用于表面安装的功率器件、安装式电子设备和电路装置的制作方法

1.本公开涉及用于表面安装的封装后的可堆叠电子功率器件和电路装置，电路装置包括封装后的相互堆叠的多个电子功率器件。


背景技术：

2.例如，以下器件可以利用可快速切换的电流在高电压(甚至高达1700v)下操作：诸如碳化硅器件或硅器件、或者例如无论是桥(半桥或全桥)配置中，还是在ac开关配置中的mosfet、超结型mosfet、igbt等、pfc(功率因数校正)电路、smps(开关模式电源)器件。
3.针对这样的电子功率器件，已设计了使得能够进行高散热的特定封装件。这些封装件通常通过具有平行六面体形状的刚性绝缘体(例如，树脂)以及布置在管芯之间的耗散结构而形成，刚性绝缘体嵌入集成了(多个)电子组件的管芯，耗散结构面向封装件表面并且通常占据平行六面体形状的主基部的大部分。耗散结构有时由金属的支撑结构(被称为“引线框架”)形成，支撑结构承载管芯并且具有用于外部连接的多个引线。通常，在该情况下，引线框架具有直接面向外部的表面。
4.例如，在包括mosfet或igbt的封装后的器件的情况下，集成了mosfet的管芯通常在自己的第一主表面上具有漏极接触焊盘并且在第二主表面上具有至少两个接触焊盘(分别是源极焊盘和栅极焊盘)，第二主表面与第一表面相对。晶体管接触焊盘(通常是漏极焊盘)被固定到引线框架的支撑部分。其他接触焊盘(通常是栅极和源极焊盘)通过键合线或夹具被耦合到其他引线。该标准封装件通常设想在耗散结构的同一侧上布置引线，并且因此通常使得能够向下耗散。
5.归因于引线框架的支撑部分和引线的适当配置，本技术人进一步开发了使得能够向上冷却的封装件。具体地，该解决方案设想了由dbc(直接键合的铜)多层形成的引线框架，该引线框使得能够并排布置两个或多个管芯，每个管芯利用其自身的漏极焊盘而被耦合到dbc支撑多层的传导层之一的不同部分，不同部分与相邻部分电绝缘。漏极引线被固定到传导层的各个部分，其他接触焊盘(源极和漏极焊盘)被连接到它们自己的引线。当提供许多管芯时，由于其并排布置，允许形成不同电路拓扑和组件的该解决方案，该解决方案通常利用了大面积。
6.于2019年8月1日以本技术人的名称提交的意大利专利申请号102019000013743描述了一种封装后的电子功率器件，其允许使用电绝缘和导热多层支撑件在不同层级上布置各种管芯。
7.然而，上述解决方案对于具有桥式连接的器件非常有效，但是在电路更简单的情况下或者在需要高功率时(因此需要耗散高热量)在某种程度上是复杂的。


技术实现要素：

8.在各种实施例中，本公开提供了克服现有技术局限的器件。
9.根据本公开，提供了可堆叠封装后的用于表面安装的电子功率器件和电路装置。
10.在至少一个实施例中，提供了用于表面安装的功率器件，功率器件包括引线框架，引线框架包括管芯附接支撑件、第一引线和第二引线。半导体材料的管芯被键合到管芯附接支撑件。包括具有平行六面体形状的绝缘材料的封装件。封装件具有第一侧表面、第二侧表面、第一基部和第二基部，并且第一侧表面和第二侧表面限定了封装件高度。封装件包围管芯并且至少部分地包围管芯附接支撑件。第一引线和第二引线具有在封装件外部、分别从封装件的第一侧表面和第二侧表面延伸的外部部分。引线的外部部分具有引线高度并且具有从第一基部突出的相应部分，引线高度大于封装件高度并且贯穿封装件高度延伸。
11.在至少一个实施例中，提供了包括功率器件的封装后的电子器件。功率器件包括引线框架，引线框架包括管芯附接支撑件、第一引线和第二引线。半导体材料的管芯被键合到管芯附接支撑件。包括具有平行六面体形状的绝缘材料封装件。封装件具有第一侧表面、第二侧表面、第一基部和第二基部，并且第一侧表面和第二侧表面限定了封装件高度。封装件包围管芯并且至少部分地包围管芯附接支撑件。绝缘衬底具有第一面和第二面。第一散热器与封装件的第二基部接触。第一引线和第二引线具有在封装件外部、分别从封装件的第一侧表面和第二侧表面延伸的外部部分。引线的外部部分具有引线高度并且具有从第一基部突出的相应部分，引线高度大于封装件高度并且贯穿封装件高度延伸。功率器件被键合到绝缘衬底的第一面，其中封装件的第一基部面向衬底，并且功率器件的引线的外部部分与衬底的第一面接触。
12.在至少一个实施例中，提供了电路装置，电路装置包括衬底和第一多个功率器件。第一多个功率器件中的每一个包括引线框架，引线框架包括管芯附接支撑件、第一引线和第二引线。半导体材料的管芯被键合到管芯附接支撑件。包括具有平行六面体形状的绝缘材料封装件。封装件具有第一侧表面、第二侧表面、第一基部和第二基部，并且第一侧表面和第二侧表面限定了封装件高度。封装件包围管芯并且至少部分地包围管芯附接支撑件。功率器件还包括导热材料的散热器。第一引线和第二引线具有在封装件外部、分别从封装件的第一侧表面和第二侧表面延伸的外部部分。引线的外部部分具有引线高度并且具有从第一基部突出的相应部分，引线高度大于封装件高度并且贯穿封装件高度延伸。第一多个功率器件中的第一功率器件被键合到衬底的第一面，并且第一多个功率器件中的功率器件被堆叠来形成堆叠功率器件的第一堆叠。第一堆叠的每个功率器件的第一引线和第二引线的外部部分被布置在彼此的顶部上，并且被分别键合到布置在第一堆叠中的底部处的功率器件的第一引线和第二引线的外部部分。第一散热器被布置在第一堆叠中的堆叠功率器件之间。
13.通过使用根据本公开的实施例，可以至少部分地解决或缓解上述问题的至少一部分，并且实现相应的技术效果。例如，可以实现高的热耗散性能。
附图说明
14.为了更好地理解本公开，现在参考附图、纯粹通过非限制性示例来描述其一些实施例，其中：
15.图1是根据本实用新型的封装后的功率器件的透视图；
16.图2至图6分别是图1的功率器件的俯视图、仰视图、正视图、左侧视图和右侧视图；
17.图7是图1的功率器件的部分模体侧视图；
18.图7a示出了图7的侧视图的变型；
19.图8是图1的器件在没有封装件的情况下的透视图；
