[发明专利]功率半导体芯片上的材料减少的金属板

说明书

功率半导体模块(10)包括具有金属化层(18)的衬底(12)；功率半导体芯片(14)，其结合到衬底(12)的金属化层(18)；以及金属板(24)，其与衬底(12)相反地结合到功率半导体芯片(14)。金属板(24)具有边界(36)，该边界(36)以这种方式被构造使得与金属板(24)的中央部分(34)相比，金属板(24)在边界(36)处具有更少的每单位面积金属材料。

技术领域

本发明涉及功率半导体模块以及用于制造功率半导体模块的方法。

背景技术

为了利用最新一代硅(Si)和碳化硅(Sic)功率半导体装置的高温能力和高功率密度，需要先进的封装和互连技术来提供足够的可靠性和电流能力。

通常，功率半导体装置(诸如整流器和逆变器)由一个或多个功率半导体模块组装而成，该一个或多个功率半导体模块提供一个或多个功率半导体芯片的壳体和/或电互连。在具有高循环要求的应用中，功率半导体芯片的顶侧互连经常会限制功率半导体模块的寿命。

一种可能性是将金属板结合到半导体芯片的顶侧并且将电互连结合到金属板。例如，这在EP 0520 294 A1中示出。

然而，由于金属板与功率半导体芯片之间的热膨胀系数的不匹配，在主动或被动热循环期间，可能存在施加于功率半导体芯片与金属板之间的结合界面上的相当大应力。该应力可能导致结合层的劣化和/或芯片金属化，而这最终可能会限制互连的寿命。当使用SiC功率半导体芯片时，由于SiC材料的不同机械属性会导致增加的热机械应力，这因此可能会变得更加严重。

为了使热失配引起的应力最小化并且使循环寿命最大化，将尝试使用尽可能薄的金属板。然而，这可能在引线结合过程方面具有缺点。在薄金属顶板的情况下，可能会存在由于芯片顶侧结构损坏所致的损耗，这些损耗是在引线结合过程期间所生成的高力和高功率所引起的。非常薄的金属顶板的另一个缺点可能是这些部件变得难以处理。

US 2007/246 833 A1示出了结合到半导体芯片的金属板。该金属板具有边界，该边界比被用于结合结合引线的中央部分更薄。

JP 2000 307 043 A示出了一种金属板，该金属板的边界比电导体附接到的中央部分更薄。

US 2018/053 737 A1示出了半导体芯片上的金属层，该金属层的边界比结合线所附接到的中央部分更薄。

WO 2017/157 486 A1涉及一种半导体装置并且提到了几种可能性，半导体芯片上的部件能够如何彼此结合并机械加工，诸如烧结、蚀刻和冲压。

JP H01 122 129 A示出了具有用于引线结合的孔的金属焊盘。

发明内容

本发明的目的是提供一种在功率半导体芯片上具有高度可靠的电互连的功率半导体模块，该功率半导体模块易于制造且制造经济。

通过独立权利要求的主题来实现该目的。另外的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述而是清楚的。

本发明的一个方面涉及功率半导体模块。也可以称为功率半导体封装的功率半导体模块可以提供一个或多个功率半导体芯片的机械和/或电互连。另外，功率半导体模块可以包括用于一个或多个功率半导体芯片和/或电互连的壳体。

应注意到，此处和下文中的术语“功率”可以涉及被设计成用于处理大于10A的电流和/或大于100V的装置(即，模块和/或芯片)。

根据本发明的实施例，功率半导体模块包括：具有金属化层的衬底、结合到衬底的金属化层的功率半导体芯片、以及以第一表面与衬底相反地结合到功率半导体芯片的金属板。该功率半导体芯片可以结合到衬底，该金属顶板可以结合到功率半导体芯片的顶侧。