專利名稱：包括安裝在dcb襯底上的分立器件的模塊及制造模塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括安裝在DCB襯底上的分立器件(discrete device)的模塊及制造該模塊的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體模塊中，未封裝的半導(dǎo)體芯片(包括集成電路)常常直接安裝在DCB(direct copper bonding,直接銅鍵合)襯底上。由招制成的鍵合線(bond wire)用于將半導(dǎo)體芯片的接觸墊接合至DCB襯底。由于所述鍵合線在這種模塊的生產(chǎn)和工作過程中易于損壞的事實，所以所述鍵合線就限制了模塊的制造產(chǎn)量和工作時間。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種模塊，包括:直接銅鍵合(DCB)襯底；以及安裝在DCB襯底上的分立器件，其中，分立器件包括:引線框架；安裝在引線框架上的半導(dǎo)體芯片；以及覆蓋半導(dǎo)體芯片的封裝材料。進(jìn)一步地，該模塊還包括:金屬載體，其中，DCB襯底安裝在金屬載體上；以及殼體，其中，殼體布置在金屬載體上并且容納DCB襯底和分立器件。進(jìn)一步地，該模塊還包括金屬夾，其中，金屬夾的一端附接至DCB襯底，并且金屬夾的另一端布置在殼體外部。進(jìn)一步地，金屬夾的布置在殼體外部的端部是外部接觸元件。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體芯片具有第一表面、以及與第一表面相對的第二表面，其中，在第一表面上布置有第一電極，并且在第二表面上布置有第二電極。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體芯片包括由碳化硅制成的襯底。進(jìn)一步地，該模塊還包括安裝在DCB襯底上的另一半導(dǎo)體芯片。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體芯片包括由碳化硅制成的半導(dǎo)體芯片，并且另一半導(dǎo)體芯片包括由硅制成的襯底。進(jìn)一步地，該模塊還包括嵌入分立器件的硅凝膠層。進(jìn)一步地，該模塊還包括沉積在硅凝膠層上的環(huán)氧樹脂層。進(jìn)一步地，該模塊還包括安裝在DCB襯底上的另一分立器件。進(jìn)一步地，DCB襯底包括由兩個銅層包圍的陶瓷層。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體芯片是功率MOSFET、IGBT、JFET以及功率雙極晶體管中的一者。進(jìn)一步地，分立器件是表面安裝器件(SMD )。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種模塊，包括:金屬載體；安裝在金屬載體上的直接銅鍵合(DCB)襯底；安裝在DCB襯底上的表面安裝器件(SMD);殼體，其中，殼體布置在金屬載體上并且容納DCB襯底和SMD ;以及至少一個金屬夾，其中，至少一個金屬夾的一端附接至DCB襯底，并且至少一個金屬夾的另一端布置在殼體外部。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于制造模塊的方法，該方法包括:設(shè)置包括半導(dǎo)體芯片的分立器件；將分立器件安裝在直接銅鍵合(DCB)襯底上；以及將至少一個金屬夾安裝在DCB襯底上，其中，至少一個金屬夾的一部分是模塊的外部接觸元件。進(jìn)一步地，分立器件包括電端子，DCB襯底包括結(jié)構(gòu)化銅層，并且將分立器件安裝在DCB襯底上包括將分立器件的電端子附接至DCB襯底的結(jié)構(gòu)化銅層。進(jìn)一步地，該方法還包括:將DCB襯底安裝在金屬載體上；以及在金屬載體上放置殼體，其中，殼體容納DCB襯底和分立器件。進(jìn)一步地，該方法還包括在將分立器件安裝在DCB襯底上之前制造分立器件。進(jìn)一步地，制造分立器件包括:設(shè)置引線框架；將半導(dǎo)體芯片安裝在引線框架上；以及用封裝材料覆蓋半導(dǎo)體芯片。進(jìn)一步地，該方法還包括在將分立器件安裝在DCB襯底上之后用硅凝膠覆蓋分立器件。進(jìn)一步地，該方法還包括在硅凝膠層上沉積環(huán)氧樹脂。進(jìn)一步地，半導(dǎo)體芯片是功率MOSFET、IGBT、JFET以及功率雙極晶體管中的一者。進(jìn)一步地，分立器件是表面安裝器件(SMD )。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種方法，該方法包括:設(shè)置金屬載體；在金屬載體上安裝直接銅鍵合(DCB)襯底；在DCB襯底上安裝表面安裝器件(SMD);將至少一個金屬夾的第一部分附接至DCB襯底；以及在金屬載體上放置殼體，殼體容納DCB襯底和SMD，其中，所述至少一個金屬夾的第二部分布置在殼體外部。


