TW478021B - Multiple semiconductor chip (multi-chip) module for use in high-power applications - Google Patents

Description

478021 五、發明說明（ 本發明是有齓於半導體裝置的領域，更特別的是有關於 使用万；回功率應用之多重半導體晶片（此後稱作多重晶片） 模組。 夕重印片模組技術最近已經被應用到高功率應用之積體 電路，比如電源功應以及電子穩壓電路。這種多重晶片模 組通常包括至少-功率半導體晶片與一控制半導體晶片， 安置在電氣導電（通常是金屬）散熱座上。在習用技術中， 模组中-個或多個晶片必須是與金屬散熱座成電氣絕緣開 ，一以保持電氣絕緣，因此需要製造成本昂貴的複雜結構。 此外，這種組合在電氣性能上來説並不是理想的，因爲將 一個或多個晶片與金屬散熱座電氣絕緣開，並讓散熱座上 接地私位之另一端爲懸浮不接，會造成電磁干擾。 一般的習用技術裝置組合揭示於日本專利抒6_169〇57八中 。在該參考資料中的基本多重晶片模組内，有一晶片被直 接焊接到散熱座上，而第二晶片是在-電極板上，並安置在 散熱座上的絕緣陶瓷板。 上述結構可以製造出結合不同晶片型式與功能的多重晶 片杈組，但是相當複雜，因此製造上並不經濟，同時該型 組合在某些應用結構上，會產生電磁（EMI)輻射。 因此，需要一種結構簡單且製造上較經濟的高功率應用 之多重晶片模組，其中比如降低EMI的性能參數都會被加 強。 因此本發明的目的在於提供一種結構簡單且製造上較戈 濟的高功率應用之多重晶片模組，能提供更爲加強的性能。 -4 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 頁 訂 線 消 478021 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣 五、發明說明（2 依據本發明，—這些目的是在上述該型多重晶片模組中達 到其中複數個半導底晶片直接安置在電氣導電散熱座上 ’而不需使用獨立的電氣絕緣層。 在本發明的較佳實施例中，多重晶片模組包括至少一具 有絕緣體上碎（S〇I)裝置的功率半導體晶片，以及一具有基 底連接到接地電位的控制半導體晶片，該功率半導體晶片 與控制半導體晶片都是直接安置在電氣導電散熱座上，而 不需使用獨立的電氣絕緣層。 -在本發明進一步較佳實施例中，控制半導體晶片包栝 BIMOS，雙载子或侧8元件，且具㈣接到接地電位的基 底。 依據本發明的多重晶片模組提供大幅的改善，因爲有達 到具改善性能特性之簡單且經濟的組合。 本I明的這些特點以及其它特點，將在參閱以下的實施 例後，變得更爲明顯。 - 本發明可以在參閱以下説明以及結合相關圖式後，更能 讓人芫全了解，其中圖i是依據本發明較佳實施例多重晶 片模組的簡化剖示圖。 要注意的是，單-圖式的大小並沒有按實際的尺寸來表 示。 在單一圖式的簡化剖7F圖中，顯示出高功率電路應用中 的多重半導體晶片（多重晶片）模組10。多重晶片模組10包 括電氣導電散熱座20，通常是銅或鋁的金屬散熱座，在散 n HI 4— m ·1 n i ϋ n n I · i^i ϋ (請先閱讀背面之注意事ml填寫本頁) . 線· 熱座20上直接士置複數個半導體晶片，比如圖式中粗方框 -s

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 478021 A7 _B7_ 五、發明說明（3 ) 内以簡單型式表_示的晶片30與40。要注意的是，晶片30與 40是直接安置在導電散熱座20上，而不需使用到習用技術 中通常會需要要的獨立電氣絕緣層。 在本實例中，半導體晶片30是功率半導體晶片，如具有 半導體基底38，埋植絕緣層39以及SOI層32的絕緣體上矽 (SOI)裝置，該SOI層32具有至少一半導體裝置，如區域34 所代表。電氣連接到半導體裝置34是用單一電極36表示， 雖然很明顯的，在實際裝置中通常會有更多的連接線。將 . 多_重晶片模組的所有高壓與高功率元件，都安置在SOI半 導體晶片30上，而可以直接將半導體晶片安置在導電散熱 座20上，而不需使用到獨立的電氣絕緣層，因爲晶片内的 氧化絕緣層39會將連接到高壓上的晶片部分與基底3 8絕緣 開。功率半導體晶片30可以利用已知的傳統方法而直接安 置在導電散熱座20上，比如用導電膠焊接或黏貼。如果使 用到SOI晶片以外的功率半導體晶片、它們必須要能與直 接連接到導電散熱座上的基底一起操作。 多重晶片模組10也包括控制半導體晶片40，以圖式中的 簡化型式所示，也是直接安置在導電散熱座20上，而不需 使用到獨立的電氣絕緣層。控制半導體晶片40是由基底46 所表示，其中至少形成一半導體裝置42，電氣連接到由單 一電極44所代表的裝置上。 爲了進一步降低多重晶片模组10的製造成本，控制半導

體晶片40可以使用低成本技術，如BIM0S，雙載子或CMOS ，以實現參考數號42所表示的控制電路裝置。要了解的是 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------1 —r I K---------- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) . 丨線. 478021 4 五、發明說明（ ^以使用不同-的技術來製造控制電路，唯一的限制是， 晶片（基底46)的背面必須能直接安置在通常是接地電位的 導電散熱厘20上。具有導電散熱座2〇以及接地電位之控制 半導體晶片40基底的進一步優點是，電磁(emi)輻 低 ，因爲接地散熱座不會當作天線而輻射出干擾信號^同 在功率半導體晶片30中，控制半導體晶片4〇可以利用焊接 或其它傳統電氣導電連接技術而安置在導電散熱座⑼上。 線 要了解的是，圖式中的簡化結構顯示出本發明的較佳實 施-例，而許多元件幾何圖案，組合以及所使用到的晶片數 目都是本發明範圍内所考慮到的。雖然如此，但是要注意 的疋，使用依據較佳實施例的組合會產生許多優點。直接 將所有的半導體晶片都安置在導電散熱座上，而不需使用 獨立的電氣絕緣層，讓製程簡化且更爲經濟，emi降低以 及更能確保有效的熱傳。此外，使用低成本的技術給控制 半導體晶片，如BIMOS，雙載子或CMOS，可以得到經濟上 以及性能上進一步的優點。最後，利用如功率半導體晶片 的SOI裝置，很方便的直接安置該晶片，讓高壓裝置設計 的彈性更大，即使基底一般是接地，因爲該裝置的主動部 分是與基底絕緣開的。 本發明以上述方式，提供一種結構簡單且製造上較經濟 的高功率應用之多重晶片模組。 雖然本發明已經參考許多較佳實施例做了特別的説明， 但是熟知該技術領域的人士所要了解的是，可以在不偏離 本發明精神與範圍下，對型式與細節上做出的不同變化。 本纸張尺i適用中國國家標準（CNS)A4規1 (210 X 297公爱

Claims (1)

1. UV7厶丄

   申睛專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 1. —種高功率應用中之多重半導體晶片（多重晶片）模组 〇〇)，包括至少一功率半導體晶片（3〇)與一控制半導體 晶片（40)，安置在電氣導電散熱座（2〇)上，其中該功率 半導體晶片包括-絕緣體上石夕（s〇I)裝置（34)，而該控制 半導fla日日片包括一半導體裝置（42)，具有連接到接地電 位的基底（46)，而且該功率半導體晶片與控制半導體晶 片都是直接安M在電氣導電散熱座上，而不需使用獨 立的電氣絕緣層。 2, 如申請專利範圍中第！項之多重晶片模組，其中該控制 半導fla日Ef片半導髌裝置包括雙載子金氧半裝置。 3 ·如申請專㈣圍中第！項之多重晶片模組，其中該控制 半導體晶片半導體裝置包括互補式金氧半(cm〇s)裝置。 4·如申請專利範圍中第1項之多重晶片模组，其中該控制 半導體晶片半導體裝置包括雙载子裝置。 5 ·如申請專利範圍中第丨項之多重晶片模組 導電散熱座是連接到接地電位。 6.如申請專利範圍中第〗項之多重晶片模組 導電散熱座包括金屬。 7·如申請專利範圍中第6項之多重晶片模組 包括銅。 8. -種高功率應用中之多重半導體晶片（多重晶片）模組 ，包括複數個功率半導體晶片（3Q)與—控制半導體晶片 (40)，都是安置在電氣導電散熱座㈣上，而不需使用 獨立的電氣絕緣層。 、 其中該電氣 其中該電氣 其中該金屬 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝 . -線· -9-