CN116981918A - 隔离式温度传感器器件封装件 - Google Patents

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Abstract

在所描述的示例中，一种装置(401)包括：封装基板(403)，该封装基板具有被配置用于安装半导体管芯的管芯焊盘(409)、连接到管芯焊盘的第一引线(411)和与管芯焊盘间隔开并且电隔离的第二引线(405)；间隔电介质(413)，该间隔电介质安装在管芯焊盘上；半导体管芯(310)，该半导体管芯包括温度传感器，该半导体管芯安装在间隔电介质上；电连接件(417)，该电连接件将半导体管芯耦合到第二引线；以及塑封料(419)，该塑封料覆盖半导体管芯、管芯焊盘、电连接件、以及封装基板的一部分，其中第一引线(411)的部分和第二引线(405)的部分从塑封料暴露以形成封装式温度传感器器件的端子。

Description

隔离式温度传感器器件封装件
本发明整体涉及半导体温度传感器器件的封装，更特别地涉及对包括电隔离的半导体温度传感器的封装。
背景技术
对于半导体温度传感器，半导体器件包括参数随温度变化的部件，这些部件可以用于产生随温度可预测地变化的信号。电路是温度传感器。半导体温度传感器可以使用阻抗、电容、电感或晶体管电压阈值作为温度传感器器件，并且电路可以被实现为输出取决于温度传感器器件并且随温度变化的信号、电流或电压。在一个示例中，使用介电常数随温度变化的电容。在另一示例中，阻抗或阻抗对可以与电流源一起在绝对温度成比例(“PTAT”)电路中使用。可以利用使用双极晶体管进行的Δ-VBE温度感测，这些双极晶体管的基极-发射极电压特性随温度变化。
当感测高电压应用的温度时，半导体温度传感器暴露在高压下。越来越集成的器件用于向负载输送不断增加的电压，例如数百或数千伏。系统中需要温度传感器的区域(例如，总线或大导体)也可能具有高电压。半导体温度传感器可能无法承受与高电压相关联的电场。由于半导体器件的电介质击穿电压，半导体温度传感器可能会发生故障。即使温度传感器热耦合到导体或总线或者其他感兴趣表面，温度传感器器件也需要电隔离。光学传感器有时用于实现电隔离，然而并非所有应用都提供适合于光学感测的信号。需要改进半导体温度传感器。
发明内容
在一个示例中，一种装置包括：封装基板，该封装基板具有被配置用于安装半导体管芯的管芯焊盘、连接到管芯焊盘的第一引线和与管芯焊盘间隔开并且电隔离的第二引线；间隔电介质，该间隔电介质安装在管芯焊盘上；半导体管芯，该半导体管芯包括温度传感器，该半导体管芯安装在所述间隔电介质上；电连接件，该电连接件将半导体管芯耦合到第二引线；以及塑封料，该塑封料覆盖半导体管芯、管芯焊盘、电连接件、以及封装基板的一部分，其中第一引线的部分和第二引线的部分从模化合物塑封料暴露以形成封装式温度传感器器件的端子。
附图说明
图1是小外形集成电路(SOIC)半导体器件封装件的投影视图。
图2是四方扁平无引线(QFN)半导体器件封装件的投影视图。
图3A是包括半导体管芯的半导体晶片的投影视图，图3B是半导体管芯的投影视图。
图4以投影视图图示了温度传感器的布置的半导体器件封装件。
图5A至图5E以剖视图图示了在布置中形成封装式温度传感器的选定步骤。
图6以投影视图图示了耦合到总线的布置的封装式温度传感器。
图7A至图7B是图示示例性布置的电场强度模拟结果的曲线图。
图8以剖视图图示了QFN封装件中的封装式温度传感器的另一布置。
图9以流程图图示了用于形成布置的封装式温度传感器器件的方法。
具体实施方式
不同附图中对应的数字和符号通常指代对应的部分，除非另有指明。附图不一定按比例绘制。
元件在本文中被描述为“耦合的”。如本文所用，术语“耦合”包括直接连接的元件，以及即使有介入元件或线也电连接的元件。