20.图9是在配置中，图1的功率器件被安装在支撑件上的透视图；
21.图10是图1的功率器件被安装在支撑件上并且具有后散热器的侧视图；
22.图11是图10的安装配置的部分模体透视图；
23.图12是在另一配置中，图1的功率器件被安装在支撑件上的透视图；
24.图13是图12的安装后的具有后散热器的功率器件的侧视图；
25.图14和图15分别是根据不同实施例的封装后的功率器件的透视图和仰视图；
26.图16是图14和图15的功率器件在封装之前，沿图15的线xvi-xvi截取的截面图；
27.图17至图18分别是图14和图15的功率器件在封装之前的俯视平面图和俯视透视图；
28.图19是在配置中，图14至图18的功率器件被安装在支撑件上的透视图；
29.图20是在不同配置中，图14至图18的功率器件被安装在支撑件上的透视图；
30.图21是根据不同实施例的封装后的功率器件的透视图；
31.图22是图21的功率器件沿图21的线xxii-xxii截取的部分模体的截面图；
32.图23是在配置中，图21的功率器件被安装在散热支撑件上的透视图；
33.图24是在不同配置中，图21的功率器件被安装在支撑件上的透视图；
34.图25是本封装后的功率器件的另一实施例的俯视平面图；
35.图26是图25的功率器件沿图25的线xxvi-xxvi截取的带有重影部分的截面图；
36.图27示出了通过堆叠图1至图20以及图25至图26的功率器件可获得的电路装置的等效电路图；
37.图28是类似于图4，在用于实现图27的电路装置的配置中，安装在支撑件上的功率器件堆叠的正视图；
38.图29是类似于图5，图28的功率器件堆叠的左侧视图；
39.图30是类似于图4，在用于实现图27的电路装置的另一配置中，安装在支撑件上的功率器件堆叠的正视图；
40.图31是类似于图4，安装在支撑件上的用于实现不同电路装置的功率器件的两个堆叠的正视图；
41.图32是类似于图31，根据不同配置而安装在支撑件上的功率器件的堆叠的正视图；
42.图33示出了通过堆叠图25至图26的功率器件可获得的不同电路装置的等效电路图；以及
43.图34是类似于图4，在用于实现图33的电路装置的配置中，安装在支撑件上的图25至图26所示类型的功率器件的堆叠的正视图。
具体实施方式
44.在以下描述中，诸如“之上”、“之下”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“左侧”、“右侧”等的空间指示指代附图并且仅在相对意义上被理解。
45.图1至图8示出了功率器件1，诸如例如碳化硅或硅的mosfet，但是以下描述适用于
不同类型的器件，诸如超结型mosfet、igbt等，以及包括这样的器件的功率电路，例如，桥(半桥或全桥)配置或ac开关配置中的电路、pfc(功率因数校正)电路和smps(开关模式电源)器件。
46.功率器件1包括嵌入管芯6(图7和图8)的电绝缘材料(诸如树脂)的封装件2。管芯6具有第一面6a(在图7的顶部处)和第二面6b(在图7的底部处)，在第二面6b中以已知方式形成接触焊盘，其中图8仅示意性地示出了栅极接触焊盘10a和源极接触焊盘10b。栅极焊盘10a和源极焊盘10b被布置在第一面6a上；漏极焊盘10c被布置在第二面6b上，漏极焊盘10c在图3中不可见并且使用虚线示意性地表示。接触焊盘10a-10c以下文中更详细描述的已知方式而被连接到支撑结构，即，整体上由15(图7)表示的所谓的引线框架，引线框架包括引线(此处由4a-4c表示)，引线被部分嵌入封装件2中并且从封装件中部分地突出并且被配置为使得能够进行表面安装。
47.详细地，引线4a-4c此处形成一个栅极引线4a、三个源极引线4b和一个漏极引线4c。
48.封装件2具有大致平行六面体的形状，这里略微扩张，具有与笛卡尔坐标系的第一平面xy平行的第一基部2a(此处被表示为顶部)、与第一平面xy也平行的第二基部2b以及横切于第一平面xy延伸的四个侧表面2c-2f。由于封装件2的第一基部2a和第二基部2b以及侧表面2c-2f也形成了功率器件1的顶面和底面以及侧面(如下所述除了引线的外部部分)，因此在下文中，为简单起见，即使在下文示出和讨论的实施例中，功率器件1的各个面也将由与封装件2的基部2a、2b和侧表面2c-2f相同的附图标记来表示，功率器件1的顶面和底面被传导结构部分地占据，并且引线的外部部分在侧表面上延伸。
49.在图1至图8所示的实施例中，第二基部2b的面积比第一基部2a的面积略大；四个侧表面限定了第一侧表面2c、第二侧表面2d(与第一侧表面2c相对)、第三侧表面2e和第四侧表面2f(与第三侧表面2e相对)。栅极引线4a和源极引线4b沿第一侧表面2c彼此等距地布置(沿笛卡尔坐标系的第一笛卡尔轴y，笛卡尔坐标系还具有第二笛卡尔轴x和第三笛卡尔轴z)；如在下文中详细说明的，漏极引线4c被布置在第二侧表面2d上。
50.栅极引线4a和源极引线4b具有从封装件2突出的相应外部部分14a、14b(在下文中也被称为引脚14a、14b)以及在图8中可见并且嵌入封装件2中的内部部分24a、24b。
51.此处，栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b由薄片形成，薄片厚度比其他维度小得多(因此基本上是平面的)、具有相等的形状(通常为矩形)并且垂直于第一侧表面2c(平行于笛卡尔坐标系的第二平面xz)延伸。
52.栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b具有比封装件2更大的高度(在平行于笛卡尔坐标系的第三笛卡尔轴z的方向上)，其中第一边缘(图4至图7中的底部边缘)与封装件2的第二面2b齐平，并且第二边缘(图4至图7中的顶部边缘)相对于封装件2的第一面2a突出。
53.栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b各自还具有面向封装件2的外部的相应栅极突起/源极突起7(具体参见图4和图7)。这些突起对于在测量期间定位测试仪探针的尖端可能很有用。
