[发明专利]功率半导体接触结构及其生产方法

说明书

一种用于功率半导体模块的功率半导体接触结构，该功率半导体接触结构具有至少一个衬底(1)以及作为电极的金属模制本体(2)，该衬底和金属模制本体通过基本上无中断的烧结层(3a)而一者烧结在另一者顶上，该烧结层具有多个具有变化的厚度的区域。该金属模制本体(2)在此采取挠性接触膜(5)的形式，该挠性接触膜的厚度使得此接触膜通过其面向该烧结层(3a)的这侧(4)基本上覆盖整个表面积地烧结到该烧结层的这些具有变化的厚度的区域上。还描述了一种用于在功率半导体模块中形成具有衬底和金属模制本体的功率半导体接触结构的方法。形成该功率半导体接触结构是如下进行的：首先向金属模制本体(2)或该衬底施加具有局部变化的厚度的烧结材料层，然后通过使用该烧结材料层的连接导通特性将接触膜(5)与衬底(1)烧结在一起，接触膜(5)被制成为发展其区别性形式以便应对烧结材料层(3a)的变化的厚度。

技术领域

本发明涉及一种用于功率半导体模块的具有键合缓冲物的功率半导体接触结构、以及其生产方法。

背景技术

厚导线键合、也称为条带键合，代表了尤其在功率电子器件中广泛使用的连接技术。这种已知的连接技术用于在连接器轨道、终端接线柱与部件触点之间通过借助于导线或条带进行桥接来产生电连接。通过静态接触压力以及夹紧工具的高频振荡在对应接触位置处产生导线与键合缓冲物的连接，其中以摩擦焊接过程的形式，导线与接触区域产生实心的且一体的材料键合。最经常地主要使用铝和铜导线进行这些已知的连接技术。铝键合导线具有超过铜键合导线的优点是，它们更易延展并且硬度较小。用铝导线实现的这些已知的摩擦焊接连接通常容易生产，主要是由于固有的薄的氧化铝层环绕该导线。这个氧化物层牢固地粘连到导线上并且由此对摩擦焊接过程中要求的摩擦提供了强力支持，这一方面是通过有待结合的部件的磨损、并且另一方面是通过金属地暴露出纯铝。可以将金属，优选地铜、铝或金属涂层(例如处于镍-金、镍、或钯的形式)考虑作为结合对象。

WO 2013/053420 A1披露了一种功率半导体芯片及其生产方法，该功率半导体芯片具有用于连接厚导线或条带的金属模制本体。它尤其关注厚导线铜键合技术，以用于实现改进的负载循环耐久性。这种已知的功率半导体芯片在其上侧上具有多个电势表面，在这些电势表面上以良好导电且导热的方式固定了金属模制本体。将这样的金属模制本体借助于连接层、通过低温烧结技术或通过扩散软焊或粘合剂结合的方式紧固到半导体的金属化层上。

WO 2013/053419 A1描述了用于在金属模制本体与功率半导体芯片之间提供连接从而使之通过厚导线或条带相连接的方法。这种已知的功率半导体芯片的、在该文献中也描述了的基础结构与之前提到的、通过此现有技术尤其解决了通过有机载体膜来生产金属模制本体相对应。

此外，DE 20 2012 004 434 U1同样描述了用于提供在上侧具有电势表面的功率半导体芯片与厚导线的连接的金属模制本体。这种已知的连接技术的目的同样是铜-厚导线键合。

所有这些已知的方法共有的特征是，厚导线或条带的连接是在金属模制本体的、基本上光滑的、最多具有在生产过程中造成的粗糙度的表面上进行。虽然铝导线具有强力键合的氧化物层，但铜导线尽管形成氧化物，它们仍不能在厚导线键合过程中用作所需的磨损手段，因为该氧化物并不强力地键合。此外，铜是比铝更硬的金属。另一方面，铜是具有比铝显著更高的导热率和更低的电阻的材料、并且因此在选择用于接触导线的材料时被赋予了优先级。为了能够在导线键合过程中实现与金属模制本体足够好的材料键合，即，通过所述本体的接触面积的方式，通常显著地增大了用于导线键合的超声焊接中的静态压力和能量输入。然而，这具有损伤要连接的半导体结构的风险。尤其是只要金属模制本体上的接触区域由不易延展的、未氧化的材料构成，就可能在借助于厚导线产生牢固结合时、就在相对高数量的负载循环下可靠的连接而言引起问题。

发明内容