用于热管理的背侧散热器的集成制造技术

本发明专利技术涉及用于热管理的背侧散热器的集成。一种微电子器件(100)包括半导体器件(102)，其中，在该半导体器件(102)的前表面(104)处具有组件(108)并且在该半导体器件(102)的后表面(106)上具有背侧散热器层(110)。该背侧散热器层(110)的厚度为100纳米至3微米，具有至少150瓦特/(米·开尔文)的层内导热系数、以及小于100微欧姆厘米的电阻率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子器件的领域。更具体地，本专利技术涉及在微电子器件中的热管理结构。
技术介绍
具有局部生热组件的半导体器件经历导致降低可靠性的热点。去除热量同时保持期望的成本和结构形式因素已经是个问题。
技术实现思路
下面呈现简单的概述以便提供对该专利技术的一个或更多方面的基本理解。此概述不是该专利技术的广泛综述，并且既不旨在标识该专利技术的关键或重要因素，也不旨在描绘其范围。而是，该概述的主要目的是以简化的形式呈现该专利技术的一些概念，作为之后呈现的更加详细的描述的前序。一种微电子器件包括半导体器件，在该半导体器件的前表面处具有组件并且在该半导体器件的后表面上具有背侧散热器层。该背侧散热器层的厚度为100纳米至3微米，具有至少150瓦特/ (米.开尔文)的层内导热系数(in-plane thermal conductivity)、以及小于100微欧姆厘米的电阻率。附图简要说明图1是具有背侧散热器层的示例性微电子器件的截面。图2是具有背侧散热器层的另一个示例性微电子器件的截面。图3是具有背侧散热器层的另一个示例性微电子器件的截面。图4是具有背侧散热器层的另一个示例性微电子器件的截面。图5A至图5C描绘了形成具有背侧散热器层的微电子器件的示例性过程。图6描绘了一种用于在微电子器件上形成背侧散热器层的示例性方法。图7A和图7B描绘了用于在微电子器件上形成散热器层的另一个示例性方法。【具体实施方式】以下同时处于申请状态的专利申请(co-pending patent applicat1n)是相关的并且通过以下引用结合在此:美国专利申请12/xxx，XXX(德州仪器案卷号T1-73378与此申请同时提交)。参照这些附图描述本专利技术。这些附图不是按比例绘制的并且提供它们仅为了说明该专利技术。以下参照用于说明的多个示例性应用描述了该专利技术的若干方面。应当理解的是，列出许多具体的细节、关系和方法以提供对该专利技术的理解。然而，相关领域的技术人员将容易地意识到，能够无需这些具体细节中的一个或更多细节或者使用其他方法来实践该专利技术。在其他实例中，没有详细地示出众所周知的结构或者操作以避免混淆该专利技术。本专利技术不受展示的行动或者事件的顺序所限制，因为某些行动可以以不同的顺序发生和/或与其他行动或者事件同时发生。此外，不要求所有展示的行动或者事件根据本专利技术实施方法。为了本披露的目的，术语“微电子器件”可以指诸如集成电路或者离散半导体组件的半导体器件，可以指与其他半导体器件在一个薄片中的半导体器件，可以指安装在衬底上的半导体器件，可以指在封装中的半导体器件，以及可以指被密封在电绝缘材料中的半导体器件。图1是具有背侧散热器层的示例性微电子器件的截面。微电子器件100包括具有前表面104和后表面106的半导体器件102。诸如晶体管、二极管或者电阻器的组件108在半导体器件102中在前表面104处形成。组件108可以深入延伸进入半导体器件中，有可能到达后表面106。背侧散热器层110在半导体器件102的后表面106处形成。背侧散热器层110包括散热器材料112，该散热器材料可以按照在图1中所描绘的被图案化或者可以是连续的。该散热器材料112的厚度为100纳米至3微米，具有至少150瓦特/ (米?开尔文)的层内导热系数、以及小于100微欧姆厘米的电阻率。散热器材料112可以包括例如石墨、碳纳米管(CNT)、多层石墨烯、和/或氮化硼。背侧散热器层110可以可选地包括在散热器材料112和半导体器件102的后表面106之间的粘合层114。粘合层114可以包括例如通过溅射形成的钛或钛钨，并且可以减少散热器材料112的分层。