具有一体式散热器的电子封装制造技术

技术编号:39442077 阅读:103 留言:0更新日期:2023-11-19 16:25
一种电子器件,该电子器件包括衬底和形成在第一半导体管芯上、电耦接到该衬底的第一氮化镓(GaN)晶体管。第二GaN晶体管形成在第二半导体管芯上并且也电耦接到该衬底。一体式散热器热耦接到该第一氮化镓半导体管芯和该第二氮化镓半导体管芯,并且电耦接到该衬底。第一偏置电压经由该一体式散热器施加到该第一GaN晶体管,并且第二偏置电压经由该一体式散热器施加到该第二GaN晶体管。施加到该第二GaN晶体管。施加到该第二GaN晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有一体式散热器的电子封装
[0001]其他申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2022年3月23日申请的名称为“ELECTRONIC PACKAGES WITH INTEGRAL HEAT SPREADERS”的美国专利申请序列号17/702,694的权益和于2021年3月24日申请的名称为“ELECTRONIC PACKAGES WITH TOP SIDE COOLING”的美国临时专利申请序列号63/165,529的权益,该申请以引用方式全文并入本文以用于所有目的。

技术介绍

[0003]当前存在各种各样的电子器件,它们可彼此结合使用以形成一个或多个电路用于功率管理。为了提高此类电子器件的性能,通常将它们附接到一个或多个热沉。然而,对于诸如氮化镓的电子器件,其可能采用电偏置的半导体衬底,常规热沉技术和电子封装结构可能不能在电偏置半导体衬底的同时还提供有效的散热。
[0004]对于氮化镓半导体器件,需要新的电子封装架构和集成式热沉。

技术实现思路

[0005]本公开的一些实施方案涉及用于氮化镓基半导体器件的电子封装。一些实施方案涉及电子封装,其能够实现低热阻并且能够向氮化镓基半导体器件的半导体衬底施加电压偏置。另外的实施方案可以使得多个氮化镓半导体器件能够被共同封装,从而形成电源电路的一个或多个相。
[0006]在一些实施方案中,电子器件包括衬底,并且包括形成在第一半导体管芯上并且电耦接到衬底的第一氮化镓(GaN)基晶体管。第二GaN基晶体管形成在第二半导体管芯上并且电耦接到衬底。一体式散热器热耦接到第一半导体管芯和第二半导体管芯。在各种实施方案中,一体式散热器包括夹置在底部金属层与顶部金属层之间的含陶瓷层。在一些实施方案中,一体式散热器包括夹置在底部金属层与顶部金属层之间的陶瓷层,底部铜层包括电耦接到第一半导体管芯的第一部分和电耦接到第二半导体管芯的第二部分,并且其中第一部分与第二部分电隔离。
[0007]在一些实施方案中,衬底电耦接到第一部分并且向第一半导体管芯供应第一偏置电压,并且其中衬底电耦接到第二部分并且向第二半导体管芯供应第二偏置电压。在各种实施方案中,第一半导体管芯定位在附接到衬底的第一中间电子封装内,并且其中第二半导体管芯定位在附接到衬底的第二中间电子封装内。在一些实施方案中,第一半导体管芯包括与背侧相对的有源器件侧,并且其中有源器件侧面向衬底,并且背侧面向一体式散热器。
[0008]在一些实施方案中,背侧附接到定位在第一中间电子封装的顶表面处的引线框架桨状件。在一些实施方案中,第一中间电子封装包括控制器件,该控制器件包括耦接到第一GaN基晶体管的栅极驱动器电路。在一些实施方案中,控制器件是形成在硅基半导体管芯上的电路。在各种实施方案中,电子器件还包括隔离器器件,该隔离器器件耦接到衬底并且布置成隔离控制信号,该控制信号控制第一GaN基晶体管和第二GaN基晶体管的操作。
[0009]在一些实施方案中,第一GaN基晶体管是高侧晶体管,第二GaN基晶体管是低侧晶体管,并且其中第一GaN基晶体管与第二GaN基晶体管串联耦接以形成单相半桥电路。在各种实施方案中,电子器件还包括形成在第三半导体管芯上并且电耦接到衬底的第三GaN基晶体管和形成在第四半导体管芯上并且电耦接到衬底的第四GaN基晶体管。在一些实施方案中,第一GaN基晶体管和第二GaN基晶体管形成电源电路的第一相,并且其中第三GaN基晶体管和第四GaN基晶体管形成电源电路的第二相。
[0010]在一些实施方案中,衬底、第一半导体管芯、第二半导体管芯和一体式散热器定位在形成在电子封装中的腔内,并且用填充材料密封在腔内,并且其中电子封装包括布置成耦接到电路板的一个或多个引脚。在各种实施方案中,电子器件还包括模制化合物,该模制化合物从衬底延伸并且封装第一半导体管芯、第二半导体管芯和一体式散热器的至少一部分。在一些实施方案中,一体式散热器的一部分形成电子器件的顶表面的一部分,并且布置成耦接到热沉。在各种实施方案中,衬底是多层印刷电路板。
[0011]在一些实施方案中,一种形成电子封装的方法包括:将一个或多个GaN基半导体管芯耦接到衬底,以及将一体式热沉附接到该一个或多个GaN基半导体管芯,以及将一体式热沉电耦接到衬底。封装该一个或多个GaN基半导体管芯和一体式热沉的至少一部分。在各种实施方案中,该方法还包括经由一体式热沉将电偏置施加到该一个或多个GaN基半导体管芯。在一些实施方案中,该方法还包括将该一个或多个GaN基半导体管芯集成到一个或多个相应的中间电子封装中。
[0012]通过本专利技术实现了优于常规技术的许多益处。例如,本专利技术的实施方案提供了在单个电子封装中共同封装多个氮化镓基半导体器件的能力,该电子封装还可以向每个半导体器件的衬底施加单独的电压偏置。在封装内使用一体式散热器可以使得功率密度降低,热量因此可以通过热界面材料有效地传递到热沉或冷却板。半导体管芯在单个电子封装内的紧密接近使得能够提高开关速度和电路稳定性,同时一体式散热器减轻了由于多个氮化镓器件的紧密接近而导致的增加的功率密度的负面热影响。总而言之,可以在减小的空间量内形成较高性能的电路,同时保持在安全操作温度内有效地操作器件的能力。
[0013]本专利技术的这些和其他实施方案及其许多优点和特征将结合下文和附图更详细地描述。为了更好地理解本公开的性质和优点,应参考以下描述和附图。然而,应理解,这些附图中的每一者仅出于说明的目的而提供,并不旨在作为对本公开范围的限制的定义。另外,作为一般规则,除非明显与描述相反,否则在不同附图中的元件使用相同的附图标记的情况下,这些元件通常在功能或目的上相同或至少类似。
附图说明
[0014]图1根据本公开的实施方案的电子封装的简化局部截面图,该电子封装包括一对氮化镓(GaN)半导体管芯和顶侧冷却;
[0015]图2示出了图1中所示的电子封装的简化底部平面图;
[0016]图3示出了图1和图2中所示的电子封装的简化顶视图;
[0017]图4示出了根据本公开的实施方案的包括两个一体式散热器的电子封装的简化局部截面图;
[0018]图5示出了图4中所示的电子封装的简化底视图;
[0019]图6示出了图4中所示的电子封装的简化底视图;
[0020]图7示出了根据本公开实施方案的在中间电子封装中包括GaN管芯的电子封装的简化局部截面图;
[0021]图8示出了图7中所示的一体式热沉的底部铜层的平面图;
[0022]图9示出了根据本公开的实施方案的包括电源电路的两个相的电子封装的简化局部截面图;
[0023]图10示出了根据本公开的实施方案的可以与底侧冷却一起使用的电子封装的简化局部截面图;
[0024]图11示出了根据本公开的实施方案的通孔电子封装的简化局部截面图;
[0025]图12示出了根据本公开的实施方案的单相半桥电路的简化电气示意图;并且
[0026]图13示出了根据本公开的实施方案的与形成电子封装的方法130本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子器件,包括:衬底;第一氮化镓(GaN)基晶体管,所述第一GaN基晶体管形成在第一半导体管芯上并且电耦接到所述衬底;第二GaN基晶体管,所述第二GaN基晶体管形成在第二半导体管芯上并且电耦接到所述衬底;和一体式散热器,所述一体式散热器热耦接到所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯。2.根据权利要求1所述的电子器件,其中所述一体式散热器包括夹置在底部金属层与顶部金属层之间的含陶瓷层。3.根据权利要求1所述的电子器件,其中所述一体式散热器包括夹置在底部金属层与顶部金属层之间的陶瓷层,底部铜层包括电耦接到所述第一半导体管芯的第一部分和电耦接到所述第二半导体管芯的第二部分,并且其中所述第一部分与所述第二部分电隔离。4.根据权利要求3所述的电子器件,其中所述衬底电耦接到所述第一部分并向所述第一半导体管芯供应第一偏置电压,并且其中所述衬底电耦接到所述第二部分并且向所述第二半导体管芯供应第二偏置电压。5.根据权利要求1所述的电子器件,其中所述第一半导体管芯定位在附接到所述衬底的第一中间电子封装内,并且其中所述第二半导体管芯定位在附接到所述衬底的第二中间电子封装内。6.根据权利要求5所述的电子器件,其中所述第一半导体管芯包括与背侧相对的有源器件侧,并且其中所述有源器件侧面向所述衬底,并且所述背侧面向所述一体式散热器。7.根据权利要求6所述的电子器件,其中所述背侧附接到定位在所述第一中间电子封装的顶表面处的引线框架桨状件。8.根据权利要求5所述的电子器件,其中所述第一中间电子封装包括控制器件,所述控制器件包括耦接到所述第一GaN基晶体管的栅极驱动器电路。9.根据权利要求8所述的电子器件,其中所述控制器件是形成在硅基半导体管芯上的电路。10.根据权利要求1所述的电子器件,还包括隔离器器件,所述隔离器器件耦接到所述衬底并且布置成隔离控制信号,所述控制信号控制所述第一GaN基晶体管和所述第二GaN基晶体管的操作。11.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:查尔斯
申请(专利权)人:纳维达斯半导体有限公司
类型:发明
国别省市:

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