一種表面安裝封裝件的制作方法
【專利摘要】一種表面安裝封裝件,其包括至少一個半導體裝置和POL封裝和互連系統,所述POL封裝和互連系統圍繞所述至少一個半導體裝置形成且被構造成使表面安裝封裝件能夠安裝到外部電路。POL系統包括上覆一個或多個半導體裝置的第一表面的介電層和金屬互連結構,該金屬互連結構延伸通過穿過介電層形成的通路或開口以便電聯接到一個或多個半導體裝置上的連接墊。金屬化層形成于包括平坦的平面結構的金屬互連結構上方,并且雙面陶瓷基板定位在一個或多個半導體裝置的第二表面上,其中雙面陶瓷基板被構造成當表面安裝封裝件接合到其上時使一個或多個半導體裝置的漏極與外部電路電隔離并且將熱量傳導離開一個或多個半導體裝置。
【專利說明】一種表面安裝封裝件
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及用于封裝半導體裝置的結構,并且更特別地涉及提供低寄生電感、雙面冷卻和方便安裝到外部電路的半導體裝置封裝結構。
【背景技術】
[0002]功率半導體裝置是在諸如開關電源的電力電子電路中用作開關或整流器的半導體裝置。大多數功率半導體裝置僅在換向模式(即,它們或者接通或者關斷)下使用,并且因此為此而進行優化。一種這樣的功率半導體裝置是高性能、寬帶間隙碳化硅(SiC)MOSFET (金屬-氧化物-半導體型場效應管),其具有非常快的開關轉換并可用作功率或高頻率裝置。相比其它低頻率、低功率半導體裝置,SiC MOSFET能夠載送更大量的電流并且通常能夠在關斷狀態下支持更大的反向偏置電壓,使得SiCMOSFET非常適合在高端軍事和醫療保健產品及其它尖端技術中使用。
[0003]在使用中,高電壓功率半導體裝置通常借助于封裝結構而表面安裝到外部電路,其中封裝結構提供電連接到外部電路,并且也提供除去由裝置產生的熱量并保護裝置不受外部環境影響的方式。由于與此類封裝結構的冷卻和電感缺陷相關聯的局限性,大多數現有的封裝結構僅適合低頻率/低功率應用。例如,在現有封裝結構中,諸如MOSFET的一個或多個半導體裝置的漏極直接連接到封裝結構的背墊金屬(back metal)接頭(tab),使得封裝結構被認為具有“熱接頭”。帶有熱接頭的封裝件很難提供良好的熱通道以便冷卻一個或多個半導體裝置,因為必須電絕緣互連于封裝件的背面或接頭的銅焊盤。此外,現有封裝結構使用焊線來形成從半導體裝置到封裝件引腳的連接,這種非平面焊線互連有助于增加封裝件的電感。由于在引腳焊接到板時形成的傳導回路,封裝件的引出腳的構造方式也有助于封裝件的總電感一其中在板和封裝件之間具有固有間距。
[0004]因此,需要一種通過提供一個或多個半導體裝置的低電感互連和改善的冷卻而適合高頻率和高功率應用這兩者的半導體裝置封裝件。還需要此類半導體裝置封裝件以提供封裝件到外部電路的方便的表面安裝和附連,同時解放設計者,使其不必在進行到電路的剩余部分的高電流連接的同時提供電壓隔離。
【發明內容】
[0005]本發明的實施例通過提供半導體裝置封裝結構而克服了上述缺點,該結構提供低寄生電感、雙面冷卻和方便安裝到外部電路。
[0006]根據本發明的一個方面,表面安裝封裝件包括:至少一個半導體裝置,其包括基板,該基板具有形成于其上的多個連接墊;以及功率上覆(POL, power overly)封裝和互連系統,其圍繞至少一個半導體裝置形成且被構造成使表面安裝封裝件安裝到外部電路,其中POL封裝和互連系統還包括上覆至少一個半導體裝置的第一表面且借助于粘合劑層接合到該第一表面的介電層,其中介電層和粘合劑層包括穿過其中形成的多個通路(vias)或開口。POL封裝和互連系統還包括:金屬互連結構,其延伸通過穿過介電層和粘合劑形成的通路或開口以便電聯接到至少一個半導體裝置的多個連接墊;金屬化層,其形成于金屬互連結構上方且包括平坦的平面結構;以及雙面陶瓷基板,其定位在與第一表面相對的至少一個半導體裝置的第二表面上,雙面陶瓷基板被構造成當表面安裝封裝件接合到其上時電隔離至少一個半導體裝置的漏極與外部電路,并且被進一步構造成將熱量傳導離開至少一個半導體裝置。
