專利名稱：功率半導(dǎo)體器件的封裝件和封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及功率半導(dǎo)體器件的封裝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
包括消耗較高功率的高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HVFET)器件以及其他集成 電路(IC)的功率半導(dǎo)體器件在半導(dǎo)體領(lǐng)域中是公知的。這樣的功率半導(dǎo) 體器件通常被包封在被設(shè)計(jì)為組裝到印刷電路板(PCB)上的封裝件中。 封裝件通常包括通常由導(dǎo)電材料(諸如銅合金)制成的管芯附裝墊， 一個(gè) 或多個(gè)半導(dǎo)體管芯安裝在管芯附裝墊上。模制的化合物包封半導(dǎo)體管芯和 引線的一部分，引線可以延伸到封裝件的外部，以電連接到外部電路。引 線和管芯附裝墊共同稱為封裝件引線框架。經(jīng)常，封裝件也設(shè)計(jì)為具有用 于物理附裝到散熱器的安裝表面，散熱器被設(shè)計(jì)作為用于將功率器件所產(chǎn) 生的熱量從半導(dǎo)體管芯傳遞出去的主要路徑。
在一些現(xiàn)有技術(shù)封裝件設(shè)計(jì)中，管芯附裝墊在安裝表面上暴露，以在 半導(dǎo)體管芯和散熱器之間提供低熱阻。在其他封裝件設(shè)計(jì)中，管芯附裝墊 通過(guò)布置在管芯附裝墊和半導(dǎo)體封裝件的安裝表面之間的模制化合物的薄 層與散熱器電隔離。在后者的那些設(shè)計(jì)中，經(jīng)常期望將管芯附裝墊和安裝 表面之間的模制化合物的厚度盡可能保持得較薄，以在管芯附裝墊和安裝 表面之間提供低熱阻。
具有隔離管芯附裝墊的許多傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體封裝件以引線框架帶制 造，其中在封裝件模制處理期間，管芯附裝墊的僅一個(gè)端部被機(jī)械保持。 在封裝件模制化合物的注模(injection molding)成型期間，管芯附裝墊的 未被支撐的端部因此具有顯著的機(jī)械公差或移動(dòng)量。因而，這需要管芯附 裝墊和封裝件的外安裝表面之間的模制化合物的厚度增大。 一種可替代的 制造處理最初支撐管芯附裝墊，然后在注模成型處理期間縮回支撐，這改善了公差，但是提高了處理成本，并且因此提高了成品封裝件的成本。其 中管芯附裝墊通過(guò)模制化合物薄層與安裝表面電隔離的封裝件也要求在引 線和安裝表面之間沿著封裝件的表面的最短距離(通常稱為漏電距離)大 于最小要求。


從下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖可以充分理解本發(fā)明，但是，這些說(shuō)明和附 圖不應(yīng)當(dāng)被用于將本發(fā)明限制于所示出的具體實(shí)施例，而是僅用于解釋和 理解。還應(yīng)當(dāng)理解，圖中的元件是示意性的，并且出于清楚顯示的目的， 其不是成比例繪制的。
圖1A和1B是示例性半導(dǎo)體封裝體的頂側(cè)立體圖和底側(cè)立體圖。 圖2A是圖1A和1B所示的半導(dǎo)體封裝件的(沿切割線A-A'所取)的 剖視圖。
圖2B是圖1A和1B所示的半導(dǎo)體封裝件的(沿切割線B-B'所取)的
剖視圖。
圖3圖示了引線框架的陣列的示例性部分。
圖4A圖示了具有可選的引線形式的半導(dǎo)體封裝件的示例性側(cè)視圖。 圖4B是圖4A中所示的半導(dǎo)體封裝件的側(cè)視圖。
圖5圖示了具有可選的引線形式的另一個(gè)半導(dǎo)體封裝件的示例性側(cè)透 視圖。
圖6圖示另一個(gè)示例性半導(dǎo)體封裝件的底側(cè)立體圖。 圖7是圖6所示的半導(dǎo)體封裝件的(沿切割線C-C'所取)的剖視圖。 圖8圖示了半導(dǎo)體封裝件的示例性側(cè)透視圖，該半導(dǎo)體封裝件具有從 多于一個(gè)封裝體側(cè)面延伸的引線。
具體實(shí)施例方式
在下面的說(shuō)明中，闡述了具體細(xì)節(jié)，諸如材料類型、尺寸、結(jié)構(gòu)特 征、制造步驟等，以便于充分理解本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將意識(shí)到這些具體細(xì)節(jié)對(duì)于實(shí)施描述的實(shí)施例不一定是必須的。圖1A和IB分別是示例性半導(dǎo)體封裝件10的頂側(cè)立體圖和底側(cè)立體 圖。圖1A是從封裝件10的頂側(cè)11觀察的立體圖，而圖IB是從封裝件 IO的底側(cè)或安裝表面13觀察的立體圖。安裝表面13是用于傳遞由封裝件 10內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的熱量的主要路徑。如本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員所意識(shí)到的，安裝表面13可以使用環(huán)氧樹脂、彈簧夾或其他 公知粘結(jié)或機(jī)械技術(shù)機(jī)械耦合到散熱器或其他熱傳遞元件。
