JP4535730B2 - 半導体パッケージ - Google Patents

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Description

[関連出願への相互参照]
この出願は、Martin StandingとAndrew N.Sawleにより、2001年12月21日に出願された、”支持ボードから所定間隔をおいて配置されたダイ底部を具備する表面実装パッケージ”と題する米国仮特許出願第60/342,333号と、Martin StandingとHazel Deborah Schofieldにより、2001年3月28日に出願された、”チップスケール表面実装デバイス及び製造方法”と題する米国特許出願第09/819,774号の一部継続出願と、に基づき、かつ優先権を主張する。両出願の主題及び開示内容は本願明細書に参考文献として援用する。
本発明は半導体パッケージに関し、より詳細には、温度サイクルによる破壊(temperature cycling failures)を減じる構造を有する電力半導体を収容するための半導体パッケージに関する。
一般的に、熱サイクルは、層状に積み重ねた構造体では、例えば、疲労によるクラッに通じる、頻繁かつ繰返される応力を引き起こす。したがって、温度サイクルは、層状に積み重ねた構造体に破壊を引き起こす重大な要因である。
半導体デバイスパッケージでは、温度サイクルは、ダイ−アンダーフィル・ボンディング、アンダーフィル−基板・ボンディング、ソルダーバンプ取付及び他の領域中の活性化層に破壊を引き起こす。これは、パッケージの信頼性を減じる。したがって、温度サイクルによって引き起こされた破壊を減じる装置を提供することが望ましい。
ここで図面を参照すると、類似する参照符号は類似する要素を引用する。図1及び図2には、本願の譲渡人に譲渡され、かつ本願明細書に参考文献として援用された、2001年3月28日付出願の米国特許出願第09/819,774号明細書に十分に記載されている半導体パッケージ5が示されている。図1及び図2は、ドレインクリップとして機能するカップ形状容器12内部のMOSFET 10を含む。容器12は、銅合金から作られかつ銀めっきされることが好ましい。容器12は、MOSFET 10の内部寸法より大きな内部寸法を有する。したがって、MOSFET 10は、容器12の内部に容易に受容される。MOSFET 10のドレイン接点は、銀を加えた導電性エポキシ樹脂14の層によって、容器12の底部に接続される。低応力高付着エポキシ樹脂16から成るリングが、MOSFETの端縁の周りに貼付されてパッケージを密封しかつ該パッケージに規格より大きい構造上の強度を加える。自身のドレイン接点とは反対側にある、MOSFET 10の表面に配置されたソース接点18及びゲート接点20は、図1に示すように露出している。容器12は、自身の反対側の2つの端縁に配置された2列の突出部22を含む。これらの突出部は、絶縁金属基板又は通常の回路基盤のような、回路基盤(図示せず)のそれぞれのランドと電気的に接触するように設けられる。図1に示すように、MOSFET 10のソース接点18は容器12の突出部22の接触面と面一である。したがって、MOSFET 10のソース接点18及びゲート接点20は、パッケージ5がその上に取り付けられる時に回路基盤の表面と面一である。
上述したパッケージは、上述したように、温度サイクルにより起こり得る破壊を受ける。したがって、熱サイクルにより引き起こされる基板破壊は減じられるような、上述したものに類似する構造を有するパッケージ構成を作り出すことが望ましい。
例えば、熱サイクルによって引き起こされる、基板の破壊を減じるために、各々がハンダ付可能な平坦な金属電極を具備する第1表面及び第2表面であって、前記第1表面は前記第2表面に実質的に平行である該第1表面及び該第2表面を具備する半導体デバイスを備える半導体デバイスパッケージが開示されている。さらに、第1表面及び第2表面であって、前記第2表面は半導体デバイスダイの第1表面に電気的に接続される該第1表面及び該第2表面を具備する平坦なウェブ部分を備える金属クリップが開示されている。
