[发明专利]电子器件的封装方法和接合技术

说明书

一种用于具有包括不同热膨胀系数的层的优化叠层的功率器件的封装方法，该方法包括设计用于改善芯片和电极之间的热、电和机械接触的应力消除缓冲技术。我们在此公开了一种在电子器件的两层之间提供应力消除的缓冲结构，该缓冲结构包括：紧密地堆积在一起的多个离散柱，使得在多个导电柱之间基本上无气隙，并且其中每个柱的高度大于所述柱的厚度。

对相关申请的引用

本申请要求于2017年9月15日提交的题为电子器件的封装方法和接合技术(Packaging Method and Joint Technology for an Electronic Device)的美国临时申请62/558887的权益，其内容通过引用明确结合于此。

版权法律公告

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本公开的技术领域

本公开一般地涉及半导体芯片的封装，尤其涉及嵌入封装中的电子器件，该封装包括可应用于功率模块、智能功率器件、功率分立器件、高压盘单元、紧压包装或堆栈(press packs or stacks)以及接线柱(studs)的芯片

本公开的背景技术

功率器件技术现状介绍

功率模块是嵌入在单个结构中的器件，通常采用若干半导体和电路来执行复杂的功能。这些通常是功率半导体，与控制它们的控制电路相比，它们具有很高的功率通量。由于功率模块、智能功率模块、功率分立器、高压盘单元、紧压包装或堆栈、接线柱和功率器件通常处理越来越高的功率密度，因此封装或“外壳”的技术发展通常用于保持对半导体器件的结温的控制，并因此保持对嵌入在结构本身中的有源或无源器件的温度的控制，所述封装或“外壳”是嵌入半导体器件并有助于封闭的电气和电子器件的寿命和功能的结构。这些器件通常在非常不同的电压电平下工作，使得必须在它们之间以及外部环境之间采用电绝缘结构。

功率模块典型结构的评述

图1中示出了功率模块的典型结构的一个示例，显示该典型结构包括管芯(1)，该管芯(1)既能通过焊接又通过导线或带式键合(3)直接连接到铜走线。铜走线(在原子水平上)连接到绝缘基板上：典型地，连接到不同纯度的氧化铝上。这种结构的铜-氧化铝-铜通常被称为DCB基板(2)(直接铜键合)。DCB(2)基板焊接到基板(BP)(5)，基板(BP)(5)包括用于散热器(HS)(8)组件的孔。上部覆盖有电绝缘油脂，并且所有结构覆盖有塑料盖，可从塑料盖获得端子和连接结构(4)。使用热油脂作为热界面材料(TIM)(7)将模块组装在HS(8)上。热导率为1W/mK的TIM通常用于目前市场上可获得的大多数器件中。由于部件的机械刚度、螺栓的周边位置和结构的热变形，通常不可能在BP(5)和HS(8)之间保持良好的接触压力，并且为了补偿这种压力，TIM(7)的厚度通常为100μm。

所有这些在结(junction)和HS之间的夹层对总热阻都有贡献。对于该示例，假设用于IGBT的62Pak模块(62mm×104mm)和14mm边的方形芯片的典型尺寸，结与HS之间的热阻R_th等于：

R_th＝0.245K/W

典型结构模块的热阻的大约36％归因于DCB，7％归因于基板，55％归因于TIM。我们认为典型的结构具有固有限制，因为DCB位置限制了热通量横截面，并且HS上的器件压力均匀性差，因为BP在高温下扭曲和弯曲，从而需要厚的TIM层。

关于西门康“SKIIP”功率模块结构的评述