預制結構及其形成方法、和焊接半導體芯片布置的方法
【技術領域】
[0001] 實施例設及焊接半導體忍片并且特別設及用于焊接半導體忍片布置的預制結構、 用于形成用于半導體忍片布置的預制結構的方法、W及用于焊接半導體忍片布置的方法。
【背景技術】
[0002] 在娃忍片和引線框架之間的溫度應力可能由焊料連接引起。利用軟焊料，只要焊 料是液體，在忍片和襯底之間的焊料合金焊盤可W允許忍片變形，運最小化它的內部溫度 應力。然而利用擴散焊料，可能要求其它方式來維持忍片的平坦形狀，運可能除了溫度應力 之外生成機械力。當與軟焊料相比較時，運些應力相當大并且可能永久駐留在忍片的個別 層中。

【發明內容】

[0003] -些實施例設及用于焊接半導體忍片布置的預制結構。預制結構包含碳纖維復合 片和在碳纖維復合片之上形成的焊料層。
[0004] -些實施例設及用于形成用于半導體忍片布置的預制結構的方法。方法包含熱壓 碳纖維和補充材料W得到碳纖維復合片。方法進一步包含基于碳纖維復合片形成預制結 構。
[0005] -些實施例設及用于焊接半導體忍片布置的方法。方法包含將預制結構布置在半 導體忍片和載體結構之間。預制結構的橫向側的表面積小于半導體忍片的橫向側的表面 積。方法進一步包含焊接半導體忍片布置。
【附圖說明】
[0006] 下面僅作為示例并且參考附圖將描述設備和/或方法的一些實施例，在附圖中： 圖1示出預制結構的示意圖解； 圖2示出進一步預制結構的示意圖解； 圖3示出半導體忍片布置的示意圖解； 圖4示出用于形成預制結構的方法的流程圖； 圖5A示出用于焊接半導體忍片布置的方法的流程圖； 圖5B示出在擴散焊接之前的半導體忍片布置的示意圖解； 圖5C示出進一步半導體忍片布置的示意圖解。
【具體實施方式】
[0007] 現在參考在其中圖解一些示例實施例的附圖將更完全地描述各種示例實施例。在 附圖中，為了清楚起見可W放大線、層和/或區的厚度。
[0008] 所W，盡管示例實施例能夠是各種修改和替換形式，但是其實施例作為示例在附 圖中示出并且將在本文中詳細描述。然而應該理解不意圖將示例實施例限制到公開的特定 形式，而是相反地示例實施例要覆蓋落在公開內容的范圍內的所有修改、等價物、和替換方 式。貫穿附圖的描述，相似的數字指的是相似或類似的元件。
[0009] 將理解當元件被稱為被"連接"或"禪合"到另一個元件時，它能夠被直接連接或 禪合到另一個元件或可W存在居間元件。相比之下，當元件被稱為被"直接連接"或"直接 禪合巧Ij另一個元件時，不存在居間元件。用來描述元件之間的關系的其它詞語應該W相似 的方式(例如，"在…之間"對"直接在…之間"、"相鄰"對"直接相鄰"等等）來解釋。
[0010] 在本文中使用的術語僅為了描述特定實施例的目的并且不意圖是示例實施例的 限制。如在本文中使用的，單數形式"一（a)"、"一個（an)"和"該（the)"也意圖包含復數形 式，除非上下文另外清楚地指示。將進一步理解當在本文中使用時術語"包括（comprise)"、 "包括著（comprising)"、"包含（include)"、和/或"包含著（including)"指定陳述的特征、 整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它特征、整數、步驟、操 作、元件、部件和/或其群組的存在或添加。
[0011] 除非另外限定，在本文中使用的所有術語(包含技術和科學術語）具有與示例實施 例所屬的領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解術語(例如，在常用字 典中限定的那些）應該被解釋為具有與它們在相關領域的上下文中的含義一致的含義，并 且將不被W理想化或過度正式的意思來解釋，除非在本文中明確地運樣限定。
[0012] 圖1示出依據實施例的用于焊接半導體忍片布置的預制結構100的示意圖解。
[0013] 預制結構100包含碳纖維復合片102和在碳纖維復合片102之上形成的焊料層 104。
[0014] 由于預制結構中包含碳纖維復合片和焊料層，可W減少由用于焊接半導體忍片布 置的焊料生成的溫度應力。比如，由于碳纖維復合片的熱膨脹系數與半導體忍片布置的半 導體忍片的熱膨脹系數的相似性，可W減少溫度應力。此外，包含碳纖維復合片的預制結構 可W提供到半導體忍片布置的導電和導熱連接兩者。
[0015] 要被焊接的半導體忍片布置可W包含半導體忍片或半導體管忍，該半導體忍片或 半導體管忍比如可W包含半導體襯底或晶片的部分。比如，半導體忍片（或管忍）可W從包 括多個半導體忍片(或管忍）的半導體襯底或晶片被切塊或個別化，從而半導體忍片布置具 有預限定的橫向頂和底側或表面，每個具有預限定的橫向表面積。比如，半導體忍片的橫向 表面積可W是0.5mmX0.5mm或更大，例如1mmXlmm或更大，或例如10mmX10mm或 更大。半導體忍片布置的半導體忍片比如可W包含在半導體忍片中形成的一個或多個有源 或無源電元件或器件(例如，晶體管、二極管、或晶閩管)。半導體忍片可W包含半導體襯底， 該半導體襯底比如可W是基于娃的半導體襯底、基于碳化娃的半導體襯底、基于神化嫁的 半導體襯底或基于氮化嫁的半導體襯底。
