具有鏡像對(duì)稱的端子的半導(dǎo)體器件和形成該半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及電子器件，具體而言涉及半導(dǎo)體器件和具有基本上鏡像對(duì)稱的端子的模塊和形成該模塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來在將形成有運(yùn)算放大器、比較器和無源電路元件的控制電路與諸如功率半導(dǎo)體開關(guān)的電源處理元件集成在共用封裝體內(nèi)的方面，已經(jīng)獲得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。一直是具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域是制造提供方便封裝組件相對(duì)側(cè)(例如左側(cè)和右側(cè))的裸片設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體器件，特別是對(duì)于在諸如負(fù)載點(diǎn)(point-of-load)電源模塊的緊湊模塊中的使用。
[0003]引入更多封裝挑戰(zhàn)的領(lǐng)域，是需要將負(fù)載點(diǎn)電源提供給在限定的區(qū)域中的多個(gè)負(fù)載，例如印刷電路板的受限區(qū)域中的多個(gè)負(fù)載。特定的負(fù)載可能需要不同負(fù)載電壓諸如3.3或者2.5伏特(“V”)，或者兩個(gè)共存的處理器可能其中每一個(gè)都要求相同電壓諸如2.5V。這樣的電源布置對(duì)于印刷電路板會(huì)帶來很大的布局挑戰(zhàn)。
[0004]對(duì)于其中一個(gè)負(fù)載從電源模塊從一個(gè)方向得到供電而又一個(gè)負(fù)載從相反方向得到供電的多個(gè)負(fù)載，常規(guī)的電源布置通常造成不對(duì)稱的布局。對(duì)于這類布置，用來構(gòu)造在電源模塊中實(shí)施的負(fù)載點(diǎn)電源轉(zhuǎn)換器(power converter)的半導(dǎo)體器件一般也形成有不對(duì)稱布局，這不利于在對(duì)稱的或者平行的方向上的布局。
[0005]影響廣闊市場(chǎng)問題的另一個(gè)領(lǐng)域是電源模塊的物理尺寸，這會(huì)引入熱設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。應(yīng)該提及的、影響緊湊電源模塊的設(shè)計(jì)的隨之而來的方面是在緊湊的物理結(jié)構(gòu)中由無源電路元件所產(chǎn)生的熱的消散以及由有源電路元件所產(chǎn)生的熱的消散的能力。諸如電感器的更大的無源元件，難以包括在可能在相同半導(dǎo)體裸片上包括有源元件諸如功率半導(dǎo)體開關(guān)和控制元件的集成半導(dǎo)體器件中。在對(duì)電源模塊的額定功率不進(jìn)行折中的情況下，在具有挑戰(zhàn)性的外部熱環(huán)境下執(zhí)行從這類有源和無源的源頭的熱的消散。將更大的無源元件與有源元件集成在共用封裝體內(nèi)，將使非常緊湊的電源模塊的生產(chǎn)成為可能。
[0006]因此，存在對(duì)于構(gòu)建用于包括多個(gè)電路(諸如電源轉(zhuǎn)換器)的模塊(諸如電源模塊)的封裝結(jié)構(gòu)的、尚無解決方案的需要，其采用能夠應(yīng)用于相對(duì)側(cè)(例如或者左側(cè)或者右偵D封裝組件的半導(dǎo)體裸片設(shè)計(jì)。所得到的封裝結(jié)構(gòu)又應(yīng)使得在印刷電路板上的最終產(chǎn)品布局的相對(duì)側(cè)定位成為可能。因此，現(xiàn)有技術(shù)需要的是，克服當(dāng)前設(shè)計(jì)的布局和封裝挑戰(zhàn)的、包括半導(dǎo)體器件(例如與控制元件集成在一起的功率半導(dǎo)體開關(guān))模塊構(gòu)造和形成該模塊構(gòu)造的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]這些和其他問題通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式大體得到解決或者克服，并且技術(shù)優(yōu)點(diǎn)通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式得到實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式包括具有基本上鏡像對(duì)稱的端子的半導(dǎo)體器件以及形成該半導(dǎo)體器件的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件包括具有控制節(jié)點(diǎn)和開關(guān)節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體開關(guān)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)耦合至半導(dǎo)體器件的第一和第二輸出端子，第一和第二輸出端子以基本上鏡像對(duì)稱的布置定位在半導(dǎo)體器件上。半導(dǎo)體器件還包括具有第一和第二輸入節(jié)點(diǎn)以及輸出節(jié)點(diǎn)的控制元件，第一和第二輸入節(jié)點(diǎn)分別耦合至半導(dǎo)體器件的第一和第二輸入端子，并且輸出節(jié)點(diǎn)耦合至半導(dǎo)體開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)，第一和第二輸入端子基本上居中在半導(dǎo)體器件上。
[0008]上述已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概括了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便后面的對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述可以得到更好的理解。以下將描述形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題的、本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，所公開的概念和【具體實(shí)施方式】，可以容易地作為修改或者設(shè)計(jì)用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)或者工藝的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這樣的等同構(gòu)造并不偏離所附權(quán)利要求所描述的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
【附圖說明】
[0009]為了更完全的理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考下面的接合附圖的描述，其中:
[0010]圖1示出包括在模塊中可采用的電源轉(zhuǎn)換電路裝置的電源轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式的示意圖；
[0011]圖2A和圖2B分別示出模塊和模塊的部分的部件的層疊(Stack-UP)的等軸測(cè)視圖(isometric view)；
[0012]圖3示出模塊的實(shí)施方式的頂視圖；
[0013]圖4示出半導(dǎo)體器件的實(shí)施方式的頂視圖；
[0014]圖5示出半導(dǎo)體器件的部分的實(shí)施方式的框圖；
[0015]圖6示出通過利用密封劑的轉(zhuǎn)移模制(transfer molding)進(jìn)行密封之后的模塊的實(shí)施方式的等軸測(cè)視圖；
[0016]圖7示出形成半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施方式的流程圖；以及
[0017]圖8示出形成模塊的方法的實(shí)施方式的流程圖。
[0018]不同附圖中相應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)一般指代相應(yīng)的部分，除非另外指明。附圖被繪制成清楚地示出優(yōu)選實(shí)施方式的相關(guān)方面并且不必按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面討論本優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)現(xiàn)和使用。然而，應(yīng)該理解到，實(shí)施方式提供能夠在各種具體的背景下實(shí)施的許多可應(yīng)用的創(chuàng)建性概念。所討論的具體的實(shí)施方式僅僅是實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的具體方法的示例，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施方式將在具體的背景下進(jìn)行描述，S卩，包括具有基本上鏡像對(duì)稱布置形成的端子的半導(dǎo)體開關(guān)(諸如功率半導(dǎo)體器件，例如按橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(“LDM0S”)器件實(shí)施的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“M0SFET”))的半導(dǎo)體器件、以及結(jié)合了該具有以基本上鏡像對(duì)稱布置形成的端子的半導(dǎo)體器件的模塊以及形成該模塊的方法。盡管將在采用功率半導(dǎo)體器件的電源模塊的環(huán)境下描述本發(fā)明的原理，但是可以從能夠?qū)崿F(xiàn)模塊中的基本上鏡像對(duì)稱的布置的半導(dǎo)體器件中獲益的任何應(yīng)用或者相關(guān)的半導(dǎo)體技術(shù)，完全落入本發(fā)明寬泛的范圍內(nèi)。
[0021]在實(shí)施方式中，模塊可以包括耦合(例如粘合地安裝(mount))至導(dǎo)電性襯底(例如引線框架)并且使用接線鍵合電耦合至此的集成電路(以裸片、或者以半導(dǎo)體器件實(shí)施的密封形式)、以及耦合在其上的分立無源元件。密封劑諸如塑料模制材料(例如環(huán)氧樹脂材料)被置于半導(dǎo)體器件和分立無源元件、以及任何附加元件周圍，用于提供環(huán)境和機(jī)械保護(hù)、以及利于在模塊操作期間散熱的導(dǎo)熱覆蓋物。其他模制材料和工藝以及被構(gòu)造為沒有密封劑的電子器件，完全落入本發(fā)明寬泛的范圍。應(yīng)該理解到，模塊可以至少部分地形成電源管理系統(tǒng)，其自身通常被稱為電源管理集成電路。
[0022]如將變得更顯而易見的，分立無源元件可以無限制地以電感器或者變壓器來實(shí)施。此外，半導(dǎo)體器件可以包括:有源元件(例如功率半導(dǎo)體開關(guān))；和無源元件(例如二極管、電阻器、電容器)；以及電路，諸如控制器和驅(qū)動(dòng)器，該控制器和驅(qū)動(dòng)器形成有諸如運(yùn)算放大器和比較器。當(dāng)然，本發(fā)明寬泛的范圍不限于形成半導(dǎo)體器件的特定元件。
[0023]首先參考圖1，其示出了包括在模塊中可采用的電源轉(zhuǎn)換電路裝置的電源轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式的示意圖。電源轉(zhuǎn)換器包括電力系(power train) 110、包括控制電路元件的控制器120和驅(qū)動(dòng)器130，并且提供電源給諸如微處理器的系統(tǒng)。盡管在所示的實(shí)施方式中，電力系110利用降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(topology)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解到，其他轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)諸如正向轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全落入本發(fā)明寬泛的范圍。
[0024]電力系110在其輸入處從電力電源(由電池表示)接收輸入電壓PVIN，并且在其輸出處提供經(jīng)調(diào)整的(regulated)輸出電壓Vrat用于給例如微處理器供電。為了符合降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理，輸出電壓Vrat—般小于輸入電壓PVIN，電源轉(zhuǎn)換器的開關(guān)操作能夠調(diào)整輸出電壓Vrat。使得有源元件諸如半導(dǎo)體開關(guān)(例如主要功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn)導(dǎo)通達(dá)初始間隔(interval)(—般與主要功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn的初始工作周期(duty cycle) “D”共存)并且將輸入電壓PVIN耦合至輸出濾波器電感器L。#在初始間隔期間，流過輸出濾波器電感器Lwt的電感器電流I ^jut隨著電流從電力系110的輸入流向輸出而增加。電感器電流ILout的部分被輸出濾波器電容器C OTt濾波。
[0025]在互補(bǔ)間隔(一般與主要功率半導(dǎo)體開關(guān)Qnm的互補(bǔ)工作周期“1-D”共存)期間，主要功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn轉(zhuǎn)變至不導(dǎo)通狀態(tài)并且使得另一個(gè)有源元件諸如另一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(例如輔助功率半導(dǎo)體開關(guān)Qaux)導(dǎo)通。輔助功率半導(dǎo)體開關(guān)Qaux提供維持流過輸出濾波器電感器Lrat的電感器電流I ^lt的連續(xù)性的路徑。在互補(bǔ)間隔期間，經(jīng)由輸出濾波器電感器Lrat的電感器電流I^lt減小。一般而言，可以調(diào)節(jié)主要和輔助功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn、Qaux的工作周期，以維持電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V-的調(diào)整。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解到，主要和輔助功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn、Qaux的導(dǎo)通時(shí)期可以被小的時(shí)間間隔分隔，以避免彼此之間交叉導(dǎo)通，并且有利于減少與電源轉(zhuǎn)換器相關(guān)的開關(guān)損耗。針對(duì)主要和輔助功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn、Qaux的漏極端子VRAIN (也稱為“開關(guān)端子”和“共用節(jié)點(diǎn)”)、以及電源轉(zhuǎn)換器的接地端子PGND也在圖1中標(biāo)明。
[0026]控制器120接收所期望的特性，諸如來自與微處理器相關(guān)的內(nèi)部或者外部電源的所期望的系統(tǒng)電壓Vsystem、以及電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U?？刂破?20也耦合至電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓PVIN和電力電源(再次由電池表示)的返回引線(return lead)以為其提供地連接。去耦合電容器Cde。親合至從輸入電壓PVIN到控制器120的路徑。去耦合電容器Ctte被設(shè)置用于吸收與電力電源相關(guān)的高頻噪聲信號(hào)以保護(hù)控制器120。
[0027]根據(jù)前述的特性，控制器120提供信號(hào)(例如脈沖寬度調(diào)制(“PWM”)信號(hào)SpJ來控制電力系110的主要和輔助功率半導(dǎo)體開關(guān)Qmn、Qaux的工作周期和頻率以調(diào)整其輸出電壓V。#控制器120也可以根據(jù)前述特性提供信號(hào)的互補(bǔ)(例如互補(bǔ)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)S1W。適用于控制電源轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的任何控制器完全落入本發(fā)明寬泛的范圍。作為示例，在通過引用并入本文的Dwarakanath等人的題為“Controller