预制结构及其形成方法、和焊接半导体芯片布置的方法
【技术领域】
[0001] 实施例设及焊接半导体忍片并且特别设及用于焊接半导体忍片布置的预制结构、 用于形成用于半导体忍片布置的预制结构的方法、W及用于焊接半导体忍片布置的方法。
【背景技术】
[0002] 在娃忍片和引线框架之间的溫度应力可能由焊料连接引起。利用软焊料，只要焊 料是液体，在忍片和衬底之间的焊料合金焊盘可W允许忍片变形，运最小化它的内部溫度 应力。然而利用扩散焊料，可能要求其它方式来维持忍片的平坦形状，运可能除了溫度应力 之外生成机械力。当与软焊料相比较时，运些应力相当大并且可能永久驻留在忍片的个别 层中。
【发明内容】
[0003] -些实施例设及用于焊接半导体忍片布置的预制结构。预制结构包含碳纤维复合 片和在碳纤维复合片之上形成的焊料层。
[0004] -些实施例设及用于形成用于半导体忍片布置的预制结构的方法。方法包含热压 碳纤维和补充材料W得到碳纤维复合片。方法进一步包含基于碳纤维复合片形成预制结 构。
[0005] -些实施例设及用于焊接半导体忍片布置的方法。方法包含将预制结构布置在半 导体忍片和载体结构之间。预制结构的横向侧的表面积小于半导体忍片的横向侧的表面 积。方法进一步包含焊接半导体忍片布置。
【附图说明】
[0006] 下面仅作为示例并且参考附图将描述设备和/或方法的一些实施例，在附图中： 图1示出预制结构的示意图解； 图2示出进一步预制结构的示意图解； 图3示出半导体忍片布置的示意图解； 图4示出用于形成预制结构的方法的流程图； 图5A示出用于焊接半导体忍片布置的方法的流程图； 图5B示出在扩散焊接之前的半导体忍片布置的示意图解； 图5C示出进一步半导体忍片布置的示意图解。
【具体实施方式】
[0007] 现在参考在其中图解一些示例实施例的附图将更完全地描述各种示例实施例。在 附图中，为了清楚起见可W放大线、层和/或区的厚度。
[0008] 所W，尽管示例实施例能够是各种修改和替换形式，但是其实施例作为示例在附 图中示出并且将在本文中详细描述。然而应该理解不意图将示例实施例限制到公开的特定 形式，而是相反地示例实施例要覆盖落在公开内容的范围内的所有修改、等价物、和替换方 式。贯穿附图的描述，相似的数字指的是相似或类似的元件。
[0009] 将理解当元件被称为被"连接"或"禪合"到另一个元件时，它能够被直接连接或 禪合到另一个元件或可W存在居间元件。相比之下，当元件被称为被"直接连接"或"直接 禪合巧Ij另一个元件时，不存在居间元件。用来描述元件之间的关系的其它词语应该W相似 的方式(例如，"在…之间"对"直接在…之间"、"相邻"对"直接相邻"等等）来解释。
[0010] 在本文中使用的术语仅为了描述特定实施例的目的并且不意图是示例实施例的 限制。如在本文中使用的，单数形式"一（a)"、"一个（an)"和"该（the)"也意图包含复数形 式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解当在本文中使用时术语"包括（comprise)"、 "包括着（comprising)"、"包含（include)"、和/或"包含着（including)"指定陈述的特征、 整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操 作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
[0011] 除非另外限定，在本文中使用的所有术语(包含技术和科学术语）具有与示例实施 例所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解术语(例如，在常用字 典中限定的那些）应该被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并 且将不被W理想化或过度正式的意思来解释，除非在本文中明确地运样限定。
[0012] 图1示出依据实施例的用于焊接半导体忍片布置的预制结构100的示意图解。
[0013] 预制结构100包含碳纤维复合片102和在碳纤维复合片102之上形成的焊料层 104。
[0014] 由于预制结构中包含碳纤维复合片和焊料层，可W减少由用于焊接半导体忍片布 置的焊料生成的溫度应力。比如，由于碳纤维复合片的热膨胀系数与半导体忍片布置的半 导体忍片的热膨胀系数的相似性，可W减少溫度应力。此外，包含碳纤维复合片的预制结构 可W提供到半导体忍片布置的导电和导热连接两者。
[0015] 要被焊接的半导体忍片布置可W包含半导体忍片或半导体管忍，该半导体忍片或 半导体管忍比如可W包含半导体衬底或晶片的部分。比如，半导体忍片（或管忍）可W从包 括多个半导体忍片(或管忍）的半导体衬底或晶片被切块或个别化，从而半导体忍片布置具 有预限定的横向顶和底侧或表面，每个具有预限定的横向表面积。比如，半导体忍片的横向 表面积可W是0.5mmX0.5mm或更大，例如1mmXlmm或更大，或例如10mmX10mm或 更大。半导体忍片布置的半导体忍片比如可W包含在半导体忍片中形成的一个或多个有源 或无源电元件或器件(例如，晶体管、二极管、或晶闽管)。半导体忍片可W包含半导体衬底， 该半导体衬底比如可W是基于娃的半导体衬底、基于碳化娃的半导体衬底、基于神化嫁的 半导体衬底或基于氮化嫁的半导体衬底。
[0016] 半导体忍片布置也可W包含载体结构(例如，引线框架、板、或电路板)，该载体结 构可W经由预制结构被焊接到半导体忍片。比如，引线框架可W是铜合金或铜引线框架。
[0017] 预制结构100可W是预形成或预制作的结构，其比如可W具有一个或多个预确定 的横向尺度。比如，预制结构可W具有下述厚度：该厚度位于200 ym到400 ym之间，例 如在250 ym到400 ym之间，或例如在275 ym到350 ym之间。比如，预制结构可W具 有预限定的横向顶和底侧，该预限定的横向顶和底侧具有预限定的横向表面积。取决于应 用，可W选择预制结构100的横向侧或表面的表面积。在一些示例中，预制结构100的横向 侧或表面的表面积可W大约等于或大于要被焊接的半导体忍片布置的半导体忍片的横向 侧或表面的表面积。在其它示例中，预制结构100的横向侧或表面的表面积可W小于要被 焊接的半导体忍片布置的半导体忍片的横向侧或表面的表面积。
[0018] 碳纤维复合片102可W包含热压W形成碳纤维复合片102的碳纤维W及铜和/或 铭的混合物。预制结构100的碳纤维复合片102可W是热压的复合片并且比如可W具有第 一横向侧或表面和第二横向侧或表面。比如，第一横向侧和第二横向侧的横向长度或宽度 可W大于碳纤维复合片的厚度。比如，第一横向侧和第二横向侧的横向长度或宽度可W是 碳纤维复合片的厚度的10倍或例如100倍或例如500倍。碳纤维复合片可W具有下述厚 度：该厚度位于50 ym到250 ym之间，例如在50 ym到200 ym之间，或例如在100 ym 到175 ym之间。比如，碳纤维复合片可W包含50%到80%之间例如55%到75%之间或例 如60%至Ij 70%之间的铜或铭。
[0019] 预制结构100比如可W包含用于焊接半导体忍片布置的焊料材料层。比如，焊料 层104可W包含金-锡或银-锡。半导体忍片比如可W经由预制结构(例如，经由预制结构 的焊料层104)被扩散焊接到引线框架。焊料层104可W被(例如，直接地或间接地)沉积在 碳纤维复合片102上。
[0020] 通过(例如在沉积焊料层之前）执行碳纤维复合片102的一个或多个抛光工艺，在 碳纤维复合片102之上形成的焊料层104的表面粗糖度比如可W小于2 ym，或例如小于 1.5 ym，或例如小于1 ym。可选地或额外地，焊料层104比如可W被沉积在要被焊接的半 导体忍片的侧之上或在要被焊接的引线框架的侧之上，而不是被沉积在碳纤维复合片102 之上或除了被沉积在碳纤维复合片102之上之外。
[0021] 由于使用包含用于焊接半导体忍片布置的碳纤维复合片的预制结构，比如可W减 少由焊料生成的溫度应力。此外，比如运样的预制结构可W在半导体忍片布置和引线框架 之间提供导电和导热连接(例如，大于大约100 W/mK，或例如大于大约1000 W/mK，或例如大 于大约2000 W/mK)两者，并且可W被用于在半导体忍片和引线框架之间承载或传递电信 号。
[0022] 图2示出依据实施例的预制结构200的示意图解。预制结构200可W类似于关于 图1描述的预制结构。
[0023] 预制结构200可W包含碳纤维复合片102,该碳纤维复合片102可W具有第一横向 侦U 205或表面和第二横向侧206或表面。预制结构200可W包含在碳纤维片102和焊料层 之间形成的导电层203a。
[0024] 比如，导电层203a可W在碳纤维复合片102的第一横向侧205处在碳纤维复合片 102和焊料层104a之间形成。比如，导电层203a可W在碳纤维复合片102的第一横向侧 205之上或直接在碳纤维复合片102的第一横向侧205上形成，并且第一焊料层104a可W 在束一导电层203a之上或直接在束一导电层203a上形成。
[00巧]可选地或额外地，第二导电层203b可W在碳纤维复合片102的第二横向侧206处 在碳纤维复合片102和第二焊料层104b之间形成。第二横向侧206可W与碳纤维复合片的 第一横向侧205相对。比如，第二导电层203b可W在碳纤维复合片102的第二横向侧206 之上或直接在碳纤维复合片102的第二横向侧206上形成，并且第二焊料层104b可W在第 二导电层203b之上或直接在第二导电层203b上形成。
[0026] 可W可能的是导电层可W包含导电层堆叠中的一个或多个居间导电层。导电层可 W至少部分、基本上或完全覆盖碳纤维复合片的第一横向侧205和/或第二横向侧206。
[0027] 焊料层(例如，分别104a或104b)可