クリップの平坦なウェブ部分の端縁から、少なくとも1つのハンダ付可能な平坦な金属製後成形電極が半導体デバイスダイの端縁上に、かつ該ダイの端縁から所定間隔をおいて延在する。ダイがクリップの内部で内向きに凹み、かつダイの第2表面が少なくとも1つのハンダ付可能な平坦な金属製後成形電極と面一(すなわち共平面)でないように、ダイはクリップの内部に配置される。ハンダ付可能な平坦な金属製後処理電極の内部は、ダイの第2表面の平面より上の平行な平面に移動する。
少なくとも1つのハンダ付可能な平坦な金属製後成形電極は、回路基盤のような支持面上の金属で被覆したパターンに取付可能である。ダイの第2表面は支持面の金属で被覆したパターンから所定間隔をおいて配置される。
したがって、本発明による半導体パッケージは、熱サイクルによる破壊数を減じ、かくして、パッケージに信頼性を与える。さらにまた、本発明による半導体パッケージは、主要電極及び制御電極が配置される第1主要表面と、別の主要電極が配置される、第1主要表面とは反対側にある別の主要表面と、を具備するMOSFETのような垂直伝導MOSゲートダイを含む。慣用的に、本発明によるパッケージで使用される垂直伝導MOSFETの第1主要電極はソース電極である一方、その第2主要電極はドレイン電極である。垂直伝導MOSFETの制御電極は、慣用的にゲート電極として呼称される。
ダイは電力MOSFETとして本願明細書では説明しているが、このダイは、何れかのMOSゲートデバイス(例えば、IGBTのような)、サイリスター又はダイオード等を含む何れか所望のダイとし得ることは明白である。
ここで、図3参照すれば、本発明による、半導体パッケージ24は、図1及び図2に示すような従来技術パッケージよりも容器12の内部まで深くまでセットバックされるMOSFET 10を含む。したがって、MOSFET10のソース接点18及びゲート接点20(図3には示さず)は、容器12の突出部22とはもはや面一ではない。この装置構成は、破線A、A´間の間隙によって図3に示されている。MOSFET 10が(破線Aで示すように)回路基盤の平面から約0.001〜0.005インチ(すなわち、0.0254〜0.127ミリメートル)だけ偏倚するように容器12内に深く設置される時、ハンダ付で基板上に降りるかエポキシ樹脂によって基板に固定される部分の熱サイクルによる破壊が減じられる。
換言すれば、本発明による半導体パッケージは、その内部空間にMOSFET又は他の類似した半導体タイプデバイスダイを受容する金属製容器を含む。このように受容されたMOSFETは、MOSFETのドレイン電極が容器の底部に面し、かつ導電性エポキシ樹脂の層又はハンダ等によって容器の底部に電気的に接続されるように内向きに凹み、かつ配向される。このように配置されたMOSFETの端縁は、容器の壁から所定間隔をおいて配置される。MOSFETの端縁と容器の壁との間の空間は、絶縁層で充填される。容器は、その反対両端縁に2列の柱状体(posts)を含むことが好ましい。これらの柱状体は回路内のその適切な場所にMOSFETのドレインを接続するために、回路基盤のような基板上の適切な導電パッドに連結可能である。さらにまた、本発明の代替実施形態では、柱状体は、容器のリムの全部又は一部分とすることができる。
この配置構成の結果として、MOSFETのソース及びゲート電極は、容器がその上に取り付けられる時に、基板に面する。MOSFETのソース及びゲート電極が基板の表面とほとんど面一になるように、MOSFETが容器内に位置づけられる場合、熱サイクルによる破壊が改善されることが判明した。したがって、本発明の態様によれば、MOSFETの底面は、0.001−0.005インチ(すなわち、0.0254〜0.127ミリメートル)だけ基板の平面より下にあるがほとんど面一である。ほとんど面一な容積は、ハンダ、エポキシ樹脂等のような導電性取付物質によって充填される。
開示された発明の変形はその範囲及び精神を変更することなく可能である。本発明の好ましい実施形態に関して説明したもの以外の物質を、本発明の意図した有利な結果を達成するために使用し得ることは、当業者には分かるであろう。例えば、MOSFET 10の代わりに、IGBT、サイリスター、ダイオード、あるいは何れか他の適切な半導体デバイスを本発明によるパッケージで使用し得る。更なる例として、容器12を形成するために他の合金を使用し得るものであり及び/又は銀を加えたエポキシ樹脂14以外の他の導電性装置を半導体ダイを容器12に接続するために使用し得る。
