[发明专利]嵌入式半导体装置封装及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及封装半导体装置的结构和方法，更特别地，涉及具有形成封装中的所有电互连和热互连的功率覆盖(POL)互连件的嵌入式封装结构。

表面安装技术是一种构造电子电路的方法，其中表面安装构件或封装被直接安装在印刷电路板(PCB)或其它类似外部电路的表面。工业中，表面安装技术已经取代了使用引线穿过电路板中的孔而匹配构件的穿孔技术构造方法。

对于表面安装半导体装置(或多芯片模块)的一个普遍的技术问题是提供封装结构，其中装置/模块被密封在嵌入组合物内。封装制造工艺以通过粘接的方式在介电层上定位一个或多个半导体装置开始，介电层覆盖每一个半导体装置的活性侧。然后，金属互连件被电镀在介电层上，以形成与半导体装置的直接金属连接。互连可以通过额外的层压再分布层分路，如果期望，提供输入/输出系统，以实现表面安装封装件在PCB或外部电路上。嵌入组合物被施加在半导体装置周围以密封其中的半导体装置。

在一个实施例中，半导体装置是高压功率半导体装置，功率半导体装置能通过功率覆盖(POL)封装的方式和互连系统被表面安装到外部电路上，POL封装也提供通过装置移除热量并保护装置免受外部环境影响。标准的POL封装制造工艺典型地以通过粘结剂以及钻出穿过电介质到装置的通孔来将一个或多个半导体装置定位在介电层上开始。然后金属互连件(例如，铜互连件)电镀在介电层上并进入通路以形成到半导体装置的直接金属连接，从而形成子模块。金属互连件可以是以低形貌、平坦互连结构，其提供为通向或来自半导体装置的输入/输出(I/O)系统的形成。然后，POL子模块使用电和热连接的焊接互连被焊接到陶瓷衬底(如带DBC的氧化铝，带AMB Cu的AIN等)。然后，介电层和陶瓷衬底之间的半导体装置周围的间隙利用介电有机材料使用毛细流动(毛细底层填充)、非流动底层填充或注塑成型(模塑组合物)以形成POL封装。

关于上面陈述的使半导体装置、模块和/或功率装置嵌入的封装制造工艺，公认的是，有许多缺点与此相关。例如，当要求湿度敏感性水平(MSL)条件时，通常使用的密封和嵌入组合物具有有限的可靠性，由于它们的不好的断裂韧性和高的湿气吸收。另外，通常使用的密封/嵌入组合物可能采购昂贵且应用缓慢而耗时。

此外，特别地关于封装功率装置/模块，通常负责电和热连接POL子模块到陶瓷衬底的焊接操作可能费钱并费时，由焊接引起的额外的温度的剧增也严重地影响了模块的可靠性。更进一步，由于陶瓷衬底的尺寸/厚度，在POL封装位置陶瓷衬底的包含物限制了POL封装尺寸/厚度可能的减少(即小型化)。因此，在增加电、热和机械性能时期望使模块小型化以减小系统重量、花费和尺寸，这被目前的POL封装结构所限制。

因此，期望提供能与表面安装兼容的半导体装置封装结构，并具有非常小的厚度。更进一步期望这样的封装结构以降低的成本制造但增加系统水平性能。

发明内容

本发明的实施例通过提供具有在封装中形成所有电和热互连的POL互连件的POL封装结构来克服上述缺陷。

根据本发明的一个方面，封装结构包括第一介电层，附接于第一介电层的至少一个半导体装置，施加于第一介电层且在至少一个半导体装置周围以使至少一个半导体装置嵌入其中的一个或多个介电片材，以及形成在至少一个半导体装置的多个通路，多个通路形成在第一介电层和一个或多个介电片材中的至少一者。封装结构还包括形成在多个通路中和在封装结构的一个或多个朝外表面的金属互连件，以形成到至少一个半导体装置的电互联。第一介电层由在层压工艺期间不流动的材料组成，并且一个或多个介电片材中的每一个由可固化材料组成，该材料被构造成在层压工艺期间当固化时熔化并流动，使得一个或多个介电片材熔化并流动以填充于至少一个半导体装置周围的任何空气间隙。