具有减小的外形规格和增加的载流能力的功率半导体封装的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ] 本申请要求2014年12月16日提交的序列号62/092,753的题为“Small FormFactor Power Converter Package with Integrated Power Transistors，，的临时专利申请的权益和优先权。由此这一临时申请中的公开内容通过弓I用完全并入到本申请中。
[0002]常利用诸如降压转换器之类的功率转换器将高DC电压转换为低DC电压。功率转换器通常包括以半桥配置连接的高侧开关和低侧开关。功率转换器可以包括驱动器集成电路(IC)以用于控制高侧和低侧开关中的任一者或两者的占空比，以将高输入电压转换为低输出电压。为了改善外形规格、性能和制造成本，往往期望将诸如基于半桥的DC-DC转换器或者电压转换器之类的功率转换器电路的部件集成到紧凑的功率半导体封装中。
[0003]在常规的功率半导体封装中，个体半导体裸片并排布置并且通过它们的对应导电接线柱(clip)耦合到基板，这可能不期望地增加了功率半导体封装的电阻和外形规格。而且，用于成功地容纳多个引线框架和导电接线柱的封装设计规则要求针对制造的大容限度(即大余隙空间)。通常，具有腿部分的导电接线柱用于提供足够的余隙空间以用于必要的电连接。然而，难以将导电接线柱的腿部分制造为匹配常规功率半导体封装中的半导体器件的精确高度。结果，腿部分可以使得导电接线柱朝向半导体器件或者远离半导体器件倾斜，这转而可以造成导电接线柱与半导体器件之间的不可靠电连接，并且从而限制导电接线柱的载流能力。附加地，由使用多个导电接线柱引起的增加的封装复杂度可能负面地影响制造时间、成本和封装产量。
[0004]因而，有需要在本领域中提供具有减小的外形规格和增加的载流能力的紧凑功率半导体封装。
【发明内容】
[0005]大体上如至少一个图所示的和/或结合至少一个图所描述的，以及如权利要求中所阐述的，本公开涉及具有减小的外形规格和增加的载流能力的功率半导体封装。
【附图说明】
[0006]图1图示根据本申请的一个实施方式的功率转换器的示例性电路图。
[0007]图2A图示根据本申请的一个实施方式的示例性功率半导体封装的平面顶视图。
[0008]图2B图示根据本申请的一个实施方式的示例性功率半导体封装的截面图。
[0009]图2C图示根据本申请的一个实施方式的示例性功率半导体封装的截面图。
[0010]图3图示根据本申请的一个实施方式的示例性功率半导体封装的平面顶视图。
【具体实施方式】
[0011]以下描述包含涉及本公开中的实施方式的具体信息。本申请中的附图和它们随附的详细描述仅涉及示例性实施方式。除非另有说明，图之中的相同或对应元件可以由相同或对应附图标记来指示。而且，本申请中的附图和图示通常不是按比例的，并且不旨在对应于实际的相对尺寸。
[0012]图1图示根据本申请的一个实施方式的功率转换器的示例性电路图。在本实施方式中，例如，功率转换器电路100包括被配置用于将高输入电压转换为低输出电压的降压转换器。在另一实施方式中，功率转换器电路100可以包括用于将低输入电压转换为高输出电压的电子电路和系统。如图1所示，功率转换器电路100包括半桥102和输出级，半桥102具有驱动器IC 110、功率开关120和功率开关130，输出级具有输出电感器142和输出电容器144。
[0013]如图1所示，功率开关120包括具有漏极122、源极124和栅极126的高侧或控制晶体管。功率开关130包括具有漏极132、源极134和栅极136的低侧或同步(下文中为“sync”)晶体管。功率开关120的漏极122耦合到正输入端子160——VIN(+)，而功率开关120的源极124耦合到交换节点140。功率开关120的栅极126耦合到驱动器IC 110，驱动器IC 110向栅极126提供高侧驱动信号(Vci)。如图1所示，功率开关130的漏极132耦合到交换节点140，而功率开关130的源极134耦合到负输入端子162——VIN(-)。功率开关130的栅极136耦合到驱动器IC110，驱动器IC 110向栅极136提供低侧驱动信号(Vg2 )。