54.栅极和源极引线4a、4b的内部部分24a和24b平行于第一平面xy(图8)延伸。
55.详细地，栅极引线4a的内部部分24a由具有近似平行六面体形状的厚薄片部分形
成，其中基部平行于第一平面xy并且宽度(沿平行于第一笛卡尔轴y的方向)大于相应外部部分14a，用于将第一电键合线11a焊接到栅极接触焊盘10a(图8)。
56.源极引线4b的内部部分24b是公共的，具有基部平行于第一平面xy的近似平行六面体的形状，在平行于第一笛卡尔坐标轴y的方向上伸长，并且与所有三个源极引线4b的外部部分14b刚性连接并电连接。源极引线4b的内部部分24b还通过一个或多个线11b(在图8中示出其中的一个)被电连接到源极焊盘10b。
57.作为线键合11b的备选，如图7a所示，源极引线4b的内部部分24b可以通过被嵌入封装件2的树脂中的平坦金属区域或夹具17(平行六面体形)而被电连接到源极焊盘10b，该封装件形成第一基部2a并且此处在金属区域或夹具17与第一基部2a之间延伸。如在下文中参考图16详细描述的(具体地参考此处描述的第二传导层39)，平坦金属区域或夹具17通过粘合层18(例如，焊膏)固定。
58.漏极引线4c具有沿封装件2的第二侧表面2d延伸的外部部分14c和面对封装件2的第二基部2b的底部部分24c。
59.详细地，漏极引线4c的侧面部分14c是杆状的(因此在下文中也被称为杆14c)，与封装件2的第二侧表面2d邻接并且贯穿其大致平行于笛卡尔坐标系的第三平面yz的长度延伸(在第一基部2a上，在图2中用l表示，并且平行于第一笛卡尔坐标轴y进行测量)。
60.漏极引线4c的杆14c具有与栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b相同的高度(在第三笛卡尔轴z的方向上)并且因此具有与封装件2的第二面2b齐平的第一边缘(在图4至图7中的底部边缘)以及从封装件2的第一面2a突出的第二边缘(图4至图7中的顶部边缘)。
61.漏极引线4c的杆14c还被提供有面向封装件2外部的漏极突起8(具体参见图4和图7)。
62.漏极引线4c的底部部分24c形成管芯附接支撑件(因此在下文中也被称为管芯附接支撑件24c并且也被称为“管芯附接焊盘”)，并且由具有矩形区域的金属管芯形成，金属管芯被部分地嵌入封装件2中，使得其底部(暴露的)表面与第二基部2b齐平。具体地，管芯附接支撑件24c具有与杆14c的长度l基本相等的长度(平行于第一笛卡尔轴y)并且从杆14c延伸(在笛卡尔坐标系的第二笛卡尔轴x的方向上)直到栅极引线和源极引线4a、4b的内部部分24a和24b的附近，以占据封装件2的第二基部2b的大部分面积(也参见图3)，但是考虑到操作参数，诸如在操作期间预见的电压以及可能的其他条件，管芯附接支撑件24c以本领域技术人员已知的方式与栅极和源极引线4a、4b相距安全的距离来遵守所谓的爬电距离。
63.管芯附接支撑件24c承载管芯6，管芯经由第一粘合层16(例如，传导焊膏)而被键合至其顶表面，第一粘合层16使得能够在以已知方式被布置在管芯6的第二面2b上的漏极焊盘(未示出，图3中的10c)与管芯附接支撑件24c之间进行电接触。
64.如已提到的，如图4至图6所见，栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b以及杆14c具有相同的高度、高于封装件2并且从其第一基部2a突出。具体地，参考图4，如果h1是封装件2的高度，并且h2是栅极引线4a、源极引线4b和杆14c的高度，则h2＞h1。因此，封装件2的第一基部2a与引线2a-2c的外部部分14a-14c的突出边缘之间的距离为h3＝h2-h1(间隔距离)。例如，在一个实施例中，封装件2可以具有2.3mm的高度h1，并且引脚14a、14b和杆14c可以具有3mm-4.3mm的高度h2；因此，h3可以为0.7mm-1mm。
65.由于以上特性，如在下文中详细讨论的，功率器件1可以被安装在衬底上，被安装在衬底两侧上，可以被耦合至散热器并且可以堆叠。
66.例如，图9示出了这样的配置，其中功率器件1被固定到衬底20，引线框架15面向下，并且散热器被布置在功率器件1的顶部上。需要强调的是，表述“引线框架15面向下”指示管芯附接支撑件24c面向下，即，朝向衬底20(第一基部2a朝上、封装件2的第二基部2b朝下)，并且栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b以及杆14c向上突出。
67.衬底20，例如fr4的印刷电路板，通常以已知和未示出的方式例如由玻璃纤维绝缘，并具有用于连接的插入传导层。在图9的配置中，引线4a-4c以未示出的方式并且以本身已知的方式例如通过焊接到传导路径(未示出)而被固定到衬底20。
68.散热器(散热板)21被固定到封装件2的第一基部2a，例如，经由图中未示出的支撑件而被胶合或拧固到衬底20。
69.散热器21由传导材料的薄片形成，传导材料通常是诸如铜或铝的金属。散热器21具有例如矩形形状，其长度(平行于第一笛卡尔坐标轴y)大于杆14c和封装件2的长度l，并且宽度(平行于第二笛卡尔坐标轴x)小于封装件2。此外，散热器21被固定为与引线4a-4c相隔一定距离；具体地，考虑到诸如在操作期间所遇见的电压的操作参数以及其他可能的条件，以本领域技术人员已知的方式来适当地选择散热器21与栅极引线4a和源极引线4b的第一距离d1(爬电距离)。同样，在设计阶段选择散热器21和杆14c之间的第二距离d2(图9)，以在必要或期望时满足爬电指标。
70.散热器21还具有例如等于间隔距离h3的厚度，即使在该配置中厚度不是关键的。
71.散热器21因此在物理上与封装件2的第一基部2a直接接触，并且使得功率器件1能够向上进行热耗散。
72.为了增加功率器件1的热耗散，可以将其热耦合到衬底20的相对侧上布置的耗散薄片，从而也获得如图10和图11的配置所示的向下散热。
73.在图10和图11中，衬底20(此处也是例如印刷电路板)具有第一面20a和第二面20b。功率器件1可以通过未示出的粘合层(诸如，焊膏)而被固定到衬底20的第一面20a。例如由诸如铜的金属制成的连接过孔30延伸穿过衬底20，并且是导热和导电的。如图10中虚线所示的连接过孔30在衬底2的第一和第二面20a、20b之间延伸，并且在第一面20a上，与封装件2的第二基部2b物理接触(可以通过未示出的粘合层)并且因此与漏极焊盘10c(图3)接触，并且因此与衬底20的第二面20b上延伸的耗散薄片31接触。
74.散热薄片31可以具有任何形状，通常具有比功率器件1更大的面积来提供高热耗散。为此，耗散薄片31由导热材料制成，例如，诸如铜的金属。因此，在该配置中，耗散薄片31与功率器件1的漏极焊盘10c(图3)电接触。
75.因此与图9的配置相比，图10和图11的配置提供了增加的耗散。
76.图12和图13示出了一种配置，其中功率器件1被固定到衬底20，其中引线框架15面向上(与衬底20相距一定距离)，并且散热器被布置在功率器件1的顶部上和下方。
77.应当注意，表述“引线框架15面向上”指示管芯附接支撑件24c面向上(封装件2的第一基部2a面向下、朝向衬底20，并且封装件2的第二基部2b朝上)，并且引脚14a和14b以及杆14c向下突出。
78.以这种方式，在图12至图13的配置中，功率器件1的封装件2相对于衬底20升高了
间隔距离h3。
79.在图12至图13的配置中，第一散热器22被固定到封装件2的第二基部2b(在其顶部)，并且第二散热器23被固定到封装件2的第一基部2a，处于衬底20与封装件2之间的间隙中。
80.第一散热器22和第二散热器23此处具有与间隔距离h3相等的厚度。此外，它们可以具有任何形状，例如简单的矩形。在所示的实施例中，它们具有相同的形状，通常为c形，其中主部分26具有在与第一笛卡尔坐标轴y平行的方向上伸长的矩形形状以及从主部分26的长边的相邻边缘延伸的一对支脚27，支脚27面向杆14c。散热器22、23的长度(在第一笛卡尔轴y的方向上)大于封装件2的长度l(图2)，并且支脚27在封装件2的外部并排延伸并且与杆14c相距一定距离。散热器22、23还被垂直布置在彼此顶部上。
81.如下文中详细讨论的，因此根据需要，可以布置竖直壁29(在图13中用虚线表示)，竖直壁29与第一散热器22和第二散热器23以及可能的漏极引线4c热接触，但是相对于栅极引线和源极引线4a、4b绝缘，以遵守爬电距离。
82.在图13中，竖直壁29与功率器件1并排布置、面向杆14c，其中主延伸平行于笛卡尔坐标系的第三平面yz(因此垂直于衬底20)。
83.第一散热器22和第二散热器23(以及竖直壁29，如果存在)由传导材料制成，传导材料通常为金属，诸如铜或铝；此外，散热器22、23的厚度优选等于间隔距离h3。
84.因此，第二散热器23的主部分26横向布置在引线4a-4c的突出部分之间。
85.附加地，主部分26被垂直地布置在封装件2的第一基部2a和衬底20之间，并与它们物理上直接接触，并且使得功率器件1能够向下进行热耗散。
86.同样在这种情况下，衬底20可以具有将第二散热器23连接到耗散薄片31的连接过孔30。
87.如上所述，第一散热器22被固定到封装件2的第二基部2b，具体地固定到管芯附接支撑件24c。由于管芯6(此处不可见)直接位于管芯安装支撑件24c上，因此第一散热器22与管芯6不绝缘。此外，在存在将第一散热器22与第二散热器23连接的竖直壁29的情况下，后者也不与管芯6电绝缘。
88.注意，在图13中，竖直壁29被布置为与杆14c的漏极突起8相距一定距离，尽管在这种情况下这不是必需的，因为竖直壁29通过第一散热器22而被电连接到漏极焊盘10c(图3)。
89.实际上，散热器22、23、竖直壁29(如果存在)和耗散薄片31(如果存在)形成管芯6的热耗散结构。以该方式，在图12和图13的配置中，功率器件1提供高的热耗散。
90.同样，图12至图13的结构被设计为遵守爬电距离，爬电距离与第一散热器22以及栅极和源极引脚14a、14b(图12)之间的第一距离d1、第二散热器23以及栅极和源极引脚14a、14b(图13)之间的第三距离以及第二散热器23和杆14c之间的第四距离d4(图13)有关。
91.图14至图18示出了具有相对于管芯6绝缘的内部耗散薄片的功率器件35。
92.功率器件35的基部结构与图1至图8所示的功率器件1的基部结构相似，从而相同的部分由相同的附图标记表示，并且将不再进行描述。
93.图14至图18的功率器件35(在以下侧视图中与图3和图4至图6的功率器件1相同，从而不再呈现这些视图)包括绝缘耗散区域36(也被称为绝缘夹具)，绝缘耗散区域36被嵌
入封装件2中并且在管芯6和封装件2的第一基部2a之间延伸。
94.绝缘耗散区域36此处是dcb(直接铜键合)衬底；即，它由三层形成，包括如图16中具体可见的第一传导层37、中间绝缘层38和第二传导层39。
95.此处，第一传导层37具有与封装件2的第一基部2a齐平延伸的顶部表面，并且占据第一基部2a的大部分面积。中间绝缘层38在第一传导层37下方延伸并且具有比第一传导层37更大的面积。如在下文中详细解释的，第二传导层39通过第二粘合层40而被键合到管芯6。
96.第一传导层37和第二传导层39由传导和导热材料制成，材料通常为诸如铜的金属。中间绝缘层38可以是氧化铝(al2o3)，氧化铝具有优异的电绝缘特性，但是是良好的热导体，使得即使在高电压下，封装件2的第一基部2a也与管芯6电绝缘，但与之热连接。
97.第二粘合层40例如由传导焊膏获得，被图案化为形成第一粘合部分40a和第二粘合部分40b。第一粘合部分40a在第二传导层39和管芯6之间延伸，以与源极焊盘10b直接接触(图8)。第二粘合部分40b在第二传导层39和源极引线4b的内部部分24b之间延伸。实际上，在该实施例中，绝缘耗散区域36的第二传导层39使得源极焊盘10b(在图16至图18中不可见)和源极引线4b之间能够电接触。
