露出管芯的功率半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及使用表面安装技术(SMT)的半导体封装，且更具体地，涉及露出焊垫的封装的功率半导体装置。
【背景技术】
[0002]封装的功率半导体装置通常用于实现功率电子装置中的开关与整流器。为了组装典型的功率半导体封装件，使用焊料膏将功率管芯(die)安装在引线框管芯桨板(paddle)
(也称为旗板(flag))上。然后，以相对高的温度(例如，> 3500C )将焊料膏回流以在功率管芯与管芯桨板之间形成机械接合。由于焊料相对好的导热性，在半导体装置运行期间，焊料充当热沉，发散从功率管芯发出的热。
[0003]在焊料回流以后，使用管芯附接环氧树脂将控制管芯安装到引线框的另一个管芯桨板，环氧树脂随后在烤箱中以较低的温度(例如，175。C)固化。然后，将功率管芯和控制管芯互相电连接，并使用接合线将其连接到引线框的金属引脚(lead)。
[0004]线附接之后，将组件(包括功率管芯、控制管芯、金属引脚以及接合线)大部分包封在模制料中，使引脚的远端暴露出来，然后固化模制料。包封后，将功率半导体封装件单颗化(将相邻的同时组装的装置分离的工艺)，得到准备用于安装在电路板上的功率半导体封装件。单颗化还包括切割和/或移除用于保持金属引脚在位的支撑结构。
[0005]需要执行两个分离管芯的附接工艺，一个用于使用焊料附接功率管芯，一个用于使用粘合剂附接控制管芯，这增加了组装工艺的时间和成本。因此，就使用单个管芯附接步骤组装功率半导体装置将是有利的。
[0006]概述
[0007]根据本公开的一个实施例，提供了一种半导体封装件，包括:引线框，包括第一管芯桨板，所述第一管芯桨板具有至少一个完全贯穿其形成的空腔；以及第一功率管芯，其包括下表面，其中所述功率管芯安装在所述第一管芯桨板上，使得:所述下表面的第一部分使用无焊料管芯附接粘接剂附接到所述第一管芯桨板；以及所述下表面的第二部分未附接到所述第一管芯桨板，邻接形成在所述第一管芯桨板中的所述空腔，使得所述第二部分暴露于所述空腔内的周围环境。
[0008]根据本公开的另一实施例，提供了一种组装半导体封装件的方法，所述方法包括:(a)提供包括第一管芯桨板的引线框，所述第一管芯桨板具有至少一个完全贯穿其形成的空腔；(b)提供包括下表面的第一功率管芯；(c)使用无焊料管芯附接粘接剂将所述功率管芯安装在所述第一管芯桨扳上，使得:所述下表面的第一部分被使用无焊料管芯附接粘接剂附接到所述第一管芯桨板；以及所述下表面的第二部分未附接到所述第一管芯桨板，邻接形成在所述第一管芯桨板中的所述空腔，使得所述第二部分暴露于所述空腔内的周围环境。
【附图说明】
[0009]通过例子说明本发明的实施例，并且其不受附图的限制，在附图中，相同的附图标记指示相似的元素。图中的元素用出于简单和清楚的目的而示出，并且并不必然按比例绘制。例如，为了清楚起见，层和区域的厚度可以被夸大。
[0010]图1A示出了根据本发明一个实施例的四方扁平无引脚(QFN)引线框的顶视图；
[0011]图1B示出了根据图1A的QFN引线框沿线A-A的截面侧视图；
[0012]图2示出了根据本发明一个实施例的用于组装功率半导体封装件的工艺的简化的流程图；
[0013]图3A示出了根据本发明一个实施例的功率四方扁平无引脚(PQFN)半导体封装件的顶视图；
[0014]图3B示出了图3A的PQFN半导体封装件的沿线B-B的截面侧视图；以及
[0015]图4示出了根据本发明一个实施例的安装在印刷电路板的一部分上的图3A和图3B的功率半导体封装件的简化的截面侧视图。
【具体实施方式】
[0016]这里公开了本发明的详细的说明性实施例。但是，这里公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，用于描述本发明的示例实施例。本发明的实施例可以以多种替代形式实施，并且不应被解释成限制到仅仅这里提出的实施例。此外，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非是对本发明示例实施例的限制。
[0017]如此处所用的，单数形式“一”和“所述”("a"，" an"和"the")意图也包括复数形式，除非上下文另外明确表明。还将进一步理解，词语“包含”、“具有”和/或“包括”指明所陈述的特征、步骤或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、步骤或组件的存在或增加。还应该指出的是，在一些替代实现方式中，提到的功能-动作可以不按照图中的顺序发生。例如，连续示出的两幅图实际上可能基本同时地执行或者有时可以以相反的顺序执行，这取决于涉及到的功能/动作。
[0018]如在传统的功率半导体封装件的组装过程中的使用焊料膏将功率管芯安装在管芯桨板上具有几个缺点。首先，由于焊料回流的高温，必须在焊料回流以后安装控制管芯，并且固化相应的环氧树脂。因此，焊料回流产生额外步骤。
[0019]第二，高温回流可能引起焊料膏中的锡的扩散，从而污染功率管芯桨板周围的环境，包括控制管芯桨板、金属引脚以及其它接合表面。所述污染会引起模制料与引线框之间的分层，使得模制料与引线框分离。另外，所述分层可能还会导致接合线从其各自的接合表面脱离。发明人发现，该接合脱离尤其是对于引线框上的接合表面，诸如，(i)功率管芯桨板，(?)下接合突部(down bond tab,其是功率管芯桨板的一部分)，以及(iii)与控制管芯关联的金属引脚，是一个问题。
[0020]因而，需要⑴简化功率半导体封装件组装工艺，以及(ii)消除与焊料膏高温回流相关的污染的可能性。但是，这些问题的解决也必须允许在半导体封装件的正常使用期间从功率管芯发出的热能够充分地散逸。
[0021]在以下的说明中，将理解，本发明的某些实施例涉及半导体封装件，其包括不使用焊料膏将管芯附接到引线框的管芯，以及不使用焊料膏组装半导体封装件的方法。在本发明的至少一些实施例中，所使用的某些特定管芯要求使用热沉以避免管芯的结温变得太高时造成的对管芯的损伤。一般地，无法保持管芯的结温低于最大结温会导致管芯损伤甚至失效。要求热沉的管芯包括(但不限于)如上文所描述的用在功率半导体装置中的所谓的“功率管芯”。在本发明的至少一些实施例中，所使用的某些特定管芯具有大于约I安培的驱动电流。
[0022]在本发明一个实施例中，一种半导体封装件包括引线框和第一管芯。所述引线框包括第一管芯桨板，其具有至少一个完全贯穿其形成的空腔。所述第一管芯包括下表面并且要求使用热沉以避免操作期间对管芯的损伤，所述第一管芯被安装到所述第一管芯桨板上，从而使得(i)所述下表面的第一部分使用无焊料管芯附接粘接剂附接到所述第一管芯桨板，以及(ii)所述下表面的第二部分未附接到所述第一管芯桨板，邻接形成在所述第一管芯桨板中的所述空腔，使得所述第二部分暴露于所述空腔内的周围环境。
[0023]本发明的另一个实施例是一种用于细装前述半导体封装件的方法。
[0024]图1A和IB分别示出了根据本发明一个实施例的四方扁平无引脚(QFN)引线框100的顶视图和A-A截面侧视图。QFN弓丨线框100可以用于组装功率四方扁平无弓I脚(PQFN)半导体封装件，其中功率管芯不使用焊料膏安装。所述QFN引线框100由适当的导电金属或合金(例如但不限于，铜)的单个片制成。尽管未示出，但是引线框100与其他引线框一起制造在