(57)【要約】  互いに離間した第１及び第２のパッドと、前記第１及び第２のパットの間に配置された１つ又はそれ以上の共通ソース−ドレインリードと、前記第１及び第２のパッドにそれぞれフリップチップ取り付けされた第１及び第２のトランジスタと、を備えるリードフレーム構造を有する集積電力デバイスモジュールであって、前記第２のトランジスタのソースは前記１つ又はそれ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続され、前記第１のトランジスタのドレインに取り付けられ且つ前記１つ又はそれ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続された第１のクリップを含む。別の実施例においては、部分的に包含された電力方形平面無リードパッケージは、露出された上部熱ドレインクリップを有し、上部熱ドレインクリップは前記に対して実質的に垂直であり、上部熱ドレインクリップを露出させる折りたたまれたスタッドを備え、露出された熱電源パッドを有する。
2010534937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積電力デバイスモジュールであって、
互いに離間した第１及び第２のパッドと、前記第１及び第２のパッドの間に配置された１つ以上の共通ソース−ドレインリードと、を有するリードフレーム構造と、
前記第１及び第２のパッドにそれぞれフリップチップ取り付けされている第１及び第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのドレインに取り付けられ且つ前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されている第１のクリップと、を含み、
前記第２のトランジスタのソースが前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されていることを特徴とする集積電力デバイスモジュール。
【請求項２】
前記第１及び第２のトランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項３】
前記第１及び第２のトランジスタは、それぞれ、バックコンバータの構成要素であるハイ側及びロー側の電力トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項４】
前記リードフレーム構造は前記第２のパッドの外側に配置されている１つ以上のドレインリードを含み、前記第２のトランジスタのドレインに取り付けられ且つ前記第２のパッドの外側に配置されている前記１つ以上のドレインリードに電気的に接続されている第２のクリップを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項５】
前記リードフレーム構造、前記トランジスタ及び前記クリップは、モールド材によって包埋されており、前記リードフレーム構造のパッド及び前記クリップが露出されており前記モジュールの両側冷却を提供することを特徴とする請求項１に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項６】
集積電力デバイスモジュールであって、
互いに離間した第１及び第２のパッドと、前記第１及び第２のパッドの間に配置された１つ以上の共通ソース−ドレインリードと、前記第２のパッドの外側に配置された１つ以上のドレインリードと、を有するリードフレーム構造と、
前記第１及び第２のパッドにフリップチップ取り付けされている第１及び第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのドレインに取り付けられ且つ前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されている第１のクリップと、
前記第２のトランジスタのドレインに取り付けられ、且つ前記第２のパッドの外側に配置された前記１つ以上のドレインリードに電気的に接続されている第２のクリップと、
前記リードフレーム構造、前記トランジスタ及び前記クリップを包埋するモールド材と、を含んで前記モジュールを形成し、
前記第２のトランジスタのソースが前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されていることを特徴とする集積電力デバイスモジュール。
【請求項７】
前記リードフレーム構造の前記パッド及び前記クリップは、露出され且つ前記モールド材から開放されて前記モジュールの両側冷却を提供することを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項８】
前記第１及び第２のトランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項９】
前記第１及び第２のトランジスタは、それぞれ、バックコンバータの構成要素であるハイ側及びロー側の電力トランジスタであることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１０】
前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードは、２つの別個の単体のトランジスタパッケージが形成されるように切断されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１１】
前記リードフレーム構造は、前記第１及び第２のパッドの間にゲートリードを有し、前記第１のクリップは、前記ゲートリードに電気的に取り付けられていないことを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１２】
前記第１のクリップは、平面部材と下方向に伸長するリードとを有し、これらは前記リードフレーム構造の前記共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されており、前記第２のクリップは、平面部材と下方向に伸長するリードとを有し、これらは前記第２のパッドの外側に配置されている前記リードフレーム構造の前記１つ以上のドレインリードに電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１３】
前記リードフレーム構造は、前記第１及び第２のパッドの間にゲートリードを有し、前記第１のクリップは、前記ゲートリードに電気的に接続されている下方向に伸長するリードを有さないことを特徴とする請求項１２に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１４】
