[发明专利]半导体子组件和半导体功率模块

说明书

本发明涉及半导体子组件和半导体功率模块，其能够具有减小的芯片厚度和减小的热阻。该半导体子组件包括单个或多个半导体芯片，所述半导体芯片具有形成在其下表面上的第一电极，形成在其上表面上的第二电极以及形成在其上表面的一个端部处的多个芯片侧信号电极焊垫。半导体芯片嵌入在嵌入式结构中，并且多个扩展信号电极焊垫相应地连接至芯片侧信号电极焊垫。当在平面上观察时，扩展信号电极焊垫以大于芯片侧信号电极焊垫的尺寸形成在嵌入式基板上。

技术领域

本发明涉及一种半导体子组件和半导体功率模块，更具体地，涉及一种能够最小化和减小热阻的半导体子组件以及具有该半导体子组件的半导体功率模块。

背景技术

半导体功率模块的散热性能正在得到改善，此外，发展趋势是减小安装的半导体芯片。例如，在双侧冷却封装件中，可以利用大约单侧冷却封装件一半的尺寸来获得等效的冷却性能。另外，在作为功率半导体示例的碳化硅(SiC)功率器件中，期望可以利用尺寸为传统芯片1/5的芯片来获得等效的性能。同时，在双侧冷却封装件中，具有信号端子的连接结构成为减小尺寸的障碍。随着芯片尺寸的减小，芯片表面的信号电极焊垫也减小，这使得用于连接的导线更小是合理的，但是机械强度和可靠性存在问题。

一种开发的技术公开了一种能够双侧冷却的半导体功率模块的内部结构。接合布线用于连接至信号端子。考虑到布线空间，布线键合(wire bonding)连接需要确保半导体封装件内部的绝缘空间。

然而，布线键合连接具有大量的组装操作。代替焊线连接，存在使用球栅阵列(ball grid array，BGA)的手动连接的示例，但是在双侧冷却封装件的情况下，封装件和芯片的位置匹配精度较低。因此，优选这样的一种半导体芯片的封装结构，其可以代替布线键合连接，对应于减小尺寸的信号电极焊垫，并减小热阻。

图6为根据现有技术的功率半导体1的封装的传统示例。具体地，功率半导体1是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。IGBT被称为绝缘栅双极型晶体管，并且用于操作三相交流(AC)电机等。IGBT具有集电极C、发射极E和栅极G三个端子。图1A所示的IGBT的半导体芯片1a以平面图(俯视图)示出，发射极E的第二电极3(3b)在其表面上呈矩形。集电极C的第一电极3(3a)在背面的下表面上。IGBT的半导体芯片1a具有例如五个芯片侧信号电极焊垫2。这包括栅极G的控制线、在其中制备的温度传感器(例如，二极管)的输入/输出线等。

如图6所示，IGBT的半导体功率模块200封装在封装件9中，并且具有IGBT的半导体芯片1a、直接铜键合(direct copper bonding，DCB)基板4、4'、多个外部信号端子8、间隔件7、第一外部电极端子22和第二外部电极端子23。IGBT的半导体芯片1a设置在其中心，导电间隔件7焊接在半导体芯片1a上，DCB基板4'连接至导电间隔件7。DCB基板4也连接至IGBT的半导体芯片1a的下侧。

DCB基板具有将铜板4b直接接合到陶瓷板4a的上下侧的每侧的三层结构。IGBT的半导体芯片1a的上下两侧分别接合为使半导体芯片1a插置在两个DCB基板4、4'(例如，第一直接铜键合基板和第二直接铜键合基板)之间。从其上部的DCB基板4'引出第二外部电极端子23，从其下部的DCB基板4引出第一外部电极端子22。从图6的右侧可以看出，外部信号端子8被引出到外部。外部信号端子8通过布线键合连接6连接至IGBT的半导体芯片1a。在这样的传统结构中，由于间隔件7的热阻，温度可能升高，并且还需要用于布线键合连接的空间，因此半导体功率模块200难以具有较薄的厚度。

公开于本部分的上述信息仅仅用于加深对本发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供了一种半导体子组件和半导体功率模块，其能够具有减小的芯片厚度和减小的热阻。