[发明专利]使用低温过程的高温半导体器件封装和结构的方法及装置

说明书

一种使用低温过程的高温半导体器件封装和结构的方法及装置。提供了包含陶瓷、有机和金属材料的组合的半导体器件封装，其中这些材料通过使用银而耦合。在压力和低温下，银以细颗粒的形式被应用。应用之后，银形成了具有银的典型熔点的固体，因此，成品封装能承受比制造温度显著高的温度。此外，因为银是各种组合材料之间的接口材料，由于接合的低温度和银的延展性，陶瓷、有机和金属组件之间的不同材料特性的效果例如热膨胀系数被降低。

技术领域

本发明一般地涉及半导体器件封装，更具体地说，涉及用于制作高温和高性能半导体器件封装的低温过程。

背景技术

各种半导体器件封装包括陶瓷、有机和金属材料的组合。为了形成半导体器件封装的可用结构，这些不同的材料彼此接触。这些不同的材料通常具有显著不同的材料性能，这就会导致包含这些材料的半导体器件封装的故障。因此，期望具有包含具有不同的材料性能但不受到由于不同的材料性能(例如热膨胀系数)引起的故障的材料的半导体器件封装。

附图说明

通过参考附图，本发明或可被更好的理解，并且其多个目的、特征，以及优点对本领域技术人员来说会非常清楚。

图1是图示了气腔封装的截面图的简化框图。

图2是图示了气腔封装的平面图的简化框图。

图3是系统在其中器件管芯耦合于嵌入在PCB或其它封装衬底的金属币或金属块的处理阶段的截面图的简化框图。

图4是系统在其中器件管芯耦合于PCB或其它封装衬底中的烧结银通孔的处理阶段的截面图的简化框图。

图5是系统在其中铜块包含在烧结银大通孔内的处理阶段的截面图的简化框图。

图6是系统在其中一对金属块包含在烧结银大通孔内的处理阶段的截面图的简化框图。

图7是系统在其中无源组件包含在烧结银大通孔内的处理阶段的截面图的简化框图。

除非另有说明，不同附图中使用的相同参考符号表示相同的元素。附图不一定按比例绘制。

具体实施方式

本发明的实施例提供了包含陶瓷、有机、金属材料的组合的半导体器件封装，其中这些材料通过使用银来耦合。在压力和低温下(例如在250℃烧结)，银以细颗粒(例如，纳米颗粒银)的形式被应用。应用之后，银形成了具有银的典型熔点(即，大约962℃)的固体，因此，成品封装能承受比制造温度显著更高的温度。此外，因为银是各种组合材料之间的接口材料，由于接合的低温度和银的延展性，陶瓷、有机和金属组件之间的不同材料特性的效果例如热膨胀系数被降低。在其它实施例中，银可以用于代替或连同印刷电路板内的铜块用于附着散热器或大通孔。这样的实施例提供了比典型用于所包括的铜块更薄的PCB。

不同类型的高性能半导体器件封装包含陶瓷、有机和金属材料的组合。但是，这些材料的不同性能特性会导致合成封装的故障。例如，陶瓷和铜之间的广泛不同的热膨胀系数会导致封装中的高应力，从而在这些材料之间的连接附近导致封装的翘曲和破裂。

这样的封装的一个例子是气腔封装，其通常包括一个或多个被附接到底板和围绕管芯的绝缘窗框的半导体器件。盖被放置在窗框上，从而封装了气腔内的管芯。气腔封装可以被用于容纳高频器件，例如射频(RF)管芯。如与具有比空气高的介电常数的模塑化合物中的封装相比，在封装的空气中封装高频半导体器件可以提高模具管芯和电引线的高频性能。