專(zhuān)利名稱(chēng)：用于接納至少一個(gè)元件的襯底及制造襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的襯底。本發(fā)明還涉及一種制造襯底的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于接納電元件或電子元件的襯底是普遍公知的。這樣的襯底一般由電絕緣材料制成的板組成，該板至少在前側(cè)和/或相對(duì)置的背側(cè)上設(shè)有導(dǎo)電層。所述 板例如可以由電絕緣的塑料或陶瓷制成。特別是為了制造配有功率半導(dǎo)體的模塊，根據(jù)現(xiàn) 有技術(shù)例如使用直接敷銅(DCB)襯底。在此，使用由氧化鋁或氮化鋁制成的板作為電絕緣 體。由此，導(dǎo)體線路在高溫熔融和擴(kuò)散工藝中由純銅來(lái)安設(shè)。這樣的DCB襯底以很高的熱 導(dǎo)率和溫度耐受能力而見(jiàn)長(zhǎng)。然而，DCB襯底的制造是復(fù)雜且昂貴的。由于制造時(shí)很高的溫度，不是總能避免這 種襯底發(fā)生彎曲。這種彎曲可能在其它加工鏈中導(dǎo)致DCB襯底的斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。特別是應(yīng)當(dāng)提供了一種簡(jiǎn)單且成本低 制造的具有高熱導(dǎo)率λ的襯底。本發(fā)明還應(yīng)當(dāng)提供一種制造這樣的襯底的方法。本發(fā)明的任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1和13的特征來(lái)解決。本發(fā)明適當(dāng)?shù)臉?gòu)造方案通過(guò) 權(quán)利要求2至12和權(quán)利要求14至28的特征而獲得的。根據(jù)本發(fā)明的措施設(shè)置為，在襯底主體與導(dǎo)電層之間設(shè)置有電絕緣連接層，所述 電絕緣連接層具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的熱固性基質(zhì)。所提出的連接層具有出色的熱 導(dǎo)率λ。該連接層還以很高的溫度耐受性而見(jiàn)長(zhǎng)。所述連接層承受得住高達(dá)300°C的運(yùn)行 溫度。由于所述連接層電絕緣的特性，因此可以使用任何一種材料、尤其是導(dǎo)電材料作為襯 底主體。這在總體上實(shí)現(xiàn)了特別簡(jiǎn)單且成本低地制造出具有出色熱導(dǎo)率λ的襯底。“陶瓷前驅(qū)體聚合物”這一概念被理解為如下聚合物，所述聚合物例如隨著溫度的 升高，首先過(guò)渡為凝膠態(tài)，并隨后過(guò)渡為熱固性狀態(tài)。在熱固性狀態(tài)下，陶瓷前驅(qū)體聚合物 一般具有高達(dá)300°C的溫度耐受能力。在溫度繼續(xù)升高的情況下，可以由陶瓷前驅(qū)體聚合物 生成陶瓷材料。屬于陶瓷前驅(qū)體聚合物的例如有聚硅烷、聚碳硅烷和聚有機(jī)硅氧烷。根據(jù)本發(fā)明有利的構(gòu)造方案設(shè)置為，利用填料以高達(dá)80體積％的填充度對(duì)陶瓷 前驅(qū)體聚合物進(jìn)行填充。由此，尤其可以進(jìn)一步提高在使用陶瓷前驅(qū)體聚合物的情況下制 造的連接層的熱導(dǎo)率入。所述填料適當(dāng)?shù)厥怯商沾刹牧闲纬傻?、具有處?. 5至200 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒 尺寸的粉末。所述陶瓷材料是電絕緣的并且實(shí)質(zhì)上是惰性的。所提出的陶瓷材料的添加不 會(huì)導(dǎo)致與陶瓷前驅(qū)體聚合物發(fā)生不希望的化學(xué)反應(yīng)。所提出的平均顆粒的尺寸實(shí)現(xiàn)了利用 分配器、噴射器、壓印技術(shù)、網(wǎng)屏(Sieb)或模版(Schablone)來(lái)對(duì)連接層進(jìn)行涂覆。在室溫下，陶瓷材料的熱導(dǎo)率λ適當(dāng)?shù)卮笥?0W/mK，優(yōu)選大于20W/mK。由此，根據(jù)填充度實(shí)現(xiàn)的是，將以陶瓷材料填充的陶瓷前驅(qū)體聚合物的熱導(dǎo)率提高到2W/mK的數(shù)值 之上。因此，所提出的襯底主體特別適用于制造在運(yùn)行中散發(fā)相對(duì)大的熱量的功率半導(dǎo)體。陶瓷材料適當(dāng)?shù)剡x自如下的組出15比、3込隊(duì)、411滑石、堇青石。所提出的陶瓷材料以高熱導(dǎo)率λ而見(jiàn)長(zhǎng)。此外，該陶瓷材料是電絕緣的。此外，已證實(shí)適當(dāng)?shù)氖?，所述陶瓷前?qū)體聚合物選自如下的組聚硅氧烷、聚硅氮 烷、聚碳硅烷。導(dǎo)電層適當(dāng)?shù)赜山饘倩蛴砂雽?dǎo)體制成，所述金屬優(yōu)選為鋁或銅。在此，導(dǎo)電層可以 首先基本上整面地覆蓋襯底主體的前側(cè)和/或背側(cè)。隨后可以利用傳統(tǒng)的技術(shù)，例如掩蔽 和隨后的蝕刻來(lái)制造期望的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)。而同樣可以是，導(dǎo)電層以預(yù)定的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu) 存在，并隨后借助連接層將該導(dǎo)電層層壓到襯底主體上。根據(jù)本發(fā)明有利的構(gòu)造方案，襯底主體由陶瓷、塑料或塑料復(fù)合材料 (Kunststoffverbundmaterial)制成。只要前面提出的材料具有電絕緣的特性，就以簡(jiǎn)單的 方法制造出鍍通孔。根據(jù)本發(fā)明有利的構(gòu)造方案，襯底主體由熱導(dǎo)率λ至少為150W/mK的材料制成， 所述材料優(yōu)選為陶瓷或金屬。襯底主體還尤其可以是由鋁合金或銅合金制成的冷卻體。這 樣的襯底的熱導(dǎo)率λ是很出眾的。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造方案設(shè)置為，所述連接層以在側(cè)向上超出由導(dǎo)電層限定 的覆蓋區(qū)域的方式延伸。只要導(dǎo)電層特別地以導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)的形式存在，那么連接層便 以寬度預(yù)定的條帶的形式在各個(gè)導(dǎo)體線路的左邊和右邊延伸。由此，反作用于漏泄電流 (Kriechstrom)的形成。根據(jù)本發(fā)明的另一措施，設(shè)置有如下方法，用于制造用來(lái)接納至少一個(gè)元件的襯 底，所述元件特別是功率半導(dǎo)體，在所述方法中，導(dǎo)電層在應(yīng)用陶瓷前驅(qū)體聚合物的情況 下，與襯底主體相結(jié)合，并隨后所述陶瓷前驅(qū)體聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦誀顟B(tài)，使得形成了將所 述層與襯底主體相結(jié)合的連接層。所提出的方法能夠相對(duì)簡(jiǎn)單而成本低地實(shí)施。該方法尤 其不一定需要提供以復(fù)雜的燒結(jié)工藝制造的襯底主體。在應(yīng)用所提出的連接層的情況下， 能夠以簡(jiǎn)單的方式將導(dǎo)電層與任意襯底主體相結(jié)合。特別是在應(yīng)用由金屬制成的襯底主體 時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法制造的襯底以出色的熱導(dǎo)率λ以及很高的成型保真度(Formtreue) 而見(jiàn)長(zhǎng)。“層”這一概念既被理解為是優(yōu)選呈平板式構(gòu)造的襯底主體的前側(cè)和/或背側(cè)的整 面的涂層，又被理解為僅是區(qū)段式的涂層。在涂層呈區(qū)段式構(gòu)造的情況下，所述層能夠以預(yù) 定的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)的形式構(gòu)成。陶瓷前驅(qū)體聚合物的涂覆可以適當(dāng)?shù)亟柚z網(wǎng)印刷在應(yīng)用刮板、針式分配器或噴 射器噴嘴的情況下進(jìn)行。在室溫下，陶瓷前驅(qū)體聚合物以6至9個(gè)月的適用期(Tropfzeit) 而見(jiàn)長(zhǎng)。因此，連接層的涂覆利用常規(guī)技術(shù)就可輕易實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明另一有利的構(gòu)造方案，所述導(dǎo)電層在與襯底主體結(jié)合之前以預(yù)定的導(dǎo) 體線路結(jié)構(gòu)的形式存在。所述的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)可以利用沖壓(Stanzen)來(lái)制造。當(dāng)然同樣 可行的是，使用另外的方法來(lái)制造導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)，例如激光切割、噴水切割等。連接層適當(dāng) 地以在側(cè)向上超出由導(dǎo)電層所限定的覆蓋區(qū)域的方式涂覆到襯底主體上。也就是說(shuō)，連接 層適當(dāng)?shù)卦趯?dǎo)體線路的左邊和右邊預(yù)定寬度的區(qū)域中延伸。由此，反作用于漏泄電流的形成。