准。所述引线从所述封装体的所述第二表面朝向所述载体延伸以连接到所述载体。所述封装体的所述第一表面与所述载体间隔开。

在一些实施例中，根据另一方面，制造半导体封装装置的方法包含提供包含至少接触部分的导电夹条，以及将裸片的第一表面附接到所述接触部分。所述方法进一步包含将所述裸片的第二表面附接到引线框条，将模制化合物施加在所述引线框条上以覆盖所述裸片和所述导电夹条，以及切穿所述导电夹条、所述模制化合物和所述引线框条以形成包含所述导电夹具、所述模制化合物的部分和所述引线框的所述半导体封装装置。

附图说明

图1说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的截面视图。

图2说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的截面视图。

图3说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的截面视图。

图4说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的截面视图。

图5说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的截面视图。

图6说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的截面视图。

图7说明根据本公开的一些实施例的功率模块的截面视图。

图8a、图8b和图8c说明根据本公开的一些实施例的制造过程。

贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或类似组件。根据以下结合附图作出的详细描述将容易理解本公开。

具体实施方式

图1说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置1的截面视图。半导体封装装置1包含引线框10、电子组件11a、11b、封装体12和金属盖13。

在一些实施例中，引线框10是包含裸片垫(或裸片座)10a1、10a2、10a3和10a4以及引线10b的预模制引线框。在一些实施例中，裸片垫10a1、10a2、10a3和10a4实体上彼此分离。在一些实施例中，引线框10是铜或铜合金或包含铜或铜合金。在一些实施例中，可将锡镀覆在引线框10上。在其它实施例中，引线框10包含铁、铁合金、镍、镍合金或另一金属或金属合金中的一个或其组合。在一些实施例中，引线框10涂布有银或铜层。每一裸片垫10a1具有顶表面(或第一表面)10a11和与顶表面10a11相对的底表面(或第二表面)10a12。引线10b从裸片垫10a1的底表面10a12朝上延伸。举例来说，引线10b可从封装体12的底表面122朝向封装体12的顶表面121延伸。

电子组件11a安置在引线框10的裸片垫10a1的顶表面10a11上。在一些实施例中，电子组件11a通过胶粘剂10h(例如，焊料、镀覆膜或金属膜)附接到引线框10的裸片垫10a1。电子组件11a可包含芯片或裸片，所述芯片或裸片包含半导体衬底、一或多个集成电路装置和/或其中的一或多个上覆互连结构。集成电路装置可包含例如晶体管的有源装置和/或例如电阻器、电容器、电感器的无源装置，或其组合。在一些实施例中，电子组件11a包含功率mosfet、igbt和/或结型栅场效应晶体管(jfet)。在一些实施例中，电子组件11a通过导电线11w1电连接到裸片垫10a1且通过导电线11w2电连接到裸片垫10a2。在一些实施例中，导电线11w1的厚度不同于导电线11w2的厚度。举例来说，导电线11w1的厚度为约20密耳而导电线11w2的厚度为约3密耳。在一些实施例中，导线11w1和11w2包含铝。

电子组件11b安置在引线框10的裸片垫10a3上。在一些实施例中，电子组件11b通过胶粘剂10h附接到引线框10的裸片垫10a3。电子组件11b可包含芯片或裸片，所述芯片或裸片包含半导体衬底、一或多个集成电路装置和/或其中的一或多个上覆互连结构。集成电路装置可包含例如晶体管的有源装置和/或例如电阻器、电容器、电感器的无源装置，或其组合。在一些实施例中，电子组件11b包含功率mosfet、igbt和/或jfet。在一些实施例中，电子组件11b通过导电线11w3电连接到裸片垫10a2且通过导电线11w4电连接到裸片垫10a4。在一些实施例中，导电线11w3的厚度不同于导电线11w4的厚度。举例来说，导电线11w3的厚度为约20密耳而导电线11w4的厚度为约3密耳。在一些实施例中，导线11w3和11w4包含铝。

