專利名稱：包括散熱器的半導(dǎo)體器件的制作方法
包括散熱器的半導(dǎo)體器件
背景技術(shù)：
功率電子模塊是被用在功率電子電路中的半導(dǎo)體封裝。功率電子模塊通常被用在車輛和工業(yè)應(yīng)用中，比如用在逆變器和整流器中。包括在功率電子模塊中的半導(dǎo)體組件通常是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)半導(dǎo)體芯片或者金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)半導(dǎo)體芯片。IGBT和MOSFET半導(dǎo)體芯片具有變化的電壓和電流額定值(rating)。 一些功率電子模塊在半導(dǎo)體封裝中也包括附加的半導(dǎo)體二極管(即續(xù)流二極管)以用于過(guò)電壓保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，使用兩種不同的功率電子模塊設(shè)計(jì)。一種設(shè)計(jì)是用于較高功率應(yīng)用，而另一種設(shè)計(jì)是用于較低功率應(yīng)用。對(duì)于較高功率應(yīng)用，功率電子模塊通常包括集成在單個(gè)襯底上的幾個(gè)半導(dǎo)體芯片。所述襯底通常包括絕緣陶瓷襯底，比如A1203、A1N、Si3N4或其他適當(dāng)材料，以將功率電子模塊絕緣。利用純的或鍍的Cu、Al或其他適當(dāng)金屬對(duì)所述陶瓷襯底的至少頂面進(jìn)行金屬化，以提供用于半導(dǎo)體芯片的電氣和機(jī)械接觸部。通常使用直接銅接合(DCB )工藝、直接鋁接合工藝(DAB )工藝或活性金屬釬焊(AMB )工藝將所述金屬層接合到陶瓷襯底。通常,利用Sn-Pb、Sn-Ag> Sn-Ag-Cu或另一適當(dāng)焊料合金的軟焊接被用于將半導(dǎo)體芯片聯(lián)接到金屬化陶瓷襯底。通常，將幾個(gè)襯底組合到金屬底板上。在這種情況下，陶瓷襯底的背面也利用純的或鍍的Cu、Al或其他適當(dāng)材料進(jìn)行金屬化以將所述襯底聯(lián)接到金屬底板。為了將襯底聯(lián)接到金屬底板，通常使用利用Sn-Pb、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu或另一適當(dāng)焊料合金的軟焊接。對(duì)于較低功率應(yīng)用，取代陶瓷襯底，通常使用引線框襯底(例如純Cu襯底)。取決于應(yīng)用，所述引線框襯底通常鍍有Ni、Ag、Au和/或Pd。通常，利用Sn-Pb、Sn-Ag, Sn-Ag-Cu 或另一適當(dāng)焊料合金的軟焊接被用于將半導(dǎo)體芯片聯(lián)接到引線框襯底。對(duì)于高溫應(yīng)用，焊接接頭的低熔點(diǎn)(Tm=180°C _220°C)對(duì)于功率電子模塊來(lái)說(shuō)變成關(guān)鍵參數(shù)。在功率電子模塊的操作期間，處于半導(dǎo)體芯片下方的區(qū)域暴露于高溫。在這些區(qū)域中，環(huán)境空氣溫度與半導(dǎo)體芯片內(nèi)部耗散的熱量疊加。這導(dǎo)致功率電子模塊的操作期間的熱循環(huán)。通常，關(guān)于熱循環(huán)可靠性，在150°C之上就不能保證焊接接頭的可靠功能。在 150°C之上，在幾次熱循環(huán)之后就可能在焊接區(qū)段內(nèi)部形成裂縫。所述裂縫可以容易散布到整個(gè)焊接區(qū)段上并且導(dǎo)致功率電子模塊的故障。隨著在苛刻環(huán)境(例如汽車應(yīng)用)中使用功率電子裝置的愿望不斷增加以及半導(dǎo)體芯片的持續(xù)集成，外部和內(nèi)部耗散的熱量持續(xù)增加。因此，對(duì)于能夠在高達(dá)及超出200°C 的內(nèi)部和外部溫度下操作的高溫功率電子模塊的需求不斷增長(zhǎng)。此外，功率電子裝置的電流密度持續(xù)增加，這導(dǎo)致功率損耗的密度的增加。因此，半導(dǎo)體芯片與襯底之間的必須借之耗散所述損耗的熱界面變得越來(lái)越重要。出于這些和其他原因，需要本發(fā)明
發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體器件包括包括背面金屬的半導(dǎo)體芯片；襯底；以及直接接觸背面金屬的導(dǎo)電散熱器。所述半導(dǎo)體芯片包括直接接觸散熱器并且將散熱器與襯底電耦合的燒結(jié)接頭。
包括附圖以提供對(duì)實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且所述附圖被合并在本說(shuō)明書中并且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。附圖示出了實(shí)施例并且與描述一起用來(lái)解釋實(shí)施例的原理。其他實(shí)施例以及實(shí)施例的許多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將容易明白，這是因?yàn)樗鼈儏⒄障旅娴脑敿?xì)描述而變得更好理解。附圖的元件不一定相對(duì)于彼此按比例繪制。同樣的附圖標(biāo)記指代對(duì)應(yīng)的類似部件。圖I示出了半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。圖2示出了半導(dǎo)體器件的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。圖3示出了包括半導(dǎo)體芯片與襯底之間的電氣和熱界面的半導(dǎo)體器件的一部分的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。圖4示出了包括半導(dǎo)體芯片與兩個(gè)襯底之間的電氣和熱界面的半導(dǎo)體器件的一部分的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。圖5A示出了散熱器的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。圖5B示出了散熱器的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。圖5C示出了散熱器的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)描述中參照形成本文一部分的附圖，在所述附圖中通過(guò)圖示的方式示出了可以在其中實(shí)踐本公開內(nèi)容的具體實(shí)施例。在這方面，比如“頂部”、“底部”、“前”、 “后”、“在前”、“在后”等的方向性術(shù)語(yǔ)是參照所描述的(一幅或多幅)附圖的取向而使用的。 由于實(shí)施例的組件可以被定位在若干不同取向上，因此方向性術(shù)語(yǔ)被用于圖示目的而絕非進(jìn)行限制。要理解的是，在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下可以利用其他實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此不要以限制性意義來(lái)看待下面的詳細(xì)描述，并且本公開內(nèi)容的范圍由所附權(quán)利要求限定。要理解的是，除非具體地另行聲明，否則在這里所描述的各個(gè)示例性實(shí)施例的特征可以彼此組合。在這里所使用的術(shù)語(yǔ)“電耦合”不意味著意指元件必須直接耦合在一起而是可以在“電耦合”的元件之間提供中間元件。圖I示出了半導(dǎo)體器件100的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100是高溫(即高達(dá)及超出200°C)低功率電子模塊。功率電子模塊100包括引線框襯底 102、電氣和熱界面104、半導(dǎo)體芯片或管芯106、接合線108、引線112以及外罩110。引線框襯底102包括Cu、Al或另一適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，引線框襯底102鍍有Ni、Ag、Au 和/或Pd。在一個(gè)實(shí)施例中，電氣和熱界面104包括散熱器和燒結(jié)接頭，下面將參照?qǐng)D3-5C 對(duì)其更加詳細(xì)地描述。電氣和熱界面104將引線框襯底102聯(lián)接到半導(dǎo)體芯片106。所述燒結(jié)接頭可能包括由于制造工藝所致的空隙或瑕疵。燒結(jié)接頭的空隙或瑕疵的尺寸范圍可能處于幾微米與20 μ m之間。燒結(jié)接頭的這些空隙或瑕疵降低燒結(jié)接頭在從半導(dǎo)體芯片106耗散熱量方面的有效性。為了降低燒結(jié)接頭的空隙或瑕疵在從半導(dǎo)體芯片 106耗散熱量方面的影響，在半導(dǎo)體芯片106與燒結(jié)接頭之間形成散熱器。所述散熱器提供半導(dǎo)體芯片106與燒結(jié)接頭之間的緩沖，以在燒結(jié)接頭的空隙或瑕疵周圍從半導(dǎo)體芯片 106耗散熱量。通過(guò)散布在燒結(jié)接頭的空隙或瑕疵周圍從半導(dǎo)體芯片106耗散的熱量，半導(dǎo)體芯片106與引線框襯底102之間的熱界面與僅僅包括燒結(jié)接頭而不包括散熱器的熱界面相比得到了顯著改進(jìn)。半導(dǎo)體芯片106通過(guò)接合線108電耦合到引線112。接合線108包括Al、Cu、Al_Mg、 Au或另一適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，使用超聲線接合將接合線108接合到半導(dǎo)體芯片106 和引線112。在一個(gè)實(shí)施例中，引線框襯底102的厚度在125μπι到200μπι的范圍內(nèi)。使用低溫聯(lián)接(LTJ)工藝經(jīng)由電氣和熱界面104將引線框襯底102聯(lián)接到半導(dǎo)體芯片106。外罩110包括模塑材料或另一適當(dāng)材料。外罩110包圍引線框襯底102、電氣和熱界面104、 半導(dǎo)體芯片106、接合線108和引線112的部分。圖2示出了半導(dǎo)體器件120的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件120是高溫(即高達(dá)及超出200°C)高功率電子模塊。