[发明专利]半导体模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及组装半导体模块，更具体地说，涉及组装具有不同热膨胀系数的部件的半导体模块。

背景技术

能量半导体模块通常包括底板，该底板预弯曲以在一个或多个基板接合至底板以后具有凸起形状。在将底板的相对侧安装至散热器以后，该凸起形状提供更好的热阻抗。热界面材料设置在所述基板与底板之间，并且在凸起形状的底板的情形中成为较薄的层。在用沿着底板的边缘布置的螺钉进行安装的过程中，底板的边缘处向下弯曲以便大约与散热器平齐。底板的弯曲导致基板和安装在基板上的半导体芯片（semiconductor die）的弯曲。

取决于接合工艺的种类和使用的条件，底板与基板之间的接合层可以与凸起或者凹入状的底板共面。因此，在接合至底板以后基板不是必须地具有平坦的形状。在任何情形中，在热负荷下底板的弯曲和基板的相关弯曲均可以导致在陶瓷基板中扩散的裂缝。从热负荷中产生另一种应力。由于基板与底板之间的热膨胀失配（mismatch，不匹配），整个模块均趋向于在热负荷下变得更加凸起。因为底板固定地平坦夹持在散热器上，所以该底板在热负荷下不能弯曲。因此基板内部（特别地基板的陶瓷材料中）的应力在加热过程中更进一步升高，致使其它裂缝和损坏。

由于热膨胀失配而产生另一个问题。设置在底板与基板之间的热界面材料趋于是膏状的。由于在加热过程中整个模块系统的变形是复杂的，因此加热和冷却可能导致热界面材料从基板与底板之间泵出。随着更多的热界面材料被泵出，底板与基板之间的界面的热阻增加，使得模块的整体热性能降低。

发明内容

本发明提供了安装装置，其限制施加至半导体模块的底板的力，允许底板具有用于良好热阻抗的凸起形状，但是限制安装过程中的弯曲。在用于将底板安装至散热器的螺钉或者夹具处达到最大力的情形中，底板的边缘可以提升（lift）得远离散热器例如约10μm或数100μm。压力还停留在底板的内部区域处，在那里装配装置，即具有半导体芯片的基板。当整个底板不再是在散热器上保持平坦时，热界面材料从内部模块区域泵出的效果减小。这里描述的实施方式限制了底板的安装点处的力，限制了安装过程中底板的弯曲，限制了加热产生的应力，为整个模块系统提供了应力解除并且提供了底板的预弯曲。

根据半导体模块的一个实施方式，所述模块包括：底板，其具有毗邻边缘区域的内部区域；基板，附接至所述底板的内部区域；以及散热器，底板安装在该散热器上，以使得底板介于基板与散热器之间并且底板的内部区域的至少一部分与散热器接触。该模块还包括应力解除机构，所述应力解除机构被构造为允许底板响应于热负荷在边缘区域弯曲得远离散热器，使得底板的内部区域的至少一部分保持与散热器接触。

根据制造半导体模块的方法的一个实施方式，该方法包括：提供具有毗邻边缘区域的内部区域的底板；将基板附接至所述底板的内部区域；将所述底板安装在一散热器上以使底板介于所述基板与所述散热器之间，并且所述底板的内部区域的至少一部分与所述散热器接触；以及提供构造为允许底板响应于热负荷在边缘区域中弯曲得远离散热器的应力解除机构，使得底板的内部区域的至少一部分保持与散热器接触。

在阅读以下的详细描述且观看附图时本领域的技术人员将会认识到其它的特征和优点。

附图说明

附图的元件不必相对于彼此按照比例绘制。相同的附图标记表示相应的类似部件。各个所示实施例的特征可以结合在一起，除非它们相互排斥。实施例在附图中示出并且在随后的描述中详细描述。

图1和图2示出了制造半导体模块的方法的实施例；

图3A和图3B示出了制造半导体模块的方法的另一个实施例；

图4A至图4C示出了制造半导体模块的方法的又一个实施例；

图5示出了半导体模块的又一个实施例；

图6示出了半导体模块的再一个实施例。

具体实施方式