專利名稱：帶有互連裝置的半導(dǎo)體子組件及制造該互連裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體子組件的互連裝置(interconnects)及用于 制造該互連裝置的方法。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于諸如絕緣柵雙 極晶體管(IGBT)的半導(dǎo)體子組件的改良型互連裝置及用于制造該互 連裝置的方法。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是特別適用于電力應(yīng)用的半導(dǎo)體裝置。 IGBT能以小的晶片尺寸(die size)和相對(duì)較低的"導(dǎo)通"("QN")電阻來(lái) 處理高電壓和高電流。另外，IGBT可快速地切換，因而使得IGBT 可在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用(例如，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛、混合型車輛 及燃料電池車輛的電動(dòng)機(jī))中用作三相反相器(inverter)中的開(kāi)關(guān)。IGBT 通過(guò)IGBT中的通至半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的互連裝置來(lái)提供和接收信號(hào)。 然而，IGBT中的某些常規(guī)互連裝置可能具有可靠性和穩(wěn)定性方面的 問(wèn)題。 t因此，希望提供具有更穩(wěn)定和更可靠互連裝置的半導(dǎo)體子組件。 還希望給半導(dǎo)體模塊提供具有更可靠和穩(wěn)定互連裝置的半導(dǎo)體子組 件。另外，還希望提供制造半導(dǎo)體子組件以提供更穩(wěn)定和更可靠互連 裝置的方法。此外，根據(jù)隨后詳細(xì)的說(shuō)明及隨附權(quán)利要求書(shū)，結(jié)合附 圖以及以上技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，本發(fā)明的其它有利特征和特性將變 得顯而易見(jiàn)。發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供一種在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中 用于反相器電路的切換模塊(switching module)的半導(dǎo)體子組件。該半導(dǎo)體子組件包括'.晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和第二金屬化面；半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其電聯(lián)接至晶片的第一金屬化面，并具有至少一個(gè)電極區(qū)域；及互連裝置，其接合至該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。該互連裝置包 括第一金屬層，其接合至該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的至少一個(gè)電極區(qū)域； 陶瓷層，其接合至第一金屬層，陶瓷層限定了一個(gè)接入第一金屬層的 通路；第二金屬層，其接合至陶瓷層；及導(dǎo)電物質(zhì)，其設(shè)置在陶覺(jué)層 的通路內(nèi)以將第 一金屬層電聯(lián)接至第二金屬層，以使第二金屬層形成 用于該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的至少一個(gè)電極區(qū)域的接觸墊。在另一示例性實(shí)施例中，提供一種在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中 用于反相器電路的半導(dǎo)體模塊。該半導(dǎo)體模塊包括多個(gè)互連的半導(dǎo)體 子組件。各半導(dǎo)體子組件包括晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和 第二金屬化面；半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其電聯(lián)接至第一金屬化面，其中半 導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件包括柵電極區(qū)域及發(fā)射電極區(qū)域；及互連裝置，其接合 至半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。該互連裝置包括第一金屬層，其以導(dǎo)電方式接 合至該開(kāi)關(guān)器件的柵電極區(qū)域；陶瓷層，其接合至第一金屬層，并限 定了一個(gè)接入第一金屬層的通路；第二金屬層，其接合至陶瓷層；及 導(dǎo)電物質(zhì)，其設(shè)置在陶瓷層的通路內(nèi)以將第 一金屬層電聯(lián)接至第二金 屬層，以使第二金屬層形成用于該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的柵電極區(qū)域的接 觸墊。