本文使用术语“半导体管芯”。如本文所用，半导体管芯可以是分立半导体器件(诸如双极晶体管)、几个分立器件(诸如在单个半导体管芯上一起制造的一对功率FET开关)，或者半导体管芯可以是具有多个半导体器件(诸如A/D转换器中的多个电容器)的集成电路。半导体管芯可以包括诸如电阻器、电感器、滤波器的无源器件，或者可以包括诸如晶体管的有源器件。半导体管芯可以是具有数百或数千个晶体管的集成电路，这些晶体管被耦合以形成功能电路(例如，微处理器或存储器器件)。半导体管芯可以是无源器件(诸如传感器)，示例性传感器包括光电池、换能器和电荷耦合器件(CCD)。半导体器件可以是微机电系统(MEMS)器件，诸如数字微镜器件(DMD)。用于功率应用的半导体管芯包括分立功率晶体管、用于操作功率晶体管的栅极驱动器、实现电源电路所需的无源器件(诸如电容器、电感器和电阻器)以及智能功率器件，这些智能功率器件包括保护传感器(诸如浪涌电流传感器)，这些保护传感器增加了系统的可靠性和对系统的控制。在一些应用中，这些器件可以由不同的半导体材料制造，并且可以是安装在单个器件封装中的单独半导体管芯。在这些布置中，半导体管芯包括温度传感器。
本文使用术语“封装式电子器件”。封装式电子器件具有电子地耦合到端子的至少一个半导体管芯，并且具有保护并覆盖半导体管芯的封装体。在一些布置中，多个半导体管芯可以封装在一起。例如，功率金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)半导体管芯和第二半导体管芯(诸如栅极驱动器管芯或控制器器件管芯)可以封装在一起以形成单个封装式电子器件。封装式电子器件中可以包括诸如无源设备的附加部件。半导体管芯被安装到提供导电引线的封装基板，导电引线的一部分形成封装式电子器件的端子。半导体管芯可以被安装到封装基板，其中有源器件表面背向封装基板并且背侧表面面向并安装到基板。替代性地，半导体管芯可以倒装芯片安装，其中有源表面面向基板表面，并且半导体管芯通过导电柱或焊球安装到基板的引线。封装式电子器件可以具有封装体，该封装体由热固性环氧树脂在塑封工艺中形成，或者通过使用在室温下为液体并随后固化的环氧树脂、塑料或树脂形成。封装体可以为封装式电子器件提供气密封装。封装体可以使用包封工艺在模具中形成，然而，基板的引线的一部分在包封期间未被覆盖，这些暴露的引线部分为封装式电子器件提供暴露的端子。
本文使用术语“封装基板”。封装基板是被布置成接纳半导体管芯并在完成的半导体封装件中支撑半导体管芯的基板。封装基板包括导电引线框架，这些导电引线框架可以由铜、铝、不锈钢和合金(诸如合金42和铜合金)形成。引线框架可以包括用于安装半导体管芯的管芯焊盘、以及布置在管芯焊盘附近以用于使用线键合件、带状键合件或其他导体耦合到半导体管芯上的键合焊盘的导电引线。引线框架可以以条带或阵列的形式提供。可以将管芯放置在条带或阵列上，将管芯放置在每个封装器件的管芯焊盘上，并且可以使用管芯附接件或管芯粘合剂将管芯安装到引线框架管芯焊盘。线键合件可以将半导体管芯上的键合焊盘耦合到引线框架的引线。在线键合件处于适当位置之后，基板的一部分、管芯和管芯焊盘的至少一部分可以用诸如塑封料的保护材料覆盖。
替代封装基板包括用于接纳半导体管芯的预塑封引线框架(PMLF)和塑封互连基板(MIS)。这些基板可以包括电介质诸如液晶聚合物(LCP)或塑封料，并且可以在电介质中包括一层或多层导电部分。引线框架可以包括电镀引线框架、冲压引线框架和部分蚀刻引线框架，在部分蚀刻引线框架中，可以通过从金属引线框架的一侧蚀刻图案，然后从另一侧蚀刻图案来形成两个金属层级，以形成全厚度部分和部分厚度部分，并且在一些区域中，可以蚀刻所有金属以形成穿过部分蚀刻引线框架的开口。重复电镀和图案化可以形成由电介质间隔开的多个导体层，以及通过电介质连接导体层的导电通孔，电介质可以是塑封料。封装基板还可以是承载导体的带基和膜基基板；陶瓷基板、具有多个导体层和绝缘体层的层压基板；以及陶瓷、玻璃纤维或树脂的印刷电路板基板，或者玻璃增强环氧树脂基板(诸如FR4)。
术语“四方扁平无引线”或“QFN”在本文用于器件封装件。QFN封装件的引线与塑封封装体的侧共同延伸，并且引线位于四个侧上。替代扁平无引线封装件可以在两侧或一侧上具有引线。这些封装件可以被称为“小外形无引线”或“SON”封装件。无引线封装式电子器件可以表面安装到板。带引线封装件可以与其中引线延伸远离封装体并成形为形成用于焊接到板的部分的布置一起使用。双列直插式封装件或“DIP”可以与这些布置一起使用。布置有用于表面安装的引线的薄DIP封装可以被称为小外形集成电路或“SOIC”封装件。
本文使用术语“高电压”。如本文所用，“高电压”是指大于50伏的电压。这些布置可以用于其中向负载输送数百或数千伏电压的系统。在一个示例中，使用了4kVrms信号。此外，即使在其中平均电压小于这些电平的示例中，也必须认为瞬态电压要大得多。在其中信号或总线上预期有300Vrms电平的示例中，必须处理2500Vrms的瞬态电压，因为当信号从关断切换到导通时，或者反之亦然，可能发生该电平的瞬态。隔离元件之间的电压隔离必须能够处理预期的负载电压和可能发生的瞬态两者。
本文使用术语“间隔电介质”。如本文所用，间隔电介质是热导率大于10瓦特每米开尔文(W/mK)的电介质材料。在这些布置中有用的一些间隔电介质是陶瓷、复合材料或玻璃。
在这些布置中，包括温度传感器的半导体管芯热耦合到输入并且被提供在半导体器件封装件中，其中通过使用封装内的导热间隔电介质，将半导体管芯与可能处于高电压的输入电隔离。封装基板的管芯焊盘耦合到可以用于感测信号或表面处的温度的第一输入或输入组。具有足够厚度以提供电隔离的间隔电介质被安装到管芯焊盘。包括温度传感器的半导体管芯被安装到间隔电介质并且热耦合到管芯焊盘。通过将间隔电介质布置成具有足够厚度，温度传感器可以热耦合到信号或表面以用于感测温度，同时半导体管芯与表面或信号电隔离。即使在被感测的表面处于高电压的情况下，半导体管芯也与封装件中的电场隔离，因为高电压而可能会发生这种情况。也与管芯焊盘电隔离的附加输入信号和输出信号可以用于为温度传感器提供控制信号和数据信号。在功率应用中，半导体器件的预期温度可能超过250℃，例如超过300℃。例如，温度传感器通常应用于系统中可能出现这些高温的部分，以在检测到过热情况时能够关闭部件。
图1以投影视图图示了可用于某些布置的DIP封装件。DIP封装件可以是小外形集成电路(SOIC)封装件，其比其他DIP封装件更薄并且在系统板上占用的空间更小。在图1中，器件封装件101具有从通过使用塑封料形成的主体延伸的八个引线。半导体封装中使用的塑封料可以与这些布置一起使用，例如热固性环氧树脂塑封料可以用于覆盖半导体管芯、封装件基板的部分(诸如引线框架)和引线的部分。
图2以另一投影视图图示了可用于这些布置的QFN封装的板侧表面。在图2中，QFN封装件201具有由塑封料形成的主体和具有暴露表面的管芯焊盘，并且具有靠近管芯焊盘的用于耦合到待感测的信号总线、导体、迹线或表面的端子，以及与管芯焊盘电隔离的与管芯焊盘间隔开的端子。QFN封装201可以使用焊料和表面贴装技术(SMT)表面贴装到系统板，QFN封装件的使用越来越多，因为无引线封装体比带引线封装件(诸如图1中的DIP 101)需要更少的板面积。半导体管芯可以封装在DIP器件封装件、SOIC器件封装件、QFN封装件或另一半导体封装件类型中。有引线封装件或无引线封装件可以与这些布置一起使用。DIP、SOIC、QFN封装件、小外形封装件(SOP)、小外形无引线(SON)封装件和四方扁平封装(QFP)封装件以及用于半导体器件的其他封装件可以与这些布置一起使用。
图3A和图3B分别图示了包括多个半导体管芯的半导体晶片和在分割工艺中从半导体晶片移除之后的单个半导体管芯。在图3A中，半导体晶片338被示出为具有多个半导体管芯310，该多个半导体管芯按行和列布置并且由划线342(沿在半导体晶片338在图3A中取向时的竖直方向示出)和340(在图3A中沿水平方向示出)间隔开。在使用半导体制造工艺制造包括温度传感器的半导体管芯之后，通过使用锯或激光切割工具沿着划线340和342将管芯310与晶片338切割开，将晶片分割成单元管芯。图3B图示了诸如可以在这些布置中使用的单个矩形半导体管芯。温度传感器电路可以使用若干类型的传感器电路中的任一种形成在半导体管芯310上，并且包括特性随器件温度可预测地变化的至少一个部件。
