专利名称：电子器件及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子器件，包括至少一个具有第一和相对的第二侧面的半导体元件，其中至少一个半导体元件有第一、第二和第三焊盘并用钝化材料密封，其中器件还包括在第一侧面的导电层，其中导电层包括适用于外部连接的第一、第二和第三接触盘，其中第一、第二和第三接触盘分别通过导电互连方式连接到第一、第二和第三焊盘，其中第一和第二接触盘有第一和第二侧面以及其中第三接触盘有第一侧面，其中第一和第二接触盘的第一侧面面对着第三接触盘的第一侧面，其中第一和第二接触盘的第二侧面至少部分地彼此面对并包括第一部分和第二部分，第一部分比第二部分更靠近第一侧面设置。
本发明还涉及该电子器件的使用。
背景技术：
在未公开申请IB02/02305(PHNL010398)中描述了这种电子器件。所述器件有第一和第二导电层，在其之间存在半导体元件和连接件。用金属凸起将半导体元件和连接件连接到第一导电图案层。在第二侧面用导电粘合剂将它们连接到第二导电层。第一导电层有五个接触盘，其中第三个接触盘连接到连接件，其它的接触盘连接到半导体元件。第三个接触盘在它的第一侧面有延伸部分。该延伸部分存在于第一和第二接触盘之间，结果第二侧面的第一部分面对着延伸部分的侧面。
所述器件的缺点是，在高于30GHz的频率时，插入损耗降到低于-0.5dB。这将导致信号失真，其中的结果是该器件不适用于毫米波应用。
发明内容
由此本发明的目的是提供一种如开头段落中所述类型的改进的器件，其还适用于高于30GHz的频率。
该目的可以实现，在于第一和第二接触盘的第一侧面以及第三接触盘的第一侧面由沿着第一侧面的连续间隔分开，以及第一和第二接触盘的第二侧面的第一部分的相互距离小于这些侧面的第二部分之间的距离。
由此得到的器件还足够可以运行在高于30GHz的频率。高于30GHz的高反射主要是由于波导的形状和材料特性。本发明提供了具有低反射的改进的形状。结果影响插入损耗的性能得到改善。
本发明器件的优点在于，和所述的器件相比显著地降低了寄生电感。这不仅是在高于30GHz的频率时，而且在更低的频率时。
在优选实施例中，基本上彼此平行地定向第二侧面的第一和第二部分并且通过第三平行线将其隔开。使用这种结构已经获得了良好的结果，尤其是，实际上其显著地减低了第一和第二接触盘之间的寄生电感。
在另一个实施例中，第一和第二接触盘的第一和第二侧面围成90和180度之间的角度。可以理解的是，第一侧面不十分平直。把该角度作为第一侧面的主要部分和第二侧面的第一部分之间测量的。由于该角度，接触盘的第一侧面之间的间隔已经比上述器件具有更少的急转弯，其中急转弯引起反射并具有在波流动不受阻碍的更长的直线部分。
尤其是，该间隔具有梯形。这种形状改善了波导内部的波的传输。
可选择地，该间隔具有直线形状。这似乎是理想的形式，因为该能量波不受阻碍的流动并因此插入损失最小。
在优选实施例中，第三接触盘连接到地。在这种情况中尤其会出现插入损失的问题，因为电磁波受电势差的影响。然而，代替地电势，第三接触盘还可以有负电势或者另外的电势，其不同于在第一和第二接触盘的电势。这些接触盘通常用作信号盘(signal pad)。
在另一个实施例中第三接触盘有和第一侧面相对的第二侧面；第四和第五接触盘存在于第三接触盘的第二侧面上，其连接到在至少一个半导体元件的第四和第五焊盘；以及第四和第五接触盘有第一和第二侧面，其中第四和第五接触盘的第一侧面和第三接触盘的第二侧面面对并且被连续的间隔隔开，其中第二侧面彼此面对并包括第一部分和第二部分，第一部分设置的比第二部分更靠近第一侧面，其中第二侧面的第一部分的相互距离小于这些侧面的第二部分之间的距离。
在这个实施例中，该器件可以包括多于一个半导体器件，或者可以是半分离元件。第四和第五接触盘有基本上和第一和第二接触盘相同的图案。
在另一个实施例中，用第二导电层连接第三接触盘，其在半导体元件的第二侧面上。以这种方式将第三接触盘设置为半导体元件的后触点。第二导电层的设置允许更高的灵活性。第二导电层可以是散热器(heatsink)和/或地平面，或者连接到后触点以垂直于半导体元件，例如二极管和双极晶体管。
本发明的该器件优选是晶体管，但是当然不是专有的。
优选地，该器件的导电层包括用于外部连接的接触盘和用于内部互相连接的盘。然而，代替这种一层引线框，可以选择性地使用两层或者三层结构。更优选的是，该导电层机械地固定在封装中。这可以实现，例如，因为导电层设置在牺牲层上，其被刻蚀以便于在导电层下面产生下刻蚀。紧接于它的改善的机械稳定性，这种结构的一个优点是，导电层可以具有相对小的厚度，优选小于40微米，并优选在5-15微米的范围内。非常适当的材料是铜，其具有用于任何金属或者焊料凸起的适当的附着层。互连装置最好包括金属凸起；然而，可选择地可以使用引线结合。
在优选实施例中，选择半导体元件以具有除了Si的衬底材料，例如SiC、SiGe或者III-V族材料。使用SiGe晶体管已经获得了良好的结果。利用本发明的封装中的这种晶体管，使用偏置条件以200mV逐步地从VCC＝0到2V，以30μA逐步地Ib＝0到300μA，已经得到了大约45GHz的截止频率(Ft)。这个值高于在有引线的和无引线的封装中密封的市场上可买到的晶体管的值。
参考图和表格进一步说明本发明的器件的这些和其它方案及其它的应用，其中图1示出了在较早应用中所述器件的鸟瞰透视图；图2示出了本发明的第一个实施例中的鸟瞰透视图；图3示出了该器件的第二个实施例的鸟瞰透视图；图4示出了本发明器件的第三个实施例的顶视图；图5示出了本发明器件的第四个实施例的顶视图；表1示出了有关图1-3所示的器件的检测数据；图6示出了有关图1-3所示器件的数据的曲线。
具体实施例方式
附图没有按比例示出，完全是图解的。在不同的图中相同的附图标记表示相似的部分。
图1示出具有第一侧面8和第二侧面9的现有器件10。它包括第一导电层3和第二导电层4，它们都包括铜并具有50-100微米的厚度。该器件10设置有半导体元件1，以及铜或者硅的连接件7。用各向异性导电胶将它们连接到第二导电层4，以及用焊料凸起连接到第一导电层3。在环氧树脂的情况下，用钝化的、电绝缘的材料的封装5来密封元件1、7，这是本领域公知的。未示出的焊盘(其可以包括作为触点，例如后触点的表面使用)连接到接触盘11、12、13、14、15。第一和第二接触盘11、12设置有第一侧面111、121和第二侧面112、122。这些第二侧面112、122包括第一部分A和第二部分B。这里第一部分更靠近第一侧面111、121设置。第三接触盘13包括第一侧面131并设置有延伸部分139。第一部分112A、122A面对着这个延伸部分139的侧面。这个现有器件的密封过程包括许多步骤。首先，将半导体元件1设置在第二导电层4上，并设置有凸起，在这种情况中是Au柱凸起。应用包括用于元件1连接到Cu的第二导电层4的环氧树脂型模片附着材料。下面，将设置有Sn抛光层的第一导电层3放置在凸起上。通过加热和施加力，形成Au-Sn互连层，形成元件和第一导电层3之间的电连接。在高于形成Au-Sn金属间化合的温度的温度下，在保护气体(Ar/H2)中完成这种连接过程。使用热电极状结构的按压来施加热和力。为了获得更坚硬的结构，以加强Au-Sn连接区域，和保护后面的器件不受环境条件的影响，用液体封装材料填充第一和第二导电层3、4之间的空隙。下文中，使用光刻和刻蚀来构图第一导电层3。可选择地，可以使用包含在释放层顶部上的第一导电层3的箔。最后，为了限定封装的可焊接区域，将阻焊剂层构图到产品上，随后是抛光层(无电的Ni/Au)。对于阻焊剂层，用苯并环丁烯(BCB)已经获得了良好的结果，其在260℃下固化60分钟。作为可选择的Au-Sn互连应用可以包括超声Au-Au连接过程。为了允许Au-Au互连，使用分立的Ni/Au点来点覆盖第一导电层3。用KME倒装连接器完成连接。
器件的密封起到保护半导体元件1避免机械和化学影响的目的。它还在元件1和印刷电路板之间产生连接的扇出(间距扩大)。这种扇出导致附加的串联电感，尤其是如果应用包括连接线。在封装中用低电阻、低电感连接和引线可以降低这种影响。这在现有器件中存在。本发明的器件提供了对高频特性的进一步改善。
图2示出了在第一个实施例中本发明的器件100。第一和第二接触盘11、12具有带有第一部分112A、122A和第二部分112B、122B的第二侧面112、122。这些第一部分112A、122A的相互距离小于第二部分112B、122B之间的相互距离。人们可能说第一和第二接触盘11、12上的延伸部分已经被转移到更靠近第三接触盘13的位置。
和现有的器件不同，本发明的器件包括第一侧面111、121、131之间的连续间隔200。第一和第二接触盘11、12用于信号的传输，然而第三接触盘13用作地连接。它可以连接到作为图1的器件的第二导电层。
在具有60μm间隔分辨率、具有2μm边缘(测试所示的59和62μm之间的宽度)的第一导电层3中可以实现本发明的结构。然而，根据器件尺寸和特殊应用该分辨率可以被改变。
在这个实施例中，第一侧面111、121的主要部分和第一和第二接触盘11、12的第一部分112A、122A围成大于90度的角度，优选大约120度。这造成了改善的传输和间隔200的梯形形状。
图3示出了本发明的第二个实施例，这里，间隔200是直的，其对插入损耗具有正面影响。
图4示出了本发明器件100的第三个实施例。这里，间隔200包括弯曲。另外，第三个接触盘13被分成第一部分23和第二部分33。
图5示出了本发明器件100的第四个实施例。这里，第四接触盘14和第二接触盘15存在于和第一侧面131相对的第二侧面132上。第四和第五接触盘14、15具有类似于第一和第二接触盘11、12的形状。在这个实施例中尤其优选的是第三接触盘13连接到地，以及其它的接触盘11、12、14、15是信号盘。
比较图1-3所示的类型的晶体管。这里使用以前所述的类型的晶体管(I)不包含任何连接件并只具有三个接触盘，它们都连接到在晶体管的第一侧面的焊盘。本发明的晶体管(II、III)是在图2和3中示出的那些。第一和第二接触盘用作信号盘，然而第三接触盘用作接地盘。
表1示出了对于寄生电容C和对于不同频率F的晶体管的电感L的测量数据。可以看出在本发明的晶体管中电感L特别显著地较低。在具有梯形形状的间隔的类型中电容C稍微较高，但是和类型I和III非常具有可比性。而且，在本发明II、III的晶体管中。作为频率F的函数的电容C和电感L的变化小于以前所述的晶体管I中的变化。
图6示出曲线，其中插入损失S示出为对于三种晶体管I、II、III的频率的函数。由于接触盘的改进的结构，在比晶体管I更高频率的晶体管II、III中插入损失达到它的最小所需的值，即-0.5dB。
表1因此，总之，本发明提供了一种电子器件，包括半导体元件、封装和具有用作信号盘的第一和第二接触盘和用作接地盘的第三接触盘的导电层。由于接触盘的形状，该间隔是连续的，具有在第一和第二接触盘之间的小入口。该器件适合在低于和高于30GHz的频率时使用，尤其是高于40GHz的频率时。
权利要求
1.一种电子器件，包括至少一个具有第一侧面和相对的第二侧面的半导体元件，其中至少一个半导体元件有第一、第二和第三焊盘并且用钝化材料对其密封，还包括在第一侧面的导电层，其中导电层包括适用于外部连接的第一、第二和第三接触盘，其中第一、第二和第三接触盘分别通过导电互连装置连接到第一、第二和第三焊盘，其中第一和第二接触盘有第一和第二侧面以及第三接触盘有第一侧面，其中第一和第二接触盘的第一侧面面对着第三接触盘的第一侧面并被沿着第一侧面连续的间隔隔开，其中第一和第二接触盘的第二侧面彼此面对并包括第一部分和第二部分，第一部分比第二部分更靠近第一侧面设置，其中第一和第二接触盘的第二侧面的第一部分的相互距离小于这些侧面的第二部分之间的距离。
2.如权利要求1所述的电子器件，其特征在于第二侧面的第一和第二部分被定向成基本上彼此平行并且通过第三平行线隔开。
3.如权利要求1或2所述的电子器件，其特征在于第一和第二接触盘的第一和第二侧面围成在90和180度之间的角度。
4.如权利要求1、2或者3所述的电子器件，其特征在于该间隔具有梯形形状。
5.如权利要求1所述的电子器件，其特征在于该间隔是直的。
6.如权利要求1所述的电子器件，其特征在于第三接触盘连接到地。
7.如权利要求1或者6所述的电子器件，其特征在于第三接触盘具有和第一侧面相对的第二侧面；第四和第五接触盘存在于第三接触盘的第二侧面上，其连接到在至少一个半导体元件上的第四和第五焊盘；第四和第五接触盘有第一和第二侧面，其中第四和第五接触盘的第一侧面和第三接触盘的第二侧面面对并且被连续的间隔隔开，其中第二侧面彼此面对并包括第一部分和第二部分，第一部分设置的比第二部分更靠近第一侧面，其中第二侧面的第一部分的相互距离小于这些侧面的第二部分之间的距离。
8.如权利要求1或者6所述的电子器件，其特征在于用第二导电层连接第三接触盘，其存在于半导体元件的第二侧面。
9.如权利要求1所述的电子器件，其特征在于半导体元件是晶体管。
10.在至少30GHz的频率下上述任一权利要求中的半导体器件的应用。
全文摘要
一种电子器件包括半导体元件(1)(例如晶体管)、封装(5)和具有用作信号盘的第一和第二接触盘(11，12)和用作接地盘的第三接触盘的导电层(3)。从而，降低了寄生电感，该器件(100)适合在低于和高于30GHz时使用，尤其是高于40GHz。
文档编号H01L23/66GK1729570SQ200380107272
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月22日 优先权日2002年12月23日
发明者M·D·罗塔鲁, J·W·维坎普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司, 科学技术及研究代理行