半導(dǎo)體組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體組件,尤其公開了一種電源模塊半導(dǎo)體組件,其包括柔性電路板以及制造這樣的組件的方法。半導(dǎo)體組件包含柔性電路板,在柔性電路板的上表面的第一部分上的導(dǎo)電薄膜,在柔性電路板的上表面的第二部分上的焊盤,在柔性電路板的底面的一部分上的散熱器、無源元件、分離設(shè)備,或連接到導(dǎo)電薄膜的一部分的IC設(shè)備,和連接到焊盤的引線框架的引線。這些組件可以具有高度設(shè)計(jì)靈活性的組件布置和簡便的布線設(shè)計(jì),減少了設(shè)計(jì)組件的時(shí)間并且降低了組件的成本。也描述了其他的實(shí)施例。
【專利說明】半導(dǎo)體組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)通常涉及半導(dǎo)體組件以及制造這樣的組件的方法。更具體地說,本申請(qǐng)描 述了電源模塊半導(dǎo)體組件,其包括柔性電路板以及制造這樣的組件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體組件是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。通常,這些組件可以包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體設(shè) 備,例如集成電路(1C)芯片,其可以連接到芯片墊,該芯片墊集中地形成在引線框架(lead frame)中。有時(shí),接合線將集成電路芯片電連接到一系列的終端設(shè)備,該終端設(shè)備用作外部 設(shè)備例如印刷電路板('PCB')的電源接頭。封裝材料可用于覆蓋接合線、集成電路芯片、終 端設(shè)備和/或其他的元件以形成半導(dǎo)體組件的外部。終端設(shè)備的一部分和也許芯片墊的一 部分可能從封裝材料外部地暴露。用這樣的方式,芯片可以受保護(hù)而免于環(huán)境危害,例如濕 氣,污染物,腐蝕和機(jī)械沖擊,其電力地或機(jī)械地連接到在半導(dǎo)體組件之外的預(yù)定的設(shè)備。
[0003] 在其已經(jīng)形成之后,半導(dǎo)體組件通常在日益增長的電子應(yīng)用的類型中使用,例如 光盤驅(qū)動(dòng),USB控制器,便攜式計(jì)算機(jī)設(shè)備,便攜式電話等等?;陔娮討?yīng)用,半導(dǎo)體組件可 以高度小型化,并且可能需要盡可能地小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本申請(qǐng)涉及電源模塊半導(dǎo)體組件,其包括柔性電路板以及制造這樣的組件的方 法。半導(dǎo)體組件包含柔性電路板,在柔性電路板的上表面的第一部分上的導(dǎo)電薄膜,在柔性 電路板的上表面的第二部分上的焊盤(land pad),在柔性電路板的底面的一部分上的散熱 器、無源元件、分離設(shè)備,或連接到導(dǎo)電薄膜的一部分的1C設(shè)備,和連接到焊盤的引線框架 的引線。這些組件可以具有高度設(shè)計(jì)靈活性的組件布置和簡便的布線設(shè)計(jì),減少了設(shè)計(jì)組 件的時(shí)間并且降低了組件的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005] 根據(jù)附圖可以更好地理解下面的描述,圖中:
[0006] 圖1顯示了利用模塑的電源模塊半導(dǎo)體組件的一些實(shí)施例;
[0007] 圖2顯示了沒有模塑的電源模塊半導(dǎo)體組件的一些實(shí)施例;
[0008] 圖3顯示了電源模塊半導(dǎo)體組件的一些實(shí)施例的俯視圖;
[0009] 圖4顯示了使用接合線的電源模塊半導(dǎo)體組件的一些實(shí)施例;和 [0010] 圖5描述了可以用于電源模塊半導(dǎo)體組件的柔性電路板的一些實(shí)施例。
[0011] 附圖圖示了電源模塊半導(dǎo)體組件以及制造這樣的組件的方法的具體的方面。與下 面的描述一起,附圖顯示和解釋了方法的原則和通過這些方法生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。在圖中,為了清 楚起見層和區(qū)域的厚度是夸大的。相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中表示相同的元件,這樣 它們的描述不會(huì)重復(fù)。對(duì)于本文中使用的術(shù)語上、連接于、或連接到,一個(gè)物體(例如材料、 層、基底等等)可以在另外的物體上,或連接于或連接到另外的物體,不論一個(gè)物體是否直 接在另一個(gè)物體上,與另一個(gè)物體相連或連接,或者在一個(gè)物體和另一個(gè)物體之間插入有 一個(gè)或多個(gè)其他物體。此外,如果給出了方向(例如之上、之下、頂部、底部、側(cè)部、上、下、在 下、在上、上部、下部、水平的、堅(jiān)直的、' X'、' y'、' Z'等),該方向是相對(duì)的,并且僅僅是作為 舉例來說明的和為了便于示例和評(píng)述,并非是限制性的。另外,其中涉及元件的明細(xì)(例如 元件a, b, c),這樣的參考意味著包括單獨(dú)的列出的元件的任何一個(gè),小于所有列出元件的 任何組合,和/或所有列出元件的組合。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為了提供透徹的理解,下面的描述給出具體的解釋。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解的是,半導(dǎo)體設(shè)備及相關(guān)的使用該設(shè)備的方法可以在不應(yīng)用這些具體的解釋的情況下實(shí) 施和使用。實(shí)際上,設(shè)備及相關(guān)方法可以通過改進(jìn)圖示的設(shè)備和相關(guān)的方法而進(jìn)行實(shí)踐, 并且可以與在工業(yè)上根據(jù)慣例使用的任何其他的設(shè)備和技術(shù)一起使用。例如,當(dāng)下面的描 述集中于在1C工業(yè)中有利于半導(dǎo)體組件的方法時(shí),其可以適用于或者應(yīng)用于其他的電子 設(shè)備例如機(jī)動(dòng)車或白色家電模塊(white good modules)、光電設(shè)備、太陽能電池、存儲(chǔ)器結(jié) 構(gòu)、照明控制、電源供給和放大器等。
[0013] 包含柔性電路板的電源模塊半導(dǎo)體組件和用于制造這樣的組件的方法的一些實(shí) 施例如圖中所示。在如圖1 (以封裝的視圖)、圖2 (沒有封裝的視圖)和圖3 (俯視圖)所示 的實(shí)施例中,半導(dǎo)體組件10包含散熱器20,柔性電路板30,導(dǎo)電薄膜40,無源元件50,驅(qū)動(dòng) 器1C設(shè)備60, 1C設(shè)備70,墊90和引線框架110。
[0014] 組件10可以包含一個(gè)或多個(gè)1C設(shè)備70。有多個(gè)1C設(shè)備,它們可以相同或不同 的,并且可以是現(xiàn)有技術(shù)中任何已知的設(shè)備。這樣的集成電路的一些非限制性的實(shí)施例包 括齊納二極管、肖特基二極管、小信號(hào)二極管、雙極結(jié)晶體管('BJT')、金氧半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管('M0SFET')、絕緣-門-雙極晶體管(' IGBT')、絕緣-門-場效應(yīng)晶體管(' IGFET')、感 應(yīng)器,電容器或其他的無源器件或它們的組合物。組件10還可以包含單個(gè)驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備 60或者多驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備134。現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備可以應(yīng)用于組件100。 分離設(shè)備的實(shí)施例包括M0SFET、IGBT以及它們的組合物。在一些實(shí)施例中,驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備 60包括雙極的或CMOS控制回路,它們可以用于控制分離設(shè)備的啟閉。
[0015] 組件10還可以包含單個(gè)無源元件50或者多個(gè)無源元件50?,F(xiàn)有技術(shù)中已知的任 何無源元件可以用于組件100,包括電容器、感應(yīng)器、電阻器、過濾器、鎮(zhèn)壓器、運(yùn)算放大器、 二極管或者它們的組合。在一些實(shí)施例中,無源元件50包括二極管,其用于控制電流的流 量。
[0016] 半導(dǎo)體組件10還包含在組件的底部的一部分或者全部底部上的散熱器。散熱器 20用于消散在操作過程中在組件10內(nèi)產(chǎn)生的熱量。散熱器可以使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任 何導(dǎo)熱材料,例如銅,陶瓷材料,絕緣金屬基底或者它們的組合。根據(jù)其在半導(dǎo)體組件10的 使用情況,散熱器20可以構(gòu)造為任何形狀和尺寸。散熱器20還可以具有任何厚度,為半導(dǎo) 體組件10提供需求支持和熱量轉(zhuǎn)換。
[0017] 半導(dǎo)體組件10還包含引線框架的引線110。引線框架支撐組件,用作輸入/輸出 (I/O)互連系統(tǒng)的一部分,也為消散在操作過程中產(chǎn)生的一部分熱量而提供導(dǎo)熱通道。引 線框架的材料可以包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何傳導(dǎo)性的金屬或金屬合金,包括銅、鎳-鈀、 鐵、鐵合金、鎳-鈕-金、鎳-鈕-金/銀、或者它們的組合。在一些實(shí)施例中,引線框架包 括鍍有鎳-金或鎳-銀的銅。在一些結(jié)構(gòu)中,如果需要,引線框架可以包括金屬鍍層(未顯 示)。例如,引線框架(或多個(gè)引線框架)10可以電鍍或者相反涂覆有可焊的傳導(dǎo)性的材料 層,例如錫、金、鉛、銀和/或另外可焊的材料。
