[发明专利]具有改进形状的电极结构及包括该电极结构的电子器件

说明书

公开了具有改进形状的电极结构及包括该电极结构的电子器件。一种电极结构，包括：焊盘，由导电材料制成；以及导电条，具有物理地且电气地耦合到焊盘的第一端。焊盘包括在内部限定贯通开口的环形元件。导电条的第一端通过过渡区域物理地且电气地耦合到环形元件，使得当导电条由于热效应而膨胀时，应力通过过渡区域从导电条扩散到环形元件。

技术领域

本公开涉及电极结构，诸如电极或焊盘，并且涉及包括该电极结构的电子器件。具体地，本公开涉及一种电极，该电极具有能够在其上有效且均匀地分布机械应力从而减少不希望的应力集中的构造。

背景技术

众所周知，电子器件通常存在于大功率电子设备中，这些电子装置使用电绝缘体，即，被设计成确保设置在彼此不同的电势的元件(例如，电极或焊盘)组之间的电绝缘的元件(例如，氧化物层)。

已知电绝缘体的各种示例，例如用于使诸如金的金属的初级电极(或焊盘)与诸如金的金属的次级电极(或焊盘)绝缘。这样的电绝缘体是具有高介电强度(例如，高于400kV/mm)的材料，其可以承受高电场，并且因此可以承受它们之间的高电势差，而不会发生电介质的电击穿(或穿孔)并且不会变得导电。

具体地，插入在初级电极和次级电极之间的电介质材料层(在下文中，电介质层)可用作电绝缘体。一旦已经选择具有其自身的介电常数和其自身的介电强度的电介质层的类型，其厚度(在初级电极与次级电极之间测量的)是施加在电极处的最大偏置值的函数。通常，电极要承受的最大电压差越大，确保电极之间的电绝缘所需的电介质层的厚度越大。

此外，为了衰减(在局部区域中)电场的值，可以采用插入多层电介质堆叠中的介电常数值较高的电介质材料，例如插入在与电极的界面处。其原因在于，在若干材料的堆叠中，场被共享，使得所考虑的材料的介电常数越高，其内的电场就越低。

通常，电介质层通过一个或多个绝缘层(包括例如氧化硅)获得，或者在更专用的情况下，通过具有不同介电常数的电介质材料的适当多层组合物获得，以便适当地调制绝缘层内的电势降和场。

在高功率应用中，通常在电极处具有5-10kV范围内的电势差。通常，为保证其电绝缘而选择的电介质层是氧化硅，然而，氧化硅不能超过与可获得的材料的质量限制和硅晶片的机械加工性有关的限制厚度(例如，约10μm)。

具体地，对于过高厚度的氧化硅，转移到硅晶片的残余机械应力(值约为-300MPa的明显压缩的)的影响会引起变形，例如妨碍晶片在后续工艺步骤中的适当的机械加工性。这实际上造成氧化硅生长中的厚度限制，并因此也造成对最大耐受电压的限制，通常不高于约10kV。

从将耐受电压提高到15-20kV的范围(根据市场可能要求或期望的)的角度来看并且考虑到氧化硅的厚度限制，使用聚合物材料来形成电介质层是一种很有前景的替代方案。在各种聚合物材料中，例如：最适合/最广泛用于电绝缘应用的PSF(聚砜)或PVDF(聚偏二氟乙烯)是光敏聚酰亚胺，诸如PIX(聚苯并双噁唑)，具有约3的介电常数和高于400kV/mm的介电强度。

鉴于PIX在低张力烘烤之后具有机械残余应力，这实际上允许克服晶片翘曲的问题，因此可以获得具有更大厚度的电介质层并且能够承受电极之间的更大的最大电压差。

目前，PIX的最大厚度限制(由于聚酰亚胺在器件工艺流程中的集成限制)为约40μm。在这样的厚度条件下，根据市场需求或期望，可以达到约15-20kV的耐压值。

然而，聚合物材料的电介质层和金属电极通常具有彼此不同的相应热膨胀系数(CTE)，并且这可能是制造这种电子器件的关键因素。实际上，在电子器件的制造过程中(包括依次形成次级电极、电介质层和初级电极)，将形成电子器件的结构会经受多个热循环。