用于生产功率半导体设置的方法技术

在用于生产功率半导体设置的方法中，提供具有顶侧的电介质绝缘载体和在所述顶侧上设置的顶部金属化层。还提供半导体芯片以及至少一个导电接触引脚，每一个引脚具有第一末端和相对的第二末端。所述半导体芯片被烧结或扩散焊接到顶部金属化层。在第一末端与顶部金属化层之间形成导电连接，其中接触引脚的导电连接材料与顶部金属化层的材料直接物理接触。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。技术背景在许多功率半导体设置中，所述设置的内部和外部电连接是使用导电接触引脚实现的。然而，将这样的接触引脚电连接到所述设置的电路载体非常麻烦，并且常常需要人工工作。在生产功率半导体模块包装中，包装成本是商业成功的关键因素。从所述模块内部到模块外部的PCB (印刷电路板)的互连在该成本方面起到重要作用。因此，例如在US 6，483，128 B2中描述的“引脚铆接(pin_rivet)”工艺当前对于这样的包装是非常重要的， 其允许按照自动化方式将引脚放置在基板上的任何位置。在传统的生产工艺中，至少一个半导体芯片和至少一个铆钉被拾取和放置到焊膏上，所述焊膏被施加到基板的金属化上。 随后，在常见的焊接步骤中将所述至少一个半导体芯片和至少一个铆钉焊接到所述金属化，其中焊料首先被熔融并且随后被冷却到其熔点以下。随后将引脚插入到焊接的铆钉中。 然而，诸如烧结或扩散焊接之类的新的连接技术对于将半导体芯片结合到基板的金属化是有价值的，但是对于将铆钉结合到基板的金属化则不具有吸引力，这是因为铆钉可能由于烧结所需的高压而被压坏并且因为扩散焊接通常是无糊膏工艺。为了继续已知的铆钉将需要在芯片组装之后选择性地配发焊膏以及第二焊料-熔炉(solder-furnace)步骤，这被认为变得过于昂贵。因此需要一种用于生产功率半导体设置的改进方法。
技术实现思路
根据的一个实施例，提供具有平面顶侧的电介质绝缘载体以及在所述平面顶侧上设置的顶侧金属化层。还提供至少一个半导体芯片以及每个包括第一末端和相对的第二末端的多个即N ^ I个导电接触引脚。所述半导体芯片和顶部金属化层通过设置在半导体芯片与顶部金属化层之间的连接层而结合，其中所述连接层通过扩散焊接或通过烧结而产生。对于每一个接触引脚，在所述接触引脚的第一末端与顶部金属化层之间形成导电连接，其中接触引脚的导电连接材料与金属化层的材料直接物理接触。根据的另一个实施例，随后把多个接触引脚连接到电路载体的顶部金属化。该方法包括(a)提供半导体芯片；(b)通过设置在半导体芯片与顶部金属化层之间的连接层将半导体芯片与顶部金属化层结合，其中所述连接层是通过扩散焊接或通过烧结产生的；(C)提供具有顶侧的电介质绝缘载体和在所述顶侧上设置的顶部金属化层；Cd)提供接触引脚储备库(reservoir),所述接触引脚储备库能够提供多个接触引脚, 每一个接触引脚具有第一末端和相对的第二末端；以及(e)对于接触引脚储备库的多个接触引脚当中的每一个，在顶部金属化层与对应的接触引脚的第一末端之间形成导电连接，其中所述接触引脚的导电连接材料与顶部金属化层 的材料直接物理接触。在根据本专利技术的方法中，除非另行声明或者除非特定方法步骤要求在该特定方法 步骤之前实施另一个方法步骤，否则这些单个方法步骤的顺序是任意的。在阅读了下面的详细描述后并且在观看了附图后，本领域技术人员将认识到附加 的特征和优点。附图说明参照下面的附图和描述可以更好地理解本专利技术。附图中的组件不一定是按比例 的，相反重点在于示出本专利技术的原理。此外在附图中，相同的附图标记指代相应的部件。图1 (A)示出了射束熔接(beam weld)到电路载体的金属化的接触引脚。图1 (B)示出了具有笔直第一末端的接触引脚的侧视图。图1 (C)示出了具有被形成为凸缘的第一末端的接触引脚的侧视图。图2 (A)示出了具有中空轴杆以及射束熔接到电路载体的金属化的第一末端的接 触引脚，其中所述射束延伸穿过所述中空轴杆。图2 (B)示出了具有中空轴杆和笔直第一末端的接触引脚。图2 (C)示出了具有中空轴杆及其第一末端处的内部凸缘的接触引脚。图2 (D)示出了具有在第一末端处闭合的中空轴杆的接触引脚。图2 (E)示出了具有中空轴杆的接触引脚，所述中空轴杆具有与第一末端远离间 隔的集成引脚孔洞。图3 (A)示出了接触引脚如何被旋转熔接到电路载体的金属化。图3 (B)示出了具有笔直第一末端的接触引脚。图3 (C)示出了具有被形成为凸缘的第一末端的接触引脚。图3 (D)示出了具有中空轴杆和笔直第一末端的接触引脚。图3 (E)示出了具有中空轴杆和被形成为凸缘的第一末端的接触引脚。图4示出了其中接触引脚被线性和扭转超声摩擦熔接到电路载体的金属化的工 艺。图5示出了其中接触引脚被电阻熔接到电路载体的金属化的工艺。图6 (A)到6 (E)示出了其中接触引脚的第一末端被球焊到电路载体的金属化的 球焊工艺的不同步骤。图7 (A)示出了具有第一末端和笔直第二末端的接触引脚，第一末端被球焊到电 路载体的金属化。图7 (B)示出了具有第一末端、笔直第二末端和中空轴杆的接触引脚。图7 (C)示出了具有球焊到电路载体的金属化的第一末端和分叉的第二末端的接 触引脚。图7 (D)示出了具有球焊到电路载体的金属化的第一末端以及被形成为母或公压 合连接器的第二末端的接触引脚。图7 (E)示出了具有球焊到电路载体的金属化的第一末端以及被形成为机械补偿 元件的轴杆的接触引脚。图7 (F)示出了被形成为具有球焊到电路载体的金属化的第一末端的软线的接触引脚。图8示出了其中接触引脚被从卷绕的接触引脚线展开或者从储盒中取出的工艺。图9示出了接触引脚在电路载体的顶部金属化中的最大没入深度。图10示出了熔接到电路载体的顶部金属化层的多个接触引脚。图11是图10的设置的顶视图。图12 (A)和12 (B)示出了形成半导体芯片与顶部金属化层之间的烧结或扩散焊接的结合的不同步骤。具体实施方式在下面的详细描述中参照形成本说明书的一部分的附图，其中通过说明的方式示出了可以实践本专利技术的特定实施例。在这方面，参照所描述的附图的指向使用了诸如“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“在前”、“在后”等等方向术语。由于实施例的组件可以被定位在多个不同的指向中，因此所述方向术语被用于说明的目的而绝不是进行限制。要理解的是，在不背离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑的改变。因此，不要将下面的详细描述视为限制性意义，并且本专利技术的范围由所附权利要求书限定。要理解的是，除非另行具体声明，否则这里所描述的各个示例性实施例的特征可以彼此组合。现在参照图1 (A)，示出了生产功率半导体模块的一个中间步骤，在该步骤中接触引脚3被安放到电路载体2。在一个后续步骤中，电路载体2被安放在模块外罩9中，所述模块外罩9在图1 (A)中用虚线方式示出以便表明模块外罩9不一定是在熔接步骤期间安放的。电路载体2包括绝缘载体20，具有平面顶侧20t和底侧20b ;附着到顶侧20t的平面顶部金属化21以及附着到底侧20t的可选的底部金属化22。顶侧20t的表面法线的方向被称为垂直方向V。顶部金属化21被结构化成包括导电线路和/或导电区域。可选的底部金属化22被形成为连续不中断的金属层。替换地，可选的底部金属化22也可以被结构化成包括导电线路和/或导电区域。使用连接层4将至少一个功率半导体芯片I安放到顶部金属化21，所述功率半导体芯片I例如是MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT (绝缘栅双极型晶体管)、 JFET (结型场效应晶体管)、半导体闸流管、二极管或者原则上任何其他种类的半导体芯片。 例如，连接层4可以是焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产功率半导体设置的方法，包括：提供具有平面顶侧的电介质绝缘载体和在所述平面顶侧上设置的顶部金属化层；提供半导体芯片；通过半导体芯片与顶部金属化层之间的连接层将半导体芯片与顶部金属化层结合，所述连接层是通过扩散焊接或通过烧结而产生的；提供每个包括第一末端的多个即N≥1个导电接触引脚；以及对于每一个接触引脚在顶部金属化层与第一末端之间形成导电连接，其中接触引脚的导电连接材料与顶部金属化层的材料直接物理接触。

