CN1497716A - 用于装载半导体芯片的封装及半导体器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体封装，其通过将半导体芯片工作时产生的热量有效地转移至散热器，允许半导体芯片精确、长时间、高稳定性地工作。该封装包括：衬底(2)，其上表面上具有将安装半导体芯片(1)的安装空间；框架(3)，设置为围绕所述衬底(2)上表面上的所述安装空间并在一侧具有用于输入/输出端子(5)的接头(3a)；以及输入/输出端子(5)，连接至所述接头(3a)，其中所述衬底(2)、或部分所述衬底(2)、或所述衬底(2)和所述框架(3)、或部分所述衬底和所述框架由金属－金刚石复合物或由金刚石颗粒和铜构成的金属－金刚石烧结体形成，所述金属－金刚石复合物中具有经由金属碳化物结合的金刚石颗粒的母体材料被铜和/或银渗透。另外，金属－金刚石复合物表面镀金。

Description

用于装载半导体芯片的封装及半导体器件

技术领域

本发明涉及一种用于装载半导体芯片的封装，以及使用该用于装载半导体芯片的封装的半导体器件，该封装适于装载各种类型的半导体芯片，例如，诸如集成电路(IC)、大规模集成电路(LSI)、场效应晶体管(FET)、半导体激光器(LD)和光电二极管(PD)的半导体集成电路芯片。

背景技术

下面将利用代表一种类型的半导体封装的光学半导体封装的示例来说明传统的用于装载半导体芯片的封装(以下称做半导体封装)。

传统的光学半导体封装具有如图8所示的结构，其中热电冷却器设置在衬底2上，并位于由衬底2、框架3和盖子6构成的直角平行六面体形式的Fe-Ni-Co合金盒子内部，而光学半导体芯片1设置在热电冷却器的顶上。随着近来光学半导体芯片输出功率的增长，产生的功率增大，并且产生的热量也趋于增大。因此，上述构造的缺点就在于由热电冷却器自身产生的热量，例如，经由衬底2和框架3，作用于光学半导体芯片1上，并且用热电冷却器冷却光学半导体芯片1的效率下降。

为了克服上述缺点，已经采取了各种措施来散发由热电冷却器产生的热量。这类措施的具体示例介绍如下。

(a)衬底散热能力的改善(日本专利公开第2000-150746号)

如图9a所示，一种光学半导体封装包括：衬底2，在其上表面上具有光学半导体芯片1经由诸如珀耳帖(Peltier)芯片的热电冷却器安装于其上的安装空间，还在其相对的侧面中具有螺栓安装部分，该螺栓安装部分为通孔或槽口；框架3，通过诸如银-铜焊料的焊料材料接合至衬底的上表面，使其围绕该安装空间，并具有设置于其侧面中、用于输入/输出端子的接头3a，接头3a为通孔或槽口；输入/输出端子5，装配入接头3a中；以及，盖子6。

如图9b所示，在输入/输出端子5中，金属化层5a形成为穿过框架3，而与外电路接合的引线端8在框架的外部经由诸如银-铜焊料的焊料材料连接至金属化层5a。另外，密封环4接合至框架3的上表面和输入/输出端子5的上表面。这两个上表面基本上位于同一平面内。当盖子6缝焊(seam weld)或焊接至框架3时，密封环4起焊接媒质的作用。

如图9c所示，在衬底2中，具有三层结构的金属层涂覆在基体材料的上表面和下表面上，该三层结构包括由铬铁合金构成的第一层a、由铜构成的第二层b和由铁镍钴合金构成的第三层c。此基体材料由单向碳复合材料(unidirectional carbon composite material)构成，其中沿着从基体材料的上表面一侧至其下表面一侧的单一方向排列的单向碳纤维(unidirectional carbonfiber)与碳相结合。

