專利名稱：管芯封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施例一般地涉及管芯封裝。
背景技術(shù)：
在用于某些應(yīng)用的大量電路中可以使用橋式電路和類似電路。期望的是具有用于提供此類電路的穩(wěn)健且成本高效的解決方案。


在附圖中，同樣的參考字符遍及不同的視圖指代相同的部分。附圖不一定按比例， 而是一般著重于圖解本發(fā)明的原理。在以下描述中，參考以下附圖來描述各種實(shí)施例，在附圖中
圖1示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。圖2示出根據(jù)實(shí)施例的電路布置。圖3示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。圖4示出管芯結(jié)構(gòu)的橫截面。圖5示出管芯結(jié)構(gòu)的橫截面。圖6示出管芯結(jié)構(gòu)的橫截面。圖7示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。圖8示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。圖9示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。圖10示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。圖11示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)描述參考附圖，所述附圖通過圖解的方式示出其中可以實(shí)施本發(fā)明的特定細(xì)節(jié)和實(shí)施例。足夠詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)、邏輯和電氣改變。各種實(shí)施例不一定是互斥的，因?yàn)槟承?shí)施例可以與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例組合以形成新的實(shí)施例。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示的那樣提供管芯封裝。圖1示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝100。管芯封裝100包括具有第一多個(gè)開關(guān)元件102的第一管芯結(jié)構(gòu)101，其中每個(gè)開關(guān)元件102具有受控電流輸入端子103和受控電流輸出端子104，并且所述第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子103被第一管芯結(jié)構(gòu)101的公共第一接觸區(qū)105電耦合，并且其中第一多個(gè)開關(guān)元件102的受控電流輸出端子104被相互電絕緣。管芯封裝100還包括第二管芯結(jié)構(gòu)111，該第二管芯結(jié)構(gòu)111包括第二多個(gè)開關(guān)元件112，其中每個(gè)開關(guān)元件112具有受控電流輸入端子113和受控電流輸出端子114，并且所述第二多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子114被第二管芯結(jié)構(gòu)111的公共第二接觸區(qū) 115電耦合，并且其中第二多個(gè)開關(guān)元件112的受控電流輸入端子113被相互電絕緣。對(duì)于第一多個(gè)開關(guān)元件102中的每一個(gè)而言，開關(guān)元件的受控電流輸出端子104 被與第二多個(gè)開關(guān)元件112中的至少一個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子113電耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，換言之，在單個(gè)封裝內(nèi)提供第一管芯結(jié)構(gòu)和第二管芯結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)管芯結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開關(guān)元件并且在一個(gè)管芯結(jié)構(gòu)中開關(guān)元件的布置關(guān)于另一管芯結(jié)構(gòu)是相反的。例如，雖然管芯結(jié)構(gòu)之一中的開關(guān)元件的輸入端在芯片或管芯的底側(cè)(即， 例如在被附著于引線框架的一側(cè))，但是另一管芯結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件的輸入端在芯片的頂側(cè) (即，例如在與被附著于引線框架的一側(cè)相對(duì)的芯片側(cè))。 管芯封裝100可以例如在單個(gè)封裝(即單個(gè)芯片外殼)中實(shí)現(xiàn)具有多個(gè)半橋式電路的橋式電路(例如，2、3、...相橋)，例如借助于兩個(gè)單片公共源極/公共漏極MOSFET前端技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目等于第二多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目，并且針對(duì)第一多個(gè)開關(guān)元件中的每一個(gè)，將開關(guān)元件的受控電流輸出端子與第二多個(gè)開關(guān)元件中的正好一個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子電耦合。例如，第一多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目和第二多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目是兩個(gè)或三個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一管芯結(jié)構(gòu)包括第一管芯底座(paddle)、第一管芯和第一互連且第二管芯結(jié)構(gòu)包括第二管芯底座、第二管芯和第二互連。