可表面安裝的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可表面安裝的半導(dǎo)體器件，其包括安裝在具有頂表面和底表面的器件襯底（1）上或者集成在該器件襯底中的至少一個半導(dǎo)體元件。一個或數(shù)個第一高度的電墊（2）和至少一個第二高度的熱墊（3）被布置在器件襯底（1）的底表面處。在所提出的可表面安裝的半導(dǎo)體器件中，熱墊（3）的高度大于電墊（2）的高度。這允許以容易且可靠的方式將這樣的器件安裝至具有被局部地去除的介電層的IMS，以將熱墊與IMS的金屬襯底直接連接。
【專利說明】可表面安裝的半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可表面安裝的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括安裝在具有頂表面和底表面的器件襯底上或者集成在該器件襯底中的至少一個半導(dǎo)體元件，以及二者都被布置在半導(dǎo)體襯底的底表面處的一個或數(shù)個第一高度的電連接墊和至少一個第二高度的熱墊。這種類型的可表面安裝的半導(dǎo)體器件可以安裝在包括散熱構(gòu)件的載體襯底上以有效地釋放由半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量。這樣的半導(dǎo)體器件的示例是在工作期間需要釋放熱量的高功率LED。

【背景技術(shù)】
[0002]需要散熱的可表面安裝的半導(dǎo)體器件經(jīng)常安裝在絕緣金屬襯底(MS)上以在工作期間有效地去除熱量。這樣的絕緣金屬襯底常包括散熱金屬層，通常是由電氣絕緣介電層覆蓋的平坦薄片金屬。為了形成用于接觸所安裝的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)體通路，在介電層上施加導(dǎo)電層。然而，即使具有低熱導(dǎo)率的介電材料的薄層也導(dǎo)致組件中的高熱阻并且因此導(dǎo)致結(jié)溫上升。對于具有造成高功率密度的高熱功率耗散的小型器件，情況特別是如此。在MS上安裝具有絕緣的熱墊(也即由高度導(dǎo)熱的材料形成的墊)的SMT (表面安裝技術(shù))器件提供了不使用通常的介電層而直接使得熱墊與金屬襯底良好地?zé)峤佑|的機會。為此，在熱墊下面的區(qū)域中，介電層是不存在的或者被去除，以借由高度導(dǎo)熱的互連層將熱墊直接地?zé)徇B接至金屬襯底。
[0003]US2011/0180819A1公開了一種具有襯底的底表面處的兩個電連接墊和熱墊的可表面安裝的半導(dǎo)體器件，LED被安裝在該襯底上。電連接墊和熱墊具有相同的高度，并且經(jīng)由互連層安裝至PCB (印刷電路板)襯底上的導(dǎo)熱和導(dǎo)電的層。熱墊經(jīng)由傳導(dǎo)層與布置在PCB襯底上的熱量釋放構(gòu)件熱連接。
[0004]當(dāng)在熱墊下面的介電層被局部地去除的MS上安裝這樣的可表面安裝的半導(dǎo)體器件時，由于被局部地去除的介電層所引起的不平坦的襯底表面的緣故，電連接墊與導(dǎo)電層之間、以及熱墊與金屬襯底之間的互連層需要不同量的比如例如焊料的材料。當(dāng)在襯底上安裝半導(dǎo)體器件時，這可能導(dǎo)致連接缺陷。此外，在這種情形中，依靠焊料膏的均勻沉積的互連層的通常的成本有效的應(yīng)用是不可能的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的可表面安裝的半導(dǎo)體器件，其可能以容易且可靠的方式被安裝在具有被局部地去除的介電層的絕緣金屬襯底上，造成熱墊與金屬襯底之間的直接熱連接。
[0006]該目的是利用根據(jù)權(quán)利要求1的可表面安裝的半導(dǎo)體器件實現(xiàn)的。權(quán)利要求8涉及IMS或者類似的具有熱量釋放構(gòu)件的載體襯底上的一個或數(shù)個半導(dǎo)體器件的布置。半導(dǎo)體器件或布置的有利實施例是從屬權(quán)利要求的主題，或者被描述在說明書的后續(xù)部分中。
[0007]所提出的可表面安裝的半導(dǎo)體器件包括安裝在具有頂表面和底表面的器件襯底(特別是半導(dǎo)體襯底)上或者集成在該器件襯底中的至少一個半導(dǎo)體元件。一個或數(shù)個第一高度的電連接墊以及至少一個第二高度的熱墊二者都被布置在器件襯底的底表面處。第一和第二高度涉及器件襯底的底表面上的電連接墊的厚度和熱墊的厚度。半導(dǎo)體元件可以是發(fā)光二極管(LED)，特別是高功率LED。半導(dǎo)體元件也可以是需要通過熱墊散熱的任何其它的功能元件。為了在將器件安裝至這樣的載體時均衡MS或者類似的載體襯底的表面上的電墊位置和熱墊位置之間的高度差，在所提出的半導(dǎo)體器件中，熱墊的第二高度大于電連接墊的第一高度。
