[发明专利]具有引线接合件的功率覆层结构和制造其的方法

说明书

本发明涉及具有引线接合件的功率覆层结构和制造其的方法。具体而言，功率覆层(POL)结构包括：功率器件，其具有布置在功率器件的上表面上的至少一个上接触焊盘；和POL互连层，其具有联接至功率器件的上表面的电介质层、和金属化层，金属化层具有金属互连件，该金属互连件延伸穿过通孔并且电联接至功率器件的至少一个上接触焊盘，该通孔穿过电介质层而形成。POL结构还包括直接联接至金属化层的至少一个铜引线接合件。

技术领域

本发明的实施例大体涉及用于功率器件的引线接合的结构和方法，且更具体而言，涉及功率覆层(POL)结构，该功率覆层结构与功率器件的接触焊盘的材料类型无关地实现功率器件的铜引线接合。

背景技术

功率半导体器件是在功率电子电路中用作开关或整流器的半导体器件，例如，开关式功率供应。在使用中，功率半导体器件典型地借助于封装结构而安装至外部电路，其中封装结构提供对外部电路的电连接，并且还提供移除由器件生成的热且相对于外部环境保护器件的途经。功率半导体器件设有多个输入/输出(I/O)互连件来将器件电连接至外部电路。这些I/O连接件可以以焊球、电镀突块、或引线接合连接件的形式提供。在引线接合封装的情况下，引线接合件提供为，在可为电路板或引线框的下一个封装水平处将在功率半导体器件上提供的接合焊盘或接触焊盘连接至对应的焊盘或导电元件。大多数现有的功率器件封装结构使用引线接合件和衬底(例如，直接敷铜(DBC)衬底)的组合来提供对相应的半导体器件的两侧的I/O互连。封装结构可为有引线的(引线框等)或设有栓接的端子，以用于提供对封装结构的电连接性。引线接合件形成从封装结构的一个表面至封装引脚的电连接，该电引脚然后与外部电路对接，且DBC衬底将封装结构的其他表面电联接至外部电路。

图1绘出了根据已知的现有技术的引线接合的功率封装结构10，其具有半导体器件12，该半导体器件12具有联接至半导体器件12上表面18的门极接触焊盘14和发射极接触焊盘16。如所显示的，引线接合件20、22、24直接接合至半导体器件12的接触焊盘14、16。为了在引线接合件20、22、24与半导体器件12的上接触焊盘14、16之间形成可靠的连接，引线接合件20、22、24的材料典型地选择为匹配上接触焊盘14、16的金属化。

通常处于镍金金属化物或镍银金属化物的形式的集电极焊盘形成在半导体器件12的下表面28上。焊料30或烧结的银小片附接材料用于将半导体器件12联接至DBC或直接敷铝(DBA)衬底32。

因为功率器件典型地制造为带有铝接触焊盘，所以对应的引线接合件可能由铝或铝合金形成，以便形成对功率器件的可靠电连接。如今，在产业中存在朝向铜引线接合件的趋势，这提供更低的电阻，这导致更低的损耗和更高的效率。然而，铜引线接合件不形成对接触焊盘的铝金属化物的可靠电连接。

虽然铜接触焊盘可在制造时并入功率器件中，但是将铜并入功率器件制作工序中是非平凡的，且增加了显著的开发成本和时间。而且，制造商典型地在他们制造的所有功率器件上提供单个类型的金属化材料。如果功率模块可并入来自多个制造商的功率器件，那么在这些功率器件上形成可靠的引线接合件是困难的，因为在给出的模块内的各种功率器件可包括不相似的金属化材料。

甚至在功率器件设有铜金属化物的情况下，将铜引线接合件联接至铜金属化物也存在困难。例如，与较细尺度或铝引线接合件相比，将铜引线接合件，尤其是能够耐受高电流瞬变过程的粗尺度铜引线接合件附接至金属化物或接触焊盘将更大量的应力施加至功率器件。这是因为铜与铜的引线接合由于其与铝与铝的引线接合相比的材料特性，需要更高的能量以用于接合。由于这些更高的能量，故引线接合工序可损坏功率器件。

铜与铜的引线接合的另一问题为，电流在其从功率器件的接触焊盘向引线接合件流动时的集聚。在功率器件上的接触焊盘的金属化层是薄的(例如，数微米)，且电流必须行进穿过该薄的金属化物，直至其遇到引线接合件并然后流过其。引线接合件由于设备约束而仅可以以一定间隔放置，因而各功率器件将仅具有跨过接触焊盘分布的少量引线接合件。虽然为各接触焊盘提供多个引线接合件有助于分布电流流动，但互连结构中的电阻仍导致固有损耗。