專利名稱：用于led照明應(yīng)用的、熱沉中的電子器件的熱隔離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子器件，所述電子器件用于提供改善的熱傳輸 能力，用于保護(hù)熱敏感電子裝置，以及一種制造這種電子器件的方法。 本發(fā)明還涉及所述電子器件針對多種應(yīng)用的用途。
背景技術(shù)：
電子器件包括數(shù)量日益增長的電子元件，其中一些電子元件產(chǎn)生 大量的多余熱量，而其中一些電子元件對熱量尤為敏感，導(dǎo)致電子裝 置暫時或永久性地發(fā)生故障。
在電子工業(yè)中，這引起了越來越多的關(guān)注，尤其是隨著越來越小 的電子器件的發(fā)展，在給定的面積上的電子元件的數(shù)量不斷增長。因 此，消除元件之間的不需要的影響(由于諸如發(fā)熱等原因所引起)變 得曰益困難。因此，在尋找補救方法的過程中，致力于設(shè)計這些設(shè)備， 以使得發(fā)熱元件和其它元件互相分離。
例如，在高亮度發(fā)光二極管(LED)的大量應(yīng)用(用于發(fā)信號和 標(biāo)志)的這個特定領(lǐng)域中，這已經(jīng)成為顯著的問題。在照明應(yīng)用方面， 這些二極管有望在幾年內(nèi)代替常規(guī)的燈。
現(xiàn)今，電子器件通常是以芯片為基礎(chǔ)的。獲得小尺寸多芯片模塊 的己知原則是使用安裝在公共襯底上的LED裸片，例如，所述公共襯 底制造在硅中。在這種襯底中，集成越來越多的電子元件，例如，諸 如二極管和晶體管之類的有源元件和諸如電阻器、電容器和電感器之 類的無源元件。這些元件設(shè)定了多芯片模塊的光輸出顏色和光輸出通 量設(shè)置等。
由于LED的發(fā)光特性，大量(大約80%)的輸入功率被以熱的形 式耗散。結(jié)果，這些熱量提高了LED的結(jié)溫，并且降低了該LED的壽命和效率。此外，越來越頻繁地發(fā)生這種情況LED的結(jié)溫上升到15(TC 以上，有時甚至高達(dá)185"C。在上述溫度范圍內(nèi)，電子器件的性能受到 了嚴(yán)重的影響，并且對多芯片模塊的較好光控制產(chǎn)生了不利影響。
為了維持這種照明模塊的較好光控制，必須將LED的結(jié)溫維持在 特定的閾值以下。因此，需要找到增加熱耗散并且保護(hù)電子器件以免 過熱的方式。
美國專利申請No. 2005/0074046公開了一種諸如激光二極管之類 的發(fā)熱二極管芯片，該發(fā)熱二極管芯片通過散熱裝置(熱沉)和熱絕 緣層與電路相分離，從而使發(fā)光元件所產(chǎn)生的熱不會傳送到驅(qū)動芯片。
然而，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備存在大量缺點。因此，需要一種可替代的、 便利解決方案，以屏蔽集成在襯底中的熱敏感元件。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的一個目的是解決或至少減少上述問 題。具體地， 一個目的是獲得電子器件的改善的熱絕緣，尤其是在LED 照明應(yīng)用的熱沉(submount)中。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一種電子器件來獲得上述目的，所 述電子器件包括襯底、發(fā)熱電子裝置和其它電子裝置。所述電子器件 還包括用于熱絕緣的裝置和用于熱耗散的裝置。發(fā)熱電子和其它電子 裝置設(shè)置在襯底上。用于熱絕緣的裝置設(shè)置在襯底中以防止熱量從發(fā) 熱電子裝置沿著第一方向向其它電子裝置耗散，并且將用于熱耗散的 裝置設(shè)置在襯底中，以使熱量通過襯底沿著與第一方向不同的第二方 向耗散。因此，可以獲得如下這種電子器件，其中設(shè)置硅熱沉中的熱 壁壘和高導(dǎo)熱路徑以耗散熱，并且有益地防止了集成在熱沉中的電子 器件過熱。
因此，有益地，由于用于熱絕緣的裝置和用于熱耗散的裝置集成 在襯底中，它幾乎不占據(jù)空間，并且通過沿用于熱耗散的裝置所給出 的任何想要的方向?qū)崃恳龑?dǎo)通過襯底，提供了改善的熱耗散的控制。 因此，在不影響位于襯底的正面處的集成器件的情況下，能夠通過熱 傳導(dǎo)，將熱引導(dǎo)或?qū)蛞r底的背面。而且，作為熱耗散的效應(yīng)，流經(jīng)LED的電流將增加，因此，有益 地導(dǎo)致發(fā)光設(shè)備的發(fā)光效率的增加。
優(yōu)選地，考慮到從發(fā)熱源傳輸熱的益處，電子器件的襯底可以是 導(dǎo)熱的。
而且，考慮利用襯底的有益的半傳導(dǎo)性質(zhì)，襯底還可以制造在硅中。
襯底還可包括熱傳導(dǎo)率在100W/K.m至200W/K.m之間，或更優(yōu)地 為140W/K.m的材料。因此，有益地，相對于襯底本身，提供更大的熱
傳導(dǎo)率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，發(fā)熱電子裝置可以包括發(fā)光器件 (LED)，優(yōu)選地，高功率LED。雖然在多種電子元件中都會產(chǎn)生過熱， 在發(fā)光器件(尤其是這種高功率驅(qū)動的發(fā)光器件)中提供有效的熱耗 散效應(yīng)是尤其有益的。
由于其它電子裝置的熱敏感性，這些電子裝置根據(jù)其特性甚至可 以更有益地從屏蔽某些元件發(fā)出的熱中獲益。例如，因此其它電子裝 置可以包括諸如二極管和/或晶體管之類的有源元件、或諸如電阻器、 電容器、電感器之類的無源元件、或它們的組合。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其它電子裝置與發(fā)熱電子裝置連接， 并且設(shè)置為控制發(fā)熱電子裝置的特性，諸如LED的光輸出顏色和/或光 輸出流量設(shè)置等。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得提供具有改善的外觀 和性能的發(fā)光設(shè)備的益處。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，用于熱絕緣的裝置包括熱傳導(dǎo)率等于 或小于100W/K.m，優(yōu)選地，等于或小于50W/K.m，或更優(yōu)選地，等于 或小于10W/K.m，或甚至更優(yōu)選地，2W/K.m的材料。實質(zhì)上，由于具 有相對低于周圍襯底的其它部分的熱傳導(dǎo)率的材料，可以獲得改善的 保護(hù)以免受熱。如果具有熱絕緣材料氧化硅，這種效應(yīng)尤其明顯。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，用于熱耗散的裝置包括熱傳導(dǎo)率等于 或大于200W/K.m，優(yōu)選地，等于或大于300W/K.m，甚至更優(yōu)選地， 等于或大于400W/K.m的材料。因此，由于改善的熱耗散能力，有益地 獲得對熱敏感電子裝置的更好保護(hù)。如果具有諸如金屬(優(yōu)選地，銅)之類的高熱傳導(dǎo)率的材料，這種效應(yīng)尤其明顯。
因此，有益地，使用不同熱傳導(dǎo)率的材料以保護(hù)集成在襯底中的 電子器件以免受熱。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，用于熱絕緣的裝置占據(jù)襯底中的溝 槽。有益地，應(yīng)用溝槽為熱屏蔽提供高效率和有效的阻隔，這也易于 制造。有益地，溝槽可以相對第一方向橫向延伸，優(yōu)選地，延伸到穿 過襯底至少一半的深度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，用于熱耗散的裝置包括填充有熱耗散 材料的襯底通孔。因此，有益地，熱量能夠有效地通過這些穿過襯底 的渠道耗散。
此外，根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，其它電子裝置還可以包括至少 第一齊納二極管，所述第一齊納二極管用于保護(hù)發(fā)熱電子裝置防止靜
電放電(ESD)。
根據(jù)另一實施例，電子器件是芯片模塊，優(yōu)選地，多芯片模塊，
這樣做的優(yōu)點是允許電子元件的多種配置。
換言之，通過如下襯底實現(xiàn)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例所述襯底 包括電子器件，所述電子器件通過填充有氧化硅的深溝槽與例如LED 所產(chǎn)生的熱相隔離。因為氧化硅的熱傳導(dǎo)率非常低，所述氧化硅保護(hù)
元件以免受LED發(fā)出的熱。填充銅的襯底通孔用作熱管道，并促進(jìn)熱 耗散。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過一種制造電子器件的方法來獲得上 述目的，所述電子器件包括襯底、發(fā)熱電子裝置和其它電子裝置。電 子器件還包括用于熱絕緣的裝置和用于熱耗散的裝置，設(shè)置這些裝置 以保護(hù)其它電子裝置免受發(fā)熱電子裝置的影響。所述方法包括以下步
