[發(fā)明專利]減小翹曲的封裝設(shè)計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680051775.5
• 申請(qǐng)日: 2006-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN101375394A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·H·葉云;D·J·多爾蒂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 飛思卡爾半導(dǎo)體公司
• 主分類號(hào): H01L23/15
• 分類號(hào): H01L23/15;H01L21/00;H01L23/28
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 柴毅敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件制造。更具體地，本發(fā)明涉及用于減小法蘭(flange)的稱為“翹曲”的熱-機(jī)械變形的半導(dǎo)體封裝。

背景技術(shù)

已知在半導(dǎo)體晶片(例如但不限于硅或砷化鎵)上制造半導(dǎo)體管芯后，鋸(也稱為“切割”)晶片以分開晶片上的各個(gè)半導(dǎo)體管芯(也稱為“切片(dice)”、“芯片”或“器件”)。然后對(duì)這些分開的管芯的每一個(gè)進(jìn)行封裝以便于進(jìn)行安全的管芯操作和附裝到電路板、散熱片等上。在這個(gè)處理期間，管芯附裝或安裝到封裝基板(也稱作“法蘭”)上。在一些器件例如功率放大器的情況下，其中在器件的操作期間會(huì)產(chǎn)生熱量，因而具有封裝基板底座的管芯被安裝或附裝到散熱片上，該散熱片用于通過傳導(dǎo)從使用中的器件移除產(chǎn)生的熱量。

在典型的封裝處理中，管芯通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ǜ窖b到法蘭，例如通過焊接或者使用粘合劑。這個(gè)處理在高溫下進(jìn)行，然后管芯-法蘭組合被冷卻至室溫。

對(duì)于封裝使用的傳統(tǒng)材料，例如美國專利公開20050016750A1中所描述的那些，在管芯附裝處理后，法蘭在冷卻時(shí)具有由平坦發(fā)生變形或“翹曲”的傾向。變形在附裝窗框、引腳和蓋時(shí)的后續(xù)處理中會(huì)產(chǎn)生更多的制造問題。它還在管芯使用時(shí)使得管芯產(chǎn)生的熱量低效率地傳遞到法蘭和散熱片。因此，翹曲防止從管芯向法蘭以及從法蘭向散熱片的最大可能的熱量傳遞。這使得管芯的溫度增加，并產(chǎn)生不期望的后果。

在另一個(gè)構(gòu)造中，美國專利公開20050012118描述了一種封裝，這種封裝可以承受較高的管芯附裝溫度，并可以為管芯提供密封的氣穴而不使用粘合劑。其討論了用于容納半導(dǎo)體的電路封裝，該半導(dǎo)體具有金屬法蘭、一個(gè)或多個(gè)高銅引腳以及模制到法蘭和引腳的液晶聚合物框架。法蘭包括燕尾形槽，該燕尾形槽與模制的框架機(jī)械地互鎖。在模制期間，框架的一部分形成在框架保持特征中或圍繞框架保持特征凝固的鍵(key)。其中沒有討論熱誘導(dǎo)的法蘭變形。

本領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到從管芯到法蘭的熱傳遞在操作(其中管芯在高溫下附裝，隨后結(jié)合物被冷卻至室溫并產(chǎn)生熱-機(jī)械變形)中形成挑戰(zhàn)。

因此，期望最小化法蘭在管芯附裝處理中的變形。此外，期望開發(fā)出一種保持從管芯到法蘭以及從法蘭到散熱片的最大可能熱傳遞的方案。而且，結(jié)合附圖以及前述技術(shù)領(lǐng)域和背景，根據(jù)后續(xù)的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其他期望的特征和特性將變得更清楚。

附圖說明

通過結(jié)合下面的附圖閱讀詳細(xì)描述和權(quán)利要求可以獲得對(duì)本發(fā)明的更加完全的理解，所述附圖不以比例描繪，其中相同的標(biāo)號(hào)在附圖中指代相同的元件。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的氣穴封裝的半部的示意圖；

圖2為具有結(jié)合的陶瓷絕緣體框架的另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的氣穴封裝的半部的示意圖；

圖3為具有附裝引腳的圖2的現(xiàn)有技術(shù)的組件產(chǎn)品的半部的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施方式的半部的示意性透視圖，示出了具有加強(qiáng)唇緣的法蘭和位于管芯基座(pedestal)上的管芯；

圖5為本發(fā)明的實(shí)施方式的半部的示意性透視圖，示出了凸起的加強(qiáng)唇緣和多個(gè)管芯，每個(gè)管芯設(shè)置在各自的基座上；

圖6為本發(fā)明的具有貫穿模制加強(qiáng)唇緣的嵌入引腳的實(shí)施方式的半部的示意性透視圖；

圖7為本發(fā)明的具有構(gòu)造成保持標(biāo)準(zhǔn)底座平面(seating?plane)的嵌入引腳和位于多個(gè)基座上的管芯的實(shí)施方式的半部的透視圖；

圖8為本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖，示出了具有嵌入的引腳的更厚的法蘭，該嵌入的引腳貫穿框架的周邊區(qū)域中的唇緣并同時(shí)保持底座平面s；

圖9為具有單個(gè)基座的圖8的實(shí)施方式的示意性剖視圖；

圖10為具有多個(gè)基座的圖9的可選實(shí)施方式；

圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的對(duì)特定唇緣和基座構(gòu)造在特定條件下的法蘭剛度相對(duì)于控制的改進(jìn)的圖形表示。

具體實(shí)施方式

下面的詳細(xì)描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。而且，也不受在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域、背景或下面的詳細(xì)描述中所陳述的任何表述或隱含的理論的限制。此外，為了簡要起見，這里不對(duì)涉及有限元分析、有限差分分析和熱建模的常規(guī)技術(shù)作詳細(xì)描述。

在設(shè)計(jì)成從操作器件(如功率放大器)移除熱量的封裝中，從管芯向管芯直接附接到其上的封裝基板(也稱為“法蘭”)進(jìn)行熱傳遞的主要機(jī)理是通過傳導(dǎo)。除其他的參數(shù)外，通過傳導(dǎo)進(jìn)行的熱傳遞取決于管芯與法蘭直接接觸的表面區(qū)域。在其他要素相同的情況下，熱傳遞隨著接觸區(qū)域的增加而增加。因此，在管芯和法蘭之間的整個(gè)界面區(qū)域上完全的物理接觸可以使通過傳導(dǎo)進(jìn)行的熱傳遞最大化。