[發(fā)明專利]使用低溫過程的高溫半導(dǎo)體器件封裝和結(jié)構(gòu)的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410601839.0
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104600054B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 拉克希米納拉揚·維斯瓦納坦
• 申請（專利權(quán)）人: 恩智浦美國有限公司
• 主分類號: H01L23/498
• 分類號: H01L23/498;H01L21/60
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李寶泉;周亞榮

一種使用低溫過程的高溫半導(dǎo)體器件封裝和結(jié)構(gòu)的方法及裝置。提供了包含陶瓷、有機和金屬材料的組合的半導(dǎo)體器件封裝，其中這些材料通過使用銀而耦合。在壓力和低溫下，銀以細顆粒的形式被應(yīng)用。應(yīng)用之后，銀形成了具有銀的典型熔點的固體，因此，成品封裝能承受比制造溫度顯著高的溫度。此外，因為銀是各種組合材料之間的接口材料，由于接合的低溫度和銀的延展性，陶瓷、有機和金屬組件之間的不同材料特性的效果例如熱膨脹系數(shù)被降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件封裝，更具體地說，涉及用于制作高溫和高性能半導(dǎo)體器件封裝的低溫過程。

背景技術(shù)

各種半導(dǎo)體器件封裝包括陶瓷、有機和金屬材料的組合。為了形成半導(dǎo)體器件封裝的可用結(jié)構(gòu)，這些不同的材料彼此接觸。這些不同的材料通常具有顯著不同的材料性能，這就會導(dǎo)致包含這些材料的半導(dǎo)體器件封裝的故障。因此，期望具有包含具有不同的材料性能但不受到由于不同的材料性能(例如熱膨脹系數(shù))引起的故障的材料的半導(dǎo)體器件封裝。

附圖說明

通過參考附圖，本發(fā)明或可被更好的理解，并且其多個目的、特征，以及優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說會非常清楚。

圖1是圖示了氣腔封裝的截面圖的簡化框圖。

圖2是圖示了氣腔封裝的平面圖的簡化框圖。

圖3是系統(tǒng)在其中器件管芯耦合于嵌入在PCB或其它封裝襯底的金屬幣或金屬塊的處理階段的截面圖的簡化框圖。

圖4是系統(tǒng)在其中器件管芯耦合于PCB或其它封裝襯底中的燒結(jié)銀通孔的處理階段的截面圖的簡化框圖。

圖5是系統(tǒng)在其中銅塊包含在燒結(jié)銀大通孔內(nèi)的處理階段的截面圖的簡化框圖。

圖6是系統(tǒng)在其中一對金屬塊包含在燒結(jié)銀大通孔內(nèi)的處理階段的截面圖的簡化框圖。

圖7是系統(tǒng)在其中無源組件包含在燒結(jié)銀大通孔內(nèi)的處理階段的截面圖的簡化框圖。

除非另有說明，不同附圖中使用的相同參考符號表示相同的元素。附圖不一定按比例繪制。

具體實施方式

本發(fā)明的實施例提供了包含陶瓷、有機、金屬材料的組合的半導(dǎo)體器件封裝，其中這些材料通過使用銀來耦合。在壓力和低溫下(例如在250℃燒結(jié))，銀以細顆粒(例如，納米顆粒銀)的形式被應(yīng)用。應(yīng)用之后，銀形成了具有銀的典型熔點(即，大約962℃)的固體，因此，成品封裝能承受比制造溫度顯著更高的溫度。此外，因為銀是各種組合材料之間的接口材料，由于接合的低溫度和銀的延展性，陶瓷、有機和金屬組件之間的不同材料特性的效果例如熱膨脹系數(shù)被降低。在其它實施例中，銀可以用于代替或連同印刷電路板內(nèi)的銅塊用于附著散熱器或大通孔。這樣的實施例提供了比典型用于所包括的銅塊更薄的PCB。

不同類型的高性能半導(dǎo)體器件封裝包含陶瓷、有機和金屬材料的組合。但是，這些材料的不同性能特性會導(dǎo)致合成封裝的故障。例如，陶瓷和銅之間的廣泛不同的熱膨脹系數(shù)會導(dǎo)致封裝中的高應(yīng)力，從而在這些材料之間的連接附近導(dǎo)致封裝的翹曲和破裂。

這樣的封裝的一個例子是氣腔封裝，其通常包括一個或多個被附接到底板和圍繞管芯的絕緣窗框的半導(dǎo)體器件。蓋被放置在窗框上，從而封裝了氣腔內(nèi)的管芯。氣腔封裝可以被用于容納高頻器件，例如射頻(RF)管芯。如與具有比空氣高的介電常數(shù)的模塑化合物中的封裝相比，在封裝的空氣中封裝高頻半導(dǎo)體器件可以提高模具管芯和電引線的高頻性能。