包括具有突出體的接觸片的半導(dǎo)體器件及其制造方法

專利名稱：包括具有突出體的接觸片的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括具有突出體(protrusion)的接觸片(contact clip)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件制造商堅(jiān)持不懈地力求提升其產(chǎn)品的性能，同時(shí)降低其制造成本。半導(dǎo)體器件制造中的成本密集區(qū)是半導(dǎo)體芯片的封裝。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，在晶圓上制造集成電路，然后分割該晶圓，從而生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片。一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片放置在封裝體中以保護(hù)它們不受環(huán)境和物理壓力。封裝同樣涉及將半導(dǎo)體芯片電耦接至引線框。這可以通過使用諸如引線接合、焊接或膠粘的各種耦接技術(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，接觸片可以用于將半導(dǎo)體芯片的電極電耦接至引線框。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括引線框，包括晶片焊墊(die pad)和第一引線；半導(dǎo)體芯片，包括第一電極，半導(dǎo)體芯片置于晶片焊墊之上；以及接觸片，包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)，第一接觸區(qū)置于第一引線之上，第二接觸區(qū)置于半導(dǎo)體芯片的第一電極之上，其中，多個(gè)突出體從各第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)突出體具有至少5μπι的高度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括引線框，包括晶片焊墊和第一引線；功率半導(dǎo)體芯片，包括第一表面上的第一電極以及在與第一表面相對(duì)的第二表面上的第二電極，功率半導(dǎo)體芯片以第二表面面向晶片焊墊而置于晶片焊墊之上；接觸片，包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)，第一接觸區(qū)置于第一引線之上，第二接觸區(qū)置于功率半導(dǎo)體芯片的第一電極之上，其中多個(gè)突出體從各第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)突出體具有至少5 μ m的高度；第一擴(kuò)散焊接連接部，設(shè)置在接觸片的第一接觸區(qū)與第一引線之間；以及第二擴(kuò)散焊接連接部，設(shè)置在接觸片的第二接觸區(qū)與功率半導(dǎo)體芯片的第一電極之間。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括提供包括晶片焊墊和第一引線的引線框、包括第一電極的半導(dǎo)體芯片、以及包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)的接觸片，其中，多個(gè)突出體從各第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)突出體具有至少5 μ m的高度；將半導(dǎo)體芯片附接至晶片焊墊；以及利用擴(kuò)散焊接工藝將第一接觸區(qū)附接至第一引線以及將第二接觸區(qū)附接至半導(dǎo)體芯片的第一電極。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括提供包括晶片焊墊和第一引線的引線框；將包括第一電極的半導(dǎo)體芯片附接至晶片焊墊；在將半導(dǎo)體芯片附接至晶片焊墊之后，在第一引線上沉積第一焊接材料層以及在半導(dǎo)體芯片的第一電極上沉積第二焊接材料層；提供包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)的接觸片，其中，多個(gè)突出體從各第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)突出體具有至少5 μ m的高度；將第一接觸區(qū)按壓至第一焊接材料層，以及將第二接觸區(qū)按壓至第二焊接材料層；以及執(zhí)行第一和第二焊接材料層的擴(kuò)散焊接處理。


包括附圖以提供對(duì)實(shí)施方式的進(jìn)一步理解，并且結(jié)合附圖構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出實(shí)施方式，連同該描述用于說明實(shí)施方式的原理。通過參考下面詳細(xì)的描述，其它實(shí)施方式和實(shí)施方式的許多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將易于更好理解。附圖的元件沒有必要相對(duì)彼此成比例。相同的參考標(biāo)號(hào)指代對(duì)應(yīng)的相似部分。