[实用新型]控制半导体封装中的翘曲的半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型一般地涉及半导体器件，并且更具体地，涉及半导体器件和控制大型半导体封装中的翘曲的方法。

背景技术

半导体器件常见于现代电子产品中。半导体器件在电气组件的数目和密度上不同。分立的半导体器件一般包含一种类型的电气组件，例如发光二极管（LED）、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器和功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。典型地，集成的半导体器件包含数百个至数百万个电气组件。集成的半导体器件的示例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件（CCD）、太阳能电池和数字微镜器件（DMD）。

半导体器件执行多种多样的功能，例如信号处理、高速计算、发送和接收电磁信号、控制电子器件、将太阳光变换为电以及创建电视显示的视觉投影。半导体器件见于娱乐、通信、功率转换、网络、计算机和消费品的领域中。半导体器件也见于军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公设备中。

半导体器件利用了半导体材料的电气属性。半导体材料的原子结构允许通过施加电场或基电流或者通过掺杂工艺来操纵其电导率。掺杂将杂质引入到半导体材料中，以操纵和控制半导体器件的电导率。

半导体器件包含有源和无源电气结构。包括双极和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变掺杂水平并施加电场或基电流，晶体管促进或限制电流的流动。包括电阻器、电容器和电感器的无源结构创建执行多种电气功能所必需的电压和电流之间的关系。无源和有源结构电连接以形成电路，这些电路使半导体器件能够执行高速计算和其他有用功能。

半导体器件一般是使用两种复杂制造工艺（即，前端制造和后端制造）来制造的，每一种制造工艺潜在地涉及数百个步骤。前端制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。典型地，每个半导体管芯是相同的，并包含通过将有源和无源组件电连接而形成的电路。后端制造涉及从抛光的晶片单体化（singulating）个体半导体管芯并对管芯进行封装，以提供结构支撑和环境隔离。如本文所使用的术语“半导体管芯”指代单数和复数形式的词语，并且相应地，可以指代单个半导体器件和多个半导体器件。

半导体制造的一个目标是生产更小的半导体器件。典型地，更小的器件消耗更低功率，具有更高性能，并可以被更高效地生产。此外，更小的半导体器件具有更小的占位空间（footprint），这对更小最终产品来说是期望的。可以通过前端工艺中的改进来实现更小的半导体管芯大小，从而得到具有更小、更高密度的有源和无源组件的半导体管芯。后端工艺可以通过电气互连和封装材料中的改进来得到具有更小占位空间的半导体器件封装。

半导体制造的另一目标是生产具有充分热耗散的半导体器件。高频半导体器件一般产生更多的热量。在没有有效的热耗散的情况下，产生的热能够降低性能、降低可靠性并减少半导体器件的有用寿命。半导体器件、包括倒转型半导体管芯一般被安装并电连接至衬底，散热器或热沉被安装在管芯之上以耗散热量。已知衬底由于衬底上的热和机械应力而翘曲。在具有大型半导体管芯的封装中，衬底典型地大得多以容纳大型半导体管芯并提供跨衬底的充分热耗散和电互连。随着半导体管芯和衬底的尺寸增加，衬底由于衬底上的热和机械应力而变得越来越易于翘曲。衬底的翘曲能够引起接头缺陷或故障并降低跨衬底的电连接的可靠性。封装衬底的翘曲还降低制造产率和封装可靠性，并导致增加的成本。

实用新型内容

存在成本有效地减少半导体器件衬底的翘曲的需要。相应地，在一个实施例中，本实用新型是包括衬底和在衬底的表面之上形成的绝缘层的半导体器件。在衬底的表面之上设置半导体管芯。在半导体管芯周围的绝缘层中形成沟道。在半导体管芯与衬底之间和沟道中沉积底部填充材料。在半导体管芯之上设置散热器，散热器被热连接到衬底。

在另一实施例中，本实用新型是包括衬底和设置在衬底之上的半导体管芯的半导体器件。在半导体管芯周围的衬底中形成沟道。在沟道中沉积底部填充材料。在半导体管芯之上设置散热器，散热器被热连接到衬底。

在另一实施例中，本实用新型是包括衬底和安装在衬底之上的半导体管芯的半导体器件。在半导体管芯周围的衬底中形成沟道。在沟道中沉积底部填充材料。

附图说明

图1图示出具有被安装到其表面的不同类型的封装的印刷电路板（PCB）；

图2a—2c图示出被安装到PCB的代表性半导体封装的进一步细节；

图3a—3c图示出具有被划片街区（saw street）分离的多个半导体管芯的半导体晶片；