包含附圖，以提供對實施方式的進(jìn)一步理解，并且將附圖并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了實施方式并且與詳細(xì)一起用于解釋實施方式原理的描述。將易于認(rèn)識到其它實施方式和實施方式的許多預(yù)期優(yōu)點，因為通過參照以下詳細(xì)描述它們將變得更加容易理解。附圖中的元件并非必須相對于彼此按比例繪制。相似的參考標(biāo)號表示對應(yīng)的相似部件。圖1示意性地示出了包括安裝在DCB襯底上的分立器件的模塊的一個實施方式的橫截面圖；圖2A-圖2G示意性地示出了包括將分立器件安裝在DCB襯底上、將DCB襯底安裝在金屬載體上以及將殼體放置在金屬載體上的方法的一個實施方式的橫截面圖；圖3A-圖3F示意性地示出了包括將半導(dǎo)體芯片安裝在引線框架上以及用封裝材料覆蓋半導(dǎo)體芯片以構(gòu)造分立器件的方法的一個實施方式的橫截面圖；圖4示意性地示出了包括安裝在DCB襯底上的圖3所示的分立器件的模塊的一個實施方式的橫截面圖；圖5示意性地示出了包括堆疊在彼此的頂部上的兩個功率半導(dǎo)體芯片的分立器件的一個實施方式的透視圖；圖6示意性地示出了包括安裝在引線框架上的兩個功率半導(dǎo)體芯片的分立器件的一個實施方式的橫截面圖和俯視圖；以及圖7示意性地示出了包括安裝在引線框架上的兩個功率半導(dǎo)體芯片的分立器件的一個實施方式的橫截面圖和俯視圖。
具體實施例方式在以下的詳細(xì)描述中，參照附圖，附圖構(gòu)成說明書的一部分，并且在附圖中示例性地示出了可以在其中實踐本發(fā)明的具體實施方式
。在這方面，參照所描述的附圖的方向來使用例如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“在前的”、“后緣的(trailing)”等的方向性術(shù)語。由于實施方式的組件可以定位在多個不同方向上，方向性術(shù)語僅用于說明的目的并且決不是限制性的。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用其他實施方式，并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。因此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。應(yīng)當(dāng)理解的是，除非另有特別聲明，本文中描述的不同示例性實施方式的特征可以彼此組合。正如本描述所使用的，術(shù)語“接合(couple)”和/或“電接合(electricallycouple)”并不意味著元件必須直接接合在一起；在“接合的”或“電接合的”元件之間可以設(shè)置介入元件。下面描述包含半導(dǎo)體芯片(特別是功率半導(dǎo)體芯片)的分立的器件。半導(dǎo)體芯片可以是不同的類型，可以通過不同技術(shù)制造，并且可以包括，例如集成電的、電光的或電機械的電路或無源器件。集成電路可以設(shè)計成，例如邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號集成電路、功率集成電路、存儲器電路或集成無源器件。此外，半導(dǎo)體芯片可以構(gòu)造成所謂的MEMS (微機電系統(tǒng))，并且可以包括例如電橋、膜片或銜鐵結(jié)構(gòu)(舌簧結(jié)構(gòu)，tongues true ture )的微機械結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片可以構(gòu)造成傳感器或致動器,例如壓力傳感器、加速傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、磁場傳感器、電磁場傳感器、傳聲器(麥克風(fēng)，microphone)等。半導(dǎo)體芯片不需要由例如S1、SiC、SiGe、GaAs的特定半導(dǎo)體材料制造，并且此外，其可以包含不是半導(dǎo)體的無機和/或有機材料，例如，絕緣體、塑料或金屬。另外，半導(dǎo)體芯片可以是封裝或未封裝的。特別地，可以包括具有豎直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，S卩，半導(dǎo)體芯片可以構(gòu)造成使得電流可以在與半導(dǎo)體芯片的正面(main face)垂直的方向上流通。具有豎直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片在其兩個正面上具有電極，即在其頂側(cè)和底側(cè)上。特別地，功率半導(dǎo)體芯片可以具有豎直結(jié)構(gòu)并且在其兩個正面上具有負(fù)載電極。豎直的功率半導(dǎo)體芯片可以構(gòu)造成，例如功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，JFET (結(jié)柵場效應(yīng)晶體管)或功率雙極晶體管。例如，功率MOSFET的源極和柵極可以位于一個面上，而功率MOSFET的漏極布置在其它面上。此外，下面描述的器件可以包括用于控制功率半導(dǎo)體芯片集成電路的集成電路。半導(dǎo)體芯片具有接觸墊(或接觸元件或端子)，其允許與包括在半導(dǎo)體芯片中的集成電路電接觸。接觸墊可以包括施加給半導(dǎo)體材料的一個或多個金屬層。金屬層可以制造成具有任何期望的幾何外形以及由任何期望的材料成分。金屬層可以是，例如覆蓋一片區(qū)域的層的形式?？梢詫⑷魏纹谕慕饘倩蚪饘俸辖?，例如鋁、鈦、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻或鎳釩用作材料。金屬層不必要是均質(zhì)的或僅由一種材料制成，即可以在金屬層中包括材料的不同成分和濃度。
下面描述的器件可以設(shè)置成具有兩個或更多電端子的分立形式。分立器件的電端子旨在通過，例如焊接連接至DCB襯底。分立器件包括可以安裝在引線框架上的一個或多個半導(dǎo)體芯片。引線框架包括裸片墊和引線。裸片墊和引線兩者可以形成分立器件的電端子。此外，可以通過將半導(dǎo)體芯片覆蓋以封裝材料而將半導(dǎo)體芯片或至少部分半導(dǎo)體芯片封裝，所述封裝材料可以是電絕緣的并且可以形成封裝體。封裝材料可以是任何適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)塑料、熱塑性塑料或熱固性材料或薄片材料(laminate)(半固化片)并且可以包含填充材料?？梢圆捎貌煌夹g(shù)用封裝材料將半導(dǎo)體芯片封裝，例如壓模成型、注塑成型、粉料成型、液體成型或?qū)訅?。分立器件安裝在DCB (直接銅鍵合)襯底上。DCB襯底包括陶瓷襯底，例如由氧化鋁制成。銅層沉淀在陶瓷襯底的上表面和下表面上。銅層還可以構(gòu)造成形成導(dǎo)體軌道。下面描述的模塊包括外部接觸元件(或外部接觸墊)，其可以是任何形狀和尺寸。外部接觸元件可以從模塊外部進(jìn)入，并且因此可以允許從模塊外部與半導(dǎo)體芯片電接觸。此外，外部接觸元件可以是熱傳導(dǎo)的，并且用作使由半導(dǎo)體芯片生成的熱量消散的散熱片。外部接觸元件可以由任何期望的導(dǎo)電材料組成，例如由諸如銅、鋁或金的金屬或金屬合金組成。外部接觸元件可以由部分金屬夾形成。例如焊球或焊接凸點(solder bump)的焊接材料可以沉淀在外部接觸元件上。每個模塊均具有至少一個安裝表面。安裝表面用作將模塊安裝到另一個組件上，例如諸如PCB (印刷電路板)的電路板。外部接觸元件以及特別是外部接觸表面布置在安裝表面，從而允許將模塊接合至安裝模塊的組件。焊接沉積，例如焊球或其它適當(dāng)?shù)倪B接元件可用于建立模塊與安裝模塊的組件之間的電連接，特別是機械連接。圖1示意性地示出了模塊10的橫截面圖。模塊10包括金屬載體11、安裝在金屬載體11上的DCB襯底12以及安裝在DCB襯底12上的分立器件13。此外，金屬夾14、15安裝在DCB襯底12上，并且殼體16放置在容納DCB襯底12和分立器件13的金屬載體11的上方。金屬夾14、15的表面17、18用作外部接觸元件。圖2A-圖2G (統(tǒng)稱圖2)，示意性地圖示了如圖2G所示的模塊20的制造方法的實施方式。圖2A示意性地圖示了 DCB襯底21。DCB襯底21包括陶瓷襯底22，陶瓷襯底22由例如氧化鋁制成。銅層23、24分別沉積在陶瓷襯底22的上表面和下表面上。至少陶瓷襯底22的上表面上的銅層23構(gòu)造成使得所述銅層23被分成彼此電絕緣的銅墊。圖2B示意性地圖示了安裝在銅層23的銅墊上的分立器件25、金屬夾26以及半導(dǎo)體芯片27。在將分立器件25安裝在DCB襯底21上之前，分立器件25已預(yù)制。在一個實施方式中，在將分立器件25安裝在DCB襯底21上之前，分立器件25已被測試。分立器件25包括封裝的半導(dǎo)體芯片28 (其是功率半導(dǎo)體芯片)，并且在半導(dǎo)體芯片28下表面具有第一接觸墊29以及在半導(dǎo)體芯片28上表面具有第二接觸墊30。在一個實施方式中，第一接觸墊29和第二接觸墊30是負(fù)載電極，而未在圖2B中示出的用作控制電極的第三接觸墊布置在半導(dǎo)體芯片28的上表面上。半導(dǎo)體芯片28安裝在引線框架9上，其中，第一接觸墊29面向引線框架9。金屬夾31的一端附接至第二接觸墊30。封裝材料32覆蓋半導(dǎo)體芯片28、引線框架9以及金屬夾31的至少一部分。