專利名稱：一種改進(jìn)的表面封裝的大功率半導(dǎo)體封殼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的封殼及其引線框架，更具體地說，涉及一種適于表面封裝的大功率半導(dǎo)體器件。
公知的大功率半導(dǎo)體器件的封殼能在絕緣金屬基片(IMS)或其它的平支撐板面上進(jìn)行表面封裝。在美國(guó)專利申請(qǐng)流水號(hào)No.08/583,219中公開了這樣的一個(gè)組件，申請(qǐng)日是1996年1月4日，發(fā)明名稱是“表面封裝的半導(dǎo)體封殼”，作為參考其包含在本申請(qǐng)中。這樣的封殼很好地適于對(duì)有導(dǎo)電圖形的平支撐板，如絕緣金屬基片結(jié)構(gòu)，進(jìn)行表面封裝。(一種覆蓋薄絕緣膜的厚銅或鋁基片，該膜具有一薄的形成圖形的銅或其它導(dǎo)電可焊接的上表面)。
本發(fā)明是對(duì)美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朜o.08/583,219所示器件的一種改進(jìn)，使之更有效和更便于制造。
根據(jù)本發(fā)明，它提供一種新型引線框架，該框架在一個(gè)中心平坦的基片部能容納一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片，如功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管芯片，IGBT芯片，快速再生二板管芯片，肖特基二板管芯片及其混合芯片。該芯片在它們的底面與基板相連接，在它們的頂部與適合的引線相連接。引線框架具有兩個(gè)電源端子，它們位于一個(gè)方形封殼的兩個(gè)相鄰的拐角處并能相互連接。電源端子便于與一扁平塑料模制殼體相連接，該殼體能密封中央引線框架基板的頂端和側(cè)邊。多個(gè)控制管腳或端子，他們起初是引線框架的一部分，但是在殼體制模后，從散熱片中分離出來，并從與含有電源端子側(cè)邊相對(duì)的殼體的側(cè)邊向外延伸。
至少設(shè)有兩個(gè)間隔相近的控制端子或管腳，它們能與殼體中芯片的柵極和陰極或電流流向端子相電連接。一個(gè)第三遠(yuǎn)端子(遠(yuǎn)離間隔相近的第一和第二控制端子)也能和其它的端子相連接，例如與可控硅芯片的柵極相連接，如果在殼體中含有這種芯片。
引線框架最好是一個(gè)單層薄導(dǎo)電板。延伸出模制殼體邊緣的端子一部分可能垂直偏移，以便為引線框架形成一個(gè)改進(jìn)的塑料固定件。端子的底面與引線框架的基板在同一平面上。主散熱片設(shè)有平行的槽，這些槽能穿越基板上的芯片的相對(duì)側(cè)面，以便給模制殼體形成另一個(gè)塑料固定件。淺燕尾槽能從這些槽一個(gè)內(nèi)邊緣向基板的一端或兩端延伸，這樣也能形成改進(jìn)的塑料固定件。
基板表面是具有一個(gè)不平坦的或有皺紋(waffled)的表面，以改進(jìn)底部芯片表面電極與基板的焊接。能與放熱片或IMS板的導(dǎo)電圖形進(jìn)行表面封裝的基板的底面也是起皺不平的，以提高基板與散熱片的焊接質(zhì)量，從而避免焊縫的形成。
絕緣殼體的底面也設(shè)有完全橫跨組件寬度的沖洗槽，并與含有輸入和輸出端子的側(cè)邊相平行，且位于端子和基板之間。這些槽增加了端子與基板之間的表面徑向距離，且在下焊過程中沖洗出焊液。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，短薄擱板從沖洗槽的底端延伸，橫跨殼體底部的寬度，以提高焊液的沖洗功能。