[0007]進一步的,所述POL封裝和互連系統還包括構造成提供所述表面安裝封裝件連接到所述外部電路的柵極、源極和漏極連接接頭。
[0008]進一步的,所述柵極、源極和漏極連接接頭包括焊盤。
[0009]進一步的,所述柵極、源極和漏極連接接頭與所述雙面陶瓷基板結合形成所述表面安裝封裝件的平面的底部表面。
[0010]進一步的,所述柵極、源極和漏極連接接頭電聯接到所述金屬互連結構和所述至少一個半導體裝置。
[0011]進一步的,所述POL封裝和互連系統還包括下列中的一個:介電頂層,其施加在所述金屬化層上方;或頂部表面雙面陶瓷基板,其施加在所述金屬化層上方,所述頂部表面雙面陶瓷基板被構造成減小通過所述表面安裝封裝件的頂部表面的熱通道的熱阻。
[0012]進一步的,所述介電頂層和所述頂部表面雙面陶瓷基板中的所述一個被構造成為所述表面安裝封裝件提供平坦的頂部表面以適應其到接觸冷卻器的附連,從而提供所述表面安裝封裝件的雙面冷卻。
[0013]進一步的,所述雙面陶瓷基板包括直接敷銅結構,所述直接敷銅結構包括陶瓷絕緣貼片,所述陶瓷絕緣貼片具有施加在其頂部表面和底部表面中每一個上的銅片。
[0014]進一步的,所述至少一個半導體裝置包括高頻率或高功率的半導體裝置。
[0015]進一步的,所述至少一個半導體裝置包括碳化硅SiC MOSFET和SiC 二極管中的至少一個。
[0016]進一步的,所述POL封裝和互連系統被構造成提供在所述表面安裝封裝件中的平面連接和到所述表面安裝封裝件的平面連接以減少在所述表面安裝封裝件中的電感回路。
[0017]根據本發明的另一方面,具有構造成安裝到外部電路的頂部表面和底部表面的表面安裝模塊包括一個或多個功率半導體裝置和功率上覆(POL)封裝和互連系統,POL封裝和互連系統圍繞一個或多個功率半導體裝置形成且被構造以提供表面安裝模塊到外部電路的安裝。POL封裝和互連系統還包括:介電層,其上覆一個或多個功率半導體裝置的有源表面;金屬化互連結構,其形成于介電層的上方且向下延伸穿過形成于介電層中的開口以便電聯接到一個或多個功率半導體裝置;以及多個連接墊,其形成于表面安裝模塊的底部表面上以提供到外部電路的連接,多個連接墊包括寬的平坦的可焊接墊。POL封裝和互連系統還包括鄰近多個連接墊定位的雙面陶瓷基板,其中雙面陶瓷基板被構造成在空間上分離和電隔離一個或多個功率半導體裝置的浮動接頭與外部電路,同時將熱量傳導離開一個或多個功率半導體裝置并到表面安裝模塊的外部。金屬化互連結構、多個連接墊和雙面陶瓷基板為表面安裝模塊形成最小化表面安裝模塊的電感的、多個平面的互連件。
[0018]進一步的,所述多個連接墊包括柵極、源極和漏極連接接頭,所述柵極、源極和漏極連接接頭與所述雙面陶瓷基板結合形成所述表面安裝模塊的平面的底部表面。
[0019]進一步的,所述金屬化互連結構包括構造成適應接觸冷卻器到所述表面安裝模塊的附連的、平坦的平面的頂部表面。
[0020]進一步的,所述POL封裝和互連系統還包括施加在所述金屬化互連結構上方的介電頂層和頂部表面雙面陶瓷基板中的一個,所述頂部表面雙面陶瓷基板被構造成減小通過所述表面安裝模塊的頂部表面的熱通道的熱阻。
[0021]進一步的,所述雙面陶瓷基板包括直接敷銅結構,所述直接敷銅結構包括:陶瓷貼片;以及銅片,其附連到所述陶瓷貼片的相對側中的每一側。
[0022]根據本發明的又一方面,表面安裝封裝件包括一個或多個功率半導體裝置和功率上覆(POL)封裝和互連系統,POL封裝和互連系統圍繞一個或多個功率半導體裝置形成以供表面安裝封裝件安裝到外部電路。POL封裝和互連系統在一個或多個功率半導體裝置、POL封裝和互連系統的內部連接件與外部電路之間形成多個平面的互連件,以便最小化表面安裝模塊的電感。POL封裝和互連系統被構造成當表面安裝封裝件安裝到外部電路時電隔離一個或多個功率半導體裝置的背面漏極接頭與外部電路,同時將熱量傳導離開一個或多個功率半導體裝置并到表面安裝封裝件的外部。
