[发明专利]功率覆盖结构及其制作方法

说明书

本发明涉及功率覆盖结构及其制作方法。一种功率覆盖(POL)结构，包括POL子模块。POL子模块包括介电层和具有附接到介电层上的顶表面的半导体装置。半导体装置的顶表面具有形成在其上的至少一个接触垫。POL子模块还包括金属互连结构，其延伸穿过介电层，且电性地联接到半导体装置的至少一个接触垫上。传导垫片联接到半导体装置的底表面上，且热界面的第一侧联接到传导垫片上。散热件联接到电绝缘的热界面的第二侧上。

本申请是申请日为2014年3月14日的发明专利申请“功率覆盖结构及其制作方法”(申请号：201410094386.7，申请人：通用电气公司)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请主张2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列第61/784,834号的优先权，该申请的公开内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及用于封装半导体装置的结构和方法，并且更具体地涉及包括改善的热界面的功率覆盖(power overlay，POL)封装结构。

背景技术

功率半导体装置为用作功率电子电路中的开关或整流器的半导体装置，例如开关式电源。大部分功率半导体装置仅用于通信模式(即，它们或者导通或者截止)，且因此对此进行优化。许多功率半导体装置用于高电压功率应用中且被设计成携带大量电流且支持大电压。在使用中，高电压功率半导体装置经由功率覆盖(POL)封装和互连系统而连接到外部电路上。

图1中示出了现有技术的功率覆盖(POL)结构10的总体结构。用于POL结构10的标准制造过程通常以将一个或多个功率半导体装置12通过粘合剂16置于介电层14上来开始。金属互连件18(例如，铜互连件)然后电镀到介电层14上来形成与功率半导体装置12的直接金属连接。金属互连件18可为低轮廓(例如，小于200微米厚)平坦互连结构的形式，其提供往返于功率半导体装置12的输入/输出(I/O)系统20的形成。为了连接到外部电路上，如，通过产生与印刷电路板的第二级互连，例如，目前的POL封装件使用焊球栅阵列(BGA)或盘栅阵列(LGA)。

散热件22通常也包括在POL结构10中，以提供移除由半导体装置12生成的热并保护装置12免受外部环境的方式。散热件22使用直接覆铜(DBC)基底24来热联接到装置12上。如图所示，DBC基底24定位在半导体装置12的上表面与散热件22的下表面之间。

DBC基底24为预制构件，其包括非有机陶瓷基底26，例如矾土，其中上铜片28和下铜片30通过直接覆铜界面或铜焊层31来结合到其两侧上。DBC基底24的下铜片30图案确定为在DBC基底24附接到半导体装置12上之前形成一定数目的传导接触区域。通常，DBC基底可具有大约1mm的总体厚度。

在POL结构10的制造过程期间，焊料32施加到半导体装置12的表面上。DBC基底24然后落到焊料32上来使下铜片30的图案部分与焊料32对准。在DBC基底24联接到半导体装置12上之后，底部填充技术用于将介电有机材料34施加到粘合层16与DBC基底24之间的空间中来形成POL子模块36。热垫或热脂38然后施加到DBC基底24的上铜层28上。

在POL结构10中使用DBC基底具有许多限制。首先，DBC基底的铜和陶瓷材料的材料性质对DBC基底的设计带来了固有限制。例如，由于陶瓷的固有刚性和DBC基底24的铜和陶瓷材料的热膨胀系数差异，故铜片28,30必须保持相对较薄，以避免由铜材料中的大的温度波动引起过度的应力置于陶瓷上。此外，由于面对半导体装置12的DBC基底24的下铜层的表面是平坦的，故DBC基底24不会促进具有不同高度的半导体装置的POL封装件的制造。