CN113571481A - 半导体器件及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体器件及其组件，包括内嵌于半导体器件中的多个第一导光结构和至少一个第二导光结构，多个第一导光结构与至少一个第二导光结构相互连接且间隔排布，其中，第二导光结构适于将温度信息转化为变化的光信号；以及第一导光结构适于约束光信号以形成直线、折线或曲线的测量光路，并且多个第一导光结构中至少一者的一端适于通过提供测量光路中的光信号以温度信息。本发明的一种半导体器件及其组件可以便于单个或多个半导体器件内单点或多点温度的测量，应用范围广，可靠性强。

Description

半导体器件及其组件

技术领域

本发明主要涉及半导体结构领域，尤其涉及一种半导体器件及其组件。

背景技术

高功率半导体器件和集成半导体器件在工业以及民用等领域的应用日趋广泛且深入。在传统真空电子器件所擅长的高功率应用中，半导体器件有逐步取代的趋势。伴随着半导体器件的集成度日益提高，以及半导体器件在高功率应用领域的渗透，半导体器件和集成半导体器件的内部功率密度也自然呈现出日渐上升趋势。

常见的电子产品失效模型中，一般有过热致失效，振动致失效，潮湿致失效和积尘致失效等几种类型。其中，过热致失效是常见并且主要的失效类型。处于封装包裹和保护之中的半导体器件，其核心半导体晶体管结构在工作状态下乃是整个器件的热源。半导体器件的核心区过热就自然就成为器件过热失效的直接诱因，因此，半导体器件内的温度信息，也常被称为结温(Junction Temperature)，是衡量半导体器件稳定性和可靠性的重要指标，也是半导体器件在工作状态下需要留意并且保持关注的重要指标。

现有热传感技术已经有部分应用于半导体器件核心温度的测量，但是，不同的测量方式均存在各种限制和不足。下面列举出了一些热传感技术对于半导体器件内温度测量场景的缺陷。

首先，热电偶技术因其探头的金属材质属性，使之无法被放置到半导体器件的内部。甚至，在高频应用中，热电偶被放置在靠近半导体的表面也是不合适的。而且，热电偶测量是单路单点的测量方式，当需要同时测量多个位置时，布线复杂而且容易受到环境电磁场的干扰。

其次，使用红外显微技术观察测量，首先需要校准待测半导体表面的红外发射率，也需要搭建特别的光路和影像采集系统。这样的方式测量结构复杂，不利于半导体器件在原电路中实现原位测量，而且连续测量依赖于系统的图像采样率和图像处理手段，不够便捷。

进一步的，热敏电参数(TSEP)方法需要待测半导体器件中存在“邻近”半导体PN结，并且不能在半导体器件工作的同时完成测量。因为并不总是能在半导体核心区域找到PN结或者“干净”的PN结，该测量方式是存在较大的应用范围限制。

最后，热敏电阻等电类传感器一般放置在面积足够大的半导体器件上，譬如IGBT等。对集成高的半导体器件，如果内置热敏电阻和外置电路引脚，从而得到内部某一点的温度信息，并不是一个经济而且高效率的方案。

因此，领域内对于半导体器件内温度测量的方式均存在各种不足和缺陷，且尚未对半导体器件内的结构进行改善，使之在投入使用时能够简单方便的获得其内部单点甚至多点的温度信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种半导体器件及其组件，可以便于单个或多个半导体器件内单点或多点温度的测量，应用范围广，可靠性强。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体器件，其特征在于，包括：内嵌于所述半导体器件中的多个第一导光结构和至少一个第二导光结构，所述多个第一导光结构与所述至少一个第二导光结构相互连接且间隔排布，其中，所述第二导光结构适于将温度信息转化为光信号；以及所述第一导光结构适于约束所述光信号以形成直线、折线或曲线的测量光路，并且所述多个第一导光结构中至少一者的一端适于提供所述测量光路中的所述光信号以反映所述温度信息。

在本发明的一实施例中，当所述半导体器件具有多个第二导光结构时，每个第二导光结构对应的光谱分布不重叠。

在本发明的一实施例中，所述第一导光结构为沿光传播方向折射率均匀的光波导，所述第二导光结构为沿光传播方向折射率周期性分布的光栅。

在本发明的一实施例中，所述半导体器件还包括半导体裸芯，所述第一导光结构和第二导光结构内嵌在所述半导体裸芯内。

在本发明的一实施例中，所述第二导光结构位于所述半导体裸芯内功率消耗不小于一预设功率阈值的位置。

在本发明的一实施例中，所述半导体器件还包括金属电极和键合线，所述半导体裸芯还包括基底，其中，所述键合线连接所述金属电极和所述半导体裸芯的顶部电极。

在本发明的一实施例中，所述半导体器件还包括半导体裸芯和第三导光结构，其中，所述第三导光结构包围所述第一导光结构和所述第二导光结构的部分外周面，且所述半导体裸芯紧贴于所述第一导光结构和所述第二导光结构的另一部分外周面，所述第三导光结构的一端与所述多个第一导光结构中至少一者的一端适于共同提供所述测量光路中的所述光信号以反映所述温度信息。

在本发明的一实施例中，所述半导体器件还包括基板和外罩，所述基板位于所述半导体裸芯的下方，用于支撑所述半导体裸芯，且所述外罩安装在所述基板上，以封装所述半导体裸芯、所述第一导光结构、所述第二导光结构和所述第三导光结构。

在本发明的一实施例中，所述半导体器件还包括连接头，所述连接头包裹所述第三导光结构的一端和所述多个第一导光结构的至少一者的一端，且所述外罩的一侧面具有开孔，适于所述连接头穿过。

本发明的另一方面还提供了一种半导体器件组件，其特征在于，包括多个上述半导体器件，且相邻两个所述半导体器件之间通过所述第一导光结构和/或连接头相连。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用特殊导光结构将温度信息转化为光信号的方式对半导体器件内的温度场进行测量，对于开发设计阶段的新半导体器件采用预埋导光结构的方式，并对于现有的半导体元件采用导光结构的再次封装的方式，在不影响现有的半导体元件工作的前提下，可以方便简单实现单个或多个半导体器件内的单点或多点温度的测量。这样的结构针对半导体器件温度测量的领域应用范围广，且经开发或再次封装的半导体器件因为能够通过其内部核心区域温度的测量以及进一步的监测而有效避免过热致失效的问题，从而提升半导体器件的可靠性。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一实施例的一种半导体器件的结构示意图；

图2是本发明另外一实施例的一种半导体器件的结构示意图；

图3是本发明一实施例的一种半导体器件中部分结构的截面图；以及

图4是本发明一实施例的一种半导体器件的外观示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。

本发明的一实施例提出了一种半导体器件，包括内嵌于该半导体器件中的多个第一导光结构和至少一个第二导光结构，且多个第一导光结构与至少一个第二导光结构相互连接且间隔排布，该半导体器件便于其内部单点或多点温度的测量，应用范围广，可靠性强。

如图1所示，是本发明一实施例的一种半导体器件10的结构示意图。在如图1所示的实施例中，半导体器件10包括内嵌于其中的三个第一导光结构111、112和113，以及两个第二导光结构121和122，三个第一导光结构111、112和113与两个第二导光结构121和122相互连接且间隔排布。

进一步的，第二导光结构121和122均适于将其所在空间位置处的温度信息转化为光信号。第二导光结构121和122能够将其周围的温度信息转化为光信号的变化的原理可以是因为其在沿着光传播方向上具有周期性的结构变化或折射率变化等。而另一方面，第一导光结构111、112和113适于空间约束由第二导光结构121和122根据温度信息转化的光信号从而形成测量光路。举例来说，在本发明的一些实施例中，第二导光结构121和122为沿光传播方向折射率均匀的光波导光栅，具体来说可以集成光波导光栅或者光栅等，而第一导光结构111、112和113为沿光传播方向折射率均匀的光波导，例如是集成光波导或者光纤等，本发明不对此做出限制。优选地，在如图1所示的实施例中，如针对nm级别的制备工艺，集成光波导和光栅更加合适。