98.同样在该实施例中，如图17和图18所示，栅极接触焊盘10a经由键合线11a而被连接到相应栅极引线4a。
99.由于存在绝缘耗散区域36，图14至图18的功率器件35因此提供了甚至更高的热散射能力。
100.图14至图18的功率器件35可以被安装在衬底上，安装在衬底两侧上，其中引线框架15面向上或向下，如以上参考图9至图13所讨论并且在下文描述的，功率器件35可以被耦合到外部散热器并且可以被堆叠。
101.具体地，图19示出了功率器件35被键合到衬底20的一种配置，其中引线框架15面向下，绝缘耗散区域36面向上，并且散热器45被布置在功率器件35的顶部上。在该情况下，如图9所示，栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a和14b以及栅极引线4c的杆14c向上突出。
102.在该情况下，散热器45具有参考图12的第一散热器22和第二散热器23描述的c形，但是可以具有与图9的散热器21相同的矩形形状。
103.在图19中，散热器45与绝缘耗散区域36直接接触，并且因此增加了其耗散能力。
104.图20示出了功率器件35被键合到衬底20的一种配置，其中如图12的配置所示，引线框架15面向上，绝缘耗散区域36面向下(朝向衬底20)并且散热器均被布置在功率器件35的顶部上和下方。
105.具体地，在图20中，第一散热器22被键合至管芯附接支撑件24c并与其接触，并且因此以与漏极焊盘(图3中的10c)相同的电压来布置。第二散热器23由于突出的引线4a-4c(如参考图12至图13详细描述)而在间隙中在功率器件35和支撑件20之间延伸，并且与绝缘耗散区域36接触；第二散热器23因此与管芯6电绝缘。同样在该情况下，散热器22、23、竖直壁29(如果存在)和散热薄片31(如果存在)形成针对管芯6(不可见)的热耗散结构。以该方式，在图19和图20的配置中，功率器件1具有高的热耗散。同样，特别是在竖直壁29存在的情况下，图19-图20的结构无论是否与杆14c接触，在任何情况下都被设计为遵守爬电指标。
106.图21和图22示出了功率器件45，功率器件45具有相对于管芯6不绝缘的内部耗散
薄片。
107.具体地，功率器件45具有与图1至图8和图14至图18中所示的功率器件1和35类似的基本结构，从而相同的部分由相同的附图标记表示，并且将不再进行描述。
108.图21至图22的功率器件45(具有与图3和图4至图6的功率器件1相同的以下侧视图，从而不再呈现这些视图)具有管芯6，管芯6使用其第二面6b(具有图8的漏极焊盘10c)而被直接键合到引线框架15，并且功率器件45除了顶部表面之外还包括嵌入到封装件2中的传导耗散区域46(也被称为传导夹具)，传导耗散区域46与封装件2的第一基部2a齐平。
109.传导耗散区域46在此处被形成为例如由铜制成的单片区域，并且在一侧的第一基部2a与另一侧的管芯6之间延伸。如参考图16针对第二传导层39所描述的，传导耗散区域46通过第二粘合层40的第一粘合部分40a(在图22中不可见)与源极焊盘10b(图8)接触，并且通过第二粘合部分40b而与源极引线4b的内部部分24b接触。类似于图18中的第二传导层39，传导耗散区域46因此将源极焊盘10b和源极引线4b电连接。附加地，此处，类似于图18中的第一绝缘耗散区域34，传导耗散区域46相对于栅极接触焊盘10a(图8)横向交错。如图17和图18所示，此处的栅极接触焊盘10a和栅极引线4a以不可见的方式，通过铜线而相互电接触。
110.因此，在该实施例中，传导耗散区域46与功率器件45的源极区域(未示出)直接电接触和热接触，并且在底侧(封装件2的第二基部2b)和上侧(封装件2的第一基部2a)上均提供了高的热散射。
111.然而，传导耗散区域46与管芯6没有电绝缘。因此，在确定尺寸期间，传导耗散区域46和杆14c之间的距离被设计为满足所提供的绝缘条件(爬电)。
112.为此，在图21至图22所示的实施例中，传导耗散区域46被成形为使得其顶部表面具有宽度(在平行于第二笛卡尔轴x的方向上，即，沿栅极引脚14a和源极引脚14b和杆14c之间的距离)，在其与管芯6接触的基部处的宽度大于在其面对封装件2的第一基部2a的部分处的面积。
113.具体地，在设计阶段中，利用该构造，传导耗散区域46的边缘(在封装件2的第一基部2a处)与杆14c之间的第五爬电距离d5(图22)以及管芯附接支撑件24c的边缘与栅极引线4a和源极引线4b的引脚14a、14b的基部之间的第六距离d6被适当地选择。
114.传导耗散区域46可以具有与管芯6的源极焊盘10b(图8)大约相等的长度(平行于第一笛卡尔轴y)。
115.图21至图22的功率器件45可以被安装在衬底20上，使得如图23所示引线框架15面向下(引线4a-4c向上突出)，或者使得如图24所示引线框架15面向上(引线4a-4c向下突出)。
116.在图23中，如图9所示，散热器41被键合到封装件2的第一基部2a，例如，被焊接或拧固到其绝缘材料。
117.此处，散热器41与传导耗散区域46(不可见)并且因此与源极焊盘10b(图8)电接触和热接触。
118.以此方式，由于散热器41(布置在顶部)以及引线框15(在图23中不可见)与衬底20背部之间的接触而获得双面冷却的结果，其中如图10所示，耗散薄片31(图10)可以被布置为通过连接过孔30热耦合和电耦合。
119.此处，在设计阶段，散热器41和杆14c之间的爬电距离(类似于图9的第二爬电距离d2，但由于图8中散热器41与源极焊盘10b的连接而大得多)使用已知指标来选择。
120.在图24中，类似于图12，间隙在功率器件45和衬底20之间延伸；第一散热器42被固定到封装件2的第二基部2b(在其顶部)，并且第二散热器43(具有矩形形状)被键合到封装件2的第一基部2a，处于衬底20和封装件2之间的间隙中。
