CN111201597A - 用于半导体封装件的无铆接引线紧固 - Google Patents

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Abstract

实施例包括半导体装置封装件(100)，该半导体装置封装件(100)包括具有上表面和下表面(104，106)的金属散热板(102)以及第一导电引线和第二导电引线(110，112)。实施例还包括第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)，该第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构分别将第一导电引线和第二导电引线(110，112)附接到金属散热板(102)，使得第一引线和第二引线(110，112)与金属散热板(102)竖直分离并且与金属散热板(102)电绝缘。第一紧固机构和第二紧固机构(128，130)能够直接粘附到金属散热板(102)的外周区域(124)中的金属散热板(102)的上表面(104)上，使得中心管芯附着区域(126)从第一紧固机构和第二紧固机构(128，130)暴露出来，外周区域(124)围绕中心管芯附着区域(126)。其他实施例包括封装半导体装置的方法。

Description

用于半导体封装件的无铆接引线紧固
技术领域
本发明总体上涉及半导体装置封装件，更具体地涉及形成具有导热的散热板的半导体封装件的方法和相应的封装件结构。
背景技术
半导体封装件通常用于容纳和保护集成电路，例如放大器、控制器、ASIC装置、传感器等。在半导体封装件中，集成电路(或多个集成电路)安装到基底。半导体封装件通常包括电绝缘封装材料，例如塑料或陶瓷，该封装材料密封并保护集成电路免受湿气和灰尘颗粒的影响。连接到集成电路的各个端子的导电引线在半导体封装件外部可用。
在一些封装件设计中，封装件包括所谓的“散热板(heat slug)”或“散热器”。封装件级散热板被设计成将热量从集成电路中吸出并传向外部散热器。典型地，散热板由导热材料(例如金属)形成。在一些封装件构造中，散热板还用作电端子，该电端子向安装在其上的管芯提供参考电势(例如接地电势)。
一种半导体封装件设计是所谓的“开放气腔”陶瓷封装件。根据该构造，在金属散热板上放置陶瓷盖。该陶瓷盖使开放气腔密封，该开放气腔包括该一个或多个集成电路以及相关联的电连接。另一种半导体封装件设计是所谓的模制塑料设计。根据该配置，塑料材料直接模制(例如通过注射模制或传递模制)到散热板上以形成直接接触并封装集成电路(或多个集成电路)和相关联的电连接以及散热板的固体结构。
与模制塑料设计相比，上述开放气腔陶瓷封装件设置了几个显著的性能优点。一个优点源于以下事实：开放气腔设计中环境空气的介电常数低于模制塑料设计中模制塑料材料的介电常数。较低的空气的介电常数降低了电容效应，从而与模制塑料设计相比提供了较低的功耗和较高的效率。另一个优点源于以下事实：环境空气的损耗角正切(losstangent)为零，而模制塑料材料的损耗角正切不可忽略。因此，与模制塑料设计相比，开放气腔陶瓷封装件提供了更大的RF隔离。另一优点源于以下事实：形成模制塑料封装件所需的模制工艺需要在散热板的外边缘侧和底侧的一部分周围形成模制材料，使得模制塑料将保持完整。相比而言，在开腔陶瓷设计中，陶瓷盖可以直接放置在散热板的顶部。结果，可以最大化地加宽散热板以与封装件的外边界共同延伸。因此，由于两种设计中的散热板的不同占用面积，与模制塑料设计相比，开放气腔陶瓷封装件设置较低的阻抗和电感。
另一方面，开放气腔陶瓷封装件比模制塑料设计更昂贵。其一个原因是开放气腔陶瓷封装件的引线使用高温钎焊工艺附接到散热板。该工艺非常耗时，因此降低了产量。另一方面，模制塑料设计利用引线框概念，其中包括连接到外框架的封装引线的引线框放置在散热板周围。金属铆钉用于将引线框单元引线框的外框架固定到散热板。在管芯附接到引线并且和引线接合之后，将塑料封装件材料模制在散热板和引线周围，随后，从外部框架修整引线。尽管与“开腔”陶瓷封装件技术相比，这种封装件技术相对便宜，但是在模制塑料设计中使用的铆钉仍然是整体封装件成本的主要贡献者。此外，在模制塑料设计中使用的铆钉在散热板上占据显著的面积量，并且不利地影响设计的空间效率。
发明内容
公开了一种封装件半导体装置的方法。根据该方法的实施例，设置具有上表面和下表面的金属散热板。设置第一导电引线和第二导电引线。设置第一电绝缘紧固机构和第二电绝缘紧固机构。第一紧固机构和第二紧固机构粘附到散热板的外周区域的散热板的上表面，使得第一引线和第二引线与散热板竖直地分离并且电绝缘。在将第一紧固机构和第二紧固机构粘附到散热板的上表面之后，中心管芯附着区域从第一和第二紧固机构暴露。
公开了一种半导体装置封装件。根据半导体装置封装件的实施例，金属散热板具有上表面和下表面、第一导电引线和第二导电引线、以及第一电绝缘紧固机构和第二电绝缘紧固机构。第一电绝缘紧固机构和第二电绝缘紧固机构分别将第一导电引线和第二导电引线附接到散热板，使得第一引线和第二引线与散热板竖直分离并与散热板电绝缘。第一电绝缘紧固机构和第二电绝缘紧固机构粘附到散热板的外周区域的散热板的上表面，外周区域围绕中心管芯附着区域。该中心管芯附着区域未被第一紧固机构和第二紧固机构覆盖。
附图说明
附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示相应的类似部件。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们相互排斥。在附图中描绘了实施例并且在下面的描述中对实施例进行了详细描述。
