本发明专利技术涉及一种模块，该模块包括衬底和半导体芯片，该
衬底包括第一铜表面。模块包括将半导体芯片直接键合至第一
铜表面的第一烧结接合部。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体封装4支术领域。
技术介绍
功率电子模块是在功率电子电路中使用的半导体封装。典型 地，功率电子才莫块可4吏用在车载和工业应用中(例如在反相器(inverters)和整流器中)。典型地，包括在功率电子模块内的半导 体元件是绝缘栅双极晶体管(IGBT)半导体芯片，或金属氧化物半 导体场岁文应晶体管(MOSFET)半导体芯片。IGBT和MOSFET半 导体芯片具有变化的电压和电流级。 一些功率电子电3各在半导体封 装中还包括额外的半导体二极管(即储能二极管)，以用于过电压 保护。一豸殳来i兌，4吏用两种不同的功率电子才莫块i殳计。 一种i殳计用于 專交高功率应用，另一种i殳计用于4交^f氐功率应用。对于4交高功率应用， 功率电子模块典型地包括集成在单个衬底上的数个半导体芯片。典 型的，衬底包括绝缘陶瓷衬底(例如A1203， A1N， Si3lSU或者其它 合适的材料)以使功率电子模块绝缘。使用纯的或者电镀的Cu, Al或者其它合适的材料来至少使陶瓷衬底的顶侧金属化，以提供半 导体芯片的电子和枳4成接触。典型地，4吏用直4妄覆铜(DCB( directcopper bonding))或者活性金属奸焊(active metal brazing (AMB))工艺来将金属层4建合(bonding或者说j妄合)至陶资衬底上。典型地，使用Sn-Pb， Sn-Ag， Sn-Ag-Cu或者其它合适的焊料 合金的软焊;故用来将半导体芯片连接到金属化陶瓷衬底。典型的， 将数个衬底键合至金属基板上。这样，陶瓷衬底的背侧也用纯的或 者电镀的Cu， Al或者其它合适的材冲+来金属化以将衬底连接至金 属基板。典型地，使用Sn-Pb, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu或者其它合适的 焊料合金的软焊可用来将衬底连接到金属基板。对于较低功率应用，典型地，使用引线框架衬底(例如，纯铜 衬底)来取代陶瓷衬底。根据应用情况，引线框架衬底典型地镀上 Ni， Ag, Au和/或Pd。典型地，使用Sn-Pb、 Sn-Ag、 Sn-Ag-Cu或架衬底。对于高温应用，焊接接合部的低熔点(Tm = 180°C - 220。C )成 为功率电子模块的关键参数。在功率电子模块操作期间，半导体芯 片下面的区域暴露于高温下。在这些区域中，环境温度中叠加了半 导体芯片内部散发的热量。这导致了功率电子模块操作期间的热循 环。典型地，对于热循环的可靠性，在150。C以上不能保证焊接接 合部的可靠功能。在150。C以上，在几次热循环之后，焊料区域内 部可能会形成裂紋。裂紋可能容易扩散至整个焊接区域并导致功率 电子模块失效。随着对在恶劣环境(例如，汽车应用)中使用功率电子器件的 需求的增长和半导体芯片集成度的持续发展，外部和内部散热继续 增加。因此，对于能够在内部和外部温度达到和超过200。C时运4亍 的高温功率电子模块的需求也不断增长。另外，为降低高温功率电子模块的成本，应该避免使用将半导体芯片连接至村底的贵金属表 面和将衬底连接至金属基板的贵金属表面。因为这些或者其它原因，所以需要本专利技术。
技术实现思路
一个实施例提供了一种模块。该模块包括村底和半导体芯片，其中衬底包括第一铜表面。该模块包括第一烧结接合部(joint),该 第一烧结接合部将半导体芯片直接键合(bonding)至第一铜表面。附图说明附图被包括进来以提供对实施例的进一步理解，并且这些附图 并入此"i兌明书并构成其一部分。附图示出了实施例，并与描述一起 用于解释实施例的原理。参考随后的详细it明可以更好地理解这些 实施例，因而更好地认识到其它实施例和实施例的许多旨在实现的 优点。图中的元件」波此并不必然成比例。同才羊的参考凄t字^表相应 的类々乂部分。图1示出了模块的一个实施例的横截面视图。