基于级联电路的半导体封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于级联电路的半导体封装结构，包括：高压耗尽型半导体晶体管；低压增强型半导体晶体管；导电支撑片，高压耗尽型半导体晶体管和所述低压增强型半导体晶体管固定于导电支撑片上；管壳，管壳上设有高压端子、第一低压端子及第二低压端子；级联电路，高压耗尽型半导体晶体管、低压增强型半导体晶体管及管壳间通过级联电路电连接，其中，高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极直接固定于导电支撑片上并导电支撑片电连接。本发明专利技术的半导体封装结构中，高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极通过导电支撑片电连接，可有效减少引入的寄生电感和寄生电阻，提高器件的工作性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种基于级联电路的半导体封装结构。
技术介绍
目前，功率电子器件应用中的晶体管主要还是传统的硅材料器件，例如SiCoolMOS、SiIGBT、SiMOSFET等。但随着功率器件技术的快速发展，基于传统的Si材料以及第二代半导体材料的功率器件已经无法满足实际应用中快速、低损耗等的迫切需求。SiC功率器件凭借材料的优势，已经受到了业界的高度重视。同时，作为第三代宽禁带半导体功率器件，特别是氮化镓功率器件近年来也逐渐成为研究的热点，已经被广泛的应用于射频和电力电子领域。一方面，是因为氮化镓是宽禁带半导体材料的，该材料具有比硅材料大10倍左右临界击穿电场以及相应的高耐压的特性，另一方面，是由于二维电子气沟道能够提供非常小的导通电阻，从而减少开关器件的功率损耗。因此，基于铝镓氮/氮化镓异质结构的平面型三极管逐渐成为业界的重要研究对象。在高压功率器件的实际应用中，为了保证应用系统以及操作环境的安全性，一般采用常关型器件，也就是功率器件栅极施加零电压时，器件没有电
流输出。但是，由于铝镓氮/氮化镓异质结材料的特点，更加容易实现耗尽型器件。当然，有很多报道中提到了通过能带工程实现增强器件，但从业界角度考虑，这样的技术还存在诸多不足。目前，为了制作常关型氮化镓器件，报道中涉及了一种将高压耗尽型器件与传统的低压增强型器件级联，即高压耗尽型器件的源极与增强型器件的漏极电连接，耗尽型器件的栅极与增强型器件的源极电连接，因此增强型器件的漏极电压就成了耗尽型器件的负栅极电压，从而自动提供必要的负偏压以实现耗尽型关断操作。但是级联电路中，寄生电感主要分布与源极、漏极、栅极以及器件间内部电连接的电感，由于电极之间互联引入的寄生电感和寄生电阻，将降低信号的切换速度，使得氮化镓功率器件高频快速特性受阻。因此，需要考虑将级联电路中引入的寄生电感最小化。现在，也有很多的文献和专利中提出了不同结构级联形式，实现器件的增强型特性。例如：专利号为US20140167822A1专利“Cascode Circuit”中，涉及到级联电路，参图1所示为耗尽型器件与增强型器件级联电连接的电路图，结合图3所示，该级联过程主要是将耗尽型器件的源极通过导线直接与增强型器件的漏极相连，耗尽型器件的栅极与增强型器件的源极通过导线电连接共同作为级联电路的源极。整合电路可以实现高压增强型器件的特性。专利号为US2014/0042495A1专利“semiconductor electronic components and circuits”中提出的级联电路结构时，参图2a、2b所示，在耗尽型管子的栅极与增强型管子的源极之间分别加入了电阻和电容。结合图3所示，在级联电路中增加电阻和电容的目的是当给定输入电压后，增加的电阻或电容限制了信号转化速率，降低电噪声以及电磁干扰的产生，防止了栅极驱动发生故障。文献“A New Package of High-Voltage Cascode Gallium Nitride Device for Megahertz Operation”中提到了一种在no-lead的PQFN管壳类型中，参图4所示，将低压增强型器件的漏电极叠放在高压耗尽型器件的源电极上，再将耗尽型器件的栅极通过导线引到增强器件的源极，共同作为整合器件的源极；同时将高压耗尽型器件的漏极通过金属带与管壳的漏极电连接。通过叠放形式，可以改善寄生电感，有效降低了硬开关和软开关过程损耗。在上述解决方案中，都提到了采用低压增强型器件与高压耗尽型器件级联实现高压增强型特性，同时有的方案中也提到了通过二者电极叠放的方式减少寄生电感，得到了很好的效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种基于级联电路的半导体封装结构，通过级联电路，高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极
直接通过导电支撑片电连接，无需借助导线，可有效减少引入的寄生电感和寄生电阻，提高器件的工作性能。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种基于级联电路的半导体封装结构，所述半导体封装结构包括：高压耗尽型半导体晶体管，其包括源极、栅极及漏极；低压增强型半导体晶体管，其包括源极、栅极及漏极；导电支撑片，所述高压耗尽型半导体晶体管和所述低压增强型半导体晶体管固定于导电支撑片上；管壳，所述管壳上设有高压端子、第一低压端子及第二低压端子；级联电路，所述高压耗尽型半导体晶体管、低压增强型半导体晶体管及管壳间通过级联电路电连接，其中，所述高压耗尽型半导体晶体管的漏极电连接所述管壳的高压端子；所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极和低压增强型半导体晶体管的源极分别与第一低压端子电连接；所述低压增强型半导体晶体管的栅极与所述管壳的第二低压端子电连接；所述高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极直接固定于导电支撑片上并导电支撑片电连接。作为本专利技术的进一步改进，所述导电支撑片为金属陶瓷支撑片。作为本专利技术的进一步改进，所述高压耗尽型半导体晶体管包括：衬底；位于衬底上的沟道层和势垒层，沟道层和势垒层在界面处形成二维电子气；位于沟道层上的源极欧姆金属、漏极、以及位于势垒层上的栅极；通孔，所述通孔位于所述高压耗尽型半导体晶体管的源极欧姆金属背面，且所述通孔的方向由所述衬底的背面指向所述源极欧姆金属方向；通孔金属，所述通孔金属位于所述通孔内，且与所述的源极欧姆金属电连接；背金属，所述背金属位于所述衬底背面，且与所述通孔金属电连接；其中，所述高压耗尽型半导体晶体管的源极由源极欧姆金属、通孔金属以及背金属共同形成。作为本专利技术的进一步改进，所述高压耗尽型半导体晶体管中的背金属固定于所述导电支撑片上，且与导电支撑片电连接。作为本专利技术的进一步改进，所述高压耗尽型半导体晶体管还包括位于势垒层上的栅介质层和/或表面钝化介质层。作为本专利技术的进一步改进，所述低压增强型半导体晶体管的源极和栅极位于同侧，漏极位于相对栅源极的另一侧。作为本专利技术的进一步改进，所述高压耗尽型半导体晶体管为氮化镓半导
体晶体管，所述低压增强型半导体晶体管为硅半导体场效应晶体管。作为本专利技术的进一步改进，所述低压增强型半导体晶体管为垂直结构的增强型半导体晶体管。作为本专利技术的进一步改进，所述半导体封装结构中：所述高压耗尽型半导体晶体管的漏极与管壳的高压端子通过导线电连接；所述低压增强型半导体晶体管的源极与所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极通过导线电连接，所述低压增强型半导体晶体管的源极或所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极与所述管壳的第一低压端子通过导线电连接；所述低压增强型半导体晶体管的栅极与所述管壳的第二低压端子通过导线电连接。作为本专利技术的进一步改进，所述半导体封装结构中，在所述低压增强型半导体晶体管的源极与所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极之间串联有一个或多个电阻元件。作为本专利技术的进一步改进，所述半导体封装结构中，在所述低压增强型半导体晶体管的源极与所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极之间并联有一个或多个电容元件。本专利技术的有益效果是：新的级联结构方式，主要采用高压耗尽型半导体晶体管源极通孔技术，将源极引导在衬底背面，将高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于级联电路的半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构包括：高压耗尽型半导体晶体管，其包括源极、栅极及漏极；低压增强型半导体晶体管，其包括源极、栅极及漏极；导电支撑片，所述高压耗尽型半导体晶体管和所述低压增强型半导体晶体管固定于导电支撑片上；管壳，所述管壳上设有高压端子、第一低压端子及第二低压端子；级联电路，所述高压耗尽型半导体晶体管、低压增强型半导体晶体管及管壳间通过级联电路电连接，其中，所述高压耗尽型半导体晶体管的漏极电连接所述管壳的高压端子；所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极和低压增强型半导体晶体管的源极分别与第一低压端子电连接；所述低压增强型半导体晶体管的栅极与所述管壳的第二低压端子电连接；所述高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极直接固定于导电支撑片上并与导电支撑片电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于级联电路的半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构包括：高压耗尽型半导体晶体管，其包括源极、栅极及漏极；低压增强型半导体晶体管，其包括源极、栅极及漏极；导电支撑片，所述高压耗尽型半导体晶体管和所述低压增强型半导体晶体管固定于导电支撑片上；管壳，所述管壳上设有高压端子、第一低压端子及第二低压端子；级联电路，所述高压耗尽型半导体晶体管、低压增强型半导体晶体管及管壳间通过级联电路电连接，其中，所述高压耗尽型半导体晶体管的漏极电连接所述管壳的高压端子；所述高压耗尽型半导体晶体管的栅极和低压增强型半导体晶体管的源极分别与第一低压端子电连接；所述低压增强型半导体晶体管的栅极与所述管壳的第二低压端子电连接；所述高压耗尽型半导体晶体管的源极与低压增强型半导体晶体管的漏极直接固定于导电支撑片上并与导电支撑片电连接。2.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述导电支撑片为金属陶瓷支撑片。3.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述高压耗尽型半导体晶体管包括：衬底；位于衬底上的沟道层和势垒层，沟道层和势垒层在界面处形成二维电子气；位于沟道层上的源极欧姆金属、漏极、以及位于势垒层上的栅极；通孔，所述通孔位于所述高压耗尽型半导体晶体管的源极欧姆金属背面，且所述通孔的方向由所述衬底的背面指向所述源极欧姆金属方向；通孔金属，所述通孔金属位于所述通孔内，且与所述的源极欧姆金属电连接；背金属，所述背金属位于所述衬底背面，且与所述通孔金属电连接；其中，所述高压耗尽型半导体晶体管的源极由源极欧姆金属、通孔金属以及背金属共同形成。4.根据权利要求3所述的半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵树峰，
申请(专利权)人：苏州捷芯威半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32