半导体管芯的对称封装制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体封装，它包括多个具有至少一个缺口的金属引线（４４０）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与本专利技术一起共同拥有且共同提出的专利申请第号，它在此处被全文引用作为参考。
技术介绍
呈集成电路芯片(IC)形态的半导体器件在其被结合进诸如计算机或蜂窝电话的产品中时一般必需安装在诸如印刷电路板的平坦表面上。现在，没有一种表面安装半导体封装技术能满足下一代分立功率半导体器件和IC的需要。这种表面安装功率封装应当包括至少以下特征1.低电阻；2.分流并减小器件金属互连内横向电阻(1ateral resistance)的能力；3.低热阻；4.垂直(通过背面)或横向(顶侧)实现大电流的能力；5.可制造性高；6.低固有材料成本(intrinsic material cost)；7.低制造成本；8.功率应用中的可靠运行；9.便于至少三个(且优选地更多)到半导体的隔离连接的能力；10.低剖面(高度)和小覆盖面积。功率半导体器件和IC有两种，因其具有低的导通态电压降(因此具有低功耗)而传导大电流的那些，以及因其耗费大量功率而传导“大”电流的那些。因为这种功率器件的各种各样的使用、结构和运行，所以所列的初始两个特征(即低电阻)可以代替第三特征(低热阻)而实现，但是理想地，一个封装应当既提供低电阻又提供低热阻。第四个特征，即横向或垂直大电流流动，说明功率封装理想地应当是对横向或垂直功率器件两者均可应用，但是，两个方向中的至少一个应当是大电流可用的。当然，封装必须是高度可制造的，因为功率晶体管在世界范围内得以每年几十亿个地大量使用。对于这种器件的供给者和可能的用户，任何内在的制造可重复性或产率问题将有严重的后果。另一个特征是低成本，包括封装材料成本及其制造成本。当然，材料成本是基本的，因为诸如金引线、塑料铸模、铜引线框等特定材料是基于世界原材料市场的，不能通过半导体产量的简单增加而大幅改变。使用更少量材料的封装设计生产起来本质上更便宜。功率应用中封装的可靠性意味着，它必须经受得住功率器件中通常遭遇到的运行条件，诸如电流尖脉冲、比正常遇到的更高的环境温度、明显的自加热、重复热瞬变导致的热震等。电流或加热的重复脉冲可以引起与疲劳相关的损伤，尤其在金相接合和界面处。更少的界面是优选的。二极管、瞬变抑制器和熔断器需要二引出端封装，而支持至少三个连接线的封装对分立晶体管是有用的。对于各种智能功率半导体元件，四个连接线直至八个连接线是极为有用的。在八个不同的连接线以上，这种功率封装技术的使用集中在功率集成电路上。低剖面表面安装封装，虽然不是普遍要求，但却使之便于PC板的制造，因为封装在低剖面封装中的功率器件具有与同一板上的其它IC相同的特性，并且因而避免了对特殊处理的需要。在如电池组、PCMCIA卡和蜂窝电话的一些情形下，低剖面封装在满足最终产品的临界厚度方面可能是至关重要的。小覆盖区域通常是整个产品尺寸的根源，尤其在便携式电子设备中，在该电子设备中，尺寸是重要的消费者购买标准-越小越好。在相关考虑中，板上封装覆盖区越小，且它所包含的半导体管芯越大，则给定尺寸的性能越大。虽然这些目的可能看起来明显，但事实是，现在的功率半导体封装技术未充分地、节约成本地满足这些需要，并且在一些情况下根本不满足该需要。传统封装的许多缺点是使用键合引线的结果。键合引线提供了附加电阻，并且在其热传导上效率低下，尤其是连接到功率MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)、绝缘栅极双极晶体管，或双极晶体管中顶侧源极焊点上的引线。一些公司已经试图开发到栅极上的无键合引线连接(abond-wireless connection)，但是，这些尝试仍未成功，而且这些公司已经不得不回到引线键合栅极连接上。图1A示出了一种这样的对制造功率MOSFET的工艺流程的尝试，它包括与栅极键合引线联合的无键合引线源极连接。在此流程中，管芯和顶部引线框之间的环氧树脂管芯粘结(和局部固化)之后，然后将管芯翻转过来，并通过环氧树脂将其粘结到底部引线框上。因为通过连接杆施加到引线框的管芯粘结部分上的扭矩，所以维持均匀的界面环氧树脂层是非常困难的。此外，在此流程中，引线键合必需在无键合引线管芯粘结后发生。在进行引线键合后，模塑、修剪和成型还必需进行。图1B说明了一种环氧树脂粘结到管芯442上的顶部引线框440。弯曲金属的“驼峰”引线框440(即，上升和下降的引线框)使均匀的管芯粘结操作很困难。在管芯粘结后，图1C的平面图说明了顶部引线框440的无键合引线部分444和用于引线键合栅极的更短的“跳板(diving board)”片446。即使使用束缚在一侧的连接杆，在引线键合过程中固定引线框440仍是困难的。在顶部引线框440粘结到管芯442上后，使用导电环氧树脂管芯粘结底部引线框448，如图1D的横截面视图和图1E的平面图所示。在管芯粘结和固化过程中控制扭矩和压力对于可靠的产品是关键的。于是，使用键合引线450来引线键合栅极引线446，如图1F的透视图所示。在同一封装中混合键合引线和无键合引线的方法在成本上具有不足，因为管芯引线框或管芯跨接线(die-strap)系统必需被移动到不同的机器上以进行引线键合。处理产品占用时间且花钱。事实上，此方法在实现可制造性上有如此多的问题，以致于它可能永远不被商业化使用，并且可能被完全放弃而不管行业内多年的投资。管芯开裂、可变的导通电阻，以及在运行或老化(burn-in)过程中改变的导通电阻都是这种方法的症状。注意，在引线键合的过程中，栅极引线446与其自由端几乎没有支撑的跳板是机械相似的。它的运动使栅极键合452的质量不可靠且易变。图1G示出了模塑(如虚线454所示)后的另一种透视图。设计的不对称致使这种方法的制造复杂且不能再现。图2A的流程图中示出了另一种方法。在此方法中，管芯首先粘接到铜跨接线层上以形成管芯和跨接线组件，于是随后将管芯和跨接线组件粘接到传统引线框上。在此第二粘接后，部件仍然必须被引线键合以连接器件的栅极。其后，该结构被模塑、修剪和成型。在图2B中，还是驼峰状材料片，在此情形中，将“跨接线”460对准管芯462。跨接线460具有一致的宽度(见图2C)，因而必须被定位，以不覆盖栅极键合焊点464(见图2E)，但却仍然接触源极。跨接线460在图2D的横截面视图和图2E的平面视图中被示为源极引线，该源极引线被环氧树脂粘接到管芯462上以形成管芯和跨接线组件461。关键是，驼峰引线框460底部466和管芯462的底表面优选地是共面的，以避免随后工艺中的问题。图2F的横截面视图和图2G的平面视图中示出的底部引线框470看起来像普通的引线框。注意，当引线框作为图2F-2R中的分立部分而抽出时，事实上，该部分由连接杆(未示出)连接。虽然可想象地它可以被预成形(即已经被弯曲)，这使它更加难以搬运，但是引线框470在其被粘接到管芯上前一般是平坦的。在图2H和2I中，包括管芯462和铜跨接线460的管芯和跨接线组件461被对准底部引线框470，该引线框涂覆有环氧树脂“点”472。在这一点上，环氧树脂点472与诸如栅极焊点464的管芯表面特征不一致。图2J是被挤压到底部引线框470上的管芯和跨接线组件461的视图，它在图2I所示的横截面J-J处截取。明显的是，管芯462和跨接线460底部466的底表面的共面是同时实现两个良本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体封装，包括： 具有第一和第二主表面的半导体管芯； 粘接至管芯第一表面上的热沉； 粘接至管芯第二表面上的引线，所述引线在管芯的对立边缘上方延伸，在引线面对管芯的一侧上在引线上形成缺口，所述缺口位于引线越过管芯边缘的位置上；以及 包裹该管芯以及引线和热沉的至少一部分的非导电封壳，引线的相对端从封壳伸出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦K拉姆，理查德K威廉斯，亚历克斯K乔伊，
申请(专利权)人：艾伦K拉姆，理查德K威廉斯，亚历克斯K乔伊，
类型：发明
国别省市：US[美国]