121.此处，第一散热器42与漏极焊盘10c电接触且热接触(图3)，并且第二散热器43与源极焊盘10b电接触且热接触(图8)。
122.同样在此处，获得了双面冷却。
123.爬电距离在此处由第一散热器42到栅极引线4a和源极引线4b的距离(类似于图12的第三爬电距离d3)以及第二散热器43到杆14c的距离(第七爬电距离d7)以及两个散热器42和43之间的距离(等于器件45的厚度)来给出。
124.图25和图26涉及功率器件55，功率器件55具有管芯6的两个面2a、2b的电绝缘，管芯6仅通过引线4a-4c来与外界电连接。
125.详细地，如在图25下方的视图中以及在图26中未封装器件的截面中可以看到的，功率器件55(具有与图14的功率器件35相同的俯视图以及与图4至图6所示的功率器件1相同的侧视图)具有与杆14c分离的管芯附接支撑件24c。
126.详细地，功率器件55具有与图14至图18的功率器件35类似的结构，不同之处在于如上所述的管芯附接支撑件24c的分离以及存在第二绝缘耗散区域56，以及绝缘耗散区域36，为了清楚起见，绝缘耗散区域36在下文中被称为第一绝缘耗散区域36。
127.第二绝缘耗散区域56具有与第一绝缘耗散区域36相似的结构，并且在此处被形成为dcb衬底，dcb衬底包括如参考图16针对第一绝缘耗散区域36的对应层37-39详细描述的那样形成的第一传导层57、中间绝缘层58和第二传导层59。
128.在未示出的变型中，绝缘耗散区域56本身可以形成并因此替换管芯附接支撑件24c。
129.在图25至图26的实施例中，第二绝缘耗散区域56的第一传导层57通过传导类型的第三粘合层60(具体是传导焊膏)而被键合(具体地被胶合)到管芯6的第二面6b。第二绝缘耗散区域56(具体是后者的第一传导层57)和第三传导粘合层60的面积(在与笛卡尔坐标系的第一平面xy平行的平面中)大于管芯6的面积并且朝向杆14c横向地突出超过管芯6(在第二笛卡尔轴x的方向上)。第二绝缘耗散区域56的第二传导层59被键合至管芯附接支撑件24c。因此，在该实施例中，管芯附接支撑件24c不再被电连接至功率器件55的漏极焊盘10c(图8)。
130.漏极引线4c在此处具有键合突起34，键合突起34从杆14c朝向封装件2的内部延伸，从而与第二绝缘耗散区域56的第一传导层57部分地重叠。键合突起34在第三传导粘合层60的突出部分处，被胶合到第三传导粘合层60。
131.这样，管芯6的第二面6b上的漏极焊盘10c(图3)、第三传导粘合层60以及漏极引线4c电连接；相反，功率器件55的第二面2b(由管芯附接支撑件24c形成)通过第二绝缘耗散区域56的中间绝缘层58而与管芯6电绝缘，第二绝缘耗散区域56为管芯提供了高热导率。
132.然而，管芯2通过第一绝缘耗散区域36(其暴露的顶面2a由于第一传导层37而被电绝缘)而向上(封装件2的第一基部2a)热连接，并且通过第二绝缘耗散区域56而向下(第二
基部2b)热连接。
133.类似于如图19和图20所示的功率器件35，图25和图26所示的功率器件55可以以未示出的方式来安装，使得引线框架15面向上或面向下。
134.然而，在该情况下，固定至封装件2的第二基部2b、特别是固定至管芯附接支撑件24c的第一散热器22相对于管芯6绝缘，管芯6不直接位于管芯附接支撑件24c上。即使在将第一散热器22连接到第二散热器23的竖直壁29存在的情况下，第二散热器23也将被电绝缘，因为它仅与相对于管芯2绝缘的第一绝缘耗散区域36接触。同样，图19至图20的结构特别是在竖直壁29存在的情况下，无论是否与杆14c接触，都被设计为遵守爬电指标。
135.图27示出了并联电路装置63，并联电路装置63可以通过堆叠和并联连接整体上由65表示的多个功率器件来实现，每个功率器件可以由图1至图20以及图24至图25的功率器件1、35和55之一形成。优选地，堆叠的功率器件65全部是相同类型的。
136.详细地，图27的并联电路装置63包括多个功率器件65(此处示出了三个)，多个功率器件具有相互耦合的栅极端子g、相互耦合的漏极端子d和相互耦合的源极端子。
137.电路装置63可以如图28至图30所示来实现。
138.图28至图29示出了将功率器件65堆叠在引线框架15(图7、图8、图16至图18)面向上而引脚14a、14b和杆14c向下突出的配置中的可能性。功率器件65(包括底部功率器件65’、中间功率器件65”和顶部功率器件65
”’
，并且在必要时或以其他方式区分时使用撇号来表示)形成堆叠64，被垂直布置在彼此顶部上并且被键合到衬底20的第一面20a，其中栅极引脚14a在垂直方向(平行于第三笛卡尔轴z)上相互对准并且彼此直接接触(可以通过插入未示出的粘合剂，例如焊膏)，源极引脚14b相互对准并且彼此直接接触(可以通过插入未示出的粘合剂，例如焊膏)，并且杆14c相互对准并且彼此直接接触(可以通过插入未示出的粘合剂，例如焊膏)。
139.由于功率器件65的栅极引脚14a、源极引脚14b和杆14c的相互接触，它们如图27所示被并联连接。
140.此处，引脚14a、14b向下突出，使得底部功率器件65’的封装件2被布置为与衬底20相距一定距离，即，间隙67，间隙67的高度等于间隔距离h3(图4)。此外，中间功率器件65”和顶部功率器件65
”’
被布置为分别与底部功率器件65’和中间功率器件65”相距与间隙67的值相等的距离。
141.散热器66被布置在功率器件65之间，处于间隙67中，在底部功率器件65’下方(其中散热器由66’表示)，在底部功率器件65’和衬底20之间，在中间功率器件65”和顶部功率器件65
”’
之间，并且在顶部功率器件65
”’
之上。散热器66类似于例如图12、图13的第一散热器22和第二散热器23，其中支脚27横向地(在图29的平面之前和之后)延伸到杆14c并且也相互对准。
