功率半导体模块和制造方法技术

在一个实施例中，一种功率半导体模块(1)包括：主基板(2)；安装在主基板(2)上的至少一个第一半导体芯片(3)；以及安装在主基板(2)上的至少一个辅助基板(4)，所述至少一个辅助基板(4)包括远离主基板(2)的顶面(40)，其中，所述至少一个辅助基板(4)包括基于有机材料并与主基板(2)直接接触的绝缘层(41)，并且所述至少一个辅助基板包括形成顶面(40)的至少部分的顶部金属层(42)。的顶部金属层(42)。的顶部金属层(42)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块和制造方法


[0001]提供了一种功率半导体模块。进一步地，还提供了一种用于制造此类功率半导体模块的方法。

技术介绍

[0002]文献JP 2209787 A2提及了一种用于制备印刷电路板的方法，其中印刷电路板借助于聚酰亚胺树脂层安装到铝块。
[0003]文献CN 203367241 U提及了一种模制功率封装的结构，其中印刷电路板通过导线或通过含银粘合剂膏联结到引线框架。
[0004]文献JP 6342986 A2公开了一种多层基板，其具有通过通孔或贯通孔互连的两个电路层，这些电路层借助于绝缘涂层和粘合剂安装到金属底板。
[0005]文献US2018/0174946 A1、WO 2012/144070 A1、EP 0 427 143 A2、EP 3 113 223 A1、US2021/0020588A1、US 9 443 792 B1和US2013/00175575A1提及了半导体器件。
[0006]要解决的问题是提供一种可以高效地制造的功率半导体模块。

技术实现思路

[0007]该目的尤其通过如独立专利权利要求中定义的功率半导体模块和方法来实现。示例性的进一步发展构成了从属权利要求的主题。
[0008]例如，功率半导体模块使用绝缘金属基板(简称IMS)作为主基板上的辅助基板，以便为一个或多个第一半导体芯片(比如，功率芯片)的电气布线提供接触平台。使用IMS代替例如直接键合铜基板(简称DBC基板)可以降低成本并且可以获得电路系统中的附加灵活性。r/>[0009]在至少一个实施例中，功率半导体模块包括：
[0010]‑
一个或多个主基板，其中，所述至少一个主基板例如是DBC基板，
[0011]‑
一个或多个第一半导体芯片，其安装在主基板上，以及
[0012]‑
也安装在主基板上的至少一个辅助基板，所述至少一个辅助基板包括远离主基板的顶面，所述至少一个辅助基板例如是基于IMS的基板，
[0013]其中，所述至少一个辅助基板包括基于有机材料并与主基板直接接触的绝缘层，并且所述至少一个辅助基板还包括形成顶面的至少部分的顶部金属层。
[0014]术语
‘
功率半导体模块
’
意指例如该模块被配置用于大电流。例如，功率半导体模块被配置成处理至少10A或至少50A或至少100A或至少500A的最大电流。相应地，所述至少一个第一半导体芯片可以是大功率芯片。
[0015]根据至少一个实施例，所述至少一个辅助基板借助于绝缘层附接到主基板。这例如通过对绝缘层进行热处理来完成，其中，也可以包括压力的施加。换句话说，在这种情况下，所述至少一个辅助基板可能不包括固有地粘合性的层(比如，管道胶带)，而是需要高温才能附接。因此，在主基板与所述至少一个辅助基板之间不存在附加的粘合剂，比如胶水、
焊料或烧结层。
[0016]根据至少一个实施例，顶部金属层与绝缘层直接接触。例如，绝缘层是顶部金属层与主基板之间的唯一层。
[0017]根据至少一个实施例，绝缘层包括一个或多个树脂层，或由一个或多个树脂层组成。作为选项，树脂层或树脂层中的至少一个或所有树脂层填充有无机填料，比如无机颗粒。为了提高绝缘层的导热性，所述至少一种无机填料可以是陶瓷材料，比如AlN、Al2O3、Si3N4或BN。
[0018]根据至少一个实施例，绝缘层包括直接在树脂层与主基板之间的底部子层。例如，底部子层是树脂，比如环氧树脂。与树脂层相比，底部子层是薄的。这可能意味着，子层厚度是绝缘层的总厚度的最多30％或最多20％或最多5％。在树脂层与顶部金属层之间，可存在顶部子层；该顶部子层和底部子层的结构可以是相同的构造。
[0019]根据至少一个实施例，功率半导体模块包括多个第一半导体芯片。所有第一半导体芯片都可以安装在同一个主基板上。所有第一半导体芯片都可以是同一类型，或者存在不同类型的第一半导体芯片，比如二极管和晶体管。
[0020]根据至少一个实施例，所述至少一个辅助基板为一个、一些或所有第一半导体芯片提供公共接触平台。这可能意味着，电连接器件(比如，键合线)从每个相应的第一半导体芯片延伸到所述至少一个辅助基板上，或者这可能意味着，至少一个电连接器件从其上安装有相应的第一半导体芯片的接触表面延伸到所述至少一个辅助基板上。换句话说，主基板的相应的接触表面或相应的第一半导体芯片可以直接与所述至少一个辅助基板电连接，例如与顶面电连接。
[0021]根据至少一个实施例，所述至少一个辅助基板包括或承载进一步的电部件。此类进一步的电部件可安装在顶面上，或者可集成在所述至少一个辅助基板中。例如，所述至少一个进一步的电部件是电阻器或传感器或开关或集成电路(简称IC)。
[0022]根据至少一个实施例，所述至少一个辅助基板是多层基板。因此，所述至少一个辅助基板可以包括一个或多个内部导电层和/或一个或多个内部绝缘层。因此，所述至少一个内部导电层和所述至少一个内部绝缘层部分或完全位于所述至少一个辅助基板的底侧处的绝缘体层与顶面处的顶部金属层之间。在主基板的顶层(替代地称为顶侧)的俯视图中所看到的，顶部金属层和所述至少一个内部导电层可具有不同的尺寸，或者也可具有相同的尺寸。即，所述至少一个内部导电层和顶部金属层可以是一致的，但不需要是一致的。
[0023]根据至少一个实施例，辅助基板的顶面包括顶部金属层或由顶部金属层组成，其中，在多处，顶面可由从顶部金属层突出的至少一个内部导电层形成。例如，所述相应层被配置用于线键合，例如其中线键合由铝或铜制成。作为线键合的替代方案，也可以使用带状物、箔或夹子等。相应层可以是连续的平坦层。除电连接器件之外，顶部金属层和所述至少一个突出的内部导电层可以是顶面上的唯一部件。
[0024]根据至少一个实施例，辅助基板与主基板之间的电连接也通过至少一个电连接器件(比如，键合线、带状物、箔或夹子)来建立，例如通过多个电连接器件来建立。所述至少一个电连接器件可以从主基板延伸到辅助基板的顶面，或延伸到安装在顶面上的电部件。
[0025]根据至少一个实施例，所述至少一个第一半导体芯片选自包括以下各者的组或由以下各者组成的组：金属氧化物半导体场效应晶体管(简称MOSFET)、金属绝缘体半导体场
效应晶体管(简称MISFET)、绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)、双极面结型晶体管(简称BJT)、栅极关断晶闸管(简称GTO)、栅极换流晶闸管(简称GCT)、面结型栅场效应晶体管(简称JFET)和二极管。如果存在多个第一半导体芯片，则所有第一半导体芯片都可以是同一类型，或者存在不同种类的第一半导体芯片。
[0026]功率半导体模块例如是车辆中的功率模块以将来自电池的直流电转换为用于电动马达的交流电，例如在混合动力车辆或插电式电动车辆中或在火车(比如，通勤火车)中。
[0027]附加地提供了一种用于制造功率半导体模块的方法。借助于该方法，制造出如结合上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率半导体模块(1)，其包括：
‑
主基板(2)，
‑
安装在所述主基板(2)上的至少一个第一半导体芯片(3)，以及
‑
安装在所述主基板(2)上的至少一个辅助基板(4)，所述至少一个辅助基板(4)包括远离所述主基板(2)的顶面(40)，其中，
‑
所述至少一个辅助基板(4)包括绝缘层(41)，所述绝缘层(41)基于有机材料并与所述主基板(2)直接接触，并且所述至少一个辅助基板(4)包括形成所述顶面(40)的至少部分的顶部金属层(42)，
‑
所述绝缘层(41)包括填充有无机颗粒(82)的树脂层(81)，并且
‑
所述绝缘层(41)进一步包括直接在所述树脂层(81)与所述主基板(2)之间的底部子层(83)，所述底部子层(83)是环氧树脂并且具有子层厚度，所述子层厚度是所述绝缘层(41)的总厚度的最多20％。2.根据前一权利要求所述的功率半导体模块(1)，其中，所述至少一个辅助基板(4)借助于所述绝缘层(41)附接到所述主基板(2)，并且所述顶部金属层(42)与所述绝缘层(41)直接接触。3.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中，所述绝缘层(41)包括填充有无机颗粒(82)的树脂层(81)或由所述树脂层组成。4.根据前一权利要求所述的功率半导体模块(1)，其中，在所述树脂层(81)与所述顶部金属层(42)之间存在顶部子层(84)，所述顶部子层(84)和所述底部子层(83)是相同的构造。5.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中，所述至少一个辅助基板(4)是绝缘金属基板，并且所述主基板(2)是直接键合铜基板。6.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其包括多个所述第一半导体芯片(3)，所有所述第一半导体芯片都安装在所述主基板(2)上，其中，所述至少一个辅助基板(4)为所述第一半导体芯片(3)提供公共接触平台，并且电连接器件(24)从所述第一半导体芯片(3)中的每一个延伸到所述至少一个辅助基板(4)上。7.根据前一权利要求所述的功率半导体模块(1)，其中，所述至少一个辅助基板(4)包括多个电阻器(6)，所述多个电阻器(6)中的每一个被指派给多达两个所述第一半导体芯片(3)，其中，所述多个电阻器(6)是安装在所述至少一个辅助基板(4)的所述顶面(40)上的电器件，或者所述多个电阻器(6)是形成...

【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：