[發(fā)明專(zhuān)利]功率覆蓋結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010052240.1
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111508912B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.V.高達(dá);S.S.喬漢;P.A.麥康奈利
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/367
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/367;H01L23/433;H01L23/495;H01L23/538;H01L25/065;H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 危凱權(quán);王麗輝

本發(fā)明涉及功率覆蓋結(jié)構(gòu)及其制作方法。一種功率覆蓋(POL)結(jié)構(gòu)，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(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置的頂表面具有形成在其上的至少一個(gè)接觸墊。POL子模塊還包括金屬互連結(jié)構(gòu)，其延伸穿過(guò)介電層，且電性地聯(lián)接到半導(dǎo)體裝置的至少一個(gè)接觸墊上。傳導(dǎo)墊片聯(lián)接到半導(dǎo)體裝置的底表面上，且熱界面的第一側(cè)聯(lián)接到傳導(dǎo)墊片上。散熱件聯(lián)接到電絕緣的熱界面的第二側(cè)上。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2014年3月14日的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)“功率覆蓋結(jié)構(gòu)及其制作方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?01410094386.7，申請(qǐng)人：通用電氣公司)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)主張2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列第61/784,834號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并于本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及用于封裝半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體裝置為用作功率電子電路中的開(kāi)關(guān)或整流器的半導(dǎo)體裝置，例如開(kāi)關(guān)式電源。大部分功率半導(dǎo)體裝置僅用于通信模式(即，它們或者導(dǎo)通或者截止)，且因此對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化。許多功率半導(dǎo)體裝置用于高電壓功率應(yīng)用中且被設(shè)計(jì)成攜帶大量電流且支持大電壓。在使用中，高電壓功率半導(dǎo)體裝置經(jīng)由功率覆蓋(POL)封裝和互連系統(tǒng)而連接到外部電路上。

圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)的功率覆蓋(POL)結(jié)構(gòu)10的總體結(jié)構(gòu)。用于POL結(jié)構(gòu)10的標(biāo)準(zhǔn)制造過(guò)程通常以將一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體裝置12通過(guò)粘合劑16置于介電層14上來(lái)開(kāi)始。金屬互連件18(例如，銅互連件)然后電鍍到介電層14上來(lái)形成與功率半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的形式，其提供往返于功率半導(dǎo)體裝置12的輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)20的形成。為了連接到外部電路上，如，通過(guò)產(chǎn)生與印刷電路板的第二級(jí)互連，例如，目前的POL封裝件使用焊球柵陣列(BGA)或盤(pán)柵陣列(LGA)。

散熱件22通常也包括在POL結(jié)構(gòu)10中，以提供移除由半導(dǎo)體裝置12生成的熱并保護(hù)裝置12免受外部環(huán)境的方式。散熱件22使用直接覆銅(DBC)基底24來(lái)熱聯(lián)接到裝置12上。如圖所示，DBC基底24定位在半導(dǎo)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(yù)制構(gòu)件，其包括非有機(jī)陶瓷基底26，例如礬土，其中上銅片28和下銅片30通過(guò)直接覆銅界面或銅焊層31來(lái)結(jié)合到其兩側(cè)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(dǎo)體裝置12上之前形成一定數(shù)目的傳導(dǎo)接觸區(qū)域。通常，DBC基底可具有大約1mm的總體厚度。

在POL結(jié)構(gòu)10的制造過(guò)程期間，焊料32施加到半導(dǎo)體裝置12的表面上。DBC基底24然后落到焊料32上來(lái)使下銅片30的圖案部分與焊料32對(duì)準(zhǔn)。在DBC基底24聯(lián)接到半導(dǎo)體裝置12上之后，底部填充技術(shù)用于將介電有機(jī)材料34施加到粘合層16與DBC基底24之間的空間中來(lái)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(jié)構(gòu)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(zhì)對(duì)DBC基底的設(shè)計(jì)帶來(lái)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(shù)差異，故銅片28,30必須保持相對(duì)較薄，以避免由銅材料中的大的溫度波動(dòng)引起過(guò)度的應(yīng)力置于陶瓷上。此外，由于面對(duì)半導(dǎo)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(huì)促進(jìn)具有不同高度的半導(dǎo)體裝置的POL封裝件的制造。