[发明专利]具有钯‑氧扩散阻挡层的载体和通过烧结与该载体连接的半导体元件的功率电子模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率电子模块(power electronics module)，其包括至少一个半导体元件，尤其是功率半导体元件，和一个载体，所述载体具有至少一个用于与所述半导体元件连接的功能面。本发明还涉及一种制造这种功率电子模块的方法。

背景技术

在功率电子领域中，对相应功率电子模块的要求越来越高。这一点主要体现在功率电子模块应具备可靠的持续使用温度和使用温度的峰值上。将半导体元件(尤其是功率半导体)与衬底和/或引线框和/或DCB连接在一起越来越多地借助所谓银烧结膏。在例如高于200℃的高温下，这类银层针对氧的渗透性较高，因而衬底的基本金属化层可能发生氧化。衬底通常用铜制成。

基本金属化层发生氧化的后果，就是涂层以及半导体元件可能从衬底上脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的功率电子模块，这种功率电子模块上不可能发生涂层和/或半导体元件意外脱落的情形。本发明的另一目的是提供一种制造这种功率电子模块的方法。

根据本发明，在所述功率电子模块方面，本发明的目的通过权利要求1的主题涉及功率电子模块来实现，所述制造功率电子模块的方法方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求10的主题。

基于以下构思：本发明提供一种功率电子模块，其包括至少一个半导体元件，尤其是功率半导体元件。所述功率电子模块还包括一个载体，所述载体具有至少一个用于与所述半导体元件间接连接的功能面。

根据本发明，在所述载体的功能面上，至少在局部区域上，直接或间接形成由钯构成的阻挡层。所述半导体元件通过银烧结膏层直接或间接地连接到背向于所述载体的功能面的所述阻挡层的一侧。

由于设有钯阻挡层或中间层，形成了一个针对银的氧扩散障壁。这样就能防止载体的下方材料的氧化。所述阻挡层或中间层形成一个障壁，用于防止经由银向载体的金属化层的氧气渗透或扩散。这样一来，银烧结膏或银烧结层在载体上的附着度就不会在功率电子模块老化期间有所降低。从而防止银烧结膏或银烧结层的脱落，进而避免了半导体元件从载体上脱落。

所述由钯构成的阻挡层的层厚可为0.1μm-1.0μm，尤其是0.3μm-0.7μm，尤其是0.4μm-0.6μm。

在本发明的一种实施方式中，在所述阻挡层，即所述的钯阻挡层，与所述由银烧结膏构成的层之间，可以至少局部地形成一层银层，尤其是电流涂覆的银层。

所述银层的层厚可为0.1μm-5.0μm，尤其是0.5μm-2.0μm。优选地，所述银层以层厚来电沉积在所述钯阻挡层上。所述钯阻挡层优选同样直接或间接地电沉积在所述载体的功能面上。

在所述载体的功能面与所述阻挡层之间还可以至少在部分区域上形成镍层。所述镍层的层厚可为0.025μm-3.0μm，尤其是0.1μm-2.0μm。

所述功率电子模块的载体也可以称作衬底。例如也可以是所谓的引线框。

比如说，所述载体可以由铜和/或铜合金和/或镍构成。

在本发明的一种特别优选的实施方式中，通过在将所述半导体元件与所述载体连接在一起时，进行加压或加热来形成扩散层。这里涉及的是钯-银扩散层。本发明的功率电子模块的半导体元件通过银烧结膏层直接或间接地连接到背向于所述载体的功能面的所述阻挡层的一侧。这种应用使得在烧结过程中半导体元件与载体连接。由于在该烧结过程中进行加压或加热，在所述功率电子模块中形成钯-银扩散层。尤其是，所述阻挡层的钯扩散至所述银层和/或扩散至所述银烧结膏层中。

所述钯-银扩散层的层厚可为5nm-300nm，尤其是10nm-200nm。

所述银烧结膏指的是标准银烧结膏。

本发明的另一理念是：提供一种用于制造功率电子模块的方法，尤其是用于制造根据本发明的功率电子模块的方法。待制造的功率电子模块包括至少一个半导体元件，尤其是功率半导体元件，和一个载体，所述载体具有至少一个用于与所述半导体元件连接的功能面。

根据本发明，所述方法包含以下步骤：

a)至少局部直接或间接地将钯的阻挡层涂覆在载体的功能面上，尤其是电涂敷；

b)至少局部将银烧结膏层涂覆至所述半导体元件的一侧或直接或间接涂覆至所述载体的阻挡层上；

c)通过对所述银烧结膏层加热将所述半导体元件与所述载体连接在一起。