图1，包括图1A和图1B，示出了根据实施例的具有非金属引线紧固机构的半导体装置封装件。图1A示出了封装件的截面图，图1B示出了散热板的平面图。
图2，包括图2A和图2B，示出了根据另一实施例的具有非金属引线紧固机构的半导体装置封装件。图2A示出了封装件的截面图，图2B示出了散热板的平面图。
图3，包括图3A、图3B和图3C，示出了根据另一实施例的具有非金属引线紧固机构的半导体装置封装件。图3A示出了根据一个实施例的封装件的截面图，图3B示出了根据一个实施例的散热板的平面图，图3C示出了根据另一实施例的散热板的平面图。
图4，包括图4A和图4B，示出了根据另一实施例的具有非金属引线紧固机构的半导体装置封装件。图3A示出了封装件的截面图，图3B示出了散热板的平面图。
图5示出根据实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第一方法步骤。
图6示出根据实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第二方法步骤。
图7示出根据实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第三方法步骤。
图8示出根据实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第四方法步骤。
图9示出根据实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第五方法步骤。
图10，包括图10A和图10B，示出了根据另一实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第一方法步骤。图10A示出了设置在金属载体中的散热板，图10B示出了放置在金属载体的外壁上的示例性引线框架。
图11示出根据另一实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第二方法步骤。
图12示出根据另一实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第三方法步骤。
图13示出根据另一实施例的用于形成参考图1描述的半导体封装件的第四方法步骤。
图14示出根据实施例的用于形成参考图2描述的半导体封装件的第五方法步骤。
图15示出根据实施例的用于形成参考图2描述的半导体封装件的第一方法步骤。
图16示出根据实施例的用于形成参考图2描述的半导体封装件的第二方法步骤。
图17示出根据实施例的用于形成参考图3描述的半导体封装件的第三方法步骤。
图18示出根据实施例的用于形成参考图3描述的半导体封装件的第四方法步骤。
图19示出根据实施例的用于形成参考图4描述的半导体封装件的第一方法步骤。
图20示出根据实施例的用于形成参考图4描述的半导体封装件的第二方法步骤。
图21示出根据实施例的用于形成参考图4描述的半导体封装件的第三方法步骤。
具体实施方式
本文将描述的实施例描述了一种半导体装置封装件和相应的半导体封装技术，该技术在封装件装配工艺期间利用非金属紧固机构将引线牢固地附接(affix)到散热板。在一些实施例中，非金属紧固机构由粘附(adhere)到散热板的上表面的模制塑料结构设置。这些模制塑料结构包围引线并物理地支撑引线。在其他实施例中，非金属紧固机构由设置在引线下方的粘性聚合物设置。在任一情况下，在使用非金属紧固机构将引线固定到散热板之后，可在非金属紧固机构物理地支撑引线的情况下，执行半导体管芯与封装件引线之间的线接合。随后，可以形成或完成保护结构，以便封闭半导体管芯和电连接。
通过使用根据本文描述的技术的非金属紧固机构，实现了许多优点。例如，因为这些技术不需要金属铆钉将引线牢固地固定到散热板，所以从封装件设计中消除了相当大的成本动因。此外，非金属紧固机构通过现有技术中不可行的结构特征来实现被封装的半导体装置的有利电气性能。例如，在一些实施例中，非金属紧固机构是设置开放气腔封装件构造的塑料模制结构的一部分。因此，实现了开腔陶瓷封装件设计的上述益处，包括利用环境空气的介电常数产生提升的功率效率和降低的损耗角正切，以及利用将散热板到封装件边缘的延伸产生改进的较低阻抗和电感。同时，通过使用非金属紧固机构消除了包括昂贵的高温钎焊工艺的开腔陶瓷设计的有害方面。
参考图1，描绘根据实施例的半导体装置封装件100。半导体装置封装件100包括金属的散热板102。金属的散热板102具有上表面104、与上表面104相对的下表面106、以及在上表面104和下表面106之间延伸的外边缘侧108。上表面104和下表面106中的每一个可以是、但不限于大致平坦的。散热板102的材料可包括多种导热和导电的材料，例如铜、铝及其合金。
半导体装置封装件100另外包括多条(即2条或2条以上)导电引线。在描绘的实施例中，半导体装置封装件100包括远离封装件的一侧延伸的第一引线110和在与第一引线110相反的方向上远离封装件的第二侧延伸的第二引线112。一般而言，引线的数量、尺寸和几何形状可以改变。此外，可根据多种引线设计中的任一种(例如弯曲引线、扁平封装件等)来配置半导体装置封装件100。引线可以包括多种的任何种类的导电材料，例如铜、铝及其合金。
