[发明专利]用于半导体功率模块的金属衬底结构和制造金属衬底结构的方法以及半导体功率模块

说明书

一种用于制造用于半导体功率模块(1)的金属衬底结构(10)的方法，包括提供至少一个端子(15)、提供金属顶层(11)、提供介电层(12)以及提供金属底层(13)。该方法还包括通过焊接将至少一个端子(15)与金属顶层(11)联接，以及将金属顶层(11)与介电层(12)和金属底层(13)联接，使得介电层(12)与金属顶层(11)和金属底层(13)两者联接、介于两者之间。将至少一个端子(15)与金属顶层(11)联接是在将金属顶层(11)与介电层(12)和金属底层(13)联接之前完成的。

技术领域

本公开涉及一种用于半导体功率模块的金属衬底结构和一种用于半导体装置的半导体功率模块。本公开还涉及对应的用于金属衬底结构的制造方法。

背景技术

传统的绝缘金属衬底形成了同时具有低绝缘要求和低热阻要求的低功率和中等功率半导体封装技术。在绝缘金属衬底上制备出端子。

发明内容

本公开的实施例可以为半导体功率模块提供节省成本的金属衬底结构，该金属衬底结构即使对于高电压功率模块应用也实现可靠的功能。本发明的其他实施例可以提供一种对应的用于半导体装置的半导体功率模块以及一种用于这种金属衬底结构的制造方法。

根据实施例，一种制造用于半导体功率模块的金属衬底结构的方法包括提供至少一个端子、提供金属顶层、提供介电层以及提供金属底层。该方法还包括通过焊接，例如通过超声波焊接和/或激光焊接，将至少一个端子与金属顶层联接。其他焊接过程也是可能的。该方法还包括将金属顶层与介电层和金属底层联接，使得介电层与金属顶层和金属底层两者联接、介于两者之间，其中，将至少一个端子与金属顶层联接是在将金属顶层与介电层和金属底层联接之前完成的。

由于所描述的制造方法，在绝缘金属衬底上实现焊接连接是可能的，这可以有助于半导体功率模块的稳定和可靠的功能，即使对于高压功率模块应用也是如此。完成端子与金属顶层的焊接连接，然后将金属顶层与介电层和/或金属底层联接。换言之，将金属顶层与介电层和/或金属底层联接是在通过焊接将端子与金属顶层联接之后进行的。因此，由于焊接引起的机械应力远离介电层并且有助于避免介电层的裂缝或其他损坏。

与本公开有关的认识是，传统的绝缘金属衬底实现了同时具有低绝缘要求和低热阻要求的低功率和中等功率半导体封装技术。对于低可靠性要求，端子可以例如焊接在衬底上。通常，焊接提供更好的可靠性，但焊接过程对于衬底结构可能是重要的。鉴于这种绝缘金属衬底的传统设置，对应的端子使用焊接技术连接到顶部敷金属，以提供典型的连结连接，这对于衬底上的稳定过程和敷金属下方的树脂绝缘片材可能是重要的。焊接过程、尤其是超声波焊接可能导致衬底结构的损坏，由于端子脚部和衬底之间的摩擦和压力，在衬底结构上提供与热量结合的热应力和机械应力的强烈冲击。在此，树脂片材受到变形和裂缝形成的强烈危害。在绝缘金属衬底的电路敷金属上应用端子脚部的超声波焊接时，必须考虑对应的故障模式。然而，如果在这种绝缘金属衬底上使用替代性的焊接方法，也存在高风险的衬底损坏。因此，例如，当通过激光焊接将端子脚部连结到衬底时，还必须考虑强烈的热冲击。

由于这种金属衬底结构的传统制造，例如使用超声波焊接，在焊接过程期间可能会在绝缘层的绝缘片材中产生严重损坏。在顶层的电路敷金属上对主端子和/或辅助端子进行超声波焊接之后，顶层和绝缘层之间可能会出现完全分层。变形树脂片材或绝缘材料可能进一步粘附到端子位置上的分层的金属片材上，从而导致在绝缘金属衬底的绝缘片材中也形成贝壳状裂缝。

通过使用所描述的用于制造金属衬底结构的方法，可以由于在金属顶层和介电层的联接之前完成且与金属顶层和介电层的联接隔开的分开的焊接过程而抵消上述不利影响。因此，可以完全抑制裂缝或损坏形成的风险，并且稳定的半导体功率模块是可行的，该稳定的半导体功率模块即使对于在例如0.5kV直至10.0kV的电压范围内的高电压功率模块应用也能够实现可靠的功能。例如，一个或多个端子可以直接焊接到金属顶层的表面上以形成直接的铜与铜接触。替代性地，焊料或其他材料诸如胶水、油漆和/或清漆层可以位于彼此面对的端子的底表面和金属顶层的上表面之间。