具有用于半导体器件的被动冷却功能的载体的制作方法

文档序号:13689567阅读:154来源:国知局
具有用于半导体器件的被动冷却功能的载体的制作方法

本发明涉及一种用于半导体器件的载体以及一种设备,所述设备具有载体和设置在载体上的半导体器件。



背景技术:

半导体器件在此尤其能够为发光二极管。

在设计用于发光二极管的载体时,不同方面、如光产量、使用寿命和热管理具有重要意义。除了功能要求和热机械要求之外,也存在要解决的几何形状问题。尤其在移动应用中、例如在集成到移动电话的照相机闪光灯中的发光二极管中,载体和其他器件、如例如分立的保护器件和传感器应具有尽可能小的空间需要和尽可能小的结构高度。

对用于发光二极管的载体的另一重要要求在于:能够尽可能无妨碍地实现发光二极管的光放射并且在此尤其避免遮蔽。



技术实现要素:

本发明的目的是,提供一种用于半导体器件的改进的载体,所述载体例如能够实现好的热管理。

所述目的通过当前的权利要求1的主题来实现。

提出一种具有用于半导体器件的被动冷却功能的载体,所述载体具有:基本体,所述基本体具有上侧和下侧;和至少一个电器件,所述电器件嵌入到基本体中。载体还具有第一热过孔,所述第一热过孔从基本体的上侧延伸至至少一个电器件。载体具有第二热过孔,所述第二热过孔从至少一个电器件延伸至基本体的下侧。至少一个电器件通过第一和第二热过孔电接触。

第一和第二热过孔因此在载体中满足两个功能。所述第一和第二热过孔能够不仅实现至少一个嵌入的器件的电接触,而且也实现降低基本体的热阻,因为所述第一和第二热过孔由于其高的热导率而适合于:将由施加在载体上的半导体器件放射的热快速地并且有效地从基本体的上侧导出。

与此相应地,热过孔用于载体和/或半导体器件的被动冷却。作为被动冷却在此表示电设备或电子设备自身基于“自由”对流进行冷却。在此,能够将余热引出给周围空气。

通过至少一个电器件嵌入载体中,载体能够没有施加在上侧上的器件,使得整体上能够实现载体的小的高度。由此,尤其在移动应用的情况下能够明显降低关键的结构高度。

载体能够适合于,能够将半导体器件、例如发光二极管芯片直接安装在载体上。这例如能够通过ausn共晶键合或ausn回流法来进行。载体在此构成为,使得半导体器件、例如发光二极管能够设置在基本体的上侧上。载体能够容纳一个或多个半导体器件。

术语“嵌入”在此理解成,嵌入的电子器件由基本体的一个层的全部侧部或热过孔包围。在基本体中构成有开口,在所述开口中围住电器件。电器件在其上侧上、在其下侧上和在其侧面上完全由基本体的材料和热过孔围住。

作为过孔表示贯通接触部(英语为:verticalinterconnectaxis,via),所述贯通接触部能够实现在基本体的不同平面之间的竖直的电连接,其中“竖直”在此表示从基本体的下侧至基本体的上侧的方向。作为热过孔在此表示贯通接触部,所述贯通接触部的特征在于至少为250w(m·k)的高的热导率。热过孔用于,将热从将基本体的上侧导出。热过孔能够具有铜或银或者由铜或银构成。

描述的载体的特征在于将由半导体器件放射的热量有效地导出,所述导出优于热过孔的低的热阻而得出。由此,能够改进半导体器件的使用寿命。替选地或补充地,能够实现的是,将半导体器件以与用于没有热过孔的类似的载体可能的情况相比更大的功率运行,因为热过孔能够实现将由于升高的功率附加地产生的热导出。

此外,载体能够具有至少一个另外的热过孔,所述另外的热过孔从基本体的上侧延伸至基本体的下侧。另外的热过孔能够是纯的热过孔,所述纯的热过孔不用于接触嵌入的器件。通过至少一个另外的热过孔,能够进一步改进基本体的热导率。

此外,载体能够具有金属结构,所述金属结构嵌入到基本体中,并且所述金属结构沿平行于基本体的上侧的方向扩展,其中金属结构直接贴靠在另外的热过孔上。尤其地,金属结构接触另外的热过孔。金属结构也能够直接贴靠在多个另外的热过孔上。通过金属结构,将具有高的热导率的材料嵌入基本体中,使得整个基本体的热导率提高。尤其地,金属结构有助于:将热快速地从基本体的上侧导出。金属结构例如能够构成为块或条带。

