多芯片半導體功率器件的制作方法
【專利摘要】一種多芯片半導體功率器件，該半導體器件包括：第一半導體功率芯片，其被安裝在第一載體上方；以及第二半導體功率芯片，其被安裝在第二載體上方。該半導體器件進一步包括：接觸片，其被安裝在第一半導體功率芯片的上方以及第二半導體功率芯片上。半導體邏輯芯片被安裝在接觸片的上方。
【專利說明】多芯片半導體功率器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種封裝技術(shù)，并且特別是，本發(fā)明涉及針對功率應用以層疊配置封 裝多個半導體芯片的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導體器件制造商一直在努力提高其產(chǎn)品的性能，同時降低其制造成本。在半導 體器件的制造中成本集中區(qū)域就是封裝半導體芯片。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員知道的那樣， 在晶片上制備集成電路，然后將晶片單體化以產(chǎn)生半導體芯片。隨后，可以將半導體芯片安 裝在諸如例如引線框架的導電載體上。想要以低費用提供小的部件大小的封裝方法。
[0003] 因為這些以及其它原因而存在對于本發(fā)明的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)半導體器件的實施例，該半導體器件包括：第一載體，其具有安裝表面；第一 半導體功率芯片，其被安裝在第一載體的安裝表面的上方并且具有背對第一載體的第一表 面；第二載體，其具有安裝表面；以及第二半導體功率芯片，其被安裝在第二載體的安裝表 面的上方并且具有背對第二載體的第一表面。連接元件具有連接到第一半導體功率芯片的 第一表面的第一表面和背對該第一表面的安裝表面。第三半導體芯片被安裝在連接元件的 安裝表面的上方。
[0005] 根據(jù)半導體器件的另一實施例，該半導體器件包括：第一半導體功率芯片，其被安 裝在第一載體上方；第二半導體功率芯片，其被安裝在第二載體上方；接觸片，其被安裝在 第一半導體功率芯片的上方和第二半導體功率芯片的上方；以及半導體邏輯芯片，其被安 裝在接觸片的上方。
[0006] 根據(jù)制造半導體器件的方法的實施例，該方法包括：將第一半導體功率芯片安裝 在第一載體上；將第二半導體功率芯片安裝在第二載體上；將接觸片接合到第一半導體功 率芯片并接合到第二半導體功率芯片；以及將第三半導體芯片安裝在接觸片的上方。
[0007] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀下面的詳細描述并且查看隨附的附圖后將認識到附加 的特征和優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 隨附的附圖被包括以提供實施例的進一步的理解并且被合并在本說明書中并構(gòu) 成本說明書的一部分。附圖圖解實施例并且與描述一起用來解釋實施例的原理。隨著參照 下面的詳細描述而變得更好地理解實施例，將容易領(lǐng)會實施例的許多意圖有的優(yōu)點以及其 它的實施例。附圖的元件不必是相對于彼此成比例的。同樣的參考編號指代相對應的類似 部分。
[0009] 圖1示意性地圖解示例的功率半導體器件的橫截面視圖。
[0010] 圖2示意性地圖解示例的功率半導體器件的橫截面視圖。
[0011] 圖3示意性地圖解示例的功率半導體器件的橫截面視圖。
[0012] 圖4示意性地圖解示例的功率半導體器件的橫截面視圖。
[0013] 圖5圖解半橋功率半導體器件的基本電路圖。
[0014] 圖6示意性地圖解示例的半導體功率器件的透視視圖。
[0015] 圖7示意性地圖解在圖6中示出的功率半導體器件沿著線A-A的橫截面視圖。 [0016] 圖8示意性地圖解在圖6中示出的功率半導體器件沿著線B-B的橫截面視圖。 [0017] 圖9圖解包括邏輯線路和驅(qū)動器線路的半橋功率半導體器件的基本電路圖。
[0018] 圖10A - 101示意性地圖解封裝半導體芯片的方法的示例處理的橫截面視圖。
[0019] 圖11A - 11B示意性地圖解封裝半導體芯片的方法的示例處理的橫截面視圖。

【具體實施方式】
[0020] 在下面的詳細描述中，參考隨附的附圖，附圖構(gòu)成本說明書的一部分，在附圖中以 圖解的方式示出其中可以實施本發(fā)明的具體實施例。在這一點上，參照被描述的（多個）附 圖的定向，使用諸如"頂"、"底"、"前"、"后"、"上"、"下"等的方向性術(shù)語。因為能夠以許多 不同的定向定位實施例的部件，所以為了圖解的目的而使用方向性術(shù)語，并且方向性術(shù)語 絕不是進行限制。應理解可以利用其它實施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下 作出結(jié)構(gòu)或者邏輯的改變。因此，不應以進行限制的意義看待下面的詳細描述，并且本發(fā)明 的范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0021] 應理解，除非另外地具體表明，否則可以將在此描述的各種示例實施例的特征彼 此組合。