[0018] 半導(dǎo)體組件10還包含柔性電路板(FCB)30,如圖1和2所示,在一些實(shí)施例中,F(xiàn)CB 包括大體上板形的柔性回路。在一些結(jié)構(gòu)中,柔性回路包含利用選擇性地包含柔性覆蓋層 的柔性基底材料的印刷電路的圖案布置。覆蓋層可以是粘附基柔性薄膜,其設(shè)置有孔以允 許通向互連點(diǎn),并且利用加熱和加壓層狀地形成到柔性回路,以在組裝和使用過程中防止 物理的或電子的事故(例如短路)。
[0019] FCB30在半導(dǎo)體組件10中可以具有任何結(jié)構(gòu),其允許以期望的方式布置電信號(hào)回 路往返于無源元件50,驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備60,1C設(shè)備70和引線框架110。在一些結(jié)構(gòu)中,F(xiàn)CB30 可以具有在圖5中圖示的結(jié)構(gòu)。在圖5中,F(xiàn)CB30包含大體上無傳導(dǎo)性的任何柔性基底材 料(或底基)材料105。在一些實(shí)施例中,基底材料可以包括聚酰亞胺或現(xiàn)有技術(shù)中已知的 適合的材料。
[0020] 如圖5所示,F(xiàn)CB30包含覆蓋層35。覆蓋層35可以由任何粘附基柔性薄膜制造, 例如Dupont公司的ΚΑΡΤ0Ν磁帶或現(xiàn)有技術(shù)中已知的適當(dāng)?shù)牟牧?。覆蓋層35可以利用加 熱和加壓層狀地形成到基底105,并且保護(hù)基底105在組裝過程中避免物理的和電子的事 故。覆蓋層35可以構(gòu)造圖案以包括孔45,從而允許從無源元件50通向互連點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)器1C 設(shè)備60、和1C設(shè)備70,或者形成可以適合于特別應(yīng)用的電絕緣或連接的區(qū)域。
[0021] 在圖5中的FCB30還包括通道80。通道可以用于將熱量從無源元件50、驅(qū)動(dòng)器1C 設(shè)備60和1C設(shè)備70導(dǎo)出。通道80可以包含任何導(dǎo)熱材料,包括銅和銅合金。FCB30還包 含金屬軌道55,其可以用于將無源元件50、驅(qū)動(dòng)器IC60、1C設(shè)備70和引線110相互連接。 金屬軌道由傳導(dǎo)性的材料制造,例如具有任何厚度提供期望的相互連接的銅或銅合金。
[0022] 引線框架的引線110利用墊90連接半導(dǎo)體組件10的FCB30。在一些實(shí)施例中, 墊90可以包括任何在半導(dǎo)體技術(shù)中已知的粘結(jié)墊。例如,墊90可以包括金屬立筋和軟熔 焊料材料或金屬沉積例如金,鎳和銀。為了加強(qiáng)在引線110和FCB30之間的粘接,墊90可 以形成粗糙表面,因此墊的金屬立筋緊固地粘附到引線110和FCB30。墊90構(gòu)造為大體上 與同它們分別連接的元件匹配。因此,墊90可以構(gòu)造為大體上與同它們相連的引線110和 FCB30的一部分匹配。
[0023] 半導(dǎo)體組件10的元件,除了散熱器20的底部和引線110的部分,可以封裝在現(xiàn)有 技術(shù)中已知的任何模制材料130中,如圖1所示。在一些實(shí)施例中,模制材料可以包括環(huán)氧 樹脂模型化合物、熱固性樹脂、熱塑性材料或封裝材料。在其他的實(shí)施例中,模制材料包括 環(huán)氧樹脂模型化合物。在圖2中,沒有顯示模制材料130以更好地圖示半導(dǎo)體組件100的 內(nèi)部元件。
[0024] 在圖4圖示的實(shí)施例中,半導(dǎo)體組件的元件可以這樣布置,因此無源元件50、驅(qū)動(dòng) 器1C設(shè)備60、1C設(shè)備70利用引線接合的方式連接,而不是如圖1所示的倒裝芯片連接方 法。在這些實(shí)施例中,引線接合140用于從無源元件50、驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備60、1C設(shè)備70傳 遞電信號(hào)到引線110。在這些實(shí)施例中,由于引線接合的存在,導(dǎo)電薄膜40是可選的,因此 可以省略??蛇x的導(dǎo)電薄膜40可以用作附加的熱消散材料。另外,F(xiàn)CB30不需要包含金屬 軌道55,覆蓋層35需要包含孔45。
[0025] 半導(dǎo)體組件100可以利用任何已知的工藝制造,其提供如上所述的和/或在圖中 圖示的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中,可以使用本文中描述的方法,不過這些過程不需要以與下面 描述的相同的次序執(zhí)行。
