[發(fā)明專利]包括散熱器的半導體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210008411.6
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102593081A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R.巴耶雷爾
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L21/48;H01L21/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;盧江

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體組件通常是絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）半導體芯片或者金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）半導體芯片。IGBT和MOSFET半導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體封裝中也包括附加的半導體二極管（即續(xù)流二極管）以用于過電壓保護。

一般來說，使用兩種不同的功率電子模塊設(shè)計。一種設(shè)計是用于較高功率應(yīng)用，而另一種設(shè)計是用于較低功率應(yīng)用。對于較高功率應(yīng)用，功率電子模塊通常包括集成在單個襯底上的幾個半導體芯片。所述襯底通常包括絕緣陶瓷襯底，比如Al₂O₃、AlN、Si₃N₄或其他適當材料，以將功率電子模塊絕緣。利用純的或鍍的Cu、Al或其他適當金屬對所述陶瓷襯底的至少頂面進行金屬化，以提供用于半導體芯片的電氣和機械接觸部。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或另一適當焊料合金的軟焊接被用于將半導體芯片聯(lián)接到金屬化陶瓷襯底。通常，將幾個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或其他適當材料進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或另一適當焊料合金的軟焊接。

對于較低功率應(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或另一適當焊料合金的軟焊接被用于將半導體芯片聯(lián)接到引線框襯底。

對于高溫應(yīng)用，焊接接頭的低熔點（T_m=180℃-220℃）對于功率電子模塊來說變成關(guān)鍵參數(shù)。在功率電子模塊的操作期間，處于半導體芯片下方的區(qū)域暴露于高溫。在這些區(qū)域中，環(huán)境空氣溫度與半導體芯片內(nèi)部耗散的熱量疊加。這導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℃之上就不能保證焊接接頭的可靠功能。在150℃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焊接區(qū)段上并且導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，對于能夠在高達及超出200℃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。此外，功率電子裝置的電流密度持續(xù)增加，這導致功率損耗的密度的增加。因此，半導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

一個實施例提供了一種半導體器件。所述半導體器件包括：包括背面金屬的半導體芯片；襯底；以及直接接觸背面金屬的導電散熱器。所述半導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。

附圖說明

包括附圖以提供對實施例的進一步理解，并且所述附圖被合并在本說明書中并且構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了實施例并且與描述一起用來解釋實施例的原理。其他實施例以及實施例的許多預(yù)期優(yōu)點將容易明白，這是因為它們參照下面的詳細描述而變得更好理解。附圖的元件不一定相對于彼此按比例繪制。同樣的附圖標記指代對應(yīng)的類似部件。

圖1示出了半導體器件的一個實施例的剖面圖。

圖2示出了半導體器件的另一個實施例的剖面圖。

圖3示出了包括半導體芯片與襯底之間的電氣和熱界面的半導體器件的一部分的一個實施例的剖面圖。

圖4示出了包括半導體芯片與兩個襯底之間的電氣和熱界面的半導體器件的一部分的一個實施例的剖面圖。

圖5A示出了散熱器的一個實施例的剖面圖。

圖5B示出了散熱器的另一個實施例的剖面圖。

圖5C示出了散熱器的另一個實施例的剖面圖。

具體實施方式