本实用新型涉及半导体器件封装领域，特别是涉及一种半导体芯片及半导体芯片的封装方法。
背景技术：
随着近年来科技不断的进步，集成电路的集成度也在不断的增加，相应的封装尺寸也在不断的减少，从而导致半导体芯片产生的热量也越来越集中。特别是大功率半导体芯片，其工作温度可以达到150摄氏度以上。在现阶段，制约半导体芯片的集成度进一步增加的主要问题就是散热问题。
在现有技术中，通常是在芯片层与第一基板之间涂抹一层粘结质，例如焊膏，之后再加热让粘结质烧结固化。但是粘结质的热导率通常较低，同时粘结质在烧结之后会形成微小的气孔，使得粘结质整体的导热率进一步降低，从而导致整个半导体芯片的散热性能较差。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种半导体芯片，可以有效增加半导体芯片的散热性能。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种半导体芯片，所述半导体芯片包括芯片层和第一基板；
所述第一基板的表面键合有所述芯片层，所述第一基板中朝向所述芯片层的表面设置有至少一个第一凸起，所述第一凸起周围形成有凹陷区域；
所述第一凸起的上表面与所述芯片层相接触，所述凹陷区域中设置有连接所述芯片层与所述第一基板的粘结质。
可选的，所述芯片层包括半导体层和第一金属层；
所述第一金属层覆盖于所述半导体层朝向所述第一基板的表面。
可选的，所述第一基板朝向所述芯片层的表面覆盖有第二金属层。
可选的，所述第一基板中朝向所述芯片层的表面的边缘部形成有所述凹陷区域，所述边缘部为与所述第一基板的各个侧边的距离在预先设置的范围内的区域。
可选的，所述粘结质为焊膏。
可选的，所述第一基板背向所述芯片层的表面键合有第二基板，所述第二基板与所述第一基板之间设置有第二凸起，所述第二凸起周围形成有所述凹陷区域；
所述第二凸起的上表面与所述第一基板或第二基板相接触，所述凹陷区域中设置有连接所述第一基板与所述第二基板的粘结质。
本实用新型所提供的一种半导体芯片，在第一基板表面具有第一凸起，该第一凸起会直接与芯片层接触并且进行直接键合，而第一基板表面的凹陷区域会通过粘结质与芯片层进行键合。通过将第一基板直接与芯片层接触可以有效提高半导体芯片的散热性能。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例所提供的一种半导体芯片的结构示意图；
图2为本实用新型实施例所提供的另一种半导体芯片的结构示意图；
图3为本实用新型实施例所提供的再一种半导体芯片的结构示意图；
图4为本实用新型实施例所提供的还一种半导体芯片的结构示意图。
图中：10.芯片层、11.半导体层、12.第一金属层、13.第二金属层、20.第一基板、21.第一凸起、22.凹陷区域、30.粘结质、40.第二基板、41.第二凸起、42.陶瓷基底。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种半导体芯片以及一种半导体芯片的封装方法。在现有技术中，通常是在芯片层与第一基板之间涂抹一层粘结质，之后再加热让粘结质烧结固化。相应的芯片层所产生的热量就需要通过粘结质传递到第一基板，由于粘结质的热导率通常较低，同时粘结质在烧结之后会形成微小的气孔，这会使得粘结质整体的导热率进一步降低，从而导致整个半导体芯片的散热性能较差。而将芯片层直接键合于第一基板的表面需要第一基板的表面具有极高的平整度，即需要第一基板表面非常光滑，通常需要第一基板表面在原子尺度上保证平整，这在现阶段是极难实现的，同时实现起来非常的费时费力。
而本实用新型所提供的一种半导体芯片，在第一基板表面具有第一凸起，该第一凸起会直接与芯片层接触并且进行直接键合，而第一基板表面的凹陷区域会通过粘结质与芯片层进行键合。通过将第一基板直接与芯片层接触可以有效提高半导体芯片的散热性能。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种半导体芯片的结构示意图。
参见图1，在本实用新型实施例中，所述半导体芯片包括芯片层10和第一基板20；所述第一基板20的表面键合有所述芯片层10，所述第一基板20中朝向所述芯片层10的表面设置有至少一个第一凸起21，所述第一凸起21周围形成有凹陷区域22；所述第一凸起21的上表面与所述芯片层10相接触，所述凹陷区域22中设置有连接所述芯片层10与所述第一基板20的粘结质30。
上述芯片层10为半导体芯片的主要工作区域，也是主要产生热量的区域。上述第一基板20是用于固定芯片层10的部件。通常情况下，第一基板20在起到固定芯片层10的作用的同时，还需要对芯片层10进行散热，所以第一基板20通常需要具有较高的热导率。而由于第一基板20紧贴芯片层10，所以通常第一基板20还需要具有较高的电导率。上述第一基板20通常选用铜基板、覆铜陶瓷基板(DBC)、合金散热基板等等。
将芯片层10与第一基板20固定连接的工艺统称为键合。其中，键合分为直接键合以及间接键合，直接键合是将两片表面洁净、原子级平整的同质或异质材料经活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使两片材料键合成为一体的技术；而间接键合是通过粘结质30，例如焊膏，硅脂等介质将两片材料键合成为一体的技术。
在本实用新型实施例中，第一基板20与芯片层10之间的键合既有直接键合，又有间接键合。上述第一基板20的表面键合有所述芯片层10，而第一基板20中朝向芯片层10的表面设置有至少一个第一凸起21。相应的，在第一凸起21的周围就形成有凹陷区域22。通常情况下，第一基板20中朝向芯片层10的表面会设置有多个第一凸起21，多个第一凸起21之间也会形成有凹陷区域22。上述第一凸起21的上表面会与芯片层10的表面直接接触，并固定连接，即直接键合。但需要说明的是，第一基板20朝向芯片层10的表面设置有多个第一凸起21时，并不需要每个第一凸起21的上表面均与芯片层10的表面相接触，只要存在有芯片层10直接接触的第一凸起21既可实现本实用新型的目的。还需要说明的是，所述第一凸起21的材质通常与第一基板20的材质相同，即所述第一凸起21通常是在制作第一基板20时直接形成的第一凸起21，而不是在制作完成的第一基板20表面后添加上的第一凸起21。即该第一凸起21与第一基板20为一体式结构。
上述第一凸起21的高度通常在10微米至50微米之间，包括端点值。即该第一凸起21的高度可以恰好为10微米或50微米。所述第一凸起21的高度是第一凸起21上表面所在的平面与所述凹陷区域22中最低的点所在平面之间的距离。当第一基板20的表面设置有多个第一凸起21时，只要求最高的第一凸起21的高度在10微米至50微米之间，并不要求全部第一凸起21的高度一致。当然，作为优选方案为全部所述第一凸起21的高度一致，均在10微米至50微米之间。
上述第一凸起21的形状通常为圆台形，当然设置在第一基板20表面的第一凸起21还可以具有其它形状，例如半球形、刀刃形、长方体等等，甚至于不规则形状均可。有关第一凸起21的具体形状在本实用新型实施例中不做具体限定。
通常情况下，芯片层10的尺寸会小于第一基板20的尺寸，因为在第一基板20朝向芯片层10的表面通常需要引出电极。当然，有关芯片层10与第一基板20的具体尺寸在本实用新型实施例中不做具体限定。
在本实用新型实施例中，上述凹陷区域22内设置有粘结质30，当然，所述粘结质30为固化后的粘结质30，该粘结质30可以将第一基板20与芯片层10固定连接。具体的，所述粘结质30可以将第一基板20中凹陷区域22的表面与芯片层10固定连接。
上述粘结质30通常需要充满整个凹陷区域22，即粘结质30的厚度通常需要与上述第一凸起21的高度相同。由于焊膏的导热性能由于硅脂的导热性能，所以在本实用新型实施例中所述粘结质30优选为焊膏。当然，也可以使用除焊膏之外的粘结质30来使第一基板20与芯片层10固定连接。当粘结质30为焊膏时，所述焊膏可以具体为锡膏、银膏、金膏、铜膏，或者是多种焊膏以任意比例的混合物。有关所述焊膏的具体用料在本实用新型实施例中不做具体限定。作为优选的，上述焊膏可以具体为微米焊膏或纳米焊膏，即焊膏中颗粒的尺寸在微米或纳米量级。微米焊膏或纳米焊膏在烧结过程中产生的气孔会非常小，从而可以提高烧结后粘结质30的热导率。
本实用新型实施例中，芯片层10所产生的一部分热量会通过与芯片层10直接接触的第一凸起21传递到第一基板20并最终扩散到外界；而芯片层10所产生的另一部分热量会通过固化的粘结质30传递到第一基板20并最终扩散到外界。显然，与通过粘结质30将热量传递到外界相比，通过第一凸起21可以更快的将热量传递到外界，以增加本实用新型实施例所提供的半导体芯片的散热性能。
本实用新型实施例所提供的一种半导体芯片，在第一基板20表面具有第一凸起21，该第一凸起21会直接与芯片层10接触并且进行直接键合，而第一基板20表面的凹陷区域22会通过粘结质30与芯片层10进行键合。通过将第一基板20直接与芯片层10接触可以有效提高半导体芯片的散热性能。
由于不同的材质具有不同的导热性能，所以可以在芯片层10与第一基板20相互键合的表面设置金属层来提高整个半导体芯片的导热性能。详细内容请参照下述实用新型实施例。
请参考图2，图2为本实用新型实施例所提供的另一种半导体芯片的结构示意图。
区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的在芯片层10与第一基板20相互键合的表面设置金属层来提高整个半导体芯片的导热性能。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。
参见图2，在本实用新型实施例中，所述芯片层10包括半导体层11和第一金属层12；所述第一金属层12覆盖于所述半导体层11朝向所述第一基板20的表面。
上述半导体层11是芯片层10的主体结构，也是整个半导体芯片核心的工作区域以及产热区域。半导体层11在现阶段主要由硅构成，当然，该半导体层11也可以由其他材料构成，例如砷化镓等等，有关半导体层11所用的材料在本实用新型实施例中不做具体限定。
上述第一金属层12覆盖于所述半导体层11朝向所述第一基板20的表面，即设置在第一基板20表面的第一凸起21会与该第一金属层12直接接触。由于第一金属层12直接与半导体层11相接触，所以第一金属层12通常是由具有高热导率的金属材料镀在上述半导体层11表面制备而成。所述第一金属层12所用的材料可以为铜、镍、钯、金、银等，当然也可以是由不同材料混合而成的合金等，有关第一金属层12所用的材料在本实用新型实施例中不做具体限定。通过设置上述第一金属层12，可以更快的将半导体层11产生的热量扩散到外界。
进一步的，在本实用新型实施例中，所述第一基板20朝向所述芯片层10的表面覆盖有第二金属层13。
上述第二金属层13覆盖于第一基板20朝向芯片层10的表面，即部分第二金属层13会覆盖在第一凸起21的上表面直接与芯片层10相接触。需要说明的是，该第二金属层13通常会同时覆盖位于第一基板20表面的第一凸起21以及凹陷区域22。
由于本实用新型实施例所用的第一基板20通常为铜第一基板或者是覆铜陶瓷第一基板，第一基板20本身具有较高的热导率，为了进一步提高整个半导体芯片的散热效果，可以在第一基板20表面设置有第二金属层13，通常需要保证第二金属层13所用的材料的热导率要高于第一基板20本身的热导率，例如若第一基板20本身为铜第一基板，那么第二金属层13所用的材料就通常为金或银等等。当然，在本实用新型实施例中并不对第二金属层13所用的材料做具体限定，只要第二金属层13所用的材料的热导率大于第一基板20的热导率即可。
在本实用新型实施例中，可以在半导体芯片中仅仅设置上述第一金属层12或第二金属层13，也可以同时设置第一金属层12与第二金属层13，视具体的情况而定，在本实用新型实施例中不做具体限定。
本实用新型实施例所提供的一种半导体芯片，在芯片层10与第一基板20相互键合的表面设置有热导率高的第一金属层12与第二金属层13，可以进一步增加半导体芯片整体的散热性能。
为了缓解本实用新型所提供的半导体芯片的热应力，可以在所述第一基板20中朝向所述芯片层10的表面的边缘部形成有所述凹陷区域22。详细内容请参照下述实用新型实施例。
请参考图3，图3为本实用新型实施例所提供的再一种半导体芯片的结构示意图。
区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的在第一基板20中朝向芯片层10的表面的边缘部形成有凹陷区域22，以缓解半导体芯片的热应力。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。
参见图3，在本实用新型实施例中，所述第一基板20中朝向所述芯片层10的表面的边缘部形成有所述凹陷区域22，所述边缘部为与所述第一基板20的各个侧边的距离在预先设置的范围内的区域。
所述边缘部为与所述第一基板20的各个侧边的距离在预先设置的范围内的区域，即距离第一基板20的侧边较近的区域，通常呈回字形区域。相应的在本实用新型实施例中，在所述边缘部形成有凹陷区域22。形成在边缘部的凹陷区域22通常只具有半边侧壁，即形成在边缘部的凹陷区域22通常只在一侧设置有第一凸起21。该凹陷区域22的表面通常与第一基板20的侧面相连。在本实用新型实施例中，并不要求所述边缘区部全为凹陷区域22，只要在边缘部中形成有凹陷区域22即可。
当然，在第一基板20的边缘部形成的凹陷区域22中同样会设置用于连接第一基板20与芯片层10的粘结质30，例如焊膏等等。由于芯片层10在工作时会产生大量的热量，所产生的热量必然会使得第一基板20与芯片层10升温，由于通常芯片层10与第一基板20的热膨胀系数不同，这就会在芯片层10与第一基板20之间形成热应力，而该热应力通常集中在第一基板20与芯片层10相对的表面的边缘，即上述热应力通常集中在上述边缘部。而在本实用新型实施例中第一基板20朝向芯片层10的表面的边缘部是通过粘结质30与芯片层10相键合，通常来说粘结质20，尤其是焊膏的质地比较软，可以有效吸收芯片层10与第一基板20表面的热应力，从而缓解半导体芯片的热应力。
本实用新型实施例所提供的一种半导体芯片，通过在第一基板20中朝向芯片层10的表面的边缘部形成有凹陷区域22，并在该凹陷区域22中填充粘结质30来连接第一基板20与芯片层10，可以通过该粘结质30有效吸收芯片层10与第一基板20表面的热应力，从而缓解半导体芯片的热应力。
为了增加第一基板20的散热能力，可以在第一基板20中背向所述芯片层10的表面键合第二基板40。详细内容请参照下述实用新型实施例。
请参考图4，图4为本实用新型实施例所提供的还一种半导体芯片的结构示意图。
区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的在第一基板20中背向所述芯片层10的表面键合第二基板40。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。
参见图4，在本实用新型实施例中，所述第一基板20背向所述芯片层10的表面键合有第二基板40，所述第二基板40与所述第一基板20之间设置有第二凸起41，所述第二凸起41周围形成有所述凹陷区域22；所述第二凸起41的上表面与所述第一基板20或第二基板40相接触，所述凹陷区域22中设置有连接所述第一基板20与所述第二基板40的所述粘结质30。
上述第二基板40可以是与第一基板20相类似的铜制基板等等，也可以是在陶瓷基底42的上下两个表面均设置有铜板的覆铜陶瓷基板(DBC)。有关第二基板40的具体结构在本实用新型实施例中并不做具体限定。当第二基板40为覆铜陶瓷基板时，可以在覆铜陶瓷基板的上下两个表面均键合有上述第一基板20。
当上述第二凸起41是设置在第一基板20朝向所述第二基板40的表面时，即所述第二凸起41与第一基板20为一体式结构时，第二凸起41的上表面会与第二基板40直接接触。当上述第二凸起41是设置在第二基板40朝向所述第一基板20的表面时，即所述第二凸起41与第二基板40为一体式结构时，第二凸起41的上表面会与第一基板20直接接触。
以第一凸起21相类似，在第一基板20与第二基板40之间可以设置有多个第二凸起41。详细内容请参照上述实用新型实施例，在此不再进行赘述。
由于在第一基板20与第二基板40之间形成有第二凸起41，那么相应的在第二凸起41周围就会形成有凹陷区域22。在该凹陷区域22中，同样会设置粘结质30来固定连接所述第一基板20与第二基板40。当然，在本实用新型实施例中，连接第一基板20与第二基板40的粘结质30与上述连接第一基板20与芯片层10的粘结质30可以是同一种粘结质30，也可以是不同的粘结质30，在本实用新型实施例中均不作具体限定。
有关凹陷区域22和粘结质30的具体内容已在上述实用新型实施例中进行了详细的介绍，在此不再进行赘述。
当然，在本实用新型实施例中，与在第一基板20中背向芯片层10的表面键合第二基板40相类似，还可以继续沿背向芯片层10的方向键合第三基板或第四基板等等，以进一步增加起到导热作用的基板的厚度，从而增加半导体芯片的散热性能。当然，通常情况下只需要在第一基板20的表面键合上述第二基板40即可很好的提高半导体芯片的散热性能。
本实用新型实施例所提供的一种半导体芯片，通过在第一基板20中背向芯片层10的表面继续键合第二基板40，可以直接增加起到导热作用的基板的厚度，从而增加半导体芯片的散热性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本实用新型所提供的一种半导体芯片及半导体芯片的封装方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。