前記リードフレーム構造は、モジュールのリード部分を切断することによってリードレスモジュールに変形され得るリードフットプリントを有するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１５】
前記共通ソース−ドレインリードは、部分的に切断されて接続が断たれており、共通ヒートシンクは、前記第１及び第２のクリップに取り付けられて前記第１のクリップと第２のクリップとを接続することを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１６】
前記リードフレーム構造に取り付けられ且つ前記第１及び第２のトランジスタに電気的に接続されている集積回路を含み、前記集積回路は、前記モールド材によって包埋されて単体のモジュールを形成していることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１７】
集積電力デバイスモジュールの製造方法であって、
互いに離間した第１及び第２のパッドを有するリードフレーム構造と、前記第１及び第２のパッドの間に配置される１つ以上の共通ソース−ドレインリードと、前記第２のパッドの外側に配置される１つ以上のドレインリードと、を提供するステップと、
第１及び第２のトランジスタをそれぞれ前記第１及び第２のパッドにフリップチップ取り付けるフリップチップ取り付けステップと、
第１のクリップを前記第１のトランジスタのドレインに取り付け、前記第１のクリップを前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続するステップと、
第２のクリップを前記第２のトランジスタのドレインに取り付け、前記第２のクリップを前記第２のパッドの外側に配置された前記１つ以上のドレインリードに電気的に接続するステップと、
モールド材で前記リードフレーム構造、前記トランジスタ及び前記クリップを包埋して前記モジュールを形成するステップと、を含み、
前記フリップチップ取り付けステップにおいては、前記第２のトランジスタのソースを前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続することを特徴とする集積電力デバイスモジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記リードフレーム構造の前記パッド及び前記クリップは、露出され且つ前記モールド材から開放されて前記モジュールの両側冷却を提供することを特徴とする請求項１７に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項１９】
前記第１及び第２のトランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であることを特徴とする請求項１７に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項２０】
前記第１及び第２のトランジスタは、それぞれ、バックコンバータの構成要素であるハイ側及びロー側の電力トランジスタであることを特徴とする請求項６に記載の集積電力デバイスモジュール。
【請求項２１】
複数の折れ曲がった部分を備える露出された上部熱クリップと、露出された熱リードフレーム構造パッドと、を有し、前記複数の折れ曲がった部分は、前記熱クリップの前記露出された上部に対して実質的に垂直であることを特徴とする部分的に包埋された半導体パッケージ。
【請求項２２】
前記上部熱クリップは、モールド材によって綴じ込みされた１又はそれ以上の上側エッジ上の１又はそれ以上の切断部分を有することを特徴とする請求項２１に記載の半導体パッケージ。
【請求項２３】
前記クリップと共面となっている３つの分離部分を有するリードフレーム構造とに取り付けられた半導体デバイスを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体パッケージ。
【請求項２４】
部分的に包埋された半導体パッケージの製造方法であって、
制御セグメント、第１高電流セグメント及び第２高電流セグメントの３つの分離したセグメントを有する共面リードフレーム構造を提供するステップと、
半導体デバイスを前記制御セグメントと前記第１高電流セグメントの２つに取り付けるステップと、
クリップを複数の屈曲部を有する前記リードフレーム構造の反対側の半導体デバイスの片側に取り付けて、前記複数の屈曲部を前記第２高電流セグメントに取り付けるステップと、
前記リードフレーム構造、前記半導体デバイス及び前記クリップをモールド材で部分的に包埋して前記パッケージを形成するステップと、を含むことを特徴とする部分的に包埋された半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願のクロスリファレンス】
【０００１】
この出願は、２００７年７月２７日に提出された米国特許出願通し番号１１／８２９，７９３に関して優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
この発明は、広くは、半導体デバイスのパッケージに関し、特に両側冷却集積電力デバイスモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
短いリードを備えた半導体のための小さいパッケージが、小型の電気回路を形成するために要望されている。しかしながら、そのような小さいパッケージは、電気回路内で用いられるパッケージされた電力デバイスからの熱拡散に関する問題を生じさせる。多くの場合、リードの熱拡散容量のみでは、電力デバイスの確かな動作を提供するには充分でない。これまでは、ヒートシンクが、熱拡散を促進するためにそのようなデバイスに取り付けられていた。
【０００４】
小型の回路を構成するもう１つの要因は、従来のパッケージにおけるワイヤボンドのために要求される空間の大きさである。それゆえに、パッケージのための回路基板上の領域の大きさを最小化しつつ、熱を効率的に拡散する電力デバイスのためのパッケージを提供することが望まれている。
【０００５】