[0023]進一步的,所述POL封裝和互連系統包括:介電層,其上覆所述一個或多個功率半導體裝置的第一表面且借助于粘合劑層接合到所述第一表面,所述介電層和粘合劑層包括多個穿過其中形成的通路或開口 ;金屬互連結構,其延伸通過穿過所述介電層和粘合劑形成的所述通路或開口以便電聯接到所述一個或多個功率半導體裝置的所述多個連接墊;金屬化層,其形成于所述金屬互連結構上方,所述金屬化層包括平坦的平面結構;以及雙面陶瓷基板,其定位在與所述第一表面相對的所述至少一個半導體裝置的第二表面上,所述雙面陶瓷基板被構造成當所述表面安裝封裝件接合到其上時使所述一個或多個功率半導體裝置的漏極與所述外部電路電隔離并且被構造成將熱量傳導離開所述至少一個半導體裝置。
[0024]進一步的,所述POL封裝和互連系統還包括施加在所述金屬化層上方的頂部表面雙面陶瓷基板,所述頂部表面雙面陶瓷基板被構造成減小通過所述表面安裝封裝件的頂部表面的熱通道的熱阻。
[0025]進一步的,所述POL封裝和互連系統被構造成在所述表面安裝封裝件上提供平坦的平面的頂部表面和底部表面,以便提供所述表面安裝封裝件的雙面冷卻。
[0026]根據結合附圖提供的本發明的優選實施例的以下詳細描述,將更容易理解這些和其它優點和特征。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]附圖示出用于執行本發明的目前想到的實施例。
[0028]在附圖中:
[0029]圖1是根據本發明的實施例的表面安裝封裝件的示意性俯視圖。
[0030]圖2是圖1的表面安裝封裝件的示意性仰視圖。
[0031]圖3是圖1的表面安裝封裝件沿線3-3截取的示意性橫截面側視圖。
[0032]圖4是圖1的表面安裝封裝件沿線4-4截取的示意性橫截面側視圖。
[0033]圖5是根據本發明的另一個實施例的半導體裝置封裝件的示意性橫截面側視圖。
[0034]圖6是根據本發明的另一個實施例的半導體裝置封裝件的示意性橫截面側視圖。【具體實施方式】
[0035]本發明的實施例提供了具有平面互連件和浮動漏極接頭的半導體裝置封裝件以減少封裝件中的電感回路并且提供了良好的熱通道以減小對半導體裝置和封裝件的熱應力,同時也使得封裝件能夠更容易地安裝到外部電路。
[0036]參看圖1-4,示出了根據本發明的實施例的表面安裝封裝件或模塊10的各種視圖。表面安裝封裝件10包括在其中的一個或多個半導體裝置12,半導體裝置12包括基板13,基板具有形成于其上的多個連接墊15,根據各種實施例,半導體裝置12可以是晶體管、晶粒(die)、二極管或其它電力電子裝置的形式。如圖1所示,碳化硅(SiC)MOSFETH和兩個SiC 二極管16設置在表面安裝封裝件10中,然而,應當認識到,可以在表面安裝封裝件10中包括更多或更少數量的半導體裝置12。在一個示例性實施例中,包括在表面安裝封裝件10中的半導體裝置12的數量使得封裝件被視為“低數量(low count)”模塊。如在實施例中進一步所示,還提供了類似于半導體裝置12使用的墊片18。墊片18可由銅或用作電短路的類似的材料制成,或者可由用來提供機械支撐或充當表面安裝封裝件中的熱導管的類似氧化鋁或氮化鋁的陶瓷制成。
[0037]一個或多個半導體裝置12使用功率上覆(POL)封裝和互連系統20進行封裝,POL封裝和互連系統20實現密實(rugged)而可靠的金屬連接和互連件,該金屬連接和互連件被構造成減小接觸電阻并因此減小表面安裝封裝件中的電壓損耗和傳導損耗,使得POL系統20很適合在高頻率和高功率應用中使用。POL系統20在半導體裝置、封裝件的內部連接、和外部板連接之間提供平面互連件,其中到半導體裝置12上的接觸墊的寬的銅帶/墊和金屬連接/通路或開口被用來進行連接。相比現有技術的互連系統,例如,引線結合和覆晶互連技術,POL系統20以更高的電流容量提供更好的熱性能,特別是在瞬態電流尖脈沖(spike)期間。POL系統20還提供相對低的寄生電感和低的電遷移趨勢。如圖3和4所示,POL系統20在表面安裝封裝件10中提供薄型(low profile)、平面的互連結構。
