一种用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)包括：具有至少一个穿透凹部(14)的金属顶层(11)，该金属顶层借助于冲压形成；以及金属底层(13)。金属衬底结构(10)进一步包括介电层(12)，该介电层与金属顶层(11)和金属底层(13)两者联接，其中，介电层(12)借助于模制形成在金属顶层(11)与金属底层(13)之间。金属顶层(11)与金属底层(13)之间。金属顶层(11)与金属底层(13)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用于半导体功率模块的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。本公开还涉及一种对应的用于金属衬底结构的制造方法。
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。在文献US 6 570 099 B1中公开了一种导热衬底，其包括第一片材状绝缘体层、第二片材状绝缘体层和用作电路图案的引线框架。第一电绝缘体层21由导热树脂组合物形成并且联结至引线框架。
[0003]文献EP 1 160 861 A2公开了一种设置在电绝缘片材的顶表面上的引线框架。辐射板附接到绝缘片材的底表面。辐射板的端部部分位于绝缘体片材的外围内侧。在文献EP 1909 324A1、US 6 060 150 A、JP 2008 210920A和JP 2014 090103A中描述了进一步的引线框架或封装结构。
[0004]在这方面，针对高压功率模块应用提供具有可靠功能的金属衬底是一项挑战。
技术实现思路
[0005]期望提供一种用于半导体功率模块的节省成本的金属衬底结构，其甚至对于高压功率模块应用也实现可靠的运作。进一步的目的是提供一种对应的用于半导体器件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。在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，该金属顶层具有至少一个穿透凹部。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，并且该介电层借助于模制形成在金属顶层与金属底层之间。介电层被模制为使得其延伸到至少一个穿透凹部中并在至少一个穿透凹部中形成沟槽和/或形成穿过所述至少一个穿透凹部、突出到金属顶层的外表面之上的屏障。
[0008]例如，通过使用所描述的模制的金属衬底结构，半导体功率模块是可行的，其即使对于在0.5kV直至10.0kV的电压范围内的高压功率模块应用也实现可靠的运作。所描述的金属衬底结构呈现了包括预定的敷金属(metallization)结构和模制绝缘层的功率模块绝缘金属衬底。
[0009]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。这也可以应用于可形成为铜和/或铝板的金属底层。例如，包括凹部的金属顶层例如借助于冲压而形成。在以下描述中，金属衬底结构主要是关于冲压和模制的金属衬底来描述的，且因此可以缩写形式“SMMS”来描述。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，借助于对所提供的金属片材进行蚀刻和/或激光切割使金属顶层形成有预定结
构。
[0010]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/或凹槽以形成预定的金属图案，以在SMMS的顶部上制备期望的敷金属。
[0011]其间的绝缘层由模制介电层实现。根据SMMS的实施例，介电层是环氧树脂和/或陶瓷基介电。例如，模制介电层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。
[0012]结合本公开认识到，常规的绝缘金属衬底实现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。然而，那些绝缘金属衬底通常包括不适合高压功率模块应用的介电片材材料。一方面，目前可用的介电材料的绝缘能力是相对小的，从而导致所需的绝缘层是相对厚的。另一方面，介电材料的热导率并未高到足以补偿厚绝缘层，从而抑制了热效率高压功率模块的设计和开发。