可以理解的是，第二导光结构121和122对于本发明的半导体器件有利于测量温度的技术效果有着重要的作用。下面进一步对于第二导光结构的一些特性展开说明。

首先，在本发明的包括图1所示的实施例中，有两个第二导光结构121和122，且他们各自对应的中心波长不同，对应的光谱分布也不相互重叠。通过这样的方式，其所提供的光信号变化的信息在被收集后便能够区分，从而可以更加精确的获知半导体器件10内的不同位置的温度信息，在图1中，也就是第二导光结构121和122各自所在的位置。示例性的，为了使各个第二导光结构121和122所对应的中心波长不同，当第二导光结构为光栅器件时，可以采取使各光栅的周期和折射率参数互不相同的方式。例如，图1示意性地示出了两个第二导光结构121和122的结构存在不同，但是本发明不以图1示出的改变第二导光结构对应波长的方式为限。

另外，在如图1所示的实施例中，第二导光结构121和122各自位于半导体器件100内功率消耗不小于一预设功率阈值的位置。示例性的，该预设功率阈值可以根据半导体器件10的不同应用场景以及其他的固有参数确定，从而将第二导光结构121和122放置在半导体器件100内功率消耗较大的地方，在这样的位置在半导体工作时的工作温度通常较大，因此，这些位置也是半导体器件内的核心温度位置，常需要温度的测量和监测。

举例来说，可以将半导体器件内流经电流较大的位置标定为较大功率消耗位置。例如在场效应管结构中，其半导体沟道是电流经过的主要路径，则沟道结构就是重要的发热源区域，而第二导光结构可以特别的排布在这样的位置，从而对于半导体器件内部的温度进行更好的测量或监测。通过在半导体的设计阶段提前布局第二导光结构，从而在如图1所示的半导体器件投入应用时，可以简单方便的对于这些区域位置的温度测量或监测，从而有效的避免半导体器器件的热失效，提高半导体器件的稳定性。

以上是对于可反映温度信息的第二导光结构的一些详细说明。当第二导光结构根据温度信息产生了一定的变化的光信号(携带光信息)，还需要对其测量从而对于半导体器件内的温度进行有效的监测，以避免过热致失效等问题。因此，下面对于测量光路的相关内容展开说明。

首先，在本发明的一些实施例中，多个第一导光结构中至少一者的一端适于通过提供测量光路中的光信号以获得温度信息。示例性的，在如图1所示的实施例中，第一导光结构111的一端1110或者第一导光结构1130的一端均可以提供测量光路中的光信号从而反映各光信号产生位置的温度信息。

示例性的，在对具有如图1所示结构的半导体器件10的内部温度进行测量时，可以将第一导光结构111的一端1110和第一导光结构113的一端1130分别作为测量场景下的光输入端(例如是1110)和光输出端(例如是1130)，从而在光输入端一侧提供光输入，而在光输出端一侧接收测量光路中的光信号。例如，可见光或不可见光的光线从光输入端1110进入到半导体器件10的内部，并在半导体器件10中传播。这些光信号经过三个第一导光结构111、112和113的约束和引导，从而会形成一条內部测量光路。此时，在半导体器件10的内部，第二导光结构121和122根据其周围温度的不同，会产生相应的光信号的变化而这些变化了的光信号携带着第二导光结构121和122所在位置的温度信息。在这样的条件下，光输入端1110和光输出端1130构成了测量光路中的光信息进出半导体器件10的接口，从而可以将半导体器件10内的温度信息传递到半导体器件之外。

在此基础上，测量光路可以经由光输出端1130传播至半导体器件10之外，从而在半导体器件10的光输出端1130所在位置，通过对于测量光路所传递的光信号的收集，获得半导体器件10内部两个第二导光结构121和122所在位置的温度信息。但是，本发明不以这样的提供光输入和接受光输出的方式为限，例如，在本发明的一些实施例中，可以是在同一端，例如是第一导光结构113的一端1130，既提供光输入也接收光输出。