图4以投影视图图示了使用SOIC DIP封装件来封装温度传感器的示例性布置401。在图4中，半导体管芯310被示出为安装在封装基板403上。在图4所示的示例中，封装基板是金属引线框架，诸如铜引线框架。可以使用其他导电引线框架材料，诸如不锈钢和合金42。可以使用部分蚀刻引线框架或半蚀刻引线框架。可以使用PMLF基板(包括由诸如塑封料的电介质材料间隔开的导体)、MIS基板和在半导体封装中使用的其他基板。
封装基板403包括管芯焊盘409和耦合到管芯焊盘409的第一引线或引线组411。在布置401的一侧上示出的引线411可以是器件的输入，并且可以附接到待感测温度的表面或导体(诸如系统板上的总线迹线)。封装基板403还包括封装基板403的第二引线组405，该第二引线组在与第一引线组相反的一侧处示出。第二引线组405与管芯焊盘409和第一引线组411电隔离，并且如下所述，一个或多个引线405可以通过例如键合线电连接到半导体管芯310，以用于与外部器件通信。
间隔电介质413被示出为安装在管芯焊盘409上。间隔电介质可以是作为热导体和电隔离体的若干电介质材料中的一种，并且可以是陶瓷材料。在这些布置中有用的示例包括氮化铝(AlN)、氧化铝(Al203)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)、钛酸钡(BTO)、二硫化钼(MoS)、碳化硅(SiC)、玻璃和由多种材料制成的复合材料。间隔电介质413可以具有变化的厚度，其中特定厚度由材料的性质以及特定应用的需要确定。这些布置中的间隔电介质的热导率将大于或等于10W/mK的。这些布置中的间隔电介质是电绝缘体。通过在封装件中使用间隔电介质来将半导体管芯热耦合到焊盘以及引线，并且通过将半导体管芯与管芯焊盘电隔离，保护半导体管芯免受由于管芯焊盘上的高电压引起的电场的影响。在一个示例中，使用厚度为125微米的AlN间隔电介质，并且在另一示例中，使用厚度为250微米的AlN。AlN在25℃下的热导率为160W/mK。如下文进一步详述的，在这两个示例中，模拟显示，在输入引线411处输入4kVrms电压时，半导体管芯中的电场小于10伏/微米。间隔电介质413可以具有平坦表面，或者可以具有用于在表面中接纳半导体管芯310的杯形凹陷部，如下面进一步描述的。管芯附接材料415用于将半导体管芯310附接到间隔电介质413，该管芯附接材料可以是导电管芯附接件、非导电管芯附接件或非导电管芯附接膜。另一管芯附接件也用于将间隔电介质413附接到管芯焊盘409(图4中不可见)，该另一管芯附接件可以是相同的管芯附接材料或另一管芯附接材料。可以使用导电类型和非导电类型的管芯附接环氧树脂或管芯附接膜来形成布置。塑封料417形成封装体并覆盖半导体管芯310、管芯焊盘409以及引线405和411的部分，而引线的其他部分从塑封料延伸以形成布置401的封装式半导体器件的端子。使用具有高热导率和高电隔离的间隔电介质使得半导体器件310中的温度传感器与引线411电隔离，这些引线被配置为安装到待测量温度的高电压区域，同时温度传感器热耦合到引线411。
图5A至图5E以一系列剖视图图示了用于形成布置的方法。在图5A中，封装基板403(其在该示例中为金属引线框架)具有耦合到管芯焊盘409的引线411，该管芯焊盘被配置用于安装器件。尽管图4中示出若干引线411，但在另一示例性布置中，可以使用一个引线或多个引线411。使用与公共信号并联的多个引线可以降低电阻，并可能提高某些应用中的性能。引线405与管芯焊盘409间隔开并且将与管芯焊盘409和引线405电隔离。
图5B以另一剖视图图示了在附加处理之后的图5A的布置。在图5B中，间隔电介质413被示出为安装到管芯焊盘409。管芯附接件412用于安装间隔电介质413。管芯附接材料可以是导电管芯附接件。管芯附接材料可以是非导电管芯附接件，然而，由于在输入(引线411)处存在高电压的情况下，非导电管芯附接件中的任何空隙都可能导致管芯焊盘409和间隔电介质413之间的电场集中，因此非导电管芯附接件应无空隙，以避免在非导电管芯附接件的空隙中可能出现集中电场。非导电管芯附接膜(NCDAF)可以用于形成无空隙非导电管芯附接层。