本申請要求2015年7月28日提交的標題為“Dry Ice Cleaning in Hermetic Packages(密封的封裝體中的干冰清潔)”、序列號為62/198,085的臨時專利申請的權益和優(yōu)先權。該臨時申請中的公開內容通過引用在此完全并入到本申請中。

背景技術：

半導體功率模塊控制至電路與裝置、例如電機、致動器、控制器等等的電功率。當在極端或惡劣環(huán)境中使用需要高可靠性，諸如在高性能車輛、飛機、航天飛機以及衛(wèi)星中時，重要的是提供密封的沒有非期望顆粒的，例如沒有污染物或異物碎片(FOD)的半導體封裝體。所述非期望的顆粒可能例如在半導體封裝體的制造過程期間被引入，但在半導體封裝體被密封地封閉之前沒有被有效去除。當密封的半導體封裝體受到震動和/或高溫時，這些非期望顆?？蓪е码姸搪?。

已經采取了特殊預防措施去除非期望顆粒，但是還沒有奏效的。例如，用來清潔半導體封裝體的一種傳統(tǒng)技術是施加壓縮的氮噴霧來去除半導體封裝體中的顆粒。盡管這種技術可去除大顆粒(例如具有大于500微米的直徑的顆粒)，但是當去除小顆粒(例如具有小于或等于25微米的直徑的顆粒)時它并不奏效，因為壓縮的氮氣在半導體封裝體內的不平坦的表面上創(chuàng)建了高壓邊界層，并且將小顆粒下推至由不平坦的表面產生的隨機腔體的底部。在另一種傳統(tǒng)技術中，一種或一種以上的液體清潔劑被施加至半導體封裝體。然而，這些液體清潔劑昂貴并且可潛在地比它們在被施加前，在半導體封裝體中留下更多的污染物。

因此，有必要通過提供有效的用于去除密封的半導體封裝體中的非期望的顆粒的清潔方法，來克服現有技術中的缺點與不足。

技術實現要素：

根據本發(fā)明的一個方面，提出了一種用于從半導體封裝體去除非期望的顆粒的方法，所述方法包括：將干冰撒布至所述半導體封裝體的隨機腔體內；使用所述干冰將所述非期望的顆粒從所述隨機腔體去除。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述方法還包括：密封地封閉所述半導體封裝體，以便制造密封的半導體封裝體。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述干冰使得所述非期望的顆粒從所述隨機腔體被趕出。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述方法還包括：將氮撒布至所述隨機腔體內。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述方法還包括：將所述半導體封裝體放置在真空內。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述非期望的顆粒中的至少一個具有近似等于或小于25微米的直徑。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述非期望的顆粒通過排氣系統(tǒng)被去除。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述干冰升華成氣體而在所述半導體封裝體內無殘留。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述隨機腔體中的至少一個在所述半導體封裝體中的半導體芯片的表面上。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述半導體芯片包括第IV族材料。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述半導體芯片包括第III-V族材料。

根據本發(fā)明的另一個方面，提出了一種用于清潔半導體封裝體的方法，所述方法包括：將干冰和氮同時撒布至所述半導體封裝體的隨機腔體內；使用所述干冰將所述非期望的顆粒從所述隨機腔體去除；密封地封閉所述半導體封裝體。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述干冰使得所述非期望的顆粒從所述隨機腔體被趕出。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述方法還包括：將所述半導體封裝體放置在真空內。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述非期望的顆粒中的至少一個具有近似等于或小于25微米的直徑。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述非期望的顆粒通過排氣系統(tǒng)被去除。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述干冰升華成氣體而在所述半導體封裝體內無殘留。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述隨機腔體中的至少一個在所述半導體封裝體中的半導體芯片的表面上。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述半導體芯片包括第IV族材料。

根據本發(fā)明的一種有利的實施方式，所述半導體芯片包括第III-V族材料。

附圖說明

圖1是流程圖，所述流程圖示出了根據本申請的一個實施方式的用于清潔密封的半導體封裝體的方法。

圖2示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的初始動作的示例性結構。

圖3A示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的中間動作的示例性結構。

圖3B示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的中間動作處理的半導體封裝體的一部分的放大圖。

圖3C示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的一個或一個以上的中間動作處理的半導體封裝體的一部分的放大圖。

圖4A示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的中間動作的示例性結構。

圖4B示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的中間動作處理的半導體封裝體的一部分的放大圖。

圖4C示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的一個或一個以上的中間動作處理的半導體封裝體的一部分的放大圖。

