封装结构的制作方法

1.本发明是有关于一种封装结构，特别是有关于一种将增强型电晶体以及空乏型iii-v族电晶体串叠在一起的封装结构。


背景技术：

2.iii-v族电晶体，例如氮化镓场效电晶体(gan fet)，由于其高效率的特性以及适合高电压操作，常常使用于高功率和高性能的电路应用。此外，iii-v族电晶体往往会与其他电晶体(如，硅场效电晶体)组合而产生高性能的开关装置，例如串叠(cascoded)开关。
3.一般的封装设计可以将离散的元件并排放置于相同的支撑表面上，如放置于导线架(lead frame)上的覆铜陶瓷载板(direct bonding copper，dbc)或陶瓷基板。然而，紧紧将离散元件并排放置于支撑表面上往往会带来许多不可预期的非理想效应，因此有必要针对不可预期的非理想效应进行排除，以提高开关装置的效能。


技术实现要素：

4.本发明提出了封装结构，以有效率且具有成本效益的方式整合iii-v族电晶体与其他场效电晶体。此外，本发明所提出的封装结构以及功率电晶体有效的将iii-v族电晶体的基体端耦接至功率电晶体的源极端，进而提高iii-v族电晶体的动态特性。
5.有鉴于此，本发明提出一种封装结构，上述封装结构包括一第一导线架、一第二导线架、一第三导线架、一第一载板、一增强型电晶体以及一空乏型iii-v族电晶体。上述第一载板放置于上述第一导线架上，且第一载板与上述第一导线架电性隔离。上述增强型电晶体放置于上述第一载板上，增强型电晶体包括耦接至上述第二导线架的一第一闸极端、耦接至上述第一导线架的一第一源极端以及耦接至上述第一载板的一第一汲极端。上述空乏型iii-v族电晶体放置于上述第一导线架，空乏型iii-v族电晶体包括耦接至上述第一导线架的一第二闸极端、耦接至上述第一载板的一第二源极端以及耦接至上述第三导线架的一第二汲极端。
6.根据本发明的一实施例，上述空乏型iii-v族电晶体更包括一基体端，其中上述基体端与上述第一导线架相互接触。
7.根据本发明的一实施例，上述空乏型iii-v族电晶体通过一镀金属而与上述第一导线架黏合，上述基体端通过上述镀金属而与上述第一导线架相互接触。
8.根据本发明的一实施例，上述增强型电晶体为一垂直式电晶体，其中上述第一汲极端通过一镀金属而与上述第一载板相互接触。
9.根据本发明的一实施例，上述增强型电晶体以及上述空乏型iii-v族电晶体串叠连接而为一功率电晶体，其中上述功率电晶体包括一功率闸极端、一功率源极端以及一功率汲极端，其中上述第一导线架耦接至上述功率源极端，上述第二导线架耦接至上述功率闸极端，上述第三导线架耦接至上述功率汲极端。
10.本发明更提出一种封装结构，上述封装结构包括一第一导线架、一第二导线架、一
第三导线架、一第一载板、一第二载板、一增强型电晶体、一空乏型iii-v族电晶体以及一电阻元件。上述第一载板放置于上述第一导线架上，且第一载板与上述第一导线架电性隔离。上述第二载板放置于上述第一导线架上，且第二载板与上述第一导线架电性隔离。上述增强型电晶体放置于上述第一载板上，增强型电晶体放置包括耦接至上述第二导线架的一第一闸极端、耦接至上述第一导线架的一第一源极端以及耦接至上述第一载板的一第一汲极端。上述空乏型iii-v族电晶体放置于上述第二载板，空乏型iii-v族电晶体包括耦接至上述第一导线架的一第二闸极端、耦接至上述第一载板的一第二源极端、耦接至上述第三导线架的一第二汲极端以及耦接至上述第二载板的一基体端。上述电阻元件耦接于上述第二载板以及上述第一导线架之间。
11.根据本发明的一实施例，上述空乏型iii-v族电晶体通过一镀金属而与上述第二载板黏合，上述基体端通过上述镀金属而与上述第二载板相互接触。
12.根据本发明的一实施例，上述增强型电晶体为一垂直式电晶体，其中上述增强型电晶体通过一镀金属而与上述第一载板黏合，上述第一汲极端通过上述镀金属与上述第一载板相互接触。
13.本发明更提出一种封装结构，上述封装结构包括一第一导线架、一第二导线架、一第三导线架、一第一载板、一第二载板、一增强型电晶体、一空乏型iii-v族电晶体以及一电容元件。上述第一载板放置于上述第一导线架上，且第一载板与上述第一导线架电性隔离。上述第二载板放置于上述第一导线架上，且第二载板与上述第一导线架电性隔离。上述增强型电晶体放置于上述第一载板上，增强型电晶体包括耦接至上述第二导线架的一第一闸极端、耦接至上述第一导线架的一第一源极端以及耦接至上述第一载板的一第一汲极端。上述空乏型iii-v族电晶体放置于上述第二载板，空乏型iii-v族电晶体包括耦接至上述第一导线架的一第二闸极端、耦接至上述第一载板的一第二源极端、耦接至上述第三导线架的一第二汲极端以及耦接至上述第二载板的一基体端。上述电容元件耦接于上述第二载板以及上述第一导线架之间。
14.根据本发明的一实施例，上述空乏型iii-v族电晶体通过一镀金属而与上述第二载板黏合，上述基体端通过上述镀金属而与上述第二载板相互接触。
15.根据本发明的一实施例，上述增强型电晶体为一垂直式电晶体，其中上述增强型电晶体通过一镀金属而与上述第一载板黏合，上述第一汲极端通过上述镀金属与上述第一载板相互接触。
16.与现有技术相比，本发明的优点如下：