還示出，封裝件IO包括橫向側(cè)表面12、 16、 17和21。在示出的實(shí)施 例中， 一組金屬引線20延伸出側(cè)表面21。在其他實(shí)施例中，引線可以從 封裝件IO的多于一個(gè)側(cè)表面延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，引線20a與引線20b 偏離或間隔開(kāi)大于任何其他兩個(gè)相鄰引線20的間隔的距離。引線20a可以 是線接合到半導(dǎo)體管芯的高壓區(qū)域(墊)(例如，高壓MOSFET的漏 極)，引線20b線接合到管芯的低壓區(qū)域(墊)(例如，高壓MOSFET的 源極或低壓控制器的端子)。在其他實(shí)施例中，引線20a和20b可以接合 到它們之間經(jīng)歷高壓電勢(shì)的有源器件/管芯的任何區(qū)域。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，引線20a和20b可以在橫向上彼此物理間隔或偏離 適當(dāng)距離，以滿足在封裝件的期望應(yīng)用中由施加在它們之間的電壓電勢(shì)所 確定的漏電距離要求。漏電距離是沿著將兩個(gè)導(dǎo)電部件間隔開(kāi)的封裝件表 面所測(cè)量的這兩個(gè)導(dǎo)電部件之間的最短路徑。在本文的內(nèi)容中，漏電距離 更具體是指沿著封裝件的側(cè)表面從引線到底安裝表面或者從系桿(tie bar)到底安裝表面的距離，底安裝表面通常機(jī)械耦合到散熱器。正確和適 當(dāng)?shù)穆╇娋嚯x進(jìn)行保護(hù)以避免所謂漏電起痕(tracking)現(xiàn)象，其是產(chǎn)生封 裝表面的絕緣性能的局部惡化的部分導(dǎo)電路徑的過(guò)程。兩個(gè)處于不同電壓 電勢(shì)的導(dǎo)體之間的漏電距離越大，則漏電起痕產(chǎn)生的機(jī)會(huì)越小。因此，對(duì) 封裝件的漏電距離要求一般由封裝件和內(nèi)部半導(dǎo)體器件的預(yù)期使用期間將 施加在導(dǎo)體之間電壓電勢(shì)所界定。作為示例，由國(guó)際電工協(xié)會(huì)所公開(kāi)的安 全標(biāo)準(zhǔn)文件IEC 60950-1基于導(dǎo)電部件之間出現(xiàn)的電壓和使用封裝件的環(huán) 境為漏電距離提供了通用指南。
在另一個(gè)實(shí)施例中，引線20a和20b可以在橫向上彼此物理間隔或偏 離大致等于封裝件上其它引線之間的物理間隔的距離。圖2A和2B分別是沿圖1A和1B所示的封裝件的切割線A-A'和B-B' 所取的剖視圖。圖2A中所示的半導(dǎo)體管芯25包封在塑料模制化合物材料 體中，該塑料模制化合物材料體具有由頂表面11、橫向側(cè)表面12、 16、 17、 21以及底或安裝表面13形成封裝件殼體周界的形式。封裝件的物理 體積由封裝件的此周界所限定。示出的半導(dǎo)體管芯25接合(例如，焊 接、環(huán)氧樹脂膠合等)到管芯附裝墊14的內(nèi)部頂表面24上。
在一個(gè)實(shí)施例中，大體矩形的塑料殼體(在圖2B的圖示中由框27所 界定)具有大致7.6mmX10.2mm的尺寸。塑料殼體圍繞包括管芯附裝墊 14在內(nèi)但除了從側(cè)面21延伸出的暴露引線20以及圖示大致與橫向側(cè)面16 和17的表面相平準(zhǔn)地被切割或修剪的暴露系桿端部18之外的金屬引線框 架。換言之，管芯附裝墊14完全被模制化合物所包封。
圖2A的實(shí)施例還圖示，模制化合物材料的形式包括沿著具有暴露導(dǎo) 電體的每個(gè)側(cè)面(即，封裝件10的側(cè)面16、 17和21)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸的 槽口 22。這些導(dǎo)電體包括從側(cè)面21延伸的引線20以及橫向側(cè)面16和17 上的系桿18。應(yīng)當(dāng)注意，系桿在封裝件制造處理中用于支撐封裝件10的 一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管芯附裝墊。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，當(dāng)封裝件10插入安裝到PCB時(shí)，安裝 表面13定位成大致垂直于PCT的座落平面。以此方式安裝，安裝表面13 提供了與外部散熱器或熱散發(fā)器直接接觸的表面或平面。外部散熱器一般 使用彈簧夾、環(huán)氧樹脂或其它常見(jiàn)附裝機(jī)構(gòu)保持在與安裝表面抵靠的位置 或固定到安裝表面13上。應(yīng)該意識(shí)到，通過(guò)將引線20的位于封裝件10外 部的部分彎曲大致90度，安裝表面13可以布置成大致平行于PCB的座落 平面。在這樣的構(gòu)造中，封裝件10的安裝表面可以使用彈簧夾、環(huán)氧樹 脂或其它常用附裝機(jī)構(gòu)保持在與PCB抵靠的位置或固定到PCB上，使得 PCB形成散熱器。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器可以由金屬或其它導(dǎo)熱 材料制造。在另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器可以包括PCB中電耦合引線20的 部分。圖案化在PCB上的金屬墊在此實(shí)施例中可以用在封裝件的安裝表面 13的下方，以提高到PCB的導(dǎo)熱。
圖2A的剖視圖清楚的示出，管芯附裝墊14在布置系桿18和引線20的一般平面(general plane)下方沿豎直方向較深地下沉達(dá)距離d5。在其 它實(shí)施例中，與引線20的一般平面相比，桿18可以位于不同的一般平面 上，但是管芯附裝墊14仍下沉設(shè)置在系桿18的下方。在另一實(shí)施例中， 引線可以與一個(gè)或多個(gè)系桿位于相同側(cè)面。在圖2A的實(shí)施例中，管芯附
裝墊14的底表面通過(guò)半導(dǎo)體封裝件模制材料的一部分15與安裝表面13分 隔開(kāi)。所示的部分15具有厚度d4。如上所述，安裝表面13通常安裝在散 熱器60上。
在引線框架制造處理期間，可以使用下沉工具將管芯附裝墊14向下 推到一個(gè)水平，使得管芯附裝墊14的底側(cè)與安裝表面13間隔距離d4。當(dāng) 使管芯附裝墊下沉?xí)r，系桿應(yīng)該以小于90度的角度彎曲，以保持系桿完 整性。這在下沉處理過(guò)程中防止系桿的損壞或變薄。這就是說(shuō)，系桿18 在封裝件的外表面的位置處在散熱器的平面以上的高度越高，則下沉尺 寸d5越深；并且對(duì)于給定的管芯附裝墊大小，系桿的傾斜部分41所需的 水平距離dll也越長(zhǎng)，同時(shí)封裝件也需要更大。在不失去整體性的情況 下，更厚的引線框架材料允許系桿的更尖銳彎曲。但是，為了最小化封裝 件的成本，可以使用更薄的引線框架材料。在一個(gè)實(shí)施例中，使用約 0.3mm的引線框架厚度d12，最大的下沉角31為約50度。
在管芯附裝墊14已經(jīng)下沉設(shè)置(即，處于相對(duì)于引線和/或系桿的一 般平面偏離的一般平面中)之后，施加塑料模制/包封化合物。在封裝件包 封處理期間，下沉的管芯附裝墊14可以由兩個(gè)橫向側(cè)面16和n上的系桿 18支撐，由此允許將尺寸d4保持在嚴(yán)格的公差下。
在一個(gè)實(shí)施例中，槽口 22位于橫向側(cè)面16、 17和21中每個(gè)側(cè)面的底 邊緣，并且具有豎直高度"dl"和橫向?qū)挾?d3"。另外，示出的槽口 22 的上邊緣布置在由系桿18的下邊緣所形成的一般平面(在圖1A和1B的實(shí) 施例中，大致與引線20的底部相平準(zhǔn))下方距離"d2"處。在其它實(shí)施例 中，引線20在安裝表面13以上的豎直高度可以與系桿18在安裝表面13以 上的高度不同。換言之，系桿和引線不需要布置在相同的一般平面中。
距離dl、 d2和d3的總和構(gòu)成暴露系桿18和安裝表面13之間所測(cè)量 的漏電距離。在圖2A的實(shí)施例中，與沒(méi)有槽口 22 (例如，彼此大致垂直的邊緣)的情況相比，引入槽口 22允許在更低的豎直高度(dl+d2)尺寸 下滿足封裝件在系桿18和安裝表面13之間的漏電距離要求。應(yīng)當(dāng)意識(shí) 到，在引入槽口 22的情況下，還減小了半導(dǎo)體封裝件的整個(gè)豎直高度以 及物理體積。
注意，槽口 22不需要沿著引出引線20的側(cè)面21的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。也 就是說(shuō)，在一些實(shí)施例中，槽口 22可以僅延伸或布置在承受高電壓電勢(shì) 的那些引線(例如，圖1A、 lB和2B中的引線20a)的正下方。類似地， 槽口 22可以不需要沿著將系桿18暴露的那些側(cè)面的整個(gè)長(zhǎng)度延伸；相 反，槽口 22可以僅在系桿在側(cè)表面上所布置的那些區(qū)域或部分的正下方 延伸。
在半導(dǎo)體封裝件的具體實(shí)施例中，尺寸dl、 d2、和d3分別是 0.483mm、 0.635mm和0.406 mm。在一個(gè)實(shí)施例中，暴露系桿18和散熱 器60之間的漏電距離大于或等于l.Omm。在另一個(gè)實(shí)施例中，暴露系桿 18和散熱器60之間的漏電距離小于或等于2.0mm。在一個(gè)實(shí)施例中，間 隙距離(dl+d2)與漏電距離(dl+d2+d3)的比率是約1:1.28，其中間隙 距離是在兩個(gè)導(dǎo)電表面之間經(jīng)過(guò)空氣的最短距離。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，槽口 22由材料的突出件或臺(tái)階30所取代，如 圖2A的點(diǎn)劃線所圖示。臺(tái)階30沿著橫向側(cè)表面16、 17和21的底邊緣定 位，并且從每個(gè)表面16、 17和21向外延伸相同距離d3，以提供增大的從 暴露系桿18和引線20到安裝表面13的漏電距離。
還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，槽口 22或臺(tái)階30可以包括大量的若干較小的槽口或 臺(tái)階，對(duì)于暴露系桿18和安裝表面13之間給定的漏電距離而言，其允許 間隔尺寸(dl+d2)的進(jìn)一步減小。在其他實(shí)施例中，任何類型或形狀的 不連續(xù)部分(例如，塊、曲線、斜坡、半圓等)可以形成在側(cè)表面的底邊 緣處，只要該不連續(xù)部分以如上所述的方式增大沿著側(cè)表面從系桿和引線 到封裝件的安裝表面的漏電距離。在本文的內(nèi)容中，不連續(xù)部分是指封裝 件的側(cè)表面的平坦性的任何陡峭變化(例如，大于15度)，該陡峭變化 增大了系桿和封裝件的底安裝表面之間所測(cè)量的漏電距離。
還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，槽口 22不需要定位成大致與將系桿暴露的橫向側(cè)面的底邊緣相平準(zhǔn)。即，在其他實(shí)施例中，槽口 (或其他類型的切口部分) 可以沿著橫向側(cè)面設(shè)置在系桿18的正下方和封裝件的安裝表面之間的任 何位置。無(wú)論上述的槽口、臺(tái)階或切除部分的確切形式如何，它們的存在 確保暴露系桿和散熱器之間的最小距離實(shí)質(zhì)上小于相關(guān)的漏電距離，其中 所述散熱器機(jī)械耦合到封裝件的安裝表面。
應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于給定的系桿18和安裝表面13之間的漏電距離，減小 間隔尺寸(dl+d2)也減小了需要的下沉尺寸d5。對(duì)于給定的封裝件體 積，尺寸d5的減小允許更大的管芯附裝墊尺寸d6，這意味著管芯附裝墊 14的面積增大。減小尺寸d5還具有對(duì)于給定的暴露系桿18和安裝表面13 之間的漏電距離要求能夠最小化半導(dǎo)體封裝的物理體積的有益效果。因 此，意識(shí)到，根據(jù)本文教導(dǎo)的封裝件對(duì)于給定的系桿18和散熱器60之間 的漏電距離，能夠最大化管芯附裝墊，同時(shí)最小化半導(dǎo)體封裝件的物理體 積。對(duì)于給定的管芯附裝墊面積而言，更小的封裝件體積還減小模制化合 物的量和引線框架材料的面積，這導(dǎo)致對(duì)于給定的管芯大小的更低成本的 封裝件。
如前所討論的，圖2B的邊緣線27表示由表面12、 16、 21和17所限 定的封裝件的周界。管芯附裝墊14的表面區(qū)域被用具有虛線周界43的陰 影示出。示出的系桿18被切割成大致與和邊緣線27對(duì)準(zhǔn)的側(cè)表面(16和 17)相平準(zhǔn)。如可以看出的，系桿18在多個(gè)點(diǎn)處為管芯附裝墊14提供支 撐，使得對(duì)于圖2A中的厚度能夠保持嚴(yán)格公差。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò) 由系桿18提供的支撐所能夠獲得的嚴(yán)格公差允許封裝件能夠以圖2A中約 0.4mm或更小的平均厚度d4制造。其它實(shí)施例可以具有大于0.4mm的平 均厚度d4。系桿18在邊緣線27處的外暴露部分與管芯附裝墊14之間的 物理連接由上部40構(gòu)成，上部40處于與引線20相同的一般平面中。在所 示的實(shí)施例中，傾斜部分41以與管芯附裝墊14的平面和下部42成角度的 方式布置，下部42與管芯附裝墊14位于相同的一般平面中。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將意識(shí)到，對(duì)于給定的暴露系桿18和安裝表面 13之間的漏電距離，減小尺寸d5還具有減小每個(gè)側(cè)面16和17與管芯附 裝墊14的邊緣之間所測(cè)量的尺寸dl3的效果。例如，在尺寸d4-0.3mm的實(shí)施例中，尺寸d13與暴露系桿18和安裝表面之間的漏電距離 (=dl+d2+d3)的比率是約1.2:1。
在另一實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)引線20可以物理耦合到管芯附裝件 14，以對(duì)管芯附裝墊14提供進(jìn)一步的支撐并/或提供對(duì)管芯附裝墊14的電 連接。
在另外的其它實(shí)施例中，額外的系桿18可以連接在管芯附裝墊14和 與引線從其延伸的側(cè)面相對(duì)的橫向側(cè)面(例如圖1A中的側(cè)面12)之間。 在這樣的實(shí)施例中，槽口 22沿著側(cè)表面12的底邊緣延伸，以獲得參考圖 2A所討論的延長(zhǎng)的漏電距離。下面結(jié)合圖4B和5-7討論另外的示例性實(shí) 施例，其包括沿著封裝件的相鄰橫向側(cè)面布置的系桿。
應(yīng)意識(shí)到，系桿18、管芯附裝墊14和引線20形成封裝件的引線框 架。圖2B的引線框架設(shè)計(jì)被設(shè)計(jì)成以陣列或矩陣方式形成的多個(gè)引線框 架來(lái)制造。矩陣引線框架設(shè)計(jì)使用低成本制造處理，其中完整的引線框架 的陣列或矩陣使用單次注模成型而包封在塑料模制化合物材料中。這種類 型的矩陣引線框架布置與其中每次注模成型僅模制單行引線框架的傳統(tǒng)帶 式引線框架功率半導(dǎo)體封裝相比可以提供更低的單元成本。例如，引線框 架矩陣通常可以包括十六行的沿X方向延伸的引線框架和4列的沿y方向 的引線框架，每次注模成型包封總數(shù)為六十四個(gè)引線框架。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到， 可以采用其它的行與列的組合。
圖3圖示了引線框架的陣列50的示例部分，使用由虛線51表示單個(gè) 引線框架。周界線53表示包封封裝件的外周界(即，等同于圖2B中的線 27)。示出的管芯附裝墊52通過(guò)兩個(gè)側(cè)面上的系桿18與陣列50的圍繞金 屬連接。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，由附裝到管芯附裝墊52的引線54提供對(duì)管芯附裝 墊52的額外支撐。引線54從半導(dǎo)體封裝件的塑料模制化合物延伸，并且 可以用于電連接到外部電路或特定電壓電勢(shì)。(本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí) 到，圖3中的陰影區(qū)域表示在制造封裝件53期間將隨后被移除的金 屬。)
圖4A圖示了具有可選的引線形式的半導(dǎo)體封裝件的示例性側(cè)視圖。 圖4A的側(cè)視圖從引線42c所延伸出的端部觀察取得。即，圖4A的視圖是向側(cè)面421觀察的，該側(cè)面421是封裝件的引線420a-420f所從其延伸的 那個(gè)側(cè)面。圖4B是圖4A中所示的半導(dǎo)體封裝的側(cè)視圖。注意，在圖4A 和4B的示例中，引線420a、 420c和420e已經(jīng)被彎曲，使得這些引線(管 腳)在安裝表面413的一般平面上方升高距離"d8"。另一方面，引線 420b、 420d和420f從側(cè)面421延伸，而不彎曲(即，大致筆直)，使得 這些引線(管腳)在安裝表面413的一般平面上方升高距離"d7"。這個(gè) 豎直的空氣間隙距離d7是從暴露導(dǎo)體(例如，引線20或系桿418)的一 般平面到安裝表面413所測(cè)量的。間隔可以相對(duì)于在封裝件的各側(cè)面上所 暴露的引線或系桿測(cè)量。(當(dāng)系桿布置在與引線相同的一般平面中時(shí)，這 兩個(gè)間隙距離相等。)在圖4B中所示的示例性實(shí)施例中，半導(dǎo)體封裝件 被制造為具有大致1.19mm的間隙距離。
圖4A和4B中所示的示例性封裝件還包括系桿418，其與管芯附裝墊 414連接，并且在相對(duì)側(cè)表面416和417上基本相平準(zhǔn)地暴露，并且還暴 露于與側(cè)表面421相對(duì)布置的側(cè)表面412。注意，在此實(shí)施例中，管芯附 裝墊414通過(guò)模制化合物的較薄部分415與安裝表面413分隔開(kāi)。另外， 槽口 422在與表面413基本相平準(zhǔn)的邊緣處繞所有四個(gè)側(cè)面(即，416、 417、 412和421)延伸。在另一實(shí)施例中，系桿418不暴露在表面412 上，并且槽口 422沿著四個(gè)橫向側(cè)面中的三個(gè)(即，側(cè)面416、 417和 421)延伸但不沿著側(cè)面412延伸。在另外其它實(shí)施例中，系桿418可以 暴露在兩個(gè)相鄰的側(cè)表面(例如，412和416)上，槽口 422沿著橫向側(cè) 面412、 416和421延伸但不沿著側(cè)面417延伸。
圖5圖示了具有可選的引線形式的另一個(gè)半導(dǎo)體封裝件的示例性側(cè)面 展示圖。圖5的封裝件除了其安裝有機(jī)械耦合到PCB的座落表面533的安 裝表面513之外，在各個(gè)方面與圖4A和4B的實(shí)施例相似。即，安裝表面 513和PCB座落表面533位于相同的一般平面中。為了適應(yīng)封裝件的表面 安裝，引線或管腳530從表面521延伸，并且如圖所示彎曲兩次(向下和 向外)，以和位于PCB座落表面533上的金屬墊或跡線540進(jìn)行電接觸。 在此實(shí)施例中，PCB材料用作散熱器，以從安裝在管芯附裝墊514上的半 導(dǎo)體管芯傳遞熱量。與上述實(shí)施例相似，管芯附裝墊514通過(guò)模制化合物的較薄部分515與安裝表面513分隔開(kāi)。槽口 522確保從系桿518和引線 530到PCB座落表面533的最小漏電距離實(shí)質(zhì)上大于從系桿518和引線 530到座落表面533 (用作散熱器)的間隙距離。
圖6圖示了另一個(gè)示例性半導(dǎo)體封裝件610的底側(cè)立體圖，半導(dǎo)體封 裝件610包括底側(cè)或安裝表面613，底側(cè)或安裝表面613具有與系桿618 連接的管芯附裝墊615的暴露金屬底表面。示出的系桿618暴露在封裝件 側(cè)表面616和612上。示出的額外的系桿619還暴露在側(cè)面612上。系桿 619附裝到?jīng)]有暴露在安裝表面613上的分離管芯附裝墊。下面結(jié)合圖7 圖示并更詳細(xì)討論此分離的管芯附裝墊。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，封裝件610的引線 框架可以制造為陣列或矩陣的一部分。
圖7是圖6中所示的半導(dǎo)體封裝件的(沿切割線C-C'所取)的剖視 圖。此視圖示出在系桿618所布置的一般平面下方沿豎直方向較深地下沉 的管芯附裝墊615。管芯615的豎直下沉量使得管芯附裝墊615的暴露金 屬底表面723位于與安裝表面613相同的一般平面中。換言之，管芯附裝 墊615的底表面與安裝表面613基本相平準(zhǔn)或與安裝表面613齊平地暴 露。示出的第一半導(dǎo)體管芯726焊接或環(huán)氧樹脂膠合到管芯附裝墊615的 內(nèi)部頂表面727。