图2示出了才莫块的另一个实施例的才黄截面—见图。图3示出了被加以掩膜的衬底的一个实施例的横截面视图。图4示出了被加以掩膜的衬底和键合膏或浆的一个实施例的横 截面一见图。图5示出了烧结后的被加以掩膜的衬底、烧结接合部和半导体 芯片的 一 个实施例的冲黄截面 一见图。8图6示出了去除掩模后的被加以掩膜的衬底、烧结接合部和半导体芯片的 一个实施例的横截面视图。图7示出了低温连接(LTJ)工具的一个实施例的横截面视图。具体实施例方式在下面的详细"i兌明中，参考构成本文一部分的附图，在图中示出了可以实施本专利技术的具体实施例。在这点上，例如"顶部"、"底部"、"前面"、"背面"、"首"、"尾"等方向性术i吾是参照所描述的图中的方位来Y吏用。因为实施例的各部件能够4皮i殳置为多个不同的方位，所以方向性术语是用于说明的目的而绝非用于限制。需要理解，可以使用其它实施例，且在不背离本专利技术的范围的情况下可以进^f亍结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细"i兌明不是为了限制，并且本专利技术的范围由附加权利要求来限定。需要理解，除非特别强调，否则本文描述的各示例性实施例的特4正可以互相结合。图1示出了模块100的一个实施例的横截面视图。在一个实施例中，模块100是高温(即，达到和超过200。C)低功率电子模块。功率电子才莫块100包括引线框架衬底102、烧结接合部104、半导体芯片106、键合线108、引线112和壳体110。引线框架衬底102包括Cu或者其它合适的材料。烧结接合部104将Cu引线框架衬底l 102直4妄连4妄到半导体芯片106，而不在Cu引线4匡架冲于底102和半导体芯片106之间^使用贵金属层。由于不^f吏用贵金属层，所以功率电子模块100的成本相比典型的高温功率电子模块要低。如本文中所-使用的，术i吾"电连^妄"并不意p木着这些元件必须直接连接在一起，并且在"电连接，，的元件之间可以设置中间元件。半导体芯片106通过4建合线108电连接到引线112。4建合线108包括A1、 Cu、 Al-Mg、 Au或者其它合适的材料。在一个实施例中，使用超声波引线键合法将键合线108键合至半导体芯片106和引线112。在一个实施例中，引线才匡架衬底102的厚度在125|im - 20(Vm范围之内。使用低温连接(LTJ)工艺来提供烧结接合部104,从而将引线框架衬底102连接到半导体芯片106。在不氧化Cu引线框架衬底102的表面的情况下形成烧结接合部104。壳体110包括模制材料或其它合适的材料。壳体110包围了引线框架衬底102、烧结才妾合部104、半导体芯片106、 4定合线108和引线112的一部分。图2示出了模块120的另一个实施例的截面视图。在一个实施例中，模块120是高温(即，达到和超过200。C)高功率电子模块。功率电子模块120包括金属基板124、烧结接合部126、包括金属表面或者层128和132的金属4匕陶瓷^3"底130、；晓结4妄合部134、半导体芯片136、 4定合线138、电路^反140、控制触片142、电力触片144、》真充物(potting) 146和148，以及壳体150。金属层128和132包括Cu或者其它合适的材津牛。烧结4妄合部126将Cu层128直接连接到金属基板124，而不在Cu层128和金属基板124之间使用贵金属。烧结接合部134将Cu层132直接连接到半导体芯片136，而不本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模块，包括： 衬底，包括第一铜表面； 半导体芯片；以及 第一烧结接合部，将所述半导体芯片直接键合至所述第一铜表面。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯滕·古特，伊万·尼基廷，
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：DE
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