[发明专利]电路载体、电路载体装置和制造电路载体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电路载体、一种电路载体装置和一种制造该电路载体的方法。

背景技术

电路载体例如在功率半导体模块中被用作一个或者多个半导体芯片的载体。除了将半导体芯片电连接以外，电路载体还用于在半导体构件运行时将产生的热量在朝向散热体的方向上导出。此外，电路载体要确保一方面半导体构件和另一方面散热体之间充分电绝缘。典型地，使用金属化陶瓷片作为电路载体。为了使陶瓷片和位于其上的功率半导体芯片机械地稳定，并且将半导体芯片中产生的损耗热能进一步导出，将这些陶瓷片的背离半导体构件的一侧与金属底板材料配合地连接。作为连接技术例如适合使用钎焊。

为了制造这种传统的联合体，首先必须生产陶瓷片，将其金属化并且与底板连接，这样做耗时耗力并且成本高昂，例如由第一个生产商生产金属化的陶瓷片，第二个生产商生产底板，并且第三个生产商将该金属化陶瓷片与底板连接。此外，由于陶瓷和金属底板有不同的热膨胀系数，因为在温度交替运行时在不同的原材料之间突然过渡，使得连接层区域产生较大的热机械应力，由此在这个区域中在半导体模块较长时间运行以后可能会在连接层中出现损坏，该损坏影响散热。这些损坏涉及连接层从基底上脱落和/或从底板上脱落（剥离），或者在连接层内出现裂缝。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电路载体、一种具有电路载体的半导体装置以及一种生产电路载体的方法，其中，至少能够部分地避免上面所述的问题。

该目的通过根据权利要求1所述的电路载体、根据权利要求15所述的半导体装置或者根据权利要求16所述的生产电路载体的方法得以实现。本发明的构造方案和改进方案是从属权利要求的对象。

下面描述的电路载体包括底侧、在垂直方向上与该底侧间隔开的顶侧、以及陶瓷体。陶瓷体由陶瓷材料制成，并且具有多个间隙。在这些间隙中没有陶瓷体的陶瓷材料。可选择地，在这些间隙中也可以完全没有任何类型的陶瓷材料。但是，这些间隙在总体上却部分地没有完全填充固态的填充金属。陶瓷材料例如可以是氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）、氮化硅（Si₃N₄）、碳化硅（SiC）、二硼化钛(TiB₂)或者任意一种其他的陶瓷材料。通过使用这种电路载体，使得在传统的功率半导体模块中常见的、但是在长时间运行下易坏的、在金属化陶瓷片和金属底板之间的连接层变得多余。

可以通过以下方式生产这种电路载体，即，准备多孔的、由陶瓷材料制成的陶瓷体，它具有顶侧、背离该顶侧的底侧以及多个细孔。在背侧上向一部分细孔中注入液态的填充金属，并不将填充金属填充在位于陶瓷材料之间的全部间隙中。然后，将这种填充金属冷却到其完全固化。由此形成由陶瓷体和填充金属构成的固态并且持久的联合体，它能够被用作电路载体。可选择地，这种电路载体除了陶瓷体和填充金属以外还可以包括其他的组件。

在本申请中，使用了“间隙”和“细孔”的概念。间隙描述的是陶瓷体内不具有陶瓷的那些区域。与之区别的是，用“细孔”描述的是陶瓷体的未填充固体材料的那些区域。因此，细孔被填充以后被称为间隙。

为了制造一种半导体装置，可以在上述电路载体的顶侧或者底侧布置一个半导体芯片。

附图说明

下面借助实施例参照附图阐述本发明。只要未另外指出，附图中相同的附图标记表示相同的或者功能相同的或者效果相同的元件。为了更明显地示出本发明的一些特定方面，这些示图的比例不符合实际。其示出：

图1示出具有陶瓷体的电路载体的一个部段，它在其背侧上填充了填充金属；

图2示出穿过电路载体的垂直剖面图，它与根据图1所示的电路载体的区别在于，陶瓷体的背侧配有连续的金属层，它由填充金属的材料制成；

图3示出穿过电路载体的一个部段的垂直剖面图，它与根据图2所示的电路载体的区别在于，陶瓷载体的未用填充有填充金属的间隙部分地填充了一种固态的电介质；

图4示出穿过电路载体的一个部段的垂直剖面图，它与根据图3所示的电路载体的区别在于，陶瓷载体的未用填充有填充金属的间隙全部被填充了一种固态的电介质；

图5A-5J示出用于生产功率半导体模块的方法的各个步骤；

图6示出功率半导体模块的一种可替代的构造方案，其中，陶瓷体在其前侧未填充一种单独的固态的电介质；

图7A-7D示出用于生产功率半导体模块的可替代的方法的各个步骤；以及