[发明专利]可靠的表面安装整体功率模块

权利要求书

1.一种表面安装结构，包括：

子模块，所述子模块包括：

介电层；

附连到所述介电层的至少一个半导体装置，所述至少一个半导体装置中的每一个包括由半导体材料组成的衬底；

电联接至所述至少一个半导体装置的一级金属互连结构，所述金属互连结构延伸通过穿过所述介电层形成的通孔，以便连接到所述至少一个半导体装置；以及

二级输入/输出I/O连接，其电联接至所述一级金属互连结构且在与所述至少一个半导体装置相反的一侧形成于所述介电层上，所述二级I/O连接构造成将所述子模块连接到外部电路；

具有第一表面和第二表面的多层衬底结构，第一表面包括第一金属层，第二表面包括第二金属层，其中所述子模块的所述至少一个半导体装置附连到所述多层衬底的所述第一表面；以及

一种或多种介电材料，其定位在所述介电层与所述多层衬底结构的所述第一表面之间且至少部分地围绕所述子模块的所述至少一个半导体装置，所述一种或多种介电材料构造成填充所述表面安装结构中的间隙且向其提供另外的结构完整性，

所述第二金属层的体积大于所述第一金属层的体积，并且，所述第二金属层与所述第一金属层之间的体积比提供了应力平衡的表面安装封装和减小其中的翘曲和热应力的互连结构。

2.根据权利要求1所述的表面安装结构，其特征在于，所述多层衬底结构包括陶瓷绝缘层，所述第一金属层定位在所述绝缘层的一侧上，以形成所述多层衬底结构的所述第一表面，第二金属层定位在所述绝缘层的另一侧上，以形成所述多层衬底结构的所述第二表面。

3.根据权利要求2所述的表面安装结构，其特征在于，所述第一和第二金属层包括第一和第二直接覆铜DBC层。

4.根据权利要求3所述的表面安装结构，其特征在于，所述第一DBC层包括图案形成的DBC层，并且所述第二DBC层包括图案形成或未图案形成的DBC层。

5.根据权利要求4所述的表面安装结构，其特征在于，所述第二DBC层的体积在所述第一DBC层的体积的1倍和2.5倍之间。

6.根据权利要求4所述的表面安装结构，其特征在于，基于所述一种或多种介电材料的厚度和材料性质、所述至少一个半导体装置的密度、厚度和间距以及所述陶瓷绝缘层的厚度和材料性质中的至少一个，控制所述第二DBC层的厚度或面积和对应的体积。

7.根据权利要求6所述的表面安装结构，其特征在于，所述一种或多种介电材料和所述陶瓷绝缘层的材料性质包括弹性模量、热膨胀系数(CTE)以及断裂应力和韧度中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的表面安装结构，其特征在于，所述一种或多种介电材料包括定位在所述介电层与所述多层衬底结构的所述第一表面之间的底部填充材料、密封剂、硅胶或模塑料。

9.根据权利要求1所述的表面安装结构，其特征在于，一种或多种介电材料包括：

定位在所述介电层与所述多层衬底结构的所述第一表面之间的陶瓷或介电片，所述陶瓷或介电片具有形成于其中的切口，以接纳所述至少一个半导体装置；和

介电填充材料，其定位在所述陶瓷或介电片与所述多层衬底结构的所述第一表面之间，以便填充所述陶瓷或介电片与所述多层衬底结构之间的间隙。

10.根据权利要求1所述的表面安装结构，其特征在于，所述二级I/O连接包括盘栅阵列(LGA)焊接凸块和球栅阵列(BGA)焊接凸块中的一个。

11.根据权利要求10所述的表面安装结构，其特征在于，所述表面安装结构还包括定位在所述多层衬底结构与所述子模块之间以将所述子模块固定至所述多层衬底结构的焊接材料、导电粘合剂或烧结金属接头中的一个。

12.根据权利要求1所述的表面安装结构，其特征在于，所述子模块包括功率覆盖(POL)子模块。

13.根据权利要求1所述的表面安装结构，其特征在于，所述至少一个半导体装置包括附连到所述介电层的多个半导体装置。