[发明专利]具有超薄封装的高性能功率晶体管

说明书

场效应晶体管封装包含具有第一线性厚度(150a)的引线框架和减小厚度的引线框架垫(151)；场效应晶体管芯片(140)的第一端附接到垫以及第二和第三端远离垫；第二线性厚度(1l0a)的金属板(110)连接第二晶体管端至封装端；第三线性厚度(112a)的金属板(112)连接第三晶体管端至封装端；第一线性厚度(约0.125mm)和第二线性厚度(约0.125mm)的总和加上附接材料(约0.05mm)构成封装厚度(约0.3mm)。

发明领域

本发明通常涉及半导体器件和工艺领域，并且更具体的，涉及能有高电流、高功率和高速度的超薄QFN封装功率晶体管的结构和制造方法。

背景技术

对于当今多数功率转换器件来说，功率MOSFET芯片作为单个元件组装。器件使用金属引线框架，典型地，其具有由引线围绕的矩形垫；垫作为衬底，用于附接半导体芯片，而引线作为输出端。一般地，引线被形成为没有悬臂，并且以方形扁平无引线(QFN)或小外形无引线(SON)器件的方式设置。可以以多种方式提供芯片到引线的电连接。

在一类器件中，通过粘结导线来提供连接。由于导线的长度和电阻的原因，这些导线会将显著的寄生电感引入到功率电路中。典型地，每个组件封装在塑料外罩中，并且被封装元件用作离散构造块，用于电源系统的板组装。在其他类器件中，金属夹替代了多个或所有的连接导线。这些夹较宽，并且跟导线相比，引入较小的寄生电感和电阻。

这些类的器件是几毫米的。为了将器件厚度减少至约1.5mm，另一最近引入的功率MOSFET组件通过提供具有组件垫的引线框架而避免了连接夹和导线粘结，且其中组件垫针对功率芯片分为两部分，其中在一个芯片侧上具有第一和第二端以及在相反芯片侧上具有第三端。芯片是倒装安装(使用金属凸块或者由注射器分配的焊膏)在引线框架垫上，以致第一端接触一个垫部分，并且第二端接触另一垫部分。这两个引线框架部分具有弯曲边沿，以致，在倒装安装后，边沿变得与第三端共面；所有的三个MOSFET端均可以这样附接至印刷电路板(PCB)。在这样的附接后，引线框架垫远离PCB，但是由于其分成了作为两个管芯端的两个部分，所以热沉不能附接于垫。

在又一最近引入的功率MOSFET封装中，引线框架具有分成两部分的平垫，其可以附接至PCB。功率芯片的第一和第二端附接到这些垫部分。远离引线框架垫的第三芯片端与金属夹接触，其具有朝向引线框架的引线弯曲的边沿，从而允许所有的三个管芯端均被安装在PCB上。这些夹是由金属形成，其足够厚以允许热沉附接到夹以用于冷却第三芯片端。

另一最近提出的功率MOSFET封装，通过无引线粘结或夹的封装结构，将器件厚度减小至1.0至1.5mm。该结构需要引线框架垫是半刻蚀的以形成较厚和较薄的部分。这意味着，引线框架不能被冲压。在芯片装配工艺中，垫的共面侧是面向下的。作为其他需求，需要研发特殊的倒装芯片设备，其可以从底面附接芯片；FET源极附接到较厚的垫部分，并且FET栅极附接至较薄的垫部分。在封罩工艺中，封装化合物覆盖了这个较薄的部分。另外，分离件部分需要使得封装端与FET漏极在一个水平上，并且必须沉积额外的金属层并且图案化以模仿标准QFN占地面积。

发明内容

申请人认识到，在市场中种类繁多的手持式、笔记本式、汽车的和医药的产品中功率转换器的广泛应用，需要MOS场效应晶体管(FETS)的封装，其不仅允许直接应用至已建立的印刷电路板(PCB)，还具有远小于传统1.5mm的厚度。此外，功率FETS应该提供包括接近理论最大值的电流、功率和速度的性能。申请人看到了，从非常接近接头/结(junction)的两个表面冷却晶体管封装将会降低操作接头温度，以致可以处理更高的电流；通过减少寄生电阻和电感，降低导通损失将会减小功率损失，因此可以增加效率；以及，降低封装相关电容将会减少转换损失，因此提高了速度性能。