金屬夾31的另一端(未附接至第二接觸墊30)以及引線框架9的下表面構(gòu)成分立器件25的端子，這些端子用于將分立器件25電地或機械地接合至銅層23。金屬夾26具有附接至銅層23的端部33以及隨后用作外部接觸元件的端部34。金屬夾26由適當(dāng)?shù)慕饘倩蚪饘俸辖?例如銅或鋁)制成。半導(dǎo)體芯片27是未封裝的，并且直接放置在銅層23上。半導(dǎo)體芯片27的上表面上具有接觸墊35。半導(dǎo)體芯片27粘合至銅層23。在一個實施方式中，分立器件25和金屬夾26通過擴散焊接而電地并且機械地接合至DCB襯底21。為此，在分立器件25的端子和金屬夾26的端部33上沉積焊接材料。在一個實施方式中，所述焊接材料由AuSn、AgSn> CuSn> Sn、Auln、Agin、AuSi或CuIn組成。在一個實施方式中,DCB襯底21與分立器件25和金屬夾26 —起放置在爐中加熱至適當(dāng)溫度，從而使焊接材料熔化。在焊接過程中，分立器件25和金屬夾26可以被按壓在DCB襯底21上。焊接材料隨后在分立器件25的端子、金屬夾26與銅層23的墊之間形成金屬接頭，由于如下事實所述金屬接頭能夠經(jīng)受高溫:焊接材料與分立器件25的端子、金屬夾26以及銅層23的難熔材料形成耐高溫并且具有高機械穩(wěn)定性的金屬間相。該金屬間具有比用來生成該金屬間相的焊接材料更高的熔點。在此過程中，低熔點焊接材料完全轉(zhuǎn)化，即其完全變?yōu)榻饘匍g相。圖2C示意性地圖示了將半導(dǎo)體芯片27的接觸墊35電接合至銅層23的墊的鍵合線40。圖2D示意性地圖示了金屬載體41。為了機械穩(wěn)定性和散熱，例如通過將銅層24焊接至金屬載體41的上表面，將DCB襯底21安裝在金屬載體41上。在模塊20運行過程中，金屬載體41可以將熱損失轉(zhuǎn)移至冷卻系統(tǒng)。金屬載體41由例如銅的適當(dāng)?shù)慕饘倩蚪饘俸辖鹬瞥?。圖2E示意性地圖示了殼體42，其放置在金屬載體41上，并且容納DCB襯底21、分立器件25以及半導(dǎo)體芯片27。殼體42具有開口 43，開口 43使得金屬夾26的上端34能夠位于殼體42的外面，上端34在殼體42的外面可以用作外部接觸元件。殼體42可以由塑料制成。圖2F示意性地圖示了硅凝膠44，其沉積在DCB襯底21上，并且覆蓋分立器件25、金屬夾26的下部、半導(dǎo)體芯片27以及鍵合線40。圖2G示意性地圖示了沉積在硅凝膠44上的環(huán)氧樹脂45。如圖2G所不的模塊20僅包括一個分立器件25。在一個實施方式中，類似于器件25的更多的分立器件安裝在DCB襯底21上。包括在這些分立器件中的一個或多個半導(dǎo)體芯片由碳化硅(SiC)襯底制成。此外，類似于半導(dǎo)體芯片27的其它的未封裝的半導(dǎo)體芯片可以直接附接至DCB襯底21。在一個實施方式中，分立器件中包含的所有半導(dǎo)體芯片都由碳化硅襯底制成，并且直接安裝在DCB襯底21上的所有未封裝的半導(dǎo)體芯片都由硅襯底制成。在一個實施方式中，模塊20中僅含有分立器件，并且沒有未封裝的半導(dǎo)體芯片直接安裝在DCB襯底上。圖2G中示出了用作外部接觸元件的僅一個金屬夾26。然而顯然的是，可以設(shè)置類似金屬夾26的更多的金屬夾，這些金屬夾附接至銅層23并且部分位于殼體42的表面46處以用作外部接觸元件，從而使得能夠接入模塊20中包含的分立器件和半導(dǎo)體芯片。表面46可以用作將模塊20安裝到另一組件(例如諸如PCB (印刷電路板)的電路板)上的安裝表面。由于功率半導(dǎo)體芯片28包含在分立器件25中，所以不必使用鍵合線將功率半導(dǎo)體芯片28接合至DCB襯底21。這增加了模塊20的制造產(chǎn)量和運行時間。此外，就傳導(dǎo)狀態(tài)損耗和開關(guān)損耗而言，金屬夾31改善了分立器件25的性能。另外，如果在分立器件25內(nèi)使用鍵合線，器件25的穩(wěn)定性和性能得以改善，對于小于IOmm2小的芯片面積和細(xì)于IOOym的鍵合線而言尤其是這樣。顯然，可以將除了圖2G中所示的分立器件25以外的其它的分立器件安裝在DCB襯底21上。圖3A-3F示意性地圖示了制造如圖3F所示的器件30的方法的一個實施方式的橫截面圖，所述器件30可以包含在類似于模塊20的模塊中。圖3A示意性地圖示了在俯視圖(上部)中、在沿著俯視圖中繪出的線A-A’截取的橫截面圖(中間)中、以及在沿著俯視圖中繪出的線B-B’截取的橫截面圖(底部)中的引線框架190。引線框架190包括多個裸片墊200，在圖3A中示出了所述多個裸片墊中的僅一個。各裸片墊都分配有三個引線210、220以及230 (或更多引線)。引線210、220以及230可以大體平行地從裸片墊200的一側(cè)突出。引線210與裸片墊200的一側(cè)是連接的。裸片墊200與引線210、220以及230通過壩(dam)(連桿)連接在一起，為了清晰起見，所述壩未在圖3A中示出。