[0026] 該方法通過為FCB基底105設(shè)置材料開始。根據(jù)使用的材料,基底105可以通過 形成聚酰亞胺或其他的適合的以適當(dāng)?shù)男螤钕禂?shù)的材料設(shè)置。由此,通道80和金屬軌道55 可以考慮為以與無源元件50,驅(qū)動(dòng)器IC60和1C設(shè)備70的期望的互連模式形成在基底105 上。接下來,覆蓋層35可以利用任何工藝設(shè)置在基底105的表面上,隨后是在覆蓋層35中 形成孔45。由此,導(dǎo)電薄膜40可以設(shè)置在覆蓋層35的表面上,填入孔中。由此,散熱器20 可以設(shè)置在FCB30的底部的預(yù)定位置上。
[0027] 因此,墊90可以形成在這樣的位置,其中它們?yōu)橐€框架的引線110設(shè)置相互連 接。在一些實(shí)施例中,墊90可以通過沉積材料形成,因此蝕刻材料的不需要的部分,從而使 得墊90形成為期望的形狀。
[0028] 由此可以準(zhǔn)備好無源元件50、驅(qū)動(dòng)器1C設(shè)備60和1C設(shè)備70。在一些實(shí)施例中, 無源元件50、驅(qū)動(dòng)器IC60、IC設(shè)備70可以分別制造。但是在其他的實(shí)施例中,它們可以利 用半導(dǎo)體工藝同時(shí)制造。
[0029] 由此,無源元件50,驅(qū)動(dòng)器IC60和1C設(shè)備70可以放置在導(dǎo)電薄膜40的預(yù)定位置 上。因此,這些元件可以利用采用焊料凸點(diǎn)的倒裝芯片工藝連接到導(dǎo)電薄膜40,這可以包 括利用焊料凸點(diǎn),球,短軸以及它們與焊膏一起的組合,隨后是固化或回流焊(or reflow) 工藝。在其他的實(shí)施例中,連接工藝包括借助于導(dǎo)電粘合劑的倒裝芯片工藝,導(dǎo)電粘合劑可 以例如是傳導(dǎo)性的環(huán)氧,導(dǎo)電薄膜,篩選可印刷的焊膏或焊料材料,例如含鉛焊料或無鉛焊 料。在圖4的實(shí)施例中,該連接可以通過任何引線接合工藝實(shí)施。
[0030] 包含引線100的引線框架可以因此形成并連接到墊90。由此,產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可以利 用模制材料130封裝。模制材料130可以包圍所有這些元件形成,除了引線110的一部分 和散熱器20的底部之外??商鎿Q地,散熱器20可以從組件中省略,模制材料130可以圍繞 元件形成,因此進(jìn)一步從惡劣環(huán)境提供保護(hù)。產(chǎn)生的半導(dǎo)體組件100因此可以選擇性地標(biāo) 識(shí)和單一化(singulated)。
[0031] 這些電源模塊半導(dǎo)體組件包含連接到無源元件50,驅(qū)動(dòng)器IC60和1C設(shè)備70的 FCB。一些傳統(tǒng)的半導(dǎo)體組件替代地包含DBC (直接在陶瓷上粘合銅),MS (絕緣金屬基底), PCB (印刷電路板),或僅僅帶有與非導(dǎo)電膠連接的陶瓷散熱器的引線框架。FCB提供了用于 組件的布置的改進(jìn)程度的設(shè)計(jì)靈活性,并簡化了布線設(shè)計(jì)。這些特征,依次地,減少設(shè)計(jì)組 件的時(shí)間,也降低了組件的成本。
[0032] 在一些實(shí)施例中,電源模塊半導(dǎo)體組件可以這樣形成,通過設(shè)置柔性電路板,在柔 性電路板的上表面的第一部分上設(shè)置導(dǎo)電薄膜,在柔性電路板的上表面的第二部分上設(shè)置 焊盤,將多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備連接到導(dǎo)電薄膜的一部分,和將引線框架的引線連接到焊盤。
[0033] 除了任何前述指明的改進(jìn)之外,本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本說明書的精神和范圍 的情況下可以做出許多其他的變化和替換的布置,附帶的權(quán)利要求是用于覆蓋這些改進(jìn)和 布置的。這樣,上面已經(jīng)連同當(dāng)前視為最實(shí)際和優(yōu)選的方面描述了特征和細(xì)節(jié)的信息,對(duì)于 本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是,在不脫離本文闡述的原則和構(gòu)思的情況下,包括但不限于, 操作和使用的形式、功能和作用可以有許多改進(jìn)。此外,如在本文中使用的,實(shí)施例僅僅是 說明性的,并不應(yīng)當(dāng)考慮為任何形式的限制。
【權(quán)利要求】
1. 半導(dǎo)體組件,所述半導(dǎo)體組件包括: 柔性電路板; 在柔性電路板的上表面的第一部分上的導(dǎo)電薄膜; 在柔性電路板的上表面的第二部分上的焊盤; 連接到導(dǎo)電薄膜的一部分的多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備;和 連接到焊盤的引線框架的引線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件,還包括在柔性電路板的底面的一部分上的散熱器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體組件,其中,柔性電路板包括通道,用于將通過多個(gè)半 