具有銦熱偶的電子組件的構造方法及具有銦熱偶的電子組件的製作方法
2023-06-10 00:12:41 3
專利名稱：具有銦熱偶的電子組件的構造方法及具有銦熱偶的電子組件的製作方法
發明的領域本發明涉及一種構造電子組件的方法和根據本發明的方法製造的一種電子組件。
背景技術：
集成電路被形成在半導體晶片上。然後該晶片被鋸成半導體晶片。然後每個半導體晶片被安裝到預裝件基底上。半導體晶片中的集成電路可以被加電，且數據信號可以經預裝件基底被發送到集成電路和從集成電路接收數據信號。
當集成電路被加電時，在半導體晶片上會產生熱量，如果熱量不被轉移走，熱量會導致集成電路被損壞。熱傳導板通常位於鄰近半導體晶片處。熱傳導油可存在於半導體晶片和熱傳導板之間。熱傳導油接觸半導體晶片和另一側接觸熱傳導板，並作為半導體晶片和熱傳導板之間的熱偶。然後熱量可被從半導體晶片通過油脂傳遞到熱傳導板，在此處，熱量可被轉移到散熱器或其它設備，並藉助對流傳遞到外界。
對於高功率的應用，使用油脂作為熱偶通常是不合適的。當在半導體晶片上產生大量熱量時，熱傳導油不能轉移足夠量的熱量。熱傳導油不是良好的熱量傳導體的一個原因是，在熱傳導油中沒有金屬。另一方面，金屬通常也是電導體。因此通常避免使用金屬作為熱偶，這是因為，電導金屬可能導致半導體晶片或預裝件基底的部件之間的短路。
發明概述根據本發明的一個方面提供一種構造電子組件的方法。該電子組件由半導體預裝件構成，該半導體預裝件包括一預裝件基底和一安裝在該預裝件基底上的半導體晶片，一熱傳導元件，以及一種包括銦的物質。該方法包括，將熱傳導元件和半導體預裝件沿著所選擇方向彼此相對固定，熱傳導元件位於半導體晶片與預裝件基底相對的一側，且在半導體晶片和至少一部分熱傳導元件之間存在一種物質。該物質一側與半導體晶片熱相連，而另一側與熱傳導元件的部分熱連接。
附圖簡要說明藉助示例，將參照附圖對本發明作進一步說明，其中
圖1為一蓋的部分側視圖，該蓋被用於構造根據本發明的一實施例的電子組件；圖2為在第一片第一合金被插入蓋的凹槽中之後，該蓋的部分側視圖；圖3為在第一片被加熱導致第一合金被熔化之後的部分側視圖；圖4為在第一合金被凝固之後蓋的側視圖；圖5為蓋的部分側視圖，進一步示出了位於凹槽之中的第二薄片；圖6為一部分側視圖，示出了圖5的結合怎樣被加熱，及第一合金中的砂眼怎樣被去除；圖7為在被冷卻後蓋，第一合金，和第一薄片的部分側視圖；圖8為電子組件的組成部分的側視圖，示出了蓋，第一合金，第二薄片，還包括具有一預裝件基底和一半導體晶片的半導體預裝件，此外還包括第二合金的第三薄片；圖9為在第二薄片被定位在第三薄片上之後，附圖8的組件的部分側視圖；圖10為在第一合金，第二薄片，第三薄片被加熱從而導致它們熔化成為一種混合物之後，圖9的組件的部分側視圖；圖11為在將混合物冷卻並被凝固之後，圖10的組件的部分側視圖。
本發明的詳細描述附圖1到附圖11示出了一種構造電子組件的方法。一種含銦合金位於蓋的凹槽之中。然後該含銦合金被加熱，由於合金和蓋的材料之間的反應導致在其中形成不利的砂眼。通過對合金進行加熱並將一股空氣引導到合金上而去除所述砂眼。具有比合金更高熔化溫度的一個銦板被用來防止當一股空氣撞擊於其上時所產生合金的飛濺。然後蓋與合金被組裝在一起並與半導體預裝件一起裝入電子組件中。主要由於使用了銦，合金具有良好的熱傳導性能。合金是電絕緣體，這就保證了半導體預裝件的組件彼此電絕緣。該合金不會穿透進入半導體預裝件的預裝件基底材料中。合金還具有相對較低的熔化溫度，這就能夠熔化合金而不會引起半導體預裝件的半導體晶片中的集成電路被破壞。不考慮當被加熱時合金產生砂眼，砂眼被從合金的熱傳導部去除。
附圖1示出了一可熱傳導的蓋10，其被用於構造根據本發明的電子組件。該蓋10可由具有良好熱傳導性能的材料，例如銅製成。蓋10包括一個中心部分12和四個側壁14。一凹槽16被限定在側壁14中的中央部分12上。
蓋10被清潔，如圖2所示，第一合金的第一薄片18被插入凹槽16中。該第一薄片18的尺寸被定為裝配在側壁14之間且幾乎填滿凹槽16。該第一合金的質量比最好為鉍44.7％，鉛22.6％，銦19.1％，錫8.3％，鎘5.3％。這種類型的合金薄片可由紐約尤蒂卡的美國銦公司獲得。該合金的選擇和特性通過下述說明將很明顯。
然後，第一薄片18的蓋10被加熱到高於第一合金的熔化溫度約115℃，從而如圖3所示使第一合金18熔化。第一合金18中的銦與蓋10的銅反應，從而在第一合金18中產生氣泡或砂眼20。第一合金18中的砂眼不利於熱傳導。然而，如果使用純銦代替合金18，則砂眼20的數量將會很大地降低。
然後，第一合金18被冷卻，從而導致其如圖4所示凝固。然後砂眼20陷入凝固的第一合金18中。
然後如圖5所示，第二薄片22被定位於第二合金18的頂部。典型地，第二薄片22約為2mm厚，且最好由純銦製成。第二薄片22位於蓋10的邊緣24上面。
然後，如圖6所示，使用紅外線輻射26從下方加熱蓋10。熱量被從蓋10轉移到第一合金18。蓋10、第一合金和第二薄片22的組合被加熱到高於第一合金18的熔化溫度115℃的溫度。第二薄片22的純銦的熔點約為135℃。蓋10、第一合金18和第二薄片22的組合被加熱到低於第二薄片22的熔點135℃的溫度。從而，第一合金18被熔化，而第二薄片22仍然是固體。當與基本上是純銦的第二薄片22相比較時，由於在第一合金18中包括鉛，因此第一合金18的熔點較低。鉛的質量最好佔0.5％和30％之間。
噴嘴28被用於直接將一股空氣30噴射到第二薄片22的中心部分上。該股空氣30大體上成直角衝擊到第二薄片22上，並從第二薄片22的中心部分向外散布。由於該股空氣30的轉向，在第二薄片22上產生一個力，該力被傳遞到第一合金18。這個由空氣產生的力將砂眼20從第一合金18的中心部分32去除。大多數砂眼20從邊緣24和第二薄片22的邊緣之間的邊緣區域逃脫。一些砂眼20可能仍然留在第一合金18的外部。然而，第一合金18的中心部分32基本上或完全沒有砂眼。然後第一合金18被冷卻，從而如圖7所示，使其凝固。一些砂眼20可能存在於凝固的第一合金18的外區。第二薄片22存在於凝固的第二合金18上。
附圖8示出了蓋10，包括第一合金18和被倒置的第二薄片22，以及用於構造根據本發明的一實施例的電子組件的半導體預裝件34。該半導體預裝件包括一預裝件基底38和一半導體晶片40。
該預裝件基底38至少部分地由電介質材料製成。該電介質材料可以是一種樹脂，如bismateinite三嗪樹脂，該樹脂形成其表面。球狀柵格陣列42形式的焊球陣列存在於預裝件基底38的下表面上。
典型地，半導體晶片40由半導體材料例如矽製成，並在其中形成集成電路(未示出)。焊料凸起44陣列被形成在包含集成電路的半導體晶片40的上表面上，然後，如圖8所示，根據通常稱為「受控壓縮晶片結合」(controlled collapsechip connect)(C4)的方法，半導體晶片40被翻轉，從而焊料凸起44位於底部。半導體晶片40位於預裝件基底38的上表面，焊料凸起44位於預裝件基底38和半導體晶片40之間。然後半導體預裝件34被加熱，並被冷卻，從而使其它凸起44附著到預裝件基底38。
第二合金的第三薄片50位於半導體晶片40上面。第三薄片50的第二合金的組成可與第一合金18的組成相同。
然後，如圖9所示，第二薄片22的下表面與第三薄片50的上表面接觸，從而第二薄片22、第一合金18和蓋子10的組合留存在第三薄片50上。
然後，如圖9所示的組合被加熱到高於135℃。第一和第二合金18、50以及第二薄片26在高於135℃的溫度下熔化。如圖9所示的組合從不被加熱到高於150℃，從而避免了半導體晶片40中的集成電路的損壞。當第一和第二合金18、50以及第二薄片22被熔化時，如圖10所示，蓋子10落在預裝件基底38上。熔化的第三薄片50被用作潤溼層，以保證半導體晶片40的上表面上的適當的熱偶。第一和第二合金18、50和第二薄片26的銦的熔化的混合物52填滿半導體晶片40與蓋10的中心部12之間的整個區域。從而被熔化的混合物52與半導體晶片40的上表面和蓋10的中心部12的下表面相接觸。
由於對熔化混合物52的材料進行選擇，從而混合物52不會進入預裝件基底38的電介質材料，但如果使用另一種金屬代替合金52則會發生上述情況。
然後如圖10所示的組合被冷卻，從而如圖11所示導致混合物52凝固。然後環氧焊珠54就位於蓋10和預裝件基底38之間的被填滿的界面中。環氧焊珠52將蓋10固定到預裝件基底38，從而完成了電子組件60的構造。
混合物52在半導體晶片40和蓋10之間提供了足夠的熱偶，主要原因是在混合物52中應用了金屬銦。雖然更高的百分含量例如至少10％為更好的熱導體，混合物52中的銦最好佔質量的1％，以提供足夠的熱偶。包括銦的混合物為電絕緣體，從而半導體預裝件34的組件，例如焊料凸起44或預裝件基底38上的導電軌跡(electric traces)，被彼此電隔離，即使混合物52接觸這些組件。應當注意，通過其將熱量從半導體晶片40傳遞到蓋10的中心部分基本上沒有砂眼，這就保證了半導體晶片40和蓋10之間充分的熱傳遞。
實施例已經被描述，並在附圖中示出，應當理解該實施例僅是說明性的，對本發明並沒有限定性，且由於本領域普通技術人員可能作出改進，因此，本發明並不限定到示出並說明的具體結構和布置。
權利要求
1.一種構造電子組件的方法，該電子組件由(i)一半導體預裝件，其包括一預裝件基底、一被安裝到預裝件基底上且在其上形成集成電路的半導體晶片；(ii)一熱傳導元件；和(iii)一種包括銦的物質組成，該方法包括將熱傳導元件和半導體預裝件沿彼此相對的所選定方向固定，從而元件的至少一部分位於半導體晶片的與預裝件基底相反的一側上，所述物質位於半導體晶片和元件的所述部分之間，該物質在半導體晶片和元件的所述部分之間提供熱偶。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述物質在其一側接觸半導體晶片。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述物質在其相反的一側接觸元件的所述部分。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述物質為電絕緣的熱傳導合金，從而能夠與半導體預裝件的兩部分接觸，而在兩部分之間不產生短路。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括當所述物質處於半導體模具附近時，對該物質進行加熱，所述物質被加熱到高於熔點的溫度。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述物質的熔點低於150℃，並被加熱到高於其熔點但低於導致集成電路損壞的溫度。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述元件是一個蓋，該蓋具有一凹槽，所述物質為位於凹槽中的材料的第一薄片，該方法還包括對凹槽中的第一薄片進行加熱，使其熔化。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述蓋是一種熱傳導材料，當合金被加熱而熔化時所述材料與合金反應，合金與蓋的材料的反應導致在合金中產生砂眼，該方法還包括從物質的一部分中去除至少一些砂眼，當蓋和半導體預裝件以所選擇方向定位時，物質的所述部分位於半導體晶片和蓋的所述部分之間。
9.根據權利要求8所述的方法，其中當合金與蓋的所述材料反應時，所產生的砂眼比當純銦與蓋的材料反應時所產生的砂眼少。
