专利名称：含有基座的半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种含有基座的半导体器件，该基座配置一沟槽，在沟槽壁上设有导体，其导体还延展到基座上，该基座还配置一半导体元件，该元件设置在沟槽内，并使该元件与壁内的导体形成电接触。本发明进一步涉及制造这种器件的方法，并涉及可用以制作半导体器件的制造基座棒的方法。
这种器件可被用作“表面装配器件”。该基座可被紧扣在印刷电路板上，这就使存在于基座上的导体与印刷电路板上的导体形成电接触。
英国专利No 1597707披露了本文开头一段提及的那种器件，其中的半导体元件被装配在V一形沟槽内。该半导体元件被紧扣在沟槽的一个壁的导体上，再用连线连到另一壁的导体上。
上述已知器件的不足之处在于为把半导体元件紧扣在基座上，以及为了设置连线，则需要单独的工艺步骤。因为沟槽是倾斜的，又因实际上的半导体元件的尺寸都很小。这些工艺步骤实行起来就格外困难。
本发明的目的尤其在于克服前述的不足之处。
因而，依本发明的器件之特征在于半导体元件被紧夹在沟槽内，这就与沟槽壁上的导体形成电接触。因为半导体元件被紧夹在沟槽的两壁上的导体之间，这就实现了用一步简单的方法，在一单一工艺步骤，在半导体元件和基座之间实现了机械的和电的连接。由于这种在基座和半导体元件之间实现连接的方法简单，把很小的半导体元件用于这种半导体器件内也是可以的。
半导体元件可被紧夹在沟槽内，原因在于基座是这样被变形的，即把沟槽弯曲张开，把半导体元件插入沟槽内，而基座得以反弹而夹住半导体元件。也可以将基座加热，其沟槽因热胀而变大，因此，半导体元件可插入其内，然后，因冷却期间沟槽的收缩而将半导体元件夹紧，并产生电连接。最好，依本发明的器件之特征在于沟槽为一锥形，其截面越往下越小，在该沟槽内，半导体元件由于紧夹配合而自动被夹持住。用这种方法实现把半导体元件简单推入沟槽内，就可制成半导体器件。
最好，半导体器件之特征在于沟槽两壁的夹角为5～15°。如果沟槽两壁的夹角小于5°，实际上在制作基座期间，由于沟槽尺寸的公差，可能偶而实现不了锥形沟槽。当夹角大于近似15°时，半导体元件在沟槽内，就不能满意地被夹紧。
在半导体插入之前，给半导体或导体之一配置一层焊料，可得到在半导体元件和基座间的更牢固的连接，然后把半导体插入，再立即把产生的半导体器件加热。用这种方法给半导体和基座间提供了焊接连接。
最好，在沟槽内的导体之一和半导体元件之间设置一可形变的接触，这种可形变的接触体，可吸收半导体元件在工作期间和插入期间半导体和基座间可能出现的强机械应力。
一层用电能设置的金属层或一滴导电胶可被用作可形变的接触体。然而，该可形变的接触体最好是块形接触，通过导线键合把它设置在半导体元件上。这意味着，将一导线键合在半导体元件的一个连接表面上，然后，靠近该连接表面断开。这种块形接触，最好由金属银形成，可在现有机械上用公知方法制作，象实际上所表明的那样，并能良好地吸收所说的应力。
本发明进一步涉及制造本文开头一段所述的器件的方法。依本发明，该方法之特征在于从配置一连接沟槽的基座棒开始，在沟槽的壁上设有导电体，该导体还延展到基座棒上，接着在沟槽内，以夹紧配合，设置多个半导体元件，然后，把基座棒再分成若干个半导体器件。基座棒可由简单方法制成，例如用陶瓷材料经烧结工艺制成;再如用合成材料经注模工艺制成;又如用覆盖了绝缘材料的金属，诸如阳极氧化铝经冲压工艺制成，或如用玻璃拉制棒而成。用该法可把半导体元件固定并接触到基座上，该基座适合于以简单和廉价方式的SMD装配。最好沟槽用保护漆填满，避免半导体元件受大气影响。
先把多个半导体元件固定，然后再把基座棒分成若干份。这样做的优点在于不是每个单独的基座，而只是一整个基座棒需要在适合扣紧半导体元件的机械中定位和固定。
最好，将半导体元件推入其截面向下变小的锥形沟槽内，借夹紧配合设置在沟槽内，在该锥形沟槽内，半导体元件由于夹紧配合而自动被夹持住。沟槽的尺寸是这样的，当半导体元件在沟槽的锥形部位达到压力接触时，就形成了电连接。按这种方法，只要把半导体元件推入沟槽，它就可简单地被紧扣并被接触在沟槽内。
最好，在半导体元件插入沟槽前在半导体元件或在导体上设置一层焊料，而在半导体元件被插入之后，加热已装有半导体元件的基座棒。如果，在此期间，温度超过焊料层熔点焊料层会流动，并形成焊接接合处。如果温度保持低于焊料层的熔点。会形成热压连接。这就以简单的方法实现了更可靠的连接。
最好在半导体元件被插入沟槽之前，在半导体元件上设置可形变的接触体。因为半导体元件的表面易于接近，那么接触体就可以简单方式设置。
最好，将接触体设置在半导体元件上，此时半导体元件仍在半导体片子上，然后，把片子分成单独半导体元件，再插入沟槽内。当半导体元件仍在片子上时，可用常用的机械，以简单的方法，把接触体设置到半导体元件上，因为半导体元件在片子上呈现其固定的，精确的位子。
基座棒沟槽的两壁可被设置具有一定图形的导体，所以具有两个以上接触区的半导体元件，诸如，晶体管和集成电路，也可通过一个壁上数根导体的措施得以连接。各导体可按下列工序简单地设置在基座棒上·把一种金属无电成核在基座棒上，·局部去掉这种金属或使它变成绝缘，·用电化学法使其余的金属增厚。
特别是，该金属是局部的用激光或用紫外线辐照被去掉或使其绝缘。
另一办法是，该金属可用激光局部地被设置，并电化学增厚。
下面，以实施例，结合附图，对本发明进行详细说明。
图1表示依本发明的半导体器件，图2表示图1所示器件的剖面图，图3表示图1所示半导体器件的另一实施例，图4表示以晶体管做所含半导体元件的图3所示的半导体器件，图5以图解表示制作图1所示器件工艺的一个步骤。
各图仅仅是个示意图，设有按比例画。在图中相应的部件用相同标号表示。
图1表示依本发明的半导体器件的第一实施例。这种器件以及下面尚待介绍的器件都是典型的适合于表面装配的;它们常被称为“表面装配器件”或SMD。图1表示一半导体器件，它包括一个基座1，基座带有沟槽2，沟槽有两壁3和4，在该壁上设有金属导体6和7，该导体还延展到基座上，在沟槽内，还包括一个半导体元件，元件与壁上的导体形成电接触。沟槽的壁3和4的夹角近似10°。导体6和7从沟槽2，越过上表面5延展到基座的表面8，或许进一步延展到下表面10。导体6和7可与印刷电路板上的导体形成电接触。一半导体元件11被设置在沟槽2内，在本实施例中示出一半导体二极管。半导体元件被夹在沟槽2内，所以，与壁3和4上的导体6和7形成了电接触。这就实现了机械的以及电的接触。所以在依本发明的器件的生产工艺中，不必包括为形成机械的和电的接触的单独工艺步骤。最好，在插入半导体元件之后，沟槽2用保护漆13填满，例如施加液体的环氧树脂。还可在半导体元件上设置一玻璃，作保护漆的替代物。
基座1是用陶瓷材料、合成材料、覆盖绝缘材料的金属或玻璃制成。
半导体元件由于被推入沟槽2，可靠紧夹配合而自动设置。根据本发明，沟槽呈锥形，其剖面向下方向变小，所以半导体元件可自动地靠紧夹配合而被设置和插入。图2表示基座1的剖面。沟槽2的壁3和4的夹角15最好为5～15°。
如果夹角15小于5°，人们发现，在实际制造基座期间，由于沟槽尺寸的公差，有时就得不到锥形的沟槽。在夹角大于15°的情况下，半导体元件就不能被紧紧地夹在沟槽内。图1表示一个实施例，其中壁3和4的夹角近似10°，而两壁与上表面5的夹角为95°。图3表示另一种实施例，其壁3基本上垂直于上表面，而壁4与上表面5的夹角近似100°。
在半导体元件11被插入之前，给导体6和7以及半导体元件11都分别设置焊料层66、77以及116(见图2)例如常用的铝-锡合金，然后插入半导体元件，再把制成的半导体器件加热，这样就可以得到在半导体元件11和基座1之间更牢固地连接。用此种方法，把焊接连接设置在半导体元件和导体之间。应该注意焊料层是需要涂在导体6和7上，也要涂在半导体元件11上，但是，若这种焊料层只放在两导体之一或只放在半导体元件上，也是能得到较牢固连接的。
在半导体元件和沟槽内导体中之一间使用一种可形变的接触体12，以便防止在半导体元件配置期间以及在操作期间发生的强机械应力。最好，这种接触体是一种通过导线键合设置在半导体元件上的块形接触，即把一导线键合到半导体元件的一个连接表面，然后靠近该连接表面断开。这种块形接触最好由金属银形成，可以在现有机械上用已知方法制作，它能满意地吸收所说的应力，实际上已有显示。
半导体器件以其下边10以及上边5可被连接到印刷电路板上。最好，沟槽设置在基座内连续凹槽14内(见图1和图2)。这种凹槽可被用来托住一滴粘结剂(未示出)。在半导体元件被焊接固定之前，用这一滴粘结剂，把半导体的上边5与印刷电路板固定。凹槽14确保，不管这滴粘结剂如何，半导体器件的上表面5总是与印刷电路板的表面配合得很好的，所以在半导体器件侧表面8和上表面5同印刷电路板上存在的导体之间总会形成适合的焊接接合处。
图1表示含有一个二极管的半导体器件。该基座也可被用于，例如三极管，或集成电路，如图4所示。半导体元件背面的接触可以是与导体6相连接的集电极接触。在半导体元件的前面，例如提供由金形成的两个块形接触112和212，一个是基极接触，另一个是发射极接触，这两个接触又与相互分开的两个导体17和27相连接。
按本发明制作的半导体器件的尺寸可以很小，例如，二极管和三极管的基座的尺寸是2mm×1.25mm×1.2mm(通称SMD工艺的0805)或1.5mm×0.75mm×0.8mm(通称0603)。
上述半导体器件可用简单廉价的方法制作。图5表示制作工艺的一个步骤。工艺从一个基座棒51设置一连续沟槽52开始，在沟槽壁53和54上设有导体56和57，这两导体还延展至基座棒51上。基座棒设置一连续的凹槽64。基座棒可用陶瓷材料制成，诸如，碳化硅、氮化硅、或氧化铝。这种基座棒是例如，用烧结工艺制作。由热塑性合成材料制成的基座棒可用公知的方法，例如，注模或模压工艺得到。其形状必须是适合使用工艺的，例如模压工艺。这是图5所示实施例的情况;基座棒51被作成一对称体，连续沟槽2和连续凹槽64布置在模压方向。适合于此的合成材料，例如有聚嗍
醚(PES)或聚酰亚胺醚(PEI)。所谓的液晶聚合物也是适合的。基座棒也可由玻璃构成。这种基座棒用拉拔或玻璃工艺中已知的其它方法得到。一些半导体元件11可以设置在沟槽52内。这些半导体元件以夹紧配合一个挨一个的放入槽内。元件11与基座棒51的两壁53和54的导体56和57成为压力接触。这些半导体元件被覆盖一种保护漆63，图5只画出一部分。然后沿虚线65用锯或切割，将基座棒51分成若干半导体器件。所以可制成包括设置一个半导体元件的基座的半导体器件，但是也可制成其基座设置若干半导体元件的半导体器件。在后种半导体器件中，导体56和57常被分成若干导体条，与分离的半导体元件连接。
半导体元件可用各种方式设置。由于基座棒51是这样被形变的，即把沟槽52稍微弯曲张开，这时立刻放入半导体元件11，而基座被允许回弹，这样半导体元件在沟槽内在应力下被包住，并形成电连接。另一种可能是，把基座棒51加热，如加热到250℃，它会膨胀，然后设置半导体元件，那么当冷却后，半导体元件将被紧夹在沟槽内。最好基座棒设置一锥形沟槽，其剖面向下方向减小，而半导体元件可靠紧夹配合而自动设置(见图2和图5)。
最好，在半导体元件被放入沟槽前，把一种常用的铅锡合金焊料层设置在导体56、57和半导体元件11上，为清晰，图5未画出该焊料层(这些焊料层与图2所示的焊料层66、67和116是相同的)。设置半导体元件之后，加热包含了半导体元件的基座。此时，如果达到高于焊料层熔点的温度，焊料就会流动，并形成焊接接合处。若温度保持低于焊料层熔点，将会形成热压连接。一种如上所述的较可靠的连接就是这样以很简单的方法实现了。
最好，在半导体元件设置在沟槽2内之前，在半导体元件11上设置一块可形变的接触体12。该可形变的接触体能吸收放入半导体元件期间和半导体器件工作期间出现的强大应力。当半导体元件仍留在一个半导体片子上时，就把接触体设置在这些半导体元件11上。这是可行的，例如，用电化学设置一金属层，增厚后者，再把它腐蚀成一种图形，或设置一滴导电胶。在本实施例中，用常规的导线键合机，经导线键合设置一块形接触体，一个小导线被键合到半导体元件的连接表面，随后在靠近连接表面把该导线断开。然后，用常规工艺，例如锯，把半导体片子分成若干半导体元件11，每个元件设置一块块形接触体12。
本发明还涉及适合于容纳半导体元件11的基座棒的制作方法，该基座设置了具有壁53和54的连续沟槽52，在壁上提供导体56和57，该导体还延展到基座棒51上。依本发明该导体，以下列工艺设置在基座棒上。
·在基座棒上用金属无电成核，例如用镍、钯或银等金属，通过烧结或注模法，得到无电成核的基座棒，其金属层厚度约为0.1μm。
·通过激光或紫外辐照处理，局部去掉该金属或使局部金属整个厚度变成绝缘，以此形成导体图案。
·例如采用镍、银或铜，用电化学法增厚留下的金属，例如增厚10μm。如有必要，可在整个图案上施加一层便于焊接的铅锡金属层。
另一种替换，在基座棒上用金属无电成核，局部去掉或使其金属绝缘的办法，也可用激光按已知办法，使基座棒在适合的金属溶液中成核。
如果基座的下边59被用以将基座固定在印刷电路板上，若有需要，中心部位的金属允许延展到基座棒的下边。制成后，可磨制一沟槽，60，深50μm。导体之间的连接则被断开，通过使用沟槽，在沟槽60内施加一滴粘结剂(未画出)可以得到与印刷电路板的更好的连接。
很清楚，图中代表的实施例仅仅是在于说明实例，而各种变型都是可能在本发明范畴内的。
权利要求
