、16提供在封裝結(jié)構(gòu)70的兩側(cè)上，從而提供在兩側(cè)上 形成POL通路和圖案化POL金屬互連件的能力。電子構(gòu)件72、74、76定位在聚酰亞胺層14、 16之間，以及電子構(gòu)件72、74、76通過(guò)粘接劑22被附接到聚酰亞胺層14。介電密封劑24 提供在聚酰亞胺層14、16之間，介電密封劑24由一個(gè)或多個(gè)以"膜"或"面板"的形式提供 的介電片材26組成，從而多個(gè)介電片材26能彼此堆疊以達(dá)到填充半導(dǎo)體裝置72、門驅(qū)動(dòng)器 74和被動(dòng)裝置76周圍的區(qū)域所需的期望高度/厚度。如上面描述，介電片材26受到層壓 工藝，其導(dǎo)致介電片材26熔化并失去它們的膜的形式以流動(dòng)并填充電子構(gòu)件72、74、76的 周圍和聚酰亞胺層14、16之間的任何空的空氣間隙。盡管沒(méi)有示出，公認(rèn)的是，POL腹板結(jié) 構(gòu)（如圖20中的腹板62)可與密封劑24定位在半導(dǎo)體裝置12的周圍以給POL結(jié)構(gòu)提供 穩(wěn)定性，其中POL腹板結(jié)構(gòu)由在層壓工藝期間不流動(dòng)的材料形成。
[0123] 如圖23所示，多個(gè)通路30穿過(guò)聚酰亞胺層14下到電子構(gòu)件72、74、76形成。通 路30也穿過(guò)聚酰亞胺層16到達(dá)半導(dǎo)體裝置72的背面上的墊片78而形成。貫通路36也 穿過(guò)聚酰亞胺層14、16和介電片材26而形成。金屬互連件38隨后形成在封裝結(jié)構(gòu)70中 以提供其中的電和熱連接/路徑。如圖23中所示，例如，POL互連件38被圖案化和蝕刻以 達(dá)到期望的形狀，從而提供封裝結(jié)構(gòu)70的正側(cè)18上的電連接和提供在封裝結(jié)構(gòu)70的背側(cè) 20上的大區(qū)域的電和熱連接，其允許結(jié)構(gòu)附接到例如散熱部或系統(tǒng)I/O。
[0124] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并如在附圖23中的虛線所示，圖22中的封裝結(jié)構(gòu)70 可進(jìn)一步被處理，例如通過(guò)增加熱界面材料（??Μ) 82到結(jié)構(gòu)的背側(cè)20 (即在介電層16上）。 艮P，具有熱導(dǎo)性的兼容??Μ 82層被施加在POL結(jié)構(gòu)70上并在POL互連件38上，互連件38 在封裝結(jié)構(gòu)的背側(cè)20上形成大區(qū)域的銅墊。合適的??Μ的示例無(wú)限制地包括粘接劑、潤(rùn)滑 月旨、凝膠劑、襯墊、膜、液體金屬、可壓縮金屬和相變材料。液體金屬TIM，例如特別的是銦鎵 合金，合金特別地在功率電子應(yīng)用中遭遇過(guò)溫時(shí)處在液態(tài)?？蓧嚎s金屬足夠柔軟以在散熱 部和POL匹配表面之間產(chǎn)生緊密接觸且例如可包括銦。以這種方式，散熱部（未示出）可 被熱結(jié)合到POL結(jié)構(gòu)70,而未使用釬焊或冶金直接結(jié)合散熱部到POL結(jié)構(gòu)70,或在結(jié)合POL 結(jié)構(gòu)到散熱部之前并不需要平整POL結(jié)構(gòu)70。
[0125] 在圖23中，封裝結(jié)構(gòu)70因此被提供具有在封裝結(jié)構(gòu)兩側(cè)上的POL互連件38。由 于其層壓工藝，封裝結(jié)構(gòu)70能完全使所有的電子構(gòu)件72、74、76嵌入，以及因此與表明安裝 技術(shù)是可兼容的并提供雙側(cè)冷卻。雙側(cè)封裝結(jié)構(gòu)70在功率模塊中排除了額外多層襯底（像 DBC襯底等）的需要，功率模塊將特別地用于電和熱功能，因?yàn)檫@種襯底完全由POL通路和 在裝置背側(cè)用于電連接和熱擴(kuò)散的大銅墊取代。在封裝結(jié)構(gòu)70中多層襯底的排除，消除了 第二級(jí)組裝工藝，如焊接、底部填充（或上部模塑）等。因此最終的封裝結(jié)構(gòu)70具有非常 小的形式因數(shù)并高度小型化。
[0126] 因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，封裝結(jié)構(gòu)包括第一介電層，附接于第一介電層的 至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置，施加于第一介電層且在至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍以使至少一個(gè)半導(dǎo) 體裝置嵌入其中的一個(gè)或多個(gè)介電片材，以及形成在至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置的多個(gè)通路，多 個(gè)通路形成在第一介電層和一個(gè)或多個(gè)介電片材中的至少一者。封裝結(jié)構(gòu)還包括形成在多 個(gè)通路中和在封裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)朝外表面的金屬互連件，以形成到至少一個(gè)半導(dǎo)體裝 置的電互聯(lián)。第一介電層由在層壓工藝期間不流動(dòng)的材料組成，并且一個(gè)或多個(gè)介電片材 中的每一個(gè)由可固化材料組成，該材料被構(gòu)造成在層壓工藝期間當(dāng)固化時(shí)熔化并流動(dòng)，使 得一個(gè)或多個(gè)介電片材熔化并流動(dòng)以填充于至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍的任何空氣間隙。
[0127] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，制造半導(dǎo)體裝置封裝結(jié)構(gòu)的方法包括，通過(guò)粘接劑 附接至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置到第一介電層，形成一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造為當(dāng)固化時(shí)熔化并流動(dòng)的可 固化材料的介電片材，其中介電片材的每一個(gè)在未固化或部分固化狀態(tài)，施加一個(gè)或多個(gè) 介電片材在第一介電層上，以被定位在至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍，施加銅箔在最后介電片 材的外表面上，和固化一個(gè)或多個(gè)介電片材，以使得一個(gè)或多個(gè)介電片材熔化并流入存在 于至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍的任何空氣間隙中，并且使得至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置嵌入其中， 其中第一介電層在一個(gè)或多個(gè)介電片材固化期間不流動(dòng)。方法還包括形成多個(gè)通路到至少 一個(gè)半導(dǎo)體裝置，多個(gè)通路形成在第一層和一個(gè)或多個(gè)介電片材中的至少一者，和在多個(gè) 通路中且在封裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)外表面的至少一部分上形成金屬互連件，金屬互連形成 到至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置的電互連。
[0128] 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，POL封裝結(jié)構(gòu)包括第一介電層，第一介電層具有施加 到其至少一部分上的粘接劑，通過(guò)粘接劑附接到第一介電層的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置，其 中一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置的每一個(gè)的表面具有附接到第一介電層的接觸墊，和被定位在一 個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍的第一介電層上的介電密封劑，使得一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置被嵌 入其中，介電密封劑包括一個(gè)或多個(gè)未固化或部分固化的介電片材，其被構(gòu)造成在固化時(shí) 熔化并流動(dòng)從而填充存在于一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍的任何空氣間隙。POL封裝結(jié)構(gòu)還 包括形成在一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置和在第一介電層和介電密封劑中的至少一者的多個(gè)通 路，以及POL互連件，其形成在多個(gè)通路中以形成到一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體裝置和在POL封裝結(jié) 構(gòu)中的所有電和熱互連。第一電介質(zhì)被構(gòu)造成在一個(gè)或多個(gè)介電片材固化期間不流動(dòng)。
[0129] 雖然本發(fā)明僅與有限數(shù)目的實(shí)施例結(jié)合而詳細(xì)描述，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明并與 限于這些已經(jīng)公開(kāi)實(shí)施例。相反，本發(fā)明能被修改以包含此處未描述的任何數(shù)量的變型、變 化、替代或等同布置，但是這些是與本發(fā)明的精神和范圍是一致的。另外，雖然本發(fā)明的各 種實(shí)施例已被描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的方面可僅包括所描述的實(shí)施例的一些。因 此，本發(fā)明并不被先前的描述所限制，但僅被所附權(quán)利要求的范圍限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種封裝結(jié)構(gòu)，包括： 第一介電層； 附接到所述第一介電層的至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置； 一個(gè)或多個(gè)介電片材，其施加到所述第一介電層上和所述至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍， 使得所述至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置嵌入其中； 形成到所述至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置的多個(gè)通路，所述多個(gè)通路形成在所述第一介電層和 所述一個(gè)或多個(gè)介電片材中的至少一者；W及 金屬互連件，其形成在所述多個(gè)通路中和在所述封裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)朝外表面上， W形成到所述至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置的電互連； 其中，所述第一介電層由在層壓工藝期間不流動(dòng)的材料組成； 其中，所述一個(gè)或多個(gè)介電片材中的每一個(gè)由可固化材料組成，該可固化材料被配置 成在所述層壓工藝期間當(dāng)固化時(shí)烙化并流動(dòng)，使得所述一個(gè)或多個(gè)介電片材烙化并流動(dòng)W 填充存在于所述至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置周圍的任何空氣間隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括設(shè)置在至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置 周圍的介電腹板，其中介電腹板包括一個(gè)或多個(gè)形成在其中W接收至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置的 開(kāi)口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，介電腹板相比于介電片材被構(gòu)造為 具有增加的剛性且在層壓工藝期間不流動(dòng)，其中介電腹板由印刷電路板（PCB)芯材、聚醜 亞胺層、陶瓷材料和復(fù)合介電材料中的一者組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，介電腹板被構(gòu)造為其中具有銅電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)介電片材由處于未固化 或部分固化狀態(tài)的預(yù)浸材料、聚合樹(shù)脂、或粘接劑中的一者組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一個(gè)半導(dǎo)體裝置包括功率半導(dǎo) 體裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個(gè)通路包括： 穿過(guò)第一介電層到達(dá)功率半導(dǎo)體裝置的正面而形成的通路；和 穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)介電片材到達(dá)功率半導(dǎo)體裝置的背面而形成的通路； 其中通路功能作為封裝結(jié)構(gòu)中的電和熱通路；W及 其中金屬互連件形成在通路的每一個(gè)中，并到達(dá)功率半導(dǎo)體裝置的正面和背面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬互連件包括形成電連接的鍛銅 功率覆蓋（POL)互連件和在封裝結(jié)構(gòu)的朝外表面上的熱擴(kuò)散銅墊，從而提供到功率半導(dǎo)體 裝置的電和熱互連。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括施加在封裝結(jié)構(gòu)的朝外表面 上和熱擴(kuò)散銅墊上的熱界面材料（TIM)，從而使得封裝結(jié)構(gòu)結(jié)合到散熱部。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括多個(gè)延伸穿過(guò)第一介電層和 一個(gè)或多個(gè)介電片材的貫通路，且其中金屬互連件形成在貫通路的每一個(gè)中，并到達(dá)功率 半導(dǎo)體裝置的正面和背面。
【專利摘要】本發(fā)明涉及嵌入式半導(dǎo)體裝置封裝及其制造方法。一種封裝結(jié)構(gòu)包括介電層，至少一個(gè)附接到介電層的半導(dǎo)體裝置，施加到介電層且在半導(dǎo)體裝置周圍以使半導(dǎo)體裝置嵌入其中的一個(gè)或多個(gè)介電片材，和多個(gè)形成到半導(dǎo)體裝置的通路，多個(gè)通路形成在介電層和一個(gè)或多個(gè)介電片材中的至少一者。封裝結(jié)構(gòu)還包括形成在通路中且在封裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)朝外表面上的金屬互連件，以形成到半導(dǎo)體裝置的電互連。介電層由層壓工藝期間不流動(dòng)的材料組成且一個(gè)或多個(gè)介電片材的每一個(gè)由可固化材料組成，固化材料被配置成在層壓工藝期間當(dāng)固化時(shí)熔化并流動(dòng)，從而填充半導(dǎo)體裝置周圍的任何空氣間隙。
【IPC分類】H01L21-768, H01L23-488, H01L23-367, H01L23-498
【公開(kāi)號(hào)】CN104681520
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410848599
【發(fā)明人】S·S·喬罕, P·A·麥康奈利, A·V·高達(dá)
【申請(qǐng)人】通用電氣公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年9月26日
【公告號(hào)】EP2854168A2, EP2854168A3, US20150084207