单向碳复合材料沿横向方向(垂直于单向碳纤维方向的方向)具有非常低的弹性模量，并且沿此方向的热膨胀系数约为7ppm/℃。将该复合材料涂覆以上述金属层产生出其中沿横向方向的热膨胀系数调节为10至13ppm/℃的衬底。另外，沿纵向方向(平行于单向碳纤维方向的方向)，衬底的热膨胀系数接近于单向碳纤维沿纵向方向的热膨胀系数(几乎为0ppm/℃)，因为单向碳纤维沿纵向方向的弹性模量非常高。

衬底2沿纵向的导热率与其沿横向的导热率之间存在明显的差异。沿纵向方向，衬底具有不低于约300W/m·K的极高的导热率。然而，沿横向的导热率不大于约30W/m·K，其相当的低，因为非常大数量的孔隙存在于各个单向碳纤维之间。

此衬底起到了所谓散热片的作用，用于有效地将光学半导体芯片在工作期间产生的热量转移至散热器，因为其利用螺栓经由螺栓安装部分安装并紧密地固定于外电路的散热器。

在光学半导体芯片安装并固定于具有此衬底的光学半导体封装之后，光学半导体芯片和金属化层以连接引线电连接起来，且光学半导体芯片以盖子密闭，从而获得作为产品的光学半导体器件。光学半导体芯片以从外电路输入的高频信号或从光纤输入的光学信号激励。

(b)衬底和框架散热能力的改善(日本专利公开第2002-252299号)

图10所示的半导体封装的基体材料是金属-碳复合材料(metal-carboncomposite material)A，包括单向碳纤维1、碳母体材料(matrix material)m、以及铜和/或银n，并且通过以铜和/或银n渗透具有散布于其中的单向碳纤维1单元的碳母体材料m来获得。用通过以铜镀层B涂覆基体材料的表面获得的材料作为衬底和框架的材料。在此半导体封装中，即使没有热电冷却器也能有效地散发热量，因为与上述部分(a)中介绍的仅沿纵向方向具有热传导的基体材料对比，热量沿所有的方向转移。

然而，问题在于随着近年来光学半导体芯片输出的增大，其工作期间产生的热量也已经进一步增大，并且此热量无法有效地散发，导致了热量积累在由衬底和框架形成的中空空间(内部空间)中，这产生了光学半导体芯片工作性能或热特性的劣化。

安装额外的热电冷却器或进一步增大尺寸来改善热传导效率也被作为用于解决此问题的手段考虑。然而，在此情况下，光学半导体封装的尺寸变得更大，这与近来减小光学半导体封装的尺寸和重量的趋势相反。

另外，若螺栓安装部分利用螺栓在很高的扭矩下紧密地固定至散热器，为了紧密并牢固地将光学半导体芯片固定至外电路，并增大向散热器的热转移效率，将光学半导体封装同散热器紧密固定成为不可能，因为具有大大小于金属的压缩强度的螺栓安装部分沿厚度方向变形。产生的问题是由光学半导体芯片产生的热量无法转移至散热器，这导致了学半导体芯片工作性能或热特性的劣化。

这些问题不限于上述的光学半导体封装，并且与用于装载诸如IC、LSI、或诸如FET的各种衬底起散热片作用的半导体芯片中的一种的半导体集成电路芯片的半导体封装相关。

发明内容

本发明基于前述问题而完成，并且本发明的目的在于提供一种半导体封装以及使用该半导体封装的半导体器件，该半导体封装通过将半导体芯片工作时产生的热量有效地转移至散热器，允许半导体芯片精确、长时间、高稳定性地工作，该半导体芯片例如诸如IC、LSI或诸如FET、LD、PD的各种半导体芯片中的一种的半导体集成电路芯片。

