载体、半导体模块及其制备方法_2

文档序号:9525577阅读:来源:国知局
米)与大约1.6毫米之间的厚度。
[0030]根据本公开的半导体模块可以包括第一导电材料,其可以被布置在该载体的第一主表面之上(或上)。此外,该半导体模块可以包括第二导电材料,其可以被布置在该载体与该第一主表面相对的第二主表面之上(或上)。如在此所使用的术语“载体”可以指的是电绝缘核心,但还可以指的是包括在该核心之上所布置的导电材料的电绝缘核心。该导电材料可以包括金属和金属合金的至少一个,例如铜和/或铜合金。为了提供在该载体之上所布置的电子部件之间的电互连,可以将该导电材料成形或结构化。在这方面,该导电材料可以包括导电线、层、面、区等。例如,该导电材料可以具有在大约0.1毫米与大约0.5毫米之间的厚度。
[0031]在一个示例中,该载体可以对应于(或者可以包括)直接铜接合(DCB)或者直接接合铜(DBC)基板。DCB基板可以包括陶瓷核心和在该陶瓷核心主表面的一个或者两者之上(或上)布置的铜薄板或铜层。该陶瓷材料可以包括氧化铝(Α1203)、氮化铝(Α1Ν)、氧化铍(BeO)等的至少一个,所述氧化铝可以具有从大约24W/mK至大约28W/mK的热导率,所述氮化铝可以具有大于大约150W/mK的热导率。与纯铜相比,该载体可以具有与硅的热膨胀系数相似或相等的热膨胀系数。
[0032]例如,使用高温氧化工艺可以将铜接合到陶瓷材料。在此,在包含大约30ppm氧的氮气氛中,铜和陶瓷核心可以被加热到控制温度。在这些条件下,可以形成既可以接合至铜又接合至可以用作基板核心的氧化物的铜-氧共晶。在该陶瓷核心之上布置的铜层可以先于焙烧而被预先形成或者可以使用印刷电路板技术而被化学刻蚀以形成电路。为了考虑到导电线路和通孔连接该基板的正面主表面和背面主表面,相关技术可以采用籽晶层、光成像和附加铜电镀。
[0033]在另外示例中,载体可以对应于(或者可以包括)活性金属钎焊(AMB)基板。在AMB技术中,金属层可以被附接到陶瓷板。特别地,在从大约800°C至大约1000°C的高温下使用焊膏可以将金属箔焊接到陶瓷核心。
[0034]在又另外示例中,载体可以对应于(或者可以包括)绝缘金属基板(IMS)。ms可以包括被电介质薄层和铜层所覆盖的金属底板。例如,该金属底板可以由铝和铜的至少一个制成或者可以包括铝和铜的至少一个,而电介质可以是环氧基层。该铜层可以具有从大约35μηι(微米)至大约200 μηι(微米)或者甚至更高的厚度。该电介质材料可以例如为FR-4基或者可以具有大约100 μ m (微米)的厚度。
[0035]根据本公开的半导体模块可以包括可以覆盖所述模块的一个或多个部件的密封材料。例如,该密封材料可以至少部分地密封该载体。该密封材料可以是电绝缘的并且可以形成密封体或密封剂。该密封材料可以包括热固性材料、热塑性材料或混合材料、模塑材料、层压材料(预浸料)、硅凝胶等。可以使用各种技术以利用所述密封材料密封所述部件,例如压缩成型、注塑成型、粉料成型、液态成型、层压等的至少一个。
[0036]根据本公开的半导体模块可以包括一个或多个的导电元件。在一个示例中,导电元件可以提供至器件的半导体芯片的电连接。例如,该导电元件可以连接到密封的半导体芯片并且可以伸出在该密封材料之外。因此,通过该导电元件从该密封材料的外部电接触该密封半导体芯片可以是可能的。在另外示例中,导电元件可以提供在该器件的部件之间的电连接,例如在两个半导体芯片之间。在导电元件与例如半导体芯片的接触焊盘之间的接触可以通过任何合适技术建立。在示例中,该导电元件可以被焊接到另一部件,例如通过采用扩散焊接工艺。
[0037]在一个示例中,该导电元件可以包括一个或多个线夹(或接触线夹)。线夹的形状不必限于特定大小或者特定几何形状。该线夹可以通过冲压、冲孔、按压、切割、锯割、研磨以及任何其他合适技术的至少一个来制备。例如,它可以由金属和/或金属合金制备,特别地为铜、铜合金、镍、铁镍、铝、铝合金、钢铁、不锈钢等的至少一个。在另外示例中,该导电元件可以包括一个或多个导线(或接合线或焊线)。该导线可以包括金属或金属合金,特别地为金、铝、铜或者它们的合金的一个或多个。此外,该导线可以包括或者可以不包括涂层。该导线可以具有从大约15μπι(微米)至大约ΙΟΟΟμπι(微米)的厚度,并且更特别地,大约50 μηι(微米)至大约500 μηι(微米)的厚度。
[0038]在图1中根据本公开的载体100被示出在俯视图中。载体100可以包括第一主表面101,其还可以被称为载体100的顶面。位于该顶面101上的可以至少为第一芯片承载面积102,其被配置为耦合至第一半导体芯片(未示出)。载体顶面101可以被构造并且可以特别地包括未在图1中示出的电连接。该芯片承载面积102不被要求如图1所示位于顶面101的中心,而是还可以位于顶面101的任何预期位置处。
[0039]载体100可以展示矩形形状。矩形载体的第一边缘可以为例如大约42cm长,但是还可以短于42cm,特别地短于30cm、短于20cm、短于10cm或者甚至短于5cm。该第一边缘还可以长于42cm,甚至长于50cm并且甚至长于60cm。矩形载体的第二边缘可以为大约32cm长,但是还可以短于32cm、短于20cm、短于10cm、并且甚至5cm。该第二边缘还可以长于32cm,长于40cm并且甚至长于50cm。此外,根据本公开的载体,像载体100不需要必须是如图1所示的矩形形状,而是在另外示例中可以具有任何其他期望形状。
[0040]除了第一芯片承载面积102之外,载体100可以包括一个或多个另外的芯片承载面积。该一个或多个另外的芯片承载面积也可以位于顶面101上。所述各个芯片承载面积可以具有不同大小和形状并且可以被配置为耦合至不同种类的半导体芯片。
[0041]图2A示出了载体100的第二主表面103 (其还可以被称为载体100的背面)。利用虚线图示的矩形104表示位于顶面101上的该芯片承载面积102的轮廓。
[0042]为了制备包括载体100的半导体模块,载体100可以被配置为耦合到另外结构元件从而使得背面103可以面对该另外结构元件。如以下将示出的,该另外结构元件可以例如包括热沉。该热沉可以被配置为吸收并消散热量。这种热量可以由耦合至载体100的一个或多个芯片承载面积的一个或多个半导体芯片生成。如下面进一步更详细所示,为了改进载体100与该热沉之间的热传递,可以在载体100的背面103与该热沉之间施加导热脂。可以使用机械固定模块以将热沉耦合到该载体。该机械固定模块可以例如包括一个或多个夹具和/或一个或多个螺丝和/或一个或多个弹簧。
[0043]该机械固定模块可以施加压力在该载体、该热沉以及定位在载体与热沉之间的该导热脂上。该导热脂可以在该载体与该热沉之间形成导热脂层。在具有导致较薄导热脂层的较高压力的情况下,该导热脂层的厚度可以取决于施加到该载体和热沉上的压力量。相较于较厚导热脂层,较薄导热脂层可以展示改进的热传递性质。然而,将压力增大到超过特定点可能不是切实可行的,因为这可能导致某些部位的机械损伤,像例如该载体。因此,在不增大压力的情况下以某种方法尽可能多地降低导热脂层的厚度可以是有益的。
[0044]图2B示出了在表面结构化工艺已被施加于它之后的背面103。特别地,图2B示出了包括沟槽105形式的空腔的背面103。沟槽105可以具有任何期望形状和大小。在图2B的示例中,沟槽105可以展示为矩形形状。在另外的示例中,沟槽105可以具有任何其他合适形状,例如三角形形状、曲线型形状等。沟槽105可以具有大约一毫米的1/20至大约5mm的宽度,或者可以具有甚至大于5_的宽度。根据特定载体配置,沟槽105在区域中的任何地方可以具有大约5mm至大约30cm的长度。沟槽105可以覆盖几乎全部的背面103,或者它们可以仅覆盖其某部分,例如小于背面103的1/2,小于背面103的1/4或者甚至小于背面103的1/8。
[0045]对应于定位在顶面101上的所述芯片承载面积102的背面103上的区域104可以不具有任何沟槽105。此外,直接邻近于区域104的边界区域可以不具有沟槽105。所述边界
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