[0022] 如在本說明書中運用的那樣，術(shù)語"耦接"和/或"連接"并不意指著通常所意指 的元件必須直接耦接或者連接在一起。可以在"耦接"或"連接"的元件之間提供居中的元 件。然而，盡管不局限于這樣的意義，但是還可以將術(shù)語"耦接"和/或"連接"理解為可選 地公開了如下的方面：元件被直接耦接或者連接在一起而沒有被提供在"耦接"或者"連接" 的元件之間的居中元件。
[0023] 在此描述了包含兩個或者更多個功率半導體芯片的器件。特別是，可以牽涉具有 堅向結(jié)構(gòu)的一個或更多個功率半導體芯片，也就是說，可以以電流能夠在垂直于半導體芯 片的主表面的方向上流動這樣的方式制備出半導體芯片。具有堅向結(jié)構(gòu)的半導體芯片在其 兩個主表面上，也就是說在其頂側(cè)和底側(cè)上具有電極。
[0024] 功率半導體芯片可以由諸如例如Si、SiC、SiGe、GaAs、GaN等的特定半導體材料制 造，并且更進一步地，可以包含不是半導體的無機和/或有機材料。功率半導體芯片可以是 不同類型的，并且可以由不同的技術(shù)制造。
[0025] 更進一步地，在此描述的電子器件可以包括一個或者更多個邏輯集成電路，以控 制功率半導體芯片。邏輯集成電路可以包括一個或者更多個驅(qū)動器電路，以驅(qū)動功率半導 體芯片中的一個或者更多個。邏輯集成電路例如可以是包括例如存儲器電路、電平轉(zhuǎn)換器 等的微控制器。
[0026] 功率半導體芯片可以具有電極(芯片焊盤)，電極允許作出與包括在半導體芯片中 的集成電路的電接觸。電極可以包括施加到半導體芯片的半導體材料的一個或者更多個金 屬層?？梢灾圃炀哂腥我庀胍膸缀涡螤詈腿我庀胍牟牧铣煞值慕饘賹?。例如，金屬層 可以是覆蓋區(qū)域的層或者島的形狀。以舉例子的方式，可以將能夠形成焊料接合或者擴散 焊料接合的任意想要的金屬，例如，Cu、Ni、NiSn、Au、Ag、Pt、Pd、In、Sn和這些金屬中的一 個或者更多個的合金用作為材料。金屬層不必是同質(zhì)的或者不必僅由一種材料制造，也就 是說，在金屬層中可以包含各種成分和濃度的材料。
[0027] 堅向的功率半導體芯片例如可以被配置為功率M0SFET (金屬氧化物半導體場效應 晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、JFET (結(jié)柵極場效應晶體管)、功率雙極晶體管或者功 率二極管。以舉例子的方式，功率M0SFET的源極接觸電極和柵極接觸電極可以被置于一個 主表面上，而功率M0SFET的漏極接觸電極可以被布置在另一個主表面上。
[0028] 兩個或者更多個半導體功率芯片被安裝在載體上方。在一個實施例中，載體的每 一個可以是諸如例如引線框架的管芯焊盤的金屬板或者金屬片。金屬板或者金屬片可以由 任意的金屬或者金屬合金(例如，銅或者銅合金）制成。在其它實施例中，芯片載體可以由 塑料或者陶瓷制成。例如，芯片載體可以包括涂覆有金屬層的塑料層。以舉例子的方式，這 樣的芯片載體可以是單層PCB或者是多層PCB。PCB可以具有至少一個絕緣層和附接至該 絕緣層的被結(jié)構(gòu)化的金屬箔層。絕緣層可以包括環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、芳族聚酸胺纖維或 碳纖維或者基于這些制成，并且可以包括諸如例如玻璃纖維或者碳纖維的纖維氈的增強單 元。在其它實施例中，器件載體可以包括涂覆有金屬層的陶瓷板，例如，金屬接合的陶瓷襯 底。以舉例子的方式，器件載體可以是DCB (直接銅接合）陶瓷襯底。
[0029] 兩個或者更多個半導體功率芯片可以至少部分地被包圍在或者嵌入在至少一個 電絕緣材料中。電絕緣材料形成密封體。密封體可以包括模制材料或者由模制材料制成。 可以運用各種技術(shù)以形成模制材料的密封體，例如，壓縮模制、注入模制、粉末模制或者液 體模制。進一步地，密封體可以具有一塊層，例如，層疊在(多個）功率半導體芯片和（多個） 載體的頂部上的一塊片或者一塊箔的形狀。密封體可以形成封裝的外周的一部分，即，可以 至少部分地限定半導體器件的形狀。
[0030] 電絕緣材料可以包括熱固性材料或者熱塑性材料或者由熱固性材料或者熱塑性 材料制成?？梢岳缁诃h(huán)氧樹脂制來造熱固性材料。熱塑性材料可以例如包括聚醚酰亞 胺（PEI)、聚醚砜（PES)、聚苯硫醚（PPS)或者聚酰胺一酰亞胺（PAI)的組中的一個或者更多 個材料。熱塑性材料在模制或者層疊期間由于壓力和熱的施加而熔化，并且(可逆地）在冷 卻和釋放壓力時硬化。
