通过晶片承载器温度偏置来改变晶片表面温度的系统和方法_2

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032] 晶片承载器包括:(1)有晶片间隔室的那些区域,以及(2)无晶片间隔室的那些区 域。在无晶片承载器的区域,被绘制成垂直于晶片承载器130的第一表面200和第二表面 210而与晶片承载器交叉的第一垂直线222没有与任何其它材料的界面。然而,在晶片承载 器中有晶片的诸区域中,第二垂直交叉线225显示出在晶片间隔室135中晶片140自身和 晶片承载器130之间的界面145。因此,在有晶片间隔室的区域中要比无这种晶片间隔室的 区域中有更多的界面,结果,认为热量的热导率在每一个所形成的区域中是不同的。
[0033] 图3A示出本发明的多个晶片承载器的一个实施例的示意性横截面图。经修改的 晶片承载器300在一个或多个晶片间隔室335中固定一个或多个晶片340。在晶片间隔室 335中晶片340和晶片承载器300之间形成界面345。经修改的晶片承载器300可直接放 置或经过承载器调整片310放置在诸如但不限于图1的反应室之类的化学气象反应室中的 基座上或中。
[0034] 经修改的晶片承载器300包括顶面360和底面365,而使晶片间隔室335和晶片 340处在顶面360中。
[0035] 然而,将晶片承载器300的底面修改成包括与晶片承载器材料不同材料的嵌入的 区域350 (尽管也可采用相同晶片承载器材料的两个单元之间的界面,但与晶片承载器材 料不同的材料是较佳的)。嵌入区350嵌入于晶片承载器300的底面365中以使它们形成 嵌入图案(第二图案),该图案基本是形成于晶片承载器300的顶面360上的晶片间隔室 335的图案(第一图案)的凹凸反相。第一图案和第二图案详细地示于以下的图9A和图 9B中。作为与图9A和9B的关系,图3所示的横截面是如由图9A和9B所示的交叉线(Y) 所示的晶片承载器的横截面。
[0036] 嵌入区350较佳地经由螺旋拧紧、焊接或其它工艺永久地固定到晶片承载器300 以在嵌入的区域350和晶片承载器300之间、尤其是在无晶片间隔室的晶片承载器的区域 中形成永久界面355。在一个实施例中,将嵌入区域350经由通过晶片承载器中穿过嵌入区 中的螺纹孔的埋头螺钉拧紧到晶片承载器300上。该界面355有利地在嵌入区350和晶片 承载器300之间无晶片间隔室335的晶片承载器300的某些区域中形成传导障碍。
[0037] 在一个实施例中,晶片承载器300较佳地由包括具有玻璃态表面涂层的石墨(包 括,例如,薄的非多孔表面涂层以密封约12%的石墨多孔性)的第一材料形成。用作晶片 承载器中的嵌入材料350的第二材料较佳地是钼或其合金。一般而言,晶片承载器300的 所有的组分和第二材料350可以是任何数量的材料,包括但不限于:没有涂层或具有诸如 SiC、热解石墨、FABMATE? (P0C0GRAPHITE的商标)之类的不同的表面涂层的石墨;诸 如SiC、A1N、A1203(较佳地如通过热压或CVD工艺获得的)之类的体陶瓷;或者诸如钼、钨 TZM15(ADVANCEDMATERIALSANDDESIGN公司的商标)之类的高熔点材料;或者有或没有 表面涂层的任何它们的合金或复合材料。
[0038] 可将晶片承载器300看作相对方向的第一表面360和第二表面365。此外,可将晶 片承载器看成分为晶片接收区330和中间区320。晶片接收区330包括晶片承载器中包括 第一表面360上的晶片间隔室335的那些部分,从而使晶片承载器的结构可适合于在晶片 接收区330中的第一表面360上接收晶片340。
[0039] 中间区320包括无晶片间隔室335的晶片承载器的诸部分。中间区320有利地在 第一表面360和第二表面365之间的区域中具有比晶片接收区330的第一和第二表面之间 的热导率低的热导率。可将导率定义为阻率的倒数,例如可测量为电流和电压的比(I/E)。
[0040] 中间区320可包括由不同材料形成的嵌入区350,以在中间区中形成与形成晶片 承载器的材料的界面,而使至少两个单元(嵌入区和晶片承载器自身)在中间区中限定至 少一个热界面。或者,中间区320可由夹层区(例如,见图4和5)形成,它在中间区中形成 在上面和下面都与形成晶片承载器的材料的界面。结果,晶片承载器的热导率在两个不同 的区域之间基本相等。因此,在无晶片承载器的区域(中间区320),穿过晶片承载器绘制的 垂直于晶片承载器300的第一表面360和第二表面365的第一垂直线322具有与嵌入材料 350的至少一个界面。在晶片承载器中无晶片的区域(晶片承载区330),第二垂直线325 显示出在晶片间隔室335中晶片340自身和晶片承载器300之间的晶片-晶片承载器界面 345 〇
[0041] 图3B示出分为无晶片间隔室的区域和有晶片间隔室的区域的、图3A的多晶片承 载器300的单一主体305的一个实施例。较佳地,晶片承载器300的主体由限定了晶片承 载器的第一表面360和第二表面365的单一主体305形成。主体305较佳地延伸进入中间 (非晶片-承载器)区320,从而使在中间区320中所形成的热界面的两个单元中的一个是 单一主体,而另一个单元是嵌入或中间材料350。类似地,单一主体较佳地在中间区320中 限定第一表面360、以及在晶片承载区330中的第二表面365。
[0042] 图4示出包括界面材料的中间层的本发明多晶片承载器的一个实施例的一幅示 意性横截面图。在该实施例中,晶片承载器400包括晶片承载器调整片410、无晶片间隔室 435的一组第一区(中间区)420以及有晶片间隔室435的一组第二区(晶片接收区)430。 如以上,晶片衬底440放置在晶片承载器400中的晶片间隔室435中,形成晶片-晶片承载 器界面445。晶片承载器包括顶面460和底面465。在底面上,如同前面的实施例一样,提 供有嵌入材料450并且嵌入材料450形成与晶片承载器400的界面455,同时在晶片承载器 400的中间区420中形成与底面465的平坦表面。
[0043] 在该实施例中,不含有晶片间隔室的晶片承载器的区域中的嵌入物由多层材料组 成。第一嵌入材料450和第二嵌入材料470都嵌入在晶片承载器400的底面465的区域中。 结果,第一界面455形成于第一嵌入材料450和晶片承载器400之间,而第二界面475形成 于第一嵌入材料450和第二嵌入材料470之间。
[0044] 将第一嵌入材料450和第二嵌入材料470再次主要地放置在不含有晶片间隔室 420的晶片承载器的区域。或者,第一嵌入材料450和第二嵌入材料470嵌入地放置在晶片 承载器的、呈基本是晶片承载器400的顶面460上的晶片间隔室435的图案的凹凸反相的 图案的底面465上,例如,如图9A和9B的凹凸反相图案所不。在晶片承载区430,主晶片承 载器材料490至少形成部分晶片承载器的底面。
[0045] 此外,第一嵌入材料450和第二嵌入材料470较佳的是不同的材料,或者在化学成 分、合金百分比方面不同或者它们是类似的成分但具有不同的浓度、相对金属百分比或重 量。或者,它们可以是相同的材料但在两个单元之间具有材料界面。不同的材料和多界面 455和475导致在无晶片间隔室的晶片承载器的的区域中热导率的相对减小,这可减少放 置在晶片承载器中的晶片的特定区域的边缘效应、过热或加热不足。
[0046] 图5示出包括三层嵌入界面材料的本发明多晶片承载器的一幅简化示意性横截 面图。在该示例中,第三层嵌入材料放置在晶片承载器的底面的区域中,形成基本是晶片承 载器的顶面上的晶片间隔室的图案的凹凸反相的图案。
[0047] 第三材料580形成第三材料界面585。第三材料580可不同于晶片承载器500的 材料、第一嵌入材料550和第二嵌入材料570,或者第三材料580可与其它材料中的一种相 同,只要所得界面555、575和585在每一个材料界面处的材料之间各自形成不连续(无论 界面在不同的材料之间还是在相同的材料之间)。此外,材料层中的每一层可以是不同的图 案,使得未必要所有的嵌入材料层都必须是晶片承载器的顶面上的晶片间隔室的图案的精 确的凹凸反相的图案。
[0048] 此外,尽管晶片承载器500的底面565上的嵌入材料550、570和/或580 -般在 无晶片间隔室的第一区520中,但它们未必精确地位于第一区520内。例如,第一嵌入材料 550具有与晶片承载器第一区520但不是第二区530的界面。第二嵌入材料570具有与晶 片承载器的小于第一区520的全部且没有第二区530的界面,而第三嵌入材料580具有与 晶片承载器全部的第一区520和一小部分第二区530的界面。如此,嵌入材料基本位于第 一区内以及第二区外,但各自的边界可以变化同时保持有利的均匀的加热特性。因此,例 如,嵌入材料可基本覆盖第一区,即使它一般不覆盖第一区的边缘约2-4_,在这里热梯度 和主体材料性质会形成干扰:因此,对于2至6英寸(50. 8mm至152. 4mm)晶片,嵌入材料在 第一区上的重叠较佳地是约2_4mm范围(对于2英寸(50. 8mm)晶片约2mm,而对于6英寸 (
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