圖7還示出在系桿619所布置的一般平面下方沿豎直方向下沉的第二 管芯附裝墊619。注意，圖7的側(cè)視示了暴露在側(cè)表面617上的另一 個(gè)系桿619。額外的系桿619可以從管芯附裝墊714延伸到側(cè)面612和 617。管芯附裝墊714的底表面728通過(guò)具有厚度d9的半導(dǎo)體封裝件模制 材料部分715與安裝表面713分隔開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，厚度d9為約 0.3mm。示出的第二半導(dǎo)體管芯729焊接或環(huán)氧樹脂膠合到管芯附裝墊 714的內(nèi)部頂表面724。在另一實(shí)施例中，管芯附裝墊714和615位于相同 的一般表面中。
半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，半導(dǎo)體管芯726和729可以在不同 的電壓電勢(shì)下工作。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體管芯726的襯底可以 耦合到接地電勢(shì)，而半導(dǎo)體管芯724的襯底耦合到高壓電勢(shì)或除了接地之 外的一些電勢(shì)。因此，考慮在連接到各個(gè)管芯附裝墊的暴露導(dǎo)體之間的漏電和間隙距離要求。例如，相對(duì)于圖7和8中所示的封裝件610，距離 d10應(yīng)當(dāng)滿足耦合到管芯附裝墊615和714的各個(gè)暴露導(dǎo)體之間的漏電距 離要求。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，可以應(yīng)用的漏電和間隙距離要求取決于半導(dǎo)體封裝 件的用途和在正常工作期間管芯附裝墊615和714的實(shí)際電壓差。
圖8圖示了引線從封裝件的多于一個(gè)側(cè)面延伸的半導(dǎo)體封裝件的示例 性側(cè)透視圖。在此實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)引線830從側(cè)面821延伸，而一 個(gè)或多個(gè)引線831從側(cè)面812延伸。安裝表面813機(jī)械耦合到PCB座落表 面833。即，安裝表面813位于與PCB座落表面833相同的一般表面中。 引線830和831彎曲，以與位于PCB的表面833上的各個(gè)金屬墊和跡線 841和840進(jìn)行電接觸。在示出的實(shí)施例中，PCB 833用作主要散熱器， 以從安裝在管芯附裝墊814上的半導(dǎo)體管芯將熱量傳遞走。在一個(gè)實(shí)施例 中，通過(guò)在封裝件的底側(cè)813的正下方將金屬墊圖案化在PCB 833的頂表 面上，來(lái)改善向PCB的熱傳遞。槽口 822的存在確保了系桿818和散熱器 833之間的最小距離(間隙距離)實(shí)質(zhì)上小于系桿818和散熱器833之間 的漏電距離。
應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在可選實(shí)施例中，引線830和831可以彎曲，以插入或 穿過(guò)PCB材料中制造的孔。在另外實(shí)施例中，引線可以沿相反方向彎曲， 使得安裝表面813在頂部，以允許使用彈簧夾、環(huán)氧樹脂或其它常用的附 裝機(jī)構(gòu)將散熱器附裝到封裝件的頂部。
雖然已經(jīng)參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將意識(shí)到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作出多種修改和替換。因此，說(shuō)明書和 附圖僅作為示例性的，而非限制性的。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體管芯的封裝件，包括管芯附裝墊，所述管芯附裝墊提供了用于所述半導(dǎo)體管芯的附裝表面區(qū)域；多個(gè)引線；連接到所述管芯附裝墊的一個(gè)或多個(gè)系桿，所述管芯附裝墊布置在第一一般平面中，而所述一個(gè)或多個(gè)系桿布置在第二一般平面中，所述第一一般表面相對(duì)于所述第二一般平面偏離；以及模制化合物，所述模制化合物以具有第一、第二、第三和第四橫向側(cè)面、頂部和底部的形式包封所述半導(dǎo)體管芯，一個(gè)或多個(gè)所述引線從所述第一橫向側(cè)面延伸出，所述一個(gè)或多個(gè)系桿與所述橫向側(cè)面中的至少一個(gè)橫向側(cè)面基本相平準(zhǔn)地暴露，所述形式包括沿著所述第一橫向側(cè)面的至少一部分以及沿著所述橫向側(cè)面中將所述一個(gè)或多個(gè)系桿暴露的一個(gè)側(cè)面的至少一部分延伸的不連續(xù)部分，所述不連續(xù)部分增大了從所述一個(gè)或多個(gè)系桿到所述封裝件的所述底部的漏電距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中所述底部提供了用于機(jī)械耦合 到散熱器的安裝表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中所述模制化合物的一部分將所 述管芯附裝墊的底側(cè)與所述封裝件的所述底部分隔開(kāi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的封裝件，其中，所述一部分具有約0.4mm或更小的平均厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括布置成 與所述封裝件的所述底部相平準(zhǔn)的槽口 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述管芯附裝墊的底表面與 所述封裝件的所述底部齊平地暴露。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括布置成 與所述封裝件的所述底部相平準(zhǔn)的臺(tái)階。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)系桿在所述第二和第三橫向側(cè)面上暴露。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述封裝件的間隙距離與所述漏電距離的比率大于1:1.2，所述間隙距離是從與所述一個(gè)或多個(gè)系桿的 底邊緣相平準(zhǔn)的第三一般平面到與所述封裝件的所述底部相平準(zhǔn)的第四一 般平面經(jīng)過(guò)空氣的測(cè)量距離。
10. —種半導(dǎo)體管芯的封裝件，包括主體，所述主體具有多個(gè)側(cè)表面和用于機(jī)械耦合到散熱器的底安裝表面；管芯附裝墊，所述管芯附裝墊提供了用于所述半導(dǎo)體管芯的附裝表面 區(qū)域，所述管芯附裝墊和所述半導(dǎo)體管芯包封在所述主體內(nèi)；連接到所述管芯附裝墊的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電系桿，所述一個(gè)或多個(gè)系桿 布置在第一一般表面中，所述管芯附裝墊布置在第二一般平面中，所述第 二一般表面與所述第一一般表面偏離，并且最接近于所述底安裝表面，所 述一個(gè)或多個(gè)系桿與所述側(cè)表面中的至少一個(gè)側(cè)表面基本相平準(zhǔn)地暴露； 并且其中，所述主體形成有不連續(xù)部分，所述不連續(xù)部分沿著所述側(cè)表面 的位于將所述一個(gè)或多個(gè)系桿暴露處的正下方的至少一部分延伸，所述不 連續(xù)部分增大從所述系桿到所述底安裝表面的漏電距離。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封裝件，其中，所述漏電距離大于約 lmrru
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封裝件，其中所述封裝件的間隙距離與所 述漏電距離的比率大于l丄2，所述間隙距離是從與所述一個(gè)或多個(gè)系桿的 底邊緣相平準(zhǔn)的第三一般平面到與所述封裝件的所述底部相平準(zhǔn)的第四一 般平面經(jīng)過(guò)空氣的測(cè)量距離。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封裝件，其中，所述主體的一部分將所述 管芯附裝墊的底側(cè)與所述封裝件的所述底安裝表面分隔開(kāi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括布置 成與所述底安裝表面相平準(zhǔn)的槽口。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括布置成與所述底安裝表面相平準(zhǔn)的臺(tái)階。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的封裝件，其中，所述半導(dǎo)體管芯包括功率 晶體管器件。
17. —種用于第一和第二半導(dǎo)體管芯的封裝件，包括具有頂表面和底表面的第一管芯附裝墊，所述第一半導(dǎo)體管芯安裝到所述頂表面；與所述第一管芯附裝墊分離的第二管芯附裝墊，所述第二管芯附裝墊 具有頂表面和底表面，所述第二半導(dǎo)體管芯安裝到所述第二管芯附裝墊的 所述頂表面；用于與所述第一和第二半導(dǎo)體管芯電連接的多個(gè)引線;連接到所述第一管芯附裝墊的第一系桿和連接到所述第二管芯附裝墊 的第二系桿，所述第一和第二系桿布置在第一一般平面中，所述第一管芯 附裝墊布置在第二一般平面中，所述第二管芯附裝墊布置在第三一般平面 中，所述第二一般平面相對(duì)于所述第一一般平面偏離第一距離，所述第三 一般平面相對(duì)于所述第一一般平面偏離第二距離；以及模制化合物，所述模制化合物以具有第一、第二、第三和第四橫向側(cè) 面、頂部和用于機(jī)械耦合到散熱器的底安裝表面的形式包封所述第一和第 二半導(dǎo)體管芯，所述第一管芯的底表面與所述底安裝表面齊平地暴露，所 述引線從至少所述第一橫向側(cè)面延伸出，并且所述第一和第二系桿與一個(gè) 或多個(gè)橫向側(cè)面基本相平準(zhǔn)地暴露，所述形式包括不連續(xù)部分，所述不連 續(xù)部分沿著所述橫向側(cè)面中將所述第一和第二系桿暴露的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面 的至少一部分延伸，所述不連續(xù)部分增大了從所述第一和第二系桿到所述 底安裝表面的漏電距離。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的封裝件，其中，所述模制化合物的一部分 將所述第二管芯附裝墊的所述底表面與所述安裝表面分隔開(kāi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的封裝件，其中，所述模制化合物的所述一 部分具有約0.4mm或更小的平均厚度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括布置 成與所述封裝件的所述底部相平準(zhǔn)的槽口 。
