多相半桥驱动器封装以及制造方法技术

一种半导体封装包括：多个半桥组件，每一个包括：金属引线、附着至金属引线的第一侧的第一功率晶体管管芯、以及设置在第一功率晶体管管芯下面且附着至与第一侧相对的金属引线的第二侧的第二功率晶体管管芯。每个金属引线具有缺口，其暴露在第二功率晶体管管芯的附着至金属引线的一侧处的一个或多个结合焊盘。该半导体封装还包括：控制器管芯，其被配置成控制功率晶体管管芯。每个功率晶体管管芯、每个金属引线和控制器管芯被嵌入模塑料中。在由对应金属引线中的缺口所暴露的每个第二功率晶体管管芯的该侧处的一个或多个结合焊盘和控制器管芯之间提供结合线连接。

【技术实现步骤摘要】
多相半桥驱动器封装以及制造方法
技术介绍
多个功率晶体管和微控制器在小且薄的封装中的集成提出若干挑战。例如，多相无刷DC电动机要求高电流（例如在70A至120A之间），以高温度（例如150°C以上）操作，并且消耗相当大的功率（例如高达500W）。用于此类应用的半桥驱动器生成必须通过封装来耗散的相当大的热量。常规的多相半桥驱动器通过将半桥功率晶体管管芯以及对应的控制器管芯附着至印刷电路板（PCB）来实现。此类解决方案具有大的占用空间并且不提供内置冷却特征。多相半桥驱动器的此类常规基于板的实现还遭受电压尖峰以及较高水平的EMI（电磁干扰），这归因于管芯和板之间的高电感连接。因此，存在对具有较小占用空间、更好热量耗散特性以及更低电感的改进的多相半桥驱动器封装解决方案的需要。
技术实现思路
根据一种半导体封装的实施例，该半导体封装包括：多个半桥，每个包括设置在第二功率晶体管管芯上的第一功率晶体管管芯；附着至每个半桥的第一功率晶体管管芯的底侧以及第二功率晶体管管芯的顶侧的单独的第一金属引线；附着至每个半桥的第一功率晶体管管芯的顶侧的单独的或单个第二金属引线；以及模塑料（moldcompound），其中嵌入每个半桥和每个金属引线。每个第一金属引线从模塑料的侧面突出以形成半桥输出端子。每个第二金属引线从模塑料的侧面突出以形成第一半桥功率端子（powerterminal）。每个半桥的第二功率晶体管管芯的底侧的至少一部分没有被在模塑料的第一主面处的模塑料覆盖以形成第二半桥功率端子。每个第二金属引线的至少一部分没有被在与第一主面相对的模塑料的第二主面处的模塑料覆盖。根据一种半导体封装的另一实施例，该半导体封装包括多个半桥组件，每个包括：金属引线、附着至金属引线的第一侧的第一功率晶体管管芯、以及设置在第一功率晶体管管芯下面且附着至与第一侧相对的金属引线的第二侧的第二功率晶体管管芯。每个金属引线具有缺口（notch），其暴露在第二功率晶体管管芯的附着至金属引线的一侧处的一个或多个结合焊盘（bondpad）。该半导体封装进一步包括：控制器管芯，其被配置成控制第一功率晶体管管芯和第二功率晶体管管芯；模塑料，每个功率晶体管管芯、每个金属引线和控制器管芯嵌入其中；以及在由对应金属引线中的缺口所暴露的每个第二功率晶体管管芯的该侧处的一个或多个结合焊盘与控制器管芯之间的结合线连接。根据一种制造半导体封装的方法的实施例，该方法包括：将单独的第一功率晶体管管芯附着至多个第一金属引线的第一侧；将单独的第二功率晶体管管芯附着至每个第一金属引线的第二侧，以使得每个第一功率晶体管管芯设置在第二功率晶体管管芯中的一个上并且电耦合至第二功率晶体管管芯以形成半桥；将单独的或单个第二金属引线附着至每个第一功率晶体管管芯的背对多个第一金属引线的一侧；以及将每个功率晶体管管芯和每个金属引线嵌入模塑料中。每个第一金属引线从模塑料的侧面突出以形成半桥输出端子。每个第二金属引线从模塑料的侧面突出以形成第一半桥功率端子。每个第二功率晶体管管芯的背对多个第一金属引线的一侧的至少一部分没有被在模塑料的第一主面处的模塑料覆盖以形成第二半桥功率端子。每个第二金属引线的至少一部分没有被在与第一主面相对的模塑料的第二主面处的模塑料覆盖。在阅读下面的详细描述时，并且在查看附图时，本领域技术人员将认识到附加特征和优点。附图说明绘图的元件不一定相对于彼此按照比例。相似的参考数字指定对应的类似部分。各种图示的实施例的特征可以被组合，除非它们彼此排斥。在绘图中描绘实施例并且在接下来的描述中详述该实施例。图1A图示多相半桥驱动器封装的实施例的顶部透视图。图1B图示多相半桥驱动器封装的底部透视图。图1C图示多相半桥驱动器封装的侧面透视图。图1D图示图1A中的相同顶部透视图，但是在某些区域中模塑料被移除以示出封装的内部部件。图2图示在封装内控制器管芯和两个不同功率晶体管管芯之间的结合线连接的分解视图。图3A到3C图示制造在图1A到1D中示出的半桥组件的实施例。图4A和4B图示制造在图1A到1D中示出的控制器管芯组件的实施例。图5A到5C图示根据在图3A到3C中示出的半桥组件和在图4A和4B中示出的控制器管芯组件来制造在图1A到1D中示出的多相半桥驱动器封装的实施例。图6图示多相半桥驱动器封装的另一实施例的顶部透视图。图7A和7B分别图示多相半桥驱动器封装的又一实施例的顶部和侧面透视图。具体实施方式本文中描述的实施例提供一种用于多相半桥驱动器的集成封装解决方案，与基于板的解决方案相比，该集成封装解决方案具有小占用空间、良好热量耗散特性和低电感。本文中描述的集成封装解决方案还具有降低的电压尖峰以及更小的EMI，这归因于至封装的更低的电感连接。而且，因为降低的输入滤波要求，该集成封装解决方案产生系统级的成本节省。图1A图示多相半桥驱动器封装100的实施例的顶部透视图。图1B图示多相半桥驱动器封装100的底部透视图。图1C图示多相半桥驱动器封装100的侧面透视图。图1D图示图1A中的相同顶部透视图，但是在某些区域中模塑料被移除以示出封装100的内部部件。该多相半桥驱动器封装100包括多个半桥102。每个半桥102形成驱动器的相，并且包括设置在第二功率晶体管管芯106上且在切换节点处彼此电耦合的第一功率晶体管管芯104。在一个实施例中，该第一功率晶体管管芯104是低侧功率晶体管管芯并且该第二功率晶体管管芯106是高侧功率晶体管管芯。在其他实施例中，该管芯堆叠被反转以使得高侧功率晶体管管芯在顶部并且低侧功率晶体管管芯在底部。术语‘顶部’和‘底部’指的是在封装内的取向。该功率晶体管管芯104、106可以包括通常在半桥中使用的任何标准类型的功率晶体管开关，诸如但不限于功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HEMT（高电子迁移率晶体管）等等。单独的第一金属引线108附着至每个半桥102的第一功率晶体管管芯104的底侧以及第二功率晶体管管芯106的顶侧，并且单独的第二金属引线110附着至每个半桥102的第一功率晶体管管芯104的顶侧以形成相应的半桥组件。每个半桥组件包括一对第一和第二功率晶体管管芯104/106、在对应切换节点处连接在管芯104、106之间的第一金属引线108、以及附着至第一（上）功率晶体管管芯104的顶侧的第二金属引线110。每个半桥102和每个金属引线108、110嵌入在模塑料112中。可以使用任何标准的模塑料。每个第一金属引线108从模塑料112的侧面114突出以形成耦合至对应半桥102的切换节点的半桥输出端子116。每个第二金属引线110从模塑料112的侧面114突出以形成第一半桥功率端子118。每个半桥102的第二功率晶体管管芯106的底侧120的至少一部分没有被在模塑料112的底部主面122处的模塑料112覆盖以形成第二半桥功率端子124。在低侧功率晶体管被设置在高侧功率晶体管上的情况下，每个第二金属引线110从模塑料112的侧面114突出以形成用于相应半桥102的接地端子118并且在模塑料112的底部主面122处没有被模塑料112覆盖的每个第二功率晶体管管芯106的底侧的该部分120形成用于相应半桥102的电压端子124。每个第二金属引线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体封装，包括：多个半桥，每个包括设置在第二功率晶体管管芯上的第一功率晶体管管芯；附着至每个半桥的第一功率晶体管管芯的底侧以及第二功率晶体管管芯的顶侧的单独的第一金属引线；附着至每个半桥的第一功率晶体管管芯的顶侧的单独的或单个第二金属引线；以及模塑料，其中嵌入每个半桥和每个金属引线，其中每个第一金属引线从模塑料的侧面突出以形成半桥输出端子，其中每个第二金属引线从模塑料的侧面突出以形成第一半桥功率端子，其中每个半桥的第二功率晶体管管芯的底侧的至少一部分没有被在模塑料的第一主面处的模塑料覆盖以形成第二半桥功率端子，其中每个第二金属引线的至少一部分没有被在与第一主面相对的模塑料的第二主面处的模塑料覆盖。

【技术特征摘要】
2017.11.27 US 15/8227451.一种半导体封装，包括：多个半桥，每个包括设置在第二功率晶体管管芯上的第一功率晶体管管芯；附着至每个半桥的第一功率晶体管管芯的底侧以及第二功率晶体管管芯的顶侧的单独的第一金属引线；附着至每个半桥的第一功率晶体管管芯的顶侧的单独的或单个第二金属引线；以及模塑料，其中嵌入每个半桥和每个金属引线，其中每个第一金属引线从模塑料的侧面突出以形成半桥输出端子，其中每个第二金属引线从模塑料的侧面突出以形成第一半桥功率端子，其中每个半桥的第二功率晶体管管芯的底侧的至少一部分没有被在模塑料的第一主面处的模塑料覆盖以形成第二半桥功率端子，其中每个第二金属引线的至少一部分没有被在与第一主面相对的模塑料的第二主面处的模塑料覆盖。2.根据权利要求1所述的半导体封装，其中每个第一金属引线具有缺口，其暴露在第二功率晶体管管芯的附着至那个第一金属引线的顶侧处的一个或多个结合焊盘。3.根据权利要求1所述的半导体封装，其中三个半桥嵌入模塑料中，其中两个第一金属引线从模塑料的第一侧面突出，并且其中单个第一金属引线从与第一侧面相对的模塑料的第二侧面突出。4.根据权利要求3所述的半导体封装，其中单独的或单个第二金属引线在两个位置中从模塑料的第三侧面突出，并且在单个位置中从与第三侧面相对的模塑料的第四侧面突出。5.根据权利要求1所述的半导体封装，其中没有被模塑料覆盖的每个第二功率晶体管管芯的底侧的该部分具有在模塑料的第一主面处暴露的裸半导体材料。6.根据权利要求1所述的半导体封装，其中该多个半桥形成多相无刷DC电动机驱动器。7.根据权利要求1所述的半导体封装，其中该多个半桥形成多相功率转换器驱动器。8.根据权利要求1所述的半导体封装，进一步包括嵌入模塑料中并且被配置成控制多个半桥的控制器管芯。9.根据权利要求8所述的半导体封装，进一步包括在由对应第一金属引线中的缺口所暴露的每个第二功率晶体管管芯的顶侧处的一个或多个结合焊盘与控制器管芯之间的结合线连接。10.根据权利要求1所述的半导体封装，其中该模塑料包括在模塑料的第二主面的外围周围形成的脊。11.根据权利要求10所述的半导体封装，进一步包括设置在模塑料的第二主面上且通过脊限制的导热且电绝缘材料。12.一种半导体封装，包括：多个半桥组件，每个包括：金属引线、附着至金属引线的第一侧的第一功率晶体管管芯、以及设置在第一功率晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超发，谢征林，WH古，A库切尔，龙登超，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE