[发明专利]一种级联型GaN基功率器件的封装结构及封装方法

说明书

本发明实施例公开了一种级联型GaN基功率器件的封装结构及封装方法。其中，该封装结构中，HEMT芯片、MOSFET芯片、框架基岛和导电连接结构封装于塑封材料中；框架基岛的第一侧表面设置有凹槽，导电连接结构固定于凹槽内且与框架基岛绝缘；MOSFET芯片倒置于框架基岛的第一侧表面，MOSFET芯片的栅极与导电连接结构电连接，源极与第一侧表面的非凹槽所在区电连接；HEMT芯片正置于框架基岛的第一侧表面，源极与MOSFET芯片的漏极通过引线电连接；栅极通过引线与框架基岛电连接。本发明实施例提高了芯片散热性能和可靠性，同时，降低了寄生感抗，提高了开关性能和能源效率。

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种级联型GaN基功率器件的封装结构及封装方法。

背景技术

氮化镓(GaN)功率器件因其大禁带宽度、高饱和电子迁移率、高热导率等优点，可以满足高温、高压、高频的应用需求，在快速充电、移动通信、电动汽车、大功率雷达、电子对抗和卫星通信等领域得到了越来越广泛的应用。

目前，应用最广泛和最成熟的是以GaN材料为基础制备的高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)。GaN基HEMT可分为增强型和耗尽型两种工作模式。其中增强型的高压GaN基HEMT制备工艺尚不成熟，例如阈值电压小，完全导通所需要的驱动电压与栅极击穿电压十分接近，对器件的封装和驱动电路要求十分高，可靠性存在隐患。相比于增强型器件，耗尽型GaN基HEMT具有更好的稳定性和更成熟的制备工艺，并且具有更低的导通电阻、更小的寄生结电容，可以实现击穿电压900V以上的高压等优点。但是耗尽型GaN基HEMT是常开器件，不利于开关电源的使用。为了克服这一缺点，可以采用低压硅(Si)基MOSFET芯片与耗尽型的高压GaN基HEMT共栅共源级联结构，也称之为Cascode结构。由于低压MOSFET芯片的存在，耗尽型GaN晶体管不仅可以转变为常关型器件，而且其栅极阈值电压也大大高于增强型GaN基HEMT，驱动电源可与Si基MOSFET器件的驱动兼容，并且可以满足更加高压大功率的应用需求，具有非常重要的应用价值。

现有共源级联的混合管器件结构一般是将硅基MOSFET芯片正置于框架基岛上，漏极位于硅基MOSFET芯片的底部，源极位于芯片顶部，故而需要设置导电结构引出硅基MOSFET芯片的漏极，源极则需要较长的引线与框架基岛实现连接。此外，导电结构和框架基岛之间还需设置绝缘材料，以隔绝框架基岛和MOSFET芯片的漏极。然而，由于正置的硅基MOSFET芯片发热区域主要集中在源极和漏极，位于芯片底部的漏极因设置有导电结构以及绝缘材料等中介层，无法实现良好的散热，影响了器件的可靠性。而且，由于源极和框架基岛之间需要设置较长的引线形成电连接，会造成较大的寄生感抗，引起较大的开关损耗。

发明内容

本发明提供一种级联型GaN基功率器件的封装结构及封装方法，以解决级联型功率器件中正装芯片引起的散热和寄生感抗问题，改善混合器件性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种级联型GaN基功率器件的封装结构，包括HEMT芯片、MOSFET芯片、框架基岛、导电连接结构和塑封材料，所述HEMT芯片、所述MOSFET芯片、所述框架基岛和所述导电连接结构封装于所述塑封材料中；

所述框架基岛的第一侧表面设置有凹槽，所述导电连接结构固定于所述凹槽内且与所述框架基岛绝缘；

所述MOSFET芯片倒置于所述框架基岛的所述第一侧表面，所述MOSFET芯片的漏极位于源极和栅极远离所述框架基岛的一侧；所述MOSFET芯片的栅极在所述第一侧表面的垂直投影与所述导电连接结构至少部分交叠，且与所述导电连接结构电连接；所述MOSFET芯片的源极在所述第一侧表面的垂直投影与所述第一侧表面的非凹槽所在区至少部分交叠，且与所述第一侧表面的非凹槽所在区电连接；