[0038]如圖3和4所示,在使用POL技術封裝一個或多個半導體裝置12的過程中,一個或多個粘合劑層22和介電層24 (例如,介電的層合物或薄膜)提供用于附連到一個或多個半導體裝置12的第一表面26(即,有源表面)。在執行這樣的附連過程中,介電層24首先被施加到框架結構(未示出),然后將粘合劑層22沉積到介電層24以適應一個或多個半導體裝置12在其上的后續放置。介電層24呈層合物或薄膜的形式并且被置于框架結構上以在施加粘合劑層22 (和背襯/防粘片,未示出)期間和穿過粘合劑層22和介電層合物24的通路或開口 28的后續形成期間提供穩定性,其中這樣的通路或開口 28借助于例如激光燒蝕或激光鉆孔工藝、等離子體蝕刻、光界定(photo-definition)或機械鉆孔工藝形成,并且成形為與半導體裝置12的接觸墊30對齊。根據本發明的實施例,介電層24可由多種介電材料中的一種形成,例如Kapton?、Ultem?、聚四氟乙烯(PTFE)、Upilex?、聚砜
材料(例如,Udel?、RadeKSO或諸如液晶聚合物(LCP)或聚酰亞胺材料的另一種聚合物膜。
[0039]POL系統20包括向下成形到通路或開口 28中且上覆最頂層介電層(topmostdielectric layer) 24的金屬互連件32和金屬化層34 (即,銅頂層)。金屬互連件32通常通過濺鍍和電鍍應用的組合形成,但應當認識到,也可使用其它金屬沉積的無電鍍法。例如,鈦粘附層和銅晶種層可以首先通過濺鍍工藝施加,然后是將銅的厚度增加至期望水平的電鍍工藝。所施加的金屬材料隨后被圖案化成具有所需形狀的金屬互連件32,金屬互連件32充當穿過介電層24和粘合劑層22的豎直貫通件。如圖3和4所示,根據一個實施例,金屬互連件32形成到半導體裝置12上的接觸墊30的直接金屬連接和電連接。
[0040]當熱量從半導體裝置12通過形成于通路或開口 28中的導電的金屬互連件32流出到頂部金屬化層34時,金屬化層34與金屬互連件32聯合提供來自表面安裝封裝件10的半導體裝置12的熱量的流出。如圖3和4所示,金屬化層34被構造成使得其向外表面36具有平坦的頂部幾何形狀。向外表面36的這種平面幾何形狀使得表面安裝封裝件10能夠從兩側冷卻,因為具有高熱導率的接觸冷卻器(未示出)(如,銅、鋁或復合材料散熱器)可添加到表面安裝封裝件10的頂部表面38。根據本發明的一個實施例,并且如圖3和4所示,介電頂層40被施加到金屬化層34之上方以形成表面安裝封裝件10的頂部表面38,其中接觸冷卻器定位成鄰近(接觸)介電的頂層40,以便在表面安裝封裝件10的頂部表面38處提供冷卻。
[0041]現在參看圖2-4,表面安裝封裝件10的底部表面42顯示為包括柵極、漏極和源極連接(即,“接頭(tab)”)44、46、48以將表面安裝封裝件10中的半導體裝置12連接到外部板或電路載體50。柵極連接44、漏極連接46和源極連接48中的每一個被構造為圍繞表面安裝模塊10緊密構造的寬墊,以有助于減少不期望的電回路。連接44、46、48使得能夠形成從電路板50到表面安裝封裝件10的內部平面的非常緊密的平面電連接,由此形成從電路板50到內部平面的非常短的路徑,從而減少表面安裝封裝件10中的寄生電感。連接44、46、48充當允許將表面安裝封裝件10焊接到板或電路載體50的連接點。如圖3和4所示,漏極連接46和源極連接48電連接到POL系統20的金屬互連件32,金屬互連件32向下延伸穿過形成于介電層24和粘合劑層22中的通路或開口 28。柵極連接44借助于柵極引線52電聯接到SiC MOSFET14ο
[0042]雙面陶瓷基板54也設置在表面安裝封裝件10中且形成表面安裝封裝件10的底部表面42的一部分。SiC MOSFET14和兩個SiC 二極管16焊接到雙面陶瓷基板54的頂部表面56,而雙面陶瓷基板54的底部表面58保持完全或部分暴露以提供從表面安裝封裝件10向外的有效熱傳遞并且使表面安裝封裝件10能夠焊接到外部板/電路載體50。
