[发明专利]承载设备、具有承载设备的电气设备和其制造方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种承载设备、一种具有承载设备的电气设备和一种其制造方法。

背景技术

已知下述半导体芯片，所述半导体芯片的电端子全部都设置在下侧上，经由所述下侧将半导体芯片安装在基板上。例如，已知能够经由电端子区域在仅一侧电连接的发射光的半导体芯片。基于常规的制造方式和随后的安装方式，其中端子区域施加在已经预先制造的半导体层序列的上侧上，然后将所述上侧随后用作为用于安装在承载件上的下侧，这样的半导体芯片也称作所谓的“倒装芯片”。

在这种半导体芯片中得到下述优点：对于电端子而言例如不再需要接触线、例如以所谓的接合线的形式的接触线。

特别在优选借助高电流运行的所谓的“电源芯片（Powerchips）”中有利的是，芯片为了良好的散热而焊接到基板上。焊接连接的表征的特性是高的机械坚固性。为了避免在半导体芯片上或在芯片的安装连接部上的损害，作为基板材料优选地应用具有匹配于半导体芯片的热膨胀系数（CTE：“coefficient of thermal expansion”）的材料。这种应用造成半导体芯片和基板之间的边界面的良好的可靠性。在CTE匹配时，也就是说CTE尤其相同或至少相似时，在半导体芯片和基板之间仅形成小的机械负荷。因此，在热机交变负荷下也能够实现良好的可靠性，因为由于CTE不匹配、即热膨胀系数的差异引起的机械负荷能够被最小化。

然而，所述应用具有下述缺点：必须找到适合的基板材料，所述基板材料具有与半导体芯片的CTE相匹配的CTE以及是电绝缘的并且是能良好导热的。用于发射光的半导体芯片的常用的基板材料具有在4至6ppm/开尔文之间的范围中的CTE。这些常用的基板材料通常与例如由氧化铝或氮化铝构成的陶瓷的印刷电路板组合为基板，其中例如AlN的CTE位于6至7ppm/开尔文的范围中。然而，这种材料具有下述缺点：所述材料是非常昂贵的。

此外，如果基板大面积地构成，也就是说如果所述基板具有比半导体芯片几何形状更大的伸展，那么CTE不匹配问题从半导体芯片和基板之间的边界面转移至基板和上面设置有基板的安装面之间的边界面。安装面通常由金属构成并且通常比芯片-基板边界面大几倍。因此，至少在基板和安装面之间的边界面上的CTE不匹配同样是成问题的。

此外，陶瓷的基板材料、例如氧化铝或氮化铝仅受限制地适合于使用在较大的模块中。由于这些材料的小的延展性，能够造成机械问题、例如面板断裂。由于例如在使用氮化铝时的高的成本，生产成本升高进而损害经济性。

作为替选方案，例如提供金属芯印刷电路板。所述材料具有金属板，例如由铝构成的金属板，所述金属板用电介质材料覆层。在电介质材料的表面上施加有与芯片安装面的原本的布线平面。然而，金属芯印刷电路板（MCPCB：“metal core printed circuit board”）在金属芯为铝的情况下具有通常大约23ppm/开尔文的CTE。因此，这样的MCPCB的CTE是常用的半导体芯片材料的CTE的四倍大。在温度交变负荷的情况下，通过所述CTE不匹配形成力，所述力能够造成最薄弱的元件的失效。对于仅必须导出小的损耗功率的情况，FR4材料也能够用作为基板，所述FR4材料典型地具有为16ppm/开尔文的热膨胀系数。然而，在所有这些情况下，半导体芯片和基板的CTE不相互匹配。在温度交变负荷的情况下形成力，所述力能够造成半导体芯片的和/或在半导体芯片和基板之间的边界面或连接部的损坏。

为了能够解决所述问题，也已知的是，将半导体芯片借助于弹性连接来连接到具有不同的CTE的基板上。在所述应用中，借助于有机材料、例如导电粘接剂进行安装，所述导电粘接剂的材料能够实现在半导体芯片和基板之间的边界面的弹性的变形。由此，虽然能够将机械力缓冲，但是典型的导电粘接剂具有通常为大约1.8W/m·K的小的热导率，使得能够在常规的半导体芯片运行期间产生的损耗热量不能被有效地导出。

对此替选地，也可能的是，半导体芯片借助于与如在构成所谓的“球栅阵列（ball grid array）”构件时所使用的技术相似的所谓的“焊接凸点阵列（solder bump array）”来接触。在所述应用中，通过将金属化部分配到多个小的焊接部位上来实现在半导体芯片和基板之间的边界面的机械柔性。然而，由此不可能将半导体芯片遍布地连接到基板上。由于焊球（“solder bumps”，焊接凸点）之间的必要的间距，在连接面中出现明显的损耗。通过所述连接部导出损耗热量与遍布的连接部相比明显更差。

发明内容