提供一種制造半導(dǎo)體子組件灼互連裝置的方法，該半導(dǎo)體子組件 可在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中用于反相器電路的切換模塊。該半導(dǎo) 體子組件包括晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和第二金屬化面； 及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其電聯(lián)接至第一金屬化面，并包括柵電極區(qū)域及發(fā)射電極區(qū)域。該方法包括如下步驟將第一金屬層接合至該開(kāi)關(guān)器 件的柵電極區(qū)域；將陶瓷層接合至第一金屬層并限定一個(gè)通路；用導(dǎo) 電物質(zhì)來(lái)填充該通路；及將第二金屬層接合至陶瓷層，以使導(dǎo)電物質(zhì) 將第二金屬層電聯(lián)接至第一金屬層，以使第二金屬層形成該半導(dǎo)體開(kāi) 關(guān)器件的柵電極區(qū)域的接觸墊。


下文將結(jié)合以下圖式來(lái)闡述本發(fā)明，其中相似的數(shù)字表示相似的元件，且圖中圖l是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車輛的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車輛的示意圖；圖3是用于圖1和2中所示反相器電路和溫度傳感器的位于切換模塊中的雙模塊的示例性實(shí)施例的俯視平面圖； 圖4是圖3模塊的局部等軸測(cè)視圖；圖5是可用于圖3和4中切換模塊的其上安裝有溫度傳感器的半導(dǎo) 體子組件的示例性實(shí)施例的等軸測(cè)視圖；圖6是圖5中半導(dǎo)體子組件的分解等軸測(cè)視圖；圖7是圖5中所示傳感器的端視圖；圖8是沿平面Vin-VIII截取圖7傳感器的側(cè)視圖。圖9是沿平面IX-IX截取圖6半導(dǎo)體子組件的示例性互連裝置的局 部剖面等軸測(cè)視圖；圖IO是沿平面IX-IX截取圖6半導(dǎo)體子組件的另 一示例性實(shí)施例 的局部剖面等軸測(cè)視圖；圖11是沿平面IX-IX截取圖6半導(dǎo)體子組件的另外示例性互連裝 置的局部剖面等軸測(cè)視圖；及圖12是沿平面IX-IX截取圖6半導(dǎo)體子組件的另 一示例性實(shí)施例 的局部剖面等軸測(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
以下詳細(xì)說(shuō)明僅為示例性，而并非打算限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng) 用和用途。此外，也不打算受限于先前的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明 內(nèi)容或以下詳細(xì)說(shuō)明中所提出的任何明確的或暗示的理論。圖1是具有集成電路(IC)發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)混合型驅(qū)動(dòng)裝置100的示例性車輛102?；旌闲万?qū)動(dòng)裝置100包括內(nèi)燃機(jī)104及三相交流電(AC) 電動(dòng)機(jī)106來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛102的車輪110。變速器108設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)104 與AC電動(dòng)機(jī)106之間，以將內(nèi)燃機(jī)104和AC電動(dòng)機(jī)106的機(jī)械輸 出傳遞至車輪110。發(fā)電機(jī)114聯(lián)接至并將直流提供至反相器電路 118。反相器電路118接收來(lái)自發(fā)電機(jī)114的直流，而將交流電提供 至AC電動(dòng)機(jī)106。發(fā)電機(jī)114還聯(lián)接至并充電電池或電池組116。發(fā) 電機(jī)114進(jìn)一步聯(lián)接為接收來(lái)自內(nèi)燃機(jī)104或AC電動(dòng)機(jī)106的動(dòng)力。 車輛控制器128設(shè)置在發(fā)電機(jī)114與反相器電路118之間，以控制通 至反相器電路118的電流。功率分配裝置112設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)104與AC電動(dòng)機(jī)106及變速器 108之間，且設(shè)置在AC電動(dòng)機(jī)106及變速器108與發(fā)電機(jī)114之間。 功率分配裝置112決定是內(nèi)燃機(jī)104還是AC電動(dòng)機(jī)106來(lái)驅(qū)動(dòng)變速速度控制器130包括聯(lián)接至車輛控制器128的腳踏板132。