142.第一竖直壁68横向延伸到功率器件65、贯穿堆叠64的高度、与漏极突起8接触；水平壁69在功率器件65的堆叠64之上延伸，与第一竖直壁68的顶部处布置的散热器66以及顶部边缘直接接触。
143.为了遵守爬电距离，水平壁69的宽度(在平行于第二笛卡尔轴x的方向上)小于并且在任何情况下都不超过下层功率器件65的引线框架15的轮廓以及相对应的散热器66的轮廓(沿第一笛卡尔轴y与引线框架15的轮廓对准)。附加地，如图29所示，水平壁69的长度
(在平行于第一笛卡尔轴y的方向上)大于功率器件65的长度，其中第一竖直壁68由虚线表示。
144.导柱元件71在水平壁69之上延伸并且与水平壁69接触来增加耗散表面。
145.水平壁69、第一竖直壁68、散热器66和导柱元件71彼此直接接触，并且形成包围功率器件65的堆叠64的耗散结构70。
146.耗散结构70可以进一步包括与第一竖直壁68垂直的另一竖直壁，以进一步增加耗散结构70的耗散能力。例如，图29示出了第二竖直壁72，第二竖直壁72使用虚线来表示并且被布置为在耗散结构70的右侧上(靠近栅极引线4a的一侧上)、邻近散热器66并且与散热器66接触。可能地，第三竖直壁73可以被提供，也使用图29中的虚线来表示，并且被布置在耗散结构70的左侧上，靠近源极引线4b，并且还与散热器66相邻并与散热器66接触。
147.附加地，在所示的布置中，在漏极突起8与竖直壁68接触的情况下，在漏极引线4c和耗散结构70之间存在热连续和电连续。
148.如果竖直壁68与漏极突起8相距一定距离延伸，则只有当功率器件65像图1至图8以及图14至图18的功率器件1和35那样制造时，漏极引线4c和耗散结构70之间才存在电连接。
149.当功率器件65类似于图25和图26的功率器件55来制造并且竖直壁68被布置为与漏极突起8相距一定距离时，耗散结构70与漏极引线4c电绝缘。同样在图28至图29的实施例中，如图29中的虚线所示，衬底10可以包括如图10和图11所示的连接过孔30以及被固定到衬底20的第二面20b上的耗散薄片31。
150.图30示出了图27的电路装置的可能实现方式，其中功率器件65被堆叠在以下的配置中：引线框架15(图7、图8和图16-图18)面向下(朝向衬底20)布置并且引脚14a、4b和杆14c向上突出。
151.此处，功率器件65被堆叠在彼此的顶部上，其中如以上参考图28和图29所述，即使它们上下反转，栅极引线4a、源极引线4b和漏极引线4c也相互接触，并且散热器66(例如具有与图9和图19的第一散热器22和第二散热器23相同的形状)在底部功率器件65’和中间功率器件65”之间延伸，在中间功率器件65”和顶部功率器件65
”’
之间延伸，以及在顶部功率器件65
”’
之上延伸。如在图9和图19的配置所示，底部功率器件65’被直接固定到衬底20。
152.图31示出了图27的电路装置的可能实现方式，其中六个功率器件65被布置在衬底20的两侧上。
153.详细地，在图31中，类似于参考图28和图29所描述的，三个功率器件65被堆叠在彼此的顶部上，以形成键合到衬底20的第一面20a的第一堆叠77。三个其他功率器件65被堆叠在彼此的顶部上，以形成第二堆叠78，第二堆叠78被键合到衬底20的第二面20b并且相对于衬底20具有镜像结构。因此，第二堆叠78的组件由与第一堆叠77的组件相同的附图标记来表示。
154.在堆叠77和78两者中，功率器件65以图12至图13和图20的配置来安装，即，功率器件65使用远离衬底20的引线框架15(图7)而被键合到衬底20(在第一堆叠77中向上并且在第二堆叠78中向下)，并且引脚14a和14b以及杆14c朝向衬底20突出(在第一堆叠77中向下并且在第二堆叠78中向上)。
155.衬底20具有将两个堆叠77和78的功率器件65相互连接的导电过孔。
156.详细地，第一传导过孔79在第一堆叠77的底部功率器件65’的栅极引脚14a和第二堆叠77的底部功率器件65’的栅极引脚14a之间穿过衬底20，从而将栅极引脚14a电连接在一起。
157.第二传导过孔80(从图31中的第一过孔79隐藏，在平行于第一笛卡尔轴y的方向上与之对准)在第一堆叠77的底部功率器件65’的源极引脚14b与第二堆叠77的底部功率器件65’的源极引脚14b之间延伸穿过衬底20，从而将源极引脚14b电连接在一起。
158.第三传导过孔81在第一堆叠77的底部功率器件65’的杆14c和第二堆叠78的底部功率器件65’的杆14c之间延伸穿过衬底20，从而将杆14c电连接在一起(注意在图31中，例如参见图12，底部功率晶体管65’的杆14c相对于第一基部2a突出的部分被散热器66的支脚27隐藏)。
159.如图29所示，两个堆叠77和78中的每个堆叠的功率器件65因此被并联连接。此外，第一、第二和第三传导过孔79-82将两个堆叠77和78并联连接。
160.实际上，根据图27的电方案，在具有六个功率器件65的该配置中，第一、第二和第三传导过孔79-81将功率器件65的栅极b、源极s和漏极d端子电连接。
161.在图31中，第四传导过孔82在堆叠77、78的散热器66’之间延伸穿过衬底20，从而与衬底20直接接触。第四传导过孔82将第一堆叠77和第二堆叠78的功率放大器65热连接但未电连接。
162.图32示出了图27中针对六个功率器件65的电路装置的不同的可能实现方式，六个功率器件65相对于图31上下反转布置在衬底20的两侧上。
163.详细地，在图32中，根据图9至图11和图19的配置，功率器件65被安装为形成第三堆叠83和第四堆叠84，其中功率器件65被固定到衬底20，引线框架15(图7)处于与衬底20较近的位置中(在第三堆叠83中向下并且在第四堆叠84中向上)，并且引脚14a和14b以及杆14c相对于衬底20突出(在第三堆叠83中向上并且在第四堆叠84中向下)。
164.除了定向之外，第三堆叠83和第四堆叠84与参考图31描述的相似，并且被耦合到相应的耗散结构，耗散结构具有与上述耗散结构70相同的形状和布置并且因此使用相同的附图标记来表示。