[0043]根據一個實施例,雙面陶瓷基板54被構造為直接敷銅(DBC, direct bond copper)結構,其由陶瓷貼片(例如氧化鋁)60構成,銅片62通過直接接合工藝結合到陶瓷貼片的兩側(即,銅圖案在陶瓷貼片的晶粒側上,平衡銅(balancing copper)在非晶粒側上)。然而,雖然雙面陶瓷基板54在上文和下文中被稱為“DBC結構54”,但應當認識到,雙面陶瓷基板54可由其它材料構成,其中使用鋁代替銅作為例如金屬層,并且因此這樣的實施例被認為在本發明的范圍內。因此,術語“DBC結構”在下文中的使用意味著涵蓋包括陶瓷貼片(例如,氧化鋁)的這樣的雙面陶瓷基板54:其通過包括硬釬焊或直接粘合技術的任何高溫接合工藝將任何合適的金屬材料(例如,銅或鋁)片材結合到陶瓷貼片兩側。或者,應當認識到,也可以采用其它類似的結構,例如絕緣的金屬基板(IMS)結構,該結構提供電絕緣但不具有理想的熱導率,并且因此可能需要穿過其中形成的熱通道。
[0044]在表面安裝封裝件10中包括DBC結構54用來電隔離/絕緣SiCMOSFETH的底部漏極表面64與外部電路50,同時仍然提供改善的熱通道,以將熱量傳導離開MOSFET的漏極64。DBC結構54將SiCMOSFET背面漏極64構造為與外部電路50物理上分離的“浮動接頭”。通過將DBC結構54包括在表面安裝封裝件10中實現的這種浮動接頭構造使得更容易板安裝表面安裝封裝件10,并且解放了設計者,使其不必在進行到電路的剩余部分的高電流連接的同時提供電壓隔離。DBC結構54與連接44、46、48結合,在表面安裝封裝件10上提供了平面的底部表面,從而允許在焊料回流期間附連其它表面安裝部件的同時將表面安裝封裝件10容易地安裝和附連到電路板50。
[0045]現在參看圖5,示出了根據本發明的另一個實施例的表面安裝封裝件70,其中需要/期望表面安裝封裝件中的半導體裝置12的額外冷卻。表面安裝封裝件70功能類似于圖1-4所示表面安裝封裝件10 ;然而,表面安裝封裝件70的構造略微不同于表面安裝封裝件10的構造。具體而言,表面安裝封裝件70被構造成使得頂部表面雙面陶瓷基板72設置在表面安裝封裝件70的頂部表面74上以減小通過封裝件頂部的熱通道的熱阻。根據一個實施例,表面安裝封裝件10的頂側介電層40(例如,聚酰亞胺層)(圖1)被替換成具有比介電層更低的熱阻的雙面陶瓷基板72 (例如,銅-陶瓷-銅DBC結構),其中雙面陶瓷基板72焊接到銅金屬化層34。然后可以將頂側散熱器或其它接觸冷卻器(未示出)添加到雙面陶瓷基板72并熱連接到其上,同時借助于雙面陶瓷基板72與表面安裝封裝件10電絕緣。半導體裝置12的更有效的雙面冷卻可因此通過實施圖5所示表面安裝封裝件結構而實現。
[0046]根據本發明的另一個實施例,應當認識到,圖5的表面安裝封裝件70可被構造為“覆晶(flip-chip)”式模塊,該模塊使封裝件的頂部表面74焊接到外部板或電路載體。也就是說,在表面安裝封裝件70的頂部表面74上加入頂部表面雙面陶瓷基板72,該“加入”通過提供能焊接到電路載體的平的頂部表面74而為表面安裝封裝件70提供了覆晶封裝功能。在其中圖5的表面安裝封裝件70實現為覆晶式模塊并且頂部表面74焊接到電路載體的實施例中,應當認識到,銅接頭44、46、48將設置在表面安裝封裝件70的頂部表面74上而不是在封裝件的底部表面上(如在圖5中當前所示),使得接頭和頂部表面雙面陶瓷基板72組合以提供平表面。
[0047]現在參看圖6,示出了根據本發明的實施例的另外的表面安裝封裝件80。同樣,表面安裝封裝件80功能類似于圖1-4和5所示表面安裝封裝件10、70 ;然而,表面安裝封裝件80的構造與其略有不同。如圖6所示,示出了其中單個介電層82作為POL系統84—部分提供的表面安裝封裝件80。包括僅單個介電層82用來進一步最小化表面安裝封裝件80的厚度,應當認識到,在封裝件厚度的這種最小化和由包括僅單個介電層82導致的POL系統84中的電流密度的增加之間存在折中。