如上所述，各個(gè)端子管腳的一部分被垂直切斷或偏移以改善塑料固定件的功能。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，在偏移區(qū)的部分圓形邊緣沒有一小方形凹槽或階梯角從而形成一個(gè)陡沿，以便在制模過程中避免塑料通過端子的底面泄漏出去。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，端子在緊靠塑料殼體的外側(cè)，其側(cè)面相鄰部設(shè)有細(xì)長(zhǎng)的可壓偏的圓凸起，這些圓凸起在一模具封蓋時(shí)能向內(nèi)擠壓，從而形成一個(gè)能避免制模塑料通過伸出殼體的端子的側(cè)邊泄漏出去的密封口，該封口可能影響端子的焊接。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)特征，一整塊引線框架栓條在殼體內(nèi)部連接位于殼體兩個(gè)拐角處的電源輸入端子。殼體內(nèi)芯片的引線接頭可做成這種專門的栓條，該栓條包含在殼體中。這種栓條能改進(jìn)電線接頭的連接，而且還可作為殼體的一個(gè)塑料固定件。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，從下面參見附圖的描述將會(huì)變得更清楚。


圖1是本發(fā)明最佳實(shí)施例封殼的俯視圖；圖2是本發(fā)明最佳實(shí)施例封殼的仰視圖；圖3是本發(fā)明最佳實(shí)施例封殼的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明最佳實(shí)施例封殼的電源端子的側(cè)視圖；圖5是安裝在圖1至4中封殼上的IMS支撐板的縱剖視圖；圖6是用于圖1至4中封殼上的引線框架的俯視圖；圖7是沿圖6中線7-7的縱剖視圖；圖8是圖6中引線框架的仰視圖9是圖7中圓圈“A”的放大視圖；圖10是圖3中圓圈“B”的放大視圖，顯示出控制端子與塑料殼體的鎖定及新型的沖洗槽結(jié)構(gòu)；圖11是本發(fā)明最佳實(shí)施例平單層薄板引線框架的一部分視圖，且端子接頭未產(chǎn)生偏移；圖12是在端子接頭產(chǎn)生偏移后，圖11中引線框架的視圖；圖13是圖12中在角區(qū)“C”處一個(gè)階形端角的形狀的視圖，該階形端角能避免在制模過程中，塑料通過端子的底面滲漏；圖14是圖6中圓圈“D”的放大視圖，顯示從引線框架內(nèi)的塑料鎖狹槽的端部延伸的塑料鎖沖洗槽圖；圖15是沿圖14中線15-15的剖視圖；圖16是一個(gè)被分開的引線框架端子的俯視圖，它還顯示在端子側(cè)面能被垂直壓偏的圓凸緣，這些圓凸緣能密封模具以避免塑料滲漏至端子外露的焊接面中；圖17是圖16的側(cè)視圖；圖18顯示出半導(dǎo)體芯片焊接到基板上，且用引線使芯片與外端子相連接的引線框架的視圖還顯示出在模制殼體(未示)成形之后，引線框架成適合狀態(tài)的視圖；圖19是圖18的電路框圖；圖20是圖1中沿線20-20并且包含了一個(gè)“U”型散熱片的封殼的縱剖視圖。
首先，參見圖1至4，它們是本發(fā)明最佳實(shí)施例的表面封裝的封殼的外視圖，它由一模制的絕緣塑料殼體30組成，該殼體是細(xì)長(zhǎng)的方形的，包括上表面和一單層薄板引線框架的端部，該引線框架可以是常用的大約為1.27mm厚的銅合金。在最佳實(shí)施例中，殼體30大約長(zhǎng)為29mm，寬為14.2mm，高為4.27mm。引線框架參見圖6、7、8下面作詳細(xì)描述。引線框架部件在圖1至4中包括引線框架散熱片31，位于方形殼體30一端拐角的電源端子32和33，及殼體對(duì)端的控制端子或管腳34、35和36。端子32至36伸出殼體側(cè)邊大約1mm。端子34和35最好間距較近，如二者中心的間距大約為2.5mm，而端子35和36最好間距稍寬些，如其二者中心的距離大約為6.0mm。