当然，在一些实施例中，为了使得光输出端1130处所获得的光信号信息可以直接反映半导体器件10内相应位置的温度信息，还需要对第二导光结构121和122的温度信息和光信号转化效果提前进行校准，并在光输出端1130处提供可以用来分析和解调的仪器，以对光信号进一步分析。例如，当第一导光结构和第二导光结构分别是光纤和光栅时，可以选择相应的光纤光栅解调仪，从而根据光信号直接加载温度信息。

在如图1所示的实施例中，三个第一导光结构111、112和113与两个第二导光结构121和122相互连接并间隔排布后形成了在方向上自半导体器件一侧面至另外相对的一侧面的直线，在这样的结构之下，测量光路可以是该直线所在位置，但是本发明不以此为限。例如，该测量光路的形态除了直线之外，还可以为折线或曲线，取决于第一导光结构和第二导光机构的排布方式的不同，以及各个第二导光结构在光传播方向上的结构变化和折射率变化等。另外，即使第二导光结构121和122以及第一导光结构111、112和113位于如图1所示的位置，本发明也不以此为限。本发明的第一导光结构和第二导光结构可以是位于半导体器件10内部空间的任一位置，例如是标号16所在位置。

以上是基于如图1所示的半导体器件10的结构，能够实现其内部温度测量的基本原理。特别地，如图1所示的实施例，其实是本发明的半导体器件中的第一种典型结构。在图1中可以看出，半导体器件10具有半导体裸芯100(即图1中最大的立方体)，而第一导光结构111、112和113以及第二导光结构121和122内嵌在半导体裸芯100内。进一步的，半导体器件10还包括多个金属电极13和多条键合线14，半导体裸芯100内还包括半导体基底15，具体可以为衬底层结构或外延层等结构。其中，每条键合线14分别连接半导体裸芯100的顶面电极和封装金属电极13。但是，本发明不以此为限，例如，在本发明的一些其他的实施例中，半导体器件虽然具有半导体裸芯内第一导光结构和第二导光结构的配置，但是最终封装的形式可能与图1示出的存在差异。

具体的，如上所述，为了在半导体器件10内(或者可以认为是半导体裸芯100内)获得测量光路，利用导光结构内外折射率差形成的边界全反射特点，在半导体器件10的内部使用具有不同折射率的非金属材料，构造了第一导光结构111，112和113，以及第二导光结构121和122，从而在半导体裸芯100内形成一条确定的光路，并通过第一导光结构的一端输出。示例性的，第一导光结构111和113的各自一端1110和1130可以各自作为预留的光输入和/或光输出接口，具备必要的工艺性涉及从而可以连接测量仪器等。

在以上结构的基础上，另一方面，如图2所示，是本发明另外一实施例的半导体器件20的结构示意图，而半导体器件20也是本发明的半导体器件第二种典型结构。与如图1所示的第一种典型结构相比，如图2所示的半导体器件20中的第一导光结构和第二导光结构与半导体裸芯的相对位置不同。

具体来说，如图1所示的第一种典型结构在通常的情况下更适用于在半导体器件的开发设计阶段，通过在半导体裸芯内预埋第一导光结构和第二导光结构即可以实现投入使用后便于其内部单点或多点温度测量的技术效果。而相比之下，如图2所示的第二种典型结构更适用于售后市场(After Market)中已出现的现有半导体元件，通过将该半导体元件作为半导体裸芯再次封装，以使其再次封装后的结构更有利于其内部温度的测量。

举例来说，在下文将要详细介绍的第二种典型结构中，作为半导体裸芯的售后市场中的半导体元件，优选地可以选择射频功率(RF)半导体芯片，如RF功率MOSFET芯片。这类半导体元件在应用现有的实时工况下温度测量方式时更易遇到障碍，而采用本发明的导光结构，可以更加方便简单的于再次封装后的半导体器件外进行半导体器件内光信号的获取以及温度信息的测量。

