功率半导体模块和用于制造功率半导体模块的方法技术

本发明专利技术一方面涉及一种方法，在该方法中产生第一开口，该第一开口延伸到连接物质内，该连接物质使第一半导体芯片和金属板材料锁合地相互连接。第一开口如此产生，使得在第一开口中露出第一半导体芯片的第一负载电极。此外，产生第一导电连接部，该第一导电连接部接触在第一开口中露出的第一负载电极并且与金属板导电连接。

A power semiconductor module and a method for making power semiconductor modules

On the one hand, the invention relates to a method, in which a first opening is generated, and the first opening extends to the connecting material, which connects the first semiconductor chip and the metal plate material to each other. The first opening is so generated that the first load electrode of the first semiconductor chip is exposed in the first opening. In addition, a first conductive connection is generated, the first conductive connection contacts the first load electrode exposed in the first opening and is electrically connected with the metal plate.

【技术实现步骤摘要】
功率半导体模块和用于制造功率半导体模块的方法
本公开涉及一种功率半导体模块和一种用于制造功率半导体模块的方法。
技术介绍
在高电压下和/或以高电流运行的功率半导体模块受到高要求。例如在功率半导体模块运行时可能在模块内部中出现高温，该高温可能导致包含在功率半导体模块中的结构元件过热。此外，可能出现温度变化引起的损坏，例如通过线键合直接键合到金属化部上的键合线的脱离。如果功率半导体模块在高电压下运行，还存在对于模块结构的耐压强度和绝缘强度的高要求。因此，存在对于用于制造功率半导体模块的方法的一般要求，在该方法中避免温度变化引起的损坏并且利用该方法能够制造具有高的耐电强度和绝缘强度的功率半导体模块。
技术实现思路
一方面涉及一种方法，在该方法中产生第一开口，该第一开口延伸到连接物质内，该连接物质使第一半导体芯片和金属板材料锁合地相互连接。第一开口如此产生，使得在第一开口中露出第一半导体芯片的第一负载电极。此外，产生第一导电连接部，该第一导电连接部接触在第一开口中露出的第一负载电极并且与金属板导电连接。另一方面涉及一种功率半导体模块，该功率半导体模块具有介电的连接物质，该介电的连接物质使第一半导体芯片与金属板材料锁合地相互连接。开口延伸到介电的连接物质中，导电连接部延伸穿过该开口，该导电连接部接触第一负载电极并且与金属板导电连接。附图说明下面根据实施例和参照附图详细阐述本专利技术。在此，相同附图标记表示相同元件。附图中的描述不是按照比例的。附图示出：图1至12阐明用于制造功率半导体模块的方法的不同步骤，在该方法中，在半导体芯片和金属板借助于介电的连接物质材料锁合地相互连接的复合结构中，半导体芯片的第一负载电极露出并且借助于连接层与金属板导电连接。图13阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，复合结构在连接层上进行平面化并且由此使连接层的多个区段分开。图14至17阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，在使用预制的金属板的情况下产生复合结构，该金属板具有一个或多个贯通开口。图18至19阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，复合结构具有引线框架，功率半导体芯片布置在该引线框架上。图20阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，连接层与功率半导体模块的半导体芯片的负载电极和控制电极电接触。图21和22阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，在产生连接层之后，功率半导体模块的半导体芯片的负载电极和控制电极露出。图23和24阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，金属板具有不同厚度。图25至28阐明用于制造功率半导体模块的方法，在该方法中，接触插头在侧面在金属板旁边产生。图29阐明一种功率半导体模块，在该方法中，金属板具有构造为突出部的固定结构，该固定结构嵌入到连接物质中。图30阐明一种功率半导体模块，在该方法中，金属板具有构造为凹部的固定结构，连接物质嵌入到该固定结构中。图31和32阐明第一示例：如何能够使用可凝固的物质来建立金属板与半导体芯片的电极或衬底组件的电极之间的导电连接。图33至35阐明第二示例：如何能够使用可凝固的物质来建立金属板与半导体芯片的电极或衬底组件的电极之间的导电连接。图36和37阐明第三示例：如何能够使用可凝固的物质来建立金属板与半导体芯片的电极或衬底组件的电极之间的导电连接。图38阐明第四示例：如何能够使用可凝固的物质来建立金属板与半导体芯片的电极或衬底组件的电极之间的导电连接。图39至43阐明用于在使用一个共同的金属板的情况下制造多个功率半导体模块的方法的不同步骤。图44至48阐明用于制造功率半导体模块的方法的不同步骤，该功率半导体模块具有多个衬底组件，所述衬底组件借助于金属板相互电连接。具体实施方式图1示出具有半导体芯片1和要与半导体芯片1材料锁合地连接的金属板3的布置的一个区段的横截面。半导体芯片1可以为此例如借助于粘接层201暂时固定在辅助载体200上。在示出的例子中进行将半导体芯片1间接地通过衬底2和连接层25在辅助载体200上的固定，这随后还将更详细地阐述。金属板3或金属板3的一个或多个部段在制成的功率半导体模块中用于再布线。金属板3具有最大厚度d3。该最大厚度可以例如在100μm至2000μm的范围中，或者在100μm至500μm的范围中。然而同样可以使用具有小于100μm或大于2000μm的最大厚度d3的金属板3。适用于金属板3的材料是导电良好的金属(包括合金)。例如金属板3可以由以下金属中的一种金属组成，或者至少50％重量百分比由以下金属中的正好一种或多于一种金属组成：铜(Cu)；铝(Al)；钼(Mo)；银(Ag)；金(Au)。替代地，金属板3可以具有如此多层结构，该多层结构具有不同成分的至少两个金属层。例如金属板3可以具有两个铜层，在所述铜层之间布置钼层。在示出的例子中，预制的半导体芯片1布置在预制衬底2上并且借助于连接层25与预制的衬底2材料锁合地连接。半导体芯片1例如可以借助于连接层25与衬底2的金属表面2t导电连接或电绝缘地连接。在一个单元中半导体芯片1布置在衬底2上并且借助于连接层25与衬底2材料锁合地连接，该单元在下文中也被称为衬底组件28。连接层25例如可以是焊料层，具有烧结的金属粉末的层或导电的或电绝缘的粘接层。辅助载体200和粘接层201位于衬底2的背离半导体芯片1的侧上，衬底2的背离半导体芯片1的侧直接粘附在粘接层201上。在示出的例子中，半导体芯片1通过粘接层201经由衬底2和连接层25间接地与辅助载体200粘接。对此替代地，半导体芯片1也可以在该半导体芯片的背离金属板3的侧上直接粘附在粘接层201上。在该情况下可以省去衬底2和连接层25。但是原则上也可以省去辅助载体200和粘接层201。在任何情况下，半导体芯片1和金属板3根据相应的应用彼此处于确定的相对位置，以便产生复合结构7，在该复合结构中，如作为结果在图3中所示的那样，半导体芯片1和金属板3借助于连接物质4固定地并且材料锁合地相互连接。因此，连接物质4在制成的复合结构7中在半导体芯片1与金属板3之间连续地延伸。通过相应的方式，多于一个的半导体芯片1也可以布置在衬底2上并且分别借助于连接层25与衬底2材料锁合地连接。由此，任意电路例如半桥、H桥、3相变流器、逻辑半导体芯片、传感器芯片可以集成到要制造的功率半导体模块中。为了制造复合结构7，如图2中所示，介电的连接物质4的能流动的初产品4’可以被引入到半导体芯片1与金属板3之间并且随后硬化为形成连接物质4的固体，该固体在半导体芯片1与金属板3之间连续地延伸并且将半导体芯片1与金属板3材料锁合地相互连接。连接物质4例如可以包含一种塑料或由一种塑料组成。适合的塑料例如是热固性塑料，但也是热塑性塑料。同样地，连接物质4可以包含硬化的树脂-硬化剂混合物或者由硬化的树脂-硬化剂混合物组成。连接物质4的初产品4’可以是能流动的，使得当半导体芯片1与金属板3彼此位于预给定的相对位置时，该初产品在能流动的状态下(例如通过压铸(英语：“transfermolding”)或模压(英语：“compressionmolding”))可以浇铸或注射到半导体芯片1与金属板3之间。替代地也可能的是，将初产品4’首先浇铸或注射到半导体芯片1本文档来自技高网...

