功率覆盖结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及功率覆盖结构及其制作方法。一种功率覆盖(POL)结构，包括POL子模块。POL子模块包括介电层和具有附接到介电层上的顶表面的半导体装置。半导体装置的顶表面具有形成在其上的至少一个接触垫。POL子模块还包括金属互连结构，其延伸穿过介电层，且电性地联接到半导体装置的至少一个接触垫上。传导垫片联接到半导体装置的底表面上，且热界面的第一侧联接到传导垫片上。散热件联接到电绝缘的热界面的第二侧上。

【技术实现步骤摘要】
功率覆盖结构及其制作方法本申请是申请日为2014年3月14日的专利技术专利申请“功率覆盖结构及其制作方法”(申请号：201410094386.7，申请人：通用电气公司)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请主张2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列第61/784,834号的优先权，该申请的公开内容通过引用合并于本文中。
本专利技术的实施例大体上涉及用于封装半导体装置的结构和方法，并且更具体地涉及包括改善的热界面的功率覆盖(poweroverlay，POL)封装结构。
技术介绍
功率半导体装置为用作功率电子电路中的开关或整流器的半导体装置，例如开关式电源。大部分功率半导体装置仅用于通信模式(即，它们或者导通或者截止)，且因此对此进行优化。许多功率半导体装置用于高电压功率应用中且被设计成携带大量电流且支持大电压。在使用中，高电压功率半导体装置经由功率覆盖(POL)封装和互连系统而连接到外部电路上。图1中示出了现有技术的功率覆盖(POL)结构10的总体结构。用于POL结构10的标准制造过程通常以将一个或多个功率半导体装置12通过粘合剂16置于介电层14上来开始。金属互连件18(例如，铜互连件)然后电镀到介电层14上来形成与功率半导体装置12的直接金属连接。金属互连件18可为低轮廓(例如，小于200微米厚)平坦互连结构的形式，其提供往返于功率半导体装置12的输入/输出(I/O)系统20的形成。为了连接到外部电路上，如，通过产生与印刷电路板的第二级互连，例如，目前的POL封装件使用焊球栅阵列(BGA)或盘栅阵列(LGA)。散热件22通常也包括在POL结构10中，以提供移除由半导体装置12生成的热并保护装置12免受外部环境的方式。散热件22使用直接覆铜(DBC)基底24来热联接到装置12上。如图所示，DBC基底24定位在半导体装置12的上表面与散热件22的下表面之间。DBC基底24为预制构件，其包括非有机陶瓷基底26，例如矾土，其中上铜片28和下铜片30通过直接覆铜界面或铜焊层31来结合到其两侧上。DBC基底24的下铜片30图案确定为在DBC基底24附接到半导体装置12上之前形成一定数目的传导接触区域。通常，DBC基底可具有大约1mm的总体厚度。在POL结构10的制造过程期间，焊料32施加到半导体装置12的表面上。DBC基底24然后落到焊料32上来使下铜片30的图案部分与焊料32对准。在DBC基底24联接到半导体装置12上之后，底部填充技术用于将介电有机材料34施加到粘合层16与DBC基底24之间的空间中来形成POL子模块36。热垫或热脂38然后施加到DBC基底24的上铜层28上。在POL结构10中使用DBC基底具有许多限制。首先，DBC基底的铜和陶瓷材料的材料性质对DBC基底的设计带来了固有限制。例如，由于陶瓷的固有刚性和DBC基底24的铜和陶瓷材料的热膨胀系数差异，故铜片28,30必须保持相对较薄，以避免由铜材料中的大的温度波动引起过度的应力置于陶瓷上。此外，由于面对半导体装置12的DBC基底24的下铜层的表面是平坦的，故DBC基底24不会促进具有不同高度的半导体装置的POL封装件的制造。另外，DBC基底制造相对昂贵，且为预制构件。当DBC基底24为预制构件时，铜片28,30的厚度基于施加到陶瓷基底26上的铜箔层的厚度确定。另外，由于DBC基底24在与POL结构的构件的其余部分组装之前制造，故包绕半导体装置12的介电填料或环氧树脂基底在DBC基底24联接到半导体装置12上之后使用底部填充技术来施加。这种底部填充技术耗时，且可导致POL结构内的不期望的空隙。因此，将期望提供一种POL结构，其具有改善的热界面，其克服合并DBC基底的已知POL结构的前述结构和处理限制。还将期望的此类POL结构应对不同厚度的半导体装置，同时最大限度地降低POL结构的成本。
技术实现思路
本专利技术的实施例通过提供一种功率覆盖(POL)结构来克服前述缺陷，该结构消除了将DBC基底作为POL子模块与散热件之间的热界面的使用。改善的热界面设在半导体装置与散热件之间，其包括应对不同高度的半导体装置的传导垫片。根据本专利技术的一个方面，一种功率覆盖(POL)结构包括POL子模块。POL子模块包括介电层和具有附接到介电层上的顶表面的半导体装置。半导体装置的顶表面具有形成在其上的至少一个接触垫。POL子模块还包括金属互连结构，其延伸穿过介电层，且电性地联接到半导体装置的至少一个接触垫上。传导垫片联接到半导体装置的底表面上，且热界面的第一侧联接到传导垫片上。散热件联接到电绝缘的热界面的第二侧上。根据本专利技术的另一个方面，一种形成功率覆盖(POL)结构的方法，包括提供半导体装置、将半导体装置的第一表面附连到介电层上、形成穿过介电层的通孔、以及形成延伸穿过介电层中的通孔来电性地连接到半导体装置上的金属互连结构。该方法还包括将传导垫片的第一表面附连到半导体装置的第二表面上，以及形成传导垫片的第二表面顶部上的热界面。此外，该方法包括将散热件热联接到传导垫片上，没有定位在散热件与传导垫片之间的直接覆铜(DBC)基底。根据本专利技术的又一个方面，一种功率覆盖(POL)封装结构包括POL子模块。POL子模块包括介电层、附接到介电层上的第一半导体装置，以及电性地联接到第一半导体装置的第一侧上的互连结构。互连结构延伸穿过介电层以电性地连接到第一半导体装置上的至少一个接触垫上。第一传导垫片具有联接到第一半导体装置的第二侧上的底表面，以及联接到第一传导垫片的顶表面上的热界面，而没有位于其间的直接覆铜(DBC)基底。散热件直接地联接到热界面上。根据本专利技术的又一个方面，一种半导体装置封装件包括第一半导体装置、具有的厚度大于第一半导体装置的厚度的第二半导体装置、以及联接到第一半导体装置和第二半导体装置的第一表面上的绝缘基底。金属化层延伸穿过绝缘基底，使得金属化层的第一表面联接到第一半导体装置和第二半导体装置的接触垫上。具有第一侧的第一传导垫片经由传导接触层联接到第一半导体装置上；具有第一侧的第二传导垫片经由传导接触层联接到第一半导体装置上。第一传导垫片具有的厚度大于第二传导垫片的厚度，且第一传导垫片和第二传导垫片的第二侧共面。根据本专利技术的又一方面，一种半导体装置封装件包括：具有穿过其间形成的多个通孔的介电层，以及具有联接到介电层的顶表面上的第一表面的半导体装置。半导体装置封装件还包括联接到介电层的底表面上的金属互连结构。金属互连结构延伸穿过介电层的多个通孔来连接到半导体装置的第一表面上。半导体装置封装件还包括具有联接到半导体装置的第二表面上的底表面的传导垫片，以及联接到传导垫片的顶表面上的有机热界面，而没有定位在有机热界面与传导垫片之间的直接覆铜(DBC)基底。一种功率覆盖(POL)结构，包括：POL子模块，POL子模块包括：介电层；具有附接到介电层上的顶表面的半导体装置，顶表面具有形成在其上的至少一个接触垫；金属互连结构，其延伸穿过介电层且电性地联接到半导体装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于功率覆盖结构的模块，包括：/n介电层；/n第一构件，其具有限定在其第一表面和第二表面之间的高度，其中，所述第一构件的第一表面附接到所述介电层；/n至少一个另外的构件，其具有限定在其第一表面和第二表面之间的高度，其中，所述至少一个另外的构件的第一表面附接到所述介电层；和/n传导垫片组件，其具有顶表面、底表面和至少一个传导接触层，其中，所述传导垫片组件的底表面的第一部分经由所述至少一个传导接触层耦联到所述第一构件的第二表面，且所述传导垫片组件的底表面的第二部分经由所述至少一个传导接触层耦联到所述至少一个另外的构件的第二表面；/n其中，所述传导垫片组件的底表面的第一部分定位在所述模块内的第一高度处，且所述传导垫片组件的底表面的第二部分定位在所述模块内的第二高度处，所述第一高度不同于所述第二高度；并且/n其中，所述至少一个传导接触层中的仅一个传导接触层定位在所述传导垫片组件的顶表面与所述至少一个另外的构件的第二表面之间。/n

【技术特征摘要】
20130314 US 61/784834;20130520 US 13/8976381.一种用于功率覆盖结构的模块，包括：
介电层；
第一构件，其具有限定在其第一表面和第二表面之间的高度，其中，所述第一构件的第一表面附接到所述介电层；
至少一个另外的构件，其具有限定在其第一表面和第二表面之间的高度，其中，所述至少一个另外的构件的第一表面附接到所述介电层；和
传导垫片组件，其具有顶表面、底表面和至少一个传导接触层，其中，所述传导垫片组件的底表面的第一部分经由所述至少一个传导接触层耦联到所述第一构件的第二表面，且所述传导垫片组件的底表面的第二部分经由所述至少一个传导接触层耦联到所述至少一个另外的构件的第二表面；
其中，所述传导垫片组件的底表面的第一部分定位在所述模块内的第一高度处，且所述传导垫片组件的底表面的第二部分定位在所述模块内的第二高度处，所述第一高度不同于所述第二高度；并且
其中，所述至少一个传导接触层中的仅一个传导接触层定位在所述传导垫片组件的顶表面与所述至少一个另外的构件的第二表面之间。


2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一构件和所述至少一个另外的构件包括半导体装置。


3.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一构件的第一表面具有形成于其上的至少一个接触垫；并且
其中，所述至少一个另外的构件的第一表面具有形成于其上的至少一个接触垫。


4.根据权利要求3所述的模块，其特征在于，所述模块还包括金属互连结构，所述金属互连结构延伸穿过所述介电层并且电性地耦联到所述第一构件的所述至少一个接触垫和所述至少一个另外的构件的所述至少一个接触垫。


5.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述至少一个传导接触层中的仅一个传导接触层定位在所述传导垫片组件的顶表面与所述第一构件的第二表面之间。


6.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述传导垫片组件包括至少一个传导垫片，所述传导垫片具有导电元件；并且
其中，所述至少一个传导接触层耦联到所述至少一个传导垫片并且包括焊料材料、传导粘合剂和烧结的银层中的一者。


7.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述模块还包括耦联到所述传导垫片组件的顶表面的热界面。


8.根据权利要求7所述的模块，其特征在于，所述热界面是导热的。


9.根据权利要求7所述的模块，其特征在于，所述模块还包括：封装件，其在所述介电层与所述热界面之间的空间中围绕所述第一构件、所述至少一个另外的构件以及所述传导垫片组件定位。


10.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述至少一个另外的构件包括：
耦联到所述传导垫片组件的第二构件；和
与所述传导垫片组件解耦的电气装置。


11.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述第一构件包括第一半导体装置；
其中所述至少一个另外的构件包括：
第二半导体装置，其耦联到所述传导垫片组件的底表面的第二部分；和
第三半导体装置，其耦联到所述传导垫片组件的底表面的第三部分；并且
其中，所述第一半导体装置、所述第二半导体装置和所述第三半导体装置具有不同的高度。


12.根据权利要求11所述的模块，其特征在于，所述传导垫片组件包括：
第一传导垫片，其耦联到所述第一半导体装置；
第二传导垫片，其耦联到所述第二半导体装置和所述第一传导垫片；和
第三传导垫片，其耦联到第三半导体装置和所述第一传导垫片；
其中，所述第二传导垫片的厚度不同于第三传导垫片的厚度。


13.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述传导垫片组件包括具有阶梯构型的传导垫片；并且
其中，所述至少一个传导接触层包括：
第一传导接触层，其将所述第一构件耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：AV高达，SS乔汉，PA麦康奈利，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US