诸如镍的其他金属可以被添加到粘合层114以改进随后形成散热器材料112。背侧散热器层110可以可选地包括在散热器材料112上与后表面106相反的盖层(cap layer) 1160盖层116可以包括例如通过溅射形成的钛和氮化钛，并且可以减少散热器材料112的分层。半导体器件102被安装在衬底118上，该衬底包括包含玻璃纤维加强塑料(FRP)的头部120、包含铜的顶部引线122、连接至顶部引线122的包含铜的通孔124、连接至通孔124的包含铜的底部引线126、以及连接至底部引线126的锡球128。半导体器件102被贴附到具有诸如环氧树脂的电绝缘固晶胶130的衬底118，该电绝缘固晶胶将背侧散热器层110贴附于顶部引线122。通过在前表面104处的接线键合(wire bond) 132将在半导体器件102中的电路连接至顶部引线122。在微电子器件100的操作过程中，组件108可以生成非期望量的热量；背侧散热器层110可以传导热量使之远离组件108并且因此相比于相似的没有背侧散热器层的微电子器件，有利地减少了在组件108中的温度上升。图2是具有背侧散热器层的另一个示例性微电子器件的截面。微电子器件200包括具有前表面204和后表面206的半导体器件202。组件208在半导体器件202中在前表面204处形成。组件208可以深入延伸进入半导体器件中，有可能到达后表面206。背侧散热器层210在半导体器件202的后表面206处形成。背侧散热器层210包括散热器材料212，该散热器材料可以如在图2中所描绘的是连续的或者可以被图案化。该散热器材料212的厚度为100纳米至3微米，具有至少150瓦特/ (米?开尔文)的层内导热系数、以及小于100微欧姆厘米的电阻率。在当前示例中，散热器材料212是导电的并且可以包括例如石墨、CNT和/或多层石墨烯。如参照图1所描述的，背侧散热器层210可以可选地包括在散热器材料212和半导体器件202的后表面206之间的粘合层214。背侧散热器层210可以可选地包括在散热器材料212上与后表面206相反的盖层216。盖层216可以包括铜层和镍层。半导体器件202被安装在双列直插式封装(DIP) 218的接地板220上。半导体器件202被贴附到具有诸如焊料或者填充银的环氧树脂的电绝缘固晶材料(die attachmaterial) 230的接地板220，该电绝缘固晶材料将背侧散热器层210贴附于接地板220。该DIP 218包括金属引线222。通过在前表面204处的接线键合232将在半导体器件202中的电路连接至引线222。该微电子器件包括封装半导体器件202和接地板220的塑料电绝缘材料234并且将引线222保持在适当位置中。如参照图1所描述的，微电子器件200可以从背侧散热器层210中产生相同益处。图3是具有背侧散热器层的另一个示例性微电子器件的截面。微电子器件300包括具有前表面304和后表面306的半导体器件302。组件308在半导体器件302中在前表面304处形成。组件308可以深入延伸进入半导体器件中，有可能到达后表面306。背侧散热器层310在半导体器件302的后表面306处形成。在当前示例中，背侧散热器层310包括如在图2中描绘的被图案化的第一散热器材料312。该第一散热器材料312的厚度为100纳米至3微米，具有至少150瓦特/ (米?开尔文)的层内导热系数、以及小于100微欧姆厘米的电阻率。第一散热器材料312可以包括例如石墨、CNT、多层石墨烯、和/或氮化硼。如参照图1所描述的，背侧散热器层310可以可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电子器件，包括：具有前表面和后表面的半导体器件；在所述前表面处的组件；以及在所述后表面处的背侧散热器层，所述背侧散热器层包括厚度为100纳米至3微米的散热器材料、具有至少150瓦特/米·开尔文的层内导热系数以及小于100微欧姆厘米的电阻率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·维诺戈帕，M·丹尼森，L·哥伦布，H·尼古耶，D·爱德华兹，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US