如圖3A的橫截面圖所示，引線210、220以及230布置在不同于裸片墊200的平面中，但是可替換地，可以布置在相同平面中。引線框架190由金屬或金屬合金(特別是由銅、銅合金、鐵鎳、鋁、鋁合金)或其它導(dǎo)電材料制造。此外，引線框架190可以鍍有導(dǎo)電材料，例如銅、銀、鐵鎳或鎳磷。引線框架190的形狀不限于任何尺寸或幾何形狀。例如，引線框架190可以具有在IOOym到Imm范圍內(nèi)的厚度或者甚至可以更厚。引線框架190可以通過對金屬板進(jìn)行沖孔、銑削或沖壓金屬板而已經(jīng)制造好了。圖3Β示意性地圖示了安裝在裸片墊200上的功率半導(dǎo)體芯片100。更多的半導(dǎo)體芯片(也可以是功率半導(dǎo)體芯片)可以安裝在引線框架190的更多的裸片墊(未在圖3Β中示出)上。半導(dǎo)體芯片可能已制造在由半導(dǎo)體材料制成的晶片上(特別地，已制造在相同的晶片上)，但是可替換地，可以制造在不同的晶片上。此外，半導(dǎo)體芯片可以是物理上相同的，但是也可以包含不同的集成電路。功率半導(dǎo)體芯片100安裝在裸片墊200上，功率半導(dǎo)體芯片100的第一表面130朝著裸片墊200。功率半導(dǎo)體芯片100在第一表面130上具有第一電極110并且在第二表面140上具有第二電極120。第一電極110和第二電極120是負(fù)載電極。此外，功率半導(dǎo)體芯片100在其第二表面140上具有第三電極150。第三電極150是控制電極。在一個實施方式中，功率半導(dǎo)體芯片100構(gòu)造為功率晶體管，例如功率M0SFET、IGBT, JFET或功率雙極晶體管。在功率MOSFET或JFET的情況下，第一負(fù)載電極110是漏極電極，第二負(fù)載電極120是源極電極，并且控制電極150是柵極電極。在IGBT的情況下，第一負(fù)載電極110是集電極，第二負(fù)載電極120是發(fā)射極，并且控制電極150是柵極電極。在功率雙極晶體管的情況下，第一負(fù)載電極110是集電極，第二負(fù)載電極120是發(fā)射極，并且控制電極150是基電極。在運行過程中，可以在負(fù)載電極110與120之間施加高達(dá)5V、50V、100V、500V或1000V或者甚至更高的電壓。施加給控制電極150的開關(guān)頻率可以在IkHz到IOOMHz的范圍內(nèi)，但是也可以超出這個范圍。
第一電極110可以通過擴散焊接電接合至裸片墊200。為此，通過可以例如濺射或其它合適的物理或化學(xué)沉積方法，將焊接材料沉積在第一電極110上或裸片墊200的上表面(未示出)上。焊接材料的厚度可以在IOOnm至10 μ m范圍內(nèi)，特別地在I至3 μ m范圍內(nèi)。在焊接操作過程中，焊接材料擴散到毗鄰材料中，這使得在功率半導(dǎo)體芯片100與裸片墊200之間的界面處形成金屬間相。所述焊接材料可以由，例如AuSn、AgSn> CuSn> Sn、Auln、Agin、AuSi 或 CuIn 組成。代替擴散焊接工藝，可以使用其它連接技術(shù)(例如軟釬焊接或者利用導(dǎo)電粘結(jié)劑的粘合劑接合)將功率半導(dǎo)體芯片100附接至裸片墊200。當(dāng)使用軟釬焊接工藝將功率半導(dǎo)體芯片100與裸片墊200彼此連接時，在焊接工藝已結(jié)束之后，焊接材料殘留在功率半導(dǎo)體芯片100與裸片墊200之間的界面處。在粘合劑粘合的情況下，可以使用導(dǎo)電粘合劑，該導(dǎo)電粘合劑可以基于填充的或未填充的聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機硅樹脂或者它們的混合物，并且可以添加金、銀、鎳或銅以產(chǎn)生導(dǎo)電性。圖3C示意性地圖示了放置在功率半導(dǎo)體芯片100和引線220上方的金屬夾160。金屬夾160由300、310以及320三個部分組成，它們在圖3C中由虛線表示。部分300與功率半導(dǎo)體芯片100和引線框架190的上表面平行地延伸。部分310和320實質(zhì)上與部分300垂直地延伸。部分310的一端具有接觸表面330，接觸表面330附接至功率半導(dǎo)體芯片100的第二電極120。部分320的一端具有接觸表面340，接觸表面340附接至引線220的上表面。金屬夾160由金屬或金屬合金(特別是由銅、銅合金、鐵鎳、鋁、鋁合金)制造，或由其它導(dǎo)電材料制造。在一個實施方式中，金屬夾160可以鍍有導(dǎo)電材料，例如銅、銀、鐵鎳或鎳磷。金屬夾160的形狀不限于任何尺寸或幾何外形。金屬夾160可以具有如圖3C中示例性示出的形狀，但是任何其它形狀也是可能的。金屬夾160的厚度可以在100 μ m至幾毫米的范圍內(nèi)的厚度或者可以甚至更厚。金屬夾160可以通過沖壓、沖孔、壓合、切削、鋸、銑削或任何其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)制造。金屬夾160可以以與半導(dǎo)體芯片100附接至裸片墊200類似的方式附接至功率半導(dǎo)體芯片100和引線220。例如，可以采用擴散焊接、軟釬焊接或者利用導(dǎo)電粘附劑的粘附劑接合。圖3D示意性地圖示了附接至引線230和功率半導(dǎo)體芯片100的控制電極150的鍵合線350。例如,可以使用球形鍵合(ball bonding)或楔形鍵合作為生產(chǎn)鍵合線350的互連技術(shù)。圖3E示意性地圖示了這樣的封裝材料360:其將器件30的任何部分封裝，但是至少保留金屬夾160的上表面180以及引線210、220和230的部分是未覆蓋的。此外，裸片墊200部分未由封裝材料360覆蓋，特別地，是裸片墊200的底部表面。封裝材料360的頂部表面與金屬夾160的頂部表面180—起形成一個平面。可以進(jìn)行模具轉(zhuǎn)印(mold transfer)過程，從而使用作為封裝材料360的模具材料來封裝布置在引線框架190上的組件。所述模具材料可以由任何適當(dāng)?shù)臒崴苄圆牧匣驘峁绦圆牧蠘?gòu)成，特別地，其可以由在現(xiàn)代半導(dǎo)體封裝技術(shù)中通常使用的材料構(gòu)成?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)(例如壓模成型、注塑成型、粉末成型或液體成型)來覆蓋器件30的組件。在利用模具材料封裝之前或之后，通過將引線框架190分隔(例如通過鋸或切割引線框架190的壩)而使單個器件30彼此分隔。也可以采用其它分隔方法，例如蝕刻、銑肖Ij、激光燒蝕或沖壓。圖3F示意性地圖示了引線210、220和230以S形的方式彎曲，從而形成如圖3F所示的臺階?？梢栽诶缧藜艉托纬蛇^程中進(jìn)行引線210、220和230的彎曲。在一個實施方式中，在金屬夾160的方向上彎曲引線210、220和230的端部。引線210、220和230的彎曲使得它們的頂部表面240、250和260分別布置在平面270中(在圖3F中由虛線示出)，所述平面270由金屬夾160的露出表面180和(特別地)封裝材料360的頂部表面限定。金屬夾160的露出表面180的表面面積可以設(shè)置為比引線210的表面240的接觸面積大,所述金屬夾160電接合至功率半導(dǎo)體芯片100的電極120，所述引線210電接合至功率半導(dǎo)體芯片100的電極110。金屬夾160和引線210、220以及230用作器件30的電端子。金屬夾160的表面180、以及引線210、220和230的表面240、250和260用于將器件30電接合至其它組件，例如，如下所述的DCB襯底。圖4示意性地圖示了包含圖3F中所示分立器件30的模塊50的橫截面圖。模塊50包括具有陶瓷襯底22和銅層23、24的DCB襯底21，其中，至少上銅層23被結(jié)構(gòu)化。器件30安裝在銅層23上，使得引線210、220、230與銅層23的不同的銅墊電接觸。此外，DCB襯底21安裝在金屬載體41上，并且殼體42放置在容納DCB襯底21和分立器件30的金屬載體41的上方。金屬夾26附接至銅層23并且穿過殼體42中的開口 43延伸至殼體42的上表面，金屬夾26的上端34在殼體42的上表面用作外部接觸元件。所述外部接觸元件允許電接入(electrical access)至引線 210、220 和 230。顯然，在圖2G和圖4中示出的分立器件25和分立器件30僅僅是能夠集成到模塊20和50內(nèi)的分立表面安裝器件(SMD)的例子。通常，其它分立表面安裝器件可以集成到模塊20和50中。這樣的分立器件的例子在圖5-圖7中示出。圖5示意性地圖示了器件500的透視圖，所述器件包括裸片墊501，引線502-506，功率半導(dǎo)體芯片507、508，金屬夾509、510以及鍵合線511、512。功率半導(dǎo)體芯片507安裝在裸片墊501上，功率半導(dǎo)體芯片507的漏極電極面向裸片墊501。金屬夾510將功率半導(dǎo)體芯片507的源極電極515電接合至引線503，并且鍵合線511將功率半導(dǎo)體芯片507的柵極電極516電接合至引線506。功率半導(dǎo)體芯片508放置在金屬夾510的上方，功率半導(dǎo)體芯片508的漏極電極面向金屬夾510。功率半導(dǎo)體芯片508的源極電極513通過金屬夾509電接合至引線504，并且功率半導(dǎo)體芯片508的柵極電極514通過鍵合線512電接合至引線502。裸片墊501和引線505制成一體。裸片墊501和功率半導(dǎo)體芯片507、508由模具材料封裝，該模具材料未在圖5中示出。圖6示意性地圖示了器件600的俯視圖(頂部)和沿著器件600的俯視圖中所繪的線A-A’獲得的橫截面圖(底部)。器件600包括裸片墊601、602，引線603-605，功率半導(dǎo)體芯片606、607，金屬層608-611以及模具材料612。