电连接器的加强制造技术

在一些示例中，一种装置，包括半导体元件、层元件和电连接半导体元件和层元件的单个连接器元件。在一些示例中，单个连接器元件包括两个或更多个分立连接器元件，并且两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接半导体元件和层元件。在一些示例中，单个连接器元件还包括附接到两个或更多个分立连接器元件的导电材料。

Enhancement of electrical connectors

In some examples, a device includes a semiconductor element, a layer element, and a single connector element electrically connected to a semiconductor element and a layer element. In some examples, a single connector element includes two or more discrete connector elements, and each discrete connector element in two or more discrete connector elements electrically connects a semiconductor element and a layer element. In some examples, a single connector element also includes conductive material attached to two or more discrete connector elements.

【技术实现步骤摘要】
电连接器的加强
本公开内容涉及半导体装置，更具体而言，涉及半导体封装。
技术介绍
装置可以包括集成电路和载体元件，它们通过诸如引线键合(wirebond)或金属柱的连接器元件电连接。制造工艺可包括在相对高的温度下将导线或柱连接到集成电路。在连接导线之后，可以降低装置的温度，使集成电路和导线或柱热收缩。集成电路和导线或柱可以被配置为以不同的速率热收缩，因为每个元件可以包括不同的材料。例如，集成电路可以包括具有比导线或柱(其可以包括金属)低得多的热膨胀系数(CTE)的硅。结果，导线或柱可以比集成电路热收缩得更多，从而在集成电路和导线或柱之间的界面处产生应力。
技术实现思路
本公开内容描述了用于在半导体元件和层元件之间形成电连接的技术。电连接可包括两个或更多个分立连接器元件，其中，每个分立连接器元件电连接半导体元件和层元件。可以在两个或更多个分立连接器元件上形成导电材料以形成单个连接器元件。在两个或更多个分立连接器元件电连接到半导体元件之后并且在两个或更多个分立连接器元件电连接到层元件之后，导电材料可以形成在两个或更多个分立连接器元件上。在一些示例中，一种装置包括半导体元件、层元件和电连接半导体元件和层元件的单个连接器元件。单个连接器元件包括两个或更多个分立连接器元件，并且两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接半导体元件和层元件。单个连接器元件还包括附接到两个或更多个分立连接器元件的导电材料。在一些示例中，一种方法包括将两个或更多个分立连接器元件的每个分立连接器元件电连接到层元件。该方法还包括将两个或更多个分立连接器元件的每个分立连接器元件电连接到半导体元件。该方法还包括在将两个或更多个分立连接器元件电连接到层元件之后并且在将两个或更多个分立连接器元件电连接到半导体元件之后，在两个或更多个分立连接器元件上形成导电材料。形成导电材料包括形成单个连接器元件以电连接半导体元件和层元件。在一些示例中，一种装置包括半导体元件、层元件和电连接半导体元件和层元件的单个连接器元件。单个连接器元件包括两个或更多个分立连接器元件，其中，两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接到半导体元件上的焊盘并且电连接到层元件。单个连接器元件包括形成在两个或更多个分立连接器元件的每个分立连接器元件、半导体元件上的焊盘和层元件上的导电材料。在附图和以下说明中阐述了一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，其他特征、目的和优点将是显而易见的。附图说明图1是根据本公开内容的一些示例的包括电连接半导体元件和层元件的单个连接器元件的装置的概念框图。图2A和2B是根据本公开内容的一些示例的电连接半导体元件和层元件的连接器元件的透视图。图2C和2D是根据本公开内容的一些示例的包括三个分立连接器元件和导电材料的单个连接器元件的横截面图。图3A-3C是根据本公开内容的一些示例的包括电连接半导体元件和层元件的引线键合的装置的概念框图。图4A和4B是根据本公开内容的一些示例的导电材料附接到引线键合之前和之后的引线键合的侧视图。图5是根据本公开内容的一些示例的附接到引线键合的导电材料的侧视图。图6是根据本公开内容的一些示例的电连接半导体元件和两个层元件的两个大支柱的概念框图。图7A-7C是根据本公开内容的一些示例的电连接半导体元件和两个层元件的八个较小支柱的概念框图。图8A和8B是根据本公开内容的一些示例的将导电材料附接到引线键合的电解过程的概念框图。图9A和9B是根据本公开内容的一些示例的通过电解过程形成单个连接器元件的概念框图。图10A和10B是根据本公开内容的一些示例的在使用电解过程将导电材料附接到引线键合之前掩蔽层元件的概念框图。图11是示出根据本公开内容的一些示例的用于形成单个连接器元件的示例性技术的流程图。具体实施方式本公开内容涉及用于在两个元件(例如半导体元件和层元件)之间形成连接器元件的装置和方法。连接器元件可包括两个或更多个分立连接器元件，其中，导电材料形成在分立连接器元件上。在一些示例中，单个较大的连接器元件可以由两个或更多个分立连接器元件和导电材料形成。与连接器元件内的分立连接器元件相比，较大的连接器元件可具有更好的电、热和机械特性。另外，与将单个较大的预先形成的连接器元件附接到半导体元件相比，在一个或多个分立连接器元件上形成导电材料的过程可导致半导体元件和层元件上的较小应力。为了组装另一个装置，将具有一百微米直径的铜线连接到具有相对脆性材料(例如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC))的半导体元件。连接过程可能涉及温度变化，该温度变化导致导线相对于半导体材料的膨胀和收缩以不同的速率膨胀和收缩。膨胀和收缩的速率可以基于每种材料的热膨胀系数(CTE)。相对的膨胀和收缩可能导致应力和半导体材料的损坏。相反，本公开内容的装置可包括直径为30微米的一条或多条导线，其可连接到半导体元件。在由连接过程引起的热膨胀和收缩期间，导线的较小直径可以对半导体元件造成较小的应力。然后，可以在导线上形成导电材料以生成直径为100微米的单个连接器元件。在一条或多条导线上形成导电材料的过程不会对半导体元件造成显著的应力。直径为100微米的单个连接器元件的热、电和机械特性可以类似于100微米的导线的特性，但是本公开内容的装置的组装过程可以对半导体元件造成较小的应力。本文描述的尺寸是用于解释本公开内容的技术的示例。例如，可以以与针对较小导线所描述的相同方式将直径为100微米的导线镀覆至更大的直径。此外，这些技术也适用于其他连接器元件，例如支柱、凸块和球。在支柱、凸块或球上形成导电材料可以改善连接器元件的特性，同时限制由于将连接器元件附接到半导体元件而引起的应力。在一些示例中，可以在一条或多条导线中使用具有比铜更高延展性的材料，例如金或铝，以减少由附接过程引起的应力。然而，铜可能具有比其他导电材料(例如焊料或铝)更低的电阻率。铜的相对低的电阻率可导致较低的功率耗散和在装置操作期间产生的较少的热量。本公开内容的技术还可应用于支柱、凸块、球和任何其他连接器元件。可以在诸如支柱、凸块和球的连接器元件上形成导电材料，以改善连接器元件的电、热和/或机械特性。图1是根据本公开内容的一些示例的包括电连接半导体元件110和层元件120的单个连接器元件150的装置100的概念框图。装置100可以是电力电子系统、数字和/或模拟系统、计算机系统、电子装置和/或任何其他应用的一部分。在一些示例中，装置100可包括多于一个的半导体元件、多于一个的层元件，和/或多于一个的单个连接器元件。半导体元件110可以包括一个或多个电气部件，例如晶体管、二极管、电容器等。在一些示例中，半导体元件110可以包括一个或多个功率晶体管，其被配置为从层元件120接收电功率或将电功率输送到层元件120。半导体元件110可以包括半导体材料，例如硅、锗、镓、砷、GaN、SiC和/或任何其他半导体材料。与硅相比，GaN和SiC可能相对较脆，因此在将分立连接器元件130A和130B电连接到半导体元件110的过程中更容易受损。GaN和SiC是可以支持比硅或砷化镓更高开关频率的宽带隙材料。层元件120可包括载体、金属层、模制互连基板(MIS)、层合基板、陶瓷材料、直接铜键合(DCB)基板、活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：半导体元件；层元件；以及单个连接器元件，其电连接所述半导体元件和所述层元件，其中，所述单个连接器元件包括：两个或更多个分立连接器元件，其中，所述两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接所述半导体元件和所述层元件；以及导电材料，其附接到所述两个或更多个分立连接器元件。