驟
□將電子裝置與襯底集成；
。完成設(shè)備的擴散、隔離和連接；以及
。在襯底中通過光刻技術(shù)形成窗口圖案。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述方法還包括步驟-
。在窗口中刻蝕溝槽；□氧化襯底；
□在溝槽中沉積導(dǎo)熱性大于襯底的材料；
□在實質(zhì)上與第一表面相反的襯底表面上沉積電介質(zhì)，并在所述 電介質(zhì)中形成窗口圖案；
□在窗口中，從第二表面向第一表面干法刻蝕第二溝槽；
□在第二溝槽中沉積氧化物；
。在第二溝槽中沉積籽晶層；
□在第二溝槽中生長電鍍銅；以及
。在襯底的第二表面上焊接管芯。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法還包括以下步驟-
。在襯底的第一表面上沉積非可氧化電介質(zhì)，并在所述非可氧化
電介質(zhì)中形成窗口圖案；
□干法刻蝕以去除溝槽外的TEOS，而保留沉積在溝槽中的
TEOS;
。對襯底的第二表面進(jìn)行化學(xué)機械拋光，以去除不需要的銅殘留 物；以及
□在襯底的第二表面上沉積金屬，優(yōu)選地，沉積TiNiAg (鈦、鎳 和銀)。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，具有高導(dǎo)熱性的材料包括四乙氧基硅 烷(TEOS)氧化物。
應(yīng)指出，根據(jù)優(yōu)選實施例，電介質(zhì)可以是非可氧化的。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，輔助溝槽中的氧化沉積步驟包括等離子增 強型化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例，沉積籽晶層以包括厚度在400至600A 之間的鈦和厚度在4000至6000A之間的銅。
優(yōu)選地，溝槽的刻蝕能夠延伸到范圍在30至50mm之間的深度。 也應(yīng)指出，優(yōu)選地，刻蝕溝槽的步驟可以包括干法刻蝕。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過根據(jù)實施例的電子器件的用途達(dá)到 上述目的，所述實施例對應(yīng)于用在用于發(fā)信號、標(biāo)志、汽車和照明應(yīng) 用的LED燈中，或用在顯示裝置中，或用在上述LED燈或顯示裝置的任意組合中。
本發(fā)明的實際應(yīng)用包括用在用于發(fā)信號、標(biāo)志、汽車和其它照明
應(yīng)用的LED燈的多種應(yīng)用中，這些應(yīng)用中均使用高功率LED。
通過下面的詳細(xì)公開、所附從屬權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的其它 目的、特征和益處將更加顯而易見。
通常，權(quán)利要求中使用的所有名詞均解釋為技術(shù)領(lǐng)域中的普通含 義，除非此處另有明確定義。所有對"一個/所述[元件、設(shè)備、元件、 裝置、步驟等]"的引用均應(yīng)被開放性地解釋為所述元件、設(shè)備、元件、 裝置、步驟等的至少一個例子，除非另有說明。這里公開的任何方法 的步驟不必以所公開的精確的順序執(zhí)行，除非明確說明。


通過以下參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意性和非限制性描 述，將更好地理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征和益處，在附圖中， 使用相同的參考數(shù)字來表示 相似的元件。其中，
圖l概念性地示出了根據(jù)本發(fā)明的電子器件的視圖； 圖2a 圖2h示意性地示出了制造如圖l所示的電子器件的方法所 包括的步驟。
具體實施例方式
圖1示出了包括襯底101的電子器件100，所述襯底101具有表面安 裝的發(fā)熱電子裝置102、其它電子裝置103、用于熱絕緣的裝置104和用 于熱耗散的裝置105。圖中還所示了箭頭106，表示來自發(fā)熱電子裝置 102的熱耗散方向。圖l示出了增加熱耗散從而保護(hù)電子器件以免受熱 的原理。
圖2a 圖2h示意性地示出了構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明一個方面的電子器 件的過程中的步驟a)至h)。圖2a 圖2h描述了其中實施本發(fā)明的電子 器件200，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，也可以知道各種其它的實施例。 設(shè)備200包括N或P型半導(dǎo)體材料的襯底201。典型地，襯底201使用諸 如摻雜、擴散、刻蝕或薄膜沉積之類的標(biāo)準(zhǔn)工藝制備。所示襯底具有第一207和第二208表面。在圖2a中，示出了如何在襯底201的第一表面 207上的非可氧化電介質(zhì)204中沉積窗口202和203，以及如何在襯底201 的第一表面207上的非可氧化電介質(zhì)204中形成圖案。使用金屬化，將 用于連接發(fā)熱電子裝置的連接器205和206直接添加到表面207上。在圖 2b中，在窗口202和203內(nèi)，將溝槽212和213干法刻蝕到大約30 50iim 的深度。
在刻蝕這些溝槽212和213之后，如圖2c中的數(shù)字222和223所示， 氧化表面207，并沉積四乙氧基硅烷(TEOS)以填充這些溝槽。因此， 使用具有低熱傳導(dǎo)率的材料，可以產(chǎn)生有效的熱阻隔。然后，通過干 法刻蝕去除溝槽外不需要的TEOS，而保留沉積在溝槽中的TEOS。
圖2d示出了窗口215和216，在襯底的第二表面208上沉積非可氧 化電介質(zhì)214，并在非可氧化電介質(zhì)214中形成窗口215和216的圖案。
圖2e示出了窗口205和206中的干法刻蝕如何產(chǎn)生直達(dá)電介質(zhì)的 正面217和218的溝槽225和226。然后，在這些溝槽中沉積PECVD氧化 物。
在相同的溝槽225和226中，如圖2f所示，沉積厚度為500A的鈦和 厚度為5000A的銅的籽晶層209。圖2g示出了如何使用電鍍工藝將溝槽 填充銅235和236。
此外，在圖2g中也示出了化學(xué)機械拋光工藝如何從第二表面228 去除銅殘留物。
最后，圖2h示出了如何將TiNiAg (鈦、鎳、銀)238沉積在襯底 201的第二表面208上，以作為熱沉促進(jìn)管芯的焊接。
權(quán)利要求
1、一種電子器件，所述電子器件包括襯底、發(fā)熱電子裝置和其它電子裝置、用于熱絕緣的裝置和用于熱耗散的裝置，其中所述發(fā)熱電子裝置和其它電子裝置布置在襯底上，用于熱絕緣的裝置布置在襯底中以防止熱量從發(fā)熱電子裝置沿著第一方向向其它電子裝置耗散，其特征在于用于熱耗散的裝置布置在襯底中，用于沿著與第一方向不同的第二方向通過襯底來耗散熱。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子器件，其中所述襯底是導(dǎo)熱的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子器件，其中所述襯底制作在硅中。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述襯 底包括熱傳導(dǎo)率在100W/K.m至200W/K.m之間、優(yōu)選地為140W/K.m的材料。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述發(fā) 熱電子裝置包括發(fā)光器件(LED)，優(yōu)選地，高功率LED。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述其 它電子裝置包括集成電子元件、諸如二極管和/或晶體管之類的有源元 件、諸如電阻器、電容器、電感器之類的無源元件、或它們的組合。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述其 它電子裝置與發(fā)熱電子裝置連接，并且設(shè)置為控制發(fā)熱電子裝置的特 性，諸如LED的光輸出顏色和/或光輸出通量設(shè)置等。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述用 于熱絕緣的裝置包括熱傳導(dǎo)率等于或小于100W/K.m,優(yōu)選地，等于 或小于50W/K.m，優(yōu)選地，等于或小于10W/K.m，優(yōu)選地，2W/K.m 的材料。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子器件，其中所述材料是氧化硅。
10、 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的電子器件，其中所述用于 熱耗散的裝置包括熱傳導(dǎo)率等于或大于200W/K.m，優(yōu)選地，等于或大于300W/K.m，更優(yōu)選地，等于或大于400W/K.m的材料。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子器件，其中所述用于熱耗散的 裝置包括金屬材料，優(yōu)選地，包括銅。
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述用 于熱絕緣的裝置占據(jù)襯底中的溝槽。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子器件，其中所述溝槽相對于第 一方向橫向延伸，優(yōu)選地，穿過襯底至少一半的深度。
14、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述用 于熱耗散的裝置包括填充有熱耗散材料的襯底通孔。
15、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述其 它電子器件還包括至少第一齊納二極管，用于保護(hù)發(fā)熱電子裝置防止 靜電放電(ESD)。
16、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件，其中所述器 件是芯片模塊，優(yōu)選地，多芯片模塊。
17、 一種用于制造電子器件的方法，所述電子器件包括襯底、發(fā) 熱電子裝置和其它電子裝置、用于熱絕緣的裝置和用于熱耗散的裝置， 布置為保護(hù)其它電子裝置免受發(fā)熱電子裝置的影響，所述方法包括以 下步驟將電子裝置與襯底集成， 完成器件的擴散、隔離和連接，以及 在襯底中通過光刻技術(shù)形成窗口圖案。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟在窗口中刻蝕溝槽， 氧化襯底，在溝槽中沉積導(dǎo)熱性大于襯底的材料，在實質(zhì)上與第一表面相反的襯底表面上沉積電介質(zhì)，并在所述電介質(zhì)中形成窗口圖案，在窗口中，從第二表面向第一表面干法刻蝕第二溝槽； 在第二溝槽中沉積氧化物；在第二溝槽中沉積籽晶層；在第二溝槽中生長電鍍銅；以及在襯底的第二表面上焊接管芯。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17或18任何一項所述的方法，其中所述方法 還包括以下步驟-在襯底的第一表面上沉積非可氧化電介質(zhì)，并在所述非可氧化電 介質(zhì)中形成窗口圖案；干法刻蝕以去除溝槽外的TEOS，而保留沉積在溝槽中的TEOS;對襯底的第二表面進(jìn)行化學(xué)機械拋光，以去除不需要的銅殘留 物；以及在襯底的第二表面上沉積金屬，優(yōu)選地，沉積TiNiAg (鈦、鎳和銀)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17至19中任何一項所述的方法，其中所述高 導(dǎo)熱性材料包括四乙氧基硅垸(TEOS)氧化物。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18至20所述的方法，其中沉積所述籽晶層以 包括厚度在400至600A之間的鈦和厚度在4000至6000A之間的銅。
22、 根據(jù)權(quán)利要求18至21任何一項所述的方法，其中刻蝕溝槽 的步驟優(yōu)選地包括干法刻蝕。
23、 根據(jù)權(quán)利要求18至22任何一項所述的方法，其中所述刻蝕 溝槽的步驟優(yōu)選地包括刻蝕到30至50pm之間的范圍內(nèi)的深度。
24、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子器件的用途，所述 用途是用在用于發(fā)信號、標(biāo)志、汽車和照明應(yīng)用的LED燈中，或用在 顯示裝置中，或用在上述LED燈和顯示裝置的任意組合中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子器件，所述電子器件用于提供改善的熱傳輸能力，用于保護(hù)熱敏感電子裝置，以及一種制造這種電子器件的方法。本發(fā)明還涉及這種電子裝置的多種用途，所述用途包括用在諸如用于發(fā)信號、標(biāo)志、汽車和照明應(yīng)用的LED燈中，或用在顯示裝置中，或用在上述LED燈和顯示裝置的任意組合中。
文檔編號H01L25/16GK101627474SQ200780014204
公開日2010年1月13日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者吉勒·費魯 申請人:Nxp股份有限公司