為此目的，同樣可行的是，以陶瓷前驅(qū)體聚合物覆蓋導(dǎo)電層。根據(jù)該方法的一個(gè)變動(dòng)方案，同樣可行的是，首先借助連接層將基本上整面的導(dǎo) 電層施加到襯底主體的前側(cè)和/或背側(cè)上。然后，可以借助對(duì)所述層的掩蔽和隨后的蝕刻 來(lái)制造出預(yù)定的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)。所述陶瓷前驅(qū)體聚合物為了轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦缘男问蕉m當(dāng)?shù)丶訜岬教幱?00至 300°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選為150至250°C，保溫時(shí)間為15至300分鐘，優(yōu)選為30至60分 鐘。當(dāng)然同樣可行的是，實(shí)現(xiàn)所述陶瓷前驅(qū)體聚合物以其它方式進(jìn)行交聯(lián)。例如可以通過(guò) 添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)、利用輻射等來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述輻射優(yōu)選為紫外線(UV)輻射。由于是所述方法的另外的有利的構(gòu)造方案，所以對(duì)針對(duì)襯底所介紹的有利的構(gòu)造方案特征進(jìn)行參引。在此意義上，所述有利的構(gòu)造方案特征可以形成所述方法的構(gòu)造方案。


下面，結(jié)合附圖詳細(xì)地闡述本發(fā)明的實(shí)施例。其中圖1示出帶有接納于其上的元件的第一襯底的示意剖面圖；以及圖2示出帶有接納于其上的元件的第二襯底的示意剖面圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中，在襯底主體1上設(shè)有連接層2。所述連接層2將導(dǎo)電層3與襯底主體1 連接起來(lái)。所述導(dǎo)電層3與元件4相連接，所述導(dǎo)電層3可以是導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)。所述元件4 可以是半導(dǎo)體元件，尤其是功率半導(dǎo)體。所述元件4例如借助常規(guī)的釬焊連接而與導(dǎo)電層 3連接。連接層2是電絕緣的，優(yōu)選地由聚硅氧烷制成，利用填料對(duì)聚硅氧烷進(jìn)行填充直 至60體積％至80體積％的填充度。所述填料適當(dāng)?shù)厥蔷哂刑幱?至10 μ m范圍內(nèi)的平均 顆粒尺寸的SiC。這樣的連接層2具有大于20W/mK的出色的熱導(dǎo)率λ。襯底主體1由金屬制成，所述金屬優(yōu)選為銅合金或鋁合金。所述襯底主體1可以 按照冷卻體的類(lèi)型來(lái)制造，并且例如可以具有冷卻肋(在這里未示出)。所述連接層2由于其高熱導(dǎo)率λ而實(shí)現(xiàn)了將元件4在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量迅速 導(dǎo)出至襯底主體1上并從那里進(jìn)入環(huán)境中。包含襯底主體1、連接層2和導(dǎo)電層3的襯底也 以出色的熱導(dǎo)率而見(jiàn)長(zhǎng)。此外，所述襯底被簡(jiǎn)單且成本低地制造。圖2示出帶有接納于其上的元件4的第二襯底的示意剖面圖。這里，所述襯底主 體1在其前側(cè)和背側(cè)上設(shè)有第一連接層2a和第二連接層2b。在朝向元件4的前側(cè)，所述第 一連接層2a將第一導(dǎo)電層3a與襯底主體1連接起來(lái)。在背離元件4的背側(cè)，所述第二導(dǎo) 電層3b嵌入所述第二連接層2b中。鍍通孔用參考標(biāo)記5來(lái)標(biāo)示，鍍通孔5將第一導(dǎo)電層 3a與第二導(dǎo)電層3b連接起來(lái)。在這里，所述襯底主體1由電絕緣材料制成，例如，由氧化鋁、電絕緣塑料等制成。 圖2中所示的組件例如可以借助設(shè)置在背側(cè)的第二連接層2b與由金屬制成的冷卻體(未 示出)相連接。類(lèi)似于圖1中所示的實(shí)施例地，所述連接層2a、2b也由以熱固性形式存在 的陶瓷前驅(qū)體聚合物制成，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物用填料進(jìn)行填充。參考標(biāo)記列表
1襯底主體2.2a.2b 連接層3、3a、3b 導(dǎo)電層4 元件 5鍍通孔。
權(quán)利要求
用于接納至少一個(gè)元件(4)的襯底，所述元件(4)特別是指功率半導(dǎo)體，在所述襯底中，襯底主體(1)在至少一個(gè)前側(cè)和/或相對(duì)置的背側(cè)上設(shè)有導(dǎo)電層(3、3a、3b)，其特征在于，在所述襯底主體(1)與所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)之間設(shè)有電絕緣連接層(2、2a、2b)，所述電絕緣連接層(2、2a、2b)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的熱固性基質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，利用填料以高達(dá)80體積％的填充度對(duì)所述陶瓷 前驅(qū)體聚合物進(jìn)行填充。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述填料是由陶瓷材料形成的、具有處于 0. 5 μ m至500 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸的粉末。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，在室溫下，所述陶瓷材料的熱導(dǎo)率λ大 于10W/mK，優(yōu)選大于20W/mK。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述陶瓷材料選自以下的組BN、SiC、 Si3N4、AlN、滑石、堇青石。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物選自如下的組 聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚碳硅烷。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)由金屬或者由半 導(dǎo)體制成，所述金屬優(yōu)選為鋁或銅。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)以預(yù)定的導(dǎo)體線 路結(jié)構(gòu)的形式存在。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述襯底主體(1)由陶瓷、塑料或者塑料 復(fù)合材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的襯底，其中，所述襯底主體(1)由熱導(dǎo)率λ為至少 150ff/mK的材料制成，優(yōu)選地由陶瓷或金屬制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的襯底，其中，所述襯底主體(1)是由鋁合金或者銅合金制成 的冷卻體。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的襯底，其中，所述連接層(2、2a、2b)以在側(cè)向上超出 由所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)限定的覆蓋區(qū)域的方式延伸。
13.用于制造襯底的方法，所述襯底用于接納至少一個(gè)元件(4)，所述元件(4)特別是 指功率半導(dǎo)體，在所述方法中，導(dǎo)電層(3、3a、3b)在應(yīng)用陶瓷前驅(qū)體聚合物的情況下，與襯 底主體(1)相連接，并且隨后所述陶瓷前驅(qū)體聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦缘男问?，從而?gòu)成了將 所述層(3、3a、3b)與所述襯底主體(1)相連接的連接層(2、2a、2b)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物的涂覆借助絲網(wǎng)印刷， 在應(yīng)用模版、針式分配器或噴射器噴嘴的情況下進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14之一所述的方法，其中，所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)在與所述襯 底主體(1)相連接之前以預(yù)定的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)的形式存在。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)借助沖壓來(lái)制造。