基本体能够具有多层结构,其中金属结构和嵌入的电器件设置在同一层中。

嵌入的电器件能够为压敏电阻、二极管、ntc热敏电阻、ptc热敏电阻、多层陶瓷-芯片电容器、多层电感或用于至少一个半导体器件的驱动电路。

嵌入的器件能够适合于,保护半导体器件不受到通过过高施加的电压造成的损坏。这种esd保护器件例如能够是压敏电阻或二极管。

嵌入的器件也能够实现半导体器件的限定的热接合。对此适合的尤其是ntc和ptc热敏电阻。所述ntc和ptc热敏电阻在与半导体器件相应互连时能够防止通过过高的温度损坏半导体器件。

也可行的是,嵌入的器件为用于操控半导体器件的驱动电路或调节电路。

嵌入的器件尤其能够是任意有源电子部件(例如电子芯片,尤其半导体芯片)或任意任选的无源电子部件(例如电容器、电阻、压敏电阻、ntc、ptc或电感)。例如嵌入的组件或部件是数据存储器,例如dram(或任意其他任选的存储器)、滤波器(所述滤波器例如能够配置成高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器,并且所述滤波器例如能够用于频率滤波)、集成电路(例如逻辑ic)、信号处理部件(例如微处理器)、功率管理部件、光电接口元件(例如光电子器件)、变压器(例如dc/dc转换器或ac/dc转换器)、电机转换器(例如,pzt(铅-锆酸盐-钛酸盐)传感器和/或执行器)、用于电磁波的发送和/或接收单元(例如rfid芯片或应答器)、密码部件、电容、电感、开关(例如基于晶体管的开关)和这些和其他功能电子组件的组合。部件也能够具有微电机系统(mems)、电池、照相机或天线。

基本体能够具有至少一种选自下述的材料:树脂,尤其双马来酰亚胺-三嗪树脂,玻璃,尤其玻璃纤维,预浸材料,聚酰亚胺,液晶聚合物,氰酸酯,基于环氧化物的积层膜,fr4材料,陶瓷,和金属氧化物。fr4表示一类由环氧树脂和玻璃纤维织物构成的复合材料。树脂-玻璃纤维叠层的特征在于高的耐压强度和高的机械强度。此外,所述树脂-玻璃纤维叠层能够具有热膨胀系数,所述热膨胀系数良好地匹配于半导体器件的热膨胀系数,使得能够将热机干扰影响保持得小。

载体能够具有小于500μm的高度,优选小于350μm的高度。尤其地,载体能够具有在20μm和500μm之间、优选在200μm和350μm之间的高度。这种小的高度通过电器件在载体中集成实现。以所述方式能够构造载体,所述载体不具有设置在载体上侧上的器件。然而,也可行的是,将载体构造成,使得另外的电器件作为smd器件(smd=surfacemounteddevice,表面贴装器件)设置在表面上。

载体还能够具有:第三热过孔,所述第三热过孔从基本体的上侧延伸至电器件;和第四热过孔,所述第四热过孔从电器件延伸至基本体的下侧。嵌入的电器件在此也能够通过第三和第四热过孔电接触。

此外,至少一个第二电器件能够嵌入基本体中,其中载体具有第五热过孔,所述第五热过孔从基本体的上侧延伸至第二电器件,其中载体具有第六热过孔,所述第六热过孔从电器件延伸至基本体的下侧,并且其中嵌入的电器件通过第五和第六热过孔电接触。与此相应地,载体能够具有多个嵌入的电子器件。例如,嵌入的第一器件能够是esd保护器件,即例如压敏电阻或二极管,并且嵌入的第二器件能够是温度传感器或用于控制半导体器件的热接合的器件,即例如ptc或ntc热敏电阻,其中两个器件可与同一半导体器件互连。半导体器件与ptc热敏电阻的互连能够保护半导体器件免受过电流影响。半导体器件与ntc热敏电阻的互连能够保护半导体器件免受过热影响。

根据另一方面,提出一种设备,所述设备具有在上文中描述的载体和半导体器件,其中半导体器件设置在载体的上侧上。

半导体器件能够为发光二极管。

附图说明

下面根据附图更详细地描述本发明

图1示出设备的第一实施例。

图2和3示出设备的第二实施例。

图4和5示出用于半导体器件的载体的第三实施例的立体图。

具体实施方式

图1示出设备1的第一实施例。设备1具有用于多个半导体器件3的载体2。半导体器件3在此分别是发光二极管。在载体2上设置有三个半导体器件3。在每个半导体器件3上设置有构成为透镜的保护层4。保护层4具有硅树脂。此外,保护层4由另一磷光体层5包覆。

载体2具有基本体6,所述基本体具有上侧7和下侧8。载体2构成为,使得半导体器件3能够固定,例如焊接在基本体6的上侧7上。对此,基本体6在其上侧7上具有接触面9。

基本体6具有多层结构。在此,基本体6具有至少一个下部层10、中间层11和上部层12。下部层10具有基本体6的下侧8。上部层12具有基本体6的上侧7。中间层11设置在下部层和上部层10、12之间。这些层10、11、12中的每个都具有玻璃纤维-树脂混合物。基本体6的层10、11、12能够在玻璃纤维与树脂的混合比方面彼此不同。层具有fr4。

在基本体6的中间层11中嵌入电器件13。中间层11具有在玻璃纤维-树脂层中的开口,在所述开口中设置有嵌入的电器件13。器件13侧向通过中间层11限界。在器件13上方设置有上部层12,并且在器件13下方设置有下部层10。与此相应地,器件13在每侧上通过基本体6的层10、11、12围住。

器件13能够为压敏电阻、二极管、ntc热敏电阻、ptc热敏电阻、多层陶瓷-芯片电容器(英语为:multilayerceramiccapacitor,mlcc)、多层电感(英语为:multilayerinduktor,ml感应器)或用于半导体器件3的驱动电路。

载体2还具有第一热过孔14,所述第一热过孔从基本体6的上侧7延伸至电器件13。第一热过孔14在此借助设置在上侧7上的接触面9接触电器件13。

此外,载体2具有第二热过孔15,所述第二热过孔从电器件13延伸至基本体6的下侧8。第二热过孔15在此借助设置在基本体6的下侧8上的电接触部16接触器件13。与此相应地,第一和第二热过孔14、15用于电接触器件13。

此外,载体2具有:第三热过孔17,所述第三热过孔从上侧7延伸至器件13;和第四热过孔18,所述第四热过孔从嵌入的电器件13延伸至下侧8。经由第三和第四热过孔17、18也电接触嵌入的器件13。

第一至第四热过孔14、15、17、18在当前的载体2中满足两个功能。一方面,所述热过孔用于电接触嵌入的器件13。另一方面,所述热过孔降低载体2的热阻。与此相应地,第一至第四热过孔14、15、17、18能够实现将由半导体器件3产生的热快速地并且有效地从基本体6的上侧7导出。以所述方式,热过孔14、15、17、18用于载体2和半导体器件3的被动冷却。热过孔14、15、17、18对此具有如下材料,所述材料具有高的热导率。热过孔14、15、17、18例如具有铜或银。所述热过孔也能够由铜或银构成。这两种材料的特征在于高的热导率。纯铜具有401w/(m·k)的热导率。纯银具有429w/(m·k)的热导率。

此外,载体2具有另外的热过孔19,所述热过孔从上侧7延伸至下侧8。所述另外的热过孔19唯一地用于降低载体2的热阻的目的,即用于被动冷却载体2和半导体器件3。所述另外的热过孔19同样具有铜或银。另外的热过孔19不与嵌入的器件13接触。

另外的热过孔19与第一至第四热过孔14、15、17、18相比具有更大的直径,借助所述第一至第四热过孔接触电器件13。尤其地,另外的热过孔19具有在100μm和200μm之间、优选在130μm和170μm之间的直径。第一至第四热过孔14、15、17、18具有在40μm和100μm之间、优选在40μm和70μm之间的直径。

基本体6的上侧7用反射层20覆层。所述覆层适合于,将由半导体器件3放射的光反射进而改进载体2的反射率。反射层20能够具有填充的聚合物或填充的玻璃。

此外,在载体2的上侧7上设置有smd器件21(smd=surfacemounteddevice,表面贴装器件),所述smd器件不嵌入基本体6中。

在基本体6中嵌入第二电器件13a和第三电器件13b。所述电器件分别与设置在基本体的上侧7上的接触面9经由热过孔电连接。例如,第二电器件13a经由第五热过孔22与上侧7连接。

此外,第二和第三器件13a、13b经由热过孔与基本体6的下侧8上的电接触部16电连接。例如,第二器件13a经由第六热过孔23与下侧8连接。

第二和第三嵌入的器件13a、13b能够以与嵌入的第一器件13相同的方式构造和互联。结合第一器件13描述的特征也涉及嵌入的第二和第三器件13a、13b。

图2和3示出设备1的第二实施例,所述设备由半导体器件3和用于半导体器件3的载体2构成,其中半导体器件3为发光二极管。图2示出沿着竖直平面贯穿设备1的横截面,并且图3示出水平的横截面。

根据第二实施例的设备1基本上对应于根据第一实施例的设备1阐述。然而,在载体2上在此仅设有用于唯一的半导体器件3的接触面9。此外,刚好一个器件13嵌入到基本体6中。

嵌入的器件13能够具有znopr,所述znopr具有40w/(m·k)的热导率。基本体6能够具有热导率为0.62w/(m·k)的fr4。如在上文中描述的那样,热过孔14、15、17、18相反地具有明显更高的热导率。

载体2能够具有小于500μm的高度,优选在200μm和350μm之间的高度。这种载体2明显低于在其上在上侧7上设置有smd器件21的载体2。与此相应地,通过将电器件13嵌入载体2中能够明显降低装置的总高度。也能够将多个器件13、13a、13b嵌入到高度小于500μm的载体中。

在图3中可见另外的热过孔19以及第一和第三热过孔14、17的布置。另外的过孔19围绕嵌入的器件13设置。图3示出,所述另外的过孔19具有相对大的横截面,所述相对大的横截面改进其热导率。第一和第三过孔14、17具有长形的横截面。第二和第四过孔15、18也能够具有这种长形的横截面。

另外的热过孔19具有150μm的直径和至少200μm的相互间的最小间距。另外的过孔19对于嵌入的器件13具有200μm的最小间距。另外的过孔19与载体2的边缘具有至少125μm的间距。嵌入的器件13与边缘具有至少380μm的间距。嵌入的器件13在基本体6的总高度为300μm的情况下具有80μm和200μm之间的高度。第一至第四过孔14、15、17、18分别沿第一方向具有60μm的扩展并且沿第二方向具有100μm的扩展,所述第二方向垂直于第一方向。基本体6的下部层和上部层10、12具有至少50μm的厚度。设置在基本体6的上侧和下侧7、8上的接触面9、16由铜构成,并且具有30+/-10μm的厚度。所述接触面与基本体6的侧向边缘间隔开至少75μm。在此提出的大小能够实现稳定的载体2,所述载体的特征尤其在于小的结构高度和高的热导率,这能够实现,半导体器件3以高的功率运行。

图4和5示出用于半导体器件3的载体2的第三实施例的立体图。为了更好的说明,在图4中未示出基本体6和设置在基本体的上侧7上的接触面9。在图5中仅未示出基本体6。

根据第三实施方式的载体2具有金属结构24,所述金属结构嵌入基本体6中。金属结构24设置在基本体6的中间层11中,在所述中间层中也设置有嵌入的电器件13。金属结构24分别与三个另外的热过孔19连接。尤其地,所述金属结构直接环绕其他的热过孔19并且贴靠所述其他的热过孔。通过金属结构24,改进由其接触的热过孔19的热导率。

图4和5分别示出金属结构24,所述金属结构构成为块。具有其他形状的、例如条带或窗口的金属结构24也是可行的。框架状的窗口在此例如能够在其中部具有开口并且设置成,使得所述窗口包围嵌入基本体6中的金属器件13,并且所述金属器件设置在开口中。条带仅具有非常小的高度,所述高度例如能够小于10μm。在此,沿从下侧8至上侧7的方向的扩展称作为高度。

附图标记列表:

1设备

2载体

3半导体器件

4保护层

5磷光体层

6基本体

7上侧

8下侧

9接触面

10下部层

11中间层

12上部层

13电器件

13a电器件

13b电器件

14第一热过孔

15第二热过孔

16电接触部

17第三热过孔

18第四热过孔

19另外的热过孔

20反射层

21smd器件

22第五热过孔

23第六热过孔

24金属结构

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