TWI613775B - 降低電流路徑熱應力之晶片 - Google Patents
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Abstract
一種降低電流路徑熱應力之晶片，其具有：一基材，其一表面形成有至少一奈米垂直線狀結構區；以及至少一電流路徑，係形成於該基材之所述表面的所述至少一奈米垂直線狀結構區內，其中，所述至少一奈米垂直線狀結構區具有分散所述至少一電流路徑的熱應力的功能。
Description
本發明係有關於一種降低電流路徑熱應力之晶片，特別是一種藉由奈米垂直線狀結構群環繞一電流路徑而降低該電流路徑熱應力之晶片。
晶片會因銲接或工作電流所產生的熱應力而故障或損壞。為解決銲接所造成的熱應力問題，習知技術乃有採用大面積銲料區塊的作法。例如，TWI316750專利揭露了一種覆晶封裝結構及其製作方法，其係於覆晶晶片與封裝基板之間製作一個或多個散熱塊，或是於覆晶晶片的工作面製作大面積的銲料區塊，又或是於封裝基板的工作面製作大面積的銲料區塊，以藉由晶片與基板間的大面積接觸來增加散熱路徑，從而使晶片的工作面可承受更大的熱應力。
另外，為解決銲接所造成的熱應力問題，CN 102469698專利(其美國對應案為US 20120122278A1)亦揭露了一種製造半導體插件板的方法，該方法包括：提供基板，該基板包括形成在其一側上的連接部分，該連接部分上提供有焊料層；在所述焊料層上佈置配備有電流佈線的傳導性熱生成器；將電流施加到所述電流佈線上，從而對所述焊料層進行加熱，以將半導體晶片附著到所述連接部分上；以及從所述傳導性熱生成器移除電流佈線。藉由將電流施加到傳導性熱生成器的電流佈線以僅局部加熱焊料層來將半導體晶片附著到基板上，該方法即可降低熱應力且可避免基板的變形。
然而，晶片除了會因銲接所產生的熱應力而故障或損壞外，也會因工作電流所產生的熱應力而故障或損壞。事實上，當晶片上一電流路徑通過一工作電流後，該電流路徑即會在與一基材之接面處或在該電流路徑之形狀不連續處產生一熱應力。當該熱應力超過一臨界值時，該電流路徑即可能和該基材脫離或在該電流路徑之形狀不連續處出現斷裂現象。
為解決晶片因工作電流所產生的熱應力而故障或損壞的問題，一般的作法都是增加電流路徑的尺寸。然而，該作法卻會減少一晶圓的晶片切割數，增加晶片生產成本。
為解決前述的問題，吾人亟需一新穎的降低電流路徑熱應力之晶片。
本發明之一目的在於揭露一種降低電流路徑熱應力之晶片，其可藉由奈米垂直線狀結構群環繞一電流路徑而分散該電流路徑因通過電流所產生的熱應力。
本發明之另一目的在於揭露一種降低電流路徑熱應力之晶片，其可藉由在一電流路徑週遭設置奈米垂直線狀結構群而避免該電流路徑因熱應力而斷裂或和一基材脫離，從而提高該晶片之工作壽命。
本發明之另一目的在於揭露一種降低電流路徑熱應力之晶片，其可藉由環繞於一電流路徑週遭的奈米垂直線狀結構群提高該電流路徑的最大電流承受值。
本發明之又一目的在於揭露一種降低電流路徑熱應力之晶片，其可藉由環繞於一電流路徑週遭的奈米垂直線狀結構群而使該電流路徑可以較小的截面積承受一預定電流。
為達前述目的，一種降低電流路徑熱應力之晶片乃被提出，其具有：一基材，其一表面形成有至少一奈米垂直線狀結構區；以及至少一電流路徑，係形成於該基材之所述表面的所述至少一奈米垂直線狀結構區內。
在一實施例中，所述奈米垂直線狀結構區具有介於1至5微米之深度之奈米垂直線狀結構群，且所述至少一電流路徑之各側邊均與所述奈米垂直線狀結構群緊鄰，俾以分散所述至少一電流路徑的熱應力。
在一實施例中，所述奈米垂直線狀結構區係由一蝕刻程序實現。
在一實施例中，所述奈米垂直線狀結構區係由一電化學程序實現。
在一實施例中，所述奈米垂直線狀結構區係由一沉積程序實現。
在一實施例中，該電流路徑係由鋁或銅構成。
在一實施例中，該電流路徑係由一半導體材料構成。
在一實施例中，該晶片包含至少一功率開關元件。
在一實施例中，該晶片包含至少一LED元件。
在一實施例中，該晶片包含至少一太陽能電池元件。
在一實施例中，該基材係一矽基材。
在一實施例中，該基材係一藍寶石基材。
為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
100、200‧‧‧基材
110、210‧‧‧電流路徑
120‧‧‧奈米垂直線狀結構區
121‧‧‧奈米垂直線狀結構群
130‧‧‧光阻
圖1為本發明降低電流路徑熱應力之晶片之一實施例之一局部外觀示意圖。
圖2a-2c繪示圖1之晶片之一奈米垂直線狀結構區之一可能製程。
圖2d-2f繪示在一蝕刻程序的作用時間為10分鐘、20分鐘及30分鐘之情況下所造成之奈米垂直線狀結構群的不同深度。
圖3a為一習知晶片之一電流路徑在一形狀不連續處因熱應力而斷裂之示意圖。
圖3b為一習知晶片之一電流路徑因熱應力而和一基材脫離之示意圖。
圖4a-4g繪示本發明晶片所採之一製程示意圖。
圖5為本發明之三個晶片(分別具有1微米深度之奈米垂直線狀結構群、2微米深度之奈米垂直線狀結構群及3微米深度之奈米垂直線狀結構群)相對於不具有奈米垂直線狀結構群之一習知晶片的熱應力比較圖。
本發明的原理在於晶片上之一電流路徑可藉由環繞於其周圍之奈米垂直線狀結構群的應力分散作用而降低該電流路徑因通過電流所產生的熱應力。
請參照圖1，其為本發明降低電流路徑熱應力之晶片之一實施例之一局部外觀示意圖，其包括一基材100、一電流路徑110及包圍該電流路徑110之一奈米垂直線狀結構區120。
基材100可為一矽基材或一藍寶石基材。
電流路徑110可由鋁、或銅或其他導體構成，或由一半導體材料構成。
奈米垂直線狀結構區120具有深度介於1至5微米之奈米垂直線狀結構群，且電流路徑110之各側邊均與所述奈米垂直線狀結構群緊鄰，俾以分散電流路徑110的熱應力。請參照圖2a-2c，其繪示奈米垂直線狀結構區120之一製程實施例，其包括以下步驟：利用一光阻130塗佈在基材100上(如圖2a所示)；經一曝光程序形成一圖樣(如圖2b所示)；以及經一蝕刻程序以在奈米垂直線狀結構區120內形成奈米垂直線狀結構群(如圖2c所示)。所述奈米垂直線狀結構群的深度可藉由所述蝕刻程序的作用時間加以控制。請參照圖2d-2f，其繪示在所述蝕刻程序的作用時間為10分鐘、20分鐘及30分鐘之情況下，所造成的奈米垂直線狀結構群121的深度分別為1.1微米、2.3微米及3.2微米。
如前所述，當一習知晶片上之一電流路徑通過一工作電流後，該電流路徑即會在與一基材之接面處或在該電流路徑之形狀不連續處產生一熱應力，而當該熱應力超過一臨界值時，該電流路徑即可能和該基材脫離或在該電流路徑之形狀不連續處出現斷裂現象。請參照圖3a，其為一習知晶片之一電流路徑210在一形狀不連續處因熱應力而斷裂(如圓圈處所示)之示意圖；以及圖3b，其為一習知晶片之一電流路徑210因熱應力而和一基材200脫離(如圓圈處所示)之示意圖。相對地，本發明藉由在電流路徑110週遭設置奈米垂直線狀結構群則可有效避免電流路徑110因熱應力而斷裂或和基材100脫離，而使晶片有更長的工作壽命，且可提高電流路徑110的最大電流承受值。
另外，在電流路徑110週遭設置奈米垂直線狀結構群亦可使電流路徑110得以較小的尺寸承受一預定電流而縮小晶片的面積，從而有助於提高一晶圓之晶片切割數，降低晶片生產成本。
另外，在實際應用中，該晶片可包含至少一功率開關元件、或包含至少一LED元件或包含至少一太陽能電池元件或其他需承載較大電流的元件。
另外，奈米垂直線狀結構區和所述電流路徑可經由一半導體製程形成在一基材上。請參照圖4a-4g，其繪示本發明晶片所採之一製程示意圖，該製程包括：準備一基材100(如圖4a所示)；在基材100上形成具一圖樣之光阻130(如圖4b所示)；進行一蝕刻程序以形成一奈米垂直線狀結構區120(如圖4c所示)；去除光阻130(如圖4d所示)；形成另一圖樣之光阻130(如圖4e所示)；沉積一層金屬以形成電流路徑110(如圖4f所示)；以及進行一掀離(lift-off)步驟以去除光阻130及光阻130上的一層金屬。雖然在圖4a-4g所示的製程中，奈米垂直線狀結構區120較電流路徑110先形成，但本發明並不以此為限，電流路徑110亦可比奈米垂直線狀結構區120先形成。另外，除了蝕刻程序外，奈米垂直線狀結構區120亦可藉由一電化學程序或一沉積程序而形成。
請參照圖5，其為本發明之三個晶片(分別具有1微米深度之奈米垂直線狀結構群、2微米深度之奈米垂直線狀結構群及3微米深度之奈米垂直線狀結構群)相對於不具有奈米垂直線狀結構群之一習知晶片(對照組)的熱應力比較圖。如圖5所示，很明顯地，本發明的晶片在距一電流路徑側邊1-2微米處所量測到的熱應力數值遠低於在該習知晶片的對應量測處(距一電流路徑側邊1-2微米處)所量測到的熱應力數值；亦即，本發明之晶片確實可藉由環繞於一電流路徑周圍之奈米垂直線狀結構群的應力分散作用而降低該電流路徑因通過電流所產生的熱應力。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明的降低電流路徑熱應力之晶片可藉由奈米垂直線狀結構群環繞一電流路徑而分散該電流路徑因通過電流所產生的熱應力。
2.本發明的降低電流路徑熱應力之晶片可藉由在一電流路徑週遭設置奈米垂直線狀結構群而避免該電流路徑因熱應力而斷裂或和一基材脫離，從而提高該晶片之工作壽命。
3.本發明的降低電流路徑熱應力之晶片可藉由環繞於一電流路徑週遭的奈米垂直線狀結構群提高該電流路徑的最大電流承受值。
4.本發明的降低電流路徑熱應力之晶片可藉由環繞於一電流路徑週遭的奈米垂直線狀結構群而使該電流路徑可以較小的截面積承受一預定電流。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
100‧‧‧基材
110‧‧‧電流路徑
120‧‧‧奈米垂直線狀結構區
Claims (9)
- 一種降低電流路徑熱應力之晶片，其具有：一基材，其一表面形成有至少一奈米垂直線狀結構區；以及至少一電流路徑，係形成於該基材之所述表面的所述至少一奈米垂直線狀結構區內；其中，所述至少一電流路徑之下表面係與該基材之所述表面直接接觸；所述奈米垂直線狀結構區具有介於1至5微米之深度之奈米垂直線狀結構群；且所述至少一電流路徑之各側邊均與所述奈米垂直線狀結構群緊鄰，俾以分散所述至少一電流路徑的熱應力。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中所述奈米垂直線狀結構區係由一蝕刻程序、一電化學程序和一沉積程序所組成的群組所選擇的一種程序實現。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該電流路徑係由鋁或銅構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該電流路徑係由一半導體材料構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該晶片包含至少一功率開關元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該晶片包含至少一LED元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該晶片包含至少一太陽能電池元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該基材係一矽基材。
- 如申請專利範圍第1項所述之降低電流路徑熱應力之晶片，其中該基材係一藍寶石基材。
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