用于半导体功率模块的金属衬底结构和制造金属衬底结构的方法以及半导体功率模块技术

一种用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)包括金属顶层(11)，该金属顶层具有由金属顶层(11)的边缘(14)限制的至少一个凹部，其中，金属顶层(11)进一步包括在与边缘(14)邻近的区域中的至少一个应力释放结构。金属衬底结构(10)进一步包括金属底层(13)和介电层(12)，该介电层与金属顶层(11)和金属底层(13)两者联接并且相对于堆叠方向(A)形成在两者之间。联接并且相对于堆叠方向(A)形成在两者之间。联接并且相对于堆叠方向(A)形成在两者之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于半导体功率模块的金属衬底结构和制造金属衬底结构的方法以及半导体功率模块


[0001]本公开涉及一种用于半导体功率模块的金属衬底结构和一种用于半导体器件的半导体功率模块。本公开还涉及一种用于金属衬底结构的对应的制造方法。

技术介绍

[0002]常规的绝缘金属衬底形成了同时具有低绝缘要求和低热阻的低功率和中等功率半导体封装技术。文献JP 2014 090103A公开了一种包括绝缘片材的模制封装。绝缘片材在一侧上包括底层并且在另一侧上在岛之间延伸。底层和岛两者可以由金属制成。绝缘片材进一步包括在底层与岛之间的树脂片材以抵消短路。
[0003]文献EP 1 909 324 A1公开了一种部分地具有不同厚度的引线框架。在引线框架的厚度部分上，安装了诸如LED等要求大电流及散热性的特殊电子部件。文献JP 2014 112640A公开了一种半导体器件，其包括金属衬底以及位于金属衬底上并被热固化的电绝缘下层树脂。半导体器件进一步包括位于下层树脂上并被热固化的上层树脂、以及位于上层树脂上的引线框架。文献EP 2 006 909 A2和US2016/315023 A1中描述了进一步的半导体器件。
[0004]在这方面，提供具有可靠功能的稳定金属衬底是一项挑战。

