阅读说明：本技术 在集成电路封装体的腔中集成无源组件 (Integrating passive components in a cavity of an integrated circuit package ) 是由 杰弗里·莫罗尼 拉吉夫·丁卡尔·乔希 斯里尼瓦萨恩·K·科杜里 舒扬·昆达普尔·马诺哈尔 约 于 2018-04-12 设计创作，主要内容包括：一种半导体封装体包含：引线框架(100b)；半导体管芯(138),所述半导体管芯附接到所述引线框架(100)；以及无源组件(130),所述无源组件通过所述引线框架(100b)电连接到所述半导体管芯(138)。所述引线框架(100b)包含腔,所述无源组件(130)的至少一部分以堆叠布置安置在所述腔中。(A semiconductor package includes: a lead frame (100 b); a semiconductor die (138) attached to the leadframe (100); and a passive component (130) electrically connected to the semiconductor die (138) through the lead frame (100 b). The leadframe (100b) includes a cavity in which at least a portion of the passive components (130) are disposed in a stacked arrangement.)

在集成电路封装体的腔中集成无源组件

背景技术

许多类型的集成电路(IC)具有用于连接外部无源或有源组件的输入/输出(I/O)引脚。通常将IC(也称为半导体管芯)附接到引线框架，并且然后用模制化合物将其包围以形成半导体封装体。然后，将封装体附接到印刷电路板(PCB)。可以将电容器(或其它类型的组件)附接到同一PCB。电容器通过PCB上的迹线电连接到引线框架的一或多个I/O引脚(并且通过引线框架连接到IC)。电容器与连接电容器的IC内的组件之间的连接可能产生回路电感，在如电力转换器等某些应用中，所述回路电感可能影响IC的性能。

对于电力转换器，回路电感可能使得必须更缓慢地导通和关断电力转换器的功率晶体管以减少振铃。然而，更缓慢地导通和关断功率晶体管可能产生更大的开关损耗。

发明内容

在所描述的实例中，一种半导体封装体包含：引线框架；半导体管芯，所述半导体管芯附接到所述引线框架；以及无源组件(例如，电容器)，所述无源组件通过所述引线框架电连接到所述半导体管芯。所述引线框架包含腔，所述电容器的至少一部分以堆叠布置安置在所述腔中。在一个实例中，所述腔在所述引线框架的面向所述半导体管芯的一侧形成于所述引线框架中。

另一实例涉及一种方法，所述方法包含蚀刻导电构件以形成半导体管芯的引线框架以及然后蚀刻所述引线框架以形成腔。所述方法进一步包含在所述腔内部将无源组件附接到所述引线框架以及将所述半导体管芯附接到所述引线框架。

在又另一实例中，一种半导体封装体包含：引线框架；半导体管芯，所述半导体管芯附接到所述引线框架；以及电容器，所述电容器通过所述引线框架电连接到所述半导体管芯。所述引线框架包含处于所述引线框架的面向所述半导体管芯的一侧的腔，并且其中所述电容器的至少一部分安置在所述引线框架的所述腔内。

附图说明

图1A-1G展示了根据实施例的用于形成半导体封装体的方法，所述半导体封装体中的无源组件安置在引线框架中的腔内。

图2展示了根据图1A-1G的实施例的尺寸。

图3展示了形成腔以包含无源组件的另一实施例。

图4展示了形成腔以包含无源组件的又另一实施例。

图5A-5E展示了根据替代性实施例的用于形成半导体封装体的方法，所述半导体封装体中的无源组件安置在引线框架中的腔内。

图6展示了根据图5A-5E的实施例的尺寸。

图7展示了半导体封装体的实施例，所述半导体封装体中的无源组件在未使用腔的情况下定位在半导体管芯与引线框架之间。

具体实施方式

所描述的实施例涉及半导体封装体，所述半导体封装体含有附接到引线框架且包封在模具中的半导体管芯。所述封装体还包含无源组件。所述封装体包括堆叠配置，在所述堆叠配置中，无源组件在引线框架的与管芯相同的一侧或在引线框架的相反侧附接到引线框架。在无源组件与管芯处于引线框架的同一侧的实施例中，无源组件安装在形成于引线框架中的腔中，因此无源组件夹置在管芯与引线框架之间。在无源组件与管芯处于引线框架的相反侧的实施例中，无源组件也安装在形成于引线框架中的腔内。无源组件可以具有到引线框架的电触点并且可以通过引线框架连接到半导体管芯的特定电接触焊盘。

相对于在无源组件完全处于封装体外部的情况下(如上所述)存在的导电体(无源组件与管芯之间)的长度，通过以半导体管芯、无源组件和引线框架的堆叠布置将无源组件集成到含有所述管芯的封装体中，所述长度得以减小。通过减小无源组件到管芯导体的长度，有利地减小了回路电感的量值。

在下文描述的实施例中，无源组件是电容器。然而，在其它实施例中，无源组件可以是除电容器之外的组件，如电阻器或电感器。此外，可以将有源组件而不是无源组件与半导体管芯和引线框架以堆叠布置安装。

图1A-1G展示了用于制造具有半导体管芯和电容器的堆叠配置的半导体封装体的实施例的过程的实例。图1A示出了空白导电构件100a的横截面视图。导电构件可以包括铜合金或另一种适当的导电材料的合金。将对空白导电构件100进行加工以形成引线框架100b，如下所述。

图1B显示，已经对空白导电构件100进行部分蚀刻以形成引线框架100b，所述引线框架包括：上表面109，所述上表面含有将附接半导体管芯的部分；和下表面111，所述下表面含有待安装到PCB的部分。在图1B的实例中，已经去除了导电材料100的部分以形成凹部101、103和105。凹部101、103和105是通过如蚀刻铜合金等任何适当的过程操作而形成的。例如，可以通过使用基于氯化铁(FeCl₃)的蚀刻溶液或复合碱(例如，pH值大于7)溶液中的氯化铜(CuCl₂)来蚀刻铜。FeCl₃溶液通常比CuCl₂溶液更具侵蚀性并且速度更快，但CuCl₂溶液在制造过程中可能更易于控制。还形成了凹部110，如图所示。此特定凹部将用于分离引线框架的将电连接到电容器的部分，从而避免电容器的端子短接在一起。

图1C展示了将预模制化合物114引入到凹部101、103、105和110中。在一些实施例中，预模制化合物114是基于二氧化硅的多功能芳香族树脂。模制化合物的组成的实例是约60-80％的二氧化硅，并且其余部分是环氧树脂和添加剂的混合物，可以包含所述添加剂以修改特定性质。

图1D显示，已经在引线框架100b中蚀刻了腔120。可以使用如铜蚀刻剂等适当的蚀刻来蚀刻导电材料100，从而形成腔120。在一个实施例中，从表面109(安装后将面向管芯的表面)朝向表面101(引线框架的与管芯相反的表面)对导电材料进行蚀刻。横截面形状和大小可以是容纳电容器的任何适当形状。

图1E展示了用于在导电材料100的各个部分上形成导电触点125a、125b、125c、125d、125e、125f和125g的选择性金属电镀过程。在此实例中，导电触点125a、125b和125c将使引线框架连接到半导体管芯。导电触点125d和125e将使引线框架连接到PCB。导电触点125f和125g形成于腔120中并且将为电容器提供接触点。

在图1F中，已经将电容器130放置在腔120中并且已经通过焊料球131和132将所述电容器连接到导电触点125f和125g。图1F还示出了在导电触点125a、125b和125c处通过铜(或其它适当的导电材料)柱136安装在导电材料100(即，引线框架)上的半导体管芯138。在此实施例中，电容器130的至少一部分安置在腔120内。由于铜柱和导电焊盘125a-125c产生的高度，电容器130的一部分凸出到腔上方，如图所示。在其它实施例中，整个电容器安置在腔内，其中电容器的任何部分都不凸出到腔上方。

图1G展示了引入后模制化合物140以包封半导体管芯138和电容器130，如图所示，从而形成半导体封装体。后模制化合物140可以由含有无机填料(例如，熔融二氧化硅)、催化剂、阻燃剂、应力改性剂、助粘剂和其它添加剂的环氧树脂配制。在一个实例中，使颗粒状模制化合物液化并且使用模压机将其转移到凹部中。液化产生容易流入模腔内并且包封装置的低粘度材料。

图2示出了图1G的半导体封装体的一部分以标识各个尺寸。电触点130a和130b分别接合到导电焊盘125f和125g，如图所示。表面109与111之间的引线框架的厚度被指定为T。已经从表面109将腔120蚀刻到引线框架100b中，到指定为H1的深度。电容器的高度被指定为H2。接触焊盘125b、125c、125f和125g的高度被指定为H3。电容器130下方的引线框架部分100c与100d之间的间距被指定为H4，并且铜柱136的高度被指定为H5。在一些实施例中，H1(腔120的深度)为T的约50％。在这种实施例中，引线框架经过半蚀刻以形成用于电容器的腔。电容器的高度H2小于H1(腔深度)、H3(导电焊盘125b和125c的高度)和H5(铜柱136的高度)的组合高度。在电容器130的顶表面130c与管芯138的底表面138a之间还包含另外的间隙H6，以允许模制化合物流动。在一个实例中，T为200微米(“微米(micron)”)、H1(腔120的深度)为100微米、H3为15微米，并且H5为60微米。在此实例中，从腔底126到管芯138的底表面138a的距离是H1、H3和H5的组合高度，或为175微米。因此，在此实例中，电容器的高度H2需要小于175微米。例如，为了允许50微米的间隙H6，电容器120的高度H2应当等于或小于125微米。引线框架部分100c与100d之间的间隙的长度H4可以为170微米。

如图2所示，由于铜柱136和导电焊盘125b和125c的高度，在电容器130的顶表面130c与半导体管芯138的底表面138a之间存在固有间隙。因此，在一些实施例中，如果电容器130足够薄，则可以将电容器安装在所述间隙中，而不需要腔120。在一些这种情况下，不管是否包含腔，都可以通过使用较高的铜柱136(例如，130微米)来增大间隙，从而允许使用较厚的电容器。

在图1D的实例中，通过从表面111朝向表面109蚀刻导电构件100a并且蚀刻导电构件100a的厚度的50％来形成凹部110。在图1D中，然后通过在相反表面111的方向上从表面109蚀刻引线框架100b并且蚀刻引线框架的厚度的50％来形成腔120。执行所述蚀刻，直到蚀刻工具刚好到达预模制化合物114的顶表面114a。

图3示出了用于形成腔120的替代性实施例。在此实例中，蚀刻工具已经在表面111的方向上从表面109蚀刻了引线框架100b，但是蚀刻深度小于引线框架的厚度T的50％。在此实施例中执行两个蚀刻过程。第一蚀刻过程执行到深度H7以形成腔120a。然后，在腔120a的中央区域中执行第二蚀刻过程，到深度H8，从而电隔离用于电容器的引线框架触点。在一个实施例中，H7介于T的约20％与40％之间，并且H8为T减去H7。如果含有模制化合物的凹部110被形成到T的50％的深度，并且H7为T的20％-40％，则H8为T的10％-30％。

在图1B到1D的实例中，形成凹部110，然后用预模制化合物114填充所述凹部，并且然后将腔120向下蚀刻到模制化合物的水平。图4展示了在将模制化合物引入到凹部110中之前形成凹部110和腔120的替代性实施例。在此实施例中，使用双向蚀刻机从两个表面109和111在另一表面的方向上蚀刻导电构件100a。因此，通过在箭头150的方向上蚀刻导电构件100a来形成腔120，同时通过在箭头155的方向上蚀刻导电构件100a来形成凹部110。在完全形成凹部110和腔120之后，完成蚀刻过程。即使蚀刻的准确性不如已经形成凹部110并且用预模制化合物114填充所述凹部的另一实施例，但是用于形成腔120的此过程也是充足的。

图5A-5E展示了用于形成半导体封装体的替代性实施例。在此实施例中，腔与半导体管芯处于引线框架的相反侧，因此腔未被夹置在引线框架与管芯之间。此过程开始于图5A处的空白导电构件200。在已经蚀刻和加工导电构件200之后，所述导电构件充当半导体管芯的引线框架。导电构件可以包括铜合金或其它适当的材料。图5B展示了在导电构件200中形成将***电容器的腔220。在此实施例中，可以将腔220蚀刻到导电构件200的厚度T的约75％的深度。而且，形成凹部225以提供电容器的触点之间的电隔离。