间隔电介质413可以是导热且是良好电绝缘体的若干绝缘体中的一个。氮化铝(AlN)是在这些布置中有用的陶瓷的一个示例。间隔电介质413的厚度可以从约50微米至几百微米变化。在特定示例中，在具有8个端子的SOIC封装中使用AlN陶瓷来评估125微米的厚度并且评估250微米的厚度。对于使用这些厚度的间隔电介质的封装观察到的应力体积特性Sv/t与塑封料类似，因此这些材料适用于封装应用。AlN在宽温度范围内的介电常数变化很小，并且在一定温度范围内(包括大于200℃的温度)具有低电导率。可以使用具有类似特性的其他材料，包括其他陶瓷，诸如氧化铝(Al203)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)和钛酸钡(BTO)、二硫化钼(MoS)、碳化硅(SiC)、玻璃、以及由这些材料的多个层制成的或包含这些材料的复合材料。
图5C以另一剖视图图示了在进一步处理之后的图5B的结构。在图5C中，使用第二管芯附接件415将半导体管芯310安装到间隔电介质413。第二管芯附接件415可以是与管芯附接件412相同的材料或者可以是不同的管芯附接材料。可以使用导电管芯附接件。如上所述，可以使用非导电管芯附接膜。半导体管芯310包括被配置为温度传感器的一个或多个部件。半导体管芯热耦合到管芯焊盘409和引线411，但与管芯焊盘和引线两者电隔离。由于间隔电介质413提供电隔离，因此即使当在示例性布置的封装件的输入处向引线411施加高电压时，半导体管芯310也经历较低的电场。
在图5C中，间隔电介质413被示出为具有平坦的外表面以用于安装到管芯焊盘(间隔电介质413的下表面，如图5C中所取向的)并且用于安装半导体管芯310(间隔电介质413的上表面，如图5C中所取向的)。在替代布置(未示出)中，间隔电介质413可以具有凹陷上表面以形成用于接纳半导体管芯310的杯形状，这可以通过覆盖半导体管芯310的侧部来增加半导体管芯310的附加隔离。
图5D以另一剖视图图示了在附加处理之后的图5C的结构。在图5D中，键合线417用于将半导体管芯耦合到引线405。引线405与管芯焊盘409和引线411电隔离。引线405可以耦合到输入信号和输出信号，以允许半导体管芯310和外部器件之间进行通信。可以在引线405处提供半导体管芯310操作所需的信号，包括功率信号、接地信号和时钟信号。
图5E以另一剖视图图示了在图5D的结构上执行包封塑封工艺之后的封装器件401。可以通过塑封工艺、诸如使用热固性环氧树脂塑封料的传递塑封工艺来施加塑封料419。热固性塑封料可以作为固体块或粉末提供，可以被加热以液化塑封料，并且可以被允许流入模具中以覆盖管芯焊盘、半导体管芯、间隔电介质、键合线、管芯附接件以及封装基板403的引线405和411的部分。塑封料固化以形成固体封装体419。引线405、411的部分从塑封料419暴露以形成用于将器件安装到印刷电路板的引线。可以使用其他材料(诸如树脂、环氧树脂和塑料)来覆盖器件并形成封装体。
图6以示例性应用图示了耦合到总线610以感测总线610的温度的封装式温度传感器器件封装401。引线411将总线610耦合到器件401，其中封装器件内部的管芯焊盘409热耦合并且电耦合到总线610。半导体管芯310热耦合到总线610，但通过间隔电介质413与总线电隔离。
图7A以曲线图图示了在使用250微米厚的AlN间隔物的情况下将4kVrms信号施加到引线411时在封装器件401内的模拟中观察到的电场。如图7A中所见，较暗区域具有较低电场Ev，而较亮区域指示较大电场。在AlN的间隔电介质内观察到的最大电场为22V/um。半导体器件310中的场低得多(如暗阴影所指示)并且小于10V/um。
图7B以另一曲线图图示了在使用125微米厚的AlN间隔物的情况下将4kVrms信号施加到引线411时在封装器件401内观察到的电场。如图7B中所见，较暗区域具有较低电场，而较亮区域指示较大电场。在125微米的AlN间隔电介质中观察到的最大电场为44V/um。在该示例中，半导体器件310中的场也低得多并且同样小于10V/um。