【技术特征摘要】
2017.11.13 US 15/811,3751.一种装置，包括：半导体元件；层元件；以及单个连接器元件，其电连接所述半导体元件和所述层元件，其中，所述单个连接器元件包括：两个或更多个分立连接器元件，其中，所述两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接所述半导体元件和所述层元件；以及导电材料，其附接到所述两个或更多个分立连接器元件。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电材料填充所述两个或更多个分立连接器元件之间的间隙。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电材料电连接所述两个或更多个分立连接器元件中的第一分立连接器元件和所述两个或更多个分立连接器元件中的第二分立连接器元件。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电材料电连接所述半导体元件和所述层元件。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述单个连接器元件包括在所述两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件之间和周围的导电材料。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电材料是附接到所述两个或更多个分立连接器元件的第一导电材料层。其中，所述单个连接器元件还包括附接到所述第一导电材料层的第二导电材料层，并且其中，所述第二导电材料层包括镍或银。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电材料包括附接到所述两个或更多个分立连接器元件并通过电解过程形成的镀铜。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述两个或更多个分立连接器元件包括金、铝或铜。9.根据权利要求1所述的装置，还包含附接于所述层元件表面的导电材料。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述半导体元件包括氮化镓。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述层元件包括金属载体、层合基板、陶瓷、直接铜键合基板、活性金属钎焊基板、模制互连基板或印刷电路板。12.一种方法，包括：将两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接到层元件；将所述两个或更多个分立连接器元件中的每个分立连接器元件电连接到半导体元件；以及在将所述两个或更多个分立连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵应山，T·迈尔，T·贝伦斯，J·霍格劳尔，X·施勒格尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE