[發明專利]功率覆蓋結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201410094386.7
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104051377B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: A.V.高達;S.S.喬漢;P.A.麥康奈利
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L23/14;H01L23/488;H01L21/56;H01L21/60
• 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

本發明涉及功率覆蓋結構及其制作方法。一種功率覆蓋(POL)結構，包括POL子模塊。POL子模塊包括介電層和具有附接到介電層上的頂表面的半導體裝置。半導體裝置的頂表面具有形成在其上的至少一個接觸墊。POL子模塊還包括金屬互連結構，其延伸穿過介電層，且電性地聯接到半導體裝置的至少一個接觸墊上。傳導墊片聯接到半導體裝置的底表面上，且熱界面的第一側聯接到傳導墊片上。散熱件聯接到電絕緣的熱界面的第二側上。

相關申請的交叉引用

本申請主張2013年3月14日提交的美國臨時專利申請序列第61/784,834號的優先權，該申請的公開內容通過引用合并于本文中。

技術領域

本發明的實施例大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改善的熱界面的功率覆蓋(power overlay，POL)封裝結構。

背景技術

功率半導體裝置為用作功率電子電路中的開關或整流器的半導體裝置，例如開關式電源。大部分功率半導體裝置僅用于通信模式(即，它們或者導通或者截止)，且因此對此進行優化。許多功率半導體裝置用于高電壓功率應用中且被設計成攜帶大量電流且支持大電壓。在使用中，高電壓功率半導體裝置經由功率覆蓋(POL)封裝和互連系統而連接到外部電路上。

圖1中示出了現有技術的功率覆蓋(POL)結構10的總體結構。用于POL結構10的標準制造過程通常以將一個或多個功率半導體裝置12通過粘合劑16置于介電層14上來開始。金屬互連件18(例如，銅互連件)然后電鍍到介電層14上來形成與功率半導體裝置12的直接金屬連接。金屬互連件18可為低輪廓(例如，小于200微米厚)平坦互連結構的形式，其提供往返于功率半導體裝置12的輸入/輸出(I/O)系統20的形成。為了連接到外部電路上，如，通過產生與印刷電路板的第二級互連，例如，目前的POL封裝件使用焊球柵陣列(BGA)或盤柵陣列(LGA)。

散熱件22通常也包括在POL結構10中，以提供移除由半導體裝置12生成的熱并保護裝置12免受外部環境的方式。散熱件22使用直接覆銅(DBC)基底24來熱聯接到裝置12上。如圖所示，DBC基底24定位在半導體裝置12的上表面與散熱件22的下表面之間。

DBC基底24為預制構件，其包括非有機陶瓷基底26，例如礬土，其中上銅片28和下銅片30通過直接覆銅界面或銅焊層31來結合到其兩側上。DBC基底24的下銅片30圖案確定為在DBC基底24附接到半導體裝置12上之前形成一定數目的傳導接觸區域。通常，DBC基底可具有大約1mm的總體厚度。

在POL結構10的制造過程期間，焊料32施加到半導體裝置12的表面上。DBC基底24然后落到焊料32上來使下銅片30的圖案部分與焊料32對準。在DBC基底24聯接到半導體裝置12上之后，底部填充技術用于將介電有機材料34施加到粘合層16與DBC基底24之間的空間中來形成POL子模塊36。熱墊或熱脂38然后施加到DBC基底24的上銅層28上。

在POL結構10中使用DBC基底具有許多限制。首先，DBC基底的銅和陶瓷材料的材料性質對DBC基底的設計帶來了固有限制。例如，由于陶瓷的固有剛性和DBC基底24的銅和陶瓷材料的熱膨脹系數差異，故銅片28,30必須保持相對較薄，以避免由銅材料中的大的溫度波動引起過度的應力置于陶瓷上。此外，由于面對半導體裝置12的DBC基底24的下銅層的表面是平坦的，故DBC基底24不會促進具有不同高度的半導體裝置的POL封裝件的制造。

另外，DBC基底制造相對昂貴，且為預制構件。當DBC基底24為預制構件時，銅片28,30的厚度基于施加到陶瓷基底26上的銅箔層的厚度確定。另外，由于DBC基底24在與POL結構的構件的其余部分組裝之前制造，故包繞半導體裝置12的介電填料或環氧樹脂基底在DBC基底24聯接到半導體裝置12上之后使用底部填充技術來施加。這種底部填充技術耗時，且可導致POL結構內的不期望的空隙。