[发明专利]具有三维表面轮廓的衬底的功率半导体模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明介绍了一种具有承载功率半导体构件的衬底的特殊构造的功率半导体模块及其制造方法。

背景技术

在DE 103 55 925 A1中示例性地公开了一种功率半导体模块，具有平面式的衬底，在该衬底上具有适合电路地设置的导体带，导体带构成为平面式的金属层的分层，类似于公知的并且在多种情况下应用于功率半导体模块中的直接敷铜(DCB)衬底那样。在导体带上布置有功率半导体构件和具有与该功率半导体构件相当的尺寸的能导电的分隔元件。所述元件借助连接装置连接，该连接装置由箔片复合体组成，该箔片复合体由至少两个金属箔片层连同各一个布置于其间的电绝缘箔片层组成。

由DE 10 2007 054 710 A1公知的是，上面所提及的基本相同类型的连接装置在绕过分隔元件的情况下以如下方式布置在功率半导体模块中，即，在功率半导体模块与衬底之间的高度差通过连接装置自身变形而得到补偿。

因此，所提及的现有技术的缺点在于，为了补偿在衬底与功率半导体构件之间不同的水平高度，要么附加地设置分隔元件，要么使连接装置变形。前者要求用于设置的额外的工序，而后者在有待连接的结构较复杂的情况下在连接装置中可能产生应力。此外，通过已知的连接装置，只能针对小功率至中等功率令人满意地构成负载连接元件用于功率半导体模块的对外连接。

此外，示例性地由DE 10 2006 058 695 A1或DE 10 2006 006 425 A1公知的是，将功率半导体模块的负载连接元件构成为金属成型体，所述金属成型体与衬底的导体带材料配合地或形状配合地连接。

发明内容

因此，本发明基于如下任务，即，提出一种具有改进的衬底的功率半导体模块及其制造方法，该功率半导体模块如同衬底自身的扩展功能示例性地作为接合装置或者连接装置那样，对于内部电连接装置的简单布置方案也是行得通的。

该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的功率半导体模块及具有权利要求5的特征的制造方法来解决。优选的实施方式在各从属权利要求中有所介绍。

上面所提及类型的功率半导体模块形成了本发明的基本出发点。该功率半导体模块具有带电绝缘层和第一金属层的衬底，第一金属层自身被结构化并且因此构成有分层。这种衬底例如作为DCB(direct copper bonded，直接敷铜)衬底在多种情况下用于功率半导体模块的领域中。该功率半导体模块的长处在于具有大多双侧铜遮盖部的绝缘材料体，该铜遮盖部构成了两个平坦的主面，其中，在第一主面上以及在那里在结构化的铜遮盖部上布置有譬如功率半导体开关、电阻和传感器的构件，而自身大多未进行结构化的第二铜遮盖部与冷却装置相连。

根据本发明的功率半导体模块具有衬底，在该衬底的至少一个表面上具有三维轮廓。为此，在衬底的绝缘层的至少一个表面上布置有自身结构化的第一金属层，其中，在该第一金属层上布置有带至少一个第二分层的第二金属层，该第二分层具有所述三维表面轮廓。该三维表面轮廓构成至少两个平面，其中，在所述平面上设置有用于内部连接或者对外连接的接触面。在这种情况下，特别优选的是，相应的第二分层以至少90％的程度覆盖配属于该第二分层的第一分层。

具有绝缘层和结构化的第一金属层的结构类似于公知的DCB-衬底，但其中，在这里该第一金属层优选薄了十倍地构造。

除了衬底之外，根据本发明的功率半导体模块具有常见的部件，譬如：用于对外电连接的负载连接元件和辅助连接元件以及大量功率半导体构件，其中，功率半导体构件中的至少一个布置在第二金属层的第二分层上。为了适合电路地进行内部电连接，功率半导体模块优选还具有连接装置，如该连接装置例如在现有技术中已知的那样。该连接装置首要地用于将衬底的至少一个接触面与至少一个功率半导体构件的背向该衬底的至少一个接触面相连接。

同样可以优选的是，第二金属层的至少一个第二分层在第一金属层的所配属的第一分层边缘区域中超出该第一金属层的所配属的第一分层并且在其进一步的伸展中自身构成了功率半导体模块的第一对外连接元件。

可替选地或者附加地，可以优选的是，第二金属层的至少一个第二分层具有如下的区段，所述区段在侧向上未超出所配属的第一分层，但该区段以一角度从该第二分层伸出并且在其进一步的伸展中构成了功率半导体模块的第二对外连接元件。

对于确定的应用方案可以优选的是，衬底的三维表面轮廓不仅设置在绝缘层的一侧上，而且设置在绝缘层的两侧上。

根据本发明的、用于制造依照上述说明构成的这种功率半导体模块的方法的特征在于如下主要步骤：