半导体器件和制造半导体器件的方法.pdf

半导体器件和制造半导体器件的方法。提供了一种半导体器件，其中所述半导体器件包括载体，其中所述载体包括被配置成保持半导体芯片的第一部分；和被配置用于将所述半导体器件安装到支撑件的第二部分，所述第二部分还包括被配置成连接到所述支撑件的第一特征；和被配置成促进将热量传递离开所述第一部分的至少一个第二特征，其中所述至少一个第二特征增加所述第二部分的表面积。

1.  一种半导体器件，包括：
载体，包括：
　　被配置成保持半导体芯片的第一部分；和
　　被配置用于将所述半导体器件安装到支撑件的第二部分，所述第二部分还包括：
　　　　被配置为连接到所述支撑件的第一特征；和
　　　　被配置成促进将热量传递离开所述第一部分的至少一个第二特征，其中所述至少一个第二特征增加所述第二部分的表面积。

2.  根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述载体的所述第一部分包括平坦表面。

3.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述载体的所述第二部分包括多个第二特征。

4.  根据权利要求3所述的半导体器件，其中所述多个第二特征中的至少一个是盲孔。

5.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二特征具有选自由下述构成的组的形状：
矩形；
方形；
圆形；
椭圆形；
多边形；
星状；和
槽状。

6.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二部分包括用于将所述半导体器件安装到所述支撑件的直通孔。

7.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述载体的所述第一部分和所述第二部分具有相同厚度。

8.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一部分和所述第二部分包括相同材料。

9.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述载体包括来自由下述构成的组的材料：
铜；
铜合金；
镍；和
镍合金。

10.  根据权利要求1所述的半导体器件，其中 所述第一部分至少部分地被密封。

11.  一种半导体器件，包括：
载体，包括：
　　被配置成保持半导体芯片的保持区域；和
　　包括平面表面的热消散区域，其中所述热消散区域在所述平面表面内包括至少两个遮断物。

12.  根据权利要求11所述的半导体器件，其中所述两个遮断物中的至少一个是盲孔。

13.  根据权利要求11所述的半导体器件，其中所述两个遮断物中的至少一个是直通孔。

14.  根据权利要求11所述的半导体器件，其中所述保持区域是平坦区域。

15.  根据权利要求11所述的半导体器件，还包括布置在所述保持区域上的半导体芯片。

16.  一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括：
提供包括被配置成保持半导体芯片的第一部分和被配置用于将所述半导体器件安装到支撑件的第二部分的载体；
在所述第二部分中形成至少一个特征，其中所述至少一个特征被配置成促进将热量传递离开所述第一部分，其中所述至少一个特征增加所述第二部分的表面积。

17.  根据权利要求16所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述至少一个特征通过选自由下述构成的工艺组的一个工艺形成：
冲压；
冲孔；
蚀刻；
铣削；和
钻孔。

半导体器件和制造半导体器件的方法
技术领域
各实施例涉及半导体器件和制造半导体器件的方法。
背景技术
制造半导体器件的方法可以包括将裸芯片或管芯安置在板（例如引线框）或印刷电路板PCB上方，以及将注模或密封材料粘附在裸芯片上方和粘附到所述板。还可以可能的是首先通过注模填料密封芯片，并接下来将芯片封装或封装安置在所述板或衬底上方。通常，芯片在操作期间将产生一些热量，这些热量必须从封装被消散或带走。为了消散热量，通常将热沉附着到芯片封装或者热沉形成封装本身的一部分。
发明内容
各实施例提供一种半导体器件，其中所述半导体器件包括载体，其中所述载体包括被配置成保持半导体芯片的第一部分；和被配置用于将所述半导体器件安装到支撑件的第二部分，所述第二部分还包括被配置成连接到所述支撑件的第一特征；和被配置成促进将热量传递离开所述第一部分的至少一个第二特征，其中所述至少一个第二特征增加所述第二部分的表面积。
此外，各实施例提供一种包括载体的半导体器件，所述载体包括被配置用于保持半导体芯片的保持区域；和包括平面表面的热消散区域，其中所述热消散区域在所述平面表面内包括至少两个遮断物（interruption）。
而且，各实施例提供一种制造半导体器件的方法，其中所述方法包括提供载体，所述载体包括被配置成保持半导体芯片的第一部分和被配置用于将所述半导体器件安装到支撑件的第二部分；以及在所述第二部分中形成至少一个特征，其中所述至少一个特征被配置成促进将热量传递离开所述第一部分，其中所述至少一个特征增加所述第二部分的表面积。
附图说明
在附图中，贯穿不同的视图，相同的参考标记一般指的是相同的部分。附图不必要按比例。而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在下面的描述中，参照下面的附图来描述各实施例，在附图中：
图1示出热沉的详细视图；
图2A到2E示出根据示例性实施例的不同半导体器件；
图3A和3B示出根据示例性实施例的不同半导体器件布置；以及
图4示出根据示例性实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
具体实施方式
在下面，将解释半导体器件和制造半导体器件的方法的进一步的示例性实施例。应当注意，在一个特定示例性实施例的上下文中描述的特定特征的描述也可以与其它示例性实施例组合。
词"示例性的"在此被用来表示"充当例子、实例或者例证"的意思。此处被描述为"示例性的"的任何实施例或者设计不必要被解释为比其它实施例或者设计优选或者有利。
各实施例提供用于芯片的热沉，其中热沉包括包含第一主表面和第二主表面的本体，其中第二主表面适合于暴露于流体介质；并且其中第二主表面包括增加第二主表面的表面积的至少两个表面结构，例如凹进结构。特别地，热沉或热沉的本体的第一主表面和第二主表面可以是相对的主表面。
特别地，热沉或者载体可以包括具有在预定阈值以上（例如在1W/(m*K)以上，优选在10W/(m*K)以上以及更优选在50W/(m*K)以上或者甚至在100W/(m*K)以上）的热导率的材料，或者可以由该材料构成。例如，载体可以包括金属或导热塑料。特别地，第一部分可以具有平坦或平面表面。载体可以基本上是板，即具有在两个维度上的延伸的本体，所述在两个维度上的延伸与在第三维度上的延伸（例如高度）相比相当较大。包括载体的半导体器件的高度可能不会由于在载体的第二部分上提供第二特征（例如表面结构）而改变。特别地，载体可以由引线框形成或者可以是引线框的一部分，在该引线框上可以布置芯片。特别地，引线框的一部分或载体可以形成引线框的所谓的管芯座（die paddle ）或芯片接收区，即芯片或管芯被附着到的引线框的部分，而引线框的另一部分可以形成热沉。
术语“第二特征”（其增加了表面积）可以尤其表示主动地或任意地形成在表面上或表面内的任何特征或结构。由此其必须与存在于任何形成的本体中或代表典型表面粗糙度的普通或典型表面不平整（例如小的突出和凹陷）区分开来。所述特征或表面结构还可以被表示为宏观表面结构或者主动形成的结构，而典型表面粗糙度（其是本体的任何形成或制造工艺所固有的）可以被表示为微观结构。
术语“增加的表面积”可以尤其表示通过在该表面积之中或之上形成表面结构或凹进结构主动地增加该表面积，使得该表面积后来比在形成表面结构之前的该表面积大。换句话说，表面的大规模粗糙度也可以被增大。这种表面结构还可以被表示为载体的各部分的平面表面内的遮断物。
用于增加载体的一部分或载体的主表面的表面积的这种表面结构（比如特征、平面表面的遮断物、凹进结构或孔）的提供可以增大通过对流消散或传导热量到围绕半导体器件或其部分的流体介质（即液体或气体介质，例如空气）的能力。另外，芯片本身可以不必在布局中被改编和/或组装工艺可以不必在将表面结构提供在载体的一部分上的情况下被修改或修正。另外，用于载体的一部分的增加的表面的提供可以由于通过对流至周围环境的改善的热消散而提高芯片封装或封装的性能。
根据半导体器件的示例性实施例，载体的第一部分包括平坦表面。特别地，平坦表面可以形成第一部分的主表面。这种平坦表面可以适合于与衬底接触，例如外部衬底，该外部衬底在半导体器件的外部，该半导体器件的载体可以是零件或部件。例如，衬底可以是印刷电路板、外部热沉或任何其它合适的衬底。特别地，基本平坦或平面的表面可以定义为不具有任何大量的与平坦结构相比增加表面积或增大粗糙度的表面结构或特征的表面。然而，存在于任何形成的本体中的小的表面不平整，尤其是小突出，例如普通表面粗糙度，也可以存在于第一表面处。但是该表面可以没有增加表面积的任何主动或任意形成的表面结构。
根据半导体器件的示例性实施例，载体的第二部分包括多个第二特征。
特别地，所述多个第二特征可以是平面表面的多个表面结构或遮断物，例如凹进结构，并且可以布置成图案，例如规则或不规则图案。例如，所述多个凹进结构或孔可以形成凹形孔。取决于形成孔的用途和容易度，孔的侧壁可以是直的或者倾斜的。提供凹进结构作为表面增加特征或结构可以是有利的，因为载体和/或半导体器件的高度或厚度可以不增加，虽然可用于热对流的表面积可以增加。此外，例如与作为增加表面积的结构的突出相比，提供凹进结构可以减少用于第二部分中的载体的材料量。由此，取决于用于载体的材料，可以减少材料和成本。
根据半导体器件的示例性实施例，所述多个第二特征中的至少一个是盲孔。
特别地，所述多个第二特征或凹进结构中的一个或几个或全部可以是盲孔或凹进结构。用于第二特征的盲孔的使用可以允许提供具有平坦的第一主表面和具有增加表面积的特征（凹进/盲孔）的第二主表面的第二部分。虽然所述平坦的第一主表面可以使至衬底的连接或接触区域成为可能，但是第二主表面可以具有使得能够通过对流改善热消散的增加的表面积。对于矩形盲孔来说，盲孔的典型尺寸可以在长度上为1.5 mm到3.5 mm，在宽度上为0.5 mm到2 mm，以及在深度上为0.1 mm到0.5 mm。术语“凹进结构”可以特别指示形成在例如载体的本体中并且在本体中形成凹坑的表面结构。该术语可以包含盲凹进结构或者包含通过整个本体从一个表面延伸到相对表面的凹进结构。这种凹进结构可以增加其形成于其中的本体的表面积。
根据半导体器件的示例性实施例，第二特征具有来自由矩形、方形、圆形、椭圆形、多边形、星状和槽状构成的形状组的至少一个形状。
特别地，第二特征（例如孔或凹进结构）的形状或形式可以由载体或半导体器件的第二主表面上的顶视图限定。原则上，任何形式或形状都是可能的，并且容易制作的形状可以是优选的以便降低凹进结构的形成工艺的复杂性。对于矩形凹进结构，特征的典型尺寸可以在长度上为1.5 mm到3.5 mm，在宽度上为0.5 mm到2 mm，以及在深度上为0.1 mm到0.5 mm，或者对于圆形凹进结构和方形凹进结构，特征的典型尺寸可以分别在直径上和长度上为1.5 mm到5mm。
根据半导体器件的示例性实施例，第二部分包括用于将半导体器件安装到支撑件的直通孔。特别地，第一特征可以是直通孔。
特别地，该直通孔可以是固定孔。术语“固定孔”可以特别指示适合于将热沉（并且同样将芯片封装或半导体器件）固定到支撑件或支撑结构（诸如衬底，印刷电路板、外部热沉（结构）等）的孔。例如，该固定可以通过经由固定孔拧紧或插入支撑结构的销（pin）来执行。提供固定孔可以为将载体容易地附着到在半导体器件、已封装或包装的芯片外部的支撑件做好准备，所述载体可以是所述半导体器件、已封装或包装的芯片的一部分。特别地，一个或几个直通孔可以形成在载体的第二部分中。在将半导体器件以这样的方式放置、布置或安装到衬底的情况下，提供直通孔可以是有利的，所述方式即第二部分不直接接触衬底、而是以使得第二部分的两个主表面都与周围的流体介质（例如空气）接触的方式被布置。这种布置可以在载体或半导体器件的引线被插入衬底的孔中的情况下来实现。由此，两个主表面的表面积也被增加并且因此为热对流提供改善的接触区域。
根据半导体器件的示例性实施例，载体的第一部分和第二部分具有相同厚度。
根据半导体器件的示例性实施例，第一部分和第二部分包括相同材料。
根据半导体器件的示例性实施例，载体包括来自由铜、铜合金、镍和镍合金构成的组的材料。
特别地，载体的第二部分或整个载体可以包括铜、镍或其合金，或者可以由铜、镍或其合金构成。这些材料可以具有合适的高热导率并且能够容易加工。由此，它可以是用于载体的至少第二部分的合适材料。可替换地，具有良好的热导率的每种材料可以用于载体。
根据半导体器件的示例性实施例，第一部分至少部分地被密封。
根据半导体器件的示例性实施例，两个遮断物中的至少一个是盲孔。可替换地或者附加地，两个遮断物中的至少一个是直通孔。
根据半导体器件的示例性实施例，保持区域是平坦区域。
根据示例性实施例，半导体器件还包括布置在保持区域上的半导体芯片。
根据半导体器件的示例性实施例，凹进结构通过来自由冲压、冲孔、蚀刻、铣削和钻孔构成的工艺组的一种工艺形成。
下面的详细描述参照附图，所述附图借助图示示出其中本发明可以被实施的实施例和具体细节。
图1示出了载体的一部分100，例如载体的热沉部分。特别地，图1示出了热沉部分100，其包括导热材料（例如金属，诸如铜等）的板状热沉本体101并且包括增加热沉部分101的表面积的多个特征或表面结构102。在图1的实施例的情况下，所述特征或表面结构仅形成在一个主表面（在图1中是板状本体的上部主表面）上并且由形成在板状热沉部分101中的矩形凹进结构或盲孔102形成。虽然凹进结构根据图1被布置成规则图案，但是凹进结构也可以被布置成不规则图案。
应当提到的是特征或凹进结构102可以通过冲压、冲孔、铣削、蚀刻工艺形成在板状本体中或者该本体可以已经被形成（例如铸造）为包括凹进结构。而且，应当提到的是凹进结构的取向是任意的。
在图1的情况下，热沉部分101仅包括盲孔。由此，第一主表面（在图1中为下部主表面）仍具有平坦或平面表面，而第二主表面（在图1中为上部主表面）包括增加第二主表面的表面积的多个凹进结构。热沉部分的平坦或平面第一主表面或背部可以提供与衬底（比如印刷电路板（PCB））或外部热沉的良好的热接触，从而可以通过第一主表面和被接触的PCB来使得能够通过热传导进行良好热消散。同时，第二主表面的增加的表面积在第二表面暴露于流体介质（比如空气）时可以通过对流改善热消散。取决于凹进结构或盲孔的数目，对流表面可以增加了大约30%到60%或甚至更多。同时，热沉部分的材料消耗可以减少了例如10%到30%。在相对昂贵的金属（例如铜）用作热沉部分的材料的情况下，该减少可以引起热沉的显著成本降低，同时增加可用于热对流的表面积。
图2A到2E示出根据示例性实施例的不同半导体器件。
特别地，图2A示出通过注模填料密封的半导体器件或封装200，即芯片或管芯（未示出）。在通过注模填料形成芯片的密封之前，该芯片附着到引线框或载体的管芯座或第一部分。除管芯座或芯片接收区域之外，该载体包括热沉部分或第二部分201以及引线或引线部分205，其可选地也可以形成用于电接触已密封的芯片的导体路径或导体。如同在图1的例子中，凹进结构202由热沉部分中的矩形孔形成。然而，根据图2A的示例性实施例，孔202是直通孔。另外，圆形中央直通或固定孔203在图2A中示出，其可以用于将热沉部分201和由此的封装200固定（例如拧紧或插入）到衬底。
应当注意，在直通孔的情况下，载体的热沉部分，即本体的其余材料结构204，优选具有足够的强度以维持载体的热沉部分201的稳定性。通常，提供直通孔可以提高热沉部分的材料的节省并且同时可以增进热沉部分的表面积的扩大，由此改善热沉的通过热对流消散热量的能力。
图2B示出可用于热沉部分的凹进结构的另一示例性实施例。特别地，圆形直通孔212形成在作为半导体器件或封装210的一部分的热沉部分211中。如同图2A的实施例，图2B的实施例包括用于固定或拧紧的中央圆形孔213和用于电气地和/或机械地连接封装210的一些导体线215。
图2C示出可用于载体的热沉部分的凹进结构或表面结构的另一示例性实施例。特别地，不同形状（菱形、正方形和多边形）的直通孔222形成在作为半导体器件或封装210的一部分的热沉部分221中。应当注意，与图2A和2B中的实施例相反以及与下面描述的图2D和2E中所示的实施例相反，图2C的实施例不包括固定孔或螺孔。然而，应当提到的是提供这种螺孔在所描绘的例子的任何一个中都是可选的，即热沉部分的示例性实施例的每一个可以包括或者可以不包括可以布置在热沉的中心或偏离中心的一个或几个螺孔。
图2D和2E示出可以使用以便改善封装的热消散的热沉部分231的凹进结构的其它示例性实施例。在图2D和2E的情况下，凹进结构232由可以以任何合适取向布置的槽形成。槽232形成尖端（tip）234，其也可以改善包括热沉部分231的封装230的热消散。
图3A和3B示出根据示例性实施例的不同半导体器件布置。
特别地，图3A示出包括封装301的半导体器件300的截面图，该封装301包括包含热沉部分302的载体。热沉部分302包括增加热沉部分302的表面积的凹进结构或表面结构303。根据图3A，凹进结构由盲孔形成，使得热沉本体的连续部分304保持在热沉部分的第一主表面，而热沉部分的第二主表面具有增加的表面积。例如借助粘合剂通过表面安装技术、安装螺丝等，以使得热沉部分302的第一主表面与衬底305直接接触的方式，将包括热沉部分302的封装301固定或安装到衬底305（例如PCB）或外部热沉。由于热沉部分的连续第一或背部主表面，在热沉部分302和衬底305之间提供良好的直接接触，导致通过热传导的良好热消散。同时，结构化的第二主表面具有增加的表面积并且由此提供通过热对流到周围空气的良好热消散。另外，图3A示出电导体路径、引线或线路306，其可以用于将封装301的芯片与外部部件（例如电气或电子电路）电气地和/或机械地连接。虽然在图3A中示出三个引线或导体路径，当然取决于相应使用的芯片的需求，引线的数目可以是不同的。例如，引线的数目可以是五、七或甚至更多。此外，导体路径或引线不需要是直的，而是可以交错或弯曲。
图3B示出半导体器件布置的另一示例性实施例。特别地，图3B示出包括封装311的半导体器件310的示意透视图，所述封装311包括包含热沉部分312的载体。热沉部分312包括增加热沉部分312的表面积的凹进结构313。根据图3B，凹进结构由盲孔形成使得热沉部分的连续部分314保持在热沉的第一主表面处。然而，凹进结构也可以由直通孔形成。与图3A所示的实施例对比，图3B的封装311不是以使得热沉部分312与衬底直接接触的方式被安装到衬底315，而是封装311借助到衬底的电导体、引线或导体线路316例如通过将引线插入衬底的孔或通孔中被安装到衬底315。由此，热沉部分312通过对流而不是通过热传导也将热量从第一主表面消散。
应当注意载体或引线框的热沉部分的典型大小可以在下述范围内：长度为2 mm 到30 mm，宽度为2 mm 到30 mm，以及高度为0.5 mm 到5 mm，例如在矩形盲孔的情况下长度为2.4 mm且高度为0.285 mm。然而，这些数字仅被给出作为例子，并且可以根据它们是其一部分或被附着到的封装的特定需求和/或大小而在广泛范围内变化。还应当提到的是，当增加表面积的凹进结构由多个孔形成时，所述多个孔中的一些孔可以由直通孔形成而其它孔可以由盲孔形成。
图4示出根据示例性实施例的制造半导体器件的方法400的流程图。特别地，图4的流程图包括提供包括被配置成保持半导体芯片的第一部分和被配置用于将半导体器件安装到支撑件的第二部分的载体的第一步401。例如，载体可以是一般用作载体的空白处（blank）或用于形成引线框的金属片。然而，至少一个特征形成在第二部分中，其中该至少一个特征被配置成促进将热量传递离开第一部分，其中该至少一个特征增加第二部分的表面积。该至少一个特征，例如凹进结构，可以通过冲压、冲孔、钻孔、铣削、蚀刻或任何其它合适的工艺形成。还可以的是，例如通过使用铸件的注模工艺可以已经形成已经包括该至少一个特征的板状载体，所述铸件已经包括互补表面结构。该至少一个特征可以被形成为具有对应于凹形盲孔或直通孔的形状。在完成载体之后，该载体可以附着到芯片并且然后可以安装到外部热沉或衬底。
应当注意，术语“包括”不排除其它元件或特征并且“一”或“一个”不排除多个。还可以组合与不同实施例关联描述的元件。还应当注意参考标记不应被理解为限制权利要求的范围。虽然已经参照特定实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出各种形式和细节上的改变。本发明的范围因而由所附权利要求指示，并且因此在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变旨在被包含。