[發(fā)明專利]具有提供多層壓縮力的防分層結(jié)構(gòu)的塑封器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410543393.0
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104409423A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·奧勒雷斯;葉月萍;張文楷
• 申請（專利權(quán)）人: 香港應(yīng)用科技研究院有限公司
• 主分類號: H01L23/10
• 分類號: H01L23/10
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張春媛;閻娬斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，具體地涉及塑封的多層半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

近年來，功率半導(dǎo)體已經(jīng)被廣泛地用于汽車電子、電源管理和自動化技術(shù)。通常組合這些功率半導(dǎo)體形成適應(yīng)客戶具體要求的模塊。

在這樣的功率半導(dǎo)體模塊中，一般將各個電子部件安裝在基板上。基板通常是以夾層的形式制造，陶瓷板層夾在兩個外金屬板之間。這些金屬板通常是由銅制成的，因?yàn)殂~在導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性方面具有非常好的特性。具有銅/陶瓷/銅夾層結(jié)構(gòu)的基板被稱為直接覆銅(DBC)基板。DBC基板具有接合到陶瓷基底上的兩層銅，承載大電流并提供高電壓隔離。

高功率IGBT模塊通常用于工業(yè)中。期望該模塊提供高達(dá)兆瓦(MW)的超高功率、長達(dá)15年的使用壽命以及高達(dá)200℃的工作溫度。陶瓷基直接覆銅板常被用作電介質(zhì)載體，硅樹脂和塑料外殼則提供相應(yīng)的密封。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)IGBT模塊的示意圖。

與微電子相比，功率電子必須滿足一系列苛刻的要求，如長的功率循環(huán)測試、具有高碰撞的振動測試和較長的使用壽命。因此，有很多關(guān)于該領(lǐng)域的發(fā)明。

US6715203提供了一種用于具有通鍍焊料的功率半導(dǎo)體模塊的基板，包括兩個金屬板和陶瓷板，其中陶瓷板固定為金屬板之間的層并且具有形成在其中的通孔。該基板是通過使金屬板之一中的通孔與陶瓷板中的通孔對準(zhǔn)并且將糊狀焊料涂敷到基板的一面上來被通鍍的。接著使基板經(jīng)歷爐步驟，以使糊狀焊料流入通孔并且焊料使得兩個金屬板之間永久接觸。然而，具有焊料的通孔提供了陶瓷層兩個表面的電連接。

US6703707提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括介于一對輻射元件之間的并且熱和電連接到輻射元件的兩個半導(dǎo)體芯片。輻射元件中的一個具有兩個突出部并且突出部的前端連接到半導(dǎo)體芯片的主電極。輻射元件由含有Cu或Al為主要成分的金屬材料制成。半導(dǎo)體芯片和輻射元件由樹脂密封，具有外部暴露的輻射表面。然而，介于兩個金屬塊之間的芯片不提供電壓隔離。

US5465898公開了提供的一種工藝，其中陶瓷金屬基板是通過如下步驟制造的：在陶瓷層的任一側(cè)上粘附金屬箔以形成金屬層并且通過在開口中放置金屬制造貫通連接以形成橋，使得金屬層通過直接接合而電連接在一起，并將金屬體插入開口中以幾乎填滿它，同時金屬體的表面提供有具有金屬和反應(yīng)氣體的化學(xué)化合物的層。然而，金屬橋形成了陶瓷層的兩個表面的電連接。

然而，模塊的保護(hù)不足可能會導(dǎo)致其在嚴(yán)格的可靠性測試中失效。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的直接覆銅(DBC)基板在經(jīng)過大約100次溫度循環(huán)之后失效的照片。銅層與陶瓷層剝離，并且這種故障是由于陶瓷和接合銅之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配造成的。

因此，存在對于提供高可靠性和長壽命的電子模塊的未滿足的需求。

發(fā)明內(nèi)容

相應(yīng)地，本文請求保護(hù)的發(fā)明是為了提供一種塑封的多層半導(dǎo)體器件。

根據(jù)本文請求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施方式，一種塑封的多層半導(dǎo)體器件包括：第一基板，其包括至少一個第一復(fù)合層和至少一個第一通孔；第二基板，其包括至少一個第二復(fù)合層和至少一個第二通孔；和，至少一個抗分層結(jié)構(gòu)(ADS)，其由塑封在半導(dǎo)體器件的至少一側(cè)上且填充在第一基板和第二基板之間的絕緣材料制成。

該ADS還包括連接部、第一延展結(jié)構(gòu)和第二延展結(jié)構(gòu)，第一延展結(jié)構(gòu)和第二延展結(jié)構(gòu)分別位于連接部的兩側(cè)，且具有比連接部大的橫截面積；其中連接部穿過第一通孔和第二通孔，用于提供壓縮力以防止多層半導(dǎo)體器件的分層。優(yōu)選地，第一延展結(jié)構(gòu)在第一基板的外表面上水平延展，第二延展結(jié)構(gòu)在第二基板的外表面上水平延展，用于提供壓縮力以防止多層半導(dǎo)體器件的分層。

優(yōu)選地，第一通孔的橫截面積與第二通孔的不同。

優(yōu)選地，第一通孔的橫截面積與第二通孔的相同。

優(yōu)選地，為了優(yōu)化內(nèi)部應(yīng)力分布以減小應(yīng)力集中的強(qiáng)度，第一通孔在不同的第一復(fù)合層中具有不同的橫截面積，和/或第二通孔在不同的第二復(fù)合層中具有不同的橫截面積。

優(yōu)選地，第一通孔在不同的第一復(fù)合層中具有相同的橫截面積，和/或第二通孔在不同的第二復(fù)合層中具有相同的橫截面積。

優(yōu)選地，第一復(fù)合層和/或第二復(fù)合層包含陶瓷層和至少一個金屬層。第一通孔和/或第二通孔在陶瓷層中具有比在金屬層中小的橫截面積。在金屬層中第一通孔和/或第二通孔包括臺階形狀。

優(yōu)選地，絕緣材料是通過一次注塑成形的環(huán)氧樹脂注塑化合物。