圖5示出了根據本申請的一個實施方式的按照圖1的流程圖中的最終動作的示例性結構。

具體實施方式

以下描述包括關于本發(fā)明中的實施方式的特定信息。本申請中的附圖和它們的所附具體描述僅僅針對示例性實施方式。除非另有說明，否則圖中相似或相應的元件可以通過相似或相應的附圖標記表示。此外，本申請中的圖和圖示總體上并非按比例繪制，不應對應于實際的相對尺寸。

圖1示出流程圖，所述流程圖圖示出根據本申請的實施方式的用于清潔密封的半導體封裝體的示例性方法。對于本領域中普通技術人員顯而易見的某些細節(jié)與特征已經從流程圖中略去。例如，如本領域所公知的，一個動作可由一個或一個以上的子動作組成或可涉及專門的裝置或材料。流程圖100中表示的動作180、182、184、186和188足以描述本發(fā)明構思的一個實施方式，本發(fā)明構思的其他實施方式可使用不同于流程圖100中所示出的動作。此外，圖2、圖3A、圖3C、圖4A和圖5中的結構280、382、300C、486和588分別圖示出執(zhí)行流程圖100的動作180、182、184、186和188的結果。例如，結構280是處理動作180之后的示例性結構，結構382是動作182處理之后的示例性結構，結構300C是動作184處理之后的示例性結構，依此類推。

參考圖1中的動作180以及圖2中的結構280，動作180包括將半導體封裝體放置在真空內。參考圖2，根據本申請的一個實施方式，結構280圖示出按照圖1的流程圖100中的動作180的示例性結構的示意圖。如圖2中圖示出的，結構280包括在真空260內的半導體封裝體250，以及連接至真空260的排氣系統(tǒng)224。

如圖2中示出的，半導體封裝體250包括殼體252、以及設置在殼體252內的襯底254。殼體252包括側壁和底部(圖2中未明確示出)。襯底254位于殼體252內。如圖2中圖示出的，半導體芯片202和諸如電阻器、電感器、電容器疊合體以及鉭電容器的各種其他電路部件在襯底254的頂側上形成。襯底254還包括底側(圖2中未明確示出)，半導體裝置和/或電路部件可在所述底側上形成。在另一個實施方式中，半導體封裝體250可包括位于其內的單個半導體芯片。在一個實施方式中，半導體芯片202可包括諸如硅的IV族半導體材料，或諸如氮化鎵(GaN)的III-V族半導體材料。在一個實施方式中，半導體芯片202可包括至少一個半導體開關，諸如功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、高電子遷移率晶體管(HEMT)(例如氮化鎵或碳化硅HEMT)或二極管。

在本實施方式中，真空260可以是被配置成用來建立特定真空度的處理室。在另一個實施方式中，真空260可以是本領域公知的任何合適的真空環(huán)境。排氣系統(tǒng)224被連接至真空260。排氣系統(tǒng)224被配置成用來去除諸如污染物或異物碎片(FOD)的非期望的顆粒，和/或用來減小真空260內的壓力。在一個實施方式中，半導體封裝體250可通過傳送帶(圖2中未明確示出)被放置在真空260內。應該注意的是，在一個實施方式中，真空260和排氣系統(tǒng)224是可選的，使得半導體封裝體250可在周圍條件下被清潔。

如圖2的放大圖200中示出的，非期望的顆粒204位于半導體芯片202的隨機腔體206內。在一個實施方式中，非期望的顆粒204可包括諸如硅的非導電材料。在另一個實施方式中，非期望的顆粒204可包括諸如金屬或合金的導電材料。在一個實施方式中，非期望的顆粒204可具有近似等于或小于25微米(即10^-6米)的直徑。在另一個實施方式中，非期望的顆粒204可具有大于25微米的直徑。在一個實施方式中，隨機腔體206可以是半導體芯片202上隨機的、非期望的凹口或非平坦表面。在本實施方式中，隨機腔體206位于半導體芯片202的最上層(例如鈍化層)。應該理解的是，盡管圖2中示出僅一個隨機腔體206以及僅一個非期望的顆粒204，但是在半導體封裝體250中可有一個以上的隨機腔體以及一個以上的非期望的顆粒。

參考圖1中的動作182以及圖3A中的結構382，動作182包括將干冰撒布至半導體封裝體的隨機腔體內。參考圖3A，根據本申請的一個實施方式，結構382圖示出按照圖1的流程圖100中的動作182的示例性結構的示意圖。如圖3A中圖示出的，以相似附圖標記代表圖2中的相似特征，結構382包括真空360內的半導體封裝體350，以及連接至真空360的排氣系統(tǒng)324。如圖3A中圖示出的，結構382還包括干冰撒布器310，所述干冰撒布器310將干冰312撒布至半導體封裝體350的隨機腔體306內。

在一個實施方式中，干冰312可包括雪(優(yōu)選為二氧化碳雪)、干雪、二氧化碳(CO₂)和/或包括二氧化碳氣體和二氧化碳顆粒的兩相二氧化碳混合物。在另一個實施方式中，干冰312可包括固體聚集狀態(tài)的和/或以單個顆粒形式的任何粒度。在另一個實施方式中，干冰312可被混合至增壓的載氣。

在本實施方式中，干冰撒布器310被配置成用于將干冰施加、噴射和/或吹送至半導體封裝體350的內部空間。例如，干冰撒布器310被配置成以加壓氣流形式并且高速地將干冰312撒布在襯底354處，所述襯底354在其上具有所有半導體器件以及電路部件。應該理解的是，盡管圖3A中示出僅一個干冰撒布器310，但是結構382中也可有一個以上的干冰撒布器用來撒布干冰312。干冰撒布器310在運行期間，其可相對于半導體封裝體350靜止或處于運動中(例如傾斜、旋轉、橫向運動和/或直線平移)。

如圖3A的放大圖300A中示出的，非期望的顆粒304位于半導體封裝體350的殼體352內部的半導體芯片302的隨機腔體306內。干冰312中的顆粒被引入至隨機腔體306內。干冰312在沖擊之下基本上升華成氣體，將動能傳遞至非期望的顆粒304并且在半導體封裝體350中不留下任何殘留。

參考圖3B中的結構300B，結構300B圖示出圖3A中的結構382中的放大圖300A。如圖3B中圖示出的，非期望的顆粒304位于半導體封裝體350中的半導體芯片302的頂表面308上的隨機腔體306內。來自干冰撒布器310的干冰312被引入至隨機腔體306內以及半導體芯片302的頂表面308上。在隨機腔體306外，干冰312在沖擊之下基本上升華成氣體，向頂表面308傳遞最小動能并且產生最小摩擦，但無殘留。在隨機腔體306內，干冰312中的顆粒比非期望的顆粒304小，并且可進入隨機腔體306的內部空間。干冰312在沖擊之下基本上升華成氣體，將動能傳遞至非期望的顆粒304，產生對隨機腔體306的最小摩擦，并且在隨機腔體306內無殘留。

參考圖1中的動作182和184以及圖3C中的結構300C，動作182和184包括分別將干冰和氮撒布至半導體封裝體的隨機腔體內。參考圖3C，根據本申請的一個實施方式，結構300C圖示出按照圖1的流程圖100中的動作182和184的示例性結構的示意圖。如圖3C中圖示出的，以相似附圖標記代表圖3B中的相似特征，結構300C包括干冰撒布器310，所述干冰撒布器310將干冰312撒布至半導體芯片302上的隨機腔體306內。結構300C還包括氮撒布器320，所述氮撒布器320將壓縮的氮322撒布至半導體芯片302上的隨機腔體306內。氮撒布器320將壓縮的氮322遞送至半導體芯片302的頂表面308以及隨機腔體306的內部空間。盡管壓縮的氮322可從半導體芯片302去除大顆粒(即具有500微米或更大的直徑)，但是壓縮的氮322在頂表面308上方創(chuàng)建了高壓邊界層326，這在沒有干冰312的情況下會將非期望的顆粒304(例如具有25微米或更小的直徑)按壓至隨機腔體306的底部。然而，除引入壓縮的氮322外，還引入冰312可提供用于從隨機腔體306去除非期望的顆粒304的機械手段。

在本實施方式中，干冰312和壓縮的氮322同時被撒布至半導體封裝體350的隨機腔體306內。應該注意的是，在一個實施方式中，將壓縮的氮322撒布至半導體封裝體350的氮撒布器320是可選的，從而使得半導體封裝體350僅用干冰312就可被清潔。

參考圖1中的動作186和圖4A中的結構486，動作186包括從半導體封裝體的隨機腔體去除非期望的顆粒。參考圖4A，根據本申請的一個實施方式，結構486圖示出按照圖1的流程圖100中的動作186的示例性結構的示意圖。如圖4A中圖示出的，以相似附圖標記代表圖3A中的相似特征，結構486包括在真空460中的半導體封裝體450，以及連接至真空460的排氣系統(tǒng)424。如圖4A中圖示出的，結構486還包括將干冰412撒布至半導體封裝體450的隨機腔體406內的干冰撒布器410，以及通過排氣系統(tǒng)424從半導體封裝體450中的隨機腔體406去除的非期望的顆粒404。

如圖4A的放大圖400A示出的，非期望的顆粒404從半導體封裝體450的殼體452內的半導體芯片402上的隨機腔體406被去除。干冰412在沖擊之下基本上升華成氣體，將動能傳遞至非期望的顆粒404。因此，被引入至隨機腔體406的干冰412提供了用于將非期望的顆粒404趕出隨機腔體406的機械沖擊。非期望的顆粒404隨后通過排氣系統(tǒng)424存在于真空460中。同樣，盡管圖4A中未明確示出，干冰412在沖擊之下基本上升華成氣體(即燃燒成氣體形式)，并且通過排氣系統(tǒng)424存在于真空460中，因此在半導體芯片402的隨機腔體406內無殘留。

參考圖4B中的結構400B，結構400B圖示出圖4A中的結構486的放大圖400A。如圖4B中圖示出的，在沖擊之下從干冰412傳遞至非期望的顆粒404的動能導致非期望的顆粒404從隨機腔體406的內部空間分離并被趕出。因此，干冰412提供了將非期望的顆粒404從隨機腔體406打掉的機械手段，使得非期望的顆粒404可通過排氣系統(tǒng)424從半導體封裝體450的半導體芯片402被去除。

參考圖1中的動作182、184和186以及圖4C中的結構400C，根據本申請的一個實施方式，結構400C圖示出按照圖1的流程圖100中的動作182、184和186的示例性結構的示意圖。如圖4C中圖示出的，以相似的附圖標記代表圖4B中相似的特征，結構400C包括將干冰412撒布至半導體芯片402中的隨機腔體406內的干冰撒布器410。結構400C還包括將壓縮的氮422撒布至半導體芯片402中的隨機腔體406內的氮撒布器420。

如上所述，氮撒布器420將壓縮的氮422遞送至半導體芯片402的頂表面408以及隨機腔體406的內部空間。盡管壓縮的氮422可去除大顆粒(例如具有500微米或更大的直徑)，但是壓縮的氮422在頂表面408上方創(chuàng)建了高壓邊界層426，這在沒有干冰412的情況下會將非期望的顆粒404(例如具有25微米或更小的直徑)按壓至隨機腔體406的底部。然而，除了引入壓縮的氮422以外，引入干冰412可提供用于從隨機腔體406去除非期望的顆粒404的機械手段。

在沖擊之下從干冰412傳遞至非期望的顆粒404的動能導致非期望的顆粒404從隨機腔體406的內部空間分離并被趕出。因此，干冰412提供了將非期望的顆粒404從隨機腔體406打掉的機械手段，使得非期望的顆粒404可通過排氣系統(tǒng)424(如圖4A中圖示出的)從半導體封裝體450的半導體芯片402被去除。同樣，盡管圖4C中未明確示出，但干冰412在沖擊基本上之下升華(即燃燒成氣體形式)，并且通過排氣系統(tǒng)424存在于真空460中，因此在半島體封裝體450中無殘留。在通過使用干冰412使得諸如污染物或異物碎片(FOD)的非期望的顆粒從半導體封裝體450去除之后，襯底454上的半導體芯片402和/或其他電路部件的隨機腔體和表面保持了清潔、干燥并且完好。

參考圖1中的動作188和圖5中的結構588，動作188包括密封地封閉半導體封裝體。參考圖5，根據本申請的一個實施方式，結構588圖示出按照圖1的流程圖100中的動作188的示例性結構的示意圖。如圖5中示出的，結構588包括半導體封裝體550，所述半導體封裝體550具有封閉半導體封裝體550的密封蓋558。為保持完整性，真空560和排氣系統(tǒng)524也在圖5中示出。在一個實施方式中，密封蓋558可被激光焊接至殼體552，以將被封裝的組件(例如襯底454以及其上的半導體芯片402和其他電路部件)密封地封閉在密封的半導體封裝體550中。在其他實施方式中，可使用本領域公知的其他任何合適方法來密封地封閉密封的半導體封裝體550。同樣，在密封的半導體封裝體550被密封蓋558封閉之前，可將包封的模塑化合物或空縫填充物注入密封的半導體封裝體550內。因此，除其他優(yōu)點之外，根據本實施方式的干冰方法能夠使得密封的半導體封裝體550基本上不含有非期望的顆粒。應該注意的是，在一個實施方式中，將密封的半導體封裝體550封閉是可選的。

從以上描述顯見，在不背離本申請所描述的思想的范圍的情況下，可使用各種技術來實現所述思想。另外，盡管是具體參考某些實施方式來描述所述思想，但是本領域中普通技術人員會認識到在不背離這些思想的范圍的情況下，可做出形式上以及細節(jié)上的變化。鑒于此，所描述的實施方式在各方面都應被看作是說明性的而非限制性的。還應該理解的是，本申請不限于本文描述的特定實施方式，而是在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可做出許多重新布置、修改以及替換。