10.根據權利要求8所述的方法，其中蓋的熱傳導材料為銅。
11.根據權利要求8所述的方法，其中將砂眼被從物質的所述部分中去除。
12.根據權利要求11所述的方法，其中利用一股流體所產生的力將砂眼從所述物質的部分中移走從而將砂眼去除。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括在所述物質的上面放置第二薄片；將所述物質加熱到高於其熔點而低於第二薄片的材料的熔點的溫度，從而使所述物質熔化，因此，當所述物質被熔化時，第二薄片的材料保持完整，一股流體衝擊到第二薄片上，第二薄片防止由於流體而導致的被熔化的物質的飛濺。
14.根據權利要求13所述的方法，其中第二薄片的材料包括銦。
15.根據權利要求13所述的方法，還包括在砂眼被去除之後，將所述物質冷卻，且所述物質被冷卻到低於其熔點的溫度；將所述物質定位於靠近半導體晶片；將所述物質加熱到高於其熔點，從而使所述物質在半導體晶片上回流。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括將包含銦的第三薄片定位在半導體晶片上，該第三薄片和所述物質被同時加熱到高於它們的熔點，該第三薄片作為潤溼層，用於保證適當地熱偶合到半導體晶片。
17.一種構造電子組件的方法，該電子組件由(i)一半導體預裝件，其包括一預裝件基底、一被安裝到預裝件基底上且在其上形成集成電路的半導體晶片；(ii)一熱傳導材料製成的蓋，該蓋具有凹槽；(iii)第一合金的第一薄片組成，該方法包括將第一薄片定位在凹槽中；將第一薄片加熱到高於其熔點的溫度，使第一合金軟化，該第一合金與蓋的材料反應，從而在第一合金中產生砂眼；將第二薄片材料定位於第一合金上，該第二薄片材料包括銦，且具有比第一合金更高的熔點；當第二薄片和第一合金處於第一合金的熔點與第二薄片的熔點之間的溫度時，將一股流體引導到第二薄片上，第二薄片防止由於流體而導致的第一合金的飛濺，該流體將砂眼從第一合金的至少一部分中清除；將蓋和半導體預裝件沿所選擇方向定位，其中半導體晶片鄰近凹槽；將第二薄片和第一合金加熱到高於第二薄片的熔點的溫度，從而在半導體晶片上產生第二薄片和第一合金的回流，第二薄片和第一合金的材料與存在於半導體晶片和蓋之間的第一合金的所述部分提供了蓋和半導體晶片之間的熱偶合，第一合金是電絕緣的，從而能夠接觸半導體預裝件的兩部分，而不使兩部分之間出現短路。
18.根據權利要求17所述的方法，其中合金包括銦。
19.一種電子組件包括一預裝件基底；一安裝在預裝件上的半導體晶片；一位於半導體晶片的與預裝件基底相反側上的熱傳導元件；以及一種物質，包括一種金屬，其在半導體晶片和熱傳導元件之間，該物質在其一側接觸半導體晶片，並在其相反一側接觸熱傳導元件，從而將半導體晶片熱偶合到熱傳導元件。
20.根據權利要求19所述的電子組件，其中所述物質是電絕緣的，從而能夠接觸半導體預裝件的兩部分，而不在兩部分之間產生短路。
21.根據權利要求20所述的電子組件，其中金屬是銦。
全文摘要
根據本發明的一方面提供一種構造電子組件的方法。該電子組件由一半導體預裝件構成,該半導體預裝件包括一預裝件基底和安裝到該預裝件基底上的半導體晶片,以及熱傳導元件和一種包含銦的物質。所述方法包括:將熱傳導元件和半導體預裝件沿彼此相對的所選擇方向固定,且熱傳導元件位於半導體晶片的與預裝件基底相反的一側上,且在半導體晶片和熱傳導元件的至少一部分之間存在一種物質。該物質在其一側與半導體晶片熱偶合,且在其相反一側與熱傳導元件的所述部分熱偶合。
文檔編號H01L23/34GK1373903SQ00812632
公開日2002年10月9日 申請日期2000年8月29日 優先權日1999年9月13日
發明者T·J·蒂松, P·W·楚裡拉, D·H·普倫 申請人:英特爾公司