17.本发明提出的封装结构，以有效率且具有成本效益的方式整合iii-v族电晶体与其他场效电晶体。此外，本发明所提出的封装结构有效的将iii-v族电晶体的基体端耦接至功率电晶体的源极端，进而提高iii-v族电晶体的动态特性。
附图说明
18.以下附图仅旨在于对本发明进行示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
19.图1a显示根据本发明的一实施例所述的封装结构的俯视图；
20.图1b显示根据本发明的一实施例所述的封装结构的剖面图；
21.图2显示根据本发明的一实施例所述的功率电晶体的电路图；
22.图3a显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的俯视图；
23.图3b显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的剖面图；
24.图4显示根据本发明的另一实施例所述的功率电晶体的电路图；
25.图5a显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的俯视图；
26.图5b显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的剖面图；
27.图6显示根据本发明的另一实施例所述的功率电晶体的电路图；
28.图7a显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的俯视图；
29.图7b显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的剖面图；以及图8显示根据本发明的另一实施例所述的功率电晶体的电路图。
30.附图标号说明：
31.100、300、500、700、封装结构；
32.111、第一导线架；
33.112、第二导线架；
34.113、第三导线架；
35.121、第一载板；
36.121a、第一金属层；
37.121b、第一绝缘层；
38.122、第二载板；
39.122a、第二金属层；
40.122b、第二绝缘层；
41.131、增强型电晶体；
42.132、空乏型iii-v族电晶体；
43.200、400、600、800、功率电晶体；
44.533、电阻元件；
45.733、电容元件；
46.g1、第一闸极端；
47.s1、第一源极端；
48.d1、第一汲极端；
49.g2、第二闸极端；
50.s2、第二源极端；
51.d2、第二汲极端；
52.g、闸极端；
53.s、源极端；
54.d、汲极端。
具体实施方式
55.以下说明为本发明的实施例。其目的是要举例说明本发明一般性的原则，不应视为本发明的限制，本发明的范围当以权利要求所界定为准。
56.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种元件、组成成分、区域、层、及/或部分，这些元件、组成成分、区域、层、及/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的元件、组成成分、区域、层、及/或部分。因此，以下讨论的一第一元件、组成成分、区域、层、及/或部分可在不偏离本发明一些实施例的教示的情况下被称为一第二元件、组成成分、区域、层、及/或部分。
57.此外，实施例中可能使用相对性的用语，例如“较低”或“底部”及“较高”或“顶部”，以描述附图的一个元件对于另一元件的相对关系。能理解的是，如果将附图的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“较低”侧的元件将会成为在“较高”侧的元件。
58.除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇揭露所属的普通技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本发明的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本发明实施例有特别定义。
59.本发明一些实施例可配合附图一并理解，本发明实施例的附图也被视为本发明实施例说明的一部分。需了解的是，本发明实施例的附图并未以实际装置及元件的比例绘示。在附图中可能夸大实施例的形状与厚度以便清楚表现出本发明实施例的特征。此外，附图中的结构及装置以示意的方式绘示，以便清楚表现出本发明实施例的特征。
60.在本发明一些实施例中，相对性的用语例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“之下”、“之上”、“顶部”、“底部”等等应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作。而关于接合、连接的用语例如“连接”、“互连”等，除非特别定义，否则可指两个结构直接接触，或者也可指两个结构并非直接接触，其中有其它结构设于此两个结构之间。且此关于接合、连接的用语也可包括两个结构都可移动，或者两个结构都固定的情况。
61.图1a显示根据本发明的一实施例所述的封装结构的俯视图，图1b显示根据本发明的一实施例所述的封装结构的剖面图。如图1a所示，封装结构100包括第一导线架111、第二导线架112、第三导线架113、第一载板121、第二载板122、增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132。根据本发明的一实施例，第一导线架111、第二导线架112、第三导线架113用以将增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132的电极耦接至封装结构100外的外部电路。
62.如图1a所示，第一载板121以及第二载板122皆放置于第一导线架111之上，并且第一载板121以及第二载板122相互隔离。根据本发明的一实施例，第一载板121以及第二载板122为覆铜陶瓷载板(direct bonding copper，dbc)。
63.如图1b所示，第一载板121包括第一金属层121a以及第一绝缘层121b，第二载板122包括第二金属层122a以及第二绝缘层122b。由于第一金属层121a以及第二金属层122a分别通过第一绝缘层121b以及第二绝缘层122b而与第一导线架111接触，因此第一金属层121a、第二金属层122a以及第一导线架111之间为相互电性隔离。
64.如图1a所示，增强型电晶体131放置于第一载板121之上，空乏型iii-v族电晶体132放置于第二载板122之上。如图1b所示，增强型电晶体131与第一金属层121a相互接触，空乏型iii-v族电晶体132与第二金属层122a相互接触。
65.根据本发明的一实施例，增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132通过镀
金属，而分别与第一金属层121a以及第二金属层122a相互接触，并且分别固定于第一载板121以及第二载板122之上。由于第一金属层121a以及第二金属层122a相互电性隔离，因此增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132也相互电性隔离。
66.如图1a所示，增强型电晶体131包括第一闸极端g1、第一源极端s1以及第一汲极端d1。第一闸极端g1耦接至第二导线架112，第一源极端s1耦接至第一导线架111，第一汲极端d1耦接至第一载板121。根据本发明的一实施例，第一闸极端g1以及第一源极端s1通过接合导线(bonding wire)，分别电性耦接至第二导线架112以及第一导线架111。根据本发明的一实施例，增强型电晶体131为垂直式电晶体，因此增强型电晶体131的第一汲极端d1与第一载板121的第一金属层121a相互接触。根据本发明的一实施例，增强型电晶体131为n型电晶体。
67.如图1a所示，空乏型iii-v族电晶体132包括第二闸极端g2、第二源极端s2以及第二汲极端d2。第二闸极端g2耦接至第一导线架111，第二源极端s2耦接至第一载板121，第二汲极端d2耦接至第三导线架113。如图1b所示，第二源极端s2耦接至第一金属层121a，使得第二源极端s2以及第一汲极端d1相互电性耦接。根据本发明的一实施例，第二闸极端g2、第二源极端s2以及第二汲极端d2通过接合导线，分别电性耦接至第一导线架111、第一载板121以及第三导线架113。根据本发明的一实施例，空乏型iii-v族电晶体132为常开型氮化镓电晶体。
68.图2显示根据本发明的一实施例所述的功率电晶体的电路图。如图2所示，功率电晶体200显示图1a、图1b的增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132之间的连接关系，其中功率电晶体200由增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132所组成的开关元件，包括闸极端g、源极端s以及汲极端d。将图1a与图2相互比对，第一导线架111对应至功率电晶体200的源极端s，第二导线架112对应至功率电晶体200的闸极端g，第三导线架113对应至功率电晶体200的汲极端d。
69.如图2所示，空乏型iii-v族电晶体132更包括基体端b，其中基体端b为浮接状态。如图1a、图1b所示，基体端b位于空乏型iii-v族电晶体132的背面而与第二载板122的第二绝缘层122b相互接触，并且第二金属层122a为浮接状态，故基体端b也为浮接状态。
70.根据本发明的许多实施例，由于实际上发现当空乏型iii-v族电晶体132的基体端b为浮接状态时，会导致空乏型iii-v族电晶体132发生通道电阻飘移的现象，进而降低空乏型iii-v族电晶体132的动态特性，因此有必要针对空乏型iii-v族电晶体132的基体端b予以处理。
71.图3a显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的俯视图，图3b显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的剖面图。将图3a与图1a相比，封装结构300相较于封装结构100省略了第二载板122。如图3b所示，空乏型iii-v族电晶体132放置于第一导线架111之上。根据本发明的一实施例，空乏型iii-v族电晶体132通过镀金属而与第一导线架111黏合，并且基体端b通过镀金属而与第一导线架111相互接触。
72.图4显示根据本发明的另一实施例所述的功率电晶体的电路图。如图4所示，功率电晶体400显示图3a、图3b的增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132之间的连接关系，其中功率电晶体400由增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132所组成的开关元件，包括闸极端g、源极端s以及汲极端d。将图3a与图4相互比对，第一导线架111对应至功率
电晶体400的源极端s，第二导线架112对应至功率电晶体400的闸极端g，第三导线架113对应至功率电晶体400的汲极端d。
73.如图4所示，空乏型iii-v族电晶体132的基体端b电性耦接至增强型电晶体131的第一源极端s1，即基体端b电性耦接至功率电晶体400的源极端s。因此，空乏型iii-v族电晶体132的基体端b不再为浮接状态，进而增加空乏型iii-v族电晶体132的动态特性。此外，封装结构300相较于图1的封装结构100，可省下第二载板122的成本。
74.图5a显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的俯视图，图5b显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的剖面图。将图5a与图1a相比，封装结构500相较于封装结构100更包括电阻元件533。电阻元件533放置于第二载板122之上，且耦接于第二载板122以及第一导线架111之间。
75.如图5b所示，由于空乏型iii-v族电晶体132的基体端b与第二金属层122a相互接触，所以电阻元件533用以将基体端b耦接至第一导线架111。根据本发明的一实施例，电阻元件533通过镀金属而与第二载板122黏合。
76.图6显示根据本发明的另一实施例所述的功率电晶体的电路图。如图6所示，功率电晶体600显示图5a、图5b的增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132之间的连接关系，其中功率电晶体600由增强型电晶体131、空乏型iii-v族电晶体132以及电阻元件533所组成的开关元件，包括闸极端g、源极端s以及汲极端d。将图5a与图6相互比对，第一导线架111对应至功率电晶体600的源极端s，第二导线架112对应至功率电晶体600的闸极端g，第三导线架113对应至功率电晶体600的汲极端d。
77.如图6所示，空乏型iii-v族电晶体132的基体端b通过电阻元件533而电性耦接至增强型电晶体131的第一源极端s1。因此，空乏型iii-v族电晶体132的基体端b不再为浮接状态，进而增加空乏型iii-v族电晶体132的动态特性。
78.图7a显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的俯视图，图7b显示根据本发明的另一实施例所述的封装结构的剖面图。将图7a与图1a相比，封装结构700相较于封装结构100更包括电容元件733。电容元件733放置于第二载板122之上，且耦接于第二载板122以及第一导线架111之间。
79.如图7b所示，由于空乏型iii-v族电晶体132的基体端b与第二金属层122a相互接触，所以电容元件733用以将基体端b耦接至第一导线架111。根据本发明的一实施例，电容元件733通过镀金属而与第二载板122黏合。
80.图8显示根据本发明的另一实施例所述的功率电晶体的电路图。如图8所示，功率电晶体800显示图7a、图7b的增强型电晶体131以及空乏型iii-v族电晶体132之间的连接关系，其中功率电晶体800由增强型电晶体131、空乏型iii-v族电晶体132以及电容元件733所组成的开关元件，包括闸极端g、源极端s以及汲极端d。将图7a与图8相互比对，第一导线架111对应至功率电晶体800的源极端s，第二导线架112对应至功率电晶体800的闸极端g，第三导线架113对应至功率电晶体800的汲极端d。
81.如图8所示，空乏型iii-v族电晶体132的基体端b通过电容元件733而电性耦接至增强型电晶体131的第一源极端s1。因此，空乏型iii-v族电晶体132的基体端b不再为浮接状态，进而增加空乏型iii-v族电晶体132的动态特性。
82.本发明提出了封装结构以及功率电晶体，以有效率且具有成本效益的方式整合
iii-v族电晶体与其他场效电晶体。此外，本发明所提出的封装结构以及功率电晶体有效的将iii-v族电晶体的基体端耦接至功率电晶体的源极端，进而提高iii-v族电晶体的动态特性。
83.虽然本发明的实施例及其优点已揭露如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中的普通技术人员可从本发明一些实施例的揭示内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明一些实施例使用。因此，本发明的保护范围包括上述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成各自的实施例，且本发明的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。