1.一种含有基座的半导体器件，该基座配置一沟槽，在沟槽壁上设有导体，其导体还延展到基座棒上，该基座在沟槽内还配置一半导体元件，它与沟槽壁形成电接触，其特征在于半导体元件是被紧夹在沟槽内的，因此与沟槽壁上的导体形成电接触。
2.一种如权利要求1所要求的半导体器件，其特征在于沟槽呈锥形，其剖面朝下方而变小，靠紧夹配合，半导体元件被自动地夹持在沟槽内。
3.一种如权利要求2所要求的半导体器件，其特征在于沟槽两壁夹起一个5～15°的角。
4.一种如前述权利要求中的任何一项权利要求所要求的半导体器件，其特征在于一种焊接连接被设置在半导体元件和导体中的一个导体之间。
5.一种如前述权利要求中的任何一项权利要求所要求的半导体器件，其特征在于一种可形变的接触体被设置在半导体元件和导体中的一个导体之间。
6.一种如权利要求5所要求的半导体器件，其特征在于可形变的接触体是用导线键合设置在半导体元件上的块形接触。
7.一种如权利要求6所要求的半导体器件，其特征在于块形接触是由金或银制成的。
8.一种制作含有基座的半导体器件的方法，该基座配置一沟槽，在沟槽壁上设有导体，其导体还延展到基座上，该基座还配置一半导体元件，该元件设置在沟槽内，并与壁上的导体形成电接触，其特征在于该方法从在基座上配置一连续的沟槽开始，在沟槽壁上设有导体，其导体还延展到基座棒上，然后，以紧夹配合将半导体元件配置在沟槽内，再将基座棒分成若干半导体器件。
9.一种如权利要求8所要求的方法，其特征在于半导体元件被推入其剖面朝下方向变小的锥形沟槽，以紧夹配合配置在沟槽内，并靠紧夹配合，把半导体元件自动地夹持在沟槽内。
10.一种如权利要求8和9中任一项权利要求所要求的方法，其特征在于在半导体元件被置入沟槽内之前，先在导体或在半导体元件上设置一层焊料层，在半导体元件已置入之后，加热带有半导体元件的基座棒。
11.一种如权利要求8、9和10中任一项所要求的方法，其特征在于在半导体元件被置入沟槽内之前，先在半导体元件上设置可形变的接触体。
12.一种如权利要求11所要求的方法，其特征在于当半导体元件仍留在一个半导体片子上时，在半导体元件上设置接触体，然后，把片子分成单个的半导体元件，置入沟槽。
13.一种制基座棒的方法，该基座配置一沟槽，在沟槽壁上设有导体，其导体还延展到基座棒上，其特征在于用下列工序在基座棒上设置导体·用金属在基座棒上无电成核，·局部去掉该金属或使其绝缘，·电化学增厚余下的金属。
14.一种如权利要求13所要求的方法，其特征在于用激光或紫外辐照，局部去掉全部厚度的金属或使其绝缘。
全文摘要
一种包含配置一沟槽(2)的基座(1)的半导体器件，在沟槽壁(3)和(4)上设有延展到基座(1)上的导体(6)和(7)，该基座在沟槽内还配置半导体元件(11)，它与沟槽壁上的导体形成电接触。根据本发明半导体元件(11)被紧夹在沟槽(2)内，以此与沟槽壁(3)和(4)上的导体(6)和(7)形成电接触。由于半导体元件紧夹在沟槽壁(3)和(4)上的导体(6)和(7)之间而被夹持住，这就达到了用单一工艺步骤以简单的方法实现了半导体元件(11)和基座(1)之间的机械的和电的连接。
文档编号H01L23/498GK1054334SQ91101110
公开日1991年9月4日 申请日期1991年1月19日 优先权日1990年1月23日
发明者约翰内斯·M·C·弗尔斯皮克, 亨里卡斯·A·L·拉尔霍芬, 彼得·W·M·范迪沃特, 扬·范米登多普 申请人:菲利浦光灯制造公司