半导体器件的封装制造技术

一种封装的半导体器件，包含装配在引线框端部的半导体管芯。多个间隔开的外部导体从所述端部延伸，并且至少一个外部导体在其一末端具有接合导线柱，使得一条接合导线在接合导线柱和半导体管芯之间延伸。该封装器件还包括外壳，其包围半导体管芯、端部、接合导线和接合导线柱，从而得到绝缘的封装器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及封装的半导体器件，特别是涉及一种引线框和包含大功率氮化镓基半 导体器件的封装。
技术介绍
诸如二极管、场效应晶体管等半导体器件通常形成在半导体晶片/衬底上，所述 半导体晶片/衬底随后切割成包含独立器件或集成电路的管芯(die)。所述管芯具有金属 化的垫或其它电极，其与晶体管的源区、栅区和漏区或是二极管的阳极和阴极电连接。大多 数器件形成在硅(Si)、碳化硅(SiC)和砷化镓(GaAs)半导体晶片上。所有这些衬底都是导 电的，使得形成在这些晶片上的器件都是“垂直器件”，意味它们在管芯顶面和底面都有电 连接。为了能电连接外部电子电路，半导体管芯被装配进由铜引线框和密封用环氧树脂形 成的封装体中。用于功率半导体器件的最常用的封装体的实例是如T0-220、T0-247、DPAK、 D2PAK、T0-263或其他封装规格等众所周知的工业标准。正如本领域中所周知的，管芯被安装在引线框上，所述引线框进而提供管芯和封 装体底面，以及密封的环氧树脂顶部的安装支架(在Τ0220、Τ0247的例子中)，还有到多个 外部引线中至少一个之间的电连接。其它电衬垫利用导线接合连接到其余的外部引线。在 封装的最后，管芯和引线框的部件都被绝缘的环氧树脂密封。由于这种结构，在许多应用中 最终的用户需要使用附加元件在封装体和外部硬件(热沉)或其它设备之间提供足够的电 绝缘，这会增加最终产品的成本。授权给I shizaka等人的美国专利6，847，058公开了一种作为半导体器件的 MOSFET0在Ishizaka的专利附图2和4中，显示所述器件具有一穿过漏极(D)而安装在端 部(header) 13上表面上的管芯1。所有三条引线，即源(S)、栅(G)和漏(D)都与管芯1电 连接。所述源(S)和栅(G)通过接合导线16连接，而D是管芯1的背面，并且一直与引线 框电性和机械连接，从而器件背面需要电绝缘。随着用于光电子、功率和其它用途的氮化镓半导体器件的发展，提出了用于这些 器件的新的封装需求，然而，生产经济性的考虑和消费者对管脚兼容性的需要要求这种封 装还更符合工业上公认的封装形式。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是在半导体器件的封装中提供改善的电气性能。本专利技术的另一个目的是提供一种半导体器件封装的简化和生产经济的组件。本专利技术还有另一个目的是提供一种符合工业上公认封装形式的半导体器件的封装。本专利技术另外的目的、优点和新特点通过本文的公开对本领域技术人员来说将会变 得明了，包含接下来的具体说明和实施本专利技术。虽然本专利技术在下面描述了关于优选的实施 例，但是应当明白本专利技术并不仅限于此。简要和概括地，本专利技术提供了一种封装的半导体器件，包含装配在引线框端部的 半导体管芯。多个间隔开的外部导体从封装体延伸出来，并且所述外部导体中的至少一个 在其一个末端上具有接合导线柱，使接合导线在接合导线柱和半导体管芯之间延伸。所述 封装的器件还包括一外壳，其包围所述半导体管芯、端部、接合导线和接合导线柱。附图说明本专利技术的这些以及其它的特征和优点通过考虑结合附图的情况下，参考下文的详 细说明可以得到更好的理解和更充分的认识，其中附图1A、1B和IC以及ID是根据本专利技术一个实施例的半导体器件封装顺序的透视 图，其得到最终产品是附图ID中的封装的半导体器件。附图2是根据本专利技术一优选实旋例的具有附图1A-1D中半导体管芯的半导体二极 管的半导体结构的不连续的横截面详图。附图3是根据本专利技术一优选实施例的具有附图1A-1D中半导体管芯的半导体晶体 管的半导体结构的不连续的横截面详图。具体实施例方式现在描述本专利技术的细节，包括其中典型的方面及其实施例。参考附图和以下说明， 相似的标记数字用于标识相同或功能相似的部件，旨在以一种高度简单概括的方式说明典 型实施例的主要特征。此外，附图并没有想要描述出实际实施例的每一个特征和图示部件 的相对尺寸，并且也没有按照比例绘图。