带有引线框连接的功率覆盖结构制造技术

本发明专利技术涉及带有引线框连接的功率覆盖结构。公开了一种合并引线框连接的功率覆盖(POL)封装结构。该POL结构(10)包括POL子模块(14)，其具有：介电层(30)；至少一个半导体装置(12)，其附连到介电层(30)上且其包括由半导体材料构成的基板和形成于基板上的多个连接垫；以及金属互连结构(38)，其电联接到至少一个半导体装置(12)的多个连接垫，其中金属互连结构(38)延伸通过介电层(30)中的通孔(36)以便连接到多个连接垫。该POL结构(10)还包括引线框(26)，其电联接到POL子模块(14)，其中引线框(26)包括引线(28)，引线(28)被配置成形成到外部电路结构(27)的互连。

【技术实现步骤摘要】
带有引线框连接的功率覆盖结构
本专利技术的实施例大体而言涉及用于封装半导体装置的结构和方法，且更特定而言涉及在其中合并了引线框(leadframe)连接的功率覆盖(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，诸如开关式电源。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输送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)封装和互连系统连接到外部电路，其中POL封装也提供移除由装置所生成的热且保护该装置免受外部环境影响的方式。标准POL封装制造工艺通常始于经由粘合剂将一个或多个功率半导体装置放置于介电层上。金属互连(例如，铜互连)然后电镀到介电层上以形成到(多个)功率半导体装置的直接金属连接。金属互连可呈小轮廓(例如，小于200微米厚)、平坦互连结构的形式，其提供用于到和自(多个)功率半导体装置的输入/输出(I/O)系统的形成。为了连接到外部电路，诸如通过形成到印刷电路板的二级互连，例如，当前的POL封装使用焊球栅阵列(BGA)或盘栅阵列(LGA)。虽然这些类型的互连的短间隔高度(~5至20mil)提供小轮廓，但是这种连接易于在高应力条件下出现早期失效。即，很大的温度循环范围、冲击和振动可在这些焊点中引起失效。因此，将期望提供一种POL封装，其具有耐受高应力条件下的失效的互连以便提高互连可靠性。还期望对于这种POL封装来提供这种可靠性同时最小化POL封装的成本。
技术实现思路
本专利技术的实施例通过提供一种半导体装置封装结构而克服了前述缺陷，这种半导体装置封装结构消除了焊球栅阵列(BGA)或盘栅阵列(LGA)的使用以将POL封装连接到外部电路。向POL封装提供引线框连接以提供可在多种高应力环境下可用的高度可靠的互连结构。根据本专利技术的一方面，一种功率覆盖(POL)结构，包括：POL子模块，其中POL子模块还包括：介电层；附连到介电层上的至少一个半导体装置，其包括由半导体材料构成的基板和形成于基板上的多个连接垫(pad)；以及金属互连结构，其电联接到至少一个半导体装置的多个连接垫，其中金属互连结构延伸通过穿过介电层形成的通孔(via)以便连接到多个连接垫。该POL结构还包括引线框，其电联接到POL子模块，引线框包括引线，其配置成形成到外部电路结构的互连。根据本专利技术的另一方面，一种功率覆盖(POL)封装结构，包括：POL子模块，其具有介电层；至少一个半导体装置，其附连到介电层上且包括由半导体材料构成的基板和形成于基板上的多个连接垫；以及一级互连结构，其电联接到至少一个半导体装置的多个连接垫，其中一级互连结构延伸通过穿过介电层形成的通孔以便连接到多个连接垫。该POL封装结构还包括二级互连结构，其将POL子模块电联接到外部电路结构，二级互连结构包括引线框，其被配置成形成到外部电路结构的互连。根据本专利技术的又一方面，一种形成功率覆盖(POL)结构的方法，包括：提供POL子模块，其包括介电层；至少一个半导体装置，其附连到介电层上；以及金属互连结构，其延伸通过介电层中的通孔以电连接到至少一个半导体装置。该方法还包括：提供用于POL子模块的引线框，其被配置成在POL子模块与外部电路结构之间形成互连，其中，引线框基于引线框到POL子模块上的直接附连和引线框到位于POL子模块与引线框之间的直接覆铜(DBC)基板的附连中的一个电联接到POL子模块。该方法还包括：利用聚合材料来包封POL子模块和引线框的一部分以为POL结构提供结构刚度。通过结合附图提供的本专利技术的优选实施例的下文的详细描述，这些和其它优点和特征将更易于理解。附图说明附图示出了目前设想到的用于执行本专利技术的实施例。在附图中：图1为根据本专利技术的实施例的功率覆盖(POL)结构的示意截面侧视图。图2至图13为根据本专利技术的实施例在制造/组建工序的各个阶段期间的POL结构的示意截面侧视图。图14为根据本专利技术的另一实施例的POL结构的示意截面侧视图。具体实施方式本专利技术的实施例提供了一种具有合并在其中的引线框连接的半导体装置封装，以及形成这种半导体装置封装的方法。制造该半导体装置封装使得引线框连接形成高度可靠的互连结构，可用于多种高应力环境中，用于将半导体装置封装附连到外部电路上。