[發明專利]用于制造散熱板的方法、散熱板、用于制造半導體模塊的方法及半導體模塊

在審

• 申請號: 201780011524.2
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN108701665A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: R·艾澤勒
• 申請（專利權）人: 賀利氏德國有限兩合公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;B23K20/02;B32B15/01;H01L21/48
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉鋒

本發明涉及一種制造用于電路載體(80)的散熱板(10)的方法，其中?由具有第一膨脹系數的第一材料(M1)制造的至少一個第一層(20)與?由具有小于所述第一膨脹系數的第二膨脹系數的第二低拉伸性材料(M2)制造的至少一個第二層(30)在150℃?300℃的粘結溫度下，特別是通過低溫燒結工藝彼此粘結，其中在所述第一層(20)與所述第二層(30)之間形成由粘結材料(VM)制造的至少一個粘結層(40)并且所述粘結溫度基本上對應于將所制造的散熱板(10)連接到至少一個電路載體(80)的安裝溫度。

本發明涉及一種制造用于電路載體的散熱板的方法。另外，本發明涉及一種散熱板。此外，本發明還涉及用于制造半導體模塊的方法以及半導體模塊。

電力電子系統超結構中的導體軌道和散熱板通常是由銅組成的。銅具有良好的電流和熱傳導特性。此外，它還是一種極便宜的材料。銀具有甚至更佳的電流和熱傳導特性，但它比銅要貴數倍。使用銀來使導體軌道達到所需的0.2-2.0mm厚度或使散熱板達到所需的1.5-5mm厚度將會更加昂貴。功率半導體典型地由硅、碳化硅或氮化鎵組成。功率半導體的材料及陶瓷電路載體的材料展現的熱膨脹系數明顯低于銅。銅的膨脹系數是17.8ppm/K，而典型陶瓷電路載體的熱膨脹系數是2.5-7.1ppm/K。

已經使用包含低拉伸性金屬的銅合金和銅鍍層來嘗試減小銅導體軌道及銅散熱板的熱膨脹。例如，存在銅鎢合金(CuW)和銅鉬合金(CuMo)。Cu-Mo-Cu鍍層也是已知的。由此引起的熱膨脹處于8ppm/K與12ppm/K之間。

從技術角度看，CuW和CuMo合金以及Cu-Mo-Cu合金很難制造，而且極其昂貴。尤其是，由于銅與合金成分鎢(W)和鉬(Mo)之間存在較大熔點差異，使得需要極其復雜的方法步驟來制造合金，才能成功獲得合金。另外，純銅的導熱性因合金的制造而大幅降低。這是成本密集型合金的一大缺點。

為了支持形成復合物的擴散，銅和鉬的鍍敷須在例如600℃-800℃的極高溫度下進行。在這一高溫工藝過程中，防止銅材料發生破壞性氧化極為重要，這需要成本密集型措施。

擴散-退火層工序的另一缺點在于，在將連接至散熱板的電力-電子組合件從擴散溫度冷卻至環境溫度/操作溫度之后發生的明顯變形和扭曲。為了制造平面散熱板，這些散熱板須在輥組合中進行拉伸輥壓。此舉會導致擴散層的部分機械破壞。因此，使用擴散-退火制造銅層和鉬層的不對稱成層工序是不可行的。

基于這一目前先進技術，本發明的目的是提出一種用于制造散熱板的方法，所述方法極其簡單且具有成本效益，而且通過這種方法，可以制造出優化的散熱板。

本發明的另一目的是提出一種散熱板，所述散熱板具有極低的拉伸性且兼具成本效益。另外，通過根據本發明散熱板將有可能實現散熱板的較小但可控制的總體變形。

本發明的目的還在于提出一種用于制造半導體模塊的方法。本發明的另一目的是提出另外開發的半導體模塊，其中所述半導體模塊具有極低拉伸性，由此允許散熱板以及所連接的電路載體的較小但可控制的總體變形。

根據本發明，所述目的是通過權利要求1中有關用于制造散熱板的方法的主題內容、權利要求6中有關用于電路載體的散熱板的主題內容、權利要求15中有關用于制造含散熱板和至少一個電路載體的半導體模塊的方法的主題內容及權利要求18中有關含散熱板和至少一個電路載體的半導體模塊的主題內容實現。

本發明是基于設想提出一種制造用于電路載體的散熱板的方法，其中由具有第一膨脹系數的第一材料制造的至少一個第一層與由具有小于所述第一膨脹系數的第二膨脹系數的第二低拉伸性材料制造的至少一個第二層在介于150℃與300℃之間的粘結溫度下彼此粘結。尤其優選地使用低溫燒結方法將由第一材料制造的第一層粘結至由第二材料制造的第二層。

根據本發明，在所述第一層與所述第二層之間形成由粘結材料制造的至少一個第一粘結層。

粘結溫度大體上對應于當將所制造的散熱板連接到至少一個電路載體時的安裝溫度。