专利名称：用于为部件屏蔽静电干扰的方法和布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于为部件，特别是为半导体部件屏蔽静电放电的装置和布置。
背景技术：
半导体代表p型和n型。一般地，半导体包括诸如pn结、pnp结或npn结的半导体的两种不同类型之间的结表面。在半导体的结中，p端有负电荷，且没有电子的空穴充当电荷载流子。n端有正电荷，且自由电子充当电荷载流子。空穴的电荷是正的，并且其量值与电子电荷的量值相等，但极性相反。在半导体材料中，空穴的流动方向与电子的流动方向相反。当半导体中引起正向电流时，使得p端被置于较高电位处而n端被置于较低电位处，电子从n端流动到结区以及空穴从p端流动到结区。自由的空穴和电子消失，即电子填充了自由空穴。这种类型的从高能状态到低能状态的电子迁移会释放能量。
半导体通常是由仅仅在某些条件下导电的固体化学成分形成的。例如，元素半导体为锑(Sb)、砷(As)、硼(B)、碳(C)、锗(Ge)、硒(Se)、硅(Si)、硫(S)和碲(Te)。在这些元素半导体中，最著名的是硅，它构成大部分集成微电路的基础。普通半导体化合物包含砷化镓(GaAs)、锑化铟和大部分金属的氧化物。在这些化合物中，砷化镓主要用于弱信号的无声高倍放大器。半导体的性质依赖于在其中添加的杂质，即增加导电电子或空穴的数量的干扰微粒。例如，半导体部件为晶体管、集成微电路、二极管、发光二极管和各种表面结半导体。
半导体和半导体部件对静电放电(ESD)敏感。当一个具有正电荷和另一个具有负电荷的两种不同材料相互接触时，通常会出现静电放电。正充电的材料有静电电荷。当这种类型的静电电荷与给定的其它材料接触时，电荷会转移并且引起静电放电。
静电放电会释放出大量热能。如果静电电荷在灵敏的电设备或部件上放电，则放电所释放的热量可能熔化、汽化或否则损坏灵敏的部件。静电放电可能损坏设备部件，使得尽管该设备仍然工作，但是其某些部件或功能会出现错误或背离正常操作的不规则性。这种类型的潜在影响是非常难以观察的，并且它们会显著缩短设备的使用寿命。许多电子设备甚至对低电压静电放电敏感。因此，制造商往往会避免整个生产过程中的静电放电在制造、测试、运输和处理步骤期间。另外，在使用产品时，产品及其元件容易受到静电放电的影响，因此，还应该在制成品中注意对灵敏部件的屏蔽。
灵敏的电子产品、设备和部件通常是用可以为产品屏蔽有害电荷的材料包装的。通过使产品与可能的外部电荷绝缘，可以机械地保护产品。通常，通过在产品和保护元件之间保留绝缘间隙来实现绝缘，所述间隙例如是空气绝缘间隙。实际上，例如把产品放到厚塑料袋内，使得在产品和塑料袋之间设置一个空气绝缘层。这种类型的绝缘通常不适合于正在使用期间的产品，因为盖和绝缘层可能影响使用或使使用麻烦，或者甚至可能妨碍某些功能的执行。
一般使用的另一种防护方法是在被保护的部件周围安装金属盒。金属盒提供有效和可靠的静电放电屏蔽。同样的金属盒通常可以用作为电磁屏蔽，特别是在处理器的周围，并且可以用于容易受到无线电电压或高电压的影响或者容易受到高频率和快频率的影响的设备。通常，屏蔽金属盒既笨重又昂贵。金属盒占用大量空间，因此尤其是在小型设备中，其尺寸和重量已经成为决定因素。另外，在产品或设备中安装金属盒总是会成为装配步骤的额外部分。安装是一项精确的工作，并且会使得装配更加困难。另外，如此可靠的金属盒并不适用于保护例如发光二极管，这是因为发光二极管发射的光不能透过防护金属盒。通常，金属盒有些过于坚固，也是一种昂贵的解决方案，因为它始终需要额外的装配步骤。
发明内容
本发明的一个目的，是适当地屏蔽半导体部件，并可靠地为其屏蔽静电放电。本发明的另一个目的，是用经济的方式为半导体屏蔽静电放电。本发明还有一个目的，是用简单的方式屏蔽半导体部件。本发明还有一个目的，是保持制成品的结构和装配简单。另外，本发明的目的，是防止出现根据现有技术的布置中的缺陷。
这些目的的实现，使得在半导体部件中，永久地集成了导电元件，并且为所述导电元件提供一条引出线，该半导体部件可以通过该引出线接地，从而为该半导体元件屏蔽静电脉冲。
本发明的特征由独立权利要求阐述。本发明的其它实施方式在本发明的从属权利要求中进行描述。
根据本发明一个实施方式的半导体部件包括导电元件，该元件配备有至少一条来自该部件的引出线，使得该导电元件可以经由该引出线接地，以为该半导体部件屏蔽静电脉冲。该导电元件可以集成为该半导体部件的永久部分，其可以集成在该半导体部件的盖元件的下面，在盖元件的内部；或者集成在该半导体部件的盖元件的上面，在盖元件的外部。在根据本发明一个实施方式的用于为半导体部件屏蔽静电脉冲的方法中，在半导体部件内集成导电元件，并且为集成的导电元件设置至少一条引出线，使得该导电元件可以经由该引出线接地。根据本发明该实施方式的设备包括安装托盘、部件和半导体部件，其中一个导电元件是集成的，并且该导电元件配备有至少一条引出线，该引出线与安装托盘的接地平面相连接地。
根据本发明的半导体部件的导电元件可以是像薄片的，例如放置在部件盖的顶部上的金属薄片，或者可以是像环状的，例如环绕该部件的盖元件的最上表面的薄金属环。根据某一实施方式，当在给定产品、设备或结构中安装该部件时，该导电元件被接地。在半导体部件的导电元件上设置一条引出线，使得所述引出线可以与待安装的结构的接地平面相连接，例如与电路板的接地平面相连接。因此，使到达半导体部件的静电脉冲被传导到根据本发明一个实施方式的导电元件上，从那里被进一步传导到接地平面。因此，半导体部件本身不会损坏。
借助于根据本发明各实施方式的半导体部件，无需任何额外的结构元件，就能以可靠、简单、经济的方式屏蔽部件。这在装配步骤中也是有用的，因为无需单独地安装部件的屏蔽元件。特别地，可以逐一屏蔽对静电脉冲敏感的半导体，并且无需例如在策划或生产步骤中单独地考虑其屏蔽。因此，通过使用根据本发明一个实施方式的屏蔽部件可以使得策划更容易，并且可以提高制成品的质量。
现在参照附图详细观察本发明的实施方式，其中图1示出从侧面看到的根据本发明一个实施方式的布置；图2示出从上面看到的根据本发明一个实施方式的布置；以及图3示出从上面看到的根据本发明一个实施方式的布置。
具体实施例方式
在附图中相同标号用于相同部分。关于本发明各实施方式所说明的、为部件屏蔽静电脉冲的布置适合用于保护所有种类的以及不同类型的半导体和半导体部件，如晶体管、集成微电路、二极管、发光二极管、光电二极管和各种表面结半导体。根据本发明各实施方式的布置，可以按照现有的应用，应用于各种类型的半导体以及各种半导体部件。本发明的各实施方式在任何情况下都不限制对半导体部件使用该屏蔽布置，该使用在根据某一实施方式的屏蔽布置中作为示例予以说明。
图1示出从侧面看到的根据本发明一个实施方式的已屏蔽了静电放电的二极管102。二极管102有两个电极，阳极101和阴极103。大部分二极管102都是由诸如硅、锗或硒的半导体材料制成的。二极管102的基本性质是其趋向于只沿一个方向传导电流。当阴极103相对于阳极101具有负电荷，并且它们之间的电压差超过给定阈值电压时，电流会流过二极管102。
图1示出的二极管102通常被装入在盒子104中。半导体部件一般是盒装的。例如，可以通过铸造来制造盒子104。通常，盒子104是由诸如环氧树脂的硬塑料制成的。根据本发明的一个实施方式，在二极管102的上面设置导电元件105。当把二极管102焊接到电路板上时，该电路板为二极管102屏蔽来自电路板方向的静电脉冲。然而，二极管102的远离该电路板的那一侧仍然容易受到外部静电放电的影响。根据本发明的一个实施方式，利用导电元件105来保护二极管102的那一侧，即在安装期间从安装托盘指向上面或指向外面的那一侧。到达该结构的静电脉冲被传导到导电元件105，并且它们不会进入到远至部件102中。因此，灵敏的半导体部件102不被损坏。
根据本发明的一个实施方式，设置了从导电元件105到部件的引出线。根据本发明一个实施方式的二极管102配备有一条或几条额外的引出线，用于将导电元件105连接到电路板的接地平面。因此，到达导电元件的静电脉冲被传导到接地平面。根据本发明一个实施方式的布置也会在印刷电路板上造成至少一个额外焊点。
根据本发明各实施方式的半导体部件的导电元件，设置在部件的半导体材料的上面。可以把导电元件设置在半导体盖元件的内部或外部。一般地，半导体部件必须安装在由其终端引脚或引线限定的预定位置。当把半导体部件安装到例如电路板、衬底或薄膜上时，所述安装托盘在半导体部件的安装托盘一侧形成屏蔽，该侧面通常称为底侧。然而，对侧，即半导体部件的顶侧仍然容易受到来自外部的静电脉冲或放电的影响。因此，半导体部件的顶侧是指在把半导体部件装配到其安装托盘上时，直接面向外的、远离安装托盘的部件的那一侧。
二极管可以作为整流器、限流器、电压控制器、开关、调制器、混合器、解调器以及振荡器。在被可见光、红外线或紫外线能量击中时，某些二极管生成直流电。这样的二极管是光电二极管，即太阳能电池。在电子或计算机设备中普遍使用的某些二极管，当电流穿过二极管时，发出可见光或红外线能量。这样的发光二极管用于某些照明应用，例如照明显示、号码和地址牌、手表、电子计算器、汽车速度计和信号灯。
图2是根据本发明的用于为诸如发光二极管的半导体部件202屏蔽外部静电脉冲的布置的俯视图。半导体有一个引入或馈给点201以及一个引出点203。这里，屏蔽半导体202的导电元件的结构是像环状的。像环状的结构205符合半导体202的盖元件204的形状，以及可以例如是如图2中的、边缘圆滑的正方形、圆或椭圆。当从上面看时，像环状的结构实质上包围或环绕位于所述结构下面的、待屏蔽的半导体部件202。像环状的结构可以在半导体部件202的盖元件204内(所述盖元件的内侧或外侧)用电化学或用化学方法引入的。环状结构205可以利用薄膜实现。薄膜例如可以是使得可渗透的薄膜被导电回路元件环绕。比回路元件适当地大的薄膜结构能够较容易地使小的薄膜准确地附着到位。像环状的导电元件205有至少一条引出线206，导电元件205可以通过该引出线与安装托盘的接地平面相连，以便通过导电元件205把外部的静电脉冲传导到所述接地平面。可以采用与导电元件205类似的方法实现用于接地的引出线206。
例如，当所需结构应该尽可能轻便时，使用根据图2中所示的实施方式的环状结构的导电元件205。在导电元件205下面的半导体部件202不能由导电元件205覆盖的情况下，图2的实施方式也是可行的。例如，可以利用根据图2所示的实施方式的环状结构的导电元件205屏蔽发光二极管，因为发光二极管发出的光仍然可以沿屏蔽方向自由进入。不能把金属薄片毫不改变地放到发光二极管的上面，这阻止或干扰光线在正在讨论的方向行进。同时，从光电二极管的工作角度来看，即为了使其生成直流电，可见光、红外线或紫外线能量必须击中光电二极管。在屏蔽光电二极管时，根据某一实施方式，使用不会覆盖待屏蔽部件的环状结构的导电元件，因此，不会阻止辐射行进到待保护的光电二极管。根据某一实施方式，在半导体部件的上面设置薄膜，只有某些波长的某些类型的辐射才能穿过该薄膜。根据某一实施方式的薄膜有一个导电层，该导电层为位于其下方的半导体部件屏蔽静电脉冲，但是例如可见光、红外线或紫外线辐射可以穿过。因此，辐射可以自由进入或者离开半导体部件。可以把导电层扩散得非常薄以至光线几乎可以百分之百地穿过生成的导电层。例如，可以通过在薄膜表面上蒸发薄的金属层以产生可透过的导电层。
图3是根据本发明一个实施方式的、被屏蔽了静电脉冲的晶体管302的俯视图。晶体管通常具有由两种不同的半导体类型组成的三层结构。有pnp型的晶体管和npn型的晶体管。晶体管302的最里面的半导体层充当控制电极。控制电极中的电流或电压的微小变化导致通过部件302的全部电流的大的、快速的变化。当晶体管处于导电状态时，电流的行进方向，取决于晶体管302的类型，是引出线301b的方向或引出线303的方向。
在图3说明的实施方式中，在晶体管的上面设置平面导电金属薄片305，并且用虚线表示位于所述金属薄片下方的部件302。根据本发明一个实施方式的导电金属薄片305构成待屏蔽的部件(此处为晶体管302)的永久部分。可以把导电金属薄片305集成到部件盖元件的内部、外部或盖元件之上。导电金属薄片305可以是用化学或电化学方法引入的，或者是可以贴到部件盖元件上的金属薄膜，薄膜充当根据本发明的导电元件。导电金属薄片305具有至少一条引出线306，导电金属薄片305经由该引出线与接地平面相连。通常，屏蔽部件的导电金属薄片305与安装托盘的接地平面相连，部件本身通过焊接连接在接地平面上。
晶体管通常起开关作用，其模式可以每秒数次地从传导变成不传导。目前，例如在计算机中，使用许多有效率的金属氧化物半导体，其中每个门使用两个晶体管。另外，集成电路使用非常小的晶体管和其它电路元件。集成电路是一个半导体薄片，例如拥有数千或数百万小电阻、电容和晶体管的硅晶体。集成电路的非常小的晶体管并不是通过组合不同类型的半导体材料制成的，而是通过在硅晶体的各种层上扩散适当浓度的受主和施主杂质制成的。因此，也可以在对半导体材料进行扩散的同一步骤中，把根据本发明之实施方式的、用于屏蔽部件的导电元件例如扩散到所述硅晶体的上面，或要在其中进行扩散的半导体材料之上的各层中。此外，有可能用化学或电化学方法引入具有一定大小和形状的导电元件作为部件的一部分。作为导电元件，也可以使用薄膜，该薄膜将被连接作为要扩散的部件的一部分，所述薄膜包括导电金属元件。集成电路用在放大器、振荡器、定时器、计算器、计算机存储器和微处理器中。
权利要求
1.一种半导体部件(102，202，302)，其特征在于该部件包括配备有至少一条引出线(106，206，306)的导电元件(105，205，305)，使得该导电元件(105，205，305)可以经由引出线(106，206，306)接地，以为该半导体部件(102，202，302)屏蔽静电脉冲。
2.根据权利要求1所述的半导体部件(102，202，302)，其特征在于该导电元件(105，305)在结构上为平面薄片。
3.根据权利要求1所述的半导体部件(102，202，302)，其特征在于该导电元件(105，205)为薄环结构。
4.根据前述权利要求之任一权利要求所述的半导体部件(102，202，302)，其特征在于该导电元件(105，205，305)形成该半导体部件(102，202，302)的永久的集成的部分。
5.根据权利要求4所述的半导体部件(102，202，302)，其特征在于把该导电元件放在该半导体部件(102，202，302)的盖元件(104，204，304)的下面，在所述盖元件的内部。
6.根据权利要求4所述的半导体部件(102，202，302)，其特征在于把该导电元件放在该半导体部件(102，202，302)的盖元件(104，204，304)的上面，在所述盖元件的外部。
7.根据前述权利要求之任一权利要求所述的半导体部件(102，202，302)，其特征在于该导电元件(105，205，305)是可以用化学或电化学方法在该半导体部件的盖元件(104，204，304)中引入的。
8.一种用于为半导体部件(102，202，302)屏蔽静电脉冲的方法，其特征在于在该半导体部件(102，202，302)中集成导电元件(105，205，305)，并且为集成的导电元件(105，205，305)提供至少一条引出线(106，206，306)，使得该导电元件(105，205，305)可以通过该引出线(106，206，306)接地。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于在该半导体部件(102，302)中集成平面导电元件。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于在该半导体部件(102，202)中集成环型导电元件。
11.根据前述权利要求之任一权利要求所述的方法，其特征在于把该导电元件(105，205，305)集成为该半导体部件(102，202，302)的永久部分。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于把该导电元件集成在该半导体部件(102，202，302)的盖元件(104，204，304)的下面，在所述盖元件的内部。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于把该导电元件集成在该半导体部件(102，202，302)的盖元件(204，304)的上面，在所述盖元件的外部。
14.根据前述权利要求之任一权利要求所述的方法，其特征在于该导电元件(105，205，305)是可以用化学或电化学方法在该半导体部件的盖元件(104，204，304)中引入的。
15.一种包含安装托盘和部件的装置，其特征在于该装置包括半导体部件(102，202，302)，其中集成有导电元件(105，205，305)，以及其中该导电元件配备有至少一条引出线(106，206，306)，该引出线与该安装托盘的接地平面相连接地。
全文摘要
本发明涉及用于为部件、特别是半导体部件屏蔽静电放电的装置和布置。根据本发明一个实施方式的半导体部件(102，202，302)包括导电元件(105，205，305)，为该导电元件设置至少一条引出线(106，206，306)，使得该导电元件(105，205，305)经由所述引出线(106，206，306)接地，以为该半导体部件(102，202，302)屏蔽静电脉冲。
文档编号H05F3/02GK1886832SQ200480034643
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月24日 优先权日2003年12月15日
发明者阿里·佩卡里南, 帕西·索科诺雅 申请人:诺基亚公司