[發明專利]用于表面安裝模塊的擴散阻擋層

在審

• 申請號: 201310324406.0
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103579136A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: A.V.高達;P.A.麥康奈李;趙日安;S.S.喬罕
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L23/29;H01L21/56
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明的實施例總體上涉及用于封裝半導體裝置的結構和方法，并且更具體地涉及包括擴散阻擋涂層的表面安裝封裝結構。

背景技術

表面安裝技術是一種用于構成其中表面安裝構件或封裝直接安裝到印刷電路板(PCB)的表面上的電子電路或其它類似的外部電路的方法。在行業內，表面安裝技術已替代將帶有引線的構件裝配在電路板中的孔內的通孔技術構成方法。

一種普通類型的表面安裝的構件是功率半導體裝置，其是被用作功率電子電路中的開關或整流器的半導體裝置，諸如例如開關模式電源。大部分功率半導體裝置僅僅在變換模式下(即，它們要么接通要么切斷)使用，且因此為此進行優化。許多功率半導體裝置用于高電壓功率應用中并且被設計成攜帶大量電流并且支持大電壓。在使用中，高電壓功率半導體裝置借助于功率覆蓋(power?overlay)(POL)封裝和互連系統表面安裝至外部電路，其中POL封裝還提供去除由該裝置生成的熱并保護裝置使其不受外部環境損壞的途徑。

標準POL封裝制造工藝典型地始于借助于粘合劑將一個或多個功率半導體裝置放置到介電層上開始。然后將金屬互連件(例如銅互連件)電鍍到介電層上以形成到(多個)功率半導體裝置的直接金屬連接，從而形成POL子模塊。金屬互連件的形式可以是低廓形(例如厚度小于200微米)、平坦的互連結構，其可供用于形成往來于(多個)功率半導體裝置的輸入/輸出(I/O)系統。然后使用用于電和熱連接的焊接互連將POL子模塊焊接到陶瓷襯底(包含DBC的氧化鋁、包含AMB?Cu的AlN等)。然后利用毛細流動(毛細底層填充)、無流動底層填充或注射成型(成型化合物)使用介電有機材料來填充在POL介電層與陶瓷襯底之間的半導體周圍的間隙，以形成POL封裝。

應認識到，POL封裝容易潮濕，因為環境中的水分可被POL封裝中的材料吸收。例如，該模塊可吸收大部分卡普頓(Kapton)粘合劑層和有機介電材料(即底層填料(underfill)、成型化合物等)內和封裝內由這些材料形成的界面處的水分。當將包含所吸收的水分的POL模塊焊接至電路板時，達到在210-260攝氏度的范圍內的溫度，并且在這些溫度下，POL封裝中的水分的蒸氣壓力快速上升。在水分過量的情況下這種蒸氣壓力的上升會導致層離、“玉米花開裂(pop?corning)”和故障。另外，在暴露于水分的同時長期儲存和使用中，POL封裝進行的過量水分吸收和封裝內不相似的材料界面處的腐蝕可由于增加的泄漏電流而引起電氣和機械故障并且還會由于POL模塊在板組件操作期間回流時的膨脹而在互連件處產生機械損傷。

在空氣(或富氧環境)中在升高的溫度下或者在暴露于毒性/腐蝕性氣體的情況下長期操作/儲存還可影響POL模塊的長期壽命和功能。在氧氣在升高的溫度下進入的情況下，各種界面會劣化并且模塊的機械/電氣/熱性能可受到嚴重影響。作為示例，在POL金屬(Cu)與卡普頓之間的粘合受暴露于升高的溫度下的氧氣的嚴重影響，在200C-250C之間的溫度下在1000小時數的儲存時間內看到粘合強度的下降。包括堅固的擴散阻擋層可減慢氧氣(或其它降解氣體)的進入并提高模塊的長期壽命。

因此，將期望提供一種具有擴散阻擋層的表面安裝封裝，該阻擋層減少水分和氣體進入封裝，從而對與水分和氣體有關的故障機制提供增強的可靠性。還將期望在表面安裝封裝的各個制造階段期間導入這種擴散阻擋層。

發明內容

本發明的實施例通過提供一種表面安裝封裝結構來克服前述的缺點，該表面安裝封裝結構包括構造成減少水分和氣體從周圍環境進入表面安裝結構的擴散阻擋涂層。