共通の高い電流の入力又は出力端子を有する２つの電力デバイスの配置が、同期バックコンバータのような回路に見出される。同期バックコンバータは、一般に携帯電話、持ち運びできるコンピュータ、デジタルカメラ、ルータその他の持ち運びできる電子デバイスのための電力供給源として用いられる。同期バックコンバータは、プログラマブルグリッドアレイ集積回路、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッシング集積回路その他の回路へ電力を供給するためにＤＣ電圧レベルをシフトし、その一方でバッテリ出力を安定させ、ノイズをフィルタリングし、リップルを低減する。これらのデバイスは、また、データコミュニケーション、テレコミュニケーション、ポイントオブロード（point-of-load）、コンピュータ関連アプリケーションの広い範囲で、高電流マルチフェイズ電力を供給するために用いられる。
【０００６】
図１は、典型的な同期バックコンバータ１０のブロック図である。当該コンバータは、パルス幅調整（ＰＷＭ）ＩＣ１６によって操作されるハイ側ＦＥＴ１２とロー側ＦＥＴ１４を有する。Ｑ１及びＱ２デバイス１２、１４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上のハイ側ＦＥＴ１２のソースをロー側ＦＥＴ１４のドレインに接続することによって生じる寄生の抵抗１８及びインダクタンス２０を減少させるための最適なレイアウトを要する分離したデバイスとして構成され得る。
【０００７】
公開番号２００５／０２８５２３８Ａ１よって２００５年１２月２９日に公開された発明者Ｊｏｓｈｉ他による米国特許出願には、ロー側ランドとハイ側ランドを明確にするリードフレーム構造を含む集積トランジスタモジュールが開示されている。ロー側トランジスタはロー側ランド上に搭載され、そのドレインは、ロー側ランドに電気的に接続されている。ハイ側トランジスタは、ハイ側ランド上に搭載され、そのソースはハイ側ランドに電気的に接続されている。リードフレーム構造の階段状部分は、ロー及びハイ側のランドに電気的に接続しており、それゆえ、また、ロー側トランジスタのドレインとハイ側トランジスタのソースに接続している。
【０００８】
後述の特許公開公報の集積トランジスタモジュールは意図された用途には有用であるが、モジュールのフットプリントは産業界において共通でない。
【０００９】
それゆえ、これらの問題の解決法を提供する同期バックコンバータ回路のような回路で用いることができる改良された集積電力デバイスモジュールが必要である。
【発明の概要】
【００１０】
本願発明によれば、これらの問題の解決法が提供される。
【００１１】
本願発明の一態様によれば、互いに離間した第１及び第２のパッドと、前記第１及び第２のパッドの間に配置された１つ以上の共通ソース−ドレインリードと、を有するリードフレーム構造と、前記第１及び第２のパッドにそれぞれフリップチップ取り付けされている第１及び第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタのドレインに取り付けられ且つ前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されている第１のクリップと、を含み、前記第２のトランジスタのソースが前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されている集積電力デバイスモジュールが提供される。
【００１２】
本願発明の別の一態様によれば、互いに離間した第１及び第２のパッドと、前記第１及び第２のパッドの間に配置された１つ以上の共通ソース−ドレインリードと、前記第２のパッドの外側に配置された１つ以上のドレインリードと、を有するリードフレーム構造と、記第１及び第２のパッドにフリップチップ取り付けされている第１及び第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタのドレインに取り付けられ且つ前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されている第１のクリップと、前記第２のトランジスタのドレインに取り付けられ、且つ前記第２のパッドの外側に配置された前記１つ以上のドレインリードに電気的に接続されている第２のクリップと、前記リードフレーム構造、前記トランジスタ及び前記クリップを包埋するモールド材と、を含んで前記モジュールを形成し、前記第２のトランジスタのソースが前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続されている集積電力デバイスモジュールが提供される。
【００１３】
本願発明の別の一態様によれば、互いに離間した第１及び第２のパッドと、前記第１及び第２のパッドの間に配置される１つ以上の共通ソース−ドレインリードと、前記第２のパッドの外側に配置される１つ以上のドレインリードと、を有するリードフレーム構造を提供するステップと、第１及び第２のトランジスタをそれぞれ前記第１及び第２のパッドにフリップチップ取り付けるフリップチップ取り付けステップと、第１のクリップを前記第１のトランジスタのドレインに取り付け、前記第１のクリップを前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続するステップと、第２のクリップを前記第２のトランジスタのドレインに取り付け、前記第２のクリップを前記第２のパッドの外側に配置された前記１つ以上のドレインリードに電気的に接続するステップと、前記リードフレーム構造、前記トランジスタ及び前記クリップをモールド材で包埋して前記モジュールを形成するステップと、を含み、前記フリップチップ取り付けステップにおいて、前記第２のトランジスタのソースを前記１つ以上の共通ソース−ドレインリードに電気的に接続する集積電力デバイスモジュールの製造方法が提供される。
【００１４】
本願発明の別の一態様によれば、熱クリップの露出された上部に対して実質的に垂直である複数の屈曲部を備える露出された上部熱クリップと、露出された熱リードフレーム構造パッドとを有する部分的に包埋された半導体パッケージが提供される。
【００１５】
本願発明の別の一態様によれば、制御セグメント、第１高電流セグメント及び第２高電流セグメントの３つの分離したセグメントを有する共面リードフレーム構造を提供し、半導体デバイスを制御セグメントと第１電流セグメントの２つに取り付け、クリップを複数の屈曲部を有するリードフレーム構造の反対側の半導体デバイスの片側に取り付け、その複数の屈曲部は第２電流セグメントに取り付けられ、モールド材を用いてリードフレーム構造、半導体デバイス及びクリップを部分的に包埋してパッケージを形成する部分的に包埋された半導体パッケージの製造方法が提供される。
【００１６】
前述の及び他の態様、特性、利点、及び発明は、一般に、添付図面に関連してなされる以下のより詳細な説明から、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、典型的な同期バックコンバータ回路の概念図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本願発明の一実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールを形成するために用いられるタイプの２つのリードフレーム構造の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本願発明の一実施形態による、図２Ａに示されるリードフレーム構造を表した平面図であり、リードフレーム構造に結合されたトランジスターダイが共に表されている。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本願発明の一実施形態による、図２Ａのリードフレーム構造の平面図であり、図２Ａに示されるリードフレーム構造に取り付けられた２つの冷却クリップと、図２Ｂに示されるトランジスターダイとが共に表されている。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ｃに示される構造の上面図であり、その構造がモールド材によって個別にケースに入れられた後の図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２Ｃに示される構造の断面図であり、その構造がモールド材によって個別にケースに入れられた後の図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２Ｃに示される構造の底面図であり、その構造がモールド材によって個別にケースに入れられた後の図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本願発明の別の実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールの底面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示されるモジュールの一実施例の断面側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａに示されるモジュールの別の実施例の断面側面図である。
【図５】図５は、本願発明の別の実施形態による、リードが設けられた両側冷却集積電力デバイスモジュールの断面側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本願発明の別の実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールを形成するための、図４Ｃに示されるモジュールの変形の断面側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本願発明の別の実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールを形成するための、図４Ｃに示されるモジュールの変形の断面側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本願発明の別の実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールの上面図であり、２つの電力デバイスを操作するための制御ＩＣが共に示されている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本願発明の別の実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールの部分断面上面図であり、２つの電力デバイスを操作するための制御ＩＣが共に示されている。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本願発明の別の実施形態による、両側冷却集積電力デバイスモジュールの底面図であり、２つの電力デバイスを操作するための制御ＩＣが共に示されている。
【図８Ａ】図８Ａは、本願発明の実施形態の１つにおける使用のために金属フレームから打ち出される４つのクリップの輪郭を示す金属プレートの上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示される金属プレートから打ち出され、図３Ｂにおいて使用されるクリップに成形された後の２つのクリップの側面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、複数の部分的に包埋されたモジュールのブロックモールドの上面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示される包埋されたモジュールの１つのタイプの底面図であり、それらが個別化された後の図である。
【図１０】図１０は、本願発明の別の実施例による、電力半導体パッケージの等角部分断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示される電力半導体パッケージの分解図であり、部材を包埋していない図である。
【図１２】図１２は、図１０に示される半導体パッケージの切片を示す上面図であり、輪郭に示されるように包埋し、図１０に示されるパッケージの個別化に先立ってリードフレームを含んだものである。
【図１３】図１３は、図１０に示される半導体パッケージ３００の等角上面図である。
【図１４】図１４は、図１０に示される半導体パッケージ３００の等角底面図である。
【図１５】図１５は、図１３に示される線１５−１５に沿った第１の図式的な断面図である。
【図１６】図１６は、図１３に示される線１６−１６に沿った第２の図式的な断面図である。
【図１７】図１７は、図１０に示される電力半導体パッケージの等角上面図であり、輪郭に示されるように包埋したものである。
【図１８】図１８は、図１０に示される電力半導体パッケージの等角底面図であり、輪郭に示されるように包埋したものである。
【図１９Ａ】図１９Ａは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｅ】図１９Ｅは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｆ】図１９Ｆは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｇ】図１９Ｇは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｈ】図１９Ｈは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｉ】図１９Ｉは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｊ】図１９Ｊは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｋ】図１９Ｋは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【図１９Ｌ】図１９Ｌは、パッケージ３００の組立ての様々な段階における、図１０に示された電力半導体パッケージの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
明確さ及び適当と考えられる目的のため、参照数字は、対応するものを示すために図面において繰り返えされると認められる。また、図面における様々な対象の相対的な寸法は、幾つかの場合においては、発明をより明確に示すために変更されている。
【００１９】
発明の実施例は、半導体ダイパッケージと半導体ダイパッケージの製造方法を対象としたものである。発明の実施例による半導体ダイパッケージは、基板と、基板上に搭載された半導体ダイと、を含む。半導体ダイは、接着剤又は他の好適な付着材を用いて基板に取り付けられても良い。半導体ダイパッケージにおいては、半導体ダイの下表面及び／又は上表面は、基板の導電領域に電気的に結合されても良い。モールド材が半導体ダイを包埋しても良い。以下に、より詳細に説明されるように、発明の複数の実施例による基板は、異なる実施例における異なる構成とすることができる。
【００２０】
基板はいくつかの好適な構成を有する。しかしながら、発明の好ましい実施例においては、基板はリードフレーム構造とモールド材とを含む。典型的には、リードフレーム構造の少なくとも１つの表面が、モールド材の外側の表面とほぼ共面になっている。幾つかの実施例においては、リードフレーム構造の対向する主表面の両方が、基板におけるモールド材の対向する外側の表面とほぼ共面になっている。
【００２１】
用語「リードフレーム構造」とは、リードフレームに由来する構造ということができる。リードフレーム構造は、例えば当該技術分野で知られているスタンピング工程によって形成される。典型的なリードフレーム構造は、また、所定のパターンを形成するための連続的な導電シートをエッチングすることによって形成され得る。それゆえ、発明の実施例においては、半導体ダイパッケージ内のリードフレーム構造は、連続的な金属の構造又は不連続的な金属の構造としても良い。
【００２２】
発明の実施例によるリードフレーム構造は、最初は、連結バーによって一体に接続されたリードフレーム構造の配置における多くのリードフレーム構造のうちの１つであっても良い。半導体ダイパッケージの製造工程中で、リードフレーム構造配置は、互いに分離独立したリードフレーム構造に切断されても良い。この切断の結果として、最終的な半導体ダイパッケージにおけるリードフレーム構造（例えばソースリードやゲートリード）は、電気的に又は機械的に互いに結合しないようにしても良い。別の実施例においては、リードフレーム構造の配置は、発明の実施例による半導体ダイパッケージの製造をするときには用いられない。
【００２３】
発明の実施例によるリードフレーム構造は、好適な材料からなり、好適な形状を有し、好適な厚さを有するようにしても良い。典型的なリードフレーム構造材は、例えば銅、アルミニウム、金などの金属を含む。リードフレーム構造は、また、例えば金、クロム、銀、パラジウム、ニッケルなどのめっき層を含む。
【００２４】
発明の実施例による半導体ダイパッケージは、また、いくつかの好適な構成を有する。例えば、リードフレーム構造は、また、約１ｍｍよりも小さい（例えば約０．５ｍｍよりも小さい）厚さを含むいくつかの好適な厚さを有する。更に、リードフレーム構造は、ダイ取り付けパッド（ＤＡＰ）を形成し得るダイ取り付け領域を有しても良い。リードは、ダイ取り付け領域から遠ざかるように横に伸びても良い。それらは、また、ダイ取り付け領域を形成する表面と共面をなす表面を有しても良い。
【００２５】
基板に用いられるモールド材は好適な材料からなる。好適なモールド材は、ビフェニールを基礎とした材料と、多機能架橋エポキシ樹脂合成材料とを含む。好適なモールド材は、リードフレーム構造上に液状又は半固体状で堆積され、その後、それらを固めるための対策が施される。
【００２６】
基板上に搭載された半導体ダイは、いくつかの好適な半導体デバイスを含んでも良い。好適なデバイスは垂直なデバイスを含む。垂直なデバイスは、電流がダイを通じて垂直に流れるように、少なくとも、ダイの一方の側に入力を、ダイの他方の側に出力を有する。典型的な半導体デバイスは、また、２００４年１２月２９日に提出された米国特許出願番号１１／０２６，２７６に記載されており、当該出願は、全ての目的のためにその全体を参照することによって、ここに取り入れられる。
【００２７】
垂直電力トランジスタは、ＶＤＭＯＳトランジスタと垂直バイポーラトランジスタとを含む。ＶＤＭＯＳトランジスタは、拡散によって形成された２つ又はそれ以上の半導体領域を有するＭＯＳＦＥＴである。それは、ソース領域、ドレイン領域及びゲートを有する。そのデバイスは垂直であり、ソース領域とドレイン領域とが半導体ダイの対向する表面にある。ゲートは、トレンチゲート構造又はプラナーゲート構造であり、ソース領域と同じ表面に形成される。トレンチゲート構造はプラナーゲート構造に比較して狭く、占める空間が小さいので、トレンチゲート構造が望ましい。動作中、ＶＤＭＯＳデバイスにおけるソース領域からドレイン領域への電流の流れは、ダイ表面に対してほぼ垂直である。
【００２８】
モールド材は、半導体ダイを包埋するために用いられる。モールド材は、上記のモールド材と同一又は異なる種類の材料からなるものでも良い。いくつかの実施例においては、モールド材が、少なくとも部分的に、基板と、基板上の１つ以上の半導体ダイスを覆う。モールド材は、周辺環境にさらされることによる潜在的な損傷から１つ以上の半導体ダイを保護するのに用いられる。
【００２９】
いくつかの好適な工程が、１つ又は複数の半導体ダイ及び／又は1つ又は複数の半導体ダイスを支持する基板を包埋するのに用いられる。例えば、半導体ダイと基板がモールディングダイに置かれても良く、モールド材が半導体ダイ及び／又は基板の少なくとも一部の周囲に形成されても良い。明確なモールディング状態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に知られている。