技术实现思路

[0005]本公开的实施例涉及一种用于半导体功率模块的稳定的金属衬底结构，其实现可靠的运作并有助于提高模块寿命。进一步的实施例涉及一种用于半导体器件的对应的半导体功率模块以及一种用于此类金属衬底结构的制造方法。
[0006]这些目的通过独立权利要求的主题来实现。从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。
[0007]根据实施例，一种用于半导体功率模块的金属衬底结构包括金属顶层，该金属顶层具有由金属顶层的边缘限制的至少一个凹部，其中，金属顶层进一步包括在与该边缘邻近邻近的区域中的至少一个应力释放结构，所述至少一个应力释放结构是借助于冲压、蚀刻和切割中的至少一者形成的。金属衬底结构进一步包括金属底层和介电层，该介电层与金属顶层和金属底层两者联接并且相对于堆叠方向形成在两者之间。例如，介电层包括树脂材料。
[0008]例如，通过使用所描述的模制金属衬底结构，半导体功率模块是可行的，其实现可靠的运作并提高寿命，即使在电压至少为0.5kV的高电压功率模块应用中使用也如此。例如，所描述的金属衬底结构实现了包括具有应力释放图案的预定电路敷金属结构的功率模块绝缘金属衬底。
[0009]应力释放结构还用作锚定结构以便改进金属顶层与介电层之间的粘附力。另外，金属衬底结构有助于提高机械稳定性。例如，两者都可以有助于改进高电压能力并就局部
放电做出改进。考虑到中电压或低电压以及低成本应用，金属衬底结构的所描述的配置也可以有助于有益的功能。
[0010]与本公开有关的认识是，电路敷金属图案的边缘暴露于机械和热机械应力，并且可能引起空隙或裂缝，这最终会导致敷金属与树脂片材之间的分层并且可能导致局部放电和介电击穿。例如，所描述的金属衬底结构的应力释放结构特定地形成在边缘的区域中，以吸收或驱散由于机械或热机械应力所致的力。此外，可以通过应力释放结构实现减小由比较硬的金属引起的应力。替代性地或附加地，应力释放结构有助于改进金属顶层的金属图案与介电层的隔离树脂之间的粘附力。
[0011]因此，应力释放结构(例如，包括一个或多个应力释放特征)被有意地结合到绝缘金属衬底结构的电路敷金属图案的外围或边缘区域中。
[0012]敷金属由金属顶层形成，该金属顶层可以是包括铜和/或铝的膜和/或片材。这也可以适用于金属底层，该金属底层可形成为铜和/或铝板或对应的合金或复合材料。例如，金属顶层借助于冲压而形成包括所述至少一个凹部的预定结构。然而，也存在用于制造顶部敷金属的替代方案。替代性地或附加地，例如，金属顶层借助于对所提供的金属片材进行的蚀刻和激光切割中的至少一者而形成有预定结构。
[0013]例如，可以通过使用绝缘预浸材料或借助于模制来提供介电层。例如，介电层是环氧树脂和/或陶瓷基介电层。在模制介电层的情况下，其可以包括具有陶瓷填充材料的树脂基介电材料，例如环氧树脂、Al2O3、AlN、BN、Si3N4或SiO2。例如，介电层是具有填料的环氧树脂。介电层也可以基于适合于传递模制、注射模制或压缩模制的其他材料，诸如双马来酰亚胺、氰酸酯、聚酰亚胺和/或硅树脂。替代性地或附加地，介电层可以包括陶瓷材料和/或湿定型材料或上述组分中的两种或更多种组分的材料组合。然而，也存在用于制造或提供绝缘介电层的替代方案。
[0014]所述至少一个凹部可以实现穿过形成金属顶层的敷金属的连贯金属片的穿透开口。替代性地，例如，所述至少一个凹部在两个单独的金属路径之间形成凹槽或自由体积。金属顶层还可以包括多个凹部和/或凹槽和/或沟槽以形成预定的金属图案，从而在SMMS的顶部上制备所期望的敷金属。一般而言，凹部由金属顶层的至少一个边缘限制，该金属顶层包括靠近边缘的应力释放结构。
[0015]根据金属衬底结构的实施例，边缘或边缘的侧壁至少部分地嵌入介电层中或被介电层覆盖。例如，这可以通过模制介电层并覆盖金属顶层的边缘或侧壁来实现。这可以进一步包括在金属顶层的边缘处覆盖或嵌入应力释放结构。
[0016]根据金属衬底结构的实施例，应力释放结构相对于堆叠方向包括减薄边缘，该减薄边缘形成为金属顶层的厚度减小部。替代性地或附加地，应力释放结构可以相对于堆叠方向包括形成为倾斜侧表面的倾斜边缘和在金属顶层的边缘处具有带斜面的结构的侧表面中的至少一者。侧表面的带斜面的部分也可以是曲线的或圆形的。相对于穿过侧向主延伸平面的截面，金属顶层的边缘还可以在剖面中或整体上(in full)包括凸形或凹形轮廓或形状。
[0017]根据金属衬底结构的进一步实施例，例如，应力释放结构包括形成为金属顶层的表面的预定粗糙度的结构化边缘表面。替代性地或附加地，应力释放结构可以包括形成为金属顶层的边缘的表面上的局部凹坑的凹部。替代性地或附加地，应力释放结构可以包括
形成为金属顶层的一个或多个表面上的凹槽的凹部。
[0018]应力释放结构形成在金属顶层的顶表面、侧表面和底表面中的至少一者上，并且可以包括一个或多个应力释放形成部。一般而言，应力释放结构在边缘的区域中形成廓形(contour)，该廓形至少部分地不同于具有平坦矩形表面的光滑立方体壁或边缘，它甚至紧邻边缘没有预定的粗糙结构。
[0019]例如，绝缘金属衬底经历在温度循环期间发生在电路敷金属的边缘上的机械或热机械应力。应力释放结构有助于避免在分别由金属顶层和介电层实现的电路敷金属图案与隔离树脂片材之间的界面上形成空隙或裂缝。最终，这进一步有助于避免分层。因此，所描述的金属衬底结构有助于降低局部放电及最终介电击穿的风险，介电击穿可能导致对应的功率模块更快地老化或甚至失效。附加地，应力释放结构有助于可靠保护以免受湿气或有害气体的影响，湿气或有害气体可能穿透进入衬底内部。这些不利影响会进一步导致热量驱散减少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造根据权利要求1至9中任一项所述的用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)的方法，所述方法包括：
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提供金属顶层(11)，所述金属顶层具有由所述金属顶层(11)的边缘(14)限制的至少一个凹部，其中，所述金属顶层(11)进一步包括在与所述边缘(14)邻近的区域中的至少一个应力释放结构，所述至少一个应力释放结构是通过冲压、蚀刻和切割中的至少一者形成的，
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提供金属底层(13)，
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提供介电层(12)，
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将所述层(11、12、13)联接在一起，使得所述介电层(12)与所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)两者联接并介于两者之间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供和联接所述介电层(12)的步骤包括：
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提供可泵送物质，
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将所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)相对于彼此对齐且两者之间具有预定距离，以及
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将所述可泵送物质引入到对齐的所述金属顶层(11)与所述金属底层(13)之间，且因此借助于模制形成所述介电层(12)。3.一种用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)，所述金属衬底结构包括：
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金属顶层(11)，其具有由所述金属顶层(11)的边缘(14)限制的至少一个凹部，其中，所述金属顶层(11)进一步包括在与所述边缘(14)邻近的区域中的至少一个应力释放结构，所述至少一个应力释放结构是借助于冲压、蚀刻和切割中的至少一者形成的，
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金属底层(13)，以及
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介电层(12)，其与所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)两者联接并且相对于堆叠方向(A)形成在两者之间。4.根据权利要求3所述的金属衬底结构(10)，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：日立能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：