半导体器件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括耦接至一衬底的半导体芯片以及耦接至所述衬底的基板。所述基板包括第一金属层，所述第一金属层包覆至第二金属层。所述第二金属层被变形以提供管脚鳍片或鳍片式冷却结构。根据本实用新型专利技术的技术方案，可实现在高达200℃甚至超过200℃的内外温度下工作的高温功率电子模块并且通过冷却元件对功率电子器件进行液体冷却来实现防止过热。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种半导体器件，具体地说，本技术涉及一种包括包覆基板的半导体器件。
技术介绍
功率电子模块是用在功率电路中的半导体封装。功率电子模块典型地用在车辆和工业应用中，如用在逆变器及整流器中。包括在这些功率电子模块内的半导体元器件典型地是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)半导体芯片或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)半导体芯片。这些IGBT和MOSFET半导体芯片具有不同的额定电压与额定电流。包括在功率电子模块内的半导体元器件还可以包括二极管、晶闸管、结型栅场效应晶体管(JFEF)、以及双极型晶体管。无源元器件与控制电子器件均可被包括在功率电子模块内。这些半导体元器件由Si、SiC, GaN, GaAs、或其他适当的衬底制成。一些功率电子模块包括在半导体封装中用于过电压保护的额外的半导体二极管(即，续流二极管)。总体而言，使用了两种不同的功率电子模块设计。一种设计是用于较高功率应用，而另一种设计是用于较低功率应用。对于较高功率应用，一个功率电子模块典型地包括集成到一个单一衬底上的多个半导体芯片。该衬底典型地包括一种绝缘陶瓷衬底，如ai2o3、AIN、Si3N4、或其他适当的材料，以使该功率电子模块绝缘。用纯的或电镀的Cu、Al、或者其他适当的材料将该陶瓷衬底的至少顶侧金属化，以便为这些半导体芯片提供电触点和机械触点。典型地，使用铜直接连接(铜瓷键合，DCB)工艺、铝直接连接(DAB)工艺、或活性金属钎焊(AMB)工艺将该金属层接合到该陶瓷衬底上。典型地，将使用Sn-Pb、Sn-Ag> Sn_Ag_Cu、或其他适当的焊料合金的软钎焊用于将半导体芯片接合到金属化陶瓷衬底上。典型地，多个衬底被结合到一平面金属基板上。在这种情况下，同样用纯的或电镀的Cu、Al、或者其他适当的材料将该陶瓷衬底的后侧金属化，用于将这些衬底并接到该平面金属基板上。为了将这些衬底接合到该平面金属基板上，典型地使用用Sn-Pb、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、或其他适当的焊料合金的软钎焊。该平面金属基板可进而附接至一个冷却元件，冷却剂可以流经该冷却元件以防止功率电子模块在工作期间过热。随着日益期望在苛刻环境(例如，汽车应用)中使用功率电子器件以及半导体芯片的持续集成化，外部与内部的热扩散持续增加。因此，对于能够在高达200°C甚至超过200°C的内外温度下工作的高温功率电子模块存在不断增长的需求。另外，功率电子器件的电流密度的持续增加，这导致功率损耗密度的增加。因此，通过冷却元件对功率电子器件进行液体冷却来防止过热变得日益重要。出于这些以及其他原因，对于本技术存在需求。
技术实现思路
—个实施例提供了一种半导体器件。该半导体器件包括耦接至一衬底的半导体芯片以及耦接至该衬底的基板。该基板包括第一金属层，该第一金属层包覆至第二金属层。该第二金属层被变形以便提供管脚鳍片(pin-fin)或鳍片式冷却结构。进一步地，所述第一金属层包括铜并且所述第二金属层包括铝。进一步地,所述第一金属层具有2. 5mm与IOmm之间的厚度且所述第二金属层具有2. 5mm与IOmm之间的厚度。根据本技术的半导体器件进一步包括第三金属层，所述第三金属层与所述第二金属层相对地包覆所述第一金属层。进一步地,所述第三金属层具有I y m与0. Imm之间的厚度。·进一步地，所述第三金属层包括银和钯中之一。进一步地，所述衬底是扩散焊接到所述第三金属层的衬底和烧结到所述第三金属层的衬底中之一。进一步地，所述第三金属层包括铝。进一步地，所述第三金属层的结构被形成为提供焊接停止层，并且其中，所述衬底被焊接至所述第一金属层。另一个实施例还提供了一种半导体器件。该半导体器件包括第一金属化陶瓷衬底；第一半导体芯片，所述第一半导体芯片耦接至所述第一金属化陶瓷衬底的第一侧；以及基板，所述基板耦接至所述第一金属化陶瓷衬底的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相反，所述基板包括包含铜的第一层，所述第一层包覆至包含铝的第二层，所述第二层被变形以提供管脚鳍片或鳍片式冷却结构。根据本技术的半导体器件进一步包括第二半导体芯片，所述第二半导体芯片耦接至所述第一金属化陶瓷衬底的所述第一侧。根据本技术的半导体器件进一步包括第二金属化陶瓷衬底；以及第二半导体芯片，所述第二半导体芯片耦接至所述第二金属化陶瓷衬底的第一侧，其特征在于，所述基板被耦合至所述第二金属化陶瓷衬底的第二侧，所述第二金属化陶瓷衬底的所述第二侧与所述第二金属化陶瓷衬底的所述第一侧相对。根据本技术的半导体器件进一步包括冷却室，所述冷却室包括入口与出口，所述冷却室包围所述冷却结构；框架，所述框架附装至所述基板；灌注料，所述灌注料包围所述半导体芯片与所述衬底；以及盖子，所述盖子位于所述灌注料上。根据本技术的半导体器件进一步包括电源端子，所述电源端子电耦接至所述第一半导体芯片；以及控制端子，所述控制端子电耦接至所述第一半导体芯片，其特征在于，所述电源端子与所述控制端子具有相同的尺寸。根据本技术的技术方案，可实现在高达200°C甚至超过200°C的内外温度下工作的高温功率电子模块并且通过冷却元件对功率电子器件进行液体冷却来实现防止过热。附图说明将附图包括在内以便提供对实施例的进一步理解，并且它们被并入到本说明书中且构成本说明书的一部分。这些附图示出了多个实施例并且与本说明书一起用于解释实施例的原理。其他实施例以及实施例的很多想要达到的优点将很容易地得到了解，因为通过参考以下的详细说明它们将更好地得到理解。附图中的元件彼此不必非为成比例的。相似的参考标号指代对应的相似器件。图I示出了半导体器件的一个实施例的截面图。图2示出了双金属带(即，双金属包覆条)的一个实施例的截面图。图3示出了三金属带(即，三金属包覆条)的一个实施例的截面图。图4示出了包括冷却结构的基板的一个实施例的截面图。图5示出了包括冷却结构的基板的另一个实施例的截面图。图6示出了衬底组件的一个实施例的截面图。 图7示出了耦接至基板的衬底组件的一个实施例的截面图。图8示出了耦接至基板的衬底组件的另一个实施例的截面图。图9示出了衬底组件、基板、端子、以及框架的一个实施例的截面图。图10示出了衬底组件、基板、端子、框架以及灌注材料的一个实施例的截面图。图11示出了衬底组件、基板、端子、框架、灌注材料以及盖子的一个实施例的截面图。图12示出了包括冷却室的半导体器件的一个实施例的截面图。图13示出了包括冷却室的半导体器件的另一个实施例的截面图。图14示出了半导体器件的另一个实施例的透视图。图15示出了半导体器件的另一个实施例的透视图。图16是示出了用于制造半导体器件的方法的一个实施例的流程图。具体实施方式在以下详细说明中参考了附图，这些附图形成了本详细说明的一部分，并且这些附图通过示意性的方式示出了多个可在其中实践本披露的具体实施例。在此方面，参照附图所描绘的定向使用了定向术语，如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“头”、“尾”，等等。因为实施例的元器件可以被定位在多个不同的定向中，所以定向术语仅用于示意性的目的并且绝非是限制性的。应当理解的是可以使用其他实施例并且在不背离本披露的保护范围的情况下可以进行结构上的或逻辑上的改变。因此，以下详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.09.12 US 13/230,2231.一种半导体器件，其特征在于，包括 半导体芯片，所述半导体芯片耦接至一村底；以及 基板，所述基板耦接至所述衬底，所述基板包括第一金属层，所述第一金属层包覆至第ニ金属层，所述第二金属层被变形以提供管脚鳍片或鳍片式冷却结构。2.根据权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，所述第一金属层包括铜并且所述第二金属层包括铝。3.根据权利要求I所述的半导体器件，其特征在干，所述第一金属层具有2.5mm与IOmm之间的厚度且所述第二金属层具有2. 5mm与IOmm之间的厚度。4.根据权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件进ー步包括 第三金属层，所述第三金属层与所述第二金属层相对地包覆所述第一金属层。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在干，所述第三金属层具有Iμ m与O.Imm之间的厚度。6.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在干，所述第三金属层包括银和钯中之O7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在干，所述衬底是扩散焊接到所述第三金属层的衬底和烧结到所述第三金属层的衬底中之一。8.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述第三金属层包括铝。9.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在干，所述第三金属层的结构被形成为提供焊接停止层，并且 其中，所述衬底被焊接至所述第一金属层。10.一种半导体器件，其特征在于，包括 第一金属化陶瓷衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉夫·霍尔费尔德，安德烈亚斯·勒尼格尔，安德烈·乌勒曼，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：