【００３０】
図２Ａは、本願発明の一実施例による両側冷却集積電力デバイスモジュールを形成するのに用いられる種類の２つのリードフレーム構造３２及び３４の平面図３０である。リードフレーム構造３２及び３４は、図２Ａ−２Ｃに示される接続バー３６を有する。接続バー３６は、包埋処理の後の個別化工程において取除かれるものであり、図を雑然とさせるのを避けるために他の図には示されていない。接続バーは、リードフレーム構造３２及び３４を１群として配置し且つ１つのリール内に組み立てられるようにするものである。図２Ｂに示されるように、半田ペースト３８は、２つのクリップ４０及び４２に半田付けされるリードフレーム構造３２及び３４のリードに用いられる。２つの電力デバイス４４及び４６は、裏返しにされ、それぞれリードフレーム構造３２及び３４上に配置される。電力デバイス４４及び４６は、チップの製造中に半田によって覆われる。図２Ｃにおける２つのクリップ４０及び４２は、それぞれ、リードフレーム構造３２及び３４と電力デバイス４４及び４６を覆うように配置されている。モジュールは、電力デバイス４４及び４６をリードフレーム構造３２及び３４に接合するため、及びリードフレーム構造３２及び３４の適当なリード上及び電力デバイス４４及び４６の後ろ側のそれぞれに半田ペーストをリフローするために加熱される。本願発明は、複数のＭＯＳＦＥＴ又は単独のＭＯＳＦＥＴに限定されないが、議論を簡単にするために、電力デバイス４４及び４６は、以下、ＭＯＳＦＥＴ４４及び４６として参照される。例えば、ＦＥＴ１２及び１４のソース及びドレインを横切るダイオードは、電力デバイス４４及び４６の部分でも良い。
【００３１】
図２Ｂに見られるように、リード４８及び５０は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ４４及び４６のそれぞれのゲートに接続されている。これらのリードは、個別化工程後、リードフレーム構造３２及び３４のそれぞれの残余から電気的に分離される。リード４８及び５０に接続されていないリードフレーム構造３２及び３４の部分は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ４４及び４６のソースに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４４及び４６のドレインは、それぞれクリップ４０及び４２に半田付けされている。
【００３２】
クリップ４０及び４２は、平面部材５２と、リフロー半田付け工程中に半田ペースト３８でリードに半田付けされた複数の下方に伸長したリード５４とを有する。その結果、ＭＯＳＦＥＴ４４のソースは、クリップ４０によりＭＯＳＦＥＴ４６のドレインに接続される。
【００３３】
図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、例えばエポキシのようなモールド材６８で部分的に包埋された、図２Ｃに示される構造である集積電力デバイスモジュール６６の、それぞれ上面図６０、断面側面図６２及び底面図６４である。断面図３Ｂは、図３Ａにおける線３Ｂ−３Ｂに沿ったものである。平面部材５２は、図３Ａにおけるモジュール６６の上部において露出されている。図３Ｃに示されるように、モジュール６６の底部は、リードフレーム構造３２及び３４の部分である露出されたソースパッド７８及び８０に沿って、リードランド７２、７４及び７６の列を有する。リード８２、８４及び８６は、ソースパッド７８であるＭＯＳＦＥＴ４４のソースに接続されている。リード８８、９０及び９２は、ＭＯＳＦＥＴ４４のドレインとＭＯＳＦＥＴ４６のソースの共通接続部であり、リード９４、９６、９８及び１００は、クリップ４２によってＭＯＳＦＥＴ４６のエミッタに接続されている。
【００３４】
モジュール６６は、２つの別個のＦＥＴ１２及び１４を、ＦＥＴ１２がＭＯＳＦＥＴ４４によって置き換えられ且つＦＥＴ１４がＭＯＳＦＥＴ４６によって置き換えられたモジュール６６に置き換えることによって、図１の同期バックコンバータ１０に用いるのに適当となるものである。モジュール６６を用いることによって、低い側のＭＯＳＦＥＴ４４のドレインの、高い側のＭＯＳＦＥＴ４６のソースへの電気的な接続を提供するクリップ４０を有し、２つのＭＯＳＦＥＴ４４及び４６は共に物理的により近づき、寄生の抵抗１８及びインダクタンス２０は実質的に低減される。その上、電力ＦＥＴの冷却は、上表面５６が包埋されていないクリップ４０及び４２の固有の熱効果特性によって改善されている。２つのデバイスのソースが、それらが取り付けられているリードフレーム構造を経由して露出されているので、冷却は両側冷却によってより改善されている。単一の半田リフローが、複合の半田リフローよりも要望されているので、モジュール６６の製造方法は、また、半田接合の信頼性を向上させる。
【００３５】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、本願発明の別の実施例による両側冷却集積電力デバイスモジュール１０２の底面図及び側面断面図である。底面図４Ａは、ソースパッド１１４及び１１６に沿った、リードランド１０６、１０８、１１０及び１１２の４つの列を示している。モジュール１０２が製造されたときには、列１０８及び１１０のリードは、図４Ｂ及び４Ｃに示されるように一体に接続されている。しかし、それらは、図４Ｂ及び４Ｃに示される線１１８に沿ってモジュール１０２を切断することによって、モジュール１０２が２つの分離した単一の電力デバイスモジュールに分割され、列１０８のリードが列１１０のリードから分離するように設計されている。断面図４Ｂ及び４Ｃは、それぞれ図４Ａの線４Ｂ−４Ｂ及び４Ｃ−４Ｃに沿って得られたものである。図４Ｃでは、リードランド１２０、１２２及び１２４は、ＭＯＳＦＥＴ３６及び３８のためのゲートランドである。モジュール１０２が線１１８に沿って分割された場合には、リードランド１２２は分離される。
【００３６】
図５は、本願発明の別の実施例による、リードが設けられた両側冷却集積電力デバイスモジュール１４０の断面図である。モジュール１４０は、ランドパッド１４４と一体化された外部リード１４２をモジュール１４０の端部に有する。ランドパッド１４４は、先の実施例のようにモジュール１４０の底部において露出されているが、モジュール１４０の底面の上のモジュール１４０の端部に存在する第１の水平部１４６へ向かって上ることによってモールド材の外に伸長しており、それからモジュール１４０の底面におおよそ整列している第２の水平部１４８へ向かって下っている。このリードが設けられたモジュール１４０は、したがって、リードパッケージフットプリントを収容することができる。外部リード１４２は、線１５０及び１５２でモジュール１４０の端部を切断することによりリードレスモジュールを形成するために除去されても良い。
