用于功率模块的基板制造技术

本公开涉及一种用于功率模块

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于功率模块的基板、功率模块和用于制造功率模块的方法


[0001]本公开涉及一种用于功率模块的基板，该基板包括载体片材
、
第一金属化层和第二金属化层
。
本公开还涉及一种包括此类基板的功率模块和一种用于制造此类功率模块的制造方法
。

技术介绍

[0002]文献
JP 2002
‑
344094 A
涉及一种用于功率模块的电路板，且更特别地涉及一种用于功率模块的电路板，该电路板通过在金属化图案的边缘旁边形成凹槽
(
例如，用于汽车用逆变器器件
)
而具有改进的热循环行为
。

技术实现思路

[0003]本公开的目的是提供一种适合于实施电力电子器件的基板和模块以及对应的制造方法，所述基板和模块相对容易制造
、
可以在制造及其操作期间承受热和
/
或机械应力，并且可靠地操作，即使存在高电流和
/
或电压也如此
。
[0004]根据本公开的方面，提供了一种用于功率模块的基板
。
该基板包括：载体片材，载体片材在平面中延伸并且包括至少一个绝缘层；形成在载体片材的第一表面上的第一金属化层，该第一金属化层包括用于安装功率模块的至少一个半导体芯片
(die)
的安装区域；以及形成在载体片材的第二表面上的第二金属化层，该第二表面与第一表面相对，该第二金属化层包括用于将基板附接到平坦表面的附接区域
。
>安装区域和附接区域到载体片材的平面中的投影至少部分地重叠
。
安装区域使用至少一个第一凹槽而被结构化，所述至少一个第一凹槽从第一金属化层的外表面延伸到所述至少一个绝缘层以将第一金属化层的单独部分电分离
。
附接区域使用至少一个第二凹槽而被结构化，所述至少一个第二凹槽从第二金属化层的外表面至少部分地延伸到所述至少一个绝缘层
。
[0005]通过将相对的安装区域和附接区域的至少多个部分结构化，可以减少在热或机械应力循环期间
(
例如，在制造期间
)
载体片材的弯曲或翘曲，从而导致成品基板的弯曲度减小
。
减小基板的弯曲度将进而减小基板与任何载体结构之间的任何机械连接中的应力，从而导致组件
(
诸如，功率模块
)
的可靠性更高
。
[0006]根据进一步实施例，导电材料布置在所述至少一个第二凹槽的底部处，该导电材料将第二金属化层的毗连所述至少一个第二凹槽的相应部分的边缘互连，例如通过将导电层布置在沟槽的底部部分处或通过用弹性导电材料至少填充沟槽的底部部分
。
[0007]通过在第二凹槽的侧部之间形成电连接，可以避免载体片材和第二凹槽中的主要出现在金属化层的边缘和拐角上的局部高电场，从而在操作期间减小电应力并避免局部放电和介电击穿
。
[0008]根据进一步实施例，载体片材进一步包括布置在所述至少一个绝缘层与第二金属化层之间的至少一个第一导电层
。
所述至少一个第二凹槽从第二金属化层的外表面延伸到所述至少一个第一导电层的表面
。
所述至少一个第一导电层将第二金属化层的毗连所述至
少一个第二凹槽的相应部分的边缘互连
。
通过保持第一导电层完整，可以建立电互连，这将减轻与第二凹槽相关联的任何负面电效应
。
[0009]例如，基板可以是活性金属钎焊
(active metal brazing
，
AMB)
基板，并且所述至少一个导电层可以是形成在所述至少一个绝缘层的表面上的钎焊层
。
此类结构容易制造
。
借助于第二凹槽分离第二金属化层将平衡对第一金属化层的结构化
。
同时，附加的导电层
(
诸如，钎焊层
)
可用作加工止挡部
(
例如，在蚀刻期间用作蚀刻止挡部
)
，并且还电连接第二金属化层的相应部分的毗连边缘
。
[0010]根据进一步实施例，所述至少一个第二凹槽形成为从第二金属化层的外表面延伸到所述至少一个绝缘层的沟槽
。
导电层布置在沟槽的底部部分处，使得第二金属化层的毗连所述至少一个第二凹槽的相应部分的边缘被互连
。
通过例如用薄导电层覆盖所述至少一个绝缘层的暴露部分，或者例如用弹性导电材料至少填充所述至少一个沟槽的底部部分，可以建立电互连，这将减轻与第二凹槽相关联的任何负面电效应
。
[0011]例如，基板可以是直接结合铜
(directly bonded copper
，
DBC)
基板或直接结合铝
(directly bonded aluminum
，
DBA)
基板中的一者
。
替代性地或另外，第二金属化层可直接结合到载体片材的所述至少一个绝缘层的表面
。
此类基板广泛可用并且具有各种有利的效果，包括对于电力电子器件有利的热性质
。
[0012]根据进一步方面，提供了一种功率模块，包括：根据实施例中的一者的基板；以及至少一个半导体芯片，至少一个半导体芯片安装在第一金属化层的安装区域中
。
[0013]将至少一个半导体芯片附接到基板的安装区域
(
例如，通过焊接
、
烧结或类似的加工步骤
)
常常需要对基板或所述至少一个半导体芯片进行热处理
。
由于第二金属化层中存在所述至少一个第二凹槽，将避免或至少减轻基板中的弯曲度，由此当将至少一个半导体芯片安装在基板上时和
/
或当将基板安装到下面的载体结构
(
诸如，底板
、