導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件,其中,柔性電路板包括導(dǎo)電圖案,用于將電信號(hào) 從多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備傳送到引線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體組件,其中,導(dǎo)電圖案形成在柔性基底材料上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體組件,其中,柔性電路板還包括在基底材料上的柔性 覆蓋層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件,其中,多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備包括MOSFET設(shè)備。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件,其中,多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備包括1C驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件,其中,多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備包括無源元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體組件,還包括模制材料,其留下引線的一部分暴露在 外和散熱器的一部分暴露在外。
11. 半導(dǎo)體組件,所述半導(dǎo)體組件包括: 柔性電路板; 在柔性電路板的上表面的第一部分上的導(dǎo)電薄膜; 在柔性電路板的上表面的第二部分上的焊盤; 連接到導(dǎo)電薄膜的一部分的多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備; 連接到焊盤的引線框架的引線;和 在柔性電路板的底面的一部分上的散熱器; 其中柔性電路板包括通道,用于將通過多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體組件,其中,柔性電路板包括導(dǎo)電圖案,用于將電信 號(hào)從多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備傳送到引線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體組件,其中,導(dǎo)電圖案形成在柔性基底材料上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體組件,其中,柔性電路板還包括在基底材料上的柔 性覆蓋層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體組件,其中,多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備包括MOSFET設(shè)備。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體組件,其中,多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備包括1C驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體組件,其中,多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備包括無源元件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體組件,還包括模制材料,其留下引線的一部分暴露 在外和散熱器的一部分暴露在外。
19. 半導(dǎo)體組件,所述半導(dǎo)體組件包括: 柔性電路板,該柔性電路板包括柔性基底材料和導(dǎo)電圖案,用于傳送形成在基底材料 上形成的電信號(hào); 在柔性電路板的上表面的第一部分上的導(dǎo)電薄膜; 在柔性電路板的上表面的第二部分上的焊盤; 連接到導(dǎo)電薄膜的一部分的多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備; 連接到焊盤的引線框架的引線;和 在柔性電路板的底面的一部分上的散熱器; 其中柔性電路板包括通道,用于將通過多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體組件,其中,柔性電路板包括導(dǎo)電圖案,用于將電信 號(hào)從多個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備傳送到引線。
【文檔編號(hào)】H01L23/498GK104157627SQ201310269385
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】杜安·A·休斯 申請(qǐng)人:飛兆半導(dǎo)體公司