图8图示了QFN封装中的封装器件801的替代布置。塑封料419覆盖包括温度传感器的半导体管芯310，该半导体管芯通过管芯附接层415附接到间隔电介质413。第二管芯附接件412用于将间隔电介质413附接到封装基板803的管芯焊盘809，该封装基板可以是金属引线框架。引线811物理地附接并电耦合到管芯焊盘，并且提供从封装器件801的输入到管芯焊盘的热连接。引线805与管芯焊盘809和引线811电隔离，并且通过键合线连接到半导体管芯310。带状键合件或另一电连接件可以用于将引线805耦合到半导体管芯310。塑封料覆盖封装基板803的部分，但使引线805、管芯焊盘809和引线811的部分暴露，以形成与封装器件801的热连接和电连接。
图8图示了在这些布置中使用的悬伸距离D1。间隔电介质413具有延伸超过半导体管芯310的边缘至少10密耳或0.254mm的距离的悬伸部。该悬伸部确保在管芯焊盘(图8中的809)和管芯310之间保持最小爬电距离，以防止不期望的电耦合，诸如当存在高电压时从管芯焊盘到半导体管芯的电弧。通过使间隔电介质在所有侧上具有比管芯更大的宽度，使得其在所有四个侧上悬于管芯上方，增加了爬电距离，从而防止在管芯焊盘和半导体管芯之间产生电弧。
在替代布置中，间隔电介质可以在示出管芯附接件的平坦表面上具有金属板，并且当金属板存在于间隔电介质上时，焊料可以用于将管芯310附接到间隔电介质413，以及将间隔电介质413附接到金属引线框架的管芯焊盘809。金属板与间隔电介质的边缘间隔开并且具有与管芯310类似的尺寸，使得保持管芯焊盘809或309与管芯310之间的爬电距离。
图9以流程图图示了用于形成布置的方法。在步骤901中，将间隔电介质安装到封装基板的管芯焊盘，并且封装基板具有连接到管芯焊盘的至少一个第一引线(参见图5B，间隔电介质413安装在封装基板403的管芯焊盘409上，其中引线411附接到管芯焊盘409)。在步骤903处，该方法继续将包括温度传感器的半导体管芯安装到间隔电介质(参见图5C，半导体管芯310安装到间隔电介质413)。间隔电介质提供半导体管芯和管芯焊盘之间的热耦合，该管芯焊盘也热耦合到第一引线。半导体管芯通过间隔电介质与管芯焊盘电隔离。在步骤905处，该方法继续将与管芯焊盘电隔离的第二引线组中的引线电连接到半导体管芯，电连接件可通过线键合或带状键合而形成(参见图5D，其中键合线417将第二引线405耦合到半导体管芯310)。第二引线组与管芯焊盘隔离。
在步骤907处，该方法通过用塑封料覆盖半导体管芯、管芯焊盘以及第一引线组和第二引线组的部分以形成封装式温度传感器器件来完成(参见图5E，其中塑封料419覆盖元件)。可以使用热固性树脂环氧塑封料进行包封。
如图6所示，可以通过将一个或多个引线411耦合到测量温度的总线或表面来使用封装式温度传感器器件。替代应用包括安装QFN封装(诸如图8所示的801)，其中管芯焊盘的暴露部分与待感测温度的板、模块或器件上的表面或导体热接触。当待感测表面处存在高电压时，半导体管芯与高电压电隔离，使得温度传感器不会由于存在与高电压相关联的电场时的电介质击穿而损坏。
在权利要求的范围内，在所描述的布置中进行修改是可能的，并且其他替代布置也是可能的。

Claims (22)

1.一种装置，包括：
封装基板，所述封装基板具有被配置用于安装半导体管芯的管芯焊盘、连接到所述管芯焊盘的第一引线和与所述管芯焊盘间隔开并且电隔离的第二引线；
间隔电介质，所述间隔电介质安装在所述管芯焊盘上；
半导体管芯，所述半导体管芯包括温度传感器，所述半导体管芯安装在所述间隔电介质上；
电连接件，所述电连接件将所述半导体管芯耦合到所述第二引线；以及
塑封料，所述塑封料覆盖所述半导体管芯、所述管芯焊盘、所述电连接件、以及所述封装基板的一部分，其中所述第一引线的部分和所述第二引线的部分从所述模化合物塑封料暴露以形成封装式温度传感器器件的端子。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质包括氮化铝。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质是选自以下中的一种：氮化铝(AlN)、氧化铝(Al203)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)和钛酸钡(BTO)、二硫化钼(MoS)、碳化硅(SiC)、这些的复合材料、以及玻璃。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质的热导率大于10W/mK。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质的厚度介于50微米到500微米之间。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质具有选自125微米和250微米的厚度。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述间隔电介质是AlN。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述半导体管芯安装在所述间隔电介质的表面中的凹陷部中。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述电连接件还包括键合线。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述半导体管芯具有第一宽度，并且所述间隔电介质具有大于所述第一宽度的第二宽度，使得所述间隔电介质的边缘在所述半导体管芯的所有四个侧上以至少10密耳的距离悬伸于所述半导体管芯的边缘。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质通过导电管芯附接件安装到所述管芯焊盘。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质通过非导电管芯附接膜安装到所述管芯焊盘。
13.如权利要求1所述的装置，其中，所述半导体管芯通过导电管芯附接件安装到所述间隔电介质。
14.如权利要求1所述的装置，其中，所述半导体管芯通过非导电管芯附接膜安装到所述间隔电介质。
15.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隔电介质在第一表面和第二相反表面上具有金属镀层，并且所述间隔电介质通过所述第一表面和所述管芯焊盘之间的焊料安装到所述管芯焊盘，并且所述半导体管芯通过焊料安装到所述间隔电介质的所述第二表面。
16.如权利要求1所述的装置，其中，所述封装基板是引线框架、部分蚀刻引线框架、预塑封引线框架(PMLF)、塑封互连基板(MIS)和印刷电路板中的一个。
17.一种封装式温度传感器器件，包括：
第一引线，所述第一引线被配置为被耦合以感测导电元件的温度；
金属引线框架的管芯焊盘，所述管芯焊盘连接到所述第一引线；
间隔电介质，所述间隔电介质被安装到所述管芯焊盘；
半导体管芯，所述半导体管芯被安装到所述间隔电介质；
第二引线，所述第二引线与所述管芯焊盘和所述第一引线间隔开并与所述管芯焊盘电隔离；
键合线，所述键合线将所述第二引线连接到所述半导体管芯；以及
塑封料，所述塑封料覆盖所述半导体管芯、所述管芯焊盘、所述间隔电介质以及所述第一引线和所述第二引线的部分，而所述第一引线和所述第二引线的附加部分从所述塑封料暴露，从而形成所述封装式温度传感器器件的端子。
18.如权利要求17所述的封装式温度传感器器件，其中，所述间隔电介质的热导率大于10W/mK。
19.如权利要求17所述的封装式温度传感器器件，其中，所述间隔电介质是选自以下中的一种：氮化铝(AlN)、氧化铝(Al203)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)和钛酸钡(BTO)、二硫化钼(MoS)、碳化硅(SiC)、这些的复合材料、以及玻璃。
20.如权利要求17所述的封装式温度传感器器件，其中，所述间隔电介质的厚度介于50微米到500微米之间。