参看图1，示出了根据本专利技术的实施例的功率覆盖(POL)封装和互连结构10。POL结构10包括在其中的一个或多个半导体装置12，其根据各种实施例可呈管芯、二极管或其它功率电子装置的形式。如图1所示，两个半导体装置12设于POL结构10中，但应认识到更多或更少量的半导体装置12可包括于POL结构10中。(多个)半导体装置12封装于POL子模块14内，如将在下文中更详细地解释地，POL子模块14形成到(多个)功率半导体装置12的直接金属连接，其中连接呈小轮廓、平坦互连结构的形式，例如，其提供用于到和自(多个)半导体功率装置12的输入/输出(I/O)系统的形成。根据本专利技术的一个实施例，诸如电阻器、电容器或感应器的无源装置/构件16也包括于POL结构10中。如图1所示，POL结构10还包括直接覆铜(DBC)基板18或POL子模块14和无源装置16附连到其上的另一类似基板。DBC基板18包括瓷板(例如，氧化铝)20，其带有通过高温结合工艺而接合到其两侧的铜片22、24。根据本专利技术的实施例，可基于例如基板18由氧化铝还是氮化铝和氮化硅等形成来采用不同的硬焊和直接接合技术。通常在烧制后蚀刻DBC18的两侧。在DBC基板18的后侧上的底部铜层24留置为完全或者部分地暴露以提供从POL结构10的高效地向外的传热。虽然在上文和下文中称作“DBC”基板，但是应认识到铝可代替铜用作金属层，且因此这种实施例也被认为在本专利技术的范围内。因此，在下文中使用术语“DBC基板”来意图涵盖包括瓷板(例如氧化铝)20的结构18，瓷板20带有接合到其两侧的由任何合适金属材料(诸如铜或铝)制成的片22、24。如在图1中进一步示出地，DBC基板18包括附连于其上的引线框26。根据本专利技术的实施例，在将POL子模块14放置于DBC基板上之前将引线框26预先附连到DBC基板18上，诸如经由高温结合工艺，如焊接(solder)、硬焊、熔接或其它类似方法，但应认识到根据本专利技术的另一实施例，引线框26可备选地在后附连(取决于所用的焊接材料)。在附连到DBC基板18上之后，引线框26随后被切割且形成以允许将POL结构10表面安装到诸如印刷电路板(PCB)27的外部电路上。引线框26被形成为包括多根引线28，引线28被配置为附连/附接到PCB上以将POL结构10电联接到PCB。引线框26提供高度可靠的互连结构，其耐受在高应力条件下的失效，诸如经历温度循环范围、冲击和振动的汽车环境。聚合物底部填充件或包封或外模(overmold)29设于POL结构10上，其包封POL子模块14的顶部和连接到DBC基板18的引线框26的区域且填充在POL结构10中的间隙，以便向POL结构10提供额外的结构完整性。根据一个实施例，包封29还施加到DBC基板18的后表面的至少一部分上。虽然POL结构10在图1中被示出为包括具有附连到其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率覆盖(POL)结构(10)，包括：POL子模块(14)，所述POL子模块(14)包括：介电层(30)；附连到所述介电层(30)上的至少一个半导体装置(12)，其中所述至少一个半导体装置(12)中的每一个包括由半导体材料构成的基板和形成于所述基板上的多个连接垫；以及金属互连结构(38)，其电联接到所述至少一个半导体装置(12)的多个连接垫，所述金属互连结构(38)延伸通过穿过所述介电层(30)形成的通孔(36)以便连接到所述多个连接垫；以及引线框(26)，其电联接到所述POL子模块(14)，所述引线框(26)包括引线(28)，所述引线(28)被配置成形成到外部电路结构(27)的互连。

【技术特征摘要】
2011.08.16 US 13/211,0571.一种功率覆盖结构，包括：功率覆盖子模块，所述功率覆盖子模块包括：介电层，具有穿过其中形成的多个通孔，所述介电层包括在介电膜上的介电叠层；附连到所述介电层上的至少一个半导体装置，其中所述至少一个半导体装置中的每一个包括由半导体材料构成的基板和形成于所述基板上的多个连接垫；以及金属互连结构，其电联接到所述至少一个半导体装置的多个连接垫，所述金属互连结构延伸通过穿过所述介电层形成的通孔以便连接到所述多个连接垫；以及引线框，其电联接到所述功率覆盖子模块，所述引线框包括多个引线，所述引线被配置成形成到外部电路结构的互连；以及具有第一表面和第二表面的多层基板，其中所述功率覆盖子模块以及所述引线框的多个引线的每个引线都直接附连到所述多层基板的所述第一表面上，使得在多层基板平面上形成所述功率覆盖子模块到所述外部电路结构的电联接。2.根据权利要求1所述的功率覆盖结构，其特征在于，还包括位于所述多层基板与所述功率覆盖结构之间的焊接材料和导电粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：AV高达，PA麦康內李，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：