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16之一所述的方法，其中，所述連接層(2、2a、2b)以在側(cè)向上 超出由所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)限定的覆蓋區(qū)域的方式涂覆到所述襯底主體(1)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求13或14之一所述的方法，其中，預(yù)定的導(dǎo)體線路結(jié)構(gòu)借助對(duì)所述層(3、3a、3b)的掩蔽及隨后的蝕刻來(lái)制造。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18之一所述的方法，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物為了轉(zhuǎn)變?yōu)?熱固性的形式而被加熱到處于100°C至300°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選為150°C至250°C，保溫時(shí) 間為15分鐘至300分鐘，優(yōu)選為30分鐘至60分鐘。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19之一所述的方法，其中，利用填料以高達(dá)80體積％的填充度 對(duì)所述陶瓷前驅(qū)體聚合物進(jìn)行填充。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至20之一所述的方法，其中，所述填料為由陶瓷材料形成的、具有 處于0. 5 μ m至500 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸的粉末。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，在室溫下，所述陶瓷材料的熱導(dǎo)率λ大于 10W/mK，優(yōu)選大于 20W/mK。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22之一所述的方法，其中，所述陶瓷材料選自如下的組BN、 SiC、Si3N4、AlN、滑石、堇青石。
24.根據(jù)權(quán)利要求13至23之一所述的方法，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物選自如下的 組聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚碳硅烷。
25.根據(jù)權(quán)利要求13至24之一所述的方法，其中，所述導(dǎo)電層(3、3a、3b)由金屬或者 由半導(dǎo)體制成，所述金屬優(yōu)選為鋁或銅。
26.根據(jù)權(quán)利要求13至25之一所述的方法，其中，所述襯底主體(1)由陶瓷、塑料或者 塑料復(fù)合材料制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求13至25之一所述的方法，其中，所述襯底主體(1)由熱導(dǎo)率λ為至 少150W/mK的材料制成，優(yōu)選地由陶瓷或金屬制成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，將由鋁合金或者銅合金制成的冷卻體用作襯 底主體(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于接納至少一個(gè)元件的襯底及制造襯底的方法，所述元件(4)特別是指功率半導(dǎo)體，在襯底中，襯底主體(1)至少在前側(cè)和/或相對(duì)置的背側(cè)上設(shè)有導(dǎo)電層(3、3a、3b)。為了改善電導(dǎo)層(3、3a、3b)的導(dǎo)熱性而根據(jù)本發(fā)明提出在襯底主體(1)與導(dǎo)電層(3、3a、3b)之間設(shè)有電絕緣連接層(2、2a、2b)，電絕緣連接層(2、2a、2b)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的熱固性基質(zhì)。在制造襯底的方法中，導(dǎo)電層(3、3a、3b)在應(yīng)用陶瓷前驅(qū)體聚合物的情況下，與襯底主體(1)相連接，并且隨后陶瓷前驅(qū)體聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦缘男问剑瑥亩鴺?gòu)成了將層(3、3a、3b)與襯底主體(1)相連接的連接層(2、2a、2b)。
文檔編號(hào)H01L21/48GK101807557SQ20101011665
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者烏爾里?！ず諣柭? 克里斯蒂安·約布爾, 托比亞斯·非, ?？啤げ祭窢?申請(qǐng)人:賽米控電子股份有限公司