速度 控制器130向車輛控制器128提供信號(hào)，以控制來(lái)自發(fā)電機(jī)114而通 至反相器電路118的電流。反相器電路118聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)用于監(jiān)控反相器電路118的溫 度的溫度傳感器120。溫度傳感器120聯(lián)接至功率限制控制電路122。 當(dāng)溫度傳感器120探測(cè)到反相器電路118中的溫度高于預(yù)定溫度時(shí)， 功率限制控制電路122會(huì)限制通至反相器電路118的功率，以防止超 過(guò)預(yù)定的操作溫度或?qū)囟冉档筋A(yù)定溫度以下。在一個(gè)替代實(shí)施例 中，可提供一個(gè)開(kāi)關(guān)器件來(lái)控制發(fā)電機(jī)114與反相器電路118之間的 電流。反相器電路118進(jìn)一步聯(lián)接至用來(lái)冷卻反相器電路118的熱沉 134。熱沉134可聯(lián)接至散熱器136,以使循環(huán)流體將熱量帶離熱沉 134。熱沉134還可由流過(guò)熱沉134上方的空氣冷卻。車輛102僅僅 是IC發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)混合型驅(qū)動(dòng)裝置100的一個(gè)示例性布置。所述技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可通過(guò)使用組件的替代布置以及附加的或更圖2是車輛103的示意圖，除了車輛103包括利用燃料電池138 來(lái)為三相AC電動(dòng)機(jī)106提供動(dòng)力的燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)101之外，車 輛103類似于圖1中的車輛。如在圖1的車輛102中，變速器108聯(lián) 接至AC電動(dòng)機(jī)106以將AC電動(dòng)機(jī)106的機(jī)械輸出傳送到車輪110。 AC電動(dòng)機(jī)106還聯(lián)接至反相器電路118,反相器電路118將交流電供 應(yīng)至AC電動(dòng)機(jī)106。反相器電路118聯(lián)接至燃料電池138,燃料電池 138將直流供應(yīng)至反相器電路118。車輛控制器128設(shè)置在燃料電池 138與反相器電路118之間，以控制通至反相器電路118的電流。如同在圖1中，圖2的速度控制器130包括聯(lián)接至車輛控制器128 的腳踏板132。速度控制器130向車輛控制器128提供信號(hào)，以控制 來(lái)自燃料電池138而通至反相器電路118的電流。圖2的反相器電路118聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)用于監(jiān)控反相器電路 118的溫度的溫度傳感器120。溫度傳感器120聯(lián)接至功率限制控制 電路122。當(dāng)溫度傳感器120探測(cè)到反相器電路118中的溫度高于預(yù) 定溫度時(shí)，功率限制控制電路122會(huì)限制通至反相器電路118的功率， 以防止超過(guò)預(yù)定的操作溫度或?qū)囟冉档筋A(yù)定溫度以下。在一個(gè)替代 實(shí)施例中，可提供一個(gè)開(kāi)關(guān)器件來(lái)控制從燃燒電池138到反相器電路 118的電流。車輛103僅僅是燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)101的一個(gè)示例性布置。所述 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可通過(guò)使用組件的替代布置以及附加的 或更少的組件來(lái)提供替代的燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖3是圖1和2車輛中使用的示例性雙模塊反相器電路118的俯 視平面圖。反相器電路118取置成具有六個(gè)半導(dǎo)體子組件202a-202f 的切換模塊200。模塊200具有端子子組件204,其包括發(fā)射極端子206，其用 于形成第一群組的半導(dǎo)體子組件202a、 202b和202c;及集電極端子 208，其用于形成第二群組的半導(dǎo)體子組件202d、 20^和20^;及共用集電極/發(fā)射極端子210,其用于兩個(gè)群組202a-c和202d-f。端子子 組件204 —側(cè)上具有第一排共面觸點(diǎn)212和214,而另一側(cè)上具有第 二排共面觸點(diǎn)216和218。與兩組半導(dǎo)體子組件202a-c和202d-f—樣， 觸點(diǎn)的排212、 214和216、 218也是平行的。觸點(diǎn)212與發(fā)射極端子 206低電阻接通，而觸點(diǎn)216與集電極端子208低電阻接通。此外， 觸點(diǎn)214和218與集電極/發(fā)射極端子210低電阻接通。