[發明專利]包括插件的半導體模塊和用于生產包括插件的半導體模塊的方法

有效

• 申請號: 201110297372.1
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102446880A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: R.拜耶雷爾;O.霍爾費爾德
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;李家麟

技術領域

本發明涉及半導體模塊，并且特別地涉及具有插件（insert）的半導體模塊。

背景技術

電力電子模塊是在電力電子電路中使用的半導體模塊。典型地在車輛、軌道和工業應用中，例如在逆變器或者整流器中采用電力電子模塊。它們同樣以能量生產和傳輸的形式獲得應用。在電力電子模塊中包含的半導體部件可以涵蓋例如半導體芯片，包括絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）、結型場效應晶體管（JFET）、晶閘管或者二極管。這些半導體芯片在它們的電壓和電流應對能力方面可以不同。

在很多半導體模塊中，半導體芯片被布置在平坦、金屬化陶瓷基絕緣襯底上，因為在典型半導體材料和陶瓷的熱膨脹系數之間的差異小于在典型半導體材料和金屬的熱膨脹系數之間的差異。陶瓷的進一步優點是介電強度和良好的導熱性。

為了耗散由半導體芯片產生的廢熱，在很多模塊中，絕緣襯底被焊接到金屬基板。然而，由半導體芯片的熱循環引起的熱機械應力特別是在焊料和襯底之間引起裂紋。因此，存在對于一種改進的半導體模塊和對于一種用于生產改進的半導體模塊的方法的需要。

發明內容

根據半導體模塊的實施例，該模塊包括剛性基底、絕緣襯底、功率半導體芯片、插件和焊料。該絕緣襯底包括絕緣載體，該絕緣載體具有提供有頂側金屬化層的頂側和提供有底側金屬化層的底側。該功率半導體芯片被布置在頂側金屬化層上。包括帶有多個波峰和多個波谷的波浪形狀的插件被布置在基底和底側金屬化層之間，使得波峰面向底側金屬化層而波谷面向基底。此外，完全地填充在底側金屬化層和基底之間的全部空隙的焊料被布置在底側金屬化層和基底之間。

根據用于生產半導體模塊的方法的實施例，該模塊提供有剛性基底、絕緣襯底、功率半導體芯片、插件和焊料。該絕緣襯底包括絕緣載體，該絕緣載體具有提供有頂側金屬化層的頂側和提供有底金屬化層的底側。該功率半導體芯片被布置在頂側金屬化層上。包括帶有多個波峰和多個波谷的波浪形狀的插件被布置在基底和底側金屬化層之間，使得波峰面向底側金屬化層而波谷面向基底。該焊料被布置在基底和底金屬化層之間。當熔化該焊料時，插件嵌入在焊料中使得該焊料完全地填充在底側金屬化層和基底之間的全部空隙。然后該焊料被冷卻下至它的固態。

在閱讀以下詳細說明時并且在觀察附圖時，本領域技術人員將會認識到另外的特征和優點。

附圖說明

通過參考以下附圖和說明，本發明能夠被更好地理解。在圖中的部件未必按照比例，相反重點在于示意本發明的原理。而且，在圖中，類似的引用數字標注對應的部分。在附圖中：

圖1是通過利用焊料層而被焊接到基板的陶瓷襯底的豎直截面，在該焊料層中嵌入呈現三角波的形狀的插件；

圖2是通過利用焊料層而被焊接到基板的陶瓷襯底的豎直截面，在該焊料層中嵌入呈現正弦波的形狀的插件；

圖3是通過利用焊料層而被焊接到基板的陶瓷襯底的豎直截面，在該焊料層中嵌入呈現方波的形狀的插件；

圖4是呈現三角波的形狀的插件的透視圖；

圖5是呈現正弦波的形狀的插件的透視圖；

圖6是呈現方波的形狀的插件的透視圖；

圖7是呈現交錯波列的插件的透視圖，其中每一個波列均具有方波的形狀；

圖8A是通過沖壓和擠壓平坦金屬片生產的插件的頂視圖；

圖8B是圖8A所示的插件的側視圖；

圖9A是通過沖壓平坦金屬片以便實現基本矩形凸耳（lug）并且通過將不同的凸耳彎曲到該金屬片的相對側而生產的插件的頂視圖；

圖9B是圖9A所示的插件的側視圖；

圖10A是通過沖壓平坦金屬片以實現多角的凸耳并且通過將不同的凸耳彎曲到該金屬片的相對側而生產的插件的頂視圖；

圖10B是圖10A所示的插件的側視圖；

圖11A是被形成為編織金屬絲（wire）織物的插件的頂視圖；

圖11B是在截面平面E1中圖11A所示的插件的豎直截面；

圖12A是根據圖11A的插件的頂視圖，其中金屬絲被形成為平坦金屬帶；

圖12B是在截面平面E2中圖12A所示的插件的豎直截面；

圖13是由相互卡住的纖維形成為平坦襯墊的插件的豎直截面；

圖14A是通過在被焊接到金屬基底之前的陶瓷襯底的豎直截面，其中插件和焊料被布置在襯底和金屬基底之間；

圖14B是在將陶瓷襯底焊接到金屬基底之后圖14A所示的部件的豎直截面；

圖14C是圖14B所示的布置的放大細節；