第一管芯底座例如實(shí)現(xiàn)公共第一接觸區(qū)。第一管芯例如包括摻雜區(qū)以實(shí)現(xiàn)第一多個(gè)開關(guān)元件(例如漏極區(qū)、源極區(qū))。第二管芯例如包括摻雜區(qū)以實(shí)現(xiàn)第二多個(gè)開關(guān)元件(例如漏極區(qū)、源極區(qū))。第二管芯底座例如實(shí)現(xiàn)公共第二接觸區(qū)。第一互連和/或第二互連例如實(shí)現(xiàn)第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子與第二多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子的電耦合。第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是例如半導(dǎo)體開關(guān)元件。第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件可以例如是功率半導(dǎo)體開關(guān)元件。在一個(gè)實(shí)施例中，第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)元件，其中針對(duì)每個(gè)開關(guān)元件，由場(chǎng)效應(yīng)來控制開關(guān)元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動(dòng)。例如，第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件包括用于控制開關(guān)元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動(dòng)的控制輸入端。第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件可以例如是場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (諸如 MOSFET )或 IGBT。在一個(gè)實(shí)施例中，第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管且受控電流輸入端子是漏極端子。在一個(gè)實(shí)施例中，第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管且受控電流輸出端子是源極端子。第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件例如被連接(例如在管芯封裝100內(nèi))以形成橋式電路。
管芯封裝100還可以包括被連接到公共第一接觸區(qū)的輸入端子。管芯封裝100還可以包括被連接到公共第二接觸區(qū)的輸出端子。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯封裝100還包括至少一個(gè)溫度感測(cè)電路和至少一個(gè)溫度感測(cè)端子用于輸出指示第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的至少一個(gè)開關(guān)元件的溫度的信號(hào)。公共第一接觸區(qū)例如與公共第二接觸區(qū)電隔離。管芯封裝100例如還包括第一引線框架和第二引線框架，其中第一管芯結(jié)構(gòu)被附著于第一引線框架且第二管芯結(jié)構(gòu)被附著于第二引線框架。在一個(gè)實(shí)施例中，第一管芯結(jié)構(gòu)借助于公共第一接觸區(qū)被附著于第一引線框架且第二管芯結(jié)構(gòu)借助于公共第二接觸區(qū)被附著于第二引線框架。第一引線框架和第二引線框架例如在管芯封裝內(nèi)被相互電隔離。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了包括管芯封裝100、電源和負(fù)載的管芯布置，其中公共第一接觸區(qū)被連接到電源(用于到管芯封裝100的功率輸入)，公共第二接觸區(qū)被連接到接地電位且第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子被連接到負(fù)載。例如，負(fù)載是電動(dòng)機(jī)。換言之，上文參考圖1所描述的管芯封裝100可以例如被用作用于電動(dòng)機(jī)的控制芯片。這在圖2中圖解。圖2示出根據(jù)實(shí)施例的電路布置200。電路布置200包括管芯封裝201、電源電路202和電動(dòng)機(jī)203。管芯封裝201例如對(duì)應(yīng)于圖1所示的管芯封裝100，其中第一 MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206對(duì)應(yīng)于第一多個(gè)開關(guān)元件102且第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209對(duì)應(yīng)于第二多個(gè)開關(guān)元件 112。應(yīng)注意的是在本示例中，MOSFET 204-209中的每一個(gè)被示為與其寄生二極管并聯(lián)。第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206包括公共漏極端子210，可以看到其對(duì)應(yīng)于第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206的受控電流輸入端子(即漏極)的公共接觸區(qū)。第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206還包括單獨(dú)的源極端子 211，可以看到其對(duì)應(yīng)于第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206的受控電流輸出端子(即源極)?？梢詫⒃礃O端子211是“單獨(dú)的”源極端子理解為源極端子211至少在管芯封裝201內(nèi)被相互隔離。第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209包括公共源極端子212，可以看到其對(duì)應(yīng)于第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209的受控電流輸出端子(即源極)的公共接觸區(qū)。第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209還包括單獨(dú)的漏極端子 213，可以看到其對(duì)應(yīng)于第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209的受控電流輸入端子(即漏極)。可以將漏極端子213是“單獨(dú)的”漏極端子理解為漏極端子211至少在管芯封裝201內(nèi)被相互隔離。第一 MOSEFT 204的源極端子211與第四MOSFET 207的漏極端子213且與電動(dòng)機(jī) 203的第一輸入端214相連接。第二 MOSFET 205的源極端子211與第五MOSFET 208的漏極端子213且與電動(dòng)機(jī)203的第二輸入端215相連接。第三MOSFET 206的源極端子211與第六MOSFET 209的漏極端子213且與電動(dòng)機(jī)203的第三輸入端216相連接。經(jīng)由各(單獨(dú)的)柵極端子220來控制MOSFET 204至209?？梢岳鐚艠O端子 220連接到控制電路(未示出)。例如，可以將柵極端子220連接到管芯封裝的控制輸入端子 (未示出)，它們可以經(jīng)由該控制輸入端子而連接到控制電路。電源202例如經(jīng)由反向電池保護(hù)電路218向第一MOSFET 204、第二MOSFET 205和第三MOSFET 206的公共漏極端子210供應(yīng)電池217的功率。因此可以將第一MOSFET 204、 第二 MOSFET 205和第三MOSFET 206視為電路布置200的高側(cè)M0SFET。第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209的公共源極端子212被連接到接地端子219。因此可以將第四MOSFET 207、第五MOSFET 208和第六MOSFET 209視為電路布置200的低側(cè)MOSFET?？梢钥吹焦苄痉庋b201的電路形成橋式電路?？梢钥吹降谝?MOSFET 204和第四 MOSFET 207形成半橋。類似地，可以看到第二 MOSFET 205和第五MOSFET 208形成半橋且可以看到第三MOSFET 206和第六MOSFET 209形成半橋。在本示例中，電動(dòng)機(jī)203是三相電動(dòng)機(jī)，即具有三相輸入端214、215、216的電動(dòng)機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯封裝201的電路實(shí)現(xiàn)用于二相電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制電路。 例如，在這種情況下，管芯封裝201可以僅包括第一 MOSFET 204、第二 MOSFET 205、第四 MOSFET 207 和第五 MOSFET 208。MOSFET 204至209例如是功率M0SFET。應(yīng)注意的是在其它實(shí)施例中，MOSFET 204 至209可以是其它類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管或其它半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如半導(dǎo)體功率開關(guān)元件) 比如例如IGBT (絕緣柵雙極晶體管)。還可以使用單獨(dú)的MOSFET來實(shí)現(xiàn)諸如由管芯封裝201實(shí)現(xiàn)的一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制電路之類的電動(dòng)機(jī)控制電路，即每個(gè)MOSFET具有其自己的外殼、封裝、引線框架和/或芯片。 例如，可以使用六個(gè)單MOSFET封裝(即每個(gè)封裝具有單個(gè)MOSFET的封裝)來實(shí)現(xiàn)用于三相電動(dòng)機(jī)的控制電路，并且可以使用四個(gè)單MOSFET封裝來實(shí)現(xiàn)用于二相電動(dòng)機(jī)的控制電路。 與諸如使用六個(gè)或者四個(gè)單MOSFET封裝的多封裝解決方案相反，可以將管芯封裝201視為用于實(shí)現(xiàn)此類電動(dòng)機(jī)控制電路的單封裝解決方案。應(yīng)注意的是，可以使用多封裝解決方案來實(shí)現(xiàn)低側(cè)MOSFET的漏極端子的相互隔離，例如以具有每個(gè)被約束到引線框架使得引線框架被相互隔離的漏極端子。替換地，可以使用模塊解決方案，然而這可能導(dǎo)致高成本和高組裝努力。可以看到管芯封裝201允許在單個(gè)封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)三相橋式電路(或者還為例如如上所述的二相橋式電路)。這可以例如通過使用公共源極技術(shù)(例如公共源極MOSFET前端技術(shù))來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將公共源極技術(shù)用于在僅包括兩個(gè)管芯底座的單個(gè)封裝中實(shí)現(xiàn)多個(gè)半橋。這導(dǎo)致復(fù)雜性的降低，這可以允許與基于單元件封裝(例如單MOSFET封裝)或模塊的解決方案相比以降低的成本來提供用于電動(dòng)機(jī)控制電路的解決方案。下面描述用于基于公共源極技術(shù)來實(shí)現(xiàn)管芯封裝201的示例。圖3示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝300。管芯封裝300包括第一管芯結(jié)構(gòu)301和第二管芯結(jié)構(gòu)302 (在本示例中為第二管芯底座302)。
第一管芯結(jié)構(gòu)301包括第一管芯底座310。第一管芯312被放置在第一管芯底座 310的頂部上。第二管芯結(jié)構(gòu)302包括第二管芯底座311。第二管芯313被放置在第二管芯底座311的頂部上。第一管芯底座310和第二管芯底座311每個(gè)例如是引線框架的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，作為使用引線框架和管芯底座310、311的替換，還可以借助于 “芯片嵌入”來實(shí)現(xiàn)管芯封裝，其中用以光刻方式圖案化的導(dǎo)電路徑來實(shí)現(xiàn)電連接和接點(diǎn)。在本實(shí)施例中，第一管芯結(jié)構(gòu)301以公共漏極技術(shù)(例如NMOS技術(shù))實(shí)現(xiàn)三個(gè) MOSFET,并且第二管芯結(jié)構(gòu)302以公共源極技術(shù)(例如PMOS技術(shù))實(shí)現(xiàn)三個(gè)M0SFET。在另一實(shí)施例中，第一管芯結(jié)構(gòu)301以公共源極技術(shù)(例如以PMOS技術(shù))實(shí)現(xiàn)三個(gè)M0SFET，并且第二管芯結(jié)構(gòu)302以公共漏極技術(shù)(例如以NMOS技術(shù))實(shí)現(xiàn)三個(gè)M0SFET。第一管芯結(jié)構(gòu)301的公共漏極端子303 (在圖3的視圖中位于第一管芯結(jié)構(gòu)301 的底部處)對(duì)應(yīng)于圖2中的公共漏極端子210且第二管芯結(jié)構(gòu)302的公共源極端子304(在圖3的視圖中位于第二管芯結(jié)構(gòu)302的底部處)對(duì)應(yīng)于圖2中的公共源極端子212。第一管芯結(jié)構(gòu)301的MOSEET的源極端子(對(duì)應(yīng)于圖2中的單獨(dú)源極端子211)例如借助于帶(ribbon)305或替換地用導(dǎo)線或夾子而被電連接到第二管芯結(jié)構(gòu)302的MOSFET 的漏極端子(對(duì)應(yīng)于圖2中的單獨(dú)漏極端子213)?？梢越柚诶绾附踊蚰z合將第一管芯結(jié)構(gòu)301的公共漏極端子303附著(管芯附著)于第一管芯結(jié)構(gòu)301的引線框架。類似地，可以將第二管芯結(jié)構(gòu)302的公共源極端子 304附著于第二管芯結(jié)構(gòu)302的引線框架。第一管芯結(jié)構(gòu)301的引線框架和第二管芯結(jié)構(gòu) 302的引線框架在本實(shí)施例中是單獨(dú)的引線框架。例如，第一管芯結(jié)構(gòu)301的引線框架和第二管芯結(jié)構(gòu)302的引線框架在管芯封裝300內(nèi)被電隔離。在本示例中，第一管芯結(jié)構(gòu)301和第二管芯結(jié)構(gòu)302的MOSFET的柵極端子被連接到管芯封裝300的高側(cè)控制輸入端子306和低側(cè)控制輸入端子307?？梢岳缡褂媒雍弦€、與源極區(qū)和漏極區(qū)隔離的掩埋互連路徑等將MOSFET的柵極端子連接到高側(cè)控制輸入端子306和低側(cè)控制輸入端子307。在本示例中可以用帶305將在圖2的管芯布置200中可以被連接到電動(dòng)機(jī)203的各輸入端214、215、216的管芯封裝300的高側(cè)端子308和低側(cè)端子309連接到高側(cè)MOSFET (即第一管芯結(jié)構(gòu)301 WMOSFET)的各源極端子和低側(cè)MOSFET (即第一管芯結(jié)構(gòu)301的 M0SFET)的各漏極端子?？梢詫⒂糜趯⒏邆?cè)端子308連接到高側(cè)MOSFET的源極端子且將低側(cè)端子連接到低側(cè)MOSFET的漏極端子的連接(例如金屬路徑)與用于將高側(cè)控制輸入端子 306與高側(cè)MOSFET的柵極端子相連接且將低側(cè)控制輸入端子307與低側(cè)MOSFET的柵極端子相連接的連接(例如金屬路徑)相互隔離和分離以便避免短路。這在管腳FMEA (故障模式影響分析)方面可能是有利的。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯封裝300可以包括電流傳感器和/或溫度傳感器。下面參考圖4來解釋使用公共漏極技術(shù)來實(shí)現(xiàn)第一管芯結(jié)構(gòu)301。圖4示出管芯結(jié)構(gòu)400的橫截面?？梢钥吹焦苄窘Y(jié)構(gòu)300的橫截面對(duì)應(yīng)于沿著軸A-A'的圖3的第一管芯結(jié)構(gòu)301 的截面。管芯結(jié)構(gòu)400包括對(duì)應(yīng)于圖3的第一管芯結(jié)構(gòu)301的MOSFET的三個(gè)MOSFET 410。每個(gè)MOSFET 410包括被氧化層408與半導(dǎo)體襯底絕緣的溝槽柵極407和源極端子411。管芯結(jié)構(gòu)400包括MOSFET 410的公共漏極端子402。柵極407向下延伸通過ρ型層405至η 型層404中，該η型層404被設(shè)置在N+漏極區(qū)403之上。源極區(qū)409在襯底的上表面處毗鄰柵極407。當(dāng)MOSFET 410之一被接通時(shí)，電流從MOSFET 410的源極端子411垂直地流入 MOSFET 410的源極區(qū)409中，向下通過與MOSFET 410的柵極407相鄰地形成的溝道區(qū)，跨越MOSFET 410的延伸的漏極區(qū)404和漏極區(qū)403，至MOSEFT 410的公共漏極電極402。下面參考圖5來解釋根據(jù)一個(gè)實(shí)施例使用公共源極技術(shù)來實(shí)現(xiàn)第二管芯結(jié)構(gòu) 303。圖5示出管芯結(jié)構(gòu)500的橫截面?？梢钥吹焦苄窘Y(jié)構(gòu)500的橫截面對(duì)應(yīng)于沿著軸B-B'的圖3的第二管芯結(jié)構(gòu)302 的截面。管芯結(jié)構(gòu)500包括對(duì)應(yīng)于圖3的第二管芯結(jié)構(gòu)302的MOSFET的三個(gè)MOSFET 510。 管芯結(jié)構(gòu)500包括具有第一表面501且具有與第一表面501相對(duì)的第二表面502的半導(dǎo)體主體。半導(dǎo)體主體可以包括任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料，諸如硅(Si)、碳化硅(SIC)、砷化鎵 (GaAs)或氮化鎵(GaN)。對(duì)于每個(gè)MOSFET 510而言，半導(dǎo)體主體包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)513以及布置在漂移區(qū)513與第二表面502之間的源極區(qū)511和主體區(qū)512。源極區(qū)511是第一導(dǎo)電類型的且主體區(qū)512是第二導(dǎo)電類型的并被布置在源極區(qū) 511與漂移區(qū)513之間。漏極區(qū)514被布置在漂移區(qū)513與第一表面501之間。源極區(qū)511 和主體區(qū)512被比漂移區(qū)513更高度地?fù)诫s，并且漏極區(qū)514被比漂移區(qū)513更高度地?fù)诫s。漂移區(qū)513的摻雜濃度例如在IO15 cm_3和IO17 cm_3之間的范圍內(nèi)，主體區(qū)512的摻雜濃度例如在IO16 cm_3和IO18 cm_3之間的范圍內(nèi)，源極區(qū)511的摻雜濃度例如在IO19 cm_3和 IO21 cm_3之間的范圍內(nèi)，并且漏極區(qū)514的摻雜濃度例如在IO19 cm_3和IO21 cm_3之間的范圍內(nèi)。漏極區(qū)514是與漂移區(qū)13相同的導(dǎo)電類型，但是被更高度地?fù)诫s。在本示例中，MOSFET 510是N溝道MOSFET。因此，漂移區(qū)513和源極區(qū)511被η 摻雜，而主體區(qū)512被ρ摻雜。在其中使用PMOS公共源極技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中，漂移區(qū)513和源極區(qū)511可以被 P摻雜，而主體區(qū)512可以被η摻雜。每個(gè)MOSFET 510還包括柵極電極515。柵極電極515被實(shí)現(xiàn)為溝槽電極，其被布置在從第一表面501延伸至半導(dǎo)體主體520中的溝槽中。柵極電極515被與主體區(qū)512相鄰地布置，并且沿著半導(dǎo)體主體500的垂直方向從漂移區(qū)513延伸通過主體區(qū)512至源極區(qū) 511。柵極電極515被柵極電介質(zhì)516與主體區(qū)512和源極區(qū)511和漂移區(qū)513介電絕緣。柵極電極515可以包括任何適當(dāng)?shù)臇艠O電極材料，比如摻雜多晶半導(dǎo)體材料諸如多晶
硅或金屬。柵極電介質(zhì)516可以包括任何適當(dāng)?shù)臇艠O電介質(zhì)材料，比如氧化物諸如氧化硅 (SiO2)、氮化物或高k電介質(zhì)。
MOSFET 510具有電接觸MOSFET 510的源極區(qū)511的公共源極端子Ml。源極端子541被布置在第二表面501下面，被柵極絕緣層531與柵極電極515電絕緣，并且可以被附著于管芯底座500的引線框架。對(duì)于每個(gè)MOSFET 510而言，被電連接到柵極電極515的柵極連接電極521延伸通過漂移區(qū)513和漏極區(qū)514至第一表面501，并被電介質(zhì)層522與這些半導(dǎo)體區(qū)513、514介電絕緣。電介質(zhì)層522可以由比如柵極電介質(zhì)516的相同材料制成，但是還可以由不同的電介質(zhì)材料制成。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，柵極連接電極521的電介質(zhì)層522比柵極電介質(zhì)516 厚，即柵極連接電極521與其周圍半導(dǎo)體區(qū)之間的距離大于柵極電極515與主體區(qū)512之間的距離。每個(gè)MOSFET 510包括電接觸漏極區(qū)514的漏極端子M2。可以將柵極電極515 電連接到柵極接觸電極(未示出)，其形成MOSFET 510的柵極端子，該柵極端子例如被布置在管芯結(jié)構(gòu)50的第一表面501上，例如對(duì)應(yīng)于低側(cè)控制輸入端子307之一?？梢越?jīng)由柵極連接電極521且例如經(jīng)由垂直于圖5的橫截面的金屬路徑將柵極電極515電連接到柵極端子。下面參考圖6來解釋根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的第二管芯結(jié)構(gòu)303的另一實(shí)現(xiàn)。圖6示出管芯結(jié)構(gòu)600的橫截面。可以看到圖6的橫截面是沿著圖3中的B-B'的橫截面，但是僅示出對(duì)應(yīng)于一個(gè) MOSFET的部分。可以類似地實(shí)現(xiàn)第二管芯結(jié)構(gòu)303的其它M0SFET，并且可以連接源極端子， 例如通過將它們附著于公共引線框架來連接。管芯結(jié)構(gòu)600包括具有柵極623 (包括例如多晶硅)的MOSFET以及使柵極623與底層半導(dǎo)體區(qū)絕緣的柵極絕緣層624。柵極絕緣層6M可以包括普通二氧化硅或另一適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)絕緣材料。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極623包括形成有硅化物頂層以減少柵極電阻的多晶硅。柵極623可以例如為約1微米長且絕緣層6M可以例如為約300-500埃厚。管芯結(jié)構(gòu)600的MOSFET還包括源極區(qū)617和漏極區(qū)616。這兩個(gè)區(qū)616、617在本示例中都是用砷高度摻雜的(N+)，并且例如被形成至約0. 3微米的深度。延伸的漏極區(qū) 615與漏極區(qū)616相連接。為了實(shí)現(xiàn)約10-20V的擊穿電壓，可以例如將延伸的漏極區(qū)制造為約1. 0微米長且0. 3-0. 5微米厚。管芯結(jié)構(gòu)600包括P型區(qū)614，其被示為形成在P型半導(dǎo)體(例如外延)層612中從而將延伸的漏極區(qū)615與源極區(qū)617分離。區(qū)614防止源極與漏極之間的穿通。P型區(qū) 614還控制晶體管的閾值電壓并防止寄生NPN雙極晶體管導(dǎo)通。舉例來說，可以通過注入硼雜質(zhì)的擴(kuò)散來形成P型區(qū)614。柵極623可以與N+源極區(qū)617和延伸的漏極區(qū)615略微重疊以在MOSFET的溝道區(qū)中提供連續(xù)導(dǎo)電。與區(qū)614的重疊還使得能夠?qū)崿F(xiàn)器件的更高擊穿電壓。然而，對(duì)于操作而言并不要求層614、615之間的重疊。MOSFET的溝道區(qū)在一端處由N+源極區(qū)617來限定且在另一端處由N型延伸的漏極區(qū)615來限定。在區(qū)614和612的P型區(qū)614中沿著晶片表面形成電子的溝道，如果當(dāng)通過向柵極施加足夠的電壓來使MOSFET導(dǎo)通時(shí)，不存在正好在柵極623下面的區(qū)614、615的重疊的話。例如使得柵極絕緣層624的厚度足夠大(例如300-500埃)以避免高柵極電容。可以在P+襯底611的頂部上形成外延層612。為了在器件結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)期望的擊穿電壓，層612中的電荷可以被平衡并針對(duì)高BVD (擊穿電壓)和低Rds(On)(導(dǎo)通電阻)進(jìn)行優(yōu)化?？梢詫⑼庋訉永鐡诫s至約IO"5 cm_3濃度，并且可以將其制造為約3微米厚?？梢詫⒁r底區(qū)611高度摻雜以提供用于導(dǎo)通狀態(tài)下的電流的低電阻路徑。舉例來說，襯底611可以形成有約0.01-0. 003ohm cm的電阻率，具有約250微米的厚度。沿著管芯結(jié)構(gòu)600的底部(例如在晶片底部處)形成源極電極622 (源極端子)并將其電連接到P+ 襯底611。以這種方式進(jìn)行的管芯結(jié)構(gòu)600的底表面的金屬化促進(jìn)與封裝電極的將來連接， 例如附著于引線框架。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部和底部金屬化層621、622分別包括每個(gè)為亞微米厚度的Ti、Ni和Ag的層。在另一實(shí)施例中，頂層621是鋁或鋁合金?？梢詫?dǎo)電區(qū)618設(shè)置在晶片的頂表面處以使源極區(qū)617與P+區(qū)619電短路或連接。導(dǎo)電區(qū)618可以包括足以用于此目的的多種金屬、合金、摻雜半導(dǎo)體材料、硅化物等中的任何一種。例如可以由硼的擴(kuò)散形成的區(qū)619從表面向下延伸至P+襯底611以提供 N+源極區(qū)617與源極電極622之間的低導(dǎo)電路徑。此連接促進(jìn)沿著晶片的底表面到源極金屬化的高電流流動(dòng)。覆蓋晶片的頂表面的是中間層電介質(zhì)620，其可以包括二氧化硅。電介質(zhì)620使柵極623與漏極金屬化層621電絕緣，該漏極金屬化層621覆蓋在晶體管之上的晶片的整個(gè)表面面積并接觸N+漏極區(qū)616 (除了柵極接點(diǎn)的小區(qū)之外)。在導(dǎo)通狀態(tài)下，向柵極623施加足夠的電壓(例如用垂直于圖6的圖片平面的金屬路徑進(jìn)行連接)，使得沿著P主體區(qū)614的表面形成電子溝道。這提供用于電子電流從源極電極622、N+源極區(qū)617、通過在P主體區(qū)614中形成的溝道區(qū)、向下通過N型漂移區(qū)615、 通過N+漏極616并流入金屬漏極電極621中的路徑。在圖7中示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3的管芯封裝300的另一視圖。圖7示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝700。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯封裝700對(duì)應(yīng)于圖3的管芯封裝300?？梢詫⒃趫D7中給出的視圖視為圖3的管芯封裝300的底視圖。管芯封裝700包括與圖3的管芯封裝300的公共漏極端子303相對(duì)應(yīng)的漏極端子 701和與圖3的管芯封裝300的公共源極端子304相對(duì)應(yīng)的源極端子702。管芯封裝700 還包括與圖3的管芯封裝300的高側(cè)端子308相對(duì)應(yīng)的高側(cè)端子703和與圖3的管芯封裝 300的低側(cè)端子309相對(duì)應(yīng)的低側(cè)端子704。另外，管心封裝700包括與圖3的管芯封裝300的高側(cè)控制輸入端子306相對(duì)應(yīng)的高側(cè)控制輸入端子705和與圖3的管芯封裝300的低側(cè)控制輸入端子307相對(duì)應(yīng)的低側(cè)控制輸入端子706。應(yīng)注意的是在本示例中，高側(cè)控制輸入端子705和低側(cè)控制輸入端子706被布置在管芯封裝700的兩側(cè)，而管芯封裝300的高側(cè)控制輸入端子306和低側(cè)控制輸入端子307 被布置在管芯封裝300的僅一側(cè)，如圖3所示。還可以關(guān)于圖3的管芯封裝300將高側(cè)控制輸入端子和低側(cè)控制輸入端子布置在管芯封裝的另一側(cè)。這在圖8中圖解。圖8示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝800。
類似于圖3的管芯封裝300，管芯封裝800包括第一管芯結(jié)構(gòu)801、第二管芯結(jié)構(gòu) 802、公共漏極端子803、公共源極端子804、高側(cè)端子808和低側(cè)端子809。在本示例中，與圖3的管芯封裝300相比，高側(cè)控制輸入端子806和低側(cè)控制輸入端子807被布置在管芯封裝800的另一側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯封裝300包括允許監(jiān)視管芯封裝300的MOSFET的溫度的溫度傳感器端子。這在圖9中圖解。圖9示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝900。類似于圖3的管芯封裝300，管芯封裝900包括第一管芯結(jié)構(gòu)901、第二管芯結(jié)構(gòu) 902、公共漏極端子903、公共源極端子904、高側(cè)端子908、低側(cè)端子909、高側(cè)控制輸入端子 906和低側(cè)控制輸入端子907。另外，管芯封裝900包括高側(cè)溫度感測(cè)端子910和低側(cè)溫度感測(cè)端子911。管芯封裝900還可以包括多個(gè)高側(cè)溫度感測(cè)端子910和/或多個(gè)低側(cè)溫度感測(cè)端子911，例如分別用于管芯封裝900的每個(gè)MOSFET的一個(gè)高側(cè)溫度感測(cè)端子910或一個(gè)低側(cè)溫度感測(cè)端子911。經(jīng)由溫度感測(cè)端子910、911，可以例如借助于分別與高側(cè)或低側(cè)的MOSFET熱耦合的溫度傳感器來控制管芯封裝900的MOSFET的溫度。雖然圖3的管芯封裝300實(shí)現(xiàn)了三個(gè)半橋(例如用于控制三相電動(dòng)機(jī))，但是在一個(gè)實(shí)施例中提供了實(shí)現(xiàn)不同數(shù)目的半橋(例如兩個(gè)半橋，例如用于控制二相電動(dòng)機(jī))的管芯封裝。這在圖10中圖解。圖10示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝1000。類似于圖3的管芯封裝300，管芯封裝1000包括第一管芯結(jié)構(gòu)1001、第二管芯結(jié)構(gòu)1002、公共漏極端子1003、公共源極端子1004、高側(cè)端子1008、低側(cè)端子1009、高側(cè)控制輸入端子1006和低側(cè)控制輸入端子1007。與圖3的管芯封裝300相反，管芯封裝1000僅實(shí)現(xiàn)兩個(gè)高側(cè)MOSFET和兩個(gè)低側(cè) MOSFET0相應(yīng)地，管芯封裝1000僅包括兩個(gè)高側(cè)端子1008、兩個(gè)低側(cè)端子1009、兩個(gè)高側(cè)控制輸入端子1006和兩個(gè)低側(cè)控制輸入端子1007。在圖11中圖解其中高側(cè)MOSFET是ρ溝道MOSFET的管芯封裝。圖11示出根據(jù)實(shí)施例的管芯封裝1100。類似于圖2所示的管芯封裝201，管芯封裝1100包括第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105、第三 MOSFET 1106、第四 MOSFET 1107、第五 MOSFET 1108 禾口第六 MOSFET
1109。與圖1所示的管芯封裝201相反，在本示例中第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105 和第三 MOSFET 1106 是 ρ 溝道 MOSFET。第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三MOSFET 1106包括公共源極端子
1110。第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三MOSFET 1106還包括單獨(dú)的漏極端子 1111。如在圖2所示的管芯封裝201中，第四MOSFET 1107、第五MOSFET 1108和第六 MOSFET 1109是N溝道MOSFET且包括公共源極端子1112。第四MOSFET 1107、第五MOSFET 1108和第六MOSFET 1109還包括單獨(dú)的漏極端子1113。第一 MOSFET 1104的漏極端子1111與第四MOSFET 1107的漏極端子1113相連接。第二 MOSFET 1105的漏極端子1111與第五MOSFET 1108的漏極端子1113相連接。第三MOSFET 1106的漏極端子1111與第六MOSFET 1109的漏極端子1113相連接。經(jīng)由各柵極端子1120來控制MOSFET 1104至1109?？梢岳缛鐖D3所示的那樣實(shí)現(xiàn)管芯封裝1100，除了如下之外在高側(cè)，管芯底座303在這種情況下將實(shí)現(xiàn)第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三MOSFET 1106的公共源極端子，并且在第一管芯312的頂部，第一 MOSFET 1104、第二 MOSFET 1105和第三 MOSFET 1106的漏極區(qū)在這種情況下將被帶305 (而不是源極區(qū))接觸。雖然已參考特定實(shí)施例特別地示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是在不脫離由隨附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)方面的各種改變。因此，由隨附權(quán)利要求來指示本發(fā)明的范圍，并且因此意圖涵蓋在權(quán)利要求等價(jià)物的意義和范圍內(nèi)的所有改變。
權(quán)利要求
1.一種管芯封裝，包括第一管芯結(jié)構(gòu)，包括第一多個(gè)開關(guān)元件，其中每個(gè)開關(guān)元件具有受控電流輸入端子和受控電流輸出端子，并且第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子被第一管芯結(jié)構(gòu)的公共第一接觸區(qū)電耦合，并且其中第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子被相互電絕緣；第二管芯結(jié)構(gòu)，包括第二多個(gè)開關(guān)元件，其中每個(gè)開關(guān)元件具有受控電流輸入端子和受控電流輸出端子，并且第二多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子被第二管芯結(jié)構(gòu)的公共第二接觸區(qū)電耦合，并且其中第二多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子被相互電絕緣；以及其中對(duì)于第一多個(gè)開關(guān)元件中的每一個(gè)而言，開關(guān)元件的受控電流輸出端子被與第二多個(gè)開關(guān)元件中的至少一個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子電耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目等于第二多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目，并且針對(duì)第一多個(gè)開關(guān)元件中的每一個(gè)，開關(guān)元件的受控電流輸出端子被與第二多個(gè)開關(guān)元件中的正好一個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子電耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目和第二多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)元件數(shù)目是兩個(gè)或三個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一管芯結(jié)構(gòu)包括第一管芯底座、第一管芯和第一互連，并且第二管芯結(jié)構(gòu)包括第二管芯底座、第二管芯和第二互連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是半導(dǎo)體開關(guān)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是功率半導(dǎo)體開關(guān)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)元件，其中對(duì)于每個(gè)開關(guān)元件而言，由場(chǎng)效應(yīng)來控制開關(guān)元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件包括用于控制開關(guān)元件的受控電流輸入端子與受控電流輸出端子之間的電流流動(dòng)的控制輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管或IGBT。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管且受控電流輸入端子是漏極端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管且受控電流輸出端子是源極端子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的開關(guān)元件被連接以形成橋式電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，還包括被連接到公共第一接觸區(qū)的輸入端子。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，還包括被連接到公共第二接觸區(qū)的輸出端子。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，還包括至少一個(gè)溫度感測(cè)電路和至少一個(gè)溫度感測(cè)端子用于輸出信號(hào)，該信號(hào)指示第一多個(gè)開關(guān)元件和第二多個(gè)開關(guān)元件中的至少一個(gè)開關(guān)元件的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，其中所述公共第一接觸區(qū)被與公共第二接觸區(qū)電隔離。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝，還包括第一引線框架和第二引線框架，其中第一管芯結(jié)構(gòu)被附著于第一引線框架且第二管芯結(jié)構(gòu)被附著于第二引線框架。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的管芯封裝，其中第一管芯結(jié)構(gòu)借助于公共第一接觸區(qū)附著于第一引線框架且第二管芯結(jié)構(gòu)借助于公共第二接觸區(qū)附著于第二引線框架。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的管芯封裝，其中第一引線框架和第二引線框架在管芯封裝內(nèi)被相互電隔離。
20.管芯布置，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的管芯封裝、電源和負(fù)載，其中公共第一接觸區(qū)被連接到電源，公共第二接觸區(qū)被連接到接地電位且第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子被連接到負(fù)載。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的管芯布置，其中所述負(fù)載是電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種管芯封裝，其包括具有第一多個(gè)開關(guān)元件的第一管芯結(jié)構(gòu)，其中第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子被公共接觸區(qū)電耦合，并且其中第一多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子被相互電絕緣；具有第二多個(gè)開關(guān)元件的第二管芯結(jié)構(gòu)，其中第二多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸出端子被公共接觸區(qū)電耦合，并且其中第二多個(gè)開關(guān)元件的受控電流輸入端子被相互電絕緣；以及其中對(duì)于第一多個(gè)開關(guān)元件中的每一個(gè)而言，開關(guān)元件的輸出端子被與第二多個(gè)開關(guān)元件中的至少一個(gè)開關(guān)元件的輸入端子耦合。
文檔編號(hào)H02P27/06GK102569361SQ20111043489
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者A.梅澤, S.馬凱納 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司