[0008]通過將具有等厚度的導(dǎo)電和導(dǎo)熱的互連層施加至MS的表面，該高度差允許在熱墊下面不存在介電層和導(dǎo)電層或者介電層和導(dǎo)電層被去除的MS上安裝所提出的器件。由于互連層能夠例如通過焊料膏的均勻沉積而被施加，所以能夠以容易的方式實現(xiàn)高度可靠的連接。這樣的半導(dǎo)體器件不需要MS或類似的載體襯底的任何特殊制備。安裝過程不會引起額外的處理和成本。對于互連材料或技術(shù)的示例是焊料、導(dǎo)熱膠、銀燒結(jié)以及本領(lǐng)域中已知的其它的連接技術(shù)。
[0009]半導(dǎo)體器件可以包括多于一個的熱墊，并且還可以包括兩個或多于兩個的電連接墊。熱墊和電墊優(yōu)選地通過槽或間隙相互分隔。在器件的實施例中，這些槽或者間隙填充有電氣絕緣材料。
[0010]IMS的金屬襯底上的介電層和導(dǎo)電層的通常的組合厚度在20至300 μ m之間的范圍內(nèi)，更通常在40至100 μ m之間。因此，在可表面安裝的半導(dǎo)體器件的優(yōu)選實施例中，第一高度與第二高度之間的差在20至300 μ m之間，更優(yōu)選地在40至10ym之間。半導(dǎo)體器件的(多個)熱墊和(多個)電墊可以由相同材料制成，優(yōu)選地由比如銅或鋁的金屬制成。然而，也可以使用如本領(lǐng)域已知的其它的高度導(dǎo)電和/或?qū)岬牟牧稀?br> [0011]也可以用WL - CSP (晶片級別芯片級封裝)技術(shù)形成所提出的可表面安裝的半導(dǎo)體器件。在該技術(shù)中，電墊以及可選的熱墊在晶片級別上被施加至半導(dǎo)體器件(例如LED器件)的陣列。
[0012]所提出的可表面安裝的器件可以安裝在由被介電層覆蓋的金屬板或者金屬核心層形成的載體襯底上，導(dǎo)電層被布置在所述介電層上。導(dǎo)電層被適當(dāng)?shù)貥?gòu)造/設(shè)計以提供用于電接觸半導(dǎo)體器件的電連接墊的導(dǎo)體通路和墊。為了通過熱互連層將(多個)熱墊直接地?zé)徇B接至金屬板或者核心層，在(多個)熱墊的下面，介電層和導(dǎo)電層是不存在的或者被去除。電連接墊通過電互連層電連接至導(dǎo)電層。這樣的載體襯底可以是其中金屬板為金屬襯底的頂S。對于這樣的載體襯底的另一候選者是金屬核心印刷電路板(MC-PCB)。數(shù)個可表面安裝的半導(dǎo)體器件可以以上面所描述的方式被安裝在這樣的載體襯底上。
[0013]所提出的可表面安裝的半導(dǎo)體器件和對應(yīng)的布置能夠被有利地用于高功率LED體系結(jié)構(gòu)中，例如用于汽車前照明或其它的照明應(yīng)用。
[0014]依據(jù)在下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是明顯的，并且將參照它們來闡明本發(fā)明的這些和其它方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]以下結(jié)合附圖通過示例的方式更詳細(xì)地描述所提出的可表面安裝的半導(dǎo)體器件和布置。圖不出了: 圖1穿過根據(jù)本發(fā)明的可表面安裝的半導(dǎo)體器件的示意性橫截面；以及圖2安裝在MS上的圖1的半導(dǎo)體器件。

【具體實施方式】
[0016]所提出的可表面安裝的半導(dǎo)體器件的示例示意性地示出在圖1的橫截面中。該圖示出了包括集成的半導(dǎo)體元件(圖中未明確示出)的器件襯底I。該器件襯底I可以是高功率LED芯片。與熱墊3分隔的兩個電連接墊2附接至器件襯底I的底表面。電墊2和熱墊3可以由相同材料制成，例如由銅制成。我們沒有示出防止氧化和/或能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的(焊料)互連的可選的涂層或鍍層，例如本領(lǐng)域中已知的金鍍層。熱墊3用作將來自器件襯底I的熱量釋放至載體襯底上的散熱構(gòu)件的導(dǎo)熱構(gòu)件，半導(dǎo)體器件將被安裝至所述載體襯底。電墊2和熱墊3由間隙分隔，該間隙填充有絕緣材料4，例如，填充有環(huán)氧模塑料(EMC)、硅模塑料(SMC)或如本領(lǐng)域中已知的其它絕緣材料。
[0017]為了均衡該器件將被安裝至其的MS-襯底6的襯底表面的高度差，電墊2的高度Hl低于熱墊3的高度H2，這示出在圖2中。IMS-襯底6包括上面具有介電層8的金屬板7。導(dǎo)電層9布置在介電層上以允許電接觸安裝至該頂S-襯底6的半導(dǎo)體器件。正如從圖2可以看出的，在所安裝的器件的熱墊3的下面的區(qū)域中，介電層8是不存在的或者被去除。將大致IMS襯底6的介電層8與導(dǎo)電層9的組合的厚度提供給熱墊3的厚度，通過使用相同厚度的互連/附接材料5 (通常為焊料)，器件能夠被附接至MS襯底6。這允許了容易且可靠的安裝過程。
[0018]當(dāng)使用WL-CSP技術(shù)用于制作LED器件時，電墊以及熱墊可以在晶片級別上被施加至LED器件的陣列。例如，通常為一至幾百微米的厚的銅層被鍍至晶片襯底以得到電墊和熱墊。由于鍍可以在不同區(qū)域中(也即，針對不同的墊)選擇性地執(zhí)行，所以能夠相對容易地獲得厚度變化。銅層可以在第一過程階段中被鍍至電墊的厚度。然后，在第二過程階段中利用光致抗蝕劑保護或覆蓋電墊。然后，在第三過程階段中繼續(xù)鍍以形成期望的厚度的熱墊。此后，去除保護覆蓋層，產(chǎn)生具有不同厚度的電墊和熱墊。
[0019]盡管已經(jīng)在附圖和前述的描述中詳細(xì)圖示并且描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述將被視作是說明性的或示例性的而并非限制性的，本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研習(xí)附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求，在實踐所請求保護的發(fā)明時，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解并且完成所公開實施例的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。某些手段被敘述在相互不同的從屬權(quán)利要求中這一純粹事實不表明這些手段的組合不能被有利地使用。所有的器件的權(quán)利要求的特征可以自由地組合。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限定了本發(fā)明的范圍。
[0020]附圖標(biāo)記列表
I具有集成的半導(dǎo)體元件的器件襯底
2電墊 3熱墊 4絕緣材料 5附接/互連材料 6 IMS7金屬板8介電層9導(dǎo)電層
【權(quán)利要求】
1.一種可表面安裝的半導(dǎo)體器件，其包括安裝在具有頂表面和底表面的器件襯底(I)上或者集成在該器件襯底中的至少一個半導(dǎo)體元件，以及二者都被布置在所述器件襯底(O的底表面處的一個或數(shù)個第一高度的電連接墊(2)和至少一個第二高度的熱墊(3)， 其中所述熱墊(3)的第二高度大于所述(多個)電連接墊(2)的第一高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件， 其中所述熱墊(3)通過槽或間隙與所述(多個)電墊(2)分隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件， 其中所述槽或者間隙填充有電氣絕緣材料(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件， 其中所述熱墊(3)被布置在所述底表面的中心部分處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件， 其中所述第一高度和所述第二高度之間的差在20至300 μ m之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件， 其中所述第一高度和第二高度之間的差在40至100 μ m之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件， 其中所述半導(dǎo)體元件是發(fā)光二極管。
8.一種安裝在載體襯底上的一個或數(shù)個根據(jù)權(quán)利要求1所述的可表面安裝的器件的布置，所述載體襯底至少包括由介電層(8)覆蓋的金屬板(7)或金屬核心層，導(dǎo)電層(9)被布置在所述介電層上，其中在所述器件的熱墊(3)的下面，所述導(dǎo)電層(9)和所述介電層(8 )是不存在的或者被去除，所述熱墊(3 )通過熱互連層(5 )熱連接至所述金屬板(7 )或金屬核心層，并且所述電連接墊(2 )通過電互連層(5 )電連接至所述導(dǎo)電層(9 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的布置， 其中所述第一高度與第二高度的高度差等于所述導(dǎo)電層(9)和所述介電層(8)的厚度之和。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的布置， 其中所述載體襯底是絕緣金屬襯底aMS) (6)或者金屬核心印刷電路板(MC-PCB)。
【文檔編號】H01L23/367GK104303291SQ201380026632
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月23日
【發(fā)明者】J.A.舒格 申請人:皇家飛利浦有限公司