[0048]有利地,本發明的實施例因此提供了具有平面互連件和浮動漏極接頭的表面安裝封裝件以減少封裝件中的電感回路并且提供了更好的熱通道以減小對一個或多個半導體裝置和封裝件的熱應力,同時也使得封裝件能夠更容易地安裝到外部電路。平面封裝件中的浮動接頭使得更容易將板安裝封裝件,并且解放了設計者,使其不必在進行到外部電路的剩余部分的高電流連接的同時提供電壓隔離。浮動接頭還允許設計者為封裝件內部的半導體或半導體裝置實現好得多的熱通道和/或更好的冷卻。另外,由于平面封裝件包括堅固的直接金屬連接而不是引線結合,并且還包括使封裝件能夠雙面冷卻的平坦的頂部幾何形狀,減小了封裝件上的熱應力。在其中需要額外冷卻的表面安裝封裝件中,通過將材料以這樣的方式(即,使得提供從裝置頂部到頂側冷卻器的熱通道)添加到封裝件來實現這樣的冷卻。本發明的實施例還有利地提供了這樣的表面安裝封裝件:其具有在半導體芯片、封裝件的內部連接和板連接之間由包括在其中的平面互連件產生的低電感。所有連接都是平面的并且使用寬的銅帶/墊來進行連接。由POL技術實現的此類銅連接和銅通路或開口(其可以模擬半導體晶粒上的鈍化(passivation)開口)的使用共同作用,以減小接觸電阻并因此減少電壓損耗和傳導損耗。此外,POL連接是到半導體墊的真正的金屬連接并且因此比引線結合更加密實和可靠,引線結合是超聲設置的鋁線或金線。總之,這使得該封裝件可用于高頻率和高功率應用。
[0049]因此,根據本發明的一個實施例,表面安裝封裝件包括:至少一個半導體裝置,其包括基板,該基板具有形成于其上的多個連接墊;以及功率上覆(POL)封裝和互連系統,其圍繞至少一個半導體裝置形成且被構造成提供表面安裝封裝件安裝到外部電路,其中POL封裝和互連系統還包括上覆至少一個半導體裝置的第一表面且借助于粘合劑層接合到該第一表面的介電層,其中介電層和粘合劑層包括穿過其中形成的多個通路或開口。POL封裝和互連系統還包括:金屬互連結構,其延伸通過穿過介電層和粘合劑形成的通路或開口以便電聯接到至少一個半導體裝置的多個連接墊;金屬化層,其形成于金屬互連結構上方且包括平坦的平面結構;以及雙面陶瓷基板,其定位在與第一表面相對的至少一個半導體裝置的第二表面上,雙面陶瓷基板被構造成當表面安裝封裝件接合到其上時使至少一個半導體裝置的漏極與外部電路電隔離,并且雙面陶瓷基板被進一步構造成將熱量傳導離開至少一個半導體裝置。
[0050]根據本發明的另一個實施例,具有構造成安裝到外部電路的頂部表面和底部表面的表面安裝模塊包括一個或多個功率半導體裝置和功率上覆(POL)封裝和互連系統,POL封裝和互連系統圍繞一個或多個功率半導體裝置形成且被構造成使表面安裝模塊安裝到外部電路。POL封裝和互連系統還包括:介電層,其上覆一個或多個功率半導體裝置的有源表面;金屬化互連結構,其形成于介電層的上方且向下延伸穿過形成于介電層中的開口以便電聯接到一個或多個功率半導體裝置;以及多個連接墊,其形成于表面安裝模塊的底部表面上以提供到外部電路的連接,多個連接墊包括寬的平坦的可焊接墊。POL封裝和互連系統還包括鄰近多個連接墊定位的雙面陶瓷基板,其中雙面陶瓷基板被構造成在空間上分離和電隔離一個或多個功率半導體裝置的浮動接頭與外部電路(即,使該浮動接頭在空間上與該外部電路分離,并使該浮動接頭電隔離該外部電路),同時將熱量傳導離開一個或多個功率半導體裝置并到表面安裝模塊的外部。金屬化互連結構、多個連接墊和雙面陶瓷基板為表面安裝模塊形成多個平面的互連件,該多個平面的互連件最小化該表面安裝模塊的電感。
[0051]根據本發明的又一實施例,表面安裝封裝件包括一個或多個功率半導體裝置和功率上覆(POL)封裝和互連系統,POL封裝和互連系統圍繞一個或多個功率半導體裝置形成以提供表面安裝封裝件到外部電路的安裝。POL封裝和互連系統在一個或多個功率半導體裝置、POL封裝和互連系統的內部連接件和外部電路之間形成多個平面的互連件,以便最小化表面安裝模塊的電感。POL封裝和互連系統被構造成當表面安裝封裝件安裝到外部電路時使一個或多個功率半導體裝置的背面漏極接頭與外部電路電隔離,同時將熱量傳導離開一個或多個功率半導體裝置并到表面安裝封裝件的外部。[0052]雖然已經結合僅有限數量的實施例詳細描述了本發明,但應該容易理解,本發明不限于這樣公開的實施例。相反,本發明可以修改以包含任何數量此前沒有描述的變型、改動、替換或等同布置,但這些布置與本發明的精神和范圍相稱。另外,雖然已經描述了本發明的各種實施例,但應當理解,本發明的方面可僅包括所描述的實施例中的一些。因此,本發明不被視為受先前的描述限制,而僅受所附權利要求的范圍限制。
【權利要求】
1.一種表面安裝封裝件,包括: 至少一個半導體裝置,所述至少一個半導體裝置中的每一個包括具有形成于其上的多個連接墊的基板;以及 功率上覆POL封裝和互連系統,其圍繞所述至少一個半導體裝置形成且被構造以供所述表面安裝封裝件安裝到外部電路,所述POL封裝和互連系統包括: 介電層,其上覆所述至少一個半導體裝置的第一表面且借助于粘合劑層接合到所述第一表面,所述介電層和粘合劑層包括多個穿過其中形成的通路或開口 ; 金屬互連結構,其延伸通過穿過所述介電層和粘合劑而形成的所述通路或開口,以便電聯接到所述至少一個半導體裝置的所述多個連接墊; 金屬化層,其形成于所述金屬互連結構上方,所述金屬化層包括平坦的平面結構;以及 雙面陶瓷基板,其定位在與所述第一表面相對的所述至少一個半導體裝置的第二表面上,所述雙面陶瓷基板被構造成當所述表面安裝封裝件接合到其上時使所述至少一個半導體裝置的漏極與所述外部電路電隔離并且被進一步構造成將熱量傳導離開所述至少一個半導體裝置。
2.根據權利要求1所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述POL封裝和互連系統還包括構造成提供所述表面安裝封裝件連接到所述外部電路的柵極、源極和漏極連接接頭。
3.根據權利要求2所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述柵極、源極和漏極連接接頭包括焊盤。
4.根據權利要求3所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述柵極、源極和漏極連接接頭與所述雙面陶瓷基 板結合形成所述表面安裝封裝件的平面的底部表面。
5.根據權利要求2所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述柵極、源極和漏極連接接頭電聯接到所述金屬互連結構和所述至少一個半導體裝置。
6.根據權利要求1所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述POL封裝和互連系統還包括下列中的一個: 介電頂層,其施加在所述金屬化層上方;或 頂部表面雙面陶瓷基板,其施加在所述金屬化層上方,所述頂部表面雙面陶瓷基板被構造成減小通過所述表面安裝封裝件的頂部表面的熱通道的熱阻。
7.根據權利要求6所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述介電頂層和所述頂部表面雙面陶瓷基板中的所述一個被構造成為所述表面安裝封裝件提供平坦的頂部表面以適應其到接觸冷卻器的附連,從而提供所述表面安裝封裝件的雙面冷卻。
8.根據權利要求1所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述雙面陶瓷基板包括直接敷銅結構,所述直接敷銅結構包括陶瓷絕緣貼片,所述陶瓷絕緣貼片具有施加在其頂部表面和底部表面中每一個上的銅片。
9.根據權利要求1所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述至少一個半導體裝置包括高頻率或高功率的半導體裝置。
10.根據權利要求9所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述至少一個半導體裝置包括碳化硅SiC MOSFET和SiC 二極管中的至少一個。
11.根據權利要求1所述的 表面安裝封裝件,其特征在于,所述POL封裝和互連系統被構造成提供在所述表面安裝封裝件中的平面連接和到所述表面安裝封裝件的平面連接以減少在所述表面安裝封裝件中的電感回路。