半导体装置封装件100另外包括安装在散热板102的上表面104上的至少一个半导体管芯。在所示实施例中，半导体装置包括2个半导体管芯114。更一般地，半导体装置封装件100可以包括任何数量的半导体管芯114。半导体管芯114可以被配置为晶体管管芯，例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)装置或HEMT(高电子迁移率晶体管)装置等。这些晶体管管芯可被配置为竖直装置，具有直接面对散热板102并与散热板102直接电接触的基准端子(例如源极端子)。可替换地，这些晶体管管芯可以被配置为横向装置，该横向装置被配置为以与散热板102的上表面104平行的横向方向导电。此外，半导体管芯114可以被配置为无源装置，例如芯片电容器。
导电的电连接116将半导体管芯114的端子电连接到第一引线110和第二引线112。在所描述的实施例中，这些电连接116由导电的接合线设置。接合线的数量和构造可以改变。更一般地，多种公知的电连接技术中的任何一种，例如带状或导电金属化物，也可用于完成电连接116。
半导体装置封装件100另外包括保护结构(protective structure)118，包围半导体管芯114和电连接116。在所描述的实施例中，保护结构118包括外壁120和在外壁120之间延伸的顶部122。外壁120与顶部(roof section)122形成有角度的相交处。该有角度的相交处可以是大致竖直的(例如如图所示)或更一般地任何钝角。因此，外壁120和顶部122包围三维体积。保护结构118布置在散热板102上，使得保护结构118的外壁120布置在散热板102的外周区域124上。在图1B中标识了散热板102的外周区域124。外周区域124指的是散热板102的围绕散热板102的周边延伸的区域。外周区域124围绕并包围散热板102的中心管芯附着区域126。保护结构118的外壁120布置在外周区域124上，留出用于布置半导体管芯114和相关联的电连接的中心管芯附着区域126。
由于保护结构118的配置，实现了开放气腔(open air-cavity)封装件配置。即，半导体管芯114和电连接116设置在保护结构118和散热板102之间的密封气腔内。
一般而言，保护结构118可以包括多种电绝缘材料中的任何一种。根据实施例，保护结构118由塑料形成。用于保护结构118的示例性塑料材料包括适合于模制工艺的任何塑料，例如环氧树脂聚合物模制化合物。
在图1的实施例中，保护结构118的外壁120形成将第一引线110和第二引线112固定到散热板102的紧固机构。更具体地，保护结构118的第一外壁设置第一紧固机构128，第一紧固机构128粘附到散热板102的上表面104并因此将第一引线110固定到散热板102。同样地，保护结构118的与第一壁相对的第二外壁设置第二紧固机构130，第二紧固机构130粘附到散热板102的上表面104并因此将第二引线112固定到散热板102。在每种情况下，这些紧固机构128、130物理地支撑第一引线110和第二引线112，使得第一引线110和第二引线112都与散热板102竖直分离并与散热板电绝缘。
与模制塑料设计相比，半导体装置封装件100的一个优点是改善的电性能。而传统的塑料模制材料(例如G700环氧化合物)的介电常数大约为4.0，图1的装置封装件中的半导体管芯114和电连接116周围的环境空气具有1.0的介电常数。结果，改善了效率和功耗。
参考图2，描绘根据另一实施例的半导体装置封装件100。除了保护结构118以及第一紧固机构128和第二紧固机构130的构造之外，图2的半导体装置封装件100与图1的半导体装置封装件100相同。在图2的实施例中，第一紧固机构128和第二紧固机构130由形成在散热板102的上表面104上的粘性聚合物设置。一般而言，这些粘性聚合物可包括可在散热板102和引线之间形成粘性结合的任何材料。这些材料的实例包括基于有机硅的聚合物，例如，瓦克尔半硅988胶(Wacker Semicosil 988glue)(Siglue)。根据实施例，粘性聚合物完全设置在引线110、112下方。具体地，形成第一紧固机构128的第一粘性聚合物完全设置在第一引线110下方，并且形成第二紧固机构130的第二粘性聚合物完全设置在第二引线112下方。保护结构118用于包围半导体管芯114和电连接116。除了没有在保护覆盖的外壁120中形成引线之外，保护结构118可以基本上类似于参考图1描述的保护结构118。相反，保护结构118的外壁120固定到第一引线110和第二引线112的上侧。
参考图3，描绘根据另一实施例的半导体装置封装件100。除了散热板102的构造和保护结构118在散热板102上的布置之外，图3的半导体装置封装件100与图1的半导体装置封装件100相同。然而图1的半导体装置封装件100中的散热板102具有完全线性的外边缘侧108，而图3的实施例中的散热板102包括远离散热板102的外边缘侧108延伸的突出部132、134。
参照图3A，示出了具有设置在突出部132、134上的保护结构118的半导体装置封装件100的截面图。根据一个实施例，保护结构118的外壁120和突出部132、134的外端彼此共同延伸。因此，半导体装置封装件100的平坦外边界由突出部132、134和保护结构118的外壁120设置。这样，沿着半导体装置封装件100的侧边与散热板102的电接触是可行的。
参考图3B，描绘散热板102的一个实施例。散热板102包括彼此相对的第一和第二外边缘侧108、远离第一外边缘侧108延伸的第一突出部132、以及远离第二外边缘侧108延伸的第二突出部134。在图中标识了用于放置保护结构118的可行的外周区域124。可以看出，第一突出部132和第二突出部134为保护结构118的放置提供了散热板102的横向延伸。这样，使上表面104上用于附接半导体管芯114等的可用面积最大化。
参考图3C，描绘根据另一实施例的散热板102。除了第一突出部132和第二突出部134的宽度与引线的宽度匹配之外，图3C的散热板102与图3B的散热板102基本相同。封装件引线的示例性占用面积(footprint)叠加在图上。一般而言，突出部132、134的尺寸、数量和形状可调整以匹配引线的尺寸、数量和形状。
图3的实施例中的散热板102构造的一个优点是改善了电性能。特别是在图3B的实施例中，与不包括第一突出部132和第二突出部134的设计相比，第一引线110和第二引线112与散热板102之间的重叠面积显著增加。这增加了引线和散热板102之间的电容，这可用于通过抵消由封装件呈现的电抗的电感分量来减小由封装件呈现的总阻抗。
参考图4，描绘根据另一实施例的半导体装置封装件100。除了保护结构118和紧固机构的构造之外，图4的半导体装置封装件100与图1的半导体装置封装件100相同。图4的保护结构118是直接接触并封装半导体管芯114和电连接116的固体结构。因此，与图1的实施例相比，图4的实施例不具有开放气腔设计。保护结构118可以包括多种绝缘材料中的任何一种，包括适合于模制工艺的那些材料，例如热固性塑料。根据一个实施例，保护结构118包括具有低损耗角正切的低k介电材料(low k dielectric material)。如本文所用，低k介电材料是指介电常数小于约2.5的任何材料。例如，介电材料可以包括包含氮化硼和氧化铝的化合物。与通常用于注射模制工艺(injection molding process)中的常规环氧树脂模制化合物(例如，G700)相比，低k介电材料有利地改进了半导体装置封装件100在阻抗和RF隔离方面的性能。
在所示实施例中，第一紧固机构128和第二紧固机构130结合到保护结构118中，例如参见图1所述。相反，第一紧固机构128和第二紧固机构130仅用于在包括将在下面进一步详细描述的管芯附接和线接合工艺的工艺步骤期间将第一引线110和第二引线112保持就位。因此，第一紧固机构128和第二紧固机构130可形成为仅布置在散热板102的外周的一部分上的分立塑料柱(plastic column)。
在图4的实施例中，第一紧固机构128由包封第一引线110的第一塑料柱设置，并且第二紧固机构130由包封第二引线112的第二塑料柱设置。第一紧固机构128和第二紧固机构130均粘附到散热板102的外周区域124上的不同位置。第一紧固机构128和第二紧固机构130可安装在散热板102的外边缘侧108附近。或者，如图所示，可在第一紧固机构128和第二紧固机构130与散热板102的外边缘之间设置分隔距离。
与常规模制塑料设计相比，图4的实施例中的封装件设计配置的一个优点是降低成本。在这种设计中，非金属紧固机构有利地消除了与传统铆接技术相关联的成本和面积需求。
图5至图10描绘根据实施例的用于形成参考图1描述的半导体装置封装件100的选定步骤。
参考图5，设置了半导体装置封装件100的各个部件。具体地，设置了多个散热板102。此外，设置了多个预模制的塑料结构136。此外，设置了多个预模制的塑料盖138。
每个预模制的塑料结构形成为环形。如本文所用，“环”是指围绕空的内部区域的任何封闭的形状。“环”可以具有曲线，但不必是圆形的。预模制的塑料结构136设置保护结构118的外壁120。根据实施例，预模制的塑料结构136的几何形状对应于散热板102的外周的形状。即，预模制的塑料结构136的尺寸使得当预模制的塑料结构136放置在散热板102的上表面104上时，保护结构118的外壁120与散热板102的边缘侧的外壁120对准(例如，如图1所示)。
预模制的塑料结构136包括一体地形成在预模制的塑料结构136的外壁120中的第一引线110和第二引线112。即，预模制的塑料结构136的塑料直接接触第一引线110和第二引线112，使得这些项彼此物理地耦接。
预模制的塑料盖138的尺寸和构型被确定成放置在预模制的塑料结构136的顶部上以便封闭内部体积。即，预模制的塑料盖138具有与预模制的塑料结构136相同的基本几何形状。可选地，预模制的塑料盖138和/或预模制的塑料结构136可以包括将预模制的塑料盖138保持在预模制的塑料结构136的顶部上的特征。示例性保持特征包括互锁特征、轨道和凹槽系统等。
参考图6，在设置散热板102之后，将一个或多个半导体管芯114附接到散热板102的上表面104。这可以根据多种常规已知技术中的任一种来完成，例如焊接、烧结、胶带、液体粘合剂等。根据一种技术，使用含有AuSn(金/锡)的扩散焊料将半导体管芯114物理耦接和电连接到散热板102。
参考图7，预模制的塑料结构136在外周区域124中粘附到散热板102的上表面104。可使用适于在预模制的塑料结构136的塑料材料与散热板102的金属材料之间形成牢固结合的各种粘合剂材料中的任一种，来将预模制的塑料结构136粘附到散热板102的上表面104。这些粘合剂材料的实例包括粘性聚合物，粘性聚合物包括硅基胶或环氧粘合剂，例如瓦克尔半硅988胶(Wacker semicosil 988glue)(Si Glue)。如前所述的第一紧固机构128和第二紧固机构130由预模制的塑料结构136的外壁120设置。
参考图8，在将预模制的塑料结构136和半导体管芯114附接到散热板102的上表面104之后，在半导体管芯114与第一引线110和第二引线112之间形成电连接116。
参考图9，在半导体管芯114与第一引线110和第二引线112之间形成电连接116之后，将预模制的塑料盖138放置在预模制的塑料结构136的顶部上。预模制的塑料盖138使用多种粘合剂材料中的任一种来牢固地附接到预模制的塑料结构136上，粘合剂材料例如是硅树脂胶或环氧树脂通过的粘合剂，例如瓦克尔半硅988胶(WackerSemicosil 988glue)(SiGlue)。结果，半导体管芯114和电连接116被保护结构118包围。在该设计中，预模制的塑料结构136提供保护结构118的外壁120，并且预模制的塑料盖138设置在保护结构118的外壁120之间延伸的保护结构118的顶部122。此外，半导体管芯114和电连接116设置在保护结构118和散热板102之间的气腔内。
有利地，预模制的塑料结构136提供如前所述的非金属第一紧固机构128和第二紧固机构130，其用于将第一引线110和第二引线112附接到散热板102。通过设置这些第一紧固机构128和第二紧固机构130，第一引线110和第二引线112在封装装配工艺中保持就位。具体地，第一引线110和第二引线112在电连接工艺(例如线接合)期间保持就位。结果，在封装装配工艺中，不需要铆钉物理地支撑第一引线110和第二引线112。
图10至图14描绘根据另一实施例的用于形成参考图1描述的半导体装置封装件100的选定步骤。不同于参考图5至图9描述的第一紧固机构128和第二紧固机构130由预模制的塑料结构136设置的实施例，图10至图14的实施例描述了一种第一紧固机构128和第二紧固机构130通过直接在散热板102上执行原位模制工艺而形成的技术。
参考图10，除了散热板102之外，还设置了金属载体140。在所描述的实施例中，散热板102的下表面106由金属载体140的中心部分支撑，并且金属载体140的外壁142延伸超过散热板102的上表面104。金属载体140的尺寸被设置成提供接收散热板102并将散热板102牢固地保持在适当位置的容器(receptacle)。
在将散热板102放置在金属载体140中之后，将第一引线110和第二引线112放置在金属载体140的外壁142上。因此，金属载体140的外壁142物理地支撑第一引线110和第二引线112并且将第一引线110和第二引线112与散热板102物理地分开。引线可以由引线框结构设置。图10B示出了示例性引线框结构144。可选地，金属载体140可以包括在外壁142上的锁定特征143，以确保第一引线110和第二引线122被牢固地保持在适当位置。可替代地，可以使用外部夹紧机构。或者，可使用粘合剂(例如胶带)来将第一引线110和第二引线112可靠地保持在金属载体140的外壁142上。
另外，半导体管芯114附接到散热板102。例如，这可以根据参考图6描述的技术来完成。这种管芯附接可以在将引线放置在金属载体140上之前或之后发生。
参考图11，在将第一引线110和第二引线112放置在金属载体140的外壁142上之后，执行模制工艺。根据该工艺，围绕第一引线110和第二引线112形成塑料模制材料以包围第一引线110和第二引线112。可以进行模制工艺，使得模制化合物形成为闭合环的形状，例如参见图5所描绘和描述的。即，保护结构118的外壁120可直接模制到散热板上。可替代地，可以执行模制工艺以将第一紧固机构128和第二紧固机构130形成为仅布置在外周区域124的部分上的分立柱。
一般而言，用于形成图11中的塑料结构的模制技术可以是适合于围绕第一引线110和第二引线112模制电绝缘体(例如塑料)的多种模制技术中的任何一种。这些模制技术的实例包括注射模制、传递模制等。
因为塑料直接模制到散热板102上，所以塑料直接粘附到散热板102。可选地，散热板102可以包括模制粘附特征145，其增强保护结构118的模制塑料与散热板102的上表面104之间的粘附。在所描绘的实施例中，模制粘附特征145具有大体上矩形的形状。更一般地，模制粘合特征145可具有多种几何形状中的任一种，包括曲线、倒角、三角形等，该几何形状增强保护结构118的模制塑料与散热板102之间的粘合结合。在一些实施例中，模制粘附特征145完全穿透散热板102，使得保护结构118的模制塑料可以粘附到散热板102的下表面106。
参考图12，在半导体管芯与第一引线110和第二引线112之间形成电连接116。这些电连接116可以根据例如参考图8描述的技术形成。在所示实施例中，在模制第一紧固机构128和第二紧固机构130之后形成这些电连接116，例如参见图11的描述。或者，可在模制第一紧固机构128和第二紧固机构130之前形成这些电连接116。
参考图13，在形成保护结构118的外壁120和形成电连接116之后，将盖146放置在保护结构118的模制的外壁120上。盖146可以是基本上类似于或等同于参照图5和图9描述的盖138的预模制结构。盖146可使用多种粘合剂材料中的任一种，例如有机硅胶或环氧树脂通过的粘合剂，附接到模制的第一紧固机构128和第二紧固机构130。根据另一实施例，执行模制工艺以将盖直接模制到保护结构118的外壁120上。在执行一个或多个模制工艺之后的任何时间点，可以移除金属载体140。
图14至图16描绘根据实施例的用于形成参考图2描述的半导体装置封装件100的选定步骤。
参考图14，根据本文描述的任何实施例而构造的散热板102以与参考图10描述的类似方式设置在金属载体140内。半导体管芯114以与参考图6所描述的类似的方式附接到散热板。在将第一引线110和第二引线112放置在金属载体140上之前，在散热板102上形成第一粘性聚合物支撑结构148和第二粘性聚合物支撑结构150。这些第一粘性聚合物支撑结构148和第二粘性聚合物支撑结构150可形成在散热板102的外周区域124中。
参考图15，第一引线110和第二引线112放置在金属载体140的外壁142上，使得这些第一引线110和第二引线112接触第一粘性聚合物支撑结构148和第二粘性聚合物支撑结构150。结果，第一引线110和第二引线112粘附到第一粘性聚合物支撑结构148和第二粘性聚合物支撑结构150。此外，第一粘性聚合物支撑结构148和第二粘性聚合物支撑结构150在第一引线110和第二引线112下方设置物理支撑。
参考图16，保护结构118放置在第一引线110和第二引线112上。与参考图5至图13描述的实施例不同，在该实施例中，保护结构118的外壁120不包封第一引线110和第二引线112。替代地，保护结构118可以设置为放置在第一引线110和第二引线112的顶部上的不连续结构。保护结构118可以是具有外壁120和顶部122的预模制的塑料结构。保护结构118使用例如基于有机硅的粘合剂粘附到第一引线110和第二引线112的上表面。结果，半导体管芯114和电连接116以与前述类似的方式被包封在开放气腔中。
图17至图18描绘根据实施例的用于形成参考图3描述的半导体装置封装件100的选定步骤。
参考图17，设置了散热板102。散热板102可以基本上类似或相同于先前在图3中描述的散热板102。图17A中描绘的散热板102对应于先前在图3B中描述的散热板102。图17B中描绘的散热板102对应于先前在图3C中描述的散热板102。
参考图18，保护结构118形成和/或设置在散热板102上。这可以使用本文描述的任何技术来完成。例如，可以以参照图5至图9描述的方式，或者以参照图14至图16描述的方式，设置具有一体地形成在保护覆层的外壁120中的第一引线110和第二引线112的预模制的保护结构118。可替代地，保护结构118可以以参照图10至图13描述的方式，使用原位模制工艺直接模制到散热板102上。
图19至图21描绘根据实施例的用于形成参考图4描述的半导体装置封装件100的选定步骤。
参考图19，设置了散热板102。散热板102可以是前述实施例中描述的散热板102中的任一种。在设置散热板102之后，在散热板102的上表面104上形成第一紧固机构128和第二紧固机构130。第一紧固机构128和第二紧固机构130包含第一引线110和第二引线112。这可以根据先前讨论的实施例的任何技术来完成。
参考图20，半导体管芯114附接到散热板102的上表面104。这可以根据例如参考图6描述的技术来完成。随后，在半导体管芯114与第一引线110和第二引线112之间形成电连接116。这可以根据例如参考图8描述的技术来完成。
参考图21，在将第一分立塑料柱和第二分立塑料柱附接在散热板102的上表面104上之后，在散热板102上形成保护结构118。代替如参考图1至图3和图5至图18描述的实施例中所公开的开放气腔设计，图21中的保护结构118形成为完全包封半导体管芯114和电连接116的固体结构。即，半导体管芯114和电连接116被包封，使得保护材料直接接触并封装半导体管芯114和电连接116。在此工艺中，保护结构118围绕第一紧固机构129和第二紧固机构130形成。根据一个实施例，保护结构118包括具有低损耗角正切的低k介电材料。保护结构118可以根据多种已知模制技术中的任一种来形成。这些模制技术的实例包括注射模制、传递模制、层压、压缩模制等。
为了便于描述，使用空间相对的术语，例如“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所描绘的取向不同的取向之外，这些术语旨在涵盖设备的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”等术的语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在为限制性的。在整个说明书中，相同的术语表示相同的元件。
如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是开放式术语，其指示所陈述的元件或特征的存在，但不排除额外的元件或特征。冠词“a”、“an”和“the”旨在包括复数以及单数，除非上下文另外明确指出。
应理解，除非另外特别指出，否则本文描述的各种实施例的特征可彼此组合。
尽管本文已说明和描述了特定实施例，但所属领域的技术人员将了解，在不脱离本发明的范围的情况下，各种替代和/或等效实施方案可替代所展示和描述的特定实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的具体实施例的任何修改或变化。因此，本发明仅由权利要求及其等效物限定。

Claims (21)

1.一种封装半导体装置的方法，所述方法包括：
设置具有上表面和下表面(104，106)的金属散热板(102)；
设置第一导电引线和第二导电引线(110，112)；
设置第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)；并且
将所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)粘附到所述金属散热板(102)的外周区域(124)中的所述金属散热板(102)的上表面(104)，使得第一引线和第二引线(110，112)与所述金属散热板(102)竖直地分离并且与所述金属散热板(102)电绝缘，所述外周区域(124)围绕所述金属散热板(102)的中心管芯附着区域(126)，