[0031] 形成密封體的電絕緣材料可以包括聚合物材料或者由聚合物材料制成。電絕緣材 料可以包括如下中的至少一個：填充或者非填充的模制材料、填充或者非填充的熱塑性材 料、填充或者非填充的熱固性材料、填充或者非填充的層疊、纖維增強的層疊、纖維增強的 聚合物層疊、以及具有填料顆粒的纖維增強的聚合物層疊。
[0032] 在一些實施例中，電絕緣材料可以是層疊，例如，聚合物箔或者聚合物片?？梢允?加適合于將聚合物箔或者聚合物片附接至下方結(jié)構(gòu)的時間的熱和壓力。在層疊期間，電絕 緣箔或者電絕緣片能夠流動（即，處于塑性狀態(tài))，導致芯片載體上的功率半導體芯片與/或 其它拓撲結(jié)構(gòu)之間的間隙被填充有電絕緣箔或者電絕緣片的聚合物材料。電絕緣箔或者 電絕緣片可以包括任意適當?shù)臒崴苄圆牧匣蛘邿峁绦圆牧匣蛘哂扇我膺m當?shù)臒崴苄圆牧?或者熱固性材料制成。在一個實施例中，絕緣箔或者絕緣片可以包括預浸料(預浸纖維的簡 稱）或者由預浸料制成，即，例如，由例如玻璃纖維或者碳纖維的纖維氈以及例如熱固性材 料或者熱塑性材料的樹脂的組合而制成。預浸料材料在本領(lǐng)域中是周知的，并且典型地用 于制造PCB (印刷電路板)。
[0033] 提供諸如例如接觸片的連接元件，以將第一半導體功率芯片的負載電極電連接到 第二半導體功率芯片的負載電極。連接元件可以具有背對第一和第二半導體功率芯片的、 并且被配置成用作為用于至少一個邏輯半導體芯片的安裝表面的上安裝表面。
[0034] 可以設計多種不同類型的電子器件以使用在此描述的接觸片，也可以通過在此描 述的技術(shù)制造多種不同類型的電子器件。以舉例子的方式，依照本公開的電子器件可以構(gòu) 成包含兩個或者更多個功率半導體芯片(例如，M0SFET)以及一個或者更多個邏輯集成電路 的電源。例如，在此公開的電子器件可以包括半橋電路，該半橋電路包括高側(cè)晶體管、低側(cè) 晶體管以及邏輯集成電路芯片。邏輯集成電路芯片可以可選地包括一個或者多個晶體管驅(qū) 動器線路。
[0035] 例如可以在用于將DC或AC電壓變換成DC電壓的電子電路(分別為所謂的DC-DC 變換器和AC-DC變換器）中實現(xiàn)在此公開的半橋電路。DC-DC變換器可以用于將電池或者 可再充電的電池提供的DC輸入電壓變換成與在下游連接的電子電路的要求匹配的DC輸出 電壓。以舉例子的方式，在此描述的DC-DC變換器可以是降壓變換器或者下變換器。AC - DC變換器可以用于將例如由高壓AC電網(wǎng)提供的AC輸入電壓變換成與在下游連接的電子電 路的要求匹配的DC輸出電壓。
[0036] 圖1圖解示例的半導體器件100的橫截面視圖。半導體器件100可以包括：第一 載體110、第二載體120、第一半導體功率芯片130、第二半導體功率芯片140、在下面被稱為 接觸片150的導電連接元件150、以及第三半導體芯片160。第三半導體芯片160不是功率 芯片。其可以是例如邏輯集成電路，該邏輯集成電路被配置成控制第一半導體功率芯片130 和第二半導體功率芯片140中的一個或這兩者。
[0037] 第一載體110和第二載體120的每一個可以由平坦金屬板，例如，引線框架的管芯 焊盤制成。第一載體110和第二載體120可以被彼此并排布置。第一載體110和第二載體 120可以被斷開或者是分隔開的。因此，例如在第一載體110與第二載體120之間不存在直 接電連接。
[0038] 第一載體110的底表面112和第二載體120的底表面122可以形成半導體器件 100的被配置成連接至諸如例如應用板(未示出）的外部應用的外部接觸焊盤。以舉例子的 方式，底表面112和底表面122可以是共面的，并且例如可以限定半導體器件100的安裝表 面。
[0039] 第一載體110具有安裝表面111，并且第二載體120具有安裝表面121。第一半導 體功率芯片130可以在其底表面背對第一載體110的情況下安裝在第一載體110的安裝表 面111上。第二半導體功率芯片140可以在其底表面背對第二載體120的情況下安裝在第 二載體120的安裝表面121上。
[0040] 第一載體110的安裝表面111和第二載體120的安裝表面121可以是共面的。即， 第一半導體功率芯片130和第二半導體功率芯片140可以例如基本上被布置在半導體器件 100中的同一個器件平面上(在下面稱為"功率平面")。
[0041] 接觸片150具有面對第一半導體功率芯片130和第二半導體功率芯片140的底表 面151。更具體地，第一半導體功率芯片130可以具有背對第一載體110且被接合至接觸 片150的底表面151的第一表面131，并且第二半導體功率芯片140可以具有背對第二載體 120且被接合至接觸片150的底表面151的第一表面141。
