一種半導體器件的封裝結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件的封裝制造技術，尤其涉及一種功率半導體器件的封裝結構和封裝方法。
【背景技術】
[0002]鑒于大功率半導體器件對散熱性能的較高的需求，根據現有技術的大功率半導體器件的封裝結構和封裝方法，通常采用一面積較大的由導熱金屬構成的散熱片來提供散熱通道。
[0003]參考圖1A和1B，所示為依據現有技術的一種大功率半導體器件的封裝結構的原理圖和相應的剖面圖。圖1A所示的大功率半導體器件的直插式封裝結構包括由散熱片1-1和管腳1-2組成的金屬框架1，具有絕緣性能的粘接膠層2，芯片3，金屬引線4和塑封體5。芯片3通過粘接膠層2安置在散熱片1-1的上表面，同時，芯片3的電極通過金屬引線4連接至相應的管腳1-2。管腳1-2的一部分，技術引線4，芯片3，粘接膠層2和散熱片1-1的一部分通過塑封材料進行塑封形成塑封體5，使得管腳1-2和散熱片1-1裸露于塑封體5外。裸露的管腳1-2用以實現芯片與外部電路的電連接，裸露的散熱片1-1用以向外部環境散熱。
[0004]由于散熱片1-1和管腳1-2是一體的，并且，散熱片的厚度比管腳的厚度要大的多，一方面提高了制造難度和制造成本，另一方面，金屬和塑封料之間的熱膨脹差異，導致大面積的金屬框架I在封裝結構容易產生分層甚至剝離等可靠性問題。同時，由于散熱片1-1和管腳1-2是一體的，在大功率半導體器件的封裝結構與外部散熱裝置進行連接時，需要在散熱片1-1和散熱裝置之間增加一絕緣結構來將兩者進行隔離，以保證大功率半導體器件的封裝結構的電學性能，但是這樣的方式增加了制造成本，同時也降低了散熱效果。再者，這樣的封裝結構，也給芯片的安裝方式，數目和靈活性帶來了一定的限制和局限性。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種新型的半導體器件的封裝結構和方法，已解決現有技術中散熱性能不佳，封裝結構局限性大等技術問題。
[0006]依據本發明一實施例的半導體器件的封裝結構，包括:散熱片，組合結構和塑封體;其中，
[0007]所述散熱片由具有散熱性能的金屬構成；
[0008]所述組合結構包括至少一個芯片，芯片載體和電連接結構；
[0009]所述芯片載體由具有導電性能的金屬組成，以給所述芯片提供機械支撐；以及所述芯片的電極通過所述電連接結構連接至所述芯片載體，以通過所述芯片載體的至少一個外延管腳實現與外部電路的電性連接；
[0010]所述組合結構位于所述散熱片的上方，并且兩者之間的間距不小于0.2mm;
[0011]具有絕緣性能的塑封材料包覆所述散熱片的第一部分，所述芯片，所述芯片載體的第一部分和所述電連接結構，并填充所述組合結構和所述散熱片之間的間隔空隙，以形成所述塑封體；
[0012]所述散熱片裸露于所述塑封體外，以提供散熱通道；
[0013]所述外延管腳裸露于所述塑封體外，以提供外部電性連接。
[0014]優選地，所述電連接結構為金屬引線，用以將所述芯片的電極引至對應所述外延管腳。
[0015]優選地，所述芯片載體還包括載片臺，用以承載所述芯片;所述外延管腳與所述載片臺相連接或者斷開。
[0016]優選地，還包括一粘膠層;所述粘膠層的第一表面連接至所述芯片的下表面，相對的另一表面連接至所述載片臺。
[0017]優選地，所述電連接結構為金屬凸塊，所述芯片通過所述金屬凸塊倒裝連接至所述芯片載體。
[0018]優選地，所述芯片載體包括一組指狀金屬結構，所述芯片的電極通過所述金屬凸塊連接至對應的所述指狀金屬結構。
[0019]優選地，所述芯片位于所述指狀金屬結構的正面或者背面。
[0020]依據本發明的一種制造上述的半導體器件的封裝結構的制造方法，包括以下步驟:
[0021]利用模具制造具有導電性能的金屬組成的芯片載體，所述芯片載體用以給所述芯片提供機械支撐，以及通過所述芯片載體的至少一個外延管腳實現與外部電路的電性連接；
[0022]將至少一個芯片通過一組電連接結構連接至所述芯片載體，以形成一組合結構；
[0023]取包封模具的上模具和下模具，將散熱片放置在所述下模具；
[0024]將所述組合結構放置于所述散熱片上方，并且兩者之間的間距不小于0.2mm;
[0025]將具有絕緣性能的塑封材料加熱至熔融狀態，并注入到所述包封模具內，所述上模具沖壓所述下模具，使得所述塑封材料包覆所述散熱片的第一部分，所述芯片，所述芯片載體的第一部分和所述電連接結構，并填充所述組合結構和所述散熱片之間的間隔空隙，經冷卻后形成所述塑封體；
[0026]所述散熱片裸露于所述塑封體外，以提供散熱通道；
[0027]所述外延管腳裸露于所述塑封體外，以提供外部電性連接。
[0028]優選地，其特征在于，所述電連接結構為金屬引線，用以將所述芯片的電極引至對應所述外延管腳。
[0029]優選地，其特征在于，所述電連接結構為金屬凸塊，所述芯片通過所述金屬凸塊倒裝連接至所述芯片載體。
[0030]優選地，其特征在于，所述芯片載體包括一組指狀金屬結構，所述芯片的電極通過所述金屬凸塊連接至對應的所述指狀金屬結構。
【附圖說明】
[0031]圖1A所示為依據現有技術的一種大功率半導體器件的封裝結構的原理圖；
[0032]圖1B所示為圖1A所示的大功率半導體器件的封裝結構的剖面圖；
[0033]圖2A所示為依據本發明第一實施例的半導體器件封裝結構的芯片載體的結構框圖；
[0034]圖2B所示為依據本發明第一實施例的半導體器件封裝結構的組合結構的結構框圖；
[0035]圖2C所示為依據本發明第一實施例的半導體器件封裝結構的剖面圖；
[0036]圖3所示為依據本發明第二實施例的半導體器件的封裝結構的剖面圖；
[0037]圖4所示為依據本發明一實施例的半導體器件的封裝結構的制造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0038]以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明并不僅僅限于這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。
[0039]參考圖2A，所示為依據本發明第一實施例的半導體器件封裝結構的芯片載體的結構框圖。在該實施例中，該芯片載體2由導電性能的金屬組成，包括載片臺2-1和至少一個外延管腳2-2;載片臺2-1用以給芯片提供機械支撐;外延管腳2-2用以與芯片的電極連接，實現與外部電路的電性連接。外延管腳2-2可以與載片臺2-1連接或者斷開。外延管腳2-2可以高于或者低于載片臺2-1的平面，也可以與載片臺2-1共平面。
[0040]參考圖2B，所示為依據本發明第一實施例的半導體器件封裝結構的組合結構的結構框圖。在該實施例中，該芯片4放置于圖2A所示的芯片載體2上，以獲得機械支撐和電性連接。一組金屬引線5作為電連接結構，以將芯片4的電極引至對應的外延管腳2-2，使的外延管腳具有對應的電極性。該組合結構還可以包括粘膠層3;粘膠層3的第一表面連接至芯片4的下表面，相對的另一表面連接至載片臺2-，1，以固定和機械支撐芯片4。
[0041]參考圖2C，所示為依據本發明第一實施例的半導體器件的封裝結構的剖面圖。在該實施例中，該半導體器件的封裝結構包括圖2B所示的組合結構、散熱片5和塑封體6。散熱片I由具有散熱性能的金屬構成。該組合結構位于散熱片5的上方，并且兩者之間的間距D不小于0.2mm;具有絕緣性能的塑封材料部分包覆散熱片I和外延管腳2-1，以及全部包覆芯片4，金屬引線5，粘膠層3和載片臺2-1，并填充該組合結構和散熱片I之間的間隔空隙，以形成塑封體6，使得散熱片I裸露于塑封體6外，以提供散熱通道；同時，外延管腳2-2裸露于塑封體6外，以提供外部電性連接。外延管腳2-2可以沿著塑封體6的一側邊延伸或者沿著多個側邊延伸。散熱片的底部和/或側邊可以裸露于塑封體6外，以向外部媒介或者環境散熱。
[0042]通過上述依據本發明實施例的半導體器件的封裝結構，由于散熱片和組合結構之間是分離的，相對于現有技術中散熱片和管腳的一體化的結構，避免了大面積的金屬框架在封裝結構容易產生分層甚至剝離等可靠性問題;并且，散熱片可以選擇散熱性能更佳的金屬，同時，同樣的封裝尺寸下，散熱片的面積可以設置的更大，提高了封裝結構的散熱性能；另一方面，通過具有絕緣性能的塑封材料來填充散熱片和組合結構之間的間隙，可以保證散熱片和組合結構之間良好的絕緣性能。在與外部散熱裝置進行連接時，不再需要增加一絕緣結構來將兩者進行隔離;再者，散熱片和組合結構之間的絕緣隔離，芯片的安裝方式和數目可以更加靈活。
[0043]參考圖3，所示為依據本發明第二實施例的半導體器件的封裝結構的剖面圖。在該實施例中，芯片通過倒裝方式連接至芯片載體，相比較使用鍵合引線的正裝安裝方式，組合結構的體積可以