其中，在将所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)粘附到所述金属散热板(102)的所述上表面(104)之后，所述中心管芯附着区域(126)从所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)暴露出来。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
提供半导体管芯(114)；
将所述半导体管芯(114)附接到所述中心管芯附着区域(126)；
在所述半导体管芯(114)与第一引线和第二引线(110，112)中的至少一者之间形成电连接(116)；并且
在将所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)粘附到所述金属散热板(102)的所述上表面(104)之后，用电绝缘的保护结构(118)包围所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述保护结构(118)是包括外壁(118，120)和在所述外壁(118，120)之间延伸的顶部(122)的塑料结构；并且
所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)被封闭在所述保护结构(118)和所述金属散热板(102)之间的气腔内。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述第一非金属电绝缘紧固机构和所述第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)由所述保护结构(118)的所述外壁(120)、包封所述第一引线(110)的第一外壁和包封所述第二引线(112)的第二外壁提供；并且
将所述第一引线和第二引线(110，112)附接到散热板(102)包括将所述保护结构(118)的所述外壁(120)粘附到所述外周区域(124)中的所述金属散热板(102)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一引线和所述第二引线(110，112)以及所述第一非金属电绝缘紧固机构和所述第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)通过预模制结构(136)一起提供，所述预模制结构(136)包括一体地形成在所述第一外壁内的所述第一引线(110)和一体地形成在所述第二外壁内的所述第二引线(112)。
6.根据权利要求5的方法，其中，所述预模制结构(136)具有环形形状，所述环形形状具有与所述金属散热板(102)相对应的几何形状。
7.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述金属散热板(102)包括：
彼此相对的第一和第二外边缘侧(108)，
第一突出部(132)，远离所述第一外边缘侧延伸，以及
第二突出部(134)，远离所述第二外边缘侧延伸；以及
包围所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)包括：将保护覆盖件的外壁(118，120)附接到所述第一突出部和所述第二突出部(132，134)。
8.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述第一引线和第二引线(110，112)以及所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)是分开提供的，
所述第一引线和第二引线(110，112)起初位于所述金属散热板(102)的所述上表面(104)上，
在通过将所述保护结构(118)的第一外壁和第二外壁(118，120)直接模制到所述金属散热板(102)上而定位所述第一引线和第二引线(110，112)之后，随后设置所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)，
所述第一外壁(118)围绕所述第一引线(110)模制，并且
所述第二外壁(120)围绕所述第二引线(112)模制。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在模制所述第一外壁和第二外壁(118，120)之后，在所述半导体管芯(114)与所述第一引线和第二引线(110，112)中的至少一者之间形成所述电连接(116)。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：设置金属载体(140)，所述金属载体(140)容纳所述金属散热板(102)，所述金属散热板(102)的所述下表面(106)由所述金属载体的中心部分物理地支撑，并且所述金属载体的外壁(118，120)延伸经过所述金属散热板(102)的所述上表面(104)，其中：
在模制所述外壁(120)之前，所述第一引线和第二引线(110，112)被起初放置在所述金属载体(140)的外壁(120)上，并且
在模制所述外壁(120)之后移除金属载体(140)。
11.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述第一非金属电绝缘紧固机构(128)包括完全形成在所述第一引线(110)下方的第一粘性聚合物支撑结构(148)，
所述第二非金属电绝缘紧固机构(130)包括完全形成在所述第二引线(112)下方的第二粘性聚合物支撑结构(150)，并且
包围所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)包括：将所述保护结构(118)的外壁(120)分别附接到与所述第一粘性聚合物支撑结构和第二粘性聚合物支撑结构(148，150)相对的所述第一引线和第二引线(110，112)的上侧。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述保护结构(118)包括低k介电材料，并且其中所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)被包围为使得所述低k介电材料直接接触并封装所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
使用所述第一非金属电绝缘紧固机构和所述第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)将所述第一引线和第二引线(110，112)附接到所述金属散热板(102)包括：将第一分立塑料柱和第二分立塑料柱附接到所述金属散热板(102)的所述上表面(104)上，所述第一分立塑料柱和所述第二分立塑料柱分别包封所述第一引线和第二引线(110，112)；以及
在将所述第一分立塑料柱和所述第二分立塑料柱附接在散热板(102)的所述上表面(104)上之后，围绕所述第一分立塑料柱和所述第二分立塑料柱形成电绝缘的保护结构(118)。
14.一种半导体装置封装件(100)，包括：
金属散热板(102)，具有上表面和下表面(104，106)；
第一导电引线和第二导电引线(110，112)；
第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)，分别将所述第一导电引线和第二导电引线(110，112)附接到所述金属散热板(102)，使得第一引线和第二引线(110，112)与所述金属散热板(102)竖直分离并且与所述金属散热板(102)电绝缘；
其中，所述第一非金属电绝缘紧固机构和第二非金属电绝缘紧固机构(128，130)直接粘附到所述金属散热板(102)的外周区域(124)中的所述金属散热板(102)的上表面(104)上，所述外周区域(124)围绕所述金属散热板(102)的中心管芯附着区域(126)；以及
其中所述中心管芯附着区域(126)未被第一紧固机构和第二紧固机构(128，130)覆盖。
15.根据权利要求14所述的半导体装置封装件(100)，还包括：
半导体管芯(114)，附接到所述金属散热板(102)的所述中心管芯附着区域(126)；
电连接(116)，位于所述半导体管芯(114)与所述第一引线和第二引线(110，112)中的至少一者之间；以及
电绝缘的保护结构(118)，包围所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)。
16.根据权利要求15所述的半导体装置封装件(100)，其中：
所述保护结构(118)是包括外壁(118，120)和在所述外壁(118，120)之间延伸的顶部(122)的塑料结构；以及
所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)被封闭在所述顶部(122)和所述半导体管芯(114)之间的气腔中。
17.根据权利要求16所述的半导体装置封装件(100)，其中：
所述第一非金属电绝缘紧固机构(128)由包封所述第一引线(110)的所述保护结构(118)的第一外壁提供；以及
所述第二非金属电绝缘紧固机构(130)由包封所述第二引线(112)的所述保护结构(118)的第二外壁提供。
18.根据权利要求16所述的半导体装置封装件(100)，其中：
所述金属散热板(102)包括：
彼此相对的第一外边缘侧和第二外边缘侧(108)，
第一突出部(132)，远离所述第一外边缘侧延伸，以及
第二突出部(134)，远离所述第二外边缘侧延伸；以及
所述第一非金属电绝缘紧固机构(128)布置在所述第一突出部(132)上；
所述第二非金属电绝缘紧固机构(130)布置在所述第二突出部(134)上；以及
所述保护结构(118)的外壁(118，120)与所述第一突出部和所述第二突出部(132，134)的外端彼此同等延伸。
19.根据权利要求16所述的半导体装置封装件(100)，其中：
所述第一非金属电绝缘紧固机构(128)包括完全形成在所述第一引线(110)下方的第一粘性聚合物支撑结构(148)；
所述第二非金属电绝缘紧固机构(130)包括完全形成在所述第二引线(112)下方的第二粘性聚合物支撑结构(150)；以及
所述保护结构(118)的外壁(118，120)分别附接到与所述第一粘性聚合物支撑结构和所述第二粘性聚合物支撑结构(148，150)相对的所述第一引线和第二引线(110，112)的上侧。
20.根据权利要求16所述的半导体装置封装件(100)，其中：
所述保护结构(118)包括低k介电材料，并且
所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)被包围为使得所述低k介电材料直接接触并封装所述半导体管芯(114)和所述电连接(116)。
21.根据权利要求20所述的半导体装置封装件(100)，其中：
所述第一非金属电绝缘紧固机构(128)包括包封所述第一引线(110)的第一塑料柱；
所述第二非金属电绝缘紧固机构(130)包括包封所述第二引线(112)的第二塑料柱；
所述第一塑料柱和第二塑料柱的下侧粘附到所述外周区域(124)的不同位置上；并且
所述低k介电材料包围所述第一塑料柱和第二塑料柱。
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