CN109103153B - 一种功率器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率器件，包括芯片、设置在芯片相对两面上的基板及连接于所述芯片与所述基板的散热组件，芯片包括位于中间的有源区及位于有源区两侧的隔离区，隔离区上至少开设有两个沟槽，散热组件包括形成在沟槽内壁上的金属层及连接金属层的介质层和金属垫片，金属垫片与沟槽对应设置且与基板连接。本发明还公开了功率器件的制备方法，包括步骤：A、提供一个芯片及一对基板；B、在芯片的隔离区上至少开设两个沟槽；C、在沟槽的内壁形成金属层；D、在沟槽内填充介质层；E、在芯片正面和芯片背面制备与金属层连接的金属垫片，且使金属垫片与沟槽对应设置；F、在芯片正面及芯片背面的金属垫片上均连接基板。其能提高功率器件的散热效率。

Description

一种功率器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片技术领域，尤其涉及一种功率器件及其制备方法。
背景技术
功率器件正朝着模块化、智能化的方向发展，大规模、超大规模集成电路的出现导致功率器件的集成度越来越高，基板上各类芯片的组装数及组装密度也越来越大要缩小功率电子模块的体积，进一步提高功率密度，就要求无论在稳态还是瞬态条件下，功率模块都能够拥有良好的电热性能。这些都导致功率器件在使用过程中承受越来越多的高温或温度漂移，高温对功率器件的可靠性及寿命有很大影响，进而导致产品提前失效。而现有的功率器件不能解决该问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供之一在于提供一种功率器件，其能提高功率器件的散热效率；
本发明的目的之二在于提供一种功率器件的制备方法。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
一种功率器件，其包括芯片、设置在所述芯片相对两面上的基板及连接于所述芯片与所述基板的散热组件，所述芯片包括位于中间的有源区及位于有源区两侧的隔离区，所述隔离区上开设有至少两个沟槽，所述散热组件包括形成在所述沟槽内壁上的金属层、填充所述沟槽的介质层及金属垫片，所述金属垫片与所述沟槽对应设置且与所述基板连接。
优选的，所述功率器件还包括设置于基板上远离所述芯片一侧的散热片。
优选的，所述介质层为氧化硅层或氮化硅层。
优选的，所述金属层与所述金属垫片之间形成一空腔，所述介质层位于所述空腔内。
优选的，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽与所述第二沟槽连通。
优选的，所述第一沟槽的相对两个侧壁在平行于所述芯片的表面方向上的距离小于所述第二沟槽相对两个侧壁在平行于所述芯片的表面方向上的距离。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
一种上述功率器件的制备方法，包括步骤：
A、提供一个芯片及一对基板；
B、在所述芯片的隔离区上至少开设两个沟槽；
C、在所述沟槽的内壁形成金属层；
D、在所述沟槽内填充介质层；
E、在所述芯片正面和所述芯片背面制备与所述金属层连接的金属垫片，且使所述金属垫片与所述沟槽对应设置；
F、在所述芯片正面及所述芯片背面的所述金属垫片上均连接所述的基板。
进一步地，在步骤B，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，先在所述芯片的隔离区通过干法刻蚀形成所述第一沟槽，再在所述第一沟槽的基础上通过湿法刻蚀形成与所述第一沟槽连通的所述第二沟槽。
进一步地，所述功率器件还包括散热片、第一粘附层和第二粘附层，所述金属垫片与所述基板通过第一粘附层固定连接，所述基板通过第二粘附层与所述散热片固定连接。
进一步地，所述第一粘附层和所述第二粘附层的材质均为环氧树脂胶，所述基板为覆铜陶瓷基板。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本功率器件芯片上的隔离区上至少设置有两个沟槽，该沟槽内连接有散热效率较高的介质层和金属层，该介质层和金属层能把芯片内的热量传递给基板，使芯片内的热量被散发出去，从而提高了本功率器件的散热效率。
附图说明
图1为本发明功率器件的平面结构示意图；
图2为图1中功率器件去掉基板和散热片的平面结构示意图；
图3为本发明功率器件制备方法的流程图。
图中：
1、功率器件；10、芯片；11、隔离区；12、沟槽；121、第一沟槽；122、第二沟槽；13、芯片正面；14、芯片背面；15、有源区；20、散热组件；21、金属层；22、介质层；23、金属垫片；30、基板；31、散热片；32、第一粘附层；33、第二粘附层。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1-2所示，本发明公开的一种功率器件1，包括芯片10、设置在该芯片10相对两面上的基板30及连接于所述芯片10与所述基板30的散热组件20，该结构能提高散热效率；该芯片10包括位于中间的有源区15及位于有源区15两侧的隔离区11，该隔离区11上开设有至少两个沟槽12，所述散热组件20包括形成在所述沟槽12内壁上的金属层21、填充所述沟槽12的介质层22及金属垫片23，所述金属垫片23与所述沟槽12对应设置且与所述基板30连接。
在上述实施方式中，本功率器件1的芯片10上的隔离区11上至少设置有两个沟槽12，该沟槽12内连接有散热效率较高的金属层21和介质层22，该介质层22和金属层21能把芯片10内的热量传递给基板30，使芯片10内的热量被散发出去，从而提高了本功率器件1的散热效率。另外，在芯片10的隔离区11上开设沟槽12，可防止芯片10有源区15上的内部电路被破坏。
可以理解地，其沟槽12也可开设在芯片10的划片道上。
