[发明专利]具有被结合到金属箔的半导体管芯的半导体模块

说明书

技术领域

本申请涉及半导体模块、特别是具有被结合到金属箔的半导体管芯的半导体模块的制造。

背景技术

功率半导体管芯（芯片）封装技术中的最新进步利用芯片嵌入概念。用电流过程（galvanic process）来替换标准封装过程，诸如导线或夹持结合以及公共成型技术。还用层压件来保护半导体管芯。结果是明显减小的封装占位空间（footprint）、封装电阻和电感以及低热阻。例如，通常将管芯焊接到结构化引线框架。在嵌板层压过程期间，将几个引线框架连同FR4层压件层压在一起。

由于由使将引线框架保持在原位的固定插脚对准所引起的层压过程期间的非线性收缩/膨胀和引线框架之间的对准公差，要求管芯和引线框架位置的光学测量和对应的数据文件修正。并且，管芯、引线框架和嵌板的翘曲由于引线框架与管芯之间的CTE（热膨胀系数）失配和厚度差而相对高，引起微过孔高度的差及层压和微过孔镀敷过程中的挑战。

此外，按照惯例，在扩散焊接的情况下在管芯单体化（分离）之前在晶片背表面上沉积管芯附着焊料，或者也将其分配在被印刷到晶片背表面的蜡纸或引线框架的管芯焊盘上。在晶片的背面上通过厚金属层的切割是具有挑战性的，并降低切割质量、降低生产量（throughput）且减少切割刀片的寿命。并且，在结合过程期间挤出管芯背面上的焊料的一部分。管芯背面焊料的此‘挤出’并不是均匀的，不容易控制且是不可重复的。

发明内容

根据制造半导体模块的方法的实施例，该方法包括：

提供包括被附着于金属层的金属箔的金属复合材料衬底，该金属箔比金属层更薄且包括与之不同的材料；

在将金属箔结构化之前将多个半导体管芯的第一表面附着于金属箔；

将被附着于金属箔的半导体管芯装入电绝缘材料中；

在用电绝缘材料包住半导体管芯之后将金属层和金属箔结构化，使得电绝缘材料的表面区没有金属箔和金属层；以及

沿着没有金属箔和金属层的表面区划分电绝缘材料以形成单个模块。

根据半导体模块的实施例，该半导体模块包括金属复合材料衬底，其包括被附着于结构化金属箔的第一表面的金属层。结构化金属箔具有与第一表面相对的第二表面且比金属层更薄。金属层具有从结构化金属箔的第一表面向外延伸的锥形侧壁。该半导体模块还包括至少一个半导体管芯，其具有被附着于结构化金属箔的第二表面的第一表面、被附着于结构化金属箔的第二表面且包住所述至少一个半导体管芯的层压件、以及在背对金属复合材料衬底的层压件表面上的结构化金属层。该结构化金属箔具有从层压件向外延伸的侧壁。结构化金属箔的侧壁未被层压件覆盖且与金属复合材料衬底的金属层的侧壁对准。层压件具有在层压件的相对第一和第二主表面之间延伸的边缘。层压件的边缘未被金属覆盖。

根据将半导体管芯附着于金属复合材料衬底的方法的实施例，该方法包括：

提供包括被附着于金属层的金属箔的金属复合材料衬底，该金属箔比金属层更薄且包括与之不同的材料；

用比金属箔和金属层熔点更低的焊料来涂敷与金属层相对的金属箔表面；

经由焊料而将多个半导体管芯的第一表面扩散焊接至金属箔，包括焊料到高熔点相的等温凝固；以及

在将半导体管芯的第一表面扩散焊接到金属箔之后将半导体管芯装入电绝缘材料中。

在阅读以下详细描述时且在查看附图时，本领域的技术人员将认识到附加特征和优点。

附图说明

附图的元件不一定相对于彼此按比例。相似的参考数字指定对应的类似部分。可将各种所示实施例的特征组合，除非其相互排斥。在图中描述了实施例并在随后的描述中进行详述。

图1图示出半导体模块的实施例的截面图。

图2包括图2A至2K，图示出制造图1的半导体模块的方法的实施例。

图3图示出将半导体管芯扩散焊接到金属复合材料衬底的方法的实施例。

图4包括图4A至4G，图示出基于图3的扩散焊接方法的制造半导体模块的方法的实施例。

图5包括图5A至5I，图示出基于图3的扩散焊接方法的制造半导体模块的方法的另一实施例。

图6包括图6A至6H，图示出基于图3的扩散焊接方法的制造半导体模块的方法的另一实施例。

图7图示出基于图3的扩散焊接方法制造的半导体模块的实施例。

图8图示出基于图3的扩散焊接方法制造的半导体模块的另一实施例。

具体实施方式