かくして、本発明をその特定の実施形態に関して説明してきたが、他の多くの変形及び変更、および他の用途は当業者には明らかである。したがって、本発明は、本願明細書の特定の開示によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが好ましい。
従来技術による半導体パッケージの平面図である。 図1の線1−1の方向に見た該図1の半導体パッケージの横断面図である。 本発明により変更された図1及び図2の半導体パッケージの横断面図である。
符号の説明
10 MOSFET
12 容器
14 銀を加えた導電性エポキシ樹脂
16 低応力高付着性エポキシ樹脂
18 ソース接点
22 ゲート接点
24 半導体パッケージ

Claims (8)

  1. 半導体デバイスパッケージであって、前記半導体デバイスパッケージは、
    第1のハンダ付可能な平坦な金属製電極を備える第1表面、及び、第2の平坦な金属で被覆した電極を備え、前記第1表面と平行な第2表面とを備える半導体デバイスダイと、
    第1表面、及び、前記半導体デバイスダイの前記第1表面と電気的に接続される第2表面を備える平坦なウェブ部分を備える、金属製クリップと、
    平坦な前記ウェブ部分の端縁から延在し、且つ前記半導体デバイスダイの端縁から接触面まで配置される、少なくとも1つのハンダ付可能な平坦な金属製後成形電極と、を有し
    前記半導体デバイスダイの、前記第2の平坦な金属で被覆した電極が前記接触面と面一でないように、前記半導体デバイスダイは前記クリップの内部に内向きに0.0254〜0.127(mm)凹み、前記接触面は、支持面の金属で被覆したパターンに取付けられるように構成される半導体パッケージ。
  2. 半導体デバイスパッケージであって、前記半導体デバイスパッケージは、
    半導体デバイスと、
    前記半導体デバイスを受容し、かつ第1のハンダ付可能な平坦な金属製電極を備える第1表面、及び、第2の平坦な金属で被覆した電極を備え、前記第1表面と平行な第2表面とを備える半導体デバイスダイと、
    第1表面、及び、前記半導体デバイスダイの前記第1表面と電気的に接続される第2表面を備える平坦なウェブ部分を備える、金属製クリップと、
    平坦な前記ウェブ部分の端縁から延在し、且つ前記半導体デバイスダイの端縁から接触面まで配置される、少なくとも1つのハンダ付可能な平坦な金属製後成形電極と、を有し
    前記半導体デバイスダイによって受容された前記半導体デバイスの端縁が該半導体デバイスダイの壁から所定の間隔を置いて配置されており、前記半導体デバイスの前記端縁と前記半導体デバイスダイの前記壁との間の空間が、前記パッケージを密封し且つ該パッケージに規格より大きな構造上の強度を加えるために前記半導体デバイスの周りにリングを構成する、絶縁層である低応力高付着エポキシ樹脂で充填されており、及び
    前記半導体デバイスダイの、前記第2の平坦な金属で被覆した電極が前記接触面と面一でないように、前記半導体デバイスダイは前記クリップの内部に内向きに0.0254〜0.127(mm)凹み、前記接触面は、支持面の金属で被覆したパターンに取付けられるように構成される半導体パッケージ。
  3. 前記クリップはカップ形状構造体であり、かつ少なくとも1つの外周リム部分を具備し、少なくとも1つの前記外周リム部分が前記ダイの外部を包囲しかつ該外部から所定間隔をおいて配置される、請求項1または請求項2に記載の半導体パッケージ。
  4. 前記ダイと前記外周リムの間の前記空間は絶縁ビーズで充填される、請求項3に記載の半導体パッケージ。
  5. 前記半導体デバイスダイはMOSFET、IGBT、電力ダイオード及びサイリスターの1つである、請求項1または請求項2に記載の半導体パッケージ。
  6. 前記クリップは単一であり、かつカップ形状をしている、請求項1または請求項2に記載の半導体パッケージ。
  7. 前記クリップは銅合金から作られ、かつ銀めっきが施される、請求項1または請求項2に記載の半導体パッケージ。
  8. 第1のハンダ付可能な平坦な前記金属製電極は、銀が加えられた導電性エポキシ樹脂によって、平坦な前記ウェブ部分の前記第2表面に電気的に接続される、請求項1または請求項2に記載の半導体パッケージ。
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