封装体12安置在裸片垫10a1、10a2、10a3和10a4上以覆盖或囊封电子组件11a和11b。封装体12露出引线10b的至少部分。在一些实施例中，封装体12包含环氧树脂(包含填料)、模制化合物(例如，环氧模制化合物或其它模制化合物)、聚酰亚胺、酚类化合物或酚类材料、具有分散在其中的硅酮的材料，或其组合。封装体12具有顶表面121(或第一表面)和与顶表面121相对的底表面122(或第二表面)。封装体12的顶表面121低于引线框10的引线10b的顶部部分(例如，引线10b延伸到高于封装体12的顶表面121的位置)。举例来说，引线框10的引线10b的长度大于封装体12的厚度。在一些实施例中，封装体12的底表面122与引线框10的裸片垫10a1的底表面10a12基本上共面。

金属盖13安置在封装体12的顶表面121上且在封装体12的侧表面的至少部分上。金属盖13通过绝缘材料(例如，条带)13t与裸片垫10a1间隔开。在一些实施例中，金属盖13包含导电薄膜或金属层，且可包含例如铝、铜、铬、锡、金、银、镍或不锈钢，或其混合物、合金，或其它组合。金属盖13可提供电子组件11a和11b的电磁干扰(emi)屏蔽。此外，金属盖13可实现电子组件11a和11b的散热，从而可增大半导体封装装置1的功率效率。

图2说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置2的截面视图。半导体封装装置2类似于图1中展示的半导体封装装置1，例外为半导体封装装置2不包含金属盖13或绝缘材料13t，且半导体封装装置2进一步包含氧化层21。在一些实施例中，半导体封装装置2可包含两个金属盖13和氧化层21。

氧化层21安置在引线框10的裸片垫10a1和10a3上且环绕胶粘剂10h。氧化层21可防止胶粘剂10h散布在电子组件11a或11b上，从而可帮助促进对胶粘剂10h的覆盖范围的控制。

图3说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置3的截面视图。半导体封装装置3类似于图1中展示的半导体封装装置1，例外为半导体封装装置3不包含金属盖13或绝缘材料13t，且半导体封装装置3进一步包含导电柱34a和34b。

导电柱34a安置在引线框10的裸片垫10a2上且穿透封装体12。举例来说，封装体12覆盖或囊封导电柱34a的侧表面且露出导电柱34a的顶表面34a1的至少部分。导电柱34b安置在引线框10的裸片垫10a4上且穿透封装体12。举例来说，封装体12覆盖或囊封导电柱34b的侧表面且露出导电柱34b的顶表面34b1的至少部分。在一些实施例中，导电柱34a和34b包含铜或其它金属、金属合金或其它合适的材料。导电柱34a和34b可实现电子组件11a和11b的散热，从而可增大半导体封装装置3的功率效率。

图4说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置4的截面视图。半导体封装装置4类似于图3中展示的半导体封装装置3，例外为半导体封装装置4进一步包含金属板45a和45b。

金属板45a(其可充当散热片)安置在封装体12的顶表面121上且接触从封装体12露出的导电柱34a的顶表面34a1。金属板45b(其可充当散热片)安置在封装体12的顶表面121上且接触从封装体12露出的导电柱34b的顶表面34b1。金属板45a和45b彼此分离。在一些实施方案中，相比于图3中展示的半导体封装装置3，导电柱34a、34b以及金属板45a和45b可实现电子组件11a和11b的较好散热。在一些实施例中，金属板45a和45b被定位成低于引线框10的引线10b的顶部部分(例如，引线10b延伸到高于金属板45a的顶表面和/或金属板45b的顶表面的位置)。举例来说，引线框10的引线10b的长度大于封装体12的厚度与金属板45a、45b中的至少一个的厚度的总和。

图5说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置5的截面视图。半导体封装装置5类似于图3中展示的半导体封装装置3，例外为在半导体封装装置5中，电子组件11a安置在裸片垫10a2上，所述裸片垫10a2邻近于在其上安置电子组件11b的裸片垫10a3，省略导电线11w2，且半导体封装装置5进一步包含金属夹具56。

金属夹具56将电子组件11a的有源表面电连接(或有源侧)且到电子组件11b的有源表面(由此电连接两个有源侧)。金属夹具56由封装体12至少部分地覆盖或囊封。金属夹具56的顶部部分561从封装体12露出。在一些实施例中，金属夹具56是金属框。通过金属夹具连接电子组件11a和11b的有源表面可帮助增强电子组件11a和11b的散热，从而增大半导体封装装置5的功率效率。