[0042] 接觸片150可以具有與底表面151相對的安裝表面152。第三半導體芯片160被 安裝在接觸片150的安裝表面152上方。因此，第三半導體芯片160被布置在器件平面中 (在下面稱為"邏輯平面")，該器件平面被布置在由半導體功率芯片130、140限定的"功率平 面"上方。這兩個平面可以至少由在"功率平面"與"邏輯平面"之間延伸的接觸片150間 隔開。
[0043] 應注意，例如邏輯芯片160的一個或者多個第三半導體芯片可以在"邏輯平面"中 被布置在接觸片150上。在一些實施例中，沒有半導體功率芯片被布置在接觸片150上或 者"邏輯平面"中。另一表面，在一些實施例中，沒有半導體邏輯芯片被布置在"功率平面" 中。
[0044] 一般說來，在一些實施例中，半導體器件100的"功率平面"可以排它地包含半導 體功率芯片。進一步地，在一些實施例中，半導體器件100的"邏輯平面"可以排它地包含半 導體邏輯芯片。這樣，可以保證通過接觸片150將邏輯半導體芯片160與半導體功率芯片 130、140在幾何形狀上分離并且熱分離。由于熱主要在半導體功率芯片130、140中生成，并 且經(jīng)由第一載體110和第二載體120到例如應用板(未示出）來最有效地執(zhí)行熱傳遞，因此 獲得第一和第二半導體功率芯片130U40到環(huán)境的非常有效的熱耦接。另一方面，通過接 觸片150將可以是邏輯半導體芯片的第三半導體芯片160與"功率平面"熱分離或者隔離。 由于與功率半導體芯片相比，邏輯半導體芯片典型地對于高溫暴露更靈敏，因此，著眼于高 的熱魯棒性和小的封裝大小，將功率芯片和邏輯芯片分離成兩個不同平面以及例如通過接 觸片150來對這些平面熱去耦對于功率應用而言提供了有效的封裝設想。
[0045] 進一步地，如在本領(lǐng)域中周知的那樣，半導體功率器件100的最大負載、性能以及 壽命關(guān)鍵地取決于被包含在半導體器件100中的半導體功率芯片130、140的工作溫度。由 于這一原因，上面所解釋并且例如以圖1示范的構(gòu)筑設想可以改善半導體器件100的最大 負載、性能和壽命。
[0046] 圖2圖解具有例如與半導體器件100相同的配置的半導體器件200。然而，半導體 器件200可以附加地包括形成密封體210的電絕緣材料，例如，模制材料。密封體210可以 嵌入有第一和第二載體110、120 ;第一和第二半導體功率芯片130、140 ;接觸片150以及第 三半導體芯片160。
[0047] 以舉例子的方式，如圖2中圖解那樣，半導體器件200可以具有無引線封裝。半導 體器件200可以具有在例如5 mm到15 mm之間的范圍內(nèi)、更具體地在例如7 mm到13 mm之 間的范圍內(nèi)的橫向尺寸或者寬度W。半導體器件200可以具有在例如0.5 mm到5 mm之間 的范圍內(nèi)、更特別地在1 mm到2 mm之間的范圍內(nèi)的堅向尺寸或者高度H。在第一半導體芯 片130的橫向外部輪廓132上方或者在第二半導體芯片140的橫向外部輪廓142上方、或是 如圖1和2中圖解那樣在第一和第二半導體芯片130、140這兩者的橫向外部輪廓132、142 上方，接觸片150可以例如在至少一個橫向尺寸上突出。接觸片150可以具有大于W的例 如60%、70%、80%、90%的橫向延伸價。接觸片150可以具有在例如0.1111111到1.0 111111之 間的范圍內(nèi)、特別是在例如0. 15 mm到3 mm之間的范圍內(nèi)的堅向尺寸He。第一載體110的 堅向尺寸和第二載體120的堅向尺寸可以例如相等。第一載體110的堅向尺寸和/或第二 載體120的堅向尺寸可以在等于或者小于例如±0. 2 mm或者±0. 1 mm的容差內(nèi)等于He。
[0048] 結(jié)合圖1和圖2的描述可以應用于在此描述的所有實施例。特別是，上面列出的 尺寸量可應用于其它實施例。
[0049] 在圖1和圖2中，可以在半導體功率器件100、200中實現(xiàn)所謂的半橋電路。第一 半導體芯片130可以形成低側(cè)功率開關(guān)，并且第二半導體芯片140可以形成半橋的高側(cè)功 率開關(guān)。第三半導體芯片160 (例如邏輯集成電路)可以分別控制低側(cè)功率半導體芯片130 和高側(cè)功率半導體芯片140的柵極電極(未圖解)。
[0050] 第一半導體功率芯片130和/或第二半導體功率芯片140可以例如是M0SFET。高 側(cè)第二功率半導體芯片140的源極電極可以連接到接觸片150。接觸片150可以連接到低 側(cè)第一半導體功率芯片130的漏極電極。低側(cè)第一半導體功率芯片130的源極電極可以連 接到第一載體110。因此，低側(cè)第一半導體功率芯片130可以以源極向下的定向被布置在半 導體器件100、200中。相反，高側(cè)第二半導體功率芯片140可以以源極向上的定向的被定 向，即，其漏極電極可以被連接到第二載體120。
[0051] 圖3圖解功率半導體器件300。除了接觸片250被接合到第二載體120而不是接 合到第二半導體芯片140以外，功率半導體器件300可以類似于功率半導體器件100。為此 目的，接觸片210可以被提供有例如彎曲部250a或者突起，如圖3中圖解的那樣。
[0052] 在功率半導體器件300中，低側(cè)第一半導體功率芯片130可以以源極向上的定向 被布置在第一載體110上，并且高側(cè)第二半導體功率芯片140也可以以源極向上的定向被 布置在第二載體120上。
[0053] 類似于結(jié)合圖1和圖2描述的那樣，第三半導體芯片160被布置在接觸片250之 上，并且第一半導體芯片130和第二半導體芯片140被布置在接觸片250的主延伸下面的 平面中。為了避免重復，請參照上面的相對應的描述。
[0054] 圖4圖解示例的功率半導體器件400。除了如結(jié)合圖2描述的那樣施加了電絕緣 材料210,例如模制材料以外，功率半導體器件400類似于功率半導體器件300。為了避免 重復，請參照圖2的相對應的描述。
[0055] 如已經(jīng)提及的那樣，在此描述的半導體器件可以例如用作半橋。圖5示出被布置 在兩個節(jié)點N1和N2之間的半橋500的基本電路。半橋500包括串聯(lián)連接的兩個開關(guān)S1 和S2?？梢詫⒃摰谝话雽w功率芯片130實現(xiàn)為低側(cè)開關(guān)S1，并且將第二半導體功率芯片 140實現(xiàn)為高側(cè)開關(guān)S2。然后，與圖1到圖4示出的半導體器件100到400相比，節(jié)點N1 可以是第一半導體功率芯片130的源極電極，節(jié)點N2可以是第二半導體功率芯片140的漏 極電極，布置在兩個開關(guān)S1和S2之間的節(jié)點N3可以是接觸片150。
[0056] 施加在節(jié)點N1與N2之間的電壓可以等于或者大于30 V、50 V、100 V、300 V、500 V、1000 V。特別是，如果功率半導體器件500是例如DC-DC變換器，則施加在節(jié)點N1與N2 之間的電壓可以在例如30V到150 V之間的范圍內(nèi)。進一步地，如果功率半導體器件500 是AC - DC變換器，則施加在節(jié)點N1與N2之間的電壓可以在例如300V到1000 V之間的 范圍內(nèi)。
[0057] 以舉例子的方式，圖6到圖8圖解功率半導體器件600。功率半導體器件600還可 以例如被實現(xiàn)為DC - DC變換器、AC - DC變換器或者另外的電源。進一步地，如上面結(jié)合 圖1和圖2解釋的那樣，功率半導體器件100和200的全部設想和細節(jié)均可以被應用于功 率半導體器件600,并且為了避免重復，請參照在此的公開。
[0058] 更具體地，采用如上面示范那樣的布置的功率半導體器件600包括：第一載體 110、第二載體120、第一半導體芯片130、第二半導體芯片140、接觸片150以及第三半導體 芯片160。進一步地，功率半導體器件600可以包括被挨著第一載體110布置的第三載體 170。諸如例如第一半導體芯片130的柵極電極的芯片電極可以被連接到第三載體170。
[0059] 進一步地，功率半導體器件600可以包括第四半導體芯片660。第四半導體芯片 660可以被安裝在接觸片150的安裝表面152上方或者安裝在接觸片150的安裝表面152 上。第四半導體芯片660可以例如包括一個或者兩個柵極驅(qū)動器，如將結(jié)合圖9更詳細地 解釋的那樣。還可以是用以驅(qū)動第一半導體功率芯片130和第二半導體功率芯片140的柵 極的柵極驅(qū)動器被集成到第三半導體芯片160中，該第三半導體芯片160包括邏輯以控制 柵極驅(qū)動器。
[0060] 如在圖7中顯見的那樣，接觸片150可以在橫向方向上延伸超出第一半導體功率 芯片130的外部輪廓132,并且可以被接合到第四載體180。第四載體180可以用作為僅用 于接觸片150而例如不用于半導體功率芯片130、140的載體。第一、第二、第三和第四載體 110、120、170、180可以基本上是共面的。它們可以例如形成功率半導體器件600的外部端 子。更具體地，載體110、120、170、180可以例如被暴露在功率半導體器件600的底部。
[0061] 進一步地，如在圖6到圖8中顯見的那樣，可以在功率半導體器件600的外周布置 包括端子焊盤190a、190b的許多端子焊盤。端子焊盤190a、190b可以經(jīng)由例如接合線連接 到第三半導體芯片160的電極和/或連接到第四半導體芯片660的電極。進一步地，它們 可以經(jīng)由例如接合線連接到例如第一半導體功率芯片130的柵極電極和/或連接到第二半 導體功率芯片140的柵極電極。接合線還可以用于將第四半導體芯片660 (或者第三半導 體芯片160)電連接到第一半導體功率芯片110或者電連接到第二半導體功率芯片120,例 如連接到其柵極電極。
[0062] 可以通過被布置在接觸片150的安裝表面152與第三半導體芯片160和/或第四 半導體芯片660的底表面之間的絕緣層（未示出），來將"邏輯平面"的第三半導體芯片160 和第四半導體芯片660與接觸片150電絕緣。該絕緣層可以包括例如聚合物材料或者由例 如聚合物材料制成。絕緣層可以具有大于例如100 V、500 V、1000 V或甚至10 kV的介電 強度。這樣，絕緣層可以用來使"邏輯平面"對"功率平面"電隔離。
[0063] 圖9是圖5中示出的線路的示例的、更詳細的圖解，并且可應用于在此描述的功率 半導體器件100 - 600。如上面解釋的那樣，開關(guān)S1可以由低側(cè)（LS)MOSFET實現(xiàn)，并且開 關(guān)S2可以由高側(cè)（HS)MOSFET實現(xiàn)。LS MOSFET S1的柵極由柵極驅(qū)動器D1驅(qū)動，并且HS MOSFET S2的柵極由柵極驅(qū)動器D2驅(qū)動。柵極驅(qū)動器D1和D2由邏輯控制，該邏輯可以在 第三半導體芯片160中實現(xiàn)。第三半導體芯片160可以具有接收例如PWM(脈沖寬度調(diào)制） 信號的輸入160a。
[0064] 以舉例子的方式，柵極驅(qū)動器D1和D2可以在一個半導體芯片中實現(xiàn)，例如，在第 四半導體芯片660中實現(xiàn)。在其它實施例中，柵極驅(qū)動器D1在單個半導體芯片中實現(xiàn)，并 且柵極驅(qū)動器D2在單個半導體芯片中實現(xiàn)，導致"邏輯平面"可能包括至少三個半導體芯 片（一個邏輯芯片、兩個柵極驅(qū)動器芯片）。進一步地，還可能是柵極驅(qū)動器D1和D2被集成 在第三半導體芯片160中，該第三半導體芯片160實現(xiàn)邏輯。在這種情況下，僅一個半導體 芯片，即，第三半導體芯片160可以被布置在上方，并且可以例如被接合到接觸片150的安 裝表面152,即，可以被包含在"邏輯平面"中。
[0065] 以舉例子的方式，圖10A - 101圖解制造半導體功率器件1000的示例方法的各階 段。如圖101所示，半導體功率器件100類似于半導體功率器件100 - 600,并且為了避免 重復，請參照在此的相對應的描述。
[0066] 圖10A圖解提供第一載體110、第二載體120以及例如第四載體180。如上面提及 的那樣，所有載體110、120、180均可以分別具有彼此共面的上表面和/或下表面。
[0067] 根據(jù)圖10B，可以將接合材料1010沉積在第一載體110的安裝表面111上以及沉 積在第二載體120的安裝表面121上。接合材料1010可以例如包括如下或者由如下構(gòu)成： 焊料、軟焊料、擴散焊料、膏、納米膠或者導電接合劑。在第一載體110上和在第二載體120 上沉積接合材料1010可以被并行地執(zhí)行，即，在一個沉積步驟內(nèi)執(zhí)行。還可以以批量處理 的方式，即，針對被并行地制造的多個半導體功率器件1000來執(zhí)行沉積。
[0068] 更具體地，接合材料1010可以例如由諸如例如Au、Sn、AgSn、CuSn、Agin、Auln、 CuIn、AuSi、Sn或者Au的焊料材料制成，或者由包含分布在聚合物材料或諸如例如α松油 醇的樹脂中的金屬顆粒的膏制成。被包含在膏中的金屬顆?？梢岳缬摄y、金、銅、錫或者 鎳制成。金屬顆粒的延伸（平均直徑）可以例如小于100 nm，并且特別是小于50 nm。在本 領(lǐng)域中，還可以將這些膏稱為納米膠。
[0069] 如圖10C中所不，在第一載體110上方，第一半導體功率芯片130被放置在接合材 料1010上，并且在第二載體120上方，第二半導體功率芯片140被放置在接合材料1010上 方。
[0070] 參照圖10D，接合材料1010被沉積在第一半導體功率芯片130的第一表面131上 以及在第二半導體功率芯片140的第一表面141上。進一步地，接合材料1010可以被沉積 在第四載體180上。在第四載體180上和在第一及第二半導體功率芯片130、140上沉積接 合材料1010可以被并行地執(zhí)行，即在一個沉積步驟內(nèi)執(zhí)行。還可以以批量處理的方式，即， 針對被并行地制造的多個半導體功率器件1〇〇〇來執(zhí)行沉積。
[0071] 參照圖10E，接觸片150被放置在在圖10D中沉積的接合材料1010的上方。將接 觸片150放置在第一半導體功率芯片130上方以及第二半導體功率芯片140上方可以以批 量處理的方式執(zhí)行。
[0072] 參照圖10F，施加能量以使接合材料1010回流、燒結(jié)或者固化?？梢酝ㄟ^加熱、福 照等來施加能量。以舉例子的方式，可以在烘爐中施加熱。通過施加能量，例如焊料、金屬 膏、導電接合劑的接合材料1010可以電地并且機械地將第一和第二載體110、120分別連接 到第一和第二半導體功率芯片130、140,并且將第一和第二半導體功率芯片130、140連接 到接觸片150,并且例如將第四載體180連接到接觸片150。
