[发明专利]使用烧结晶片贴附的功率模块及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年11月2日提交的、题为“Power Module UsingSintering Die Attach And Manufacturing Method Thereof”的韩国专利申请No.10-2010-0108340的权益，该申请的全部内容通过引用并入到本申请中。

技术领域

本发明涉及使用烧结晶片贴附(sintering die attach)的功率模块及该功率模块的制造方法。

背景技术

现有的功率模块通过将绝缘栅双极晶体管(IGBT)、二极管芯片等键合(bond)到铜(Cu)引线框上或直接键合铜(DBC)基板上并通过铝(Al)导线键合方法将其电连接在基板与外壳之间而被制造。

这时，使用Sn基焊料将芯片键合到基板上。

所以，IGBT和二极管芯片的下部由诸如可以很容易得被焊接的银(Ag)和金(Au)之类的金属制成，以及使用诸如铜(Cu)、镍(Ni)等金属来完成所述基板。

然而，由于基于锡(Sn)的低导热性(＜60W/m.k)、金属间接触(IMC)的形成以及材料本身的低可靠性，现有的芯片键合方法很难应用到高功率电子器件模块。

另外，现有的芯片键合方法由于低辐射特性还具有效率降低的问题。

同时，在功率模块中，在使用功率模块时生成的大部分的热通过芯片的下部被释放到基板上。

如上所述，为了通过基板辐射热，在芯片和基板之间的键合材料应该具有极好的辐射特性。

如果由于长期使用功率模块而在芯片的下部出现裂缝，则会导致辐射特性的降低，从而，也会导致器件出现故障，继而造成经济损失。

发明内容

做出本发明以致力于提供一种使用具有高的电气效率和极好的辐射特性的烧结晶片贴附(sintering die attach)的功率模块，及该功率模块的制造方法。

根据本发明的优选实施方式，提供了一种使用烧结晶片贴附的功率模块，该功率模块包括：基板，其具有形成在金属板的表面上的绝缘层；电路层，其形成在基板上并包括布线图案和电极图案；安装在布线图案上的器件；烧结晶片贴附层，其在布线图案和所述器件之间应用金属膏并对该金属膏进行烧结以将所述布线图案键合到所述器件上；以及引线框，其将所述器件电连接到电极图案上。

所述基板可以是阳极氧化金属基板(AMS)。

金属板可以是铝(Al)、铝(Al)合金和铜(Cu)中的任意一者。

绝缘层可以是氧化铝(Al₂O₃)。

所述器件可以是晶圆预处理器件(wafer pretreated device)。

金属板具有7∶3的微米尺寸的金属粉末与纳米尺寸的金属粉末的比率。

金属粉末可以是钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)和金(Au)中的至少一者。

使用烧结晶片贴附的功率模块还可以包括焊料键合层，该焊料键合层将所述器件键合到引线框的一端并将电极图案键合到引线框的另一端。

所述器件可以经过晶圆预处理，以使金属膏以5μm到10μm的厚度应用到该器件的下部。

根据本发明的另一个优选实施方式，提供了一种使用烧结晶片贴附的功率模块的制造方法，该制造方法包括：(A)准备基板，该基板通过氧化金属板的表面并使绝缘层形成在金属板的整个表面上而形成；(B)在基板上形成包括布线图案和电极图案的电路层；(C)在将器件安装在布线图案上之后，将金属膏应用到布线图案上以便将布线图案键合到所述器件上，并然后烧结金属膏；以及(D)将所述器件焊接到引线框的一端并将电极图案焊接到引线框的另一端，从而使所述器件与电极图案电连接。

使用烧结晶片贴附的功率模块的制造方法还包括在安装所述器件之前对所述器件执行晶圆预处理。

在步骤(E)，执行晶圆预处理可以包括：准备晶圆基板，多个器件安装在该晶圆基板上；将金属膏以5μm到10μm的厚度应用到晶圆基板的下部，并将金属膏干燥；以及将安装在晶圆基板上的多个器件锯成单独的器件。

步骤(A)可以包括：(A-1)准备金属板；和(A-2)使金属板的表面氧化并在金属板的整个表面上形成绝缘层。

在步骤(B)，可以通过镀覆(plating)法、溅射法和淀积法中的任意一种方法来形成布线图案和电极图案。