图6说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置6的截面视图。半导体封装装置6类似于图4中展示的半导体封装装置4，例外为在半导体封装装置6中，电子组件11a安置在裸片垫10a2上，所述裸片垫10a2邻近于在其上安置电子组件11b的裸片垫10a3，省略导电线11w2，且半导体封装装置6进一步包含导电柱66a和66b。

导电柱66a安置在电子组件11a的有源表面上且将电子组件11a电连接到金属板45a。导电柱66b安置在电子组件11b的有源表面上且将电子组件11b电连接到金属板45b。在一些实施例中，导电柱66a和66b包含铜或其它金属、金属合金或其它合适的材料。导电柱66a和66b可增强电子组件11a和11b的散热，从而可帮助增大半导体封装装置6的功率效率。

图7说明根据本公开的一些实施例的功率模块7的截面视图。功率模块7包含衬底(或载体)70和如图6中所展示之半导体封装装置6。

衬底70可包含例如印刷电路板，例如纸质铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的玻璃纤维类铜箔层合物。衬底70可包含互连结构，例如重布层(rdl)或接地元件。图6中展示的半导体封装装置6与图6中展示的定向相反且安置在衬底70上。举例来说，引线框10的引线10b电连接到衬底70。半导体封装装置6的封装体12与衬底70间隔开。在一些实施例中，代替半导体封装装置6或除半导体封装装置6之外，功率模块7还可实施有图1到图5中展示的半导体封装装置中的任一个。

图8a、图8b和图8c说明根据本公开的一些实施例的制造过程。

参看图8a，提供金属框86(或导电夹条)。金属框86包含通过连接部分86b彼此电连接的多个接触部分86a。

多个裸片或芯片81a通过胶粘剂81h1附接到金属框86的接触部分86a。在一些实施例中，胶粘剂81h1包含焊料、镀覆膜或金属膜。在一些实施例中，裸片81a中的每一个的有源表面(或第一表面)附接到金属框86的接触部分86a。

参看图8b，图8a中展示的结构相反且附接到引线框。引线框包含彼此分离的多个裸片垫80a。在一些实施例中，裸片81a中的每一个的后表面(或第二表面)通过胶粘剂81h2附接到引线框的对应裸片垫80a。裸片81a中的每一个通过例如线接合技术电连接到裸片垫80a。

形成封装体82以覆盖金属框86、引线框和裸片81a。在一些实施例中，封装体82包含环氧树脂，所述环氧树脂包含分散在其中的填料。封装体82可通过例如传递模制或压缩模制等模制技术形成。

参看图8c，可执行单分过程以分离出个别半导体封装装置。也就是说，通过封装体82和金属框86的连接部分86b执行单分过程。举例来说，可通过使用划片机、激光或其它适当切割技术来执行单分。

在一些实施例中，连接电子组件11a和11b的金属夹具56或连接导电柱34a和66a的金属板45a可通过图8a到图8c中展示的操作形成，从而可实现具有低制造成本的高效制造过程。

如本文中所使用，术语“基本上”、“基本”、“近似地”和“约”用于表示少量变化。举例来说，当结合数值使用时，术语可指小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。术语“基本上共面”或“基本上对准”可指两个表面在数微米(μm)内处于沿同一平面，例如在100μm内、80μm内、60μm内、40μm内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm内处于沿同一平面。如果两个表面或组件之间的角为例如90°±10°(例如，±5°、±4°、±3°、±2°、±1°、±0.5°、±0.1°或±0.05°)，那么两个表面或组件可被认为“基本上垂直”。当结合事件或情况使用时，术语“基本上”、“基本”、“近似地”和“约”可指其中事件或情况精确出现的例子，以及其中事件或情况非常近似出现的例子。术语“基本上平坦”可指约3μm到约20μm的表面粗糙度(ra)，其中表面的最高点与最低点之间的差为约5μm到约10μm。如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一”和“所述”可包含复数指示物。在一些实施例的描述中，提供在另一组件“上”或“上方”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件物理接触)的情况，以及一或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情况。

另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是出于便利和简洁目的而使用，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围极限的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。

尽管已参考本公开的特定实施例描述和说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可明确地理解，在不脱离如由所附权利要求书界定的本公开的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，且可在实施例内替换等效元件。图式可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变化和此些原因，本公开中的艺术再现与实际设备之间可存在区别。可存在并未具体说明的本公开的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性的而非限定性的。可进行修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改既定在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本公开的限制。