圖I示意性示出包括安裝在晶片焊墊上的半導(dǎo)體芯片以及將半導(dǎo)體芯片電耦接至引線的接觸片的半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖；圖2A至圖2C示意性示出包括通過擴(kuò)散焊接將接觸片附接至半導(dǎo)體芯片和引線的 方法的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖；圖3A至圖3H示意性示出包括通過擴(kuò)散焊接將半導(dǎo)體芯片耦接至晶片焊墊以及通過使用具有從接觸區(qū)延伸的多個(gè)突出體的接觸片將半導(dǎo)體芯片耦接至引線的半導(dǎo)體器件的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖；圖4A至4D示意性示出具有從接觸區(qū)延伸的多個(gè)突出體的接觸片的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖；以及圖5示意性示出包括安裝在電路板上的半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下列詳細(xì)描述中，參照附圖，該附圖形成描述的一部分，并且在其中通過圖解的方式示出了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。在這點(diǎn)上，參照所描述的附圖的定向而使用諸如“頂部”、“底部”、“前面”、“背面”、“在前的”、“后方的”等的方向術(shù)語(yǔ)。由于實(shí)施方式中的部件可以位于多個(gè)不同的定向中，所以為了說明的目的使用方向術(shù)語(yǔ)，而不是進(jìn)行限制。應(yīng)理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施方式，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯改變。因此，下列詳細(xì)描述并不用于限制的目的，而由所附權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍。應(yīng)理解的是，除非另外明確指出，否則此處描述的各種示例性實(shí)施方式的特征可以彼此結(jié)合。如在該說明書中使用的，術(shù)語(yǔ)“耦接”和/或“電耦接”并不意味著表示元件必須彼此直接耦接；中間元件可以設(shè)置在“耦接”或“電耦接”的元件之間。下面描述包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片的器件。半導(dǎo)體芯片可以是不同類型，可以通過不同的技術(shù)制造，并且可以包括(例如)集成電氣、電光或機(jī)電電路或無源器件。集成電路可以(例如)被設(shè)計(jì)為邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號(hào)集成電路、功率集成電路、存儲(chǔ)電路或集成無源器件。此外，半導(dǎo)體芯片可以被配置為所謂的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))，并且可以包括諸如橋的微機(jī)械結(jié)構(gòu)、膜或舌狀結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片可以被配置作為傳感器或致動(dòng)器，例如，壓力傳感器、加速傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、磁場(chǎng)傳感器、電磁場(chǎng)傳感器、擴(kuò)音器等。半導(dǎo)體芯片不需要由諸如Si、SiC, SiGe, GaAs的特定半導(dǎo)體材料制造，并且還可以包含不是半導(dǎo)體的無機(jī)和/或有機(jī)材料，例如，絕緣體、塑料或金屬。此外，半導(dǎo)體芯片可以被封裝或未被封裝。更具體地，可以涉及具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，也就是說，能夠以如下方式制造半導(dǎo)體芯片電流能夠在垂直于半導(dǎo)體芯片主面的方向上流動(dòng)。具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片在其兩個(gè)主面上(即，在它的頂部和底部上)具有電極。特別地，功率半導(dǎo)體芯片可以具有垂直結(jié)構(gòu)。垂直功率半導(dǎo)體芯片可以被配置作為(例如)功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、JFET (結(jié)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、功率雙極型晶體管或功率二極管。通過示例方式，功率MOSFET的源電極和柵電極可以位于一個(gè)主面上，而功率MOSFET的漏電極設(shè)置在另一個(gè)主面上。此外，下面描述的器件可以包括集成電路以控制功率半導(dǎo)體芯片的集成電路。半導(dǎo)體芯片可以具有電極(或者，接觸元件或接觸墊)，其允許與半導(dǎo)體芯片中包括的集成電路進(jìn)行電接觸。電極可以包括涂覆至半導(dǎo)體材料的一個(gè)或多個(gè)金屬層。該金屬層能夠以任何期望的幾何形狀或任何期望的材料組分制造。例如，金屬層可以是覆蓋一區(qū)域的層的形式。諸如鋁、鈦、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻、或鎳釩的任何期望的金屬或金屬合金 可以用作該材料。金屬層不必是同質(zhì)的或僅由一種金屬制造，即，金屬層中可能包含多種材料成分和濃度。半導(dǎo)體芯片可以置于引線框上。引線框可以是任何形狀、尺寸和材料。引線框可以包括晶片焊墊和引線。在器件制造期間，晶片焊墊和引線可以彼此連接。晶片焊墊和引線同樣可以由整塊(one piece)制造。在制造期間為了分離一些晶片焊墊和引線，晶片焊墊和引線可以通過連接裝置在彼此中進(jìn)行連接?？梢酝ㄟ^機(jī)械鋸、激光束、切割、壓印、銑削、蝕刻、或任何其它合適的方法執(zhí)行晶片焊墊和引線的分離。引線框可以是導(dǎo)電的。它們可以全部由金屬或金屬合金制造，特別是銅、銅合金、鐵鎳、鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、或其它合適的材料。引線框可以電鍍有諸如銅、銀、鐵鎳、或鎳磷的導(dǎo)電材料。在制造期間，引線框的引線可以例如以S形狀的方式彎曲。一個(gè)或多個(gè)接觸片可以用于使器件內(nèi)的部件彼此電耦接。例如，可以通過接觸片將半導(dǎo)體芯片的電極電耦接至外部接觸元件(諸如引線框的引線)。每個(gè)接觸片具有至少兩個(gè)接觸區(qū)，該接觸區(qū)用于將接觸片附接至器件的至少兩個(gè)部件。接觸區(qū)包括朝著接觸片所附接的部件延伸的突出體。每個(gè)突出體可以具有至少5μπι的高度。由于突出體，接觸片的接觸區(qū)可以具有梳狀結(jié)構(gòu)。因此，接觸區(qū)的輪廓包括峰和谷，其可以從接觸片的一個(gè)側(cè)面向接觸片的另一個(gè)側(cè)面延伸。可選地，峰的寬度和/或谷的寬度可以是規(guī)則的或不規(guī)則的。此夕卜，可選地，峰的高度和/或谷的高度可以是規(guī)則的或不規(guī)則的。接觸片可以焊接至部件。對(duì)此，可以使用擴(kuò)散焊接工藝。下面描述的器件包括外部接觸元件(或外部接觸墊)，其可以是任何形狀和尺寸。外部接觸元件可以從器件外部達(dá)到，因此允許從器件外部電接觸半導(dǎo)體芯片。因此，外部接觸元件可以具有從器件外部可以達(dá)到的外部接觸面。此外，外部接觸元件可以是導(dǎo)熱的，并且可以用作驅(qū)散半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量的散熱器。外部接觸元件可以由任何期望的導(dǎo)電材料構(gòu)成，例如由諸如銅、鋁或金的金屬，金屬合金，或?qū)щ娪袡C(jī)材料構(gòu)成。一些外部接觸元件可以是引線框的引線。器件可以包括封裝材料，例如覆蓋器件中至少一部分部件的模塑材料。模塑材料可以是任何合適的熱塑或熱凝材料?？梢圆捎美鐗嚎s模塑、注塑、粉料模塑、或液態(tài)模塑的各種技術(shù)，從而利用模塑材料覆蓋部件。器件可以具有安裝面。該安裝面可以用于將器件安裝至另一部件上，例如，諸如PCB (印制電路板)的電路板。外部接觸元件，具體地，外部接觸面可以設(shè)置在安裝面上從而允許將器件電耦接至其上安裝了該器件的部件。諸如焊錫球的焊錫沉淀、或其它合適的連接元件可以用于在器件與其上安裝了該器件的部件之間建立電的以及特別是機(jī)械連接。圖I示意性示出半導(dǎo)體器件100的截面圖。半導(dǎo)體器件100包括至少由晶片焊墊
11和第一引線12組成的引線框10。半導(dǎo)體器件100還包括半導(dǎo)體芯片15，該芯片具有第一電極16和第二電極17。第一電極16設(shè)置在半導(dǎo)體芯片15的第一表面19上,第二電極17設(shè)置在半導(dǎo)體芯片15的第二表面20上。第二表面20與第一表面19相對(duì)。具有第一接觸區(qū)26和第二接觸區(qū)27的接觸片25被放置為使得第一接觸區(qū)26置于第一引線12之上而第二接觸區(qū)27置于半導(dǎo)體芯片15的第一電極16之上。突出體28自第一接觸區(qū)26和第二接觸區(qū)27延伸。每個(gè)突出體28具有至少5 μ m的高度Cl1。 圖2A至圖2C示意性示出半導(dǎo)體器件200的制造方法，在圖2C中以截面圖示出。如圖2A所示，提供至少由晶片焊墊11和第一引線12組成的引線框10。使用擴(kuò)散焊接工藝，將第一表面19上具有第一電極16以及第二表面20上具有第二電極17的半導(dǎo)體芯片15安裝在晶片焊墊11上，如圖2B所示。通過使用擴(kuò)散焊接工藝，將接觸片25附接至第一引線12和半導(dǎo)體芯片15的第一電極16，如圖2C所示。接觸片25包括具有突出體28的兩個(gè)接觸區(qū)26、27，該突出體從接觸區(qū)26、27延伸且具有至少5 μ m的高度屯。圖3A至圖3H (統(tǒng)稱圖3)示意性示出圖3H中示出的半導(dǎo)體器件300的制造方法的實(shí)施方式。器件300是圖I示出的器件100和圖2C示出的器件200的實(shí)現(xiàn)。因此，下面描述的器件300的細(xì)節(jié)同樣可以應(yīng)用于器件100和200。此外，下面描述的制造方法的細(xì)節(jié)同樣可以應(yīng)用于圖2A至圖2C中示出的制造方法。由相同的參考標(biāo)號(hào)表示器件100、200和300的相似或相同部件。圖3A示意性示出引線框10。以頂部平面圖(頂部)、沿著頂部平面圖中繪出的線A-A’的截面圖(中部)和沿著頂部平面圖中繪出的線B-B’的截面圖(底部)示出引線框10。引線框10包括晶片焊墊11、第一引線12、第二引線13、以及第三引線14。引線12至14從晶片焊墊11的一側(cè)基本上平行地突出。第二引線13與晶片焊墊11的一側(cè)相連。晶片焊墊11與引線12至14可以由壩(系桿)連結(jié)，為清楚起見并未在圖3A中示出該壩(系桿)。如圖3A的截面圖所示，引線12至14設(shè)置在不同于晶片焊墊11的平面中，可替換地，也可設(shè)置在同一平面中。在一個(gè)實(shí)施方式中，引線框10包括另外的晶片焊墊和引線。在一個(gè)實(shí)施方式中，引線12至14設(shè)置在晶片焊墊中的不同側(cè)面。引線框10由金屬或金屬合金制造，具體地，銅、銅合金、鐵鎳、鋁、鋁合金、或其它導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，引線框10鍍有導(dǎo)電材料，例如銅、銀、鐵鎳、或鎳磷。引線框10的形狀沒有任何尺寸和幾何形狀的限制。例如，引線框10可以具有從ΙΟΟμπι到Imm范圍內(nèi)的厚度，或甚至更厚。引線框10可以通過沖孔、銑削、或壓印金屬板制造。圖3Β示意性示出半導(dǎo)體芯片15，其是功率半導(dǎo)體芯片且安裝在晶片焊墊11上。在一個(gè)實(shí)施方式中，另外的功率半導(dǎo)體芯片安裝在引線框10的另外的晶片焊墊上，這在圖3B中沒有示出。半導(dǎo)體芯片15以其第二面20面向晶片焊墊11以及其第一面19遠(yuǎn)離面向晶片焊墊11的方式安裝在晶片焊墊11上。半導(dǎo)體芯片15在第一面19上具有第一電極16、在第二面20上具有第二電極17。第一電極16和第二電極17是負(fù)載電極。此外,半導(dǎo)體芯片15在其第一面19上具有第三電極18。第三電極18是控制電極。晶片焊墊11的頂面大于半導(dǎo)體芯片15的第二面20。半導(dǎo)體芯片15被配置作為功率晶體管，例如功率MOSFET、IGBT, JFET或功率雙極型晶體管、或功率二極管。在功率MOSFET或JFET的情況下，第一電極16是源電極，第二電極17是漏電極，以及第三電極18是柵電極。在IGBT的情況下，第一電極16是發(fā)射體電極，第二電極17是集電極，以及第三電極18是柵電極。在功率雙極型晶體管的情況下，第一電極16是發(fā)射體電極，第二電極17是集電極，以及第三電極18是基極。在功率二極管的情況下，第一和第二電極16、17是陰極和陽(yáng)極，并且沒有第三電極。在操作期間，在第一電極16和第二電極17之間可以施加高于5V、50V、100V.500V或1000V的電壓。施加于第三電極 18的切換頻率可以是在IKHz到IOOMHz的范圍內(nèi)，但是也可以在這個(gè)范圍外。第二電極17通過擴(kuò)散焊接而電耦接以及機(jī)械耦接至晶片焊墊11。對(duì)于此，通過噴射或其它合適的物理或化學(xué)沉積方法，將焊接材料30沉積在第二電極17上或晶片焊墊11的上表面上。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)半導(dǎo)體芯片15仍然在晶圓粘合(wafer bond)中時(shí),焊接材料30沉積在第二電極17上，這意味著在為了產(chǎn)生獨(dú)立的半導(dǎo)體芯片而分割半導(dǎo)體晶圓之前，在半導(dǎo)體晶圓上沉積焊接材料30。在一個(gè)實(shí)施方式中，焊接材料30由AuSruAgSn、CuSn> Sn、Auln、Agin、AuSi 或 CuIn 構(gòu)成。為了產(chǎn)生焊接接頭，由熱板將引線框10加熱至焊接材料30的熔化溫度以上的溫度。例如，引線框10被加熱至200°C到400°C范圍內(nèi)的溫度，具體地，在280°C到320°C的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，將引線框10和半導(dǎo)體芯片15都置于烤爐中，并且加熱至適當(dāng)?shù)臏囟取Ｊ褂媚軌蚴叭“雽?dǎo)體芯片15且將它放置在晶片焊墊11上的拾放工具。在焊接工藝期間，可以將半導(dǎo)體芯片15按壓在晶片焊墊11上達(dá)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(IOms到200ms的范圍)，特別地，長(zhǎng)達(dá)約50ms。在擴(kuò)散焊接工藝期間，通過焊接材料30與晶片焊墊11和半導(dǎo)體芯片15的高熔化材料形成耐熱和高機(jī)械穩(wěn)定性的金屬間相的事實(shí)，焊接材料30在晶片焊墊11與半導(dǎo)體芯片15之間產(chǎn)生能夠經(jīng)受住高溫的金屬接頭。金屬間相(intermetallic phase)具有高于用于產(chǎn)生該金屬間相的焊接材料30的熔化溫度。在該工藝中，低熔化焊接材料30完全轉(zhuǎn)變，即，它逐漸完全變成金屬間相。該工藝是擴(kuò)散控制的，并且它的持續(xù)時(shí)間隨著焊接材料30的層厚度的增加而增加。在一個(gè)實(shí)施方式中，晶片焊墊11與半導(dǎo)體芯片15之間的間隙d2在焊接工藝之后小于I μ m。圖3C示意性示出分別在半導(dǎo)體芯片15的至少一部分第一電極16和第一引線12的上表面上沉積的焊接材料層31和32。在一個(gè)實(shí)施方式中，在已經(jīng)形成晶片焊墊11與半導(dǎo)體芯片15之間的焊接接頭之后沉積焊接材料層31、32。通過使用印刷、分流或任何其它合適的技術(shù)來沉積焊接材料層31、32。焊接材料層31、32具有從5 μ m到10 μ m范圍內(nèi)的厚度d3。在一個(gè)實(shí)施方式中，分別在第一電極16的接觸區(qū)和第一引線12上沉積焊接材料層31、32，接觸片稍后置于該焊接材料層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，半導(dǎo)體芯片15的第一電極16涂覆有鎳或銅或允許在擴(kuò)散焊接工藝中產(chǎn)生焊接接頭的任何其它金屬或金屬合金層。該層的厚度在O. 5μπ 到5μπ 的范圍內(nèi)。此外，可以在具有厚度為ΙΟμπ 到200 μ m的范圍內(nèi)的鎳或銅層上沉積銀或金層。銀或金層防止鎳或銅層氧化。圖3D示意性示出放置于第一引線12和半導(dǎo)體芯片15之上的接觸片25。接觸片25具有面向引線12的第一接觸區(qū)26以及面向半導(dǎo)體芯片15的第一電極16的第二接觸區(qū)27。突出體28從第一接觸區(qū)26和第二接觸區(qū)27延伸。每個(gè)突出體28具有至少5 μ m的高度Cl1，具體地，在5μπι到IOym的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，突出體28的高度(I1比焊接材料層31、32的高度d3小I μ m至2 μ m。如果高度d3是10 μ m,那么高度(I1是8 μ m至9 μ m。突出體28可以(例如)具有如圖3D所示的大體上為矩形的形狀，但是同樣可以具有任何其它合適的形狀。在一個(gè)實(shí)施方式中，突出體28在接觸區(qū)26、27上形成峰和谷(從接觸片25的側(cè)面40向第一接觸區(qū)26中與側(cè)面40相對(duì)的側(cè)面41延伸)。在第二接觸區(qū)27中，峰和谷從側(cè)面40向接觸片25的側(cè)面42延伸。在一個(gè)實(shí)施方式中，峰和谷在垂直于上述方向的方向上延伸或在任何其它方向上延伸。
接觸片25可以由金屬或金屬合金制造，具體地，由銅、銅合金、鐵鎳、或其它合適的導(dǎo)電材料制造。接觸片25的形狀不限于任何尺寸或幾何形狀。接觸片25可以具有如圖3D示例性示出的形狀，但是也可以是任何其它形狀。在一個(gè)實(shí)施方式中，接觸片25的厚度d4在100 μ m到200 μ m的范圍內(nèi)。通過壓印、沖孔、按壓、切割、鋸、銑削、或任何其它合適的技術(shù)制造接觸片25。通過壓印、沖孔、蝕刻、或任何其它合適的技術(shù)制造包括突出體28的接觸區(qū)26、27。在一個(gè)實(shí)施方式中，突出體28的寬度(15在IOym到IOOym的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，相鄰?fù)怀鲶w之間的距離(16在ΙΟμπ 到ΙΟΟμπι的范圍內(nèi)。圖3D還示出接觸片25的第二接觸區(qū)27與半導(dǎo)體芯片15的第一電極16之間的界面的放大部分。正如從該示圖看到的，接觸片25被按壓在焊接材料層31中，使得突出體28的底面與第一電極16的頂面之間的間隙d7在I μ m到2 μ m的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，相鄰?fù)怀鲶w28之間的空間完全填充焊接材料。接觸片25的第一接觸區(qū)26與第一引線12之間的界面類似于第二接觸區(qū)27與第一電極16之間的交界面。突出體28與第一引線12之間的間隙同樣在Ιμπι到2μπι的范圍內(nèi)。圖3Ε示意性示出引線框10連同半導(dǎo)體芯片15和接觸片25放置在烤爐中。在烤爐中，部件暴露于高于層31和32的焊接材料的熔化溫度的溫度。焊接材料的熔化溫度可以低于260°C，具體地，可以是230°C左右?？緺t中的溫度可以在280°C到320°C的范圍內(nèi)，具體地，300°C左右。在一個(gè)實(shí)施方式中，部件放置在烤爐中不超過60秒，具體地，30秒至60秒。在烤爐中，執(zhí)行擴(kuò)散焊接。在擴(kuò)散焊接工藝期間，焊接材料在第一接觸區(qū)26與第一引線12之間以及第二接觸區(qū)27與第一電極16之間產(chǎn)生金屬接頭，通過焊接材料與接觸片25、第一引線12、以及第一電極16的高熔化材料形成耐熱和高機(jī)械穩(wěn)定性的金屬間相50的事實(shí)，該金屬結(jié)構(gòu)也能夠經(jīng)受住高溫。金屬間相50具有高于用于產(chǎn)生金屬間相50的焊接材料的熔化溫度。設(shè)定烤爐中的溫度，使得其低于金屬間相50的熔化溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，金屬間相50的熔化溫度高于300°C。因此，金屬間相50在它們?nèi)匀辉诳緺t中時(shí)可以凝固。由于上述工藝是擴(kuò)散控制的，所以它的持續(xù)時(shí)間隨著焊接材料層厚度的增加而增力口。由于從接觸區(qū)26、27分別朝向第一引線12和第一電極16延伸的突出體28，所以在突出體28的底面與第一引線12或第一電極16的頂面之間僅存在薄的焊接材料層。在該區(qū)域中，低熔化材料因此首先完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相50。由于部件放置于烤爐中不超過60秒，所以相鄰?fù)怀鲶w28之間的焊接材料部分沒有轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相50。因此，當(dāng)從烤爐中取出部件時(shí)，接觸片25與第一引線12之間的界面以及接觸片25與第一電極16之間的界面具有如圖3E底部的放大圖中示出的結(jié)構(gòu)。在接觸片25與第一引線12或與第一電極16之間的間隙在I μ m到2 μ m的范圍內(nèi)的情況下，僅存在金屬間相50。在剩余區(qū)域中，焊接材料沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相。由于金屬間相50，接觸片25牢固地附接至第一引線12和半導(dǎo)體芯片15。圖3F示意性示出接觸片25附接至第一引線12和半導(dǎo)體芯片15之前或之后，在半導(dǎo)體芯片15的第三電極18與第四引線14之間建立的電連接。通過如圖3F所示的引線接合進(jìn)行互連。例如，球焊或楔焊用作產(chǎn)生一條或多條接合線51的互連技術(shù)。接合線51由金、鋁、銅、或任何其它合適的導(dǎo)電材料制成。在一個(gè)實(shí)施方式中，代替引線接合，將接觸片放置于第三電極18和第三引線14 上。接觸片可以具有從其接觸區(qū)延伸的、類似于接觸片25的突出體28的突出體。圖3G示意性示出對(duì)設(shè)置在引線框10上的部件進(jìn)行封裝的模塑材料52。模塑材料52可以封裝器件300的任何部分，但是留下接觸片25的上表面和引線12的一部分未覆蓋。此外，晶片焊墊11的一部分可以未覆蓋有模塑材料52，具體地，該部分為晶片焊墊11的底面。如圖3G所示，模塑材料52的頂面可以連同接觸片25的頂面形成平面。在一個(gè)實(shí)施方式中，模塑材料52還覆蓋接觸片25的頂面。模塑材料52可以由任何合適的熱塑性或熱凝材料構(gòu)成，具體地，它可以由通常在當(dāng)前半導(dǎo)體封裝技術(shù)中使用的材料構(gòu)成。可以使用各種技術(shù)以利用模塑材料52覆蓋器件300的部件，例如，壓縮模塑、注塑、粉料模塑、或液態(tài)模塑。在利用模塑材料52封裝之前或之后，通過鋸或切割引線框10來分離引線框10從而使各個(gè)器件300彼此分離。同樣可以使用諸如蝕刻、銑削、激光燒蝕、或壓印的其它分離方法。圖3H示意性示出引線12至14 (例如)以S形狀方式彎曲以形成如圖3H所描述的階。例如，在剪切和成形工藝期間可以執(zhí)行彎曲引線12至14。在一個(gè)實(shí)施方式中，引線12至14的端在接觸片25的方向上彎曲。引線12至14被彎曲，使得它們的頂面53、54和55分別(在圖3H中通過虛線示出)設(shè)置在平面56 (B卩，由接觸片25的暴露頂面和模塑材料52的頂面所定義的平面)中。引線12至14的其它配置也可以。具體地，引線12至14以及接觸片25用作器件300的外部接觸元件，其中引線12至14分別耦接至半導(dǎo)體芯片15的第一電極16、第二電極17和第三電極18。引線12至14的表面53至55和接觸片25的暴露面可以用作外部接觸面，用于將器件300電耦接至例如電路板(諸如PCB)的其它部件。器件300的表面56可以用作安裝面，用于將器件300安裝在電路板上。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，器件300僅旨在作為示例性實(shí)施方式，并且可以有許多變化。盡管圖3H中示出的實(shí)施方式中的器件300恰好包括一個(gè)半導(dǎo)體芯片，但是器件300可以包括兩個(gè)以上半導(dǎo)體芯片和/或無源器件。半導(dǎo)體芯片和無源器件可以在功能、尺寸、制造技術(shù)等方面不同。例如，在器件300中可以包括控制半導(dǎo)體芯片15的半導(dǎo)體芯片和/或另一功率半導(dǎo)體芯片。在接觸芯片25的接觸區(qū)26、27上產(chǎn)生突出體28的一種方法是使用金屬成形加工工藝。在該工藝中，壓印在接觸片25上產(chǎn)生所期望的圖案。圖4A至4D示意性示出在接觸區(qū)26、27上產(chǎn)生突出體28的另一方法。首先提供接觸片25，其中在圖4A中示出接觸片25的接觸區(qū)。在這種情況下，接觸區(qū)具有平坦的主面60。然后，如圖4B所示在接觸區(qū)的主面60上沉積蝕刻掩模61。為此，抗蝕膜被層壓在接觸區(qū)的主面60上,這是光可結(jié)構(gòu)化的(photostructurable)。通過將具有適當(dāng)波長(zhǎng)的光暴露透過掩膜和隨后的顯影，在抗蝕膜中形成凹部。接下來，抗蝕膜具有圖4B所示的形狀。隨后，接觸區(qū)的主面60暴露于合適的蝕刻劑長(zhǎng)達(dá)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。從而，離開蝕刻掩模61而被暴露的接觸片25的那部分被蝕刻，并且形成如圖4C所示的腔62。由于蝕刻工藝，腔62的側(cè)壁是曲面，而不是平面。形成腔62使得接觸片25的主面60與腔62的底面63的一部分交疊。然后，剝落抗蝕膜，獲得如圖4D所示的結(jié)構(gòu)化接觸片25，其可以用于制 造如圖3A至圖3H所示的器件300。圖5示意性示出包括安裝在諸如PCB的電路板70上的器件300的系統(tǒng)500的截面圖。電路板70包括接觸焊墊71，利用焊錫沉淀72將器件300的接觸片25的暴露面以及引線12至14附接至該接觸焊墊。在器件300的頂部上，可以附接散熱器。在一個(gè)實(shí)施方式中，將器件300置于烤爐中，并且暴露于高于層31、32的焊接材料的熔化溫度的溫度?？緺t中的溫度可以在280°C至320°C的范圍內(nèi)，具體地，300°C左右。在烤爐中保存器件300達(dá)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使得層31、32的焊接材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相50。在通過分離引線框10而將器件300與其它器件分離之后以及在將器件300置于電路板70上之前(或可選地，在已經(jīng)將器件300置于電路板70上之后)執(zhí)行該處理。在一個(gè)實(shí)施方式中，器件300沒有如上所示置于烤爐中。因此在器件300已經(jīng)安置于電路板70上之后，焊接材料層31、32沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相50。在該實(shí)施方式中，在器件300操作期間，半導(dǎo)體芯片15產(chǎn)生的熱量，具體地，器件300或系統(tǒng)500的其它部件產(chǎn)生足夠高溫度，足以將層31、32的焊接材料轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相50，如圖5頂部的放大圖所
/Jn ο此外，盡管僅參照幾個(gè)構(gòu)造中的一個(gè)，已經(jīng)公開了本發(fā)明實(shí)施方式的特定特征或方面，但作為需要或?qū)τ谌魏谓o定或特定應(yīng)用有利，可以將這種特征或方面結(jié)合其它實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征或方面。此外，在這個(gè)意義上，在詳細(xì)描述或權(quán)利要求中使用術(shù)語(yǔ)“包含”、“具有”、“帶有”或其其他變形，這種術(shù)語(yǔ)旨在以類似于術(shù)語(yǔ)“包括”的方式來進(jìn)行包括。此外，應(yīng)理解的是可以在分離電路、部分集成電路或完全集成的電路或程序設(shè)計(jì)工具中實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方式。同樣，術(shù)語(yǔ)“示例性地”僅表示為實(shí)例，而不是最好或最佳的。同樣應(yīng)理解的是，為了簡(jiǎn)單以及易于理解，以相對(duì)于彼此的特定尺寸示出本文描述的特征和/或元件，而實(shí)際尺寸可以完全不同于此處示出的尺寸。盡管已經(jīng)在此示出和描述了具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，各種代替和/或等效實(shí)現(xiàn)方式可以替代所示出和描述的具體實(shí)施方式
。該申請(qǐng)旨在覆蓋此處描述的具體實(shí)施方式
的任何修改或變更。因此，旨在僅通過權(quán)利要求及其等同物限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 引線框，包括晶片焊墊和第一引線； 半導(dǎo)體芯片，包括第一電極，所述半導(dǎo)體芯片置于所述晶片焊墊之上；以及接觸片，包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)，所述第一接觸區(qū)置于所述第一引線之上，所述第二接觸區(qū)置于所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極之上，其中，多個(gè)突出體從各所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)所述突出體具有至少5 μ m的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體芯片是功率半導(dǎo)體芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一電極設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片的第一表面上，并且所述半導(dǎo)體芯片還包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片的第二表面上的第二電極，所述第一表面與所述第二表面相對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體芯片以所述第二表面面向所述晶片焊墊而置于所述晶片焊墊之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述引線框還包括電耦接至所述晶片焊墊的第二引線。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，各所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)具有梳狀形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，還包括在所述接觸片的所述第一接觸區(qū)與所述第一引線之間的第一焊接材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，部分所述第一焊接材料層是設(shè)置在所述接觸片的所述突出體與所述第一引線之間的金屬間相。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬間相具有高于所述焊接材料的剩余部分的熔化溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，焊接材料設(shè)置在兩個(gè)相鄰的金屬間相之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，還包括在所述接觸片的所述第二接觸區(qū)與所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極之間的第二焊接材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中，部分所述第二焊接材料層是設(shè)置在所述接觸片的所述突出體與所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極之間的金屬間相，并且其中，所述金屬間相具有高于所述焊接材料的剩余部分的熔化溫度。
13.一種半導(dǎo)體器件，包括 引線框，包括晶片焊墊和第一引線； 功率半導(dǎo)體芯片，包括第一表面上的第一電極以及在與所述第一表面相對(duì)的第二表面上的第二電極，所述功率半導(dǎo)體芯片以所述第二表面面向所述晶片焊墊而置于所述晶片焊墊之上； 接觸片，包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)，所述第一接觸區(qū)置于所述第一引線之上，所述第二接觸區(qū)置于所述功率半導(dǎo)體芯片的所述第一電極之上，其中多個(gè)突出體從各所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)所述突出體具有至少5 μ m的高度； 第一擴(kuò)散焊接連接部，設(shè)置在所述接觸片的所述第一接觸區(qū)與所述第一引線之間；以及第二擴(kuò)散焊接連接部，設(shè)置在所述接觸片的所述第二接觸區(qū)與所述功率半導(dǎo)體芯片的所述第一電極之間。
14.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括 提供包括晶片焊墊和第一引線的引線框、包括第一電極的半導(dǎo)體芯片、以及包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)的接觸片，其中，多個(gè)突出體從各所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)所述突出體具有至少5 μ m的高度； 將所述半導(dǎo)體芯片附接至所述晶片焊墊；以及 利用擴(kuò)散焊接工藝將所述第一接觸區(qū)附接至所述第一引線以及將所述第二接觸區(qū)附接至所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，通過使用擴(kuò)散焊接工藝執(zhí)行將所述半導(dǎo)體芯片附接至所述晶片焊墊。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，將所述第一接觸區(qū)附接至所述第一引線以及將所述第二接觸區(qū)附接至所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極包括將所述引線框置于烤爐中不超過60秒。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括:在將所述半導(dǎo)體芯片附接至所述晶片焊墊之后并且將所述第一接觸區(qū)附接至所述第一引線之前以及將所述第二接觸區(qū)附接至所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極之前，在所述第一引線上沉積第一焊接材料層以及在所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極上沉積第二焊接材料層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第一和第二焊接材料層具有不超過10μ m的高度。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，每個(gè)所述突出體的高度比所述第一和第二焊接材料層的高度小I μ m至2 μ m。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一電極設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片的第一表 面上，以及第二電極設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片中的與所述第一表面相對(duì)的第二表面上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體芯片以所述第二表面面向所述晶片焊墊而附接至所述晶片焊墊，并且所述引線框包括電耦接至所述晶片焊墊的第二引線。
22.—種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括 提供包括晶片焊墊和第一引線的引線框； 將包括第一電極的半導(dǎo)體芯片附接至所述晶片焊墊； 在將所述半導(dǎo)體芯片附接至所述晶片焊墊之后，在所述第一引線上沉積第一焊接材料層以及在所述半導(dǎo)體芯片的所述第一電極上沉積第二焊接材料層； 提供包括第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)的接觸片，其中，多個(gè)突出體從各所述第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)所述突出體具有至少5μπι的高度； 將所述第一接觸區(qū)按壓至所述第一焊接材料層，以及將所述第二接觸區(qū)按壓至所述第二焊接材料層；以及 執(zhí)行所述第一和第二焊接材料層的擴(kuò)散焊接處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括具有突出體的接觸片的半導(dǎo)體器件及其制造方法。該半導(dǎo)體器件包括具有晶片焊墊和第一引線的引線框、具有第一電極的半導(dǎo)體芯片、以及具有第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)的接觸片。半導(dǎo)體芯片置于晶片焊墊之上。第一接觸區(qū)置于第一引線之上，以及第二接觸區(qū)置于半導(dǎo)體芯片的第一電極之上。多個(gè)突出體從各第一接觸區(qū)和第二接觸區(qū)延伸，并且每個(gè)突出體具有至少5μm的高度。
文檔編號(hào)H01L23/495GK102867804SQ201210236310
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者拉爾夫·奧特倫巴 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司