【技术特征摘要】
2011.09.29 US 13/248,3111.一种用于生产功率半导体设置的方法，包括 提供具有平面顶侧的电介质绝缘载体和在所述平面顶侧上设置的顶部金属化层； 提供半导体芯片； 通过半导体芯片与顶部金属化层之间的连接层将半导体芯片与顶部金属化层结合，所述连接层是通过扩散焊接或通过烧结而产生的； 提供每个包括第一末端的多个即N ^ I个导电接触引脚；以及对于每一个接触引脚在顶部金属化层与第一末端之间形成导电连接，其中接触引脚的导电连接材料与顶部金属化层的材料直接物理接触。2.如权利要求1所述的方法，其中所述顶侧金属化具有以下各项之一或二者 至少100 μ m的厚度； 小于或等于2mm的厚度。3.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚与顶部金属化层之间的导电连接是熔接连接。4.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚与顶部金属化层之间的导电连接是通过以下各项之一产生的 激光或电子束熔接； 电阻熔接； 旋转熔接； 摩擦熔接； 线性或扭转超声熔接；以及 球焊。5.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚的第一末端和顶部金属化层被形成为凸缘。6.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚包括具有矩形或圆形外周的轴杆。7.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚包括实心轴杆。8.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚包括中空轴杆。9.如权利要求8所述的方法，其中 一个或更多或所有接触引脚在对应的第二末端处包括开口 ；并且对应的接触引脚与顶部金属化层之间的熔接连接是通过射束熔接方法产生的，其中熔接射束进入所述开口并且延伸穿过所述中空轴杆一直到第一末端。10.如权利要求9所述的方法，其中对应的接触引脚的中空轴杆包括与第一和第二末端远离间隔且限定所述中空轴杆内部的狭窄通道的第一引脚孔洞。11.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚的第二末端被形成为以下各项之一 分叉的末端； 机械补偿元件； 笔直末端；以及 公或母压合连接器。12.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚与顶部金属化层之间的熔接连接是以下各项中的至少一个 无焊料； 无粘合剂；以及 无烧结连接层。13.如权利要求1所述的方法，其中一个或更多或所有接触引脚由铜制成或者包括按重量计至少90%铜,或者由招制成或者包括按重量计至少90%招。14.如权利要求1所述的方法，其中顶侧金属化由铜制成或者包括按重量计...

【专利技术属性】
技术研发人员：K古特，T施托尔策，G施特罗特曼，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：