半導(dǎo)體子組件 202a-202c的接片(tab)220焊接至端子子組件的觸點(diǎn)區(qū)域214;半導(dǎo)體 子組件202a-202c的接片222焊接至端子子組件的觸點(diǎn)212;半導(dǎo)體 子組件202d-202f的接片220焊接至端子子組件的觸點(diǎn)區(qū)域216;且半 導(dǎo)體子組件202d-202f的接片222焊接至端子子組件的觸點(diǎn)218。模塊200具有外殼224,外殼224具有熱膨脹系數(shù)接近半導(dǎo)體子 組件202a-202f中襯底的熱膨脹系數(shù)的導(dǎo)熱底板226 。圖中未顯示外殼 224的帽蓋是為了更佳地圖解模塊200的內(nèi)部構(gòu)造。外殼224具有兩 個(gè)嵌入式引線框228和230,引線框228和230中的若干部分暴露在 模塊2QQ內(nèi)以形成電連接。外殼224還具有兩個(gè)小的連接器區(qū)域232 和234,其各包括兩個(gè)開(kāi)爾文端子和一個(gè)柵極電壓端子。半導(dǎo)體子組 件202a-202c的柵極電壓端子由標(biāo)號(hào)236指示。半導(dǎo)體子組件 202d-202f的柵極電壓端子由標(biāo)號(hào)238指示。單絲金屬線240將柵極電 壓端子236連接至嵌入式引線框228，而單絲金屬線242將柵極電壓 端子238連接至嵌入式引線框230。單絲金屬線244將各自的嵌入式 引線框228和230與半導(dǎo)體子組件202a-202f中的每一個(gè)連接在一起， 以使其與各自的柵極電壓端子236和238連接在一起。圖4顯示圖3模塊200的局部等軸測(cè)視圖。圖中顯示半導(dǎo)體子組 件202a-202f安裝在底板226上。三個(gè)半導(dǎo)體子組件202a-202c釬焊至 底板226的上表面、位于端子子組件204的一側(cè)上，而三個(gè)半導(dǎo)體子 組件202d-202f釬焊至底板J26的上表面、位于端子子組件204的另 一側(cè)上。每組三個(gè)半導(dǎo)體子組件2Q2a-c和202d-f都沿一條平行于端子 子組件204的中心線的線設(shè)置。此外，優(yōu)選地，半導(dǎo)體子組件20h-f類似地并且對(duì)稱地設(shè)置在底板226上，以獲得冷卻的均勻性，由此獲 得操作期間的溫度均勻性。在另一實(shí)施例中，圖1和2中圖解的反相 器電路118可為多個(gè)安裝在單個(gè)晶片上的IGBT電路小片和二極管。圖5顯示才艮據(jù)本發(fā)明一個(gè)g施例的半導(dǎo)體子組件202a-202f(統(tǒng)稱 為202)的其中一個(gè)。圖6顯示半導(dǎo)體子組件202的分解視圖，為清楚 起見(jiàn)，其中并未顯示溫度傳感器120。在半導(dǎo)體子組件202中，晶片300具有接合至其對(duì)置側(cè)面的金屬 化面302、 304。本文中使用的術(shù)語(yǔ)"接合，，、"釬焊"及"附連，，使 用其最廣泛的意義，且在各個(gè)實(shí)施例中，其可作為互換工藝來(lái)使用。 晶片300的尺寸可為(例如)約0.5-1 mm厚、約25 mm長(zhǎng)、約19 mm 寬，但也可提供更大及更小的尺寸。晶片300由絕緣材料制成，例如， 氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅或氮化硼，而金屬化面302、 304 為銅或鋁。金屬化面302、 304可具有任何適合的厚度，諸如(例如) 約0.25 mm的厚度。優(yōu)選地，金屬化面302、 304直接接合至晶片300。 子組件的接片220是金屬化面302的整體組成部分。硅半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件306(例3。， MOSFET或IGBT的晶體管)接合 至或粘結(jié)至晶片300的金屬化面302的第一部分，且快速硅半導(dǎo)體二 極管(SFD)308接合至晶片300的金屬化面302的第二部分。開(kāi)關(guān)器件在開(kāi)關(guān)器件306的發(fā)射極端子與集電極端子206與208(圖3)的兩端提制成。在每一半導(dǎo)體子組件202a-202f(圖3和4)中，SFD 308與開(kāi)關(guān) 器件306配對(duì)，且與其的傳熱距離非常短。SFD 308可具有互連裝置 313,互連裝置313包括夾在兩個(gè)金屬層之間的陶瓷層。小尺寸的第二陶瓷晶片(ceramic wafer)310接合至晶片300的金屬 化面302。箔片部件311接合至陶瓷晶片310,并具有自其伸出的第 二接片222。第二接片222借助陶瓷晶片310與第一接片2加絕緣?；ミB裝置315聯(lián)接至開(kāi)關(guān)器件306。互連裝置315包括第一金屬層312、陶瓷層314及第二金屬層318。第一金屬層312接合至陶乾 層314的一側(cè)，并用作通至開(kāi)關(guān)器件306的觸點(diǎn)區(qū)域的導(dǎo)體。第二金 屬層318接合至陶瓷層314的另一側(cè)，并通過(guò)傳導(dǎo)件(conductive lead)346進(jìn)一步連接至具有接觸墊(contact pad)324的可調(diào)電阻器322。 第一金屬層312及第二金屬層318可(例如)為銅或鋁。陶瓷層314可 包括(例如)氧化鋁、氮化鋁、氧fe鈹及氮化硅?？蓪?duì)第二金屬層318 進(jìn)行圖案化，以使其在區(qū)域319內(nèi)具有隔離的墊328和300以容納溫 度傳感器120(例如，圖5)。如下文進(jìn)一步詳細(xì)地論述，第二金屬層318 可形成互連裝置的一部分以及開(kāi)關(guān)器件306的接觸墊。在一個(gè)實(shí)施例 中，第一金屬層312和第二金屬層318接合至陶瓷層316的對(duì)置側(cè)， 以防止由于熱膨月長(zhǎng)系數(shù)不同而在陶覺(jué)層316的任一側(cè)上形成的巻曲效 應(yīng)。在某些實(shí)施例中，第一金屬層312與第二金屬層318的熱膨脹系 數(shù)是相同的。金屬層316和318與陶瓷層316 —同都具有與開(kāi)關(guān)器件 306近似匹配的熱膨脹系數(shù)。這可減小開(kāi)關(guān)器件306上的應(yīng)力而增加 耐用性。此外，互連裝置315可具有與晶片300及金屬化面302的厚 度差不多的厚度，以減小開(kāi)關(guān)器件306上的應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將第f金屬層312加熱至接近第一金屬層 312熔點(diǎn)以將第 一金屬層312接合至陶瓷層的溫度，將第 一金屬層312 接合至陶瓷層314?？梢灶愃频姆绞綄⒌诙饘賹?18接合至陶瓷層 314。參照?qǐng)D7和8，溫度傳感器120由熱^t電阻器326構(gòu)成，熱^:電 阻器326釬焊至形成于第二金屬層318中的該對(duì)墊328和330。墊328、 330可通過(guò)對(duì)第二金屬層318進(jìn)行光掩膜和蝕刻來(lái)形成。在一個(gè)替代 實(shí)施例中，熱敏電阻器326可由熱電偶來(lái)替代。熱敏電阻器326 —端具有釬焊至墊328的導(dǎo)電表面334的導(dǎo)電凸 緣340，而另 一端具有釬焊至墊330的外導(dǎo)電表面334的導(dǎo)電凸緣342。 第一導(dǎo)線344以單絲金屬線的形式釬焊至墊328的外導(dǎo)電表面334及 可調(diào)電阻器322的接觸墊324。莽二導(dǎo)線348以單絲金屬線的形式釬200810109708.5 焊至墊330的導(dǎo)電表面334及可調(diào)電阻器322的接觸墊324。來(lái)自可 調(diào)電阻器322的引線連接至功率限制控制電路122(見(jiàn)圖l和2)。在一 個(gè)替代實(shí)施例中，可另外為SFD 308提供溫度傳感器(未顯示)。使電流間斷的溫度水平介于約125。C至約175"C的范圍，且優(yōu)選 地約為150°C。通常來(lái)說(shuō)且作為一個(gè)實(shí)例，硅的最大操作溫度約為175 °C。但是，由于制造波動(dòng)性和制造公差，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的功率 限制控制電路122會(huì)防止溫度我過(guò)150°C。其它實(shí)施例可包括硅及其 它標(biāo)定可用于高溫的材料，例如，高于20(TC及高于300°C。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在反相器電路118的一側(cè)上(也就是， 反相器電路118的頂側(cè))感測(cè)反相器電路118的溫度，而在底側(cè)冷卻反 相器電路118。圖9是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的沿平面IX-IX截取圖6半導(dǎo)體 子組件202的互連裝置315的局部剖面等軸測(cè)視圖。互連裝置315包 括限定于陶瓷層314中的通路316。通^各316可具有約0.2 mm至3 mm 的直徑，并延伸穿過(guò)陶瓷層314。陶瓷層314可具有約0.5 mm至1 mm 的厚度。通路316可通過(guò)(例如)激光鉆孔或沖壓來(lái)形成，且在一個(gè)實(shí) 施例中，通過(guò)厚膜技術(shù)來(lái)填充。厚膜技術(shù)是一種用一種或多種未燒制 的陶瓷材料和金屬粉末(例如，金)的漿料或糊料來(lái)填充通路，然后燒 制該漿料或糊料以在通路內(nèi)形成、導(dǎo)電物質(zhì)320的技術(shù)。其它實(shí)施例可 利用聚合物和金屬粉末聚合后來(lái)形成導(dǎo)電材料320?？捎脤?dǎo)電物質(zhì)320 來(lái)大致地填充通路316。第二金屬層318的平坦部分321可覆蓋通路 316并接觸導(dǎo)電物質(zhì)320。導(dǎo)電物質(zhì)320使第二金屬層318與第一金 屬層312電連接。如此，第二金屬層318便可用作開(kāi)關(guān)器件306的接 觸墊。第 一金屬層312可具有一個(gè)與第一金屬層312其余部分電隔離 的部分323。第一金屬層312的電隔離部分323可將第二金屬層318 電連接至開(kāi)關(guān)器件306的特定部分，諸如(例如)柵電極區(qū)域303(圖6)。 在一個(gè)替代實(shí)施例中，部分323可將第二金屬層318電連接至發(fā)射電 極區(qū)域301(圖6)?？蓪⒌谝唤饘賹?12的部分323^L為第一金屬層31213的部分，也可將其視為另一金屬層的部分。相比于現(xiàn)有技術(shù)，第二金屬層318可形成通至開(kāi)關(guān)器件306的更大的接觸墊及更為牢固的連 接。例如，第二金屬層318可形成開(kāi)關(guān)器件306的柵電極區(qū)域303的 接觸墊，并可穿過(guò)陶瓷層314提供對(duì)柵電極區(qū)域303的接入。在一個(gè) 實(shí)施例中，第二金屬層318可具有近似于陶瓷層314的面積。在一個(gè) 示例性實(shí)施例中，陶瓷層314的厚度為約0.5至1 mm。第一金屬層 312、陶瓷層314及第二金屬層318各具有大致匹配于開(kāi)關(guān)器件306 的熱膨脹系數(shù)以減小應(yīng)力。此外，導(dǎo)電材料320可具有與陶資層314 差不多的熱膨脹系數(shù)。圖10是(例如)圖5中半導(dǎo)體子組件202的互連裝置374的替代實(shí) 施例的局部剖面等軸測(cè)^L圖。如在圖9的實(shí)施例中，互連裝置374包 括第一金屬層376、陶瓷層378及第二金屬層380。第一金屬層和第 二金屬層376和380接合至陶瓷層378的對(duì)置側(cè)。第一金屬層376另 外還接合至開(kāi)關(guān)器件306(例如，圖6)。第一金屬層376可具有一個(gè)與 第一金屬層376其余部分電隔離的部分387。第一金屬層312的部分 387可電連接至開(kāi)關(guān)器件306的特定部分，諸如(例如)柵電極區(qū)域 303(圖6)。在一個(gè)替代實(shí)施例中，部分387可電連接至發(fā)射電極區(qū)域 301(圖6)?？蓪⒌谝唤饘賹?76的部分387視為第一金屬層376的部 分，也可將其視為另一金屬層的部分。陶瓷層378限定了通路382。 在這個(gè)實(shí)施例中，在通路382中提供球形導(dǎo)體384。通路382可具有(例 如)l-2mm的寬度，而球形導(dǎo)體384可具有(例如)l-2 mm的直徑。第 二金屬層3 8 0可具有在第二金屬層3 80與球形導(dǎo)體3 84之間形成連接， 且因此在第二金屬層380與至少聯(lián)接至開(kāi)關(guān)器件306的第一金屬層 376的部分387之間形成連接的凹陷386。圖11是(例如)圖5中半導(dǎo)體子組件202的互連裝置389的替代實(shí) 施例的局部剖面等軸測(cè)視圖?；ミB裝置389包括第一金屬層392、陶 資層391及第二金屬層390。第一金屬層和第二金屬層392和390接 合至陶瓷層391的對(duì)置側(cè)。第一金屬層392另外還接合至開(kāi)關(guān)器件306(例如，圖6)。第一金屬層392可具有一個(gè)與第一金屬層392其余 部分電隔離的部分394。第一金屬層392的部分394可電連接至開(kāi)關(guān) 器件306的特定部分，諸如(例如)柵電極區(qū)域303(圖6)。可將第一金 屬層392的部分394視為第一金屬層392的部分，也可將其視為另一 金屬層的部分。詢瓷層391限定了通路395。通路395可具有(例如)O.l 至0.25mm的直徑，i"旦該通路可更大或更小。在這個(gè)實(shí)施例中，在通 路395中提供導(dǎo)電物質(zhì)393。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電物質(zhì)393可為4艮， 且可將其注入到通路395中。第二金屬層390可接觸導(dǎo)電物質(zhì)393， 從而將第二金屬層390電連接至開(kāi)關(guān)器件306(圖6)。圖12是(例如)圖5中半導(dǎo)體子組件202的互連裝置396的替代實(shí) 施例的局部剖面等軸測(cè)視圖?；ミB裝置3%包括第一金屬層399、陶 瓷層398及第二金屬層397。第一金屬層和第二金屬層399和397接 合至陶瓷層398的對(duì)置側(cè)。第一金屬層399另外還接合至開(kāi)關(guān)器件 306(例如，圖6)。第一金屬層399可具有一個(gè)與第一金屬層399其余 部分電隔離的部分403。第一金屬層399的部分403可電連接至開(kāi)關(guān) 器件306的特定部分，諸如(例如)柵電極區(qū)域303(圖6)?？蓪⒌谝唤?屬層399的部分403^L為第一金屬層399的部分，也可將其浮見(jiàn)為另一 金屬層的部分。陶瓷層398限定了通路402。在這個(gè)實(shí)施例中，在通 路402中提供圓柱形導(dǎo)體400。在一個(gè)實(shí)施例中，使圓柱形導(dǎo)體400 落入通路402中。金屬線401可將圓柱形導(dǎo)體400連接至第二金屬層 397,因而將第二金屬層397連接至開(kāi)關(guān)器件306(圖6)。盡管以上詳細(xì)說(shuō)明提出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但應(yīng)了解，可 存在大量的變型。還應(yīng)了解，這個(gè)或這些示例性實(shí)施例僅^5l為實(shí)例， 而并非打算以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置。相反，以上詳細(xì)說(shuō)明僅向所示技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員提供一個(gè)實(shí)施這個(gè)或這些 示例性實(shí)施例的簡(jiǎn)便的指導(dǎo)思路。應(yīng)理解，可對(duì)元件的功能和布置做 出各種改變，此并不違背隨附權(quán)利要求書(shū)以及其法律上的等效方案中 所規(guī)定的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中用于反相器電路的切換模塊中的半導(dǎo)體子組件，所述半導(dǎo)體子組件包括晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和第二金屬化面；半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其電聯(lián)接至所述晶片的所述第一金屬化面，并具有至少一個(gè)電極區(qū)域；及互連裝置，其接合至所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，且包括第一金屬層，其接合至所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的所述至少一個(gè)電極區(qū)域；陶瓷層，其接合至所述第一金屬層，所述陶瓷層限定了接入所述第一金屬層的通路；第二金屬層，其接合至所述陶瓷層；及導(dǎo)電物質(zhì)，其設(shè)置在所述陶瓷層的所述通路內(nèi)以將所述第一金屬層電聯(lián)接至所述第二金屬層，以使所述第二金屬層形成用于所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的所述至少一個(gè)電極區(qū)域的接觸墊。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述至少一 個(gè)電極區(qū)域是柵電極區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)充分地填充所述通路。
4. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述第二金 屬層包括覆蓋所述導(dǎo)電物質(zhì)的平坦部分。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)大致為球形。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述第二金 屬層包括覆蓋所述導(dǎo)電物質(zhì)的部分，所述部分凹陷成接觸所述球形導(dǎo) 電物質(zhì)。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述陶瓷層 具有限定第一面積的第一表面，且所述第二金屬層具有限定第二面積的第一表面，所述第一面積近似等于所述第二面積。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)器件是IGBT。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)是銀。
10. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)是厚膜。
11. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體子組件，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)為圓柱形形狀，且所述半導(dǎo)體子組件進(jìn)一步包括使所述導(dǎo)電物質(zhì)與 所述第二金屬層電連接的金屬絲。
12. —種在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中用于反相器電路的半導(dǎo)體模 塊，所述半導(dǎo)體模塊包括多個(gè)互連的半導(dǎo)體子組件，各半導(dǎo)體子組件包括晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和第二金屬化面； 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其電聯(lián)接至所述第一金屬化面，其中所述 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件包括柵電極區(qū)域及發(fā)射電極區(qū)域；及互連裝置，其接合至所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，且包括第一金屬層，其以導(dǎo)電方式接合至所述開(kāi)關(guān)器件的所述才冊(cè)電才及區(qū)i或；陶瓷層，其接合至所述第一金屬層，并限定了接入所述第一金屬層的通路；第二金屬層，其接合至所述陶瓷層；及導(dǎo)電物質(zhì)，其設(shè)置在所述陶瓷層的所述通路內(nèi)以將所述第一金屬層電聯(lián)接至所述第二金屬層，以使所述第二金屬層形成用于所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的所述柵電極區(qū)域的接觸墊。
13. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)充分地填充所述通路。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體才莫塊，其特征在于所述第二金 屬層包括覆蓋所述導(dǎo)電物質(zhì)的平坦部分。
15. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述導(dǎo)電物 質(zhì)大致為球形。
16. 如權(quán)利要求l5所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述第二金 屬層包括覆蓋所述導(dǎo)電物質(zhì)的部分，所述部分凹陷成接觸所述球形導(dǎo) 電物質(zhì)。
17. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于所述陶乾層 具有限定第一面積的第 一表面，；且所述第二金屬層具有限定第二面積 的第一表面，所述第一面積近似等于所述第二面積。
18. —種用于制造在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中用于反相器電路的 切換沖莫塊中的半導(dǎo)體子組件的互連裝置的方法，所述半導(dǎo)體子組件包 括晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和第二金屬化面；及半導(dǎo)體開(kāi) 關(guān)器件，其電聯(lián)接至所述第一金屬化面，且包括柵電極區(qū)域及發(fā)射電 極區(qū)域；所述方法包括如下步驟將第 一金屬層接合至所述開(kāi)關(guān)器件的所述柵電極區(qū)域； 將陶瓷層接合至所述第 一金屬層并限定通路； 用導(dǎo)電物質(zhì)來(lái)填充所述通路；及將所述第二金屬層接合至所述陶瓷層，以使所述導(dǎo)電物質(zhì)將 所述第二金屬層電聯(lián)接至所述第.一金屬層，以使所述第二金屬層形成 用于所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的所述柵電極區(qū)域的接觸墊。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述填充步驟包括 充分地填充所述通路，且其中所述接合所述第二金屬層的步驟包括接 合所述具有平坦部分的第二金屬層，所述平坦部分覆蓋所述通路并接 觸所述導(dǎo)電物質(zhì)。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述填充步驟包括 用大致球形的導(dǎo)電物質(zhì)填充所述通路，且其中所述接合所述第二金屬 層的步驟包括接合所述第二金屬層以使所述第二金屬層凹陷并接觸 所述導(dǎo)電物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在高功率、交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中用于反相器電路的切換模塊中的半導(dǎo)體子組件，提供一種帶有互連裝置的半導(dǎo)體子組件及制造該互連裝置的方法。該半導(dǎo)體子組件包括晶片，其具有對(duì)置的第一金屬化面和第二金屬化面；半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，其電聯(lián)接至晶片的第一金屬化面并具有至少一個(gè)電極區(qū)域；及互連裝置，其接合至該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。該互連裝置包括第一金屬層，其接合至該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的至少一個(gè)電極區(qū)域；陶瓷層，其接合至第一金屬層，陶瓷層限定了一個(gè)用于接入第一金屬層的通路；第二金屬層，其接合至陶瓷層；及導(dǎo)電物質(zhì)，其設(shè)置在陶瓷層的通路內(nèi)以將第一金屬層電聯(lián)接至第二金屬層。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101330079SQ200810109708
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者E·P·揚(yáng)科斯基, T·G·沃德 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司