III族氮基半导体封装结构及其制造方法转让专利
申请号 : CN202180000921.6
文献号 : CN113169150B
文献日 : 2022-06-14
发明人 : 邱尚青 , 张雷 , 曹凯 , 黄敬源
申请人 : 英诺赛科(苏州)半导体有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种III族氮基半导体封装结构,其特征在于,包括:
引线架,包括管芯座和至少一引线,其中所述管芯座具有多个第一凹槽和多个第二凹槽,所述多个第一凹槽和所述多个第二凹槽设置在所述管芯座的顶面上,所述多个第一凹槽位于所述顶面的相对中央区域附近,所述多个第二凹槽位于与所述顶面的相对周围区域附近,并且从俯视观之所述第一凹槽的形状不同于所述第二凹槽的形状,其中所述多个第一凹槽的每一个的所述形状为矩形,所述多个第二凹槽的每一个的所述形状为圆形;
黏着层,设置在所述管芯座上以填充至所述多个第一凹槽中的至少一个;
III族氮基晶粒,设置在所述黏着层上;
封装材料,封装所述引线架和所述III族氮基晶粒,其中所述多个第二凹槽中的至少一个填充有所述封装材料;以及至少一接合线,被所述封装材料封装,并将所述III族氮基晶粒电连接至所述引线。
2.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述多个第一凹槽的第一组填充有所述黏着层,且所述多个第一凹槽的第二组填充有所述封装材料。
3.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所有所述第二凹槽填充有所述封装材料。
4.根据权利要求3所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所有所述第一凹槽填充有所述黏着层。
5.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述多个第一凹槽的至少一个的底部在高度上不同于所述多个第二凹槽的至少一个的底部。
6.根据权利要求5所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述多个第一凹槽的至少一个的所述底部在高度上小于所述多个第二凹槽的至少一个的所述底部。
7.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述多个第二凹槽被设置成包围所述多个第一凹槽,且不与所述多个第一凹槽连接。
8.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述管芯座还具有第三凹槽,所述第三凹槽连接所述第一凹槽和所述第二凹槽。
9.根据权利要求8所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述第三凹槽连接设置在同一直线上的所述第一凹槽和所述第二凹槽。
10.根据权利要求9所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述接合线的垂直投影落在所述第三凹槽内。
11.根据权利要求8所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述第一凹槽和所述第二凹槽被设置成形成具有M行(row)和N列(column)的阵列,并且所述第三凹槽连接设置在不同行和不同列的所述第一凹槽和所述第二凹槽。
12.根据权利要求8所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述第三凹槽填充有所述封装材料。
13.根据权利要求8所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述III族氮基晶粒覆盖所述第三凹槽。
14.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述第一凹槽的深度不同于所述第二凹槽的深度。
15.根据权利要求1所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述III族氮基晶粒包括位于其中的至少一个III族氮基晶体管。
16.一种制造III族氮基半导体封装结构的方法,其特征在于,包括:形成多个第一凹槽至管芯座的相对中央区域中;
形成多个第二凹槽至所述管芯座的相对周围区域中,其中从俯视观之所述第一凹槽的形状不同于和所述第二凹槽的形状,其中所述多个第一凹槽的每一个的所述形状为矩形,所述多个第二凹槽的每一个的所述形状为圆形;
用黏着层填充所述多个第一凹槽中的至少一个;
在所述黏着层上设置III族氮基晶粒;
配置接合线以将所述III族氮基晶粒电连接到引线;以及
封装所述管芯座、所述引线和所述III族氮基晶粒,以将封装材料填充至所述多个第一凹槽中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,其中所述第一凹槽和所述第二凹槽通过单一冲压工艺形成的。
18.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,还包括形成第三凹槽,以连接一部分的所述第一凹槽和所述第二凹槽。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,其中形成所述封装材料包括:驱使所述封装材料化合物,以使其从所述第一凹槽经由所述第三凹槽流向所述第二凹槽,反之亦然;以及固化所述封装材料化合物。