【００３７】
図６Ａ及び６Ｂは、本願発明の別の実施例による両側冷却集積電力デバイスモジュール１６４を形成するための図４Ｃに示されるモジュールの変形のそれぞれの断面側面図１６０及び１６２である。２つのＭＯＳＦＥＴ３６及び３８のドレインは、共通ドレインを形成するために一体に接続されている。図６Ａにおいては、ＭＯＳＦＥＴ３６及び３８を分離するためにリードフレーム構造１６８にスワンカット１６６が形成されている。図６Ｂにおいては、電気的及び熱的伝導ヒートシンク１７０が、共通ドレイン接続を形成するためのクリップ４４及び４６の平面部材５４に取り付けられている。
【００３８】
図７Ａ、７Ｂ及び７Ｃは、本願発明の別の実施例による両側冷却集積電力デバイスモジュール１８０のそれぞれ上面図、部分断面上面図、底面図である。当該実施例は、それぞれカスタマイズされたクリップ１８４及び１８６を有する２つのＭＯＳＦＥＴ４４及び４６を操作するため、ＭＯＳＦＥＴ４４のドレインをＭＯＳＦＥＴ４６のソースに接続するため、及びＭＯＳＦＥＴ４４及び４６のための冷却を提供するための制御ＩＣ１８２を含む。図７Ａは、モジュール１８０の上部において露出されたクリップ１８４及び１８６の平面部材１８８及び１９０の各々を表す上面図である。図７Ｃに示されるように、モジュール１８０は、モールド材１９８の端部を越えて伸長している端部リードランドと共に、リードランド１９２、１９４及び１９６の３つの列を有する。図７Ｂは、モジュール１８０の部分断面の上面図である。制御ＩＣ１８２は、列１９２における幾つかのリードランドへの、及びＭＯＳＦＥＴ４６のゲート及びソースへの、複数のワイヤボンド２００を有する。クリップ１８４及び１８６の形態、及びモジュール１８０のフットプリントは、本願発明の柔軟性を説明する先に記載されたモジュールとは異なる。
【００３９】
図８Ａは、本願発明の実施例の１つの用途のために、良く知られた操作方法を用いて金属フレームから穴開けされる４つのクリップ２０２の輪郭を示す金属板２００の上面図である。このように、クリップ２０２は、集合して配置され且つ１つのリールで作製され得る。図８Ｂは、図８Ａに示される金属板から押し出され、図３Ｂで用いられたクリップに成形された後の２つのクリップ２０２の側面図である。図８Ｂに示されるように、クリップ２０２は、半田付けの向上のためにそれらに形成された溝２０４を有する。
【００４０】
図９Ａは、複数の部分的に包埋されたモジュール２１２のブロックモールド２１０の上面図である。図５に示されるリードが設けられたモジュール１４０の事例のモールドの場合、モジュール１４０は、個別化されたモジュールとして形成される。図９Ｂは、ブロックモールド２１０から個別化された後の図３Ａ−３Ｃに示される包埋されたモジュール６６の種類の底面図である。いずれのリードレスモジュールもブロックモールド２１０内に形成され得ると認められる。
【００４１】
図１０は、本願発明の別の実施例による電力半導体パッケージ３００の等角部分断面図である。パッケージ３００は、３つの分離セグメント、つまり、制御セグメントすなわちゲートセグメント３０２、第１電流キャリーセグメントすなわちソースセグメント３０４、及び第２電流キャリーセグメントすなわちドレインセグメント３０６からなるリードフレーム構造を有する。ゲートセグメント３０２は、モールド材３１０を越えて伸長する外部リード３０８を含み且つゲートセグメント３０２のより厚い部分３１２の部分である。垂直表面３１４は、ゲートセグメント３０２のより厚い部分３１２の部分とより薄い部分３１６との間の境界を明示している。
【００４２】
ソースセグメント３０４は、ソースセグメント３０４の３つのより厚い部分３２０の部分であり且つモールド材３１０を越えて伸長する３つの外部リード３１８を有する。垂直表面３２２は、ソースセグメント３０４のより厚い部分３２０とより薄い部分３２４との間の境界を明示している。より薄い部分３２４は、実質的に下方に横たわっているソースセグメント３０４の本体の部分であり、半導体デバイス３２６に取り付けられている。別のより厚い部分３２８は、ソースセグメント３０４の本体の部分の下に伸長している。ソースセグメント３０４は、半導体パッケージ３００が組み立てられるときに適所にあってソースセグメントを保持するのに用いられる２つの連結バー３３０及び３３２（図１１に示される）を有する。
【００４３】
ドレインセグメント３０６は、ドレインセグメント３０６の４つのより厚い部分３３６の部分であり且つモールド材３１０を越えて伸長する４つの外部リード３３４を有する。垂直表面３３８は、ドレインセグメント３０６のより厚い部分３３６とより薄い部分３４０との間の境界を明示している。
【００４４】
半導体デバイス３２６は、ソースセグメント３０４だけでなくゲートセグメント３０２にも取り付けられている。半導体デバイスは、半田バンプ３４２及び半田３４４によってゲートセグメント３０２にそのゲートが取り付けられ且つ半田バンプ３４６及び半田３４４によってソースセグメント３０４にそのソースが取り付けられたフリップチップパワーＭＯＳＦＥＴでも良い。なお、それらの全てが図１０に示されているわけではない。
【００４５】
半導体デバイス３００の上部への取り付けは、上表面３５２と各々が分岐端３５６を有する３つの屈曲部３５４とを有するドレインクリップ３５０であり得るスタッド又はクリップ３５０によってなされる。分岐部３５６は、半田３４４によってエミッタセグメント３０６に取り付けられる。分岐部３５６の各々は、半導体デバイス３２６上の半田バンプの形状に似せて形作られた丸み部３６０（図１１及び１５に示される）に終わる。ドレインクリップ３５０は、クリップの３つの上端上の中間部に沿った切り取り領域３６２を形成するためにハーフエッチングされる。切り取り領域３６２は、モールド材３１０と共にドレインクリップ３５０を適所にしっかり固定するのを助ける。モールド材３１０は、ドレインクリップ３５０の上表面３５２及びゲートセグメント３０２のより厚い部分３１２、ソースセグメント３０４のより厚い部分３２０及び３２８、及びドレインセグメント３０６のより厚い部分３３６を露出させつつ、パッケージ３００の上部から底部へ伸長している。
【００４６】
