[发明专利]半导体设备子组件

说明书

本发明公开一种半导体设备子组件，包括：彼此之间横向间隔开的多个半导体单元；包括多个孔的半导体单元定位器，其中每一半导体单元位于半导体单元定位器的每一孔中；用于将压力施加到每一半导体单元上的多个压力构件；以及位于多个压力构件和半导体单元定位器之间的导电可延展层。

技术领域

本发明涉及一种半导体设备子组件。

背景技术

为了多芯片设备的最佳性能，必须满意以下要求：

-每一芯片上和芯片之间的压力分布应当均匀；

-被施加压力应当在预定操作范围内。

在传统设计中，半导体芯片置于机械应变缓冲器(诸如钼或钨)之间以形成半导体单元。这些半导体单元然后被置于两个公共铜电极之间(见图9针对此的展示)。为了最佳性能，考虑到当前的处理能力和可靠性，包装内的芯片上的压力分布应当尽可能地均匀。这难以实现，因为铜电极上的半导体单元厚度或表面平坦度改变的微米级差异可能导致被施加压力在半导体芯片之间有很大的差异并且与预期目标压力同样有差异。部件(诸如终端用户的应用中的散热器)的平坦度和平行度也将对其有显著的影响。影响在多个设备被夹持在单一堆叠中以用于一系列操作的情况中，由于堆叠内的所有公差的加成效应。本发明人已认识到存在这样的应用，其中多达20个这样的设备被夹持在单一堆叠中(见下文中的现有技术1)。

已知半导体芯片的性能在压力接触应用中受到被施加压力的等级影响，从而使得欠压或过压可能导致不佳的性能和不良的可靠性。除此之外，在传统设计内，可以被施加到的芯片上的压力不以任何方式收到限制，因此，它们在由终端用户施加的欠压或过压下都是脆弱的。

第一种方法(在现有技术2中示出并且同样见图9)使用公差非常紧密的部件(通常匹配到在1μm之内)，以确保部件厚度尽可能地匹配并且为终端用户提供这样的夹持部件(诸如散热器和负载分散器)，所述夹持部件与用于传统的单芯片压力接触设备(诸如大面积的半导体闸流管)相比，对于多芯片压力接触设备具有严格得多的平坦度公差(例如，通常是10μm 平坦度公差，而非30μm)(见现有技术3)。在大量部件的情况下，严格的部件公差范围变得难以管理，在大面积的多芯片压力接触设备中也是同样的情况。夹持部件的严格的平坦度公差在大的表面面积上同样变得更难实现，使得所述问题更加复杂。

第二种方法是使用与外壳内的单个半导体单元平齐的单个盘簧堆叠，以便减小力/位移比。这样，对于给定的半导体单元厚度差异或给定的平坦度改变，接触压力的差异得以最小化。当盘簧是相对不良的导电体时，使用导电的金属旁通条带(纵向电流旁通)或冲压仿形金属板(横向电流旁通)。旁通条带从顶部延伸到盘簧的堆叠的底部。当盘簧压缩时，柔性旁通条带向外拱起。所述布置用在图1中示出的ABB的StakPak布置中。由于旁通条带的向外拱起，可以限制芯片的包装密度，继而限制成品设备的电流密度。

冲压仿形金属板如图2中所示成形并且结合到如图3所示的成品设备中。所述成品设备在由国家电网公司持有的专利号CN103579165(现有技术4)中描述。如利用图1中的纵向电流旁通条带方法，由于板的成形，以及形成板所需的面积，芯片的包装密度收到限制，再次限制成品设备的电流密度。

第三种方法是使用加压流体以给设备中的接触部件加压。这已经在 Honda MotorCo Ltd持有的专利JP2004158489(现有技术5)中描述。然而，这依赖于加压流体的可用性，这在混合动力车辆中是可行的，但是在通常的工业和传输以及分配应用中不太可行。所述方法在图4中示出。

已知用于施加正确的被施加压力的两种方法。所述两种方法仅仅应用于前述的利用盘簧的设计中。