冷却器等，其中热量可被施加到基板
)
时避免或减轻了功率模块的不当联结型连接
(joining connection)。
[0014]根据进一步实施例，功率模块进一步包括载体结构，其中，附接区域附接到载体结构的平坦表面
。
载体结构包括以下各者中的至少一者：导电载体板，导电载体板与第二金属化层电接触和
/
或热接触；底板，其与第二金属化层热接触；或者冷却器，其与第二金属化层热接触
。
通过减小功率模块的基板的弯曲度，基板可以附接在载体结构的大的平坦表面区域上，该载体结构包括底板
、
电载体板和冷却器中的一个或多个
。
[0015]根据进一步方面，提供了一种用于制造功率模块的方法
。
该方法包括：提供基板，该基板至少包括绝缘层
、
第一金属化层和第二金属化层，第一金属化层和第二金属化层布置在绝缘层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于功率模块
(210)
的基板
(200)
，包括：
‑
载体片材
(201)
，所述载体片材在平面中延伸并且包括至少一个绝缘层；
‑
直接形成在所述载体片材
(201)
的第一表面上的第一金属化层
(202)
，所述第一金属化层
(202)
包括用于安装功率模块
(210)
的至少一个半导体芯片
(204)
的安装区域
(207)
；以及
‑
直接形成在所述载体片材
(201)
的第二表面上的第二金属化层
(205)
，所述第二表面与所述第一表面相对，所述第二金属化层
(205)
包括用于将所述基板
(200)
附接到平坦表面的附接区域
(206)
；其中，
‑
所述安装区域
(207)
和所述附接区域
(206)
到所述载体片材
(201)
的所述平面中的投影至少部分地重叠；
‑
所述安装区域
(207)
使用至少一个第一凹槽
(203)
而被结构化，所述至少一个第一凹槽从所述第一金属化层
(202)
的外表面延伸到所述至少一个绝缘层以将所述第一金属化层
(202)
的单独部分
(202a、202b、202c)
电分离；
‑
所述附接区域
(206)
使用至少一个第二凹槽
(211)
而被结构化，所述至少一个第二凹槽从所述第二金属化层
(205)
的外表面至少部分地延伸到所述至少一个绝缘层；并且
‑
布置在所述至少一个第二凹槽
(211)
的底部处的导电材料
(229)
将所述第二金属化层
(205)
的毗连所述至少一个第二凹槽
(211)
的相应部分的边缘互连
。2.
根据权利要求1所述的基板
(200)
，其中，
‑
所述载体片材
(201)
进一步包括布置在所述至少一个绝缘层与所述第二金属化层
(205)
之间的至少一个第一导电层；
‑
所述至少一个第二凹槽
(211)
从所述第二金属化层
(205)
的所述外表面延伸到所述至少一个第一导电层的表面；并且
‑
所述至少一个第一导电层将所述第二金属化层
(205)
的毗连所述至少一个第二凹槽
(211)
的所述相应部分的所述边缘互连
。3.
根据权利要求2所述的基板
(200)
，其中，所述基板
(200)
是活性金属钎焊基板
(214)
，并且所述至少一个导电层是形成在所述至少一个绝缘层的表面上的钎焊层
(217)。4.
根据权利要求1所述的基板
(200)
，其中：
‑
所述至少一个第二凹槽
(211)
包括从所述第二金属化层
(205)
的所述外表面延伸到所述至少一个绝缘层的沟槽
(224)
；并且
‑
导电层
(225)
和弹性导电材料
(229)
中的至少一者至少布置在所述沟槽
(224)
的底部部分处，使得所述第二金属化层
(205)
的毗连所述至少一个第二凹槽
(211)
的所述相应部分的所述边缘被互连
。5.
根据权利要求4所述的基板
(200)
，其特征在于以下项中的至少一者：
‑
所述基板
(200)
是直接结合铜基板
(226)
或直接结合铝基板
(220)
中的一者；以及
‑
所述第二金属化层
(205)
直接结合到所述载体片材
(201)
的所述至少一个绝缘层的表面
。6.
根据权利要求1所述的基板
(200)
，其中，所述至少一个第二凹槽
(211)
包括沟槽
(224)
，所述沟槽仅部分地从所述第二金属化层
(205)
的所述外表面延伸朝向所述绝缘层，
使得所述第二金属化层
(205)
的在所述沟槽
(224)
下方的其余材料将所述第二金属化层
(205)
的毗连所述至少一个第二凹槽
(211)
的所述相应部分的所述边缘互连
。7.
根据权利要求1所述的基板
(200)
，其中，所述第一金属化层
(202)
包括上铜层
(218)
，并且所述第二金属化层
(205)
包括下铜层
(219)。8.
一种功率模块
(210)
，包括：
‑
根据权利要求1至7中任一项所述的基板
(200)
；以及
‑
至少一个半导体芯片
(204)
，所述至少一个半导体芯片安装在所述第一金属化层
(202)
的所述安装区域
(207)
中
。9.
根据权利要求8所述的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：日立能源有限公司，
类型：发明
国别省市：