20.一种III族氮基半导体封装结构,其特征在于,包括:
引线架,包括至少一管芯座和至少一引线,其中所述管芯座具有多个凹槽,所述多个凹槽设置在管芯座的顶面中;
III族氮基晶粒,设置在所述管芯座上方;
黏着层,设置在所述管芯座和所述III族氮基晶粒之间,并且具有多个第一向下延伸部分,所述多个第一向下延伸部分在所述多个凹槽的第一组内和所述III族氮基晶粒周围;
封装材料,封装所述引线架和所述III族氮基晶粒,并且具有多个第二向下延伸部分,所述多个第二向下延伸部分在所述多个凹槽的第二组内和所述III族氮基晶粒周围,其中所述黏着层的每个所述第一向下延伸部分的端部轮廓不同于所述封装材料的每个所述第二向下延伸部分的端部轮廓,所述黏着层的每个所述第一向下延伸部分的端部轮廓为矩形,所述封装材料的每个所述第二向下延伸部分的端部轮廓为圆形;以及至少一接合线,被所述封装材料封装,并将所述III族氮基晶粒电连接至所述引线。
21.根据权利要求20所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述多个凹槽的所述第一组设置在所述管芯座的顶面的相对中央区域内,所述多个凹槽的所述第二组设置在所述管芯座的所述顶面的相对周围区域内。
22.根据权利要求20所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述第一向下延伸部分的延伸高度不同于所述第二向下延伸部分的延伸高度。
23.根据权利要求20所述的III族氮基半导体封装结构,其特征在于,其中所述III族氮基晶粒包括位于其中的至少一个III族氮基晶体管。
说明书 :
III族氮基半导体封装结构及其制造方法
技术领域
背景技术
纳二维电子气(2DEG)区域,满足高功率/频率器件的要求。除了HEMT之外,具有异质结构的器件的示例还包括异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistors,HBT)、异质
结场效应晶体管(heterojunction field effect transistor,HFET)和调制掺杂FETs
(modulation‑doped FETs,MODFET)。目前,需要提高HMET器件的良率,从而使其适合大规模生产。
致分层(delamination)。因此,III族氮基器件具有独特的封装需求,所述封装需求考虑到增强散热的要求并克服III族氮基器件热输出引起的封装退化的可能性。因此,本领域对于III族氮基器件封装需要改进散热需求。
发明内容
设置在管芯座的顶面上。这些第一凹槽位于顶面的相对中央区域附近。第二凹槽位于顶面
的相对周围区域附近,并且从俯视观之,第一凹槽的形状不同于第二凹槽的形状。黏着层设置在管芯座上,以填充这些第一凹槽的至少一个。III族氮基晶粒设置在黏着层上。封装材料封装引线架和III族氮基晶粒,其中,第二凹槽中的至少一个被封装材料填充。接合线被封装材料封装,并将III族氮基晶粒电连接到引线上。
芯座的相对周围区域。从俯视观之,第一凹槽的形状不同于第二凹槽的形状。第一凹槽中的至少一个填充有黏着层。在黏着层上设置一种III族氮基晶粒。接合线被设置为将III族氮
基晶粒电连接到引线。管芯座、引线和III族氮基晶粒被封装,以便将封装材料填充第一凹槽中的至少一个。
黏合区域,从而提高固着强度。此外,从俯视观之,第一凹槽和第二凹槽可以有不同的形状,以适应不同的元件/层。
附图说明
具体实施方式
是以任何方向或方式设置在空间中,对此的前提为,本揭露内容的实施方式的优点不因如
此设置而偏离。
和/或替换。特定细节可以省略,目的为避免使本揭露模糊不清;然而,本揭露内容是为了使本领域技术人员能够在不进行过度实验的情况下,实现本揭露内容中的教示。
括引线架110、黏着层130、III族氮基晶粒140、封装材料150和接合线160。如本文所用,术语“III族氮基(III‑nitride‑based)”是指氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)及其各种化合物,例如氮化物中具有不同金属元素比率的氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(InAlGaN)
和氮化铝铟(InAlN)。
114可以由金属制成。管芯座114具有被配置以支撑晶粒(die)或芯片(chip)的顶面ST。管芯座114还可以具有多个凹槽116和118。凹槽116和118可以布置在管芯座114的顶面ST中。形
成凹槽116和118的用意为提高III族氮基半导体封装结构100A在其封装阶段的良率。
R1。相对中央区域R1是矩形区域。相对周围区域R2是环绕或包围矩形区域的环形区域。因
此,凹槽118被布置成环绕或包围凹槽116。也就是说,凹槽118可以设置成比凹槽116更靠近顶面ST的边缘。
元件/层。
过黏着层130附着/固定在管芯座114的顶面ST上。当向下按压III族氮基晶粒140时,黏着层
130可被压缩以填充到第一凹槽116中。因为外力直接施加到黏着层130,故矩形的第一凹槽
116可以被黏着层130轻易地填满。此外,矩形的凹槽116可以具有尽可能大的表面积。因此,黏着层130可以与管芯座114具有大的接触面积,并且因此可以牢固地附接到管芯座114,这降低了从管芯座114剥离的可能性。换言之,黏着层130可在相应凹槽116内形成向下延伸部分132以增强固着强度。黏着层130的向下延伸部分132位于III族氮基晶粒140的下方和周
围,以使III族氮基晶粒140附着在管芯座114上。
表面是电绝缘体。
架110和III族氮基晶粒140。另外,接合线160由封装材料150封装。在一些实施例中,封装材料化合物可包括环氧树脂(epoxy)、填料(fillers)、粒子(particles)及其组合。实务上,可从模塑化合物(molding compound)中选择封装材料150。
座114剥离的可能性。
晶粒140良好地封装在管芯座114上。此外,由于凹槽116和118具有不同的水平横截面积,因此黏着层130和封装材料150的向下延伸部分132和152可以具有不同的端部轮廓。黏着层
130的每个向下延伸部分132的端部轮廓是矩形的。封装材料150的每个向下延伸部分152的
端部轮廓是梯形的。
层的示例性材料可包括但不限于,氮化物或III族氮化物,例如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、InxAlyGa(1–x–y)N(其中x+y≤1)、AlyGa(1–y)N(其中y≤1)。可选择氮基半导体层的示例性材料,以使得上部氮基半导体层的带隙(即,禁带宽度)大于下部氮基半导体层的
带隙,使其间的电子亲和力不同,并在其间形成异质结(heterojunction)。例如,当下部氮基半导体层是未掺杂的氮化鎵(GaN)层(其具有约3.4ev带隙)时,上部氮基半导体层可被选
择为氮化鋁銦(AlGaN)层(其具有约4.0ev带隙)。在通道层和势垒层之间的接合界面处产生
三角形阱势,使得电子在三角形阱势中积聚,从而产生邻近异质结的二维电子气(2DEG)区
域。S/D电极和栅极电极可设置在2DEG上方。因此,III族氮基晶粒140可包括至少一氮化鎵基(GaN‑based)的高电子迁移率晶体管(HEMT)。
件在更高的开关频率和更高的单位面积功率下操作。因此,III‑V族器件可能比现有技术的半导体器件(例如,硅基(silicon‑based)器件或砷化镓基(GaAs‑based)的器件)需要更大的散热需求。因此,图1A和1B的封装是针对III族氮基半导体器件的特殊要求定制的,并且有助于散热,减少封装材料从管芯座的离层。
槽116和118。此外,为了简化冲压过程,凹槽116和118可以形成為具有M行(row)和N列
(column)的阵列,其中M和N是正整数。例如,在图1A的示例性图示中,凹槽116和118可以共同形成12行和12列的阵列。
层130。所有凹槽118都填充有封装材料150。
III族氮基晶粒140的组合变薄。
120连接,如第3到第8行所示。不同行的凹槽116和118没有连接。此外,在管芯座114上的至少一接合线160的垂直投影落在相应的凹槽120内。III族氮基晶粒140可以覆盖一些凹槽
120。此配置是为了减少封装阶段的一些非预期事件。
全填充,液态封装材料化合物170就可以经由凹槽120连续地流入相应的凹槽118,而不是从所述凹槽116溢出,从而减少液态封装材料化合物170的向上冲击。因此,即使液态封装材料化合物170冲击管芯座114或接合线160,也可以降低冲击强度,从而提高封装阶段的良率。
在封装阶段期间,凹槽120可填充有液态封装材料化合物170。在固化(即硬化或加热)液态
封装材料化合物170之后,凹槽120会被封装材料填充。
列,其中M和N是正整数。例如,在图5A的示例性图示中,凹槽116和118可以共同形成具有10行和8列的阵列。凹槽120可以连接设置在不同行和不同列的凹槽116和118。类似地,此配置是为了减少封装阶段中的一些非预期事件。
中央区域R1流向相对周围区域R2。
120从凹槽116流向凹槽118,反之亦然。因此,减少了来自液态封装材料化合物170对管芯座
114或接合线160的冲击,从而提高了封装阶段的良率。在封装阶段期间,凹槽120可填充有液态封装材料化合物170。在固化(即硬化或加热)液态封装材料化合物170之后,凹槽120会被封装材料填充。
预期特定用途的各式修改。
小于或等于±3%、小于或等于±2%、小于或等于±1%、小于或等于±0.5%,小于或等于
±0.1%,或小于或等于±0.05%。对于术语“实质共面”,可指在数微米(μm)内沿同一平面定位的两个表面,例如在40微米(μm)内、在30μm内、在20μm内、在10μm内,或在1μm内沿着同一平面定位。
露内容的真实精神和范围的情况下,可以进行各种修改和替换为等效物。附图并非一定是
按比例绘制而成的。由于制造工艺和公差的因素,本揭露内容中所呈现的工艺与实际装置
之间可能存在区别。本揭露内容的其他实施方式可能没有具体说明。说明书和附图应当视
为是说明性的,而不是限制性的。可作出修改以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程能够适应本揭露内容的目的、精神和范围。所有这些修改都会落在本文所附权利要求的范围
内。虽然本文所揭露的方法是通过参照特定顺序执行特定操作来描述的,但是应当理解,可以进行组合、子划分或重新排序这些操作,以形成等效的方法,并且此并不会脱离本揭露的教示。因此,除非在此有特别指出,否则,此些操作的顺序和分组是不受限制的。