図１１は、図１０に示される電力半導体パッケージ３００の分解図であり、モールド材３１０を除いて残存しているパッケージ３００の構成要素の全体図を提供している。
【００４７】
図１２は、パッケージ３００の個別化に先立ってリードフレームの部分３７２に接続されたリードフレーム構造セグメント３０２、３０４及び３０６と共に輪郭で示されるモールド材３１０と共に、半導体パッケージ３００を示す上面図３７０である。図１２に示されるように、エミッタセグメント３０６のより厚い部分３３６とより薄い部分３４０との間の直角エッジ３３８は、外部リード３３４の端部に対して平行になっているだけでなく、図１２において伸長している。切断線３７４は、パッケージ３００が個別化された後における外部リード３０８、３１８及び３３４の端部の位置を示す。
【００４８】
図１３及び１４は、図１０に示される半導体パッケージ３００のそれぞれ等角上面図及び等角底面図である。図１４に示されるように、リードフレーム構造のゲートセグメント３０２、ソースセグメント３０４及びエミッタセグメント３０６のより厚い部分は、パッケージ３００の底部において露出されている。一方、３つのセグメント３０２、３０４及び３０６のより薄いセグメントはモールド材３１０内に包まれている。ソースセグメント３０４のより厚い部分３２８の露出された表面は、ドレインリード３１８に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ３２６のソースへの電気的な接続のためのドレインリード３１８に代えて又は加えて用いられても良い。露出された表面３８０は、また、半導体ダイ３２６から離れる方向への付加的な熱導電を提供するためにプリント回路基板（ＰＣＢ）上の金属島に半田付けされても良い。
【００４９】
図１５は、図１３に示される線１５−１５に沿って得られた第１の図式的断面図である。
【００５０】
図１６は、図１３に示される線１６−１６に沿って得られた第２の図式的断面図である。
【００５１】
図１７は、輪郭で表されるモールド材３１０を伴う、図１０に示される半導体パッケージ３００の等角上面図である。
【００５２】
図１８は、輪郭で表されるモールド材３１０を伴う、図１０に示される半導体パッケージ３００の等角底面図である。
【００５３】
図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅ、１９Ｆ、１９Ｇ、１９Ｈ、１９Ｉ、１９Ｊ、１９Ｋ及び１９Ｌは、パッケージ３００の組み立ての様々な段階における図１０に示される半導体パッケージ３００の等角図である。図１９Ａは、クリップ３５０の底を表す。単一のクリップ３５０のみが表されているものの、クリップ３５０は、組立工程の当該部分を通じて別のクリップ３５０に取り付けられていると理解される。半導体ダイ３２６は、クリップ３５０上に軟ろうを置き、軟ろう上の適所に半導体ダイ３２６を置き、半導体ダイ３２６とクリップ３５０との間に半田接合を形成するために半田をリフローすることによって、その背面をクリップ３５０に向けて半田付けされる。
【００５４】
次に、銅バンプ又はウエハレベルボールドロップが、図１９Ｃに示されるように半田バンプ３４２及び２４６を形成するために半導体ダイの上面に置かれる。図１９Ｄにおいて、クリップ５１０は、自身に取り付けられた他のクリップから分離又は個別化される。
【００５５】
図１９Ｅは、半田ペーストが部分３７２上に置かれた後における、図１２に示されるリードフレームの部分３７２を示す。図１９Ｄに示される組み立て物は、部分３７２を覆うように置かれ、図１９Ｆに示される組み立て物を形成するための半田ペーストをリフローすることによって部分３７２に半田付けされる。半田ペーストをリフローするために必要とされる熱量は、図１９Ｂに示されるクリップ３５０上に置かれた軟ろうを軟化させるのに必要とされる熱量よりも少ない。それゆえ、クリップ３５０と半導体ダイ３２６との間の接合は不安定にならない。
【００５６】
次に、モールド材３１０は、図１９Ｇに示されるようなフィルム補助モールディングを用いて、図１９Ｆに示される組み立て物の上にモールドされる。この組み立て物は、それから、ウエハジェットデフラッシュ（図１９Ｈ）及びレーザーマーキング（図１９Ｉ）を受ける。
【００５７】
パッケージ３００は、それから、図１９Ｊに示される組み立て物を形成するためにリードフレームから個別化される。組み立て物は、それから、検査され（図１９Ｋ）、梱包され積荷される（図１９Ｌ）。
【００５８】
本願発明は、ある好ましい実施例との特定の関係において詳細に記述されたが、本願発明の精神及び範囲内において変形及び変更がもたらされると理解される。
【図１】
2010534937.tif 000003
【図２Ａ】
2010534937.tif 000004
【図２Ｂ】
2010534937.tif 000005
【図２Ｃ】
2010534937.tif 000006
【図３Ａ】
2010534937.tif 000007
【図３Ｂ】
2010534937.tif 000008
【図３Ｃ】
2010534937.tif 000009
【図４Ａ】
2010534937.tif 000010
【図４Ｂ】
2010534937.tif 000011
【図４Ｃ】
2010534937.tif 000012
【図５】
2010534937.tif 000013
【図６Ａ】
2010534937.tif 000014
【図６Ｂ】
2010534937.tif 000015
【図７Ａ】
2010534937.tif 000016
【図７Ｂ】
2010534937.tif 000017
【図７Ｃ】
2010534937.tif 000018
【図８Ａ】
2010534937.tif 000019
【図８Ｂ】
2010534937.tif 000020
【図９Ａ】
2010534937.tif 000021
【図９Ｂ】
2010534937.tif 000022
【図１０】
2010534937.tif 000023
【図１１】
2010534937.tif 000024
【図１２】
2010534937.tif 000025
【図１３】
2010534937.tif 000026
【図１４】
2010534937.tif 000027
【図１５】
2010534937.tif 000028
【図１６】
2010534937.tif 000029
【図１７】
2010534937.tif 000030
【図１８】
2010534937.tif 000031
【図１９Ａ−１９Ｌ】
2010534937.tif 000032
【国際調査報告】
2010534937.tif 000033
2010534937.tif 000034