21. 根據(jù)權(quán)利要求n所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括在所 述第一一般平面和所述封裝件的所述底部之間沿著所述橫向側(cè)面中的所述 至少兩個(gè)側(cè)面布置的槽口。
22. 根據(jù)權(quán)利要求n所述的封裝件，其中，所述不連續(xù)部分包括布置 成與所述封裝件的所述底部相平準(zhǔn)的臺(tái)階。
23. —種方法，包括使引線框架的管芯附裝墊下沉設(shè)置，所述引線框架包括多個(gè)引線以及 連接到所述管芯附裝墊的一個(gè)或多個(gè)系桿，所述管芯附裝墊被下沉設(shè)置一 定的距離，使得所述管芯附裝墊布置在比布置所述一個(gè)或多個(gè)系桿處的第二一般平面低的第一一般平面中；將半導(dǎo)體管芯安裝到所述管芯附裝墊的頂表面；將所述半導(dǎo)體管芯包封在形成有第一、第二、第三和第四橫向側(cè)面、 頂部和底部的材料中，所述底部提供了用于機(jī)械耦合到散熱器的安裝表 面，所述一個(gè)或多個(gè)系桿從所述橫向側(cè)面中的至少一個(gè)橫向側(cè)面延伸出， 所述材料還形成有不連續(xù)部分，所述不連續(xù)部分沿著所述橫向側(cè)面中的將 所述一個(gè)或多個(gè)系桿暴露的至少一個(gè)橫向側(cè)面延伸，所述不連續(xù)部分增大 從所述一個(gè)或多個(gè)系桿到所述封裝件的所述底部所測(cè)量的漏電距離；以及使所述系桿與所述橫向側(cè)面中的所述至少一個(gè)橫向側(cè)面相平準(zhǔn)地切割 所述系桿。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述不連續(xù)部分包括布置成 與所述安裝表面相平準(zhǔn)的槽口 。
25. —種半導(dǎo)體管芯的封裝件，包括主體，所述主體具有多個(gè)側(cè)表面和用于機(jī)械耦合到散熱器的底安裝表面；一個(gè)或多個(gè)管芯附裝墊，每個(gè)所述管芯附裝墊提供了用于一個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體管芯的附裝表面區(qū)域，所述一個(gè)或多個(gè)管芯附裝墊和所述一個(gè)或多 個(gè)半導(dǎo)體管芯被包封在所述主體內(nèi)；連接到所述一個(gè)或多個(gè)管芯附裝墊中的至少一個(gè)管芯附裝墊的一個(gè)或 多個(gè)導(dǎo)電系桿，所述一個(gè)或多個(gè)系桿布置在第一一般平面中，所述一個(gè)或多個(gè)管芯附裝墊布置在第二一般平面中，所述第二一般平面與所述第一一 般平面偏離，并且最接近于所述底安裝表面，所述一個(gè)或多個(gè)系桿與所述側(cè)表面中的至少一個(gè)側(cè)表面基本相平準(zhǔn)地暴露；以及其中，所述主體形成有不連續(xù)部分，所述不連續(xù)部分沿著所述側(cè)表面 中的位于將所述一個(gè)或多個(gè)系桿暴露處的正下方的至少一部分延伸，所述 不連續(xù)部分增大了從所述系桿到所述底安裝表面的漏電距離，使得第一距 離與所述漏電距離的比率為約1.2:1或更小，所述第一距離是在所述管芯 附裝墊中一個(gè)管芯附裝墊的最接近邊緣與所述側(cè)表面中的所述至少一個(gè)側(cè) 表面之間沿著所述第二平面在水平方向上測(cè)量的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供了功率半導(dǎo)體器件的封裝件和封裝方法。半導(dǎo)體管芯的封裝件包括管芯附裝墊，其提供了用于半導(dǎo)體管芯的附裝表面區(qū)域；和連接到管芯附裝墊的系桿。管芯附裝墊布置在第一一般平面中，系桿布置在第二一般平面中，第二一般平面相對(duì)于第一一般平面偏離。模制化合物以具有第一、第二、第三和第四橫向側(cè)面、頂部和底部的形式包封半導(dǎo)體管芯。所述系桿與橫向側(cè)面中的至少一個(gè)橫向側(cè)面基本相平準(zhǔn)地暴露。所述形式還包括不連續(xù)部分，不連續(xù)部分沿著橫向側(cè)面中的至少一個(gè)橫向側(cè)面延伸，所述不連續(xù)部分增大了從系桿到封裝件的底部的漏電距離。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101414586SQ20081017110
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者巴魯·巴爾克里什南, 布萊德·L·霍索恩, 斯特凡·鮑勒 申請(qǐng)人:電力集成公司