[0073] 參考圖10G，接合劑材料1020被沉積在接觸片150的安裝表面152上。接合劑材 料1020可以例如與接合材料1010相同。接合劑材料1020可以是導電的，或者可以是電絕 緣的。進一步地，應注意，可以由絕緣層(未示出）來涂覆接觸片150的安裝表面152,如上 描述的那樣。
[0074] 參照圖10H，第三半導體芯片160被放置在接合劑材料1020上。進一步地，在該處 理階段，可以將諸如例如第四半導體芯片660 (未示出）的附加半導體芯片放置在接合劑材 料1020上?？梢圆⑿械?，并且可選地以批量處理的方式執(zhí)行芯片放置。
[0075] 然后，如圖101中圖解的那樣，對接合劑材料1020進行性質(zhì)轉(zhuǎn)變，以將第三半導體 芯片160 (以及例如附加的半導體芯片，諸如例如半導體芯片660)接合到接觸片150的安 裝表面152。該性質(zhì)轉(zhuǎn)變可以由施加能量，例如熱或者輻照引起。如果接合劑材料1020是 與接合材料1010相似的焊料材料，則可以在回流處理中使用例如烘爐來施加能量。否則， 如果接合劑材料1020是絕緣接合劑材料，諸如例如樹脂，則可以通過施加能量來固化接合 劑材料1020。
[0076] 圖11A和圖11B圖解制造如在圖101中圖解的那樣的半導體器件1000的方法的 各階段。替代如在圖l〇F - 10H中示出的處理，以舉例子的方式，可以執(zhí)行在圖11A和11B 中圖解的處理。
[0077] 更具體地，省略結(jié)合圖10F解釋的第一回流處理。替代地，將接合劑材料1020放 置在接觸片150的安裝表面152上，如上面結(jié)合圖10H解釋的那樣。
[0078] 參照圖11B，將第三半導體芯片160 (以及例如，附加的半導體芯片，諸如例如半導 體芯片660)放置在接合劑材料1020上。
[0079] 然后，對圖11B所示的布置施加能量，以回流或者固化接合材料1010,并且回流或 者固化接合劑材料1020。因此，依照圖11A和11B中圖解的處理階段，為了得到如圖101中 圖解的半導體器件1000,只需要單次能量施加處理(例如，加熱和/或輻照)。
[0080] 應注意，在此公開的實施例均實現(xiàn)(至少）兩平面的構(gòu)筑設想，即，設置下"功率平 面"和上"邏輯平面"，其中各平面被接觸片150分離開。在為了有效率地進行熱耗散而可 以把下"功率平面"放在載體的附近的同時，可以將"邏輯平面"的半導體芯片160、660放 在例如功率半導體芯片的橫向外部輪廓132、142之內(nèi)、或者例如接觸片150的輪廓之內(nèi)的 區(qū)域中，從而允許提供具有小的占位面積和高的熱效率或魯棒性的緊湊的功率半導體器件 封裝。
[0081] 盡管已經(jīng)在此圖解并且描述了具體實施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會， 可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可由多種替換和/或等同的實現(xiàn)代替所示出并描述 的具體實施例。本申請意圖覆蓋在此討論的具體實施例的任意的適配或改變。因此，意圖 只由權(quán)利要求及其等同物來限制本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導體器件，包括： 第一載體，其具有安裝表面； 第一半導體功率芯片，其被安裝在所述第一載體的安裝表面的上方并且具有背對所述 第一載體的第一表面； 第二載體，其具有安裝表面； 第二半導體功率芯片，其被安裝在所述第二載體的安裝表面的上方并且具有背對所述 第二載體的第一表面； 連接元件，其具有第一表面，以及背對該第一表面的安裝表面，所述連接元件的第一表 面連接到所述第一半導體功率芯片的第一表面；以及 第三半導體芯片，其被安裝在所述連接元件的安裝表面的上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述連接元件是接觸片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述連接元件的第一表面連接到所述第二 半導體功率芯片的第一表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述第一載體和所述第二載體被彼此并排 布置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述第一載體的安裝表面和所述第二載體 的安裝表面是共面的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述第三半導體芯片是邏輯芯片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，進一步包括： 絕緣層，其被布置在所述連接元件的安裝表面與所述第三半導體芯片之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體器件，其中所述第一半導體功率芯片具有被連接到所 述第一載體的安裝表面的源極電極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述第一載體和所述第二載體被彼此電斷 開。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，進一步包括： 外部端子焊盤，其與所述第一載體或者與所述第二載體并排地布置，其中所述連接元 件連接到所述外部端子焊盤。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體器件，其中所述外部端子焊盤形成無引線封裝外部 接觸區(qū)域。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述第一載體的與所述第一載體的安裝 表面相對的表面、或者所述第二載體的與所述第二載體的安裝表面相對的表面形成無引線 封裝外部接觸區(qū)域。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件，其中所述半導體器件是DC-DC變換器或者 AC-DC變換器。
14. 一種半導體器件，包括： 第一半導體功率芯片，其被安裝在第一載體上方； 第二半導體功率芯片，其被安裝在第二載體上方； 接觸片，其被安裝在所述第一半導體功率芯片的上方以及所述第二半導體功率芯片的 上方；以及 半導體邏輯芯片，其被安裝在所述接觸片的上方。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導體器件，其中所述接觸片在至少一個橫向方向上具有 超出所述第一半導體功率芯片的橫向外部輪廓和所述第二半導體功率芯片的橫向外部輪 廓中的至少一個而突出的延伸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導體器件，其中所述第一載體和所述第二載體是共面 的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導體器件，其中所述第一載體和所述第二載體是引線框 架的芯片焊盤。
18. -種制造半導體器件的方法，所述方法包括： 將第一半導體功率芯片安裝在第一載體上； 將第二半導體功率芯片安裝在第二載體上； 將接觸片接合到所述第一半導體功率芯片并接合到所述第二半導體功率芯片；以及 將第三半導體芯片安裝在所述接觸片的上方。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括： 將第一接合物沉積在所述第一載體上； 將所述第一半導體功率芯片放置在所述第一接合物上； 將第二接合物沉積在所述第二載體上； 將所述第二半導體功率芯片放置在所述第二接合物上； 將第三接合物沉積在所述接觸片上； 將所述第三半導體芯片放置在所述第三接合物上；以及 施加能量以安裝所述第一半導體功率芯片、所述第二半導體功率芯片和所述第三半導 體芯片。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括： 將第一接合物沉積在所述第一載體上； 將所述第一半導體功率芯片放置在所述第一接合物上； 將第二接合物沉積在所述第二載體上； 將所述第二半導體功率芯片放置在所述第二接合物上； 施加能量以安裝所述第一半導體功率芯片和所述第二半導體功率芯片； 在安裝了所述第一和第二半導體功率芯片后，將第三接合物沉積在所述接觸片上； 將所述第三半導體芯片放置在所述第三接合物上；以及 施加能量以將所述第三半導體芯片安裝到所述接觸片。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括： 施加被配置成將所述第三半導體芯片電連接到所述第一半導體功率芯片或者連接到 所述第二半導體功率芯片的接合線。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括： 利用密封材料至少部分地覆蓋所述第一半導體功率芯片、所述第二半導體功率芯片、 所述接觸片和所述第三半導體芯片。
【文檔編號】H01L25/16GK104064544SQ201410104223
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】張翠薇, J.赫格勞爾, R.奧特倫巴, X.施勒格爾 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司