[发明专利]具有半导体器件的基台的半导体单元

说明书

技术领域

本发明涉及合并了基台(submount)的半导体单元，更具体地涉及支撑半导体器件的基台。

背景技术

图1说明了相当简单和典型的半导体单元，，所述半导体单元具有如图1所示的基台1上安装的半导体器件8。基台1包括：底座2，例如陶瓷衬底；相对厚的热电导体层4，所述相对较热的热电导体层典型地具有最高至几个微米的厚度；以及焊接层6。如箭头所示，层4配置用于对在使用半导体器件或芯片8期间产生的热进行散热。通常，层4由金制造，相当高成本的实现半导体单元。

层4有两个重要的功能。功能之一包括将底座2和芯片8结合在一起，同时为芯片工作时散热。另一个功能包括为触点之间间提供导电性能，如本领域普通技术人员已知的。

芯片8的操作期间达到的温度通常较高。因为底座2的热传导性低于相邻的Au金属层4的热传导性，周期性的温度变化导致元件7上的实质上的应力。这些应力可能降低器件7的可靠性。

再回到图1，通常电路允许电流I从正电势经由金层4和P-N结流向负电势。层4的电阻率越低，热阻越少，芯片8的功率转换效率(“PCE”)越高。

通过将热经由底座2导引至热沉的同时在一部分表面上传播所产生的热，电极金(Au)层4促进了层4的剧烈温升。然而，金层4的热电传导表面非常小，使得散热过程受阻。此外，金层的电阻率也是可观的。

因此，需要制造一种成本有效的半导体单元。

还需要配置这里公开类型的半导体单元，所述半导体单元可以有效地传播在单元的制造和操作期间所产生的热。

还需要配置这里公开类型的半导体单元，所述半导体单元具有高功率转换效率。

还需要提供一种制造半导体单元的工艺，所述工艺具有热效率和低制造成本的特点。

发明内容

以上明确表示的需求可以通过以下公开的半导体单元和配置所述单元的方法来满足。根据本公开的显著特征之一，将典型地相对较厚的金(Au)层实质上用银(Ag)层代替。使用银层可以通过减少的热负荷来实现实质上的半导体单元的成本节省、提高的性能和可靠性，这些特点均带来高功率转换效率(“PCE”)。

通常，组成半导体单元的基台的不同层的材料具有彼此不同并且与用于制造芯片的材料不同的相应热膨胀系数(“CTE”)。。一般来说，半导体单元的底座的热膨胀系数比银层之一的热膨胀系数要低。因此，底座的层可以配置为使得所述层的累积热膨胀系数与芯片材料的热膨胀系数实质上匹配。一旦满足所述条件，就会相当大地最小化机械应力的产生。

根据本公开一个实施例，配置用于最小化应力，本发明的单元配置有厚度受控的银层，通过注入电镀之类的已知工艺将所述Ag层沉积到底座项部上。。确定银层的所需厚度，使得底座的累积热膨胀系数与用于配置芯片的材料的热膨胀系数实质上相匹配。

另一个实施例包括在芯片和银层之间沉积的塑料/可延展材料层。软材料层配置为使得即使银层的厚度是任意的，也可以减小芯片上的机械应力。当然，这两项技术可以进行组合。

附图说明

所公开单元的以上以及其他特点和优点可以通过以下附图的具体描述更加清晰明白，其中：

图1是代表了已知半导体单元结构的示意图。

图2是所公开单元的示意图。

图3是图2的改进单元的示意图。

图4是图3的单元的部件的离地视图。

具体实施方式

现在对本发明的实施例提供详细参考。附图并不是严格按比例绘制，而且不会示出在半导体工业中的普通技术人员众所周知的附加层。词语“耦合”和类似术语不必表示直接或者紧邻连接，而且也包括通过中间元件连接。

图2示出了所公开的半导体单元的结构，包括基台10和芯片20。所述芯片20可以从两端子器件中选择，例如高功率激光二级管发发光二极管或者发光二极管；或从三端子器件中选择，例如晶体管；或从四端子半导体器件中选择，包括例如霍尔效应传感器；还可以从多端子半导体器件中选择，例如集成电路。基台10包括底座12、在底座12上沉积并用作导热导电装置的厚银层14、以及硬质焊料的薄层18。银层14可以使用多种技术来沉积，例如电镀以及其他技术，所述银层14可以具有多种尺寸和形状。例如如图2所示，银层14可以在底座12上连续地延伸至少芯片20的长度。与使用金的现有技术相比较，使用银有效地减小了半导体单元的总成本。