[發(fā)明專利]功率半導(dǎo)體芯片上的材料減少的金屬板

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980024501.4
• 申請(qǐng)日: 2019-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN111937127A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·莫恩;A·索科洛夫;柳春雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ABB電網(wǎng)瑞士股份公司
• 主分類號(hào): H01L21/60
• 分類號(hào): H01L21/60
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務(wù)所 11602
• 代理人: 王其文;張濤

功率半導(dǎo)體模塊(10)包括具有金屬化層(18)的襯底(12)；功率半導(dǎo)體芯片(14)，其結(jié)合到襯底(12)的金屬化層(18)；以及金屬板(24)，其與襯底(12)相反地結(jié)合到功率半導(dǎo)體芯片(14)。金屬板(24)具有邊界(36)，該邊界(36)以這種方式被構(gòu)造使得與金屬板(24)的中央部分(34)相比，金屬板(24)在邊界(36)處具有更少的每單位面積金屬材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體模塊以及用于制造功率半導(dǎo)體模塊的方法。

背景技術(shù)

為了利用最新一代硅(Si)和碳化硅(Sic)功率半導(dǎo)體裝置的高溫能力和高功率密度，需要先進(jìn)的封裝和互連技術(shù)來(lái)提供足夠的可靠性和電流能力。

通常，功率半導(dǎo)體裝置(諸如整流器和逆變器)由一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊組裝而成，該一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊提供一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體芯片的殼體和/或電互連。在具有高循環(huán)要求的應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體芯片的頂側(cè)互連經(jīng)常會(huì)限制功率半導(dǎo)體模塊的壽命。

一種可能性是將金屬板結(jié)合到半導(dǎo)體芯片的頂側(cè)并且將電互連結(jié)合到金屬板。例如，這在EP 0520 294 A1中示出。

然而，由于金屬板與功率半導(dǎo)體芯片之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配，在主動(dòng)或被動(dòng)熱循環(huán)期間，可能存在施加于功率半導(dǎo)體芯片與金屬板之間的結(jié)合界面上的相當(dāng)大應(yīng)力。該應(yīng)力可能導(dǎo)致結(jié)合層的劣化和/或芯片金屬化，而這最終可能會(huì)限制互連的壽命。當(dāng)使用SiC功率半導(dǎo)體芯片時(shí)，由于SiC材料的不同機(jī)械屬性會(huì)導(dǎo)致增加的熱機(jī)械應(yīng)力，這因此可能會(huì)變得更加嚴(yán)重。

為了使熱失配引起的應(yīng)力最小化并且使循環(huán)壽命最大化，將嘗試使用盡可能薄的金屬板。然而，這可能在引線結(jié)合過(guò)程方面具有缺點(diǎn)。在薄金屬頂板的情況下，可能會(huì)存在由于芯片頂側(cè)結(jié)構(gòu)損壞所致的損耗，這些損耗是在引線結(jié)合過(guò)程期間所生成的高力和高功率所引起的。非常薄的金屬頂板的另一個(gè)缺點(diǎn)可能是這些部件變得難以處理。

US 2007/246 833 A1示出了結(jié)合到半導(dǎo)體芯片的金屬板。該金屬板具有邊界，該邊界比被用于結(jié)合結(jié)合引線的中央部分更薄。

JP 2000 307 043 A示出了一種金屬板，該金屬板的邊界比電導(dǎo)體附接到的中央部分更薄。

US 2018/053 737 A1示出了半導(dǎo)體芯片上的金屬層，該金屬層的邊界比結(jié)合線所附接到的中央部分更薄。

WO 2017/157 486 A1涉及一種半導(dǎo)體裝置并且提到了幾種可能性，半導(dǎo)體芯片上的部件能夠如何彼此結(jié)合并機(jī)械加工，諸如燒結(jié)、蝕刻和沖壓。

JP H01 122 129 A示出了具有用于引線結(jié)合的孔的金屬焊盤。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在功率半導(dǎo)體芯片上具有高度可靠的電互連的功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊易于制造且制造經(jīng)濟(jì)。

通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。另外的示例性實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求和以下描述而是清楚的。

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及功率半導(dǎo)體模塊。也可以稱為功率半導(dǎo)體封裝的功率半導(dǎo)體模塊可以提供一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體芯片的機(jī)械和/或電互連。另外，功率半導(dǎo)體模塊可以包括用于一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體芯片和/或電互連的殼體。

應(yīng)注意到，此處和下文中的術(shù)語(yǔ)“功率”可以涉及被設(shè)計(jì)成用于處理大于10A的電流和/或大于100V的裝置(即，模塊和/或芯片)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊包括：具有金屬化層的襯底、結(jié)合到襯底的金屬化層的功率半導(dǎo)體芯片、以及以第一表面與襯底相反地結(jié)合到功率半導(dǎo)體芯片的金屬板。該功率半導(dǎo)體芯片可以結(jié)合到襯底，該金屬頂板可以結(jié)合到功率半導(dǎo)體芯片的頂側(cè)。