底侧具有支撑结构的半导体模块制造技术

一种具有底侧的支撑结构的半导体模块。半导体模块(1)具有由电绝缘材料组成的衬底(2)。在衬底(2)的上侧(3)施加有结构化金属层(4)，通过该结构化金属层来接触至少一个电构件(5)。结构化金属层(4)只被施加在衬底(2)上的中央区域(6)中，使得在衬底(2)的上侧(3)留有包围中央区域(6)的边缘区域(7)，在该边缘区域中没有结构化金属层(4)被施加在衬底(2)上。在衬底(2)的底侧(8)上的中央区域(6)内施加有用于接触冷却体(10)的接触层(9)，其与结构化金属层(4)相对置。在衬底(2)的底侧(8)上的边缘区域(7)内施加有结构化支撑结构(11)，其厚度(d2)对应于接触层(9)的厚度(d1)。

Semiconductor Module with Support Structure on Bottom Side

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】底侧具有支撑结构的半导体模块
本专利技术由一种半导体模块出发，-其中，该半导体模块具有由电绝缘材料构成的衬底，-其中，在衬底的上侧施加有结构化金属层，经由它来接触至少一个电构件，-其中，结构化金属层只在衬底的中央区域中被施加在衬底上，使得在衬底的上侧上留有包围中央区域的边缘区域，在该边缘区域中没有在衬底上施加结构化金属层，-其中，在衬底底侧在中央区域中施加有用于接触冷却体的接触层，其与结构化金属层相对置。
技术介绍
这类半导体模块是普遍公知的。例如可以参见专利US2016/0021729A1。在专利US2009/0213546A1中披露一种具有由电绝缘材料构成的衬底的半导体模块。在衬底的上侧施加有结构化金属层，经由它来接触至少一个电构件。结构化金属层被施加在整个上侧上。在衬底的底侧上，基本上与结构化金属层重合地施加有用于接触冷却体的接触层。在US2014/0204533A1中披露了一种半导体模块，其具有由电绝缘材料构成的衬底。在衬底的上侧施加有结构化金属层，经由它接触所述至少一个电构件。在衬底上，结构化金属层似乎只被施加在衬底上的中央区域中，使得在衬底的上侧留有包围中央区域的边缘区域，在该边缘区域中没有结构化金属层被施加在衬底上。在衬底的底侧上施加有用于接触冷却体的接触层。由US2014/0204533A1中无法明确得知，接触层被施加在底侧上的哪个区域中。在US2010/0302741A1中披露了一种半导体模块，其具有由电绝缘材料构成的衬底。在衬底的上侧施加有结构化金属层，经由其来接触至少一个电构件。在衬底上，结构化金属层只被施加在衬底上的中央区域中，使得在衬底的上侧留有包围中央区域的边缘区域，在该边缘区域中没有结构化金属层被施加在衬底上。在衬底底侧在中央区域中以及超出中央区域一部分的区域中施加有用于接触冷却体的接触层，该接触层与结构化金属层相对置。在专利US2013/0056185A1中披露了一种半导体模块，其具有由电绝缘材料构成的衬底。在衬底的上侧施加有结构化金属层，经由其来接触至少一个电构件。结构化金属层只在衬底上的中央区域中被施加在衬底上，使得在衬底的上侧留有包围中央区域的边缘区域，在该边缘区域中没有结构化金属层施加在衬底上。在衬底的底侧上施加有用于接触冷却体的接触层，其与结构化金属层相对置。接触层似乎覆盖整个底侧。在本专利技术范畴内，半导体模块尤其可以设计为功率半导体模块，并且包括功率半导体作为电构件，例如IGBT或者类似的构件，例如功率MOSFET。这类半导体模块例如可以在电动汽车中被用于通断行车马达的能量供应。半导体模块也可以包括例如功率LED或者电阻作为电构件。在制造半导体模块的范畴内，经常在一个子步骤中借助冲压机向衬底的上侧施加压力。对上侧的压力通常由冲压机通过柔性的平衡材料来施加。在施加压力的同时，借助保持元件将衬底保持在其底侧上。通常伴随施加压力还加载有更高的温度，例如在烧结过程中。因为衬底高于结构化金属层，所以在上述子步骤的范畴内也对边缘区域施加压力。当在衬底的底侧上只在中央区域施加有接触层时，那么在从中央区域到边缘区域的过渡部分通常施加有很大的折弯力。这可能尤其是因为衬底通常很脆而导致衬底断裂。折弯力还可能导致在衬底中产生裂痕，该裂痕一开始虽然不明显，但之后将导致半导体模块提前失效。能够想到的是，保持元件的形状被设计为，其朝向衬底底侧的侧面的边缘区域具有凸起，使得保持元件不仅在接触层的区域中进行支撑，而且还在边缘区域中进行支撑。然而这需要保持元件具有特殊的、匹配于相应衬底的构造。特别在件数少时，这种做法是低效的。此外，在这种情况下，衬底必须相对于保持元件精确地定位。此外，以对于保持元件的这种构造设计来说所需要的精度来制造衬底是困难的。这样例如可能使不同衬底的接触层的厚度具有波动。此外还可以想到的是，为衬底设计相应的厚度，使得折弯力保持在可允许的范围内。然而在这种情况下，由于衬底的厚度更大，因此衬底的热阻提高，从而对半导体构件散热的效果可能较差。在现有技术中此外还已知，接触层在整个底侧上延伸。通过这种做法，避免了在生产半导体模块时由处理压力产生的折弯应力过大。然而一方面却减少了对于可靠运行来说必要的空气间隙。此外，组成接触层的材料通常具有与衬底不同的热膨胀系数。这就导致在温度发生变化时产生双金属效应，从而导致半导体模块发生弯曲，正如在运行时不可避免的那样。这种弯曲例如可能导致与冷却体的接触面减少从而导致对半导体模块的冷却效果降低。在极端情况下，这种弯曲甚至可能导致衬底的断裂。结果可能出现其他的、像是助剂或原材料、例如导热膏被抽出这样的事情。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种半导体模块，其中，不仅在制造半导体模块时而且在半导体模块运行时都以简单的方式并可靠地避免过度的折弯应力。所述目的通过一种具有权利要求1所述特征的半导体模块得以解决。半导体模块的有利设计方案是从属权利要求2至10所述的主题。根据本专利技术，前文所述类型的半导体模块被设计为，在衬底的底侧上的边缘区域中施加有结构化支撑结构，其厚度与接触层的厚度相对应。由此，在制造半导体模块的范畴内确保了，衬底在边缘区域中也被支承以抵抗由冲压机施加的压力。因此，能够不产生弯曲，或者至少只在很小的范围内产生弯曲。在半导体模块以后的运行中，可以由结构化支撑结构减少震荡。然而，由于支撑结构的结构化，可以使在运行时由于温度变化而产生的折弯力保持最小化。此外还能够在半导体模块运行时防止由于振动而引起不期望的机械接触或甚至是衬底的断裂。在半导体模块的一个优选设计方案中，支撑结构与接触层是分离的。由此可以保持或者最大化爬电距离和空气间隙。优选地，支撑结构具有多个结构元件，其中，或者只有厚度相对于结构元件明显更小的桥接结构位于结构元件之间，或者这些结构元件是完全地相互分离的。通过这种设计方案，可以在很大范围内最小化在半导体模块运行时产生的折弯力。优选地，结构元件各自只在底侧的部分长度和部分宽度上延伸。这种设计方式尤其使得，由单个结构元件起作用的折弯力只作用在衬底的界定范围内。结构元件尤其地可以在底侧的纵向和横向上分别形成多个行。在支撑结构与其中只存在桥接结构的区域或者结构元件完全分离的区域之间的过渡区域中，可能产生缺口效应。优选地，就支撑结构的每个任意的部分区域而言，支撑结构在其朝向底侧的一端具有起始横截面，并且在其背离底侧的一端具有留存横截面，并且此外横截面随着与底侧的间距增加而首先单调地减小，直到该横截面具有最小横截面。这种减小尤其可以以严格单调的方式进行。通过这种设计方案，能够使缺口效应最小化。可以通过以下方式进一步优化对缺口效应的最小化，即，横截面的减小在底侧处最大，并且随着与底侧的距离增大而变缓。在一个特别优选的设计方案中，横截面还随着与底侧的距离的进一步增加而再次单调增大。这种增大尤其可以是严格单调的。通过这种设计方案，可以最大化与保持元件的接触面积和之后与冷却体的接触面积。与先前的减小类似，增大可以在最小横截面附近是最小的，并且随着与底侧距离的增加而增大。在结构元件之间可以置入辅助材料。通过这种设计方案，例如可以优化从衬底的底侧到安插到接触层上的冷却体的热过渡。结构元件之间的间隙在这种情况下还可以用作为缓冲存储，用于在半导体模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体模块，‑其中，所述半导体模块具有衬底(2)，所述衬底由电绝缘材料构成，‑其中，在所述衬底(2)的上侧(3)施加有结构化金属层(4)，至少一个电构件(5)经由所述结构化金属层被接触，‑其中，所述结构化金属层(4)只在所述衬底(2)的中央区域(6)中被施加在所述衬底(2)上，使得在所述衬底(2)的所述上侧(3)上留有包围中央区域(6)的边缘区域(7)，在所述边缘区域中所述结构化金属层(4)没有被施加在所述衬底(2)上，‑其中，在中央区域(6)中，接触层(9)被施加到所述衬底(2)的底侧(8)上，所述接触层用于接触冷却体(10)，所述接触层与所述结构化金属层(4)相对置，其特征在于，在所述衬底(2)的所述底侧(8)上，在边缘区域(7)中施加有结构化的支撑结构(11)，所述支撑结构的厚度(d2)对应于所述接触层(9)的厚度(d1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.20 EP 16205389.61.一种半导体模块，-其中，所述半导体模块具有衬底(2)，所述衬底由电绝缘材料构成，-其中，在所述衬底(2)的上侧(3)施加有结构化金属层(4)，至少一个电构件(5)经由所述结构化金属层被接触，-其中，所述结构化金属层(4)只在所述衬底(2)的中央区域(6)中被施加在所述衬底(2)上，使得在所述衬底(2)的所述上侧(3)上留有包围中央区域(6)的边缘区域(7)，在所述边缘区域中所述结构化金属层(4)没有被施加在所述衬底(2)上，-其中，在中央区域(6)中，接触层(9)被施加到所述衬底(2)的底侧(8)上，所述接触层用于接触冷却体(10)，所述接触层与所述结构化金属层(4)相对置，其特征在于，在所述衬底(2)的所述底侧(8)上，在边缘区域(7)中施加有结构化的支撑结构(11)，所述支撑结构的厚度(d2)对应于所述接触层(9)的厚度(d1)。2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述支撑结构(11)与所述接触层(9)是分离的。3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述支撑结构(11)具有多个结构元件(12)，并且，或者在所述结构元件(12)之间只有桥接结构(13)，所述桥接结构具有相比于所述结构元件(12)明显减小的厚度(...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·诺伊格鲍尔，斯特凡·普费弗莱因，龙尼·维尔纳，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE