[发明专利]半导体器件以及制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明的多个方面通常涉及一种半导体器件以及制造半导体器件的方法，并且更具体地，涉及一种半导体器件，其中该半导体器件具有散热器，而该散热器形成了该半导体器件外部封装的一部分，以及制造该半导体器件的方法。

背景技术

例如整流器的半导体器件的效率降低的主要原因就是正常操作期间没能充分冷却。图1为由Vishay Intertechnology股份有限公司制造的Semiconductor商标单相直插桥式整流器器件10的透视图，其中该器件10具有四个半导体管芯(semiconductor die)在里面(未示出)。器件10通过引线14可进行通孔安装，并且包括外部环氧外壳12，其中该外部环氧外壳12在器件10工作期间保护该半导体管芯，由该半导体管芯产生的热量通过引线14和外壳12被传输。图1B为器件10的侧视图，说明了其到衬底11(例如电路板)的通孔安装，并且进一步说明了散热器(例如肋片式铝板)如何被用于增加该外壳12的散热性能-由外壳12内的管芯产生的热量通过引线14被传输至衬底11，并且通过外壳12被传输至散热器13和/或周围环境。通过使用例如自然或强迫通风对流的冷却技术来冷却器件10、衬底11、以及散热器13。但是，环氧外壳12的导热性大大低于散热器13，这经常导致器件10具有很差的散热性能。

已经提出了半导体器件的封装设计，其中该设计整合了附加的冷却特征。例如，国际整流器协会已经生成了一种可表面安装的金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)芯片集，被称为DirectFET^TM。某些DirectFET^TM器件具有铜包套结构，其被告知能够进行两侧冷却。美国专利No.6,624,522(该“’522专利”)以及美国专利No.6,784,540(该“’540专利”)描述了例如DirectFET^TM器件的可表面安装的半导体器件的结构和/或制造的某些方面。

该’522专利和’540专利其中还公开了导电管芯夹(其可以包括其他散热结构)，其中该导电管芯夹形成了该铜包套封装。该管芯夹起到了可表面安装管芯的散热器的作用，用于在正常工作期间将热量从电路板散出去。但是，该铜包套不是电绝缘-安装至外部散热器要求使用绝缘元件(例如陶瓷或橡胶绝缘板、或油脂绝缘)，这将增加额外的成本以及结构的复杂性。该铜包套还将增加该器件的重量和费用，除此以外，还将增加例如铝的其他金属的使用。

因此，需要有一种半导体器件(以及制造该器件的方法)，它的封装设计将能够在可安装表面以及可通孔安装应用中使用的电绝缘、重量轻、便宜的散热器组合在一块儿，以从半导体器件中去除掉大量的热量，在一些情况下是通过使热量进入到可以安装半导体器件的衬底中以外的路径。

发明内容

根据本发明的一个方面，可安装至衬底的半导体器件包括：半导体管芯；导电附着区域(诸如铜垫、焊球、引线、引线框、以及引线框端子)，具有第一附着表面和第二附着表面，该第一附着表面被排列为与该半导体管芯进行电通信；界面材料(例如油脂、弹性材料垫、热胶带、流体、凝胶体、或者粘合剂的介电导热材料)，具有第一界面表面和第二界面表面，该第一界面表面与导电附着区域的第二附着表面接触；导热元件(金属板，例如铝板)，与该第二界面表面接触；以及外壳(例如模塑料)，至少部分地包住该半导体管芯并固定至导热元件。该导热元件和外壳被排列(例如通过模制)以形成该半导体器件的外部封装。通过由导电附着区域、界面材料、以及导热元件形成的导热路径可以将热量从半导体管芯去除至该半导体器件的外部封装。

该半导体器件可以为功率半导体器件例如整流器(例如桥式整流器)，或者集成电路(例如芯片级封装，)，并且可以可表面安装或者可通孔安装。该导热元件和界面材料构成了散热器，并且该散热器与导电附着区域电绝缘。导热路径可以将热量从半导体管芯沿着不是朝着衬底的方向去除，其中半导体器件可以安装至该衬底。