[发明专利]带有印制电路板的半导体模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体模块。许多传统的半导体模块具有以注塑技术制造的、预制的壳体，该壳体被构造为壳体框架，在其中布置有半导体芯片。壳体框架的内部在此可以用硅酮浇注材料浇注。这种预制的半导体模块为了进一步的布线经常被安装在强电流印制电路板处。可选地，在强电流印制电路板上于是还可以安置驱动电路板用于操控处于半导体模块中的半导体芯片。该半导体模块和强电流印制电路板首先彼此无关地被制造并且稍后才相互连接。

背景技术

在另外的传统的半导体模块中，将半导体芯片直接加入到印制电路板中。为此，必须在印制电路板制造商处进行半导体芯片与印制电路板的连接，然而印制电路板制造商通常不能动用为此所需的经验，然而这些经验由于大多大面积的半导体芯片而对于制造在质量上高质量的连接一定是需要的。代替地，在半导体芯片和印制电路板之间的连接也可以在半导体模块的制造商处进行。但是印制电路板为了进一步处理于是必须连同处于其上的、未被保护的半导体芯片一起又被递送给印制电路板制造商，在那里例如还施加一个或多个预浸覆层（Prepreg_Lagen）。此外，半导体芯片的还未与印制电路板连接的端子必须被电镀地涂层，以便能够实现半导体芯片与印制电路板的要施加的另外的金属化覆层接触。然而当在印制电路板制造商处加工已经装备有半导体芯片的、部分完成的（teilfertig）印制电路板时存在损坏未被保护的半导体芯片的危险。此外，将电镀涂层施加到已经安装在部分完成的印制电路板的半导体芯片的端子上由于所需的沉积厚度而是非常昂贵的。

另外的问题在于，半导体芯片可以具有例如直至200W/cm²的非常高的热强度，使得所积累的热量由于在印制电路板技术中使用的环氧树脂的小（典型地＜1W/mK）的导热性而仅仅不充分地被导出。

发明内容

本发明的任务在于，提供半导体模块以及用于制造半导体模块的方法，该半导体模块具有简单并且由此成本低的结构并且其中在半导体芯片中积累的损耗热量可以良好地被导出。

该任务通过按照权利要求1的半导体模块以及通过按照权利要求17的用于制造半导体模块的方法来解决。本发明的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。

半导体模块包括印制电路板和陶瓷衬底。印制电路板具有绝缘材料、构造在绝缘材料中的凹部、以及第一金属化层，所述第一金属化层部分地嵌入该绝缘材料中并且具有印制导线凸起，所述印制导线凸起伸入凹部中。在此，第一金属化层可以可选地在印制导线凸起的整个区域中从绝缘材料上被剥离。陶瓷衬底包含介电的陶瓷绝缘载体，以及施加到绝缘载体的上侧上的上衬底金属化部。在上衬底金属化部上以及由此也在陶瓷衬底上布置有半导体芯片。第一金属化层在印制导线凸起处与上衬底金属化部导电连接。

在用于制造半导体模块的方法中提供印制电路板和陶瓷衬底。印制电路板具有绝缘材料、构造在绝缘材料中的凹部、以及部分地嵌入到绝缘材料中并且具有印制导线凸起的第一金属化层，其中该印制导线凸起伸入到凹部中。同样，提供陶瓷衬底，其具有介电的陶瓷绝缘载体；以及上衬底金属化部，其施加到绝缘载体的上侧上。陶瓷衬底装备有半导体芯片，该半导体芯片布置在上衬底金属化部上。在第一金属化层和上衬底金属化部之间建立导电连接，其方式是，将第一金属化层在印制导线凸起处与上衬底金属化部导电连接。

本发明因此规定：印制电路板的印制导线的伸入到印制电路板的凹部中的印制导线凸起与陶瓷衬底的上衬底金属化部连接。由此产生如下可能性：将半导体芯片完全或部分地布置在凹部中，使得印制电路板构成在其中布置有半导体芯片的壳体。

“上衬底金属化部”在本发明意义上布置在绝缘载体的上侧之上。在此可以是、但不必强制性地是衬底的最上面的衬底金属化部。

这种半导体模块因此包括具有印制电路板和被装备有半导体芯片的陶瓷衬底的复合体。通过半导体芯片的该布置可以将在半导体模块运行期间在半导体芯片中积累的损耗热量出色地经由陶瓷衬底导出，因为陶瓷具有比在环氧树脂基础上的传统印制电路板明显更高的导热性。

此外，陶瓷衬底由于其安装在一个或多个印制导线凸起处而相对于印制电路板可移动地被安放，使得在将印制电路板安装在冷却体处时，陶瓷衬底在凹部的方向上被挤压，其中一个或多个印制导线凸起被预加应力并且引起陶瓷衬底向冷却体方向的压紧力。

本发明意义上的印制电路板可以可选地为强电流印制电路板，也即其中构造在印制电路板的金属化层之一中的至少一个印制导线具有至少105μm的厚度的印制电路板。尤其是上金属化层可以、但不必强制性地具有至少105μm的厚度。