其中，如图1-2所示，该功率器件1还包括粘附层和设置于基板30上远离该芯片10一侧的散热片31，该粘附层包括第一粘附层32和第二粘附层33，该金属层21与该基板30通过该第一粘附层32固定连接，该结构使金属层21与基板30之间更稳固，该基板30与该散热片31通过该第二粘附层33固定连接，该结构使基板30与散热片31更稳固。所述散热片31能进一步的提高芯片10的散热效率。
优选的，所述基板30为覆铜陶瓷基板，覆铜陶瓷基板具有陶瓷的高导热、高电绝缘、高机械强度、低膨胀等特性，能提高散热性能；为了节约成本，所述介质层22为氧化硅层或氮化硅层。所述金属层21与所述金属垫片23形成一空腔，所述介质层22设置在所述空腔内，这样保证了散热且减少了金属的使用，而减少了本功率器件1的质量和成本。所述沟槽12包括第一沟槽121和第二沟槽122，所述第一沟槽121与所述第二沟槽122连通，所述第一沟槽121及所述第二沟槽122的形状不受限制，例如：方形或者圆形等。所述第一沟槽121的相对两个侧壁在平行于所述芯片10的表面方向上的距离小于所述第二沟槽122相对两个侧壁在平行于所述芯片10的表面方向上的距离，该结构能增大金属层21与所述芯片10内部的接触面积，而增加散热面积。
如图3所示，本发明还公开了一种制备上述功率器件1的方法，包括步骤：
A、提供一个芯片10及一对基板30；
B、在所述芯片10的隔离区11上至少开设两个沟槽12；
C、在所述沟槽12的内壁形成金属层21；
D、在所述沟槽12内填充介质层22；
E、在所述芯片正面13和所述芯片背面14制备与所述金属层21连接的金属垫片23，且使所述金属垫片23与所述沟槽12对应设置；
F、在所述芯片正面13及所述芯片背面14的所述金属垫片23上均连接所述的基板30。
上述方法只是在常规制造功率器件1的方法上增加开设沟槽12、填充金属层21和介质层22的工序，可以在常规制造功率器件1的工艺中完成，且工序较少，方法简单易行。
在上述步骤B中，所述沟槽12包括第一沟槽121和第二沟槽122，先在所述芯片10的隔离区11通过干法刻蚀形成所述第一沟槽12，再在所述第一沟槽121的基础上通过湿法刻蚀形成与所述第一沟槽12连通的所述第二沟槽122，以上的刻蚀方法能提高沟槽的精度。
其中，所述功率器件1还包括散热片31、第一粘附层32和第二粘附层33，所述金属垫片23与所述基板30通过第一粘附层32固定连接，所述基板10通过第二粘附层33与所述散热片31固定连接。为了增加基板10的的耐热性，所述第一粘附层32和所述第二粘附层33的材质均为环氧树脂胶。
可以理解地，所述散热片31可为带锯齿的散热片，所述第一粘附层32和第二粘附层33还可为硅胶、聚酰亚胺胶等。
综述，本发明通过在芯片10上增加散热组件20，该散热组件20跟芯片正面13和芯片背面14的基板30连接，使散热片31能与芯片10的内部连接起来，极大地改善了芯片10的散热效率，同时降低了热阻，提高了产品的可靠性；且散热组件20分布在芯片10的隔离区11内，不需要增加芯片10的面积。所述散热机构20可以在芯片10的常规制作工艺中形成，所述功率器件1的制备步骤少，方法简单，成本低。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种功率器件，其特征在于：其包括芯片、设置在所述芯片相对两面上的基板及连接于所述芯片与所述基板的散热组件，所述芯片包括位于中间的有源区及位于有源区两侧的隔离区，所述隔离区上开设有至少两个沟槽，所述散热组件包括形成在所述沟槽内壁上的金属层、填充所述沟槽的介质层及金属垫片，所述金属垫片与所述沟槽对应设置且与所述基板连接。
2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：所述功率器件还包括设置于基板上远离所述芯片一侧的散热片。
3.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：所述介质层为氧化硅层或氮化硅层。
4.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：所述金属层与所述金属垫片之间形成一空腔，所述介质层位于所述空腔内。
5.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于：所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽与所述第二沟槽连通。
6.根据权利要求5所述的功率器件，其特征在于：所述第一沟槽的相对两个侧壁在平行于所述芯片的表面方向上的距离小于所述第二沟槽相对两个侧壁在平行于所述芯片的表面方向上的距离。
7.一种功率器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-6任一项所述的功率器件，包括步骤：
A、提供一个芯片及一对基板；
B、在所述芯片的隔离区上至少开设两个沟槽；
C、在所述沟槽的内壁形成金属层；
D、在所述沟槽内填充介质层；
E、在所述芯片正面和所述芯片背面制备与所述金属层连接的金属垫片，且使所述金属垫片与所述沟槽对应设置；
F、在所述芯片正面及所述芯片背面的所述金属垫片上均连接所述的基板。
8.根据权利要求7所述功率器件的制备方法，其特征在于：在步骤B，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，先在所述芯片的隔离区通过干法刻蚀形成所述第一沟槽，再在所述第一沟槽的基础上通过湿法刻蚀形成与所述第一沟槽连通的所述第二沟槽。
9.根据权利要求7所述功率器件的制备方法，其特征在于：所述功率器件还包括散热片、第一粘附层和第二粘附层，所述金属垫片与所述基板通过第一粘附层固定连接，所述基板通过第二粘附层与所述散热片固定连接。
10.根据权利要求9所述功率器件的制备方法，其特征在于：所述第一粘附层和所述第二粘附层的材质均为环氧树脂胶，所述基板为覆铜陶瓷基板。
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