[发明专利]含烧结接头的模块

说明书

技术领域

电力电子模块是用于电力电子电路的半导体封装。电力电子模 块典型地用于车载和工业应用中，例如在逆变器和整流器中。包含 于电力电子模块内的半导体组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。IGBT和MOSFET半导体芯片具有变化的电压额定值 和电流额定值。一些电力电子模块也包含半导体封装中的附加半导 体二极管(即，续流二极管)，用于过电压保护。

背景技术

一般而言，采用两种不同的电力电子模块设计。一种设计用于 高电力(或者说高功率)应用，另一种设计用于低电力(或者说低 功率)应用。对于高电力应用，电力电子模块典型地包括集成在单 个基板上的几个半导体芯片。基板典型地包括绝缘陶瓷基板(例如 Al₂O₃、AlN、Si₃N₄或其它合适的材料)，以使电力电子模块绝缘。 将至少陶瓷基板的顶面用纯的或镀的Cu、Al或其它合适的材料金 属化，以便为半导体芯片提供电性和机械接触。典型地，利用直接 铜键合(DCB)工艺、直接铝键合(DAB)工艺或金属活性钎焊 (AMB)工艺将金属层与陶瓷基板结合。

典型地，使用含Sn-Pb、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu或其它合适焊料合 金的软焊料将半导体芯片连接至金属化的陶瓷基板。典型地，将几 个基板结合在金属底板上。在这种情况下，陶瓷基板的背面也用纯 的或镀的Cu、Al或其它合适的材料金属化，以用于将基板连接至 金属底板。为了将基板接合至金属底板，典型地采用含Sn-Pb、 Sn-Ag、Sn-Ag-Cu或其它合适焊料合金的软焊料。

对于低电力(或者说低功率)应用，典型地采用引线框架基板 (例如，纯Cu基板)代替陶瓷基板。取决于具体应用，引线框架 基板典型地镀有Ni、Ag、Au和/或Pd。典型地，使用含Sn-Pb、Sn-Ag、 Sn-Ag-Cu或其它合适焊料合金的软焊料将半导体芯片接合至引线 框架基板。

对于高温应用，焊接接头的低熔点(Tm＝180℃-220℃)成 为电力电子模块的临界参数。在电力电子模块的工作期间，半导体 芯片下面的区域暴露在高温下。在这些区域中，半导体芯片内散发 的热量叠加至周围空气温度。这导致了在电力电子模块工作期间的 热循环。典型地，考虑到热循环可靠性，高于150℃时不能保证焊 接接头的可靠功能。如果高于150℃，在几个热循环后在焊接区域 内可能形成裂缝。这些裂缝能很容易延伸至整个焊接区域上并导致 电力电子模块故障。

随着日益增加的在恶劣环境(例如，汽车应用)中使用电力电 子器件的需求以及当前的半导体芯片集成，外部散热和内部散热不 断增加。因此，对于能在达到并超过200℃的内部和外部温度下工 作的高温电力电子模块的需求日益增长。另外，为了降低高温电力 电子模块的成本，应该避免用贵金属表面将半导体芯片连接至基板 以及用贵金属表面将基板连接至金属底板。

由于这些原因以及其它原因，所以需要提出本发明。

发明内容

本发明的一个实施例提供了制造模块的方法。该方法包括将包 含金属颗粒、溶剂和烧结抑制剂的膏体(paste)施加于晶粒(或者 称为芯片die)和金属层中的其中之一上。该方法包括使膏体中的 溶剂蒸发并将晶粒和金属层中的该其中之一放置于晶粒和金属层 中的另一个上，使得膏体与晶粒和金属层接触。该方法包括对晶粒 和金属层中的该其中一个施加力并使烧结抑制剂分解以形成将晶 粒接合至金属层的烧结接头。

附图说明

本文包含了附图以提供对本发明的进一步理解，这些附图结合 在本说明书中并构成了本说明书的一部分。附图示出了实施例并和 该说明一起用于阐述这些实施例的原理。通过参考下面的详细说明 而对本发明实施例的更好理解，可以很容易理解本发明的其它实施 例以及本发明实施例的许多预期优点。这些附图中的元件并不必然 彼此成比例。相同的参考数字指的是相同部件。

图1示出了模块的一个实施例的截面图；

图2示出了模块的另一个实施例的截面图；

图3示出了半导体芯片和金属膏体的一个实施例的截面图；

图4示出了干燥金属膏体后半导体芯片和金属膏体的一个实施 例的截面图；