【技术保护点】
方法，所述方法具有：产生第一开口，该第一开口延伸到介电的连接物质中，该连接物质将第一半导体芯片和金属板材料锁合地相互连接，使得在所述第一开口中露出所述第一半导体芯片的第一负载电极；并且产生第一导电连接部，该第一导电连接部接触所述第一半导体芯片的在所述第一开口中露出的所述第一负载电极并且将该第一负载电极与所述金属板导电地连接。

【技术特征摘要】
2016.09.26 EP 16190518.71.方法，所述方法具有：产生第一开口，该第一开口延伸到介电的连接物质中，该连接物质将第一半导体芯片和金属板材料锁合地相互连接，使得在所述第一开口中露出所述第一半导体芯片的第一负载电极；并且产生第一导电连接部，该第一导电连接部接触所述第一半导体芯片的在所述第一开口中露出的所述第一负载电极并且将该第一负载电极与所述金属板导电地连接。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一半导体芯片与所述金属板材料锁合地相互连接，其方式是，将所述介电的连接物质的能流动的初产品引入所述第一半导体芯片与所述金属板之间并且随后硬化为形成所述连接物质的固体，该固体在所述第一半导体芯片与所述金属板之间连续地延伸。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：在所述金属板通过所述连接物质与所述第一半导体芯片材料锁合地连接之前，在所述金属板中产生所述第一开口的第一区段；并且在所述金属板通过所述连接物质与所述第一半导体芯片材料锁合地连接之后，在所述连接物质中产生所述第一开口的第二区段。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中：在所述金属板通过所述连接物质与所述第一半导体芯片材料锁合地连接之后，在所述金属板中产生所述第一开口的第一区段；并且在所述连接物质中在产生所述第一开口的所述第一区段之后产生所述第一开口的第二区段。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述第一开口的所述第一区段通过所述金属板的掩模蚀刻产生。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，所述第一开口的所述第二区段通过以下方式产生：借助于激光束打开所述连接物质。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一导电连接部的产生包括：产生所述第一导电连接部的导电的第一子层；并且随后直接在所述第一子层上产生所述第一导电连接部的导电的第二子层，其中，所述第一子层由不同于所述第二子层的材料组成。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一导电连接部的产生包括通过至少一种沉积方法产生一个层，该层具有小于所述金属板的最大厚度的层厚度。9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一导电连接部的产生包括：借助于能凝固的...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·菲尔古特，M·格鲁贝尔，O·霍尔菲尔德，M·莱杜特克，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE