具有被結(jié)合到金屬箔的半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體模塊、特別是具有被結(jié)合到金屬箔的半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體模塊的制造。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體管芯(芯片)封裝技術(shù)中的最新進(jìn)步利用芯片嵌入概念。用電流過(guò)程(galvanic process)來(lái)替換標(biāo)準(zhǔn)封裝過(guò)程，諸如導(dǎo)線或夾持結(jié)合以及公共成型技術(shù)。還用層壓件來(lái)保護(hù)半導(dǎo)體管芯。結(jié)果是明顯減小的封裝占位空間(footprint)、封裝電阻和電感以及低熱阻。例如，通常將管芯焊接到結(jié)構(gòu)化引線框架。在嵌板層壓過(guò)程期間，將幾個(gè)引線框架連同F(xiàn)R4層壓件層壓在一起。
[0003]由于由使將引線框架保持在原位的固定插腳對(duì)準(zhǔn)所引起的層壓過(guò)程期間的非線性收縮/膨脹和引線框架之間的對(duì)準(zhǔn)公差，要求管芯和引線框架位置的光學(xué)測(cè)量和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件修正。并且，管芯、引線框架和嵌板的翹曲由于引線框架與管芯之間的CTE (熱膨脹系數(shù))失配和厚度差而相對(duì)高，引起微過(guò)孔高度的差及層壓和微過(guò)孔鍍敷過(guò)程中的挑戰(zhàn)。
[0004]此外，按照慣例，在擴(kuò)散焊接的情況下在管芯單體化(分離)之前在晶片背表面上沉積管芯附著焊料，或者也將其分配在被印刷到晶片背表面的蠟紙或引線框架的管芯焊盤上。在晶片的背面上通過(guò)厚金屬層的切割是具有挑戰(zhàn)性的，并降低切割質(zhì)量、降低生產(chǎn)量(throughput)且減少切割刀片的壽命。并且，在結(jié)合過(guò)程期間擠出管芯背面上的焊料的一部分。管芯背面焊料的此‘?dāng)D出’并不是均勻的，不容易控制且是不可重復(fù)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)制造半導(dǎo)體模塊的方法的實(shí)施例，該方法包括:
提供包括被附著于金屬層的金屬箔的金屬?gòu)?fù)合材料襯底，該金屬箔比金屬層更薄且包括與之不同的材料；
在將金屬箔結(jié)構(gòu)化之前將多個(gè)半導(dǎo)體管芯的第一表面附著于金屬箔；
將被附著于金屬箔的半導(dǎo)體管芯裝入電絕緣材料中；
在用電絕緣材料包住半導(dǎo)體管芯之后將金屬層和金屬箔結(jié)構(gòu)化，使得電絕緣材料的表面區(qū)沒(méi)有金屬箔和金屬層；以及沿著沒(méi)有金屬箔和金屬層的表面區(qū)劃分電絕緣材料以形成單個(gè)模塊。
[0006]根據(jù)半導(dǎo)體模塊的實(shí)施例，該半導(dǎo)體模塊包括金屬?gòu)?fù)合材料襯底，其包括被附著于結(jié)構(gòu)化金屬箔的第一表面的金屬層。結(jié)構(gòu)化金屬箔具有與第一表面相對(duì)的第二表面且比金屬層更薄。金屬層具有從結(jié)構(gòu)化金屬箔的第一表面向外延伸的錐形側(cè)壁。該半導(dǎo)體模塊還包括至少一個(gè)半導(dǎo)體管芯，其具有被附著于結(jié)構(gòu)化金屬箔的第二表面的第一表面、被附著于結(jié)構(gòu)化金屬箔的第二表面且包住所述至少一個(gè)半導(dǎo)體管芯的層壓件、以及在背對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料襯底的層壓件表面上的結(jié)構(gòu)化金屬層。該結(jié)構(gòu)化金屬箔具有從層壓件向外延伸的側(cè)壁。結(jié)構(gòu)化金屬箔的側(cè)壁未被層壓件覆蓋且與金屬?gòu)?fù)合材料襯底的金屬層的側(cè)壁對(duì)準(zhǔn)。層壓件具有在層壓件的相對(duì)第一和第二主表面之間延伸的邊緣。層壓件的邊緣未被金屬覆至rm o
[0007]根據(jù)將半導(dǎo)體管芯附著于金屬?gòu)?fù)合材料襯底的方法的實(shí)施例，該方法包括:提供包括被附著于金屬層的金屬箔的金屬?gòu)?fù)合材料襯底，該金屬箔比金屬層更薄且包括與之不同的材料；
用比金屬箔和金屬層熔點(diǎn)更低的焊料來(lái)涂敷與金屬層相對(duì)的金屬箔表面；
經(jīng)由焊料而將多個(gè)半導(dǎo)體管芯的第一表面擴(kuò)散焊接至金屬箔，包括焊料到高熔點(diǎn)相的等溫凝固；以及在將半導(dǎo)體管芯的第一表面擴(kuò)散焊接到金屬箔之后將半導(dǎo)體管芯裝入電絕緣材料中。
[0008]在閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)且在查看附圖時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到附加特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]附圖的元件不一定相對(duì)于彼此按比例。相似的參考數(shù)字指定對(duì)應(yīng)的類似部分。可將各種所示實(shí)施例的特征組合，除非其相互排斥。在圖中描述了實(shí)施例并在隨后的描述中進(jìn)行詳述。
[0010]圖1圖示出半導(dǎo)體模塊的實(shí)施例的截面圖。
[0011]圖2包括圖2A至2K，圖示出制造圖1的半導(dǎo)體模塊的方法的實(shí)施例。
[0012]圖3圖示出將半導(dǎo)體管芯擴(kuò)散焊接到金屬?gòu)?fù)合材料襯底的方法的實(shí)施例。
[0013]圖4包括圖4A至4G，圖示出基于圖3的擴(kuò)散焊接方法的制造半導(dǎo)體模塊的方法的實(shí)施例。
[0014]圖5包括圖5A至51，圖示出基于圖3的擴(kuò)散焊接方法的制造半導(dǎo)體模塊的方法的另一實(shí)施例。
[0015]圖6包括圖6A至6H，圖示出基于圖3的擴(kuò)散焊接方法的制造半導(dǎo)體模塊的方法的另一實(shí)施例。
[0016]圖7圖示出基于圖3的擴(kuò)散焊接方法制造的半導(dǎo)體模塊的實(shí)施例。
[0017]圖8圖示出基于圖3的擴(kuò)散焊接方法制造的半導(dǎo)體模塊的另一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0018]根據(jù)本文所述的某些實(shí)施例，提供了用于使用批量管芯附著過(guò)程將半導(dǎo)體管芯結(jié)合到金屬?gòu)?fù)合材料襯底的薄金屬箔的相對(duì)厚的金屬?gòu)?fù)合材料襯底?？梢允褂媒饘賹觼?lái)將金屬箔結(jié)構(gòu)化。還可以在可選焊料涂敷、結(jié)合和層壓之前將金屬箔結(jié)構(gòu)化。根據(jù)本文所述的其它實(shí)施例，在金屬箔而不是管芯上沉積管芯附著焊料，消除了用厚的背面金屬化件來(lái)將管芯單體化(分離)的需要?？梢允褂贸练e在金屬箔上的管芯附著焊料作為硬掩模以將未結(jié)構(gòu)化金屬箔圖案化，并且如果期望的話可以在管芯附著過(guò)程之后用簡(jiǎn)單的選擇性蝕刻過(guò)程來(lái)去除焊料?？蓪⑦@些實(shí)施例組合至少達(dá)到此類組合并非相互排斥的程度。
[0019]圖1圖示出半導(dǎo)體模塊100的實(shí)施例的截面圖。半導(dǎo)體模塊100包括金屬?gòu)?fù)合材料襯底102，其包括金屬層104，例如被附著于諸如銅箔之類的結(jié)構(gòu)化金屬箔106的第一表面105的鋁層。結(jié)構(gòu)化金屬箔106具有與第一表面105相對(duì)的第二表面107且比金屬層104更薄。例如，金屬層104可以具有在30 Mm和400 Mm之間的厚度(T1)且結(jié)構(gòu)化金屬箔106可以具有在3 Mm和100 Mm之間的厚度(T2)。金屬層104具有從結(jié)構(gòu)化金屬箔106的第一表面105向外延伸的錐形側(cè)壁108。
[0020]半導(dǎo)體模塊100還包括至少一個(gè)半導(dǎo)體管芯110，其具有被附著于結(jié)構(gòu)化金屬箔106的第二表面107的第一表面111。在圖1中將管芯110與結(jié)構(gòu)化金屬箔106之間的此連接/附著區(qū)標(biāo)記為‘DAR’，其是‘管芯附著區(qū)’的簡(jiǎn)寫。可以在模塊100中包括任何類型的半導(dǎo)體管芯110，諸如類似于功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或IGBT (絕緣柵雙極晶體管)的功率半導(dǎo)體管芯、例如通過(guò)絕緣粘合劑(沒(méi)有背面連接)被結(jié)合到金屬箔106的邏輯管芯(例如驅(qū)動(dòng)器、控制器)等。
[0021]半導(dǎo)體模塊100還包括被附著于結(jié)構(gòu)化金屬箔106的第二表面107的電介質(zhì)層112 (諸如層壓件、樹脂層等)和背對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料襯底102的電介質(zhì)層112的表面113上的結(jié)構(gòu)化金屬層114。電介質(zhì)層112包住半導(dǎo)體管芯110。
[0022]結(jié)構(gòu)化金屬箔106具有從電介質(zhì)層112向外延伸的側(cè)壁116。結(jié)構(gòu)化金屬箔106的側(cè)壁116未被電介質(zhì)層112覆蓋并與金屬?gòu)?fù)合材料襯底102的金屬層104的側(cè)壁108對(duì)準(zhǔn)。電介質(zhì)層112具有邊緣區(qū)118，其中，電介質(zhì)層112的邊緣120在電介質(zhì)層112的相對(duì)第一和第二主表面113、115之間延伸。電介質(zhì)層112的邊緣120未被金屬覆蓋。
[0023]一個(gè)或多個(gè)第一微過(guò)孔連接122通過(guò)電介質(zhì)層112從與第一表面111相對(duì)的管芯110的第二表面177延伸至背對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料襯底102的電介質(zhì)層的表面113上的結(jié)構(gòu)化金屬層114。第一微過(guò)孔連接122在管芯110的第二表面117處提供用于端子124的外部電接觸的點(diǎn)。
[0024]一個(gè)或多個(gè)第二微過(guò)孔連接126通過(guò)電介質(zhì)層112從結(jié)構(gòu)化金屬箔106延伸到背對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料襯底102的電介質(zhì)層112的表面113上的結(jié)構(gòu)化金屬層114。第二微過(guò)孔連接126在管芯110的第一表面111處提供用于端子的外部電接觸的點(diǎn)。如果管芯110中的一個(gè)或多個(gè)在管芯110的第一表面111處不具有端子(例如，在橫向晶體管管芯的情況下)，則可以省略第二微過(guò)孔連接126。在管芯110的第一表面111處是否提供端子取決于管芯的類型，并且因此為了便于舉例說(shuō)明而未在圖1中示出此類端子。可以如圖1中所示將金屬?gòu)?fù)合材料襯底102的金屬層104結(jié)構(gòu)化且其在管芯110的操作期間充當(dāng)熱沉，通過(guò)結(jié)