[0013]此外，常规的绝缘金属衬底通常用预浸片材制造，并且在绝缘层的顶部和底部上具有两个金属板。通常，Cu被用在顶侧上，或者Cu用作底板。敷金属片材或板通过层叠工艺结合到绝缘层。然后，衬底顶侧的所需的敷金属结构通过掩模和蚀刻工艺的后续步骤来完成，以局部去除导电Cu金属，从而产生最终的敷金属结构。此类制造需要大量的精力和成本，并且绝缘层的最大厚度由预浸工艺限定。通常，绝缘层具有100μm的厚度，并且具有均匀的填料分布。实现更厚的绝缘片材需要堆叠在一起的多个预浸层。
[0014]根据所描述的SMMS和模制介电层，绝缘物可以被制成为相对于从金属底层朝向金属顶层的堆叠方向具有50μm直至1mm的厚度。因此，SMMS可以节省成本且省力的方式生产，并且仍然实现有益的绝缘能力以及热导率。相对厚的介电层对促成足够的绝缘能力有用。模制介电的厚度仍然允许实现有益的热导率，并且可以进行制造而不管当今的绝缘预浸材料的厚度限制如何。
[0015]此外，通过使用所描述的SMMS，例如，不需要厚且昂贵的AlN陶瓷层来安全地隔离高压并将热量传递到半导体器件的冷却器。另外，SMMS实现了介电层以及联接的顶层和金属底层的有益的CTE匹配，其中，CTE代表热膨胀系数。此外，就预定厚度的可重复性和样品间的变化而言，可以使SMMS的介电层的模制比常规的掩模和蚀刻更加准确。利用模制介电层的环氧树脂基材料，在热导率和绝缘能力方面的改进是可行的，并且可以实现必要的材料厚度的减小和/或热阻的减小，这两者可以促成具有热益处的半导体功率模块。例如，CTE的调节和热导率的改进可以通过使用具有填料的树脂来控制。
[0016]例如，所述至少一个凹部由金属顶层的边缘限定，并且介电层被模制为使得其覆盖这些边缘中的至少一个。由于电场集中最高，此类边缘通常形成局部放电的关键区域。借助于将介电层模制在金属顶层与金属底层之间并模制到所述一个或多个凹部中，此类关键区域可以被模制介电层的介电材料覆盖。因此，SMMS可以通过缓和电场集中来促成半导体功率模块的安全且可靠的运作。SMMS的关键区域已经嵌入最终的介电层介质中，从而无需
附加的绝缘介质应用就实现了对原始衬底的局部放电测试。
[0017]介电层被模制为使得其在至少一个凹部中形成沟槽。替代性地或附加地，在另一个凹部中，介电层可以被模制为使得其形成延伸穿过凹部、突出到金属顶层的外表面之上的屏障。此类屏障可以在介电层的模制期间简单地形成，并且可以促成增加包括SMMS的半导体功率模块的爬电距离。因此，屏障可以形成被配置成改进爬电行为的突出部分或肋。爬电距离表示金属顶层的两个导电对象之间沿着非导电表面的最短距离。
[0018]根据金属衬底结构的进一步实施例，金属顶层和/或金属底层是预弯的。SMMS的此类配置对于某些应用可以是有用的。被模制在金属顶层与金属底层之间的介电层也将本文档来自技高网...
【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：
‑
金属顶层(11)，具有至少一个穿透凹部(14)，
‑
金属底层(13)，以及
‑
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，并且借助于模制形成在所述金属顶层(11)与所述金属底层(13)之间，其中，所述介电层(12)被模制为使得其延伸到至少一个穿透凹部(14)中，其特征在于，所述介电层(12)被模制为使得其在至少一个穿透凹部(14)中形成沟槽(15)和/或形成延伸穿过所述至少一个穿透凹部(14)、突出到所述金属顶层(11)的外表面(111)之上的屏障(16)。2.根据权利要求1所述的金属衬底结构(10)，其中，包括所述至少一个穿透凹部(14)的所述金属顶层(11)借助于冲压形成。3.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述介电层(12)是环氧树脂和/或陶瓷基介电。4.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述至少一个穿透凹部(14)由所述金属顶层(11)的边缘(17)限定，并且所述介电层(12)被模制为使得其覆盖所述边缘(17)中的至少一个。5.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)中的至少一个是预弯的。6.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述介电层(12)被模制为使得其相对于从所述金属底层(13)朝向所述金属顶层(11)的堆叠方向(A)具有50μm直至1000μm的厚度(D2)。7.根据前述权利要求中任...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。