如圖3所示，基板31的底部與端子32至36是其平面的，它們能與散熱片支撐板(如IMS板)的模制表面相連接。圖5是一種常用IMS板的縱剖視圖，它由覆蓋了一層很薄的絕緣聚合物41的較厚的熱傳導(dǎo)(銅或鋁合金)板40組成。在絕緣層41的上部設(shè)有一模制薄的導(dǎo)電焊接層42。層42可設(shè)制成任何所需的形狀，但是，在圖5中層42被分成一段部42a和數(shù)個(gè)與端子32至36為同一直線的分塊。如圖5所示，例如只有分塊42b和42c分別與端子32和34為同一直線。這樣就會(huì)在使用正常的焊接技術(shù)的情況下，對(duì)圖1至4中的封殼的底部與圖5中的IMS板的焊接變得非常方便。
如圖1和20所示，在俯視和側(cè)視時(shí)，基板31伸出殼體30。具體地說，基板部31a和31b從殼體30的側(cè)邊側(cè)向伸出。這種側(cè)向伸出的基板部31a和31b形成了一個(gè)增大了的散熱片接觸面，從而能使基板31，例如，與一個(gè)用于整個(gè)封殼更好地散熱的“U型”散熱片31c相連接。最好情況是，“U型”散熱片31c能焊接到基板部31a、31b上。
為了協(xié)助和改進(jìn)焊料向下運(yùn)作，在塑料殼體30的底部設(shè)有并貫穿其底部的焊液沖洗凹槽50和51(圖2和3)，這兩個(gè)凹槽分別位于基板31的對(duì)邊與端子32至33及34至36行線之間，并與它們相平行。槽50和51最好有一個(gè)彎曲的橫截面，其半徑大約為0.4mm。這些凹槽在焊料向下運(yùn)作完成之后，對(duì)沖洗焊液十分有幫助作用，它們還增加了基板31與端子32至36之間經(jīng)過塑料殼體表面的徑向距離。
為了提高沖洗焊液的功能，如圖10所示，設(shè)有短淺擱板60和61是十分有效的，擱板60和61厚度大約為0.1mm，它們能保證每個(gè)沖洗槽50和51是隔開的，并在組件焊接于基板上方是開口的。
在容納芯片或殼體之前，引線框架如圖6、7、8所示。在充分制模后端子34至36與端子32、33及基板31是相互分開的，基板31和端子32至36是引線框架的組成部分，并由分開的分塊連接在一起。引線框架還設(shè)有使電源端子32和33相連接的大橫條70(圖6至8和18所示)，該橫條還用作一個(gè)塑料固定以便使引線框架與塑料殼體30相連接固定。橫條70也作為引線連接連接面，如圖18和19所示。
基板部31設(shè)有兩個(gè)平行的細(xì)長(zhǎng)狹槽71和72(如圖6至8、14和15所示)，這兩槽在制模過程中填充塑料，同時(shí)還形成一個(gè)塑料固定件以能使基板與殼體30相固定。特設(shè)短倒鉤73和74分別從狹槽71和72的內(nèi)側(cè)向外延伸，還能形成另一個(gè)塑料固定件以便進(jìn)一步使引線框架基板31與塑料殼本相互固定。
為了進(jìn)一步形成一個(gè)塑料固定件，燕尾槽80至83(圖6、14、15所示)從基板31的上表面上的狹槽71和72的端部延伸至基板的端部，這些燕尾槽在制模過程中填充塑料以便進(jìn)一步使基板31與殼體相互固定。
應(yīng)該指出的是，基板31的上表面中央部分是一個(gè)“皺紋”狀不平的表面85。基板31的上表面鍍了一層鎳，還設(shè)有間隔淺凹坑(深度最好大約為0.05mm)，最好是直徑大約為0.25mm中心相距大約為0.6mm的圓凹坑。大家所熟知的是這種皺紋不平的形狀能提高芯片與皺面的焊接。根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的另一個(gè)方面，基板31的另一對(duì)面也設(shè)置成皺紋狀86(圖8)。這個(gè)表面通常是平滑的，但發(fā)現(xiàn)出如果這個(gè)表面稍微成凹面時(shí)，在下焊過程中，能避免焊縫的形成。通過增加他們之間濕潤(rùn)度和焊液流量，在凹形引線框架底表面上的皺形狀能提高其與平散熱片表面的焊接效果。