参考附图1A-1D，其示出了一组根据本专利技术的半导体器件100的封装顺序的不连 续的透视图。附图IA展示了一个典型的用于封装的引线框。其包括安装支架110和端部 104组成，端部104还被用作管芯的安装载体。封装器件100还包含相互平行的并且通过 额外金属112保持在一起的外部引线或电极101、102和103。所述引线102通过金属延伸 部113与端部104永久地连接。每一个引线103和101还分别包含导线接合垫106和107。 附图IB进一步包含一装配在端部104上的半导体管芯105。如图IB所示，接合导线108和 109用于在半导体管芯105上表面的有源区和引线103、101上的导线接合垫106、107之间 分别提供电连接。由于衬底的绝缘属性，管芯和端部104之间没有电连接，因此没有到引线 102和安装支架110的电连接。附图IC示出了由铸模的塑料材料如环氧树脂构成的外壳111，其分别密封管芯 105、导线108和109以及包括接合垫106和107的引线101和103的一部分。外壳111也 起了在切除过量的和/或没用的金属112时向引线101、103提供机械支撑的作用，如附图 ID所示。附图ID示出了最终封装的半导体器件100，其中多余的金属112被切除，从而引线 101、102和103独立开来而不再通过金属112相互连接。并且，通过除去多余的金属112，外侧的两条引线101和103不电连接到端部104和安装支架110。因此，附图ID中最终密 封的封装半导体器件100提供管芯105和引线框之间完全的绝缘。虽然没有显示出来，中 间的引线102可以选择地被修整。值得注意的是，端部104的背面(未示出)保持暴露从而提供良好的热接触。这 允许直接在端部104的背面安装另外的元件例如外部热沉，这可以转移走正常操作状况下 管芯中产生的热量。现有技术的器件中，半导体封装器件的背面与管芯之间没有隔离开，器 件和热沉之间需要插入一绝缘体如聚酯薄膜(Mylar)，从而避免两者之间的电连接。然而， 在本专利技术中，绝缘封装器件的结果就是，由于引线101和103是悬空的，并且明显不与密封 的封装器件100的背面连接，因而不需要这种绝缘体。参考附图2，其示出了根据本专利技术优选的实施例半导体GaN基二极管结构200的不 连续的横截面详图，其用作附图1中的管芯104。所述结构200包含大功率氮化镓基二极 管202，其优选为在蓝宝石(A1203)衬底204上制作。所述二极管202包括在底部的高掺 杂(η+)层201和在顶部的低掺杂(η-)层203。如图所示，阳极206形成在低掺杂(η_)层 203上，且阴极207仅形成在高掺杂(η+)层201的部分上。电介质层208用作钝化层来保 护管芯与外部元素(湿气、气体)隔开，其还在两个接触之间提供电性绝缘。阳极206和阴 极207同时还作为管芯自身上的接合垫。参考附图3，其示出了根据本专利技术另一优选实施例GaN基场效应晶体管(FET)结构 300的不连续的横截面详图，其用作附图1中管芯104。所述结构300包含大功率氮化镓基 FET 302，其在蓝宝石(Α1203)衬底304上制作。所述FET302包含在底部的GaN层301和 在顶部的AlGaN层303。如图3所示，栅(G)电极306形成在AlGaN层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘的半导体封装器件，包括：引线框，其包括与安装支架相连接的端部；至少一个半导体管芯，其安装到所述引线框的所述端部；至少两个间隔开的外部导体，其从所述端部延伸使得所述至少两个间隔开的外部导体不与所述引线框的所述端部电连接，所述至少两个间隔开的外部导体中的一个与所述至少两个间隔开的外部导体中的另一个基本上平行；在所述管芯和所述至少两个间隔开的外部导体中的不与所述引线框电连接的一个之间电连接的至少第一接合导线，以及在所述管芯和所述至少两个间隔开的外部导体中的不与所述引线框的所述端部电连接的另一个之间电连接的至少第二接合导线，使得所述管芯与所述引线框电绝缘以及外壳，其包围所述半导体管芯、所述至少第一键合导线和所述至少第二接合导线，所述外壳向所述至少两个间隔开的外部导体提供机械支撑。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：BS谢尔顿，MK帕比兹，朱廷刚，刘琳蔺，B佩雷斯，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：US