基于综合研究的结果，发明者发现上述问题可以通过改善形成衬底和框架的材料来解决，并实现了本发明。本发明的组成如下。

一种用于装载半导体芯片的封装，包括：衬底，在其上表面上具有将要安装半导体芯片的安装空间；框架，设置为使其围绕所述衬底的上表面上的所述安装空间，并在其一侧具有用于输入/输出端子的接头；以及，输入/输出端子，通过装配或结合，连接至所述接头，其中所述衬底、或所述衬底的一部分、或所述衬底和所述框架、或所述衬底和所述框架的一部分由金属-金刚石复合物形成，所述金属-金刚石复合物中具有经由金属碳化物结合的金刚石颗粒的母体材料被包括铜和/或银作为主要成分的金属所渗透。

优选，至少一部分的所述金属-金刚石复合物的表面镀覆以金。

优选，螺栓安装部分形成在所述衬底每个相对侧中，所述螺栓安装部分为通孔或槽口。

一种半导体器件，包括：根据本发明的用于装载半导体芯片的封装；安装并固定于所述安装空间上的半导体芯片；以及，结合至所述框架上表面的盖子。

一种用于装载半导体芯片的封装，包括：衬底，在其上表面上具有将要安装半导体芯片的安装空间；框架，设置为使其围绕所述衬底的上表面上的所述安装空间并在其一侧具有用于输入/输出端子的接头；以及，输入/输出端子，通过装配或结合连接至所述接头，其中所述衬底、或所述衬底的一部分、或所述衬底和所述框架、或所述衬底和所述框架的一部分由其内部没有孔隙的金属-金刚石烧结体形成，所述金属-金刚石烧结体具有作为主要成分的颗粒尺寸不小于5μm且不大于100μm的金刚石颗粒、主要为铜的余量、以及不小于500W/m·K且不大于1500W/m·K的导热率。

优选，至少一部分的所述金属-金刚石烧结物的表面镀覆以金。

优选，螺栓安装部分形成在所述衬底每个相对侧中，所述螺栓安装部分为通孔或槽口。

一种半导体器件，包括：根据本发明的用于装载半导体芯片的封装；安装并固定于所述安装空间上的半导体芯片；以及，结合至所述框架上表面的盖子。

附图说明

图1示出了半导体器件的示例，该半导体器件使用根据本发明的用于装载半导体芯片的封装；

图2为根据本发明的半导体封装的衬底和框架的局部放大截面图；

图3示出了半导体器件的示例，该半导体器件使用根据本发明的用于装载半导体芯片的封装；

图4示出了根据本发明的用于装载半导体芯片的封装的示例；

图5示出了用于制造根据本发明的金属-金刚石复合物的方法的示例；

图6示出了半导体器件的示例，该半导体器件使用根据本发明的用于装载半导体芯片的封装；

图7a和7b示出了半导体器件的示例，该半导体器件使用根据本发明的用于装载半导体芯片的封装；

图8示出了半导体器件的示例，该半导体器件使用传统的用于装载半导体芯片的封装；

图9a、9b和9c示出了半导体器件的另一示例，该半导体器件使用传统的用于装载半导体芯片的封装；以及

图10为传统半导体封装的衬底和框架的局部放大截面图。

具体实施方式

下面将参照附图更加详细地介绍根据本发明的半导体封装。

图1至7示出根据本发明的半导体封装的优选实施例的示例。图1为示出半导体封装的示例的截面图。图2为半导体封装的衬底和框架的局部放大截面图。图3为其中衬底和框架一体地形成的半导体封装的截面图。图4为示出半导体封装的另一示例的透视图。

下面将介绍图1所示的本发明的优选实施例。

图1示出其中金属-金刚石复合物(metal-diamond composite)被用作衬底和框架的材料的示例。参照图1，附图标记1表示半导体芯片；2表示通过在由金属-金刚石复合物A构成的基体材料的表面上形成金镀层B而获得的衬底；3为在其平面图中近似为矩形的框架，并且该框架是通过在由金属-金刚石复合物A构成的基体材料的表面上形成金镀层B获得的；4表示接合至框架3上表面上的密封材料；以及，5为装配在框架3的接头(joint)3a中的输入/输出端子。装载半导体芯片1的容器主要由衬底2、框架3、密封材料4和输入/输出端子5构成。

图2示出衬底2和框架3的局部放大截面图。衬底和框架由金属-金刚石复合物A构成，该复合物A包括金刚石颗粒d、金属碳化物m、以及包括铜和/或银作为主要成分的金属n，并且以金镀层B涂覆其表面。

根据本发明的金属-金刚石复合物A的热膨胀系数通过以包括铜和/或银作为主要成分的金属n渗透基体而控制为5至10ppm/℃。另外，以包括铜和/或银作为主要成分的金属n进行的渗透增大了金属-金刚石复合物A的刚性。从而，在半导体封装通过以螺栓经螺栓安装部分固定至外部电路时，金属-金刚石复合物A可牢固地固定，而无需间断。

铜和/或银用作用于渗透金属-金刚石复合物A的金属，因为这些金属具有17至20ppm/℃的热膨胀系数，不低于390W/m·K的导热率、不小于80GPa的弹性模量、以及不低于900℃的熔点的安装部分，这些特性从半导体封装的制造和特性的角度来看是有利的。

更加具体地，对于热膨胀系数，若母体材料以适当量的包括铜和/或银作为主要成分的金属n渗透，则金属-金刚石复合物A的热膨胀系数将不会增大至明显与半导体芯片1不同的水平，其中在该母体材料中金刚石颗粒d经由金属碳化物m相结合。另外，因为铜和银具有非常高的导热率，因此它们有利于转移半导体芯片1在工作期间产生的热量。

对于弹性模量，因为包括铜和/或银作为主要成分的金属n在上紧螺栓时起到了缓冲材料的作用，与传统材料相比，可以更加有效地避免衬底2破裂。因为包括铜和/或银作为主要成分的金属n具有非常高的熔点，即使在以诸如具有不低于780℃的熔点的银铜焊料来组装半导体封装时，金属n也不会发生熔融。另外，可以稳定地保持母体材料的内部状态，其中利用稳定的金属碳化物m结合金刚石颗粒d。另一方面，若使用前述温度下熔化的金属，此金属可从衬底2或框架3的端面渗出。该金属不适于作为用于半导体封装的材料。

用于制造金属-金刚石复合物A的方法的示例将在下面基于图5(a)至(f)说明，但用于制造根据本发明的金属-金刚石复合物的方法不限于下述制造示例。

首先，如图5(a)所示，将金刚石颗粒11装在容器15内。然后，如图5(b)所示，布置金属锭12a使其与金刚石颗粒11相接触。金属锭12a由例如Ti(组成金属碳化物的金属成分)和Ag、Cu、Al和Au中的至少一种形成的合金制成。除Ti以外，构成金属碳化物的优选金属成分包括Zr和Hf，另外，从4a至7a族金属选取的金属的组合也可使用。从热学特性的角度来看，少量的Ti是优选的，但是如果量太少，就无法产生效果。因此，优选金属锭12a包括约0.1至8.0wt％的Ti。

如图5(c)所示，若金属锭12a受热并熔化，并且使熔融的金属12b渗透入金刚石颗粒11之间，然后包括在熔融金属12b中的Ti与金刚石发生反应，在金刚石颗粒11的表面上形成由TiC构成的金属碳化物12。

在此条件下有时候同时形成了石墨，石墨是由金刚石转变而来。金属锭12a的熔化温度越高以及用于熔化的加热时间越长，就越容易形成石墨。合金可以有效地用作熔融金属锭12a，因为金属锭的熔点将会降低，其较容易熔化，并且可以防止对金刚石的破坏或减少形成的石墨的量。石墨的导热率没有金刚石的好，因此优选石墨的量很少。另一方面，有时石墨将金刚石颗粒有效地连接在一起。如果以很少的量出现，其不会对导热率造成明显的破坏，并且不会产生出问题。

在金属12b在真空中受热并蒸发以后，如图5(d)所示，仅保留下金刚石11和金属碳化物12。在此情况下，获得了其中在金属碳化物12的母体中出现金刚石11的结构。金刚石11形成了颗粒，并且这些金刚石颗粒11在此结构中与金属碳化物12结合在一起。在此由金刚石颗粒11和金属碳化物12构成的母体中同样出现了孔隙。

然后，如图5(e)所示，铜和/或银的金属锭13a布置为使其与由金刚石颗粒11和金属碳化物12构成的母体相接触。图5(f)所示的金属-金刚石复合物A可这样获得，熔化金属锭13a，使金属渗透入由金刚石颗粒11和金属碳化物12构成的母体中的孔隙、填充孔隙、并且当被渗透的金属13固化后从容器15中取出产品。

优选金镀层B形成在金属-金刚石复合物A的表面上，如图2所示。金镀层B具有完全覆盖包括铜和/或银作为主要成分的金属n的表面的作用(金属n暴露在金属-金刚石复合物A的表面上)，并且抑制了使用化合物的环境中的氧化和腐蚀。另外，金镀层还起到了所谓传热媒质的作用，其将半导体芯片1在工作期间产生的热量沿横向转移。金镀层B还作为所谓的焊接改善媒质，其增大了将要结合至衬底2或框架3的部件被以诸如金(Au)-锡(Sn)或银(Ag)-铜(Cu)焊料的焊接材料结合时的焊接力。

在使用氦(He)检查半导体封装内部的气密性时，封装是满足标准的，因为金镀层B有效地防止了部分氦(He)陷入金属-金刚石复合物的孔隙中。另外，由于半导体芯片1在工作期间产生的热量从半导体芯片1沿金镀层B结合(安装)处的接头(安装空间2a)转移，此热量会有效地通过半导体封装的整个外表面从半导体封装的整个内部区域散发出去，并且随后通过散热器散发至大气中。

金镀层B的厚度优选为0.2至5μm。若其小于0.2μm，抑制暴露在金属-金刚石复合物的表面上的铜和/或银的氧化的效果因为针眼等原因而丧失。另外，当半导体芯片1和输入/输出端子5通过诸如Au-Sn或Ag-Cu的焊料连接起来时，材料的焊接力易于受损，金镀层失去了其传热媒质的作用，并且对于半导体封装内部的气密性检查表现出气密性的不稳定。另一方面，当厚度超过5μm时，金属-金刚石复合物A与金镀层B之间出现的热应力所导致的应变增加，并且金镀层B易于剥落。从成本效率的角度出发，这也是不期望的。

在图1所示的构造中，框架3通过例如具有很高导热率的银-铜焊料的焊料连接至衬底2的上表面，框架3由与衬底2相同的材料构成。因此，即使在由半导体芯片1产生的热量从衬底2转移至框架3时，也可以有效地将热量从框架3散发至外部(散发入大气中)。因此，即使半导体芯片1在工作期间产生了非常大量的热量，热量也可以通过两种途径有效地散发：从衬底2经框架3至大气的途径和从衬底2至散热器的途径。框架可由另一种绝缘材料构成，其中的一个示例将在下面介绍。

在其平面图中基本为矩形的框架3的四个围绕半导体芯片1的侧壁可形成为独立的块。半导体芯片1在工作期间产生的热量可按照上述方式有效地散发，即使是每个块都经由例如银-铜焊料的焊料连接起来。块的数量不限于四个，以下的构造也可以采用：其中的每一个都具有彼此以诸如银-铜焊料的焊接材料相连的两个侧壁的两个块的构造；其中一个块与通过连接三个侧壁获得的U形结构的开口相连接的构造；以及，其中一个侧壁被分为以焊接材料相接的不少于两个部分的构造。