165.附加地，第一、第二和第三传导过孔79-81延伸穿过衬底20，以将栅极引脚14a和源极引脚14b以及杆14c电耦合。同样在此处，第四传导过孔82延伸穿过衬底20，并且将与衬底20接触的底部器件65’电耦合且热耦合。
166.利用图32的配置，当如参考图1至图8和图14至图18所述制造功率器件65时，其中管芯附接支撑件24c(在图32中不可见)被暴露并且面向封装件2的相应第二基部2b(例如，参见图7)，漏极引线4c也通过第四传导过孔82而被电连接。
167.当如参考图25至图26所述来制造功率器件65时，其中第二绝缘耗散区域56被布置在管芯附接支撑件24c与相应的第二基部2b之间，则第四传导过孔82始终提供热耗散路径。
168.同样，第一、第二和第三传导过孔79-81也有助于热耗散。
169.对于其余部分，图32的配置与图31的配置相似。
170.图33示出了可以由诸如图25至图26的功率器件55之类的功率器件65的堆叠所实现的半桥电路85。
171.具体而言，半桥电路85包括第一mosfet 86和第二mosfet 87，它们以参考电位91、
92而串联连接在第一节点和第二节点之间。第一mosfet 86和第二mosfet 87之间的中间节点93形成了半桥电路85的输出端子。
172.第一mosfet 86的漏极端子d被耦合到处于参考电位91的第一节点，其源极端子s被耦合到中间节点93，并且其栅极端子g被耦合到第一控制节点94。第二mosfet 87的漏极端子d被耦合到中间节点93和第一mosfet 86的源极端子s，其源极端子s被耦合到处于参考电位92的第二节点，并且其栅极端子g被耦合到第二控制节点95。
173.第一mosfet 86和第二mosfet 87可以分别由图32的第三堆叠83和第四堆叠84来实现，其中如图34中所示并且在下文中描述的，第三堆叠83和第四堆叠84在此处被连接。
174.在图34中，如参考图25至图26所描述的那样制造功率器件65，使得功率晶体管65的管芯附接支撑件24c(图26)(特别是底部功率晶体管65’的管芯附接支撑件24c)相对于杆14c绝缘。
175.此处，第五传导过孔96在衬底20的第一面20a和第二面20b之间延伸穿过衬底20。具体地，第五传导过孔96在第三堆叠的底部功率晶体管65’的源极引脚14b与第四堆叠84的底部功率晶体管65’的杆14c之间延伸并且将它们电连接在一起来形成图33的中间节点93。
176.此外，一个或多个第六传导过孔97延伸穿过衬底20(不与第五传导过孔96相交)，并且通过热而不是电的方式连接第三堆叠83和第四堆叠84的功率器件65，这是因为底部功率晶体管65’的底部基部2b(与衬底20接触)被绝缘(图26)。
177.本文所述的功率器件1、35、45、55具有许多优点。
178.具体地，栅极、源极和漏极引线(引脚14a、14b和杆14c)的外部部分的突出结构允许将功率设备布置在包围水平轴旋转180
°
的两个位置中，并且只需将一个或两个散热器21、22、23耦合，从而增加耗散表面。
179.此外，栅极、源极和漏极引线4a、4b和4c的突出部分允许不同功率器件稳定地堆叠(特别是在存在散热器的情况下)并且易于连接来提高其总电气性能(如果它们以图27所示的并联配置连接)，或者为图25至图26的功率器件55提供更复杂的电路配置(诸如，图33所示的半桥布置)，从而使得能够实现较高的热耗散。
180.所描述的功率器件的制造仅需要对引线框架的结构进行简单的修改，并且因此可以以与使用相同技术制造的功率器件相当的成本来获得。
181.所描述的功率器件可以根据不同的电路装置而被容易地连接。
182.最后，很明显，在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的范围的情况下，可以对本文描述和示出的功率器件以及电路装置进行修改和变化。例如，所描述的各种实施例可以被组合来提供进一步的解决方案。
183.附加地，散热器21、22和23可以具有任何形状。具体地，图9至图11的散热器21可以是c形的，从而确保在第一笛卡尔轴y的方向上的爬电距离。在该情况下，可以提供一个或多个竖直壁，诸如图13的竖直壁29或图29的竖直壁72。
184.通过将若干功率器件65组装成两个堆叠，一个堆叠的功率器件可以绕堆叠77、78或83、84的竖直轴(平行于第三笛卡尔轴z)旋转180
°
来具体提供不同的电路装置。
185.例如，在图34的半桥配置中，可以将同一堆叠的所有功率器件65(存储被提供为功率器件55)旋转180
°
。此外，这些可以被反转地布置，并且具有针对图31中的堆叠78和77所示的布置。
186.例如如图31所示的第一堆叠77(和对应的耗散结构70)所示，通过将所有功率器件布置在顶部堆叠中，并且如图34中的第四堆叠84(和对应的耗散结构70)所示，将所有功率器件布置在底部堆叠中，也可以使用不同的布置组合。在该情况下，因为同一堆叠的功率器件彼此并联，所以连接可以通过第五传导过孔96和第六传导过孔97来获得，以形成图33的半桥拓扑。
187.附加地，尽管仅示出和描述了可以利用功率器件和功率器件堆叠获得的两个不同的电路装置，但是可以有利地提供其他电路。
188.最后，类似于图30的第一竖直壁68的竖直耗散结构可以被布置在图31、图32和图34的堆叠77、78、83、84中的源极引线4b堆叠的一侧上，但是可以被布置在相对侧上并且仅与源极引脚14b的三个堆叠接触(并且因此相对于栅极引脚14a的堆叠绝缘)。
189.上述各种实施例可以被组合来提供其他实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求中所公开的特定实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所要求包括的等同物的全部范围。因此，权利要求不受公开内容的限制。