[0014]在实施方式中，功率开关120和功率开关130中的至少一个包括诸如硅金属氧化物半导体FET(MOSFET)之类的场效应晶体管(FET)。在另一实施方式中，功率开关120和功率开关130中的至少一个包括II1-V族半导体器件，诸如其可以是GaN高电子迀移率晶体管(HEMT)的氮化镓(GaN)器件。在其它实施方式中，功率开关120和130可以是诸如双极结型晶体管(BJT)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)之类的任何其它适合控制器件。
[0015]根据本实施方式，驱动器IC110和功率开关120单片集成在半导体裸片104上，并且功率开关130形成在半导体裸片106上。如下面参照图2A、2B、2C和3所讨论的，半导体裸片104和106通过无腿导电接线柱彼此耦合，并且被配置用于附接到功率半导体封装中的引线框架的部分刻蚀区段。
[0016]参照图2A、2B和2C，本申请的实施方式关于诸如功率半导体封装200之类的功率半导体封装进行描述，其中半导体裸片204上的驱动器IC 210和功率开关220以及半导体裸片206上的功率开关230可以相应地对应于图1的功率转换器电路100中的半导体裸片104上的驱动器IC 110和功率开关120以及半导体裸片106上的功率开关130，并且同样地连接。
[0017]转到图2A，图2A图示根据本申请的一个实施方式的示例性功率半导体封装的平面顶视图。如图2A所示，功率半导体封装200包括:半导体裸片204，具有单片形成在其上的功率开关220和驱动器IC 210;半导体裸片206，具有功率开关230;无腿导电接线柱252，将半导体裸片204电耦合到半导体裸片206;以及基板270。功率半导体封装200还包括引线框架，该引线框架具有至少一个非刻蚀区段(例如非刻蚀区段250a)和部分刻蚀区段(例如部分刻蚀区段250e和250f)。注意，图2A、2B和2C中的每个图中的至少一个非刻蚀区段和部分刻蚀区段统称为引线框架250。
[0018]在本实施方式中，半导体裸片204包括单片形成在其上的驱动器IC210和功率开关220。驱动器IC 210、功率开关220和半导体裸片204可以对应地对应于图1的功率转换器电路100中的驱动器IC 110、功率开关120和半导体裸片104。如图2A所示，功率开关220包括控制晶体管，该控制晶体管具有位于半导体裸片204的顶表面上的功率电极224(例如源电极)以及位于半导体裸片204的底表面上的功率电极(例如漏电极)(图2A中未显式示出)。功率开关220还包括其可以位于半导体裸片204的顶表面或底表面上的控制电极(例如栅电极)(图2A中未显式示出)。
[0019]在本实施方式中，在半导体裸片204的底部的功率开关220的功率电极(例如漏电极)通过一个或多个键合接线256以及引线框架250的一个或多个部分刻蚀区段250f电耦合到输入电压(例如，在图1中的正输入端子160处的VIN(+))。例如，一个或多个键合接线256可以通过半导体裸片204中的一个或多个贯通基板的过孔(图2A中未显式示出)耦合到在半导体裸片204的底部的功率开关220的功率电极(例如漏电极)。在半导体裸片204的底部的功率开关220的功率电极(例如漏电极)被配置用于附接到引线框架250的一个或多个部分刻蚀区段(图2A中未显式示出)。在本实施方式中，例如，功率开关2 20的控制电极(例如栅电极)(图2A中未显式示出)可以通过一个或多个键合接线254、部分刻蚀区段250e以及基板270上的导电迹线(图2A中未显式示出)电耦合到驱动器IC 210。如图2A所示，功率开关220的功率电极224(例如源电极)通过其可以对应于图1的交换节点140的无腿导电接线柱252电耦合到功率开关230的功率电极232(例如漏电极)。无腿导电接线柱252通过引线框架250的非刻蚀区段250a电耦合到基板270。
[0020]在本实施方式中，驱动器IC 210形成在半导体裸片204上，并且包括通过图2A中的一个或多个键合接线254电耦合到引线框架250的一个或多个部分刻蚀区段250e的I/O焊盘(图2A中未显式示出)。驱动器IC