衬底2和框架3具有约400至800W/m·K的导热率。结果，即使在半导体芯片在工作期间产生的热量非常大时，热量也可以通过两种途径有效地散发：热量以良好的效率任意从衬底2转移至框架3并最终至大气中的途径和热量任意从衬底2转移至散热器的途径。

因此，半导体封装可以牢固并紧密地以螺栓经由衬底2的螺栓安装部分2a安装至外电路。另外，半导体芯片1在工作期间产生的热量可以有效地从衬底2转移至散热器，并且热量也可以从衬底2转移至框架3并最终散发至大气中。

输入/输出端子5的接头3a设置在框架3的侧面上，并且输入/输出端子5经由金镀层B通过诸如Ag-Cu焊料的焊接材料装配至接头3a的内周表面上。作为输入/输出端子5，是电绝缘陶瓷衬底涂覆以导电金属化层5a，并且末端具有保持半导体封装内部气密性的功能和向和从半导体封装和外部电路输入和输出高频信号的功能。根据其诸如介电常数和热膨胀系数等的特性，诸如氧化铝(Al₂O₃)陶瓷或氮化铝(AlN)陶瓷的陶瓷材料适于选作陶瓷基体材料。

输入/输出端子如下制造：将有机或其它溶液添加至例如钨(W)、钼(Mo)或锰(Mn)的粉末，其将形成金属化层5a；混合它们以获得金属胶；同时，通过向用于陶瓷衬底的粉末状初始材料添加适合的有机粘合剂或溶液并随后通过刮刀法(doctor blade method)或砑光辊法(calender roll method)成型这些材料来制备陶瓷坯片；根据所需的形状通过使用传统丝网印刷法印刷，向陶瓷坯片涂覆以金属胶；以及，随后在约1600℃的高温下烧结坯片。

另外，将盖子6缝焊至框架3的上表面，或将对Au-Sn焊接起媒质作用的由例如Fe-Ni-Co合金或Fe-Ni合金的金属构成的密封环4利用诸如Ag-Cu焊料的焊接材料接合至框架的上表面。在形成密封环时，例如，利用Fe-Ni-Co合金，通过对此合金的金属锭进行诸如碾或压的金属处理制出预定的形状。为了有效地防止氧化和腐蚀，诸如0.5至9μm厚的Ni层或0.2至5μm厚的Au层的金属层可通过镀覆而涂覆在环的表面上。

由Fe-Ni-Co合金、Fe-Ni合金等构成的金属，或由Al₂O₃陶瓷、AlN陶瓷等构成的陶瓷作为盖子6接合在密封环4的上表面，用于密闭半导体封装的内部。

以上给出的说明与其中金属-金刚石复合物用作衬底和框架材料的情况相关。然而，金属-金刚石烧结体也可替代金属-金刚石复合物使用。对于金属-金刚石烧结体，使用这样一种烧结体，其包括颗粒尺寸不小于5μm且不大于100μm的金刚石颗粒、其内部无孔隙、导热率不小于500W/m·K且不大于1500W/m·K、并且具有主要为铜的余量。

在上面介绍的示例中，半导体封装的衬底和框架从金属-金刚石复合物或金属-金刚石烧结体制得。然而，还可以将金属-金刚石复合物或金属-金刚石烧结体仅用于衬底部分，例如，如图6所示。此半导体封装在半导体芯片的输出过高时提供了足够的散热能力，因此从成本效率的角度来看是很有效的。

作为产品的半导体器件通过组装根据本发明的半导体封装、安装并固定于安装空间2a上并与输入/输出端子5电连接的半导体芯片1、以及连接框架3的上表面并密封半导体芯片1的盖子6制得。

更加具体地，半导体芯片1经由诸如玻璃、树脂或焊接材料的粘接剂粘结固定在安装空间2a的上表面，并且半导体芯片1的电极经由连接引线电连接至规定的金属化层5a。之后，盖子6利用玻璃、树脂、焊接材料或者通过缝焊与密封环4的上表面结合，由此半导体芯片1气密地装载在由衬底2、框架3、密封环4和输入/输出端子5构成的半导体封装内。作为产品的半导体器件通过将盖子6结合至半导体封装的上表面而完成。

本发明不限于上述优选实施例，并且在不脱离本发明主旨的条件下可以进行各种改动。例如，在半导体芯片1为诸如LD、PD或LD的光感半导体芯片的情况下，为提供光学半导体封装，半导体封装应该装备用于将光纤固定在框架3侧面的光纤固定部件和粘结固定在光纤固定部件上的光纤。作为产品的光学半导体器件通过将用于密封光学半导体芯片的盖子结合至光学半导体封装的上表面而完成。

上述光学半导体器件可以起到能够在高速下传输大量信息的光学半导体器件的作用，并且可以如下地广泛用于光通信等领域，即穿过带有粘结地固定在光纤固定部件上并且起会聚透镜作用的透明部件的光纤，发送和接受光，并随后经由光纤内部传送光，该光例如为通过从外电路供入高频信号的光学半导体芯片的光激发产生的激光。

下面将基于图3和4介绍本发明另一实施例的半导体封装。在图3所示的构造中，图1所示的半导体封装中的容器2c通过一体地成型衬底2和框架3而形成。利用此无需衬底2与框架3之间的诸如Ag-Cu焊料的焊接材料获得的构造，半导体芯片1在工作期间产生的热量也可以有效地散发出来，类似于图1所示的构造。

图4为根据本发明的半导体封装的另一示例的透视图。参照图4，附图标记1表示半导体芯片，2表示通过在由金属-金刚石复合物A构成的基体材料的表面上形成金镀层B获得的衬底；5表示用于向半导体芯片1提供信号的输入/输出端子；3为从诸如Al₂O₃陶瓷、AlN陶瓷或低温烧结陶瓷(LTCC：低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics))的电绝缘材料形成的框架，或通过在与输入/输出端子连接的、位于诸如金属-金刚石复合物的金属材料的上表面处的部分上形成电绝缘层而获得的框架。装载半导体芯片1的容器主要由衬底2、框架3、密封材料4和输入/输出端子5构成。

如上所述，框架3主要从Al₂O₃陶瓷、AlN陶瓷或低温烧结陶瓷制得。为了连接输入/输出端子5，将形成金属化层的基于铜(Cu)的金属层或基于钨(W)、钼(Mo)、锰(Mn)或银(Ag)的金属层通过丝网印刷法并在高温下烧结、根据期望的形状印刷或涂覆而成。还可以使用整个框架3不由陶瓷形成的构造。因此，可以在部分的金属-金刚石复合物A和由陶瓷构成的输入/输出端子中形成通孔或槽口，并且可以经由焊接材料将金属装配于其内部。

如图7所示，金属-金刚石复合物或金属-金刚石烧结体也可以仅用于半导体封装衬底的一部分。此半导体封装可在半导体芯片的输出过高时提供有效的散热能力，因此从成本效率的角度来看是很有效的。

如图4所示，安装半导体芯片后，来自于诸如树脂的、具有电绝缘特性的材料的盖子配附在半导体封装的上部(图4中未示出盖子)。半导体器件通过提供将被安装并固定在安装空间上并且电连接至该半导体封装内的输入/输出端子5的半导体芯片1而获得。

更加具体地，半导体芯片1经由诸如玻璃、树脂或焊接材料的粘接剂粘结固定在安装空间的上表面上，而半导体芯片1的电极经由连接引线或连接带电连接至规定的末端接头。其后，树脂盖子结合在上表面上，从而产生作为产品的半导体器件，其中半导体芯片1包括在由衬底2、框架3、输入/输出端子5和盖子构成的半导体封装的内部。

本发明不限于上述优选实施例，并且在不脱离本发明主旨的条件下可以进行各种改动。例如，当包括在半导体封装内部的半导体芯片1为用于无线通讯的MMIC等时，半导体器件产品通过装配用于功率放大的器件或其中在Al₂O₃陶瓷衬底上通过厚膜金属化形成了天线的衬底而获得。

在此用于无线通讯的半导体器件中，无线电半导体芯片，例如通过从外电路提供的高频信号来激励，产生的信号通过功率放大器放大，并且无线电信号通过天线发送。结果，器件起到了无线电信号发生器的作用，并且可以广泛地用于无线通信领域。

在根据本发明的半导体封装中，特殊材料被用作衬底或衬底和框架的材料，该特殊材料通过制备其中的金刚石颗粒经由金属碳化物结合的母体、用铜和/或银渗透该母体从而形成金属-金刚石复合物、随后在其上设置金镀层而产生。结果，半导体封装可以牢固且紧密地利用螺栓固定于外电路，并且半导体芯片在其工作期间产生的热量经由衬底和框架有效地转移，并经由外电路的散热器散发或散发至大气中。另外，在根据本发明的半导体封装中，至少衬底和/或框架的表面的一部分涂覆以金镀层，因此，防止了暴露在金属-金刚石复合物表面上的铜和/或银的氧化和腐蚀，并且密封在封装内部的半导体芯片可以长时间稳定地使用。

另外，本发明还可以通过使用上述半导体封装来提供高度可靠的半导体器件。

Claims (8)

1.一种用于装载半导体芯片的封装，包括：衬底，在其上表面上具有将要安装半导体芯片的安装空间；框架，设置为使其围绕所述衬底的上表面上的所述安装空间，并在其一侧具有用于输入/输出端子的接头；以及，输入/输出端子，通过装配或结合，连接至所述接头，其中所述衬底、或所述衬底的一部分、或所述衬底和所述框架、或所述衬底和所述框架的一部分由金属-金刚石复合物形成，所述金属-金刚石复合物中具有经由金属碳化物结合的金刚石颗粒的母体材料被包括铜和/或银作为主要成分的金属所渗透。

2.根据权利要求1所述的用于装载半导体芯片的封装，其中至少一部分的所述金属-金刚石复合物的表面镀覆以金。

3.根据权利要求1所述的用于装载半导体芯片的封装，其中螺栓安装部分形成在所述衬底每个相对侧中，所述螺栓安装部分为通孔或槽口。

4.一种半导体器件，包括：根据权利要求1的用于装载半导体芯片的封装；安装并固定于所述安装空间上的半导体芯片；以及，结合至所述框架上表面的盖子。

5.一种用于装载半导体芯片的封装，包括：衬底，在其上表面上具有将要安装半导体芯片的安装空间；框架，设置为使其围绕所述衬底的上表面上的所述安装空间并在其一侧具有用于输入/输出端子的接头；以及，输入/输出端子，通过装配或结合连接至所述接头，其中所述衬底、或所述衬底的一部分、或所述衬底和所述框架、或所述衬底和所述框架的一部分由其内部没有孔隙的金属-金刚石烧结体形成，所述金属-金刚石烧结体具有作为主要成分的颗粒尺寸不小于5μm且不大于100μm的金刚石颗粒、主要为铜的余量、以及不小于500W/m·K且不大于1500W/m·K的导热率。

6.根据权利要求5所述的用于装载半导体芯片的封装，其中至少一部分的所述金属-金刚石烧结体的表面镀覆以金。

7.根据权利要求5所述的用于装载半导体芯片的封装，其中螺栓安装部分形成在所述衬底每个相对侧中，所述螺栓安装部分为通孔或槽口。

8.一种半导体器件，包括：根据权利要求5的用于装载半导体芯片的封装；安装并固定于所述安装空间上的半导体芯片；以及，结合至所述框架上表面的盖子。

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