具体的，如图2所示，半导体器件20首先包括内嵌于其内部的两个第一导光结构211和212以及第二导光结构22，且两个第一导光结构211和212分别连接于第二导光结构22的两端(同如图1所示的实施例中的间隔排布一样)。在此基础上，半导体器件20还包括半导体裸芯200和第三导光结构23。进一步的，在图3所示的实施例中，半导体器件20还包括基板24和外罩25。如图3所示，外罩25安装在基板24上，且基板24位于半导体裸芯200的下方，用于对半导体裸芯200起到支撑的作用。

具体的，半导体裸芯200紧贴于两个第一导光结构211和212以及第二导光结构22的部分外周面(在图2中为两个导光结构下方的外周面)，第三导光结构23包围第一导光结构211和212以及第二导光结构22的另一部分外周面(在图2中为两个导光结构上方的外周面)。相较于在图1所示的实施例中第一导光结构113的一端1130提供测量光路中的光信号从而反映温度信息，在如图3所示的实施例中，第一导光结构212与第三导光结构23的一端可以共同提供测量光路中的光信号以反映温度信息。

根据图2，半导体器件20还包括连接头26，连接头26包裹第三导光结构23的一端和第一导光结构212的位于共同一侧的一端。可以理解的是，在具有连接头26的实施例中，外罩25的一侧面需要具有合适的开孔，便于连接头26穿过。在此基础上，连接头26根据其实际尺寸和所处空间的大小，可以悬置于半导体器件20内并通过外罩25一侧面上的开孔进行简单的固定。或者更加优选地，可以使用黏胶等物质在半导体器件20内将连接头26直接固定在基板24上，如图2所示使用的是环氧树脂胶27，从而在整体上增强半导体器件20的稳定性。

更具体的，如图3所示，是图2中半导体器件20的处于位置A的第一～三导光结构的截面图。示例性的，第三导光结构23可以是传输光纤，且其截面为圆形，并由纤芯部分(也即第一导光结构211和212以及第二导光结构22所在位置)和环绕纤芯部分的包层230组成。

在本发明如图2所示的实施例中，第一导光结构211和212以及第二导光结构22特别地位于第三导光结构23的纤芯部分，为了实现这样的结构，需要在结构上对于通常截面为圆形的第三导光结构23的包层230进行部分的切割。在切割后露出包含有第一导光结构211和212以及第二导光结构22的纤芯部分，并根据图2，使该部分与半导体裸芯200紧贴，从而可以通过具有温度转化功能的第二导光结构22对于半导体裸芯200上特定位置的温度信息进行转化，产生光信号，最终由第一导光结构212与第三导光结构23的一端输出。根据图2所示，以上对于第三导光结构23的切割长度，可以根据半导体裸芯200的实际长度/宽度决定。

示例性的，在本发明的一些实施例中，第一导光结构211和212以及第二导光结构22可以与第三导光结构23共同进行制备。例如，当第一导光结构211和212是光纤、第二导光结构22是光栅以及第三导光结构23是传输光纤时，共同制备的方法可以根据以下的步骤执行。

步骤11为在一段标准单模光纤(也即第一导光结构211和212以及第三导光结构23)上刻写光纤光栅(作为第二导光结构22)。

步骤12为光纤研磨夹具包括金属底座、固定板、螺丝钉、石英凹槽，石英凹槽通过螺丝钉和固定于金属底座上，将光纤两端通过固定板固定，中间部分光纤固定于石英凹槽中，栅区位于石英凹槽的中间位置。

步骤13为通过光纤研磨机和研磨纸仔细的研磨石英凹槽中的光纤侧面，研磨至光纤侧面为一个光滑的平面。通过设计石英凹槽的宽度和深度即可改变如图3所述的纤芯的参数d值。

步骤14为将固定板与底座分离，取出共同制备并研磨好第三导光结构23、第一导光结构211和212以及第二导光结构22。

进一步示例性的，如图4所示，是采用如图2所示的半导体器件20在封装后的外观示意图。根据图4，包围着第一导光结构211和212以及第二导光结构22的第三导光结构23的一部分伸出于半导体器件20的框架之外，可以用于与其他具有相同结构的半导体器件级联，或者自然的暴露于空气中/连接衰减材料，作为测量光路的终点。并且，在以上结构的基础上，从图4所示的外观还可以看到伸出于半导体器件20框架至外的多个金属电极28。示例性的，这些金属电极28在一些实施例中可以是现有的射频功率半导体元件自有的金属电极，也可以是根据再次封装的结构而重新作出的根据结构变型的设计，本发明不对此做出限制。

由以上的说明可知，在如图1所示的实施例中，测量光路由半导体器件10之内传播至其之外的临界位置可以是第一导光结构113的一端1130。而在具有连接头26的如图2所示的实施例中，测量光路由半导体器件20之内传播至其之外的临界位置可以是包裹了第一导光结构212一端和第三导光结构23一端的连接头26。

然而，在本发明的一些实施例中，如上文提到的，上述的端1130和连接头26可以不必然连接可以对于测量光路进行分析的仪器，而连接其他具有相同结构的半导体器件，从此实现多个具有相同半导体器件的级联，并在位于末尾位置的半导体器件中如上述端1130和连接头26的位置收集流经多个半导体器件的测量光路，从而可以同时对多个半导体器件的内部温度进行测量。

与此同时，如图1所示与端1130相对的另一端1110以及如图2所示的与连接头26相对的另一端260既可以暴露在空气中/连接光衰减材料从而作为光路的终止点，也可以按照上述的方式与其他具有相同结构的半导体器件进行级联。具体来说，如图2所示的端260是被二次封装在外罩25内的，但是本发明不以此为限。例如，在本发明的一些其他的实施例中，在端260一侧的外罩上也具有预留孔，可以使得端260置于半导体器件20之外，从而可以级联其他的光测温器件或其他外部测量光路等。

基于这样的构思，本发明的另一方面还提出了一种半导体器件组件，包括多个上述的半导体器件。当多个半导体器件为如图1所示的、第一导光结构和第二导光结构位于半导体裸芯内的第一种典型结构时，相邻的半导体器件之间通过第一导光结构的一端相连。而当多个半导体器件为如图2所示的、第一导光结构和第二导光结构位于半导体裸芯之外的第二种典型结构时，相邻两个半导体器件之间通过连接头相连。本发明的半导体器件组件，不光便于实现单个半导体器件内部单点或多点位置的温度测量，还能够简单方便的对于级联的多个半导体器件组件进行统一的温度测量。

需要特别说明的是，本发明半导体器件及其组件中的第一导光结构在一些实施例中，是基于介质材料的光波导结构，如光导纤维，而第二导光结构是基于光波导结构的功能性光器件，如光栅，这样搭配的结构具有极好的电磁兼容性能。

一方面，半导体器件内嵌的光波导器件，其构造材料的介质属性使之可以处于半导体晶体管结构的区域，而不会强烈地改变原晶体管区域的局部电磁场分布。而另一方面，工作于内嵌光波导和光波导器件中的传输光和反射光，也可以免于参与同区域中半导体载流子的运动，因此不干涉半导体晶体管结构的工作。同时，半导体晶体管中的载流子运动和局部电磁场也不会干扰同区域光波导和光波导器件中的光传输。因此，使用内嵌光波导和光波导温度传感器件实现工况下半导体器件内温度场的原位测量是一个很好的选择。

现有的一些技术可能涉及到一些使用光纤端接热敏反射率材料的反射式测温方式，但是本发明的半导体器件及其组件，通过在半导体器件内部的多点布置第二导光结构，本发明的半导体器件及其组件可应用于实时测量工况条件下半导体器件内核心区温度场的多点温度测量。特别的，和光纤端接热敏反射率晶体相比较，本发明可以通过集成光路设计在半导体器件内部实现多点温度测量，或者温度场的反演，也可以通过光纤级联实现多器件测量。这是单光路(单通道)单点光反射强度测温所不能够轻易做到的。而且，本发明可以实现的温度采样率远高于热敏反射率晶体的方式，使得其易于捕捉到快速的结温变化。

在以上说明的基础上，本发明与前文介绍的现有技术相比具有以下有针对性地有益效果。

首先，和热电偶测温方法相比较，本发明具有极好的电磁兼容性能，可以最大限度接近管芯，也即半导体内温度场的核心区域，甚至就是被内嵌在管芯处进行温度测量，在测温的同时不会干扰半导体器件的正常工作，而且半导体器件的工作也不会干扰测温过程。

其次，和红外测温技术相比较，本发明不需要特定的光路搭建，不依赖感光和图像采集系统的设置，温度采集频率可以远高于图像的采集速度，这有利于捕捉到处于脉冲工作状态下的快速结温变化。而且，本发明可以通过低成本的光纤级联方式，实现多个半导体器件的结温同步测量，而红外测量光路很难实现。

进一步的，和热敏电参数(TSEP)方法相比较，本发明不依赖靠近管芯附近的PN结，可以在半导体器件的工况下实时测温，不需要受限于TSEP方法中在测温时候需要将待测半导体器件和原工作电路断开的形式。

最后，和热敏电阻或者热释晶体测温方法相比较，本发明不依赖在半导体器件内安装的特定器件，以及容易产生相互干扰的内部互联导线。

除此之外，特别的对于上述参考图2～图4所示的本发明中半导体器件的第二种典型结构，本发明提供了最大限度接近现有的半导体元件，获得温度场测量的办法，使得售后市场的半导体器件一样可以拥有本发明所提供的光路测温技术的种种优势。以上述的RF功率MOSFET结温测量的实施例为参考，在该实施例中，RF功率MOSFET芯片被作为半导体裸芯再次封装，而本发明的导光结构中的温度敏感部位与RF功率MOSFET芯片直接接触，能非常迅速的对结温变化做出反应，解决了由于光纤包层传热所导致的热传递滞后问题，确保了结温监测的响应灵敏度。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：内嵌于所述半导体器件中的多个第一导光结构和至少一个第二导光结构，所述多个第一导光结构与所述至少一个第二导光结构相互连接且间隔排布，其中，

所述第二导光结构适于将温度信息转化为变化的光信号；以及

所述第一导光结构适于约束所述光信号以形成直线、折线或曲线的测量光路，并且所述多个第一导光结构中至少一者的一端适于通过提供所述测量光路中的所述光信号以反映所述温度信息。

2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，当所述半导体器件具有多个第二导光结构时，每个第二导光结构对应的光谱分布不重叠。

3.如权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述第一导光结构为沿光传播方向折射率均匀的光波导，所述第二导光结构为沿所述光传播方向折射率周期性分布的光栅。

4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括半导体裸芯，所述第一导光结构和第二导光结构内嵌在所述半导体裸芯内。

5.如权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述第二导光结构位于所述半导体裸芯内功率消耗不小于一预设功率阈值的位置。

6.如权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括金属电极和键合线，所述半导体裸芯还包括基底，其中，所述键合线连接所述金属电极和所述半导体裸芯的顶部电极。

7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括半导体裸芯和第三导光结构，其中，所述第三导光结构包围所述第一导光结构和所述第二导光结构的部分外周面，且所述半导体裸芯紧贴于所述第一导光结构和所述第二导光结构的另一部分外周面，所述第三导光结构的一端与所述多个第一导光结构中至少一者的一端适于共同提供所述测量光路中的所述光信号以反映所述温度信息。

8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括基板和外罩，所述基板位于所述半导体裸芯的下方，用于支撑所述半导体裸芯，且所述外罩安装在所述基板上，以封装所述半导体裸芯、所述第一导光结构、所述第二导光结构和所述第三导光结构。

9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括连接头，所述连接头包裹所述第三导光结构的一端和所述多个第一导光结构的至少一者的一端，且所述外罩的一侧面具有开孔，适于所述连接头穿过。

10.一种半导体器件组件，其特征在于，包括多个如权利要求1～9所述的半导体器件，且相邻两个所述半导体器件之间通过所述第一导光结构和/或如权利要求9所述的连接头相连。

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