圖11是設(shè)有基板31和端子36的引線框架的部分剖視圖。該框架原來是一個(gè)上、下表面都是較平滑的框架?，F(xiàn)得知通過部分壓模，使引線框架端子部稍微產(chǎn)生移位，如圖12所示端子能更好地與塑料殼體30相固定。對(duì)于1.27mm厚的引線框架，所用的實(shí)際偏移量大約為0.5mm。還得知，在制模過程中(在偏移過程后)，塑料能通過端子36的下表面和其它偏移端子32至35一點(diǎn)點(diǎn)地流向圖12中“C”部的圓端。還可知，在每個(gè)端子拐角“C”壓模出的一個(gè)方形凹槽95(圖9和13所示)能避免不期望的塑料的滲透，凹槽95最好通過剪切材料(與折彎材料相反)形成，因?yàn)檫@樣的方法不需要額外的側(cè)向空間。
凹槽95深度約為0.2mm，長(zhǎng)度約為0.3mm。每個(gè)偏移端子32至36的凹槽95如圖6和7所示。
根據(jù)該新組件的又一特征，伸出塑料殼體30的每個(gè)管腳或端子具有一個(gè)或多個(gè)從端子厚度方向(即側(cè)面)伸出的圓凸起。圓凸起100，101的厚度應(yīng)根據(jù)引線框架的厚度而變化。通常圓凸起100，101厚度為0.05～0.5mm。因此，如圖16和17所示，兩個(gè)可壓扁的圓凸起100，101，其半徑，例如為0.2mm(對(duì)于1.2mm厚的引線框架)，易于借助模具被壓扁或部分壓平，從而能避免塑料流出圓凸起100，101所限定的界邊。如圖6和7所示，可壓扁的圓凸起全部設(shè)置在引線框架上。
圖18是兩個(gè)同組的半導(dǎo)體芯片110，111在焊接到基板31后的引線框架基板31的視圖。同組的芯片110，111可以是任何類型的，但在圖18和19中，他們分別是功率絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和快速恢復(fù)二極管(FRED)。
需要指出的是，在圖19中，IGBT110的集電板與FRED111的陰極相連接，因?yàn)檫@些電極是與導(dǎo)電基板31相焊接的，并通過基板31相連接。因此導(dǎo)電基板31設(shè)成一個(gè)用于同組件與外部電路形成電連接的部件。IGBT110的發(fā)射設(shè)用引線112與FRED二極管111的陰極相連接。導(dǎo)線113繼續(xù)連續(xù)橫條70和端子32、33。
此外，導(dǎo)線115用于連接IGBT110的柵極和柵極端子35，如圖18所示，在端子34上也設(shè)有一發(fā)射板Kelvin連接線116。
本發(fā)明最佳實(shí)施例的前面描述能夠表明說明書和圖示的目的。上述公開的技術(shù)方案，不是想要窮舉或限制本發(fā)明。根據(jù)以上說明可對(duì)本發(fā)明作許多修改和變化?？梢哉J(rèn)為，本發(fā)明的保護(hù)范圍不是由前面詳細(xì)描述所限定的，而是由后面權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種表面封裝的半導(dǎo)體封殼，它包括一半導(dǎo)體器件；一封裝了半導(dǎo)體器件的金屬基板；一塑性材料制成的殼體，它在固化以后能與金屬基板連接，并能封裝半導(dǎo)體器件，該殼體至少包含一個(gè)沖洗槽，該沖洗槽橫跨殼體底部，并延伸于殼體的相對(duì)側(cè)邊，沖洗槽至少沿其一邊緣設(shè)有擱板，擱板厚度比沖洗槽淺。
2.如權(quán)利要求1所述的表面封裝的半導(dǎo)體封殼，其特征在于該封殼還包括一個(gè)或多個(gè)共平面的，與金屬基板遠(yuǎn)離相距的端子，沖洗槽位于金屬基板與端子之間。
3.一種表面封裝的半導(dǎo)體封殼，它包括一半導(dǎo)體器件；一封裝了半導(dǎo)體器件的金屬基板；一塑性材料制成的殼體，它在固化以后能與金屬基板連接，并能封裝半導(dǎo)體器件；一橫條；至少有第一和第二端子，第一和第二端子共平面，并與金屬基板相遠(yuǎn)距離，第一與第二端子相互間隔，并由橫條連接在一起，橫條與金屬基板相鎖定，在殼體的塑性材料固化后第一、第二端子及殼體一起形成。
4.如權(quán)利要求3所說的表面封裝的半導(dǎo)體封殼，其特征在于金屬基板沿其邊側(cè)至少設(shè)有一個(gè)槽，該槽能填充殼體的塑性材料，并在殼體固化后，它能使金屬基板與殼體相固定。
5.如權(quán)利要求4所述的表面封裝的半導(dǎo)體封殼，其特征在于該槽包括一個(gè)從槽內(nèi)壁延伸的倒鉤，該倒鉤填入殼體材料，并能使金屬基板與殼體相互固定。
6.如權(quán)利要求3所述的表面封裝的半導(dǎo)體封殼，其特征在于，該金屬板至少沿其一邊側(cè)的至少一部分設(shè)有一個(gè)燕尾槽，該槽能填充殼體的塑性材料，在殼體固化后，能使金屬基板與殼體相互固定。
7.一種表面封裝的半導(dǎo)體封殼，它包括一半導(dǎo)體器件；一封裝了半導(dǎo)體器件的金屬基板；一塑性材料制成的殼體，它在固化以后能與金屬基板相連接，并能封裝半導(dǎo)體器件；至少一個(gè)與金屬基板相遠(yuǎn)距的端子，該端子一部分與金屬基板其平面，一部分偏移，該端子還具有沿共平面部的底部側(cè)設(shè)有一個(gè)凹槽，以免在殼體固化后，殼體的塑性材料流向共平面部的底面。
8.一種表面封裝的半導(dǎo)體封殼，它包括一半導(dǎo)體器件；一封裝了半導(dǎo)體器件的金屬基板；一與金屬基板相連接，并封裝了半導(dǎo)體器件的殼體，金屬板包括伸出殼體側(cè)邊的側(cè)伸部，以此增加組件的散熱效果，還便于提供一個(gè)散熱片與組件相固定的上表面，金屬基板還包括一個(gè)在基片上用于安裝的底表面。
9.如權(quán)利要求8所述的表面封裝的半導(dǎo)體封殼，其特征在于金屬基板包括第一和第二側(cè)伸部，第一例伸部伸出殼體的一例邊，第二側(cè)伸部伸出殼體的另一相對(duì)的側(cè)邊，散熱片與第一和第二側(cè)伸部相連接固定。
10.如權(quán)利要求9所述的表面封裝的半導(dǎo)體封殼，其特征在于該散熱片是“U型”狀的。
全文摘要
一種表面封裝的半導(dǎo)體封殼包括設(shè)置在塑料殼體的底表面的沖洗槽。該封殼還設(shè)有用于使塑料殼體與封裝了半導(dǎo)體器件的金屬基板相鎖定的固定件,其中的固定件包括端于之內(nèi)的一橫條,位于金屬基板上含有倒鉤的凹槽,在金屬基板設(shè)置的燕尾槽。金屬基板設(shè)有一個(gè)皺面以改進(jìn)與基片的連接。該封殼還包括端子偏移部以提供能使塑料殼體材料填充的空間,從而能改進(jìn)端子的封裝。金屬基板伸出塑料殼體的側(cè)邊,以提高散熱效果及提供一個(gè)連接散熱片的表面。
文檔編號(hào)H01L23/02GK1179626SQ9712055
公開日1998年4月22日 申請(qǐng)日期1997年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月5日
發(fā)明者P·R·愛維爾, A·烏德沃爾思 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司