功率電子模塊120包括金屬底板124、燒結(jié)接頭126、包括金屬表面或?qū)?28和132的金屬化陶瓷襯底130、電氣和熱界面134、半導(dǎo)體芯片136、接合線138、電路板140、控制接觸部142、電力接觸部144、灌封 (potting) 146 和 148 以及外罩 150。陶瓷襯底130包括A1203、A1N、Si3N4或其他適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，陶瓷襯底 130每一個(gè)具有處在O. 2mm到2. Omm的范圍內(nèi)的厚度。金屬層128和132包括Cu、Al或另一適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層128和/或132鍍有Ni、Ag、Au和/或Pd。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層128和132每一個(gè)具有處在O. Imm到O. 6mm的范圍內(nèi)的厚度。燒結(jié)接頭 126將金屬層128聯(lián)接到金屬底板124。電氣和熱界面134將金屬層132聯(lián)接到半導(dǎo)體芯片136。與先前參照?qǐng)DI所描述并且示出的電氣和熱界面104類似，每一個(gè)電氣和熱界面 134包括散熱器和燒結(jié)接頭。半導(dǎo)體芯片136通過(guò)接合線138電耦合到金屬層132。接合線138包括Al、Cu、 Al-Mg、Au或另一適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，使用超聲線接合將接合線138接合到半導(dǎo)體芯片136和金屬層132。金屬層132電耦合到電路板140和電力接觸部144。電路板140 電耦合到控制接觸部142。外罩150包圍燒結(jié)接頭126、包括金屬層128和132的金屬化陶瓷襯底130、電氣和熱界面134、半導(dǎo)體芯片136、接合線138、電路板140、控制接觸部142的部分以及電力接觸部144的部分。外罩150包括工業(yè)(technical)塑料或另一適當(dāng)材料。外罩150被聯(lián)接到金屬底板124。在一個(gè)實(shí)施例中，使用單個(gè)金屬化陶瓷襯底130，使得排除金屬底板124 并且將外罩150直接聯(lián)接到單個(gè)金屬化陶瓷襯底130。灌封材料146填充外罩150內(nèi)的電路板140下方的在燒結(jié)接頭126、包括金屬層 128和132的金屬化陶瓷襯底130、電氣和熱界面134、半導(dǎo)體芯片136以及接合線138周圍的區(qū)域。灌封材料148填充外罩150內(nèi)的電路板150上方的在控制接觸部142的部分和電力接觸部144的部分周圍的區(qū)域。灌封材料146和148包括硅酮凝膠或另一適當(dāng)材料。灌封材料146和148防止電介質(zhì)擊穿對(duì)功率電子模塊120造成破壞。
圖3示出了包括在半導(dǎo)體芯片216與襯底202之間的電氣和熱界面的半導(dǎo)體器件的一部分200的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，部分200可以被用在先前分別參照?qǐng)DI和2所描述并示出的模塊100或模塊120中。部分200包括金屬化陶瓷襯底202、 燒結(jié)接頭210、散熱器212、半導(dǎo)體芯片背面金屬214、半導(dǎo)體芯片216、半導(dǎo)體芯片正面金屬 218和接合線220。金屬化陶瓷襯底202包括陶瓷襯底206、直接接觸陶瓷襯底206的第一面的第一金屬層204以及直接接觸陶瓷襯底206的與第一面相對(duì)的第二面的第二金屬層208。陶瓷襯底206包括A1203、AIN、Si3N4或其他適當(dāng)材料。金屬層204和208包括Cu、Al或另一適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層204和/或208鍍有Ni、Ag、Au和/或Pd。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬層204和208使用直接銅接合(DCB)工藝、直接鋁接合工藝(DAB)工藝或活性金屬釬焊(AMB)工藝而接合到陶瓷襯底206。在另一個(gè)實(shí)施例中，金屬化陶瓷襯底202被引線框襯底所替代，比如先前參照?qǐng)DI所描述并示出的引線框襯底102。燒結(jié)接頭210將金屬化陶瓷襯底202的金屬層208電耦合到散熱器212。在另一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)接頭210將引線框襯底電耦合到散熱器212。燒結(jié)接頭210是包括燒結(jié)納米顆粒的燒結(jié)金屬層，所述燒結(jié)納米顆粒比如Ag納米顆粒、Au納米顆粒、Cu納米顆粒或者其他適當(dāng)納米顆粒。燒結(jié)接頭210可能包括由于制造工藝所致的空隙或瑕疵。 散熱器212直接接觸燒結(jié)接頭210和半導(dǎo)體芯片背面金屬214，并且提供半導(dǎo)體芯片216與燒結(jié)接頭210之間的緩沖以在燒結(jié)接頭210的空隙或瑕疵周圍從半導(dǎo)體芯片216 耗散熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器212包括具有與半導(dǎo)體芯片216相同的長(zhǎng)度和寬度的固體平面材料層，使得散熱器212覆蓋半導(dǎo)體芯片216的整個(gè)背面。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器212包括具有高熱導(dǎo)率的材料層，比如Cu、Ag、碳納米管或其他適當(dāng)材料?？梢园丫哂懈哌_(dá)2000W/mK的熱導(dǎo)率的碳納米管混合到金屬層中以提供散熱器212。在一個(gè)實(shí)施例中，在晶片處理期間在半導(dǎo)體芯片背面金屬214上沉積或生長(zhǎng)散熱器212的材料層。通過(guò)在晶片處理期間沉積或生長(zhǎng)所述材料層，可以獲得具有低缺陷密度的一層。散熱器212在半導(dǎo)體芯片背面金屬214與燒結(jié)接頭210之間具有至少4 μ m的厚度。在其他實(shí)施例中，散熱器212的厚度處在4 μ m與100 μ m之間，比如5 μ m、8 μ m、10 μ m、 20μπι、50μπι或ΙΟΟμπι。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器212具有至少300W/mK的熱導(dǎo)率。半導(dǎo)體芯片背面金屬214將半導(dǎo)體芯片216的背面電氣且熱耦合到散熱器212。半導(dǎo)體芯片背面金屬214包括任何適當(dāng)金屬層或金屬層的層疊。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片背面金屬214包括Cr/Ni/Ag、Al/X/Y/Ni/Ag或Al/X/Y/Ni/Au層的層疊，其中“X”和“Y” 是任何適當(dāng)金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片背面金屬214的厚度是Ιμπι或更小。由于半導(dǎo)體芯片背面金屬214的I μ m或更小的相對(duì)小厚度，所述半導(dǎo)體芯片背面金屬本身對(duì)散熱沒有顯著貢獻(xiàn)。半導(dǎo)體芯片216包括功率半導(dǎo)體組件，比如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和/或二極管(即續(xù)流二極管)。在沒有散熱器212的情況下，半導(dǎo)體芯片216的Si (其熱導(dǎo)率至多為散熱器212的三分之一)將必須在燒結(jié)接頭210的空隙或瑕疵周圍散布熱量。半導(dǎo)體芯片正面金屬218將半導(dǎo)體芯片216的正面電耦合到接合線220。半導(dǎo)體芯片正面金屬218包括Cu、Al或另一適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片正面金屬218鍍有Ni、Ag、Au和/或Pd。接合線220包括Al、Cu、Al-Mg、Au或另一適當(dāng)材料。圖4示出了包括在半導(dǎo)體芯片216與襯底202和256之間的電氣和熱界面的半導(dǎo)體器件的一部分250的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，部分250可以被用在先前參照?qǐng)D2所描述并示出的模塊120中。部分250包括第一金屬化陶瓷襯底202、第一燒結(jié)接頭210、第一散熱器212、半導(dǎo)體芯片背面金屬214、半導(dǎo)體芯片216、第二散熱器252、第二燒結(jié)接頭254以及第二金屬化陶瓷襯底256。第一金屬化陶瓷襯底202、第一燒結(jié)接頭210、第一散熱器212、半導(dǎo)體芯片背面金屬214和半導(dǎo)體芯片216與先前參照?qǐng)D3所描述并示出的相同。第二金屬化陶瓷襯底256 類似于金屬化陶瓷襯底202，并且包括陶瓷襯底260、直接接觸陶瓷襯底260的第一面的第一金屬層258以及直接接觸陶瓷襯底260的與第一面相對(duì)的第二面的第二金屬層262。第二燒結(jié)接頭254將第二金屬化陶瓷襯底256的金屬層258電稱合到第二散熱器 252。燒結(jié)接頭254類似于燒結(jié)接頭210，并且是包括燒結(jié)納米顆粒的燒結(jié)金屬層，所述燒結(jié)納米顆粒比如Ag納米顆粒、Au納米顆粒、Cu納米顆粒或其他適當(dāng)納米顆粒。燒結(jié)接頭254 可能包括由于制造工藝所致的空隙或瑕疵。第二散熱器252直接接觸燒結(jié)接頭254和半導(dǎo)體芯片216，并且提供半導(dǎo)體芯片 216與燒結(jié)接頭254之間的緩沖以在燒結(jié)接頭254的空隙或瑕疵周圍從半導(dǎo)體芯片216耗散熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，第二散熱器252包括其長(zhǎng)度和/或?qū)挾缺劝雽?dǎo)體芯片216略小的固體平面材料層，使得第二散熱器252覆蓋半導(dǎo)體芯片216的正面的大部分。在一個(gè)實(shí)施例中，第二散熱器252包括具有高熱導(dǎo)率的材料層，比如Cu、Ag、碳納米管或其他適當(dāng)材料。 可以將具有高達(dá)2000W/mK的熱導(dǎo)率的碳納米管混合到金屬層中以提供第二散熱器252。在一個(gè)實(shí)施例中，在晶片處理期間在半導(dǎo)體芯片216的正面上沉積或生長(zhǎng)第二散熱器252的材料層。通過(guò)在晶片處理期間沉積或生長(zhǎng)所述材料層，可以獲得具有低缺陷密度的一層。第二散熱器252在半導(dǎo)體芯片216的正面與燒結(jié)接頭254之間具有至少4 μ m的厚度。在其他實(shí)施例中，第二散熱器252的厚度處在4 μ m與100 μ m之間，比如5 μ m、8 μ m、 10μπι、20μπι、50μπι或ΙΟΟμπι。在一個(gè)實(shí)施例中，第二散熱器252的厚度被選擇成使得半導(dǎo)體芯片216與第二金屬化陶瓷襯底256之間的距離適于將半導(dǎo)體芯片216的邊緣終結(jié)與第二金屬化陶瓷襯底256隔離。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，第二散熱器212具有至少300W/mK 的熱導(dǎo)率。圖5A不出了散熱器300A的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，使用散熱器 300A以替代先前參照?qǐng)D3和4所描述并示出的散熱器212和/或252。散熱器300A包括第一固體平面金屬層302與第二固體平面金屬層304的層疊。在該實(shí)施例中，第一金屬層 302是Ag層而第二金屬層304是Cu層以提供Cu/Ag層的層疊。第二金屬層304的厚度大于第一金屬層302的厚度。在半導(dǎo)體器件中，第一金屬層302直接接觸燒結(jié)接頭,而第二金屬層304直接接觸半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體芯片的背面金屬。圖5B示出了散熱器300B的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，使用散熱器300B以替代先前參照?qǐng)D3和4所描述并示出的散熱器212和/或252。散熱器300B包括第一固體平面金屬層310、第二固體平面金屬層312和第三固體平面金屬層314的層疊。 在該實(shí)施例中，第一金屬層310是Ag層,第二金屬層312是Cu層,而第三金屬層314是Ni 層，以提供Ni/Cu/Ag層的層疊。
第二金屬層312的厚度大于第一金屬層310的厚度和第三金屬層314的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，第二金屬層312的厚度大于第一金屬層310與第三金屬層314的組合厚度。 在半導(dǎo)體器件中，第一金屬層310直接接觸燒結(jié)接頭，而第三金屬層314直接接觸半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體芯片的背面金屬。圖5C示出了散熱器300C的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，使用散熱器300C以替代先前參照?qǐng)D3和4所描述并示出的散熱器212和/或252。散熱器300C包括第一固體平面金屬層320、第二固體平面金屬層322、第三固體平面金屬層324和第四固體平面金屬層326的層疊。在該實(shí)施例中，第一金屬層320是Ag層,第二金屬層322是Ni 層，第三金屬層324是Cu層，而第四金屬層326是Ni層，以提供Ni/Cu/Ni/Ag層的層疊。第三金屬層324的厚度大于第一金屬層320的厚度、第二金屬層322的厚度和第四金屬層326的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，第三金屬層324的厚度大于第一金屬層320、第二金屬層322和第四金屬層326的組合厚度。在半導(dǎo)體器件中，第一金屬層320直接接觸燒結(jié)接頭，而第四金屬層326直接接觸半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體芯片的背面金屬。實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件，其中在晶片處理期間應(yīng)用相對(duì)厚的導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體芯片與燒結(jié)接頭之間的緩沖。所述導(dǎo)體層在燒結(jié)接頭的任何空隙或瑕疵周圍對(duì)半導(dǎo)體芯片耗散的熱量進(jìn)行散布，從而改進(jìn)了半導(dǎo)體芯片與半導(dǎo)體芯片所附著的(一個(gè)或多個(gè))襯底之間的熱界面。雖然在這里示出并描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白，在不背離本公開內(nèi)容的范圍的情況下可以用多種替換的和/或等效的實(shí)現(xiàn)方式代替所示出并描述的具體實(shí)施例。本申請(qǐng)旨在覆蓋在這里所討論的具體實(shí)施例的任何適配或變型。因此， 本公開內(nèi)容旨在僅由權(quán)利要求及其等效物限制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括包括背面金屬的半導(dǎo)體芯片；襯底；直接接觸背面金屬的導(dǎo)電散熱器；以及直接接觸散熱器并且將散熱器與襯底電耦合的燒結(jié)接頭。
2.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器包括固體平面Cu層和固體平面Ag層之一。
3.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器具有大于4μπι的厚度。
4.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器包括碳納米管。
5.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器具有大于300W/mK的熱導(dǎo)率。
6.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器由Cu/Ag層的層疊構(gòu)成，其中Ag層直接接觸燒結(jié)接頭。
7.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器由Ni/Cu/Ag層的層疊構(gòu)成，其中Ag層直接接觸燒結(jié)接頭并且Cu層的厚度大于Ni層和Ag層當(dāng)中的每一個(gè)的厚度。
8.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述散熱器由Ni/Cu/Ni/Au層的層疊構(gòu)成，其中Au 層直接接觸燒結(jié)接頭并且Cu層的厚度大于Ni層和Au層當(dāng)中的每一個(gè)的厚度。
9.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底包括金屬化陶瓷襯底。
10.權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底包括引線框。
11.一種半導(dǎo)體器件，包括包括背面金屬的半導(dǎo)體芯片；直接接觸背面金屬的第一散熱器；第一襯底；直接接觸第一散熱器并且將第一散熱器與第一襯底電耦合的第一燒結(jié)接頭；直接接觸并且電耦合到半導(dǎo)體芯片的正面的第二散熱器；第二襯底；以及直接接觸第二散熱器并且將第二散熱器電耦合到第二襯底的第二燒結(jié)接頭。
12.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中第一散熱器包括Cu和Ag之一，并且其中第二散熱器包括Cu和Ag之一。
13.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中第一散熱器包括碳納米管，并且其中第二散熱器包括碳納米管。
14.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體芯片包括功率半導(dǎo)體芯片。
15.權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中第一襯底包括金屬化陶瓷襯底；并且其中第二襯底包括金屬化陶瓷襯底。
16.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括提供包括背面金屬的半導(dǎo)體芯片；形成直接接觸背面金屬的第一散熱器；以及經(jīng)由燒結(jié)工藝將第一散熱器電耦合到第一襯底，以提供直接接觸第一散熱器和第一襯底的第一燒結(jié)接頭。
17.權(quán)利要求16的方法，還包括在半導(dǎo)體芯片的正面上形成第二散熱器；以及經(jīng)由燒結(jié)工藝將第二散熱器電耦合到第二襯底，以提供直接接觸第二散熱器和第二襯底的第二燒結(jié)接頭。
18.權(quán)利要求16的方法，其中形成第一散熱器包括形成Cu/Ag層的層疊。
19.權(quán)利要求16的方法，其中形成第一散熱器包括形成Ni/Cu/Ag層的層疊。
20.權(quán)利要求16的方法，其中形成第一散熱器包括形成Ni/Cu/Ni/Au層的層疊。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括散熱器的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括包括背面金屬的半導(dǎo)體芯片；襯底；以及直接接觸背面金屬的導(dǎo)電散熱器。所述半導(dǎo)體芯片包括直接接觸散熱器且將散熱器與襯底電耦合的燒結(jié)接頭。
文檔編號(hào)H01L21/50GK102593081SQ20121000841
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者R.巴耶雷爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司