[0016] 半導體忍片布置也可W包含載體結構(例如，引線框架、板、或電路板)，該載體結 構可W經由預制結構被焊接到半導體忍片。比如，引線框架可W是銅合金或銅引線框架。
[0017] 預制結構100可W是預形成或預制作的結構，其比如可W具有一個或多個預確定 的橫向尺度。比如，預制結構可W具有下述厚度：該厚度位于200 ym到400 ym之間，例 如在250 ym到400 ym之間，或例如在275 ym到350 ym之間。比如，預制結構可W具 有預限定的橫向頂和底側，該預限定的橫向頂和底側具有預限定的橫向表面積。取決于應 用，可W選擇預制結構100的橫向側或表面的表面積。在一些示例中，預制結構100的橫向 側或表面的表面積可W大約等于或大于要被焊接的半導體忍片布置的半導體忍片的橫向 側或表面的表面積。在其它示例中，預制結構100的橫向側或表面的表面積可W小于要被 焊接的半導體忍片布置的半導體忍片的橫向側或表面的表面積。
[0018] 碳纖維復合片102可W包含熱壓W形成碳纖維復合片102的碳纖維W及銅和/或 銘的混合物。預制結構100的碳纖維復合片102可W是熱壓的復合片并且比如可W具有第 一橫向側或表面和第二橫向側或表面。比如，第一橫向側和第二橫向側的橫向長度或寬度 可W大于碳纖維復合片的厚度。比如，第一橫向側和第二橫向側的橫向長度或寬度可W是 碳纖維復合片的厚度的10倍或例如100倍或例如500倍。碳纖維復合片可W具有下述厚 度：該厚度位于50 ym到250 ym之間，例如在50 ym到200 ym之間，或例如在100 ym 到175 ym之間。比如，碳纖維復合片可W包含50%到80%之間例如55%到75%之間或例 如60%至Ij 70%之間的銅或銘。
[0019] 預制結構100比如可W包含用于焊接半導體忍片布置的焊料材料層。比如，焊料 層104可W包含金-錫或銀-錫。半導體忍片比如可W經由預制結構(例如，經由預制結構 的焊料層104)被擴散焊接到引線框架。焊料層104可W被(例如，直接地或間接地)沉積在 碳纖維復合片102上。
[0020] 通過(例如在沉積焊料層之前）執行碳纖維復合片102的一個或多個拋光工藝，在 碳纖維復合片102之上形成的焊料層104的表面粗糖度比如可W小于2 ym，或例如小于 1.5 ym，或例如小于1 ym。可選地或額外地，焊料層104比如可W被沉積在要被焊接的半 導體忍片的側之上或在要被焊接的引線框架的側之上，而不是被沉積在碳纖維復合片102 之上或除了被沉積在碳纖維復合片102之上之外。
[0021] 由于使用包含用于焊接半導體忍片布置的碳纖維復合片的預制結構，比如可W減 少由焊料生成的溫度應力。此外，比如運樣的預制結構可W在半導體忍片布置和引線框架 之間提供導電和導熱連接(例如，大于大約100 W/mK，或例如大于大約1000 W/mK，或例如大 于大約2000 W/mK)兩者，并且可W被用于在半導體忍片和引線框架之間承載或傳遞電信 號。
[0022] 圖2示出依據實施例的預制結構200的示意圖解。預制結構200可W類似于關于 圖1描述的預制結構。
[0023] 預制結構200可W包含碳纖維復合片102,該碳纖維復合片102可W具有第一橫向 偵U 205或表面和第二橫向側206或表面。預制結構200可W包含在碳纖維片102和焊料層 之間形成的導電層203a。
[0024] 比如，導電層203a可W在碳纖維復合片102的第一橫向側205處在碳纖維復合片 102和焊料層104a之間形成。比如，導電層203a可W在碳纖維復合片102的第一橫向側 205之上或直接在碳纖維復合片102的第一橫向側205上形成，并且第一焊料層104a可W 在束一導電層203a之上或直接在束一導電層203a上形成。
[00巧]可選地或額外地，第二導電層203b可W在碳纖維復合片102的第二橫向側206處 在碳纖維復合片102和第二焊料層104b之間形成。第二橫向側206可W與碳纖維復合片的 第一橫向側205相對。比如，第二導電層203b可W在碳纖維復合片102的第二橫向側206 之上或直接在碳纖維復合片102的第二橫向側206上形成，并且第二焊料層104b可W在第 二導電層203b之上或直接在第二導電層203b上形成。
[0026] 可W可能的是導電層可W包含導電層堆疊中的一個或多個居間導電層。導電層可 W至少部分、基本上或完全覆蓋碳纖維復合片的第一橫向側205和/或第二橫向側206。
[0027] 焊料層(例如，分別104a或104b)可