21.如权利要求17所述的封装式温度传感器器件，其中，所述管芯焊盘、所述第一引线和所述第二引线包括封装基板的部分，所述封装基板是选自引线框架、部分蚀刻引线框架、预塑封引线框架(PMLF)和塑封互连基板(MIS)中的一个。
22.一种方法，包括：
将间隔电介质安装在封装基板的管芯焊盘上，所述封装基板具有连接到所述管芯焊盘并且被配置为耦合到表面以监测所述表面的温度的第一引线；
将半导体管芯安装到所述间隔电介质，所述半导体管芯具有温度传感器，并且所述半导体管芯热耦合到所述管芯焊盘和所述第一引线，并且所述半导体管芯与所述管芯焊盘和所述第一引线电隔离；
将所述半导体管芯电连接到所述封装基板的第二引线，所述第二引线与所述管芯焊盘和所述第一引线间隔开，并且所述第二引线与所述管芯焊盘和所述第一引线电隔离；以及
用塑封料覆盖所述半导体管芯、所述间隔电介质、所述管芯焊盘、以及所述封装基板的包括所述第一引线的部分和所述第二引线的部分在内的一部分，以形成器件封装件，而所述第一引线的附加部分和所述第二引线的附加部分保持从所述塑封料暴露以形成所述器件封装件的端子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137165A (en) * 1999-06-25 2000-10-24 International Rectifier Corp. Hybrid package including a power MOSFET die and a control and protection circuit die with a smaller sense MOSFET
JP4985809B2 (ja) * 2010-03-23 2012-07-25 サンケン電気株式会社 半導体装置
TWI525767B (zh) * 2011-04-04 2016-03-11 Rohm Co Ltd Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US8866274B2 (en) * 2012-03-27 2014-10-21 Infineon Technologies Ag Semiconductor packages and methods of formation thereof
US9754854B2 (en) 2012-10-11 2017-09-05 Infineon Technologies Ag Semiconductor device having sensing functionality
US9431394B2 (en) * 2013-08-29 2016-08-30 Infineon Technologies Ag Power semiconductor package with gate and field electrode leads
US9646906B2 (en) * 2014-09-26 2017-05-09 Texas Instruments Incorporated Semiconductor package with printed sensor
US10581426B1 (en) * 2019-03-11 2020-03-03 Texas Instruments Incorporated Source down power FET with integrated temperature sensor
DE102019108988B3 (de) 2019-04-05 2020-08-13 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul und verfahren zur herstellung desselben
US11658101B2 (en) * 2021-03-31 2023-05-23 Texas Instruments Incorporated Isolated temperature sensor device package

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