功率半導(dǎo)體芯片606、607分別安裝在裸片墊601、602上，它們的漏極電極分別面向裸片墊601、602。金屬層608、610將功率半導(dǎo)體芯片606的源極電極613和柵極電極614分別電接合至裸片墊602和引線603。金屬層609、611將功率半導(dǎo)體芯片607的源極電極615和柵極電極616分別電接合至引線605、604。模具材料612覆蓋功率半導(dǎo)體芯片606、607。在一個實施方式中，通過電流沉積法沉積金屬層608-611。在一個實施方式中，金屬層608-611是金屬夾。圖7示意性地圖示了器件700的俯視圖(頂部)和沿著器件700的俯視圖中所繪的線A-A’獲得的橫截面圖(底部)。器件700包括裸片墊701、702，引線703-710，功率半導(dǎo)體芯片711、712，金屬夾713，鍵合線714、715以及模具材料716。功率半導(dǎo)體芯片711、712分別安裝在裸片墊701、702上，功率半導(dǎo)體芯片711、712的漏極電極717、718分別面向裸片墊701、702。金屬夾713將功率半導(dǎo)體芯片711、712的源極電極719、720電接合至引線708,709o鍵合線714、715將功率半導(dǎo)體芯片711、712的柵極電極721、722電接合至引線707,710ο模具材料716覆蓋功率半導(dǎo)體芯片711、712。裸片墊701和引線703、704制成一體。裸片墊702和引線705、706制成一體。引線708、709制成一體。此外，雖然已關(guān)于幾個實施方式中的僅一個公開了本發(fā)明的一個實施方式的特定特征或方面，這樣的特征或方面可以與其他實施方式的一個或多個其它功能或方面結(jié)合，這種結(jié)合對于任何給出或特定的應(yīng)用是期望的且有利的。此外，就在詳細(xì)描述或權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括(include)”、“具有(have)”、“具有(with) ”或它們的其它變型的程度而言，這樣的術(shù)語旨在是包含性的，類似于術(shù)語“包括(comprise)”。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實施方式可以在分立電路、部分集成電路或完全集成電路或可編程裝置中實施。而且，術(shù)語“示例性的”僅僅意味著作為例子，而并非最好的或最優(yōu)的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，為了簡便易懂起見，本文中描繪的特征和/或元件示出了相對彼此的特定尺寸，它們的實際尺寸可能與本文中示出的尺寸具有很大不同。雖然本文中已示出和描述了具體實施方式
，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，示出和描述的具體實施方式
可以由各種替換的和/或等同的實施替代。本發(fā)明旨在覆蓋本文中所討論的具體實施方式
的任何修改或變化。因此，本發(fā)明旨在僅由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種模塊,包括: 直接銅鍵合(DCB)襯底；以及 安裝在所述DCB襯底上的分立器件，其中，所述分立器件包括: 引線框架； 安裝在所述引線框架上的半導(dǎo)體芯片；以及 覆蓋所述半導(dǎo)體芯片的封裝材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，還包括: 金屬載體，其中，所述DCB襯底安裝在所述金屬載體上；以及 殼體，其中，所述殼體布置在所述金屬載體上并且容納所述DCB襯底和所述分立器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊，還包括金屬夾，其中，所述金屬夾的一端附接至所述DCB襯底，并且所述金屬夾的另一端布置在所述殼體外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊，其中，所述金屬夾的布置在所述殼體外部的端部是外部接觸兀件?！?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述半導(dǎo)體芯片具有第一表面、以及與所述第一表面相對的第二表面,其中，在所述第一表面上布置有第一電極,并且在所述第二表面上布置有第二電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述半導(dǎo)體芯片包括由碳化硅制成的襯底。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，還包括安裝在所述DCB襯底上的另一半導(dǎo)體芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塊，其中，所述半導(dǎo)體芯片包括由碳化硅制成的襯底，并且所述另一半導(dǎo)體芯片包括由硅制成的襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，還包括嵌入所述分立器件的硅凝膠層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，還包括沉積在所述硅凝膠層上的環(huán)氧樹脂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，還包括安裝在所述DCB襯底上的另一分立器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述DCB襯底包括由兩個銅層包圍的陶瓷層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述半導(dǎo)體芯片是功率MOSFET、IGBT,JFET以及功率雙極晶體管中的一者。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述分立器件是表面安裝器件(SMD)。
15.—種模塊,包括: 金屬載體； 安裝在所述金屬載體上的直接銅鍵合(DCB)襯底； 安裝在所述DCB襯底上的表面安裝器件(SMD)； 殼體，其中，所述殼體布置在所述金屬載體上并且容納所述DCB襯底和所述SMD ;以及至少一個金屬夾，其中，所述至少一個金屬夾的一端附接至所述DCB襯底，并且所述至少一個金屬夾的另一端布置在所述殼體外部。
16.一種用于制造模塊的方法，所述方法包括以下步驟: 設(shè)置包括半導(dǎo)體芯片的分立器件； 將所述分立器件安裝在直接銅鍵合(DCB)襯底上；以及 將至少一個金屬夾安裝在所述DCB襯底上，其中，所述至少一個金屬夾的一部分是所述模塊的外部接觸元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述分立器件包括電端子，所述DCB襯底包括結(jié)構(gòu)化銅層，并且將所述分立器件安裝在所述DCB襯底上包括將所述分立器件的所述電端子附接至所述DCB襯底的所述結(jié)構(gòu)化銅層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 將所述DCB襯底安裝在金屬載體上；以及 在所述金屬載體上放置殼體，其中，所述殼體容納所述DCB襯底和所述分立器件。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在將所述分立器件安裝在所述DCB襯底上之前制造所述分立器件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，制造所述分立器件包括: 設(shè)置引線框架； 將所述半導(dǎo)體芯片安裝在所述引線框架上；以及 用封裝材料覆蓋所述半導(dǎo)體芯片。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在將所述分立器件安裝在所述DCB襯底上之后用硅凝膠覆蓋所述分立器件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括在所述硅凝膠層上沉積環(huán)氧樹脂。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體芯片是功率MOSFET、IGBT、JFET以及功率雙極晶體管中的一者。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述分立器件是表面安裝器件(SMD)。
25.一種方法，包括以下步驟: 設(shè)置金屬載體； 在所述金屬載體上安裝直接銅鍵合(DCB)襯底； 在所述DCB襯底上安裝表面安裝器件(SMD)； 將至少一個金屬夾的第一部分附接至所述DCB襯底；以及 在所述金屬載體上放置殼體，其中，所述殼體容納所述DCB襯底和所述SMD，并且其中，所述至少一個金屬夾的第二部分布置在所述殼體外部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括安裝在DCB襯底上的分立器件的模塊及用于制造該模塊的方法，該模塊包括DCB襯底以及安裝在DCB襯底上的分立器件，其中，分立器件包括引線框架；安裝在引線框架上的半導(dǎo)體芯片；以及覆蓋半導(dǎo)體芯片的封裝材料。
文檔編號H01L21/60GK103178030SQ20121056879
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者丹尼爾·多梅斯, 拉爾夫·奧特倫巴, 羅蘭·魯普 申請人:英飛凌科技股份有限公司