12.一種包括構造成安裝到外部電路的頂部表面和底部表面的表面安裝模塊,所述表面安裝模塊包括: 一個或多個功率半導體裝置;以及 功率上覆POL封裝和互連系統,其圍繞所述一個或多個功率半導體裝置形成且被構造成供所述表面安裝模塊安裝到所述外部電路,所述POL封裝和互連系統包括: 介電層,其上覆所述一個或多個功率半導體裝置的有源表面; 金屬化互連結構,其形成于所述介電層上方且向下延伸穿過形成于所述介電層中的開口以便電聯接到所述一個或多個功率半導體裝置; 多個連接墊,其形成于所述表面安裝模塊的所述底部表面上以提供到所述外部電路的連接,所述多個連接墊包括寬的平坦的可焊接墊;以及 雙面陶瓷基板,其定位成鄰近所述多個連接墊,所述雙面陶瓷基板被構造成在空間上使所述一個或多個功率半導體裝置的浮動接頭與所述外部電路分離和使所述一個或多個功率半導體裝置的浮動接頭與所述外部電路電隔離,同時將熱量傳導離開所述一個或多個功率半導體裝置并傳導至所述表面安裝模塊的外部; 其中所述金屬化互連結構、所述多個連接墊和所述雙面陶瓷基板為所述表面安裝模塊形成最小化所述表面安裝模塊的電感的、多個平面的互連件。
13.根據權利要求12所述的表面安裝模塊,其特征在于,所述多個連接墊包括柵極、源極和漏極連接接頭,所述柵極、源極和漏極連接接頭與所述雙面陶瓷基板結合形成所述表面安裝模塊的平面的底部表面。
14.根據權利要求12所述的表面安裝模塊,其特征在于,所述金屬化互連結構包括構造成適應接觸冷卻器到所述表面安裝模塊的附連的、平坦的平面的頂部表面。
15.根據權利要求12所述的表面安裝模塊,其特征在于,所述POL封裝和互連系統還包括施加在所述金屬化互連結構上方的介電頂層和頂部表面雙面陶瓷基板中的一個,所述頂部表面雙面陶瓷基板被構造成減小通過所述表面安裝模塊的頂部表面的熱通道的熱阻。
16.根據權利要求12所述的表面安裝模塊,其特征在于,所述雙面陶瓷基板包括直接敷銅結構,所述直接敷銅結構包括: 陶瓷貼片;以及 銅片,其附連到所述陶瓷貼片的相對側中的每一側。
17.—種表面安裝封裝件,包括: 一個或多個功率半導體裝置;以及 功率上覆POL封裝和互連系統,其圍繞所述一個或多個功率半導體裝置形成以供所述表面安裝封裝件安裝到外部電路; 其中所述POL封裝和互連系統在所述一個或多個功率半導體裝置、所述POL封裝和互連系統的內部連接件和所述外部電路之間形成多個平面的互連件以便最小化所述表面安裝模塊的電感;并且 其中所述POL封裝和互連系統被構造成當所述表面安裝封裝件安裝到所述外部電路時使所述一個或多個功率半導體裝置的背面漏極接頭與所述外部電路電隔離,同時將熱量傳導離開所述一個或多個功率半導體裝置并到所述表面安裝封裝件的外部。
18.根據權利要求17所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述POL封裝和互連系統包括: 介電層,其上覆所述一個或多個功率半導體裝置的第一表面且借助于粘合劑層接合到所述第一表面,所述介電層和粘合劑層包括多個穿過其中形成的通路或開口 ; 金屬互連結構,其延伸通過穿過所述介電層和粘合劑形成的所述通路或開口以便電聯接到所述一個或多個功率半導體裝置的所述多個連接墊;金屬化層,其形成于所述金屬互連結構上方,所述金屬化層包括平坦的平面結構;以及雙面陶瓷基板,其定位在與所述第一表面相對的所述至少一個半導體裝置的第二表面上,所述雙面陶瓷基板被構造成當所述表面安裝封裝件接合到其上時使所述一個或多個功率半導體裝置的漏極與所述外部電路電隔離并且被進一步構造成將熱量傳導離開所述至少一個半導體裝置。
19.根據權利要求18所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述POL封裝和互連系統還包括施加在所述金屬化層上方的頂部表面雙面陶瓷基板,所述頂部表面雙面陶瓷基板被構造成減小通過所述表面安裝封裝件的頂部表面的熱通道的熱阻。
20.根據權利要求19所述的表面安裝封裝件,其特征在于,所述POL封裝和互連系統被構造成在所述表面安裝封裝件上提供平坦的平面的頂部表面和底部表面,以便提供所述表面安裝封裝件的雙面冷卻。
【文檔編號】H01L23/31GK103811433SQ201310572275
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】E.C.德爾加多, J.S.格拉澤, B.L.勞登 申請人:通用電氣公司