图5C显示，已经在腔内部将电容器230附接到导电构件200。在此实施例中，电容器230的高度等于或小于腔的高度。因此，电容器230的任何部分都不会凸出到腔之外。图5D显示，预模制化合物235引入到腔220和凹部225以及形成于导电构件200中的其它凹部和腔中以形成引线框架。图5E示出了通过铜柱或焊料球附接到引线框架的表面200a的半导体管芯240，所述表面与蚀刻腔220以容纳电容器230的表面200b相反。尽管未示出，但是将半导体管芯240和引线框架包封在后模制化合物中以形成完成的半导体封装体。

图6示出了图5E的半导体封装体的一部分以标识各个尺寸。电容器230的电触点230a和230b分别接合到导电焊盘225a和225b，如图所示。引线框架的厚度被指定为T，如上所述(但是在每个实施例中，引线框架厚度不必相同)。已经从表面200a朝向表面200b将腔220蚀刻到引线框架200中，到指定为H14的深度。电容器的高度被指定为H13。接触焊盘225a、225b、225c和225d的高度被指定为H18。电容器230上方的引线框架部分200c与200d之间的凹部的间距被指定为H10，并且铜柱242的高度被指定为H19。在一些实施例中，H14(腔220的深度)为T的约75％。在这种实施例中，引线框架经过四分之三蚀刻以形成用于电容器230的腔220。在一些实施例中，电容器的高度H13小于腔的高度H1，使得电容器的任何部分都不会凸出到腔220之外。在其它实施例中，电容器230的一部分确实凸出到腔230之外。在引线框架200的顶表面200b与管芯240的底表面之间还包含另外的间隙H11(例如，75微米)，以允许模制化合物流动。在一个实例中，T为200微米，H14(腔120的深度)为150微米，H18为15微米，并且H19为60微米。在此实例中，电容器的高度H13应为150微米(例如，小于或等于135微米)。引线框架部分200c与200d之间的间隙的长度H10可以为125微米。电容器230的端部与腔220的侧壁200e之间的距离H12可以为约150微米。

如图2所示，由于铜柱136和导电焊盘125b和125c的高度，在电容器130的顶表面130c与半导体管芯138的底表面138a之间存在固有间隙。因此，在一些实施例中，如果电容器130足够薄，则可以将电容器安装在所述间隙中，而不需要腔120。在一些这种情况下，不管是否包含腔，都可以通过使用较高的铜柱136(例如，130微米)来增大间隙，从而允许使用较厚的电容器。

图7示出了半导体封装体的实例，在所述半导体封装体中，无源组件330定位在半导体管芯340与引线框架300之间。无源组件可以是电容器或其它类型的无源电气装置(例如，电感器)。在此实例中，无源组件330未放置在形成于引线框架300中的腔内。在不需要为了放置无源组件的目的而蚀刻腔的情况下，避免了蚀刻过程(上文所描述的实施例的蚀刻过程)。相反，焊料柱325具有大到足以容纳无源组件的高度的高度H15。在一个实例中，H15为约130微米，在这种情况下，无源组件的高度H16小于130微米(例如，约80微米)。尺寸H20表示无源组件与最近的焊料柱325之间的间距。在一个实例中，H20为约150微米。

无源组件330的相反端包含电触点330a和330b。电触点330a和330b接合到导电焊盘322，如图所示，从而将无源组件电连接到引线框架并且通过焊料柱325电连接到半导体管芯340。在引线框架300中形成凹部335以电隔离无源组件330的电触点330a和330b。

在图7的实例中，在无源组件330与半导体管芯340之间提供了尺寸为H17的间隔。无源组件与半导体管芯之间的间隔允许后模制化合物包封半导体管芯340和无源组件330，从而形成半导体封装体。如上文所述，后模制化合物可以由含有无机填料(例如，熔融二氧化硅)、催化剂、阻燃剂、应力改性剂、助粘剂和其它添加剂的环氧树脂配制。在一个实例中，使颗粒状模制化合物液化并且使用模压装置将其转移到凹部中。

在示例实施例中，术语“约”意味着值或值范围是所叙述值或值范围或者处于所叙述值或值范围的正负10％之内。

在本说明中，术语“耦接(couple或couples)”意指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一装置耦接到第二装置，则所述连接可以通过直接连接实现或者通过经由其它装置和连接的间接连接实现。并且，在本说明中，陈述“基于”意指“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以是Y和任何数量的其它因子的函数。

在权利要求的范围内，可以对所描述的实施例进行修改，并且其它实施例是可能的。