專利名稱：半導(dǎo)體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的半導(dǎo)體系統(tǒng)，特別是功率半導(dǎo)體系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從US 6，624，216公知如下的半導(dǎo)體系統(tǒng)。在該公知的半導(dǎo)體系統(tǒng)中，在半導(dǎo)體的 設(shè)有觸點(diǎn)的上側(cè)與由箔片復(fù)合體形成的電連接裝置之間的底填充物(UnterfUllimg)由環(huán) 氧樹脂組成。尤其是在功率半導(dǎo)體系統(tǒng)中，在運(yùn)行中出現(xiàn)相對(duì)高的溫度。已知的用來進(jìn)行底填充的環(huán)氧樹脂必須大多在_40°C的溫度下保存在冷凍狀態(tài) 下。在實(shí)踐中，可以將材料最多解凍三次。否則環(huán)氧樹脂的性質(zhì)改變，特別是其本就很低的 適用期(Topfzeit)。對(duì)于加工而言，不利的是首先需要將環(huán)氧樹脂解凍。這是耗費(fèi)時(shí)間的。 迄今為止用作填充材料的環(huán)氧樹脂的另一個(gè)缺點(diǎn)在于該環(huán)氧樹脂在持續(xù)運(yùn)行中的溫度耐 受能力僅最大為170°C。此外，已知材料具有低于200°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Te。在所述玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度Te之上，所述材料的線性膨脹系數(shù)(CTE)發(fā)生躍變。這可能在生產(chǎn)底填充物之 后的方法步驟中，例如回流焊接中，導(dǎo)致不希望的損害或缺陷。最后，已知材料的熱導(dǎo)率不 是特別高，該熱導(dǎo)率一般為0. 25至0. 5W/mK。鑒于此，不適于或僅在一定條件下適于制造在 運(yùn)行中散發(fā)相對(duì)大的熱量的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，消除依照現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。尤其應(yīng)當(dāng)給出一種半導(dǎo)體系統(tǒng)，所 述半導(dǎo)體系統(tǒng)與電連接裝置的復(fù)合體具有改進(jìn)的耐久性。該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征得以解決。本發(fā)明適當(dāng)?shù)臉?gòu)造方案從權(quán)利要求2至 8的特征得出。根據(jù)本發(fā)明的措施而設(shè)置為，底填充物具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì) (Matrix) 0所提出的底填充物是電絕緣的，該底填充物具有出色的溫度耐受能力。該底填 充物可以在線性膨脹系數(shù)(CTE)方面以如下方式進(jìn)行調(diào)整，即，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體與電連接裝 置之間連接的出色耐久性。此外，所提出的陶瓷前驅(qū)體聚合物可以在室溫下保存。在此，該 陶瓷前驅(qū)體聚合物在室溫下的適用期(Tropfzeit)為數(shù)個(gè)月。在本發(fā)明的范圍中，“觸點(diǎn)”這一概念尤其被理解為設(shè)置在上側(cè)的接觸面，所述接 觸面通過絕緣機(jī)構(gòu)彼此分隔。這樣的接觸面可以構(gòu)造為平的、凸的或凹的?！安瑥?fù)合體”這 一概念被理解為由至少一個(gè)金屬箔片層和至少一個(gè)電絕緣箔片層組成的柔性的層壓體。所 述至少一個(gè)電絕緣箔片層可以具有穿孔，從而所述金屬箔片層能穿過穿孔進(jìn)行觸點(diǎn)接通。 就此而言，例如對(duì)DE 103 55 925 Al進(jìn)行參考，DE 10355 925 Al示例性地介紹了箔片復(fù) 合體。關(guān)于對(duì)箔片復(fù)合體的方面，將該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容納入本發(fā)明?！疤沾汕膀?qū)體聚合物”這一概念被理解為如下聚合物，該聚合物隨著溫度增加而首 先過渡為凝膠狀，并隨后過渡為熱固性形式。在熱固性形式下，陶瓷前驅(qū)體聚合物在持續(xù)運(yùn)行中一般具有高達(dá)300°C的溫度耐受能力。在繼續(xù)升溫的情況下，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)硅氮烷。根據(jù)有利的構(gòu)造方案，利用填料以高達(dá)80體積％、優(yōu)選為以高達(dá)50體積％的填充 度來填充陶瓷前驅(qū)體聚合物。從而尤其可以對(duì)陶瓷前驅(qū)體聚合物的流動(dòng)特性進(jìn)行調(diào)整。填料適當(dāng)?shù)厥怯商沾刹牧蠘?gòu)成的、具有處于0.5至500 μ m范圍內(nèi)平均顆粒尺寸的 粉末。提出的所述陶瓷材料很大程度上是惰性的。所述陶瓷材料的添加不導(dǎo)致不希望的化 學(xué)副反應(yīng)。所提出的平均顆粒尺寸實(shí)現(xiàn)了使用傳統(tǒng)應(yīng)用件來應(yīng)用陶瓷前驅(qū)體聚合物，傳統(tǒng) 應(yīng)用件例如是針式分配器、噴射器等。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)的是被以陶瓷材料填充的陶瓷前驅(qū)體聚合物的熱導(dǎo)率值提高到2W/mK以上 的數(shù)值。因此，所述材料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)體系統(tǒng)。陶瓷材料適當(dāng)?shù)剡x自如下的組出15比、3込隊(duì)、六11滑石、堇青石。所提出的陶瓷 材料以高熱導(dǎo)率見長。陶瓷前驅(qū)體聚合物適當(dāng)?shù)匾阅z的形式或熱固性的形式存在。各所希望的形式通 過陶瓷前驅(qū)體聚合物的交聯(lián)度來確定。交聯(lián)度例如又可以通過輸送熱能來調(diào)整。由此，陶瓷 前驅(qū)體聚合物的硬度和剛度可以適配于相應(yīng)的需要。陶瓷前驅(qū)體聚合物以所述兩種形式具 有在金屬上的高粘附力，金屬特別是指鋁或銅，這使得電連接裝置與半導(dǎo)體之間牢固結(jié)合。已被證實(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。利用所述材料尤其可以使適用期增長以及使可保存性變得容易。在室溫下保存 的話，可以實(shí)現(xiàn)6至9個(gè)月的適用期。粘度可以通過填料的類型、填料的平均顆粒尺寸以及 填充度來適配相應(yīng)的需要。根據(jù)另一構(gòu)造方案設(shè)置為，半導(dǎo)體的背離上側(cè)的底側(cè)與襯底相連接。半導(dǎo)體，特別 是功率半導(dǎo)體可以粘合在該襯底上或也可以利用裝配機(jī)構(gòu)來固定，例如利用螺釘來固定。


下面，結(jié)合附圖詳細(xì)地解釋本發(fā)明的實(shí)施例。其中，圖1示出半導(dǎo)體系統(tǒng)的示意剖面圖；以及圖2示出圖1中以“A”標(biāo)示的截段(Ausschnitt)的細(xì)節(jié)視圖。
具體實(shí)施例方式在附圖中所示的半導(dǎo)體系統(tǒng)中，在襯底1上固定有處于第一散熱板3中間連接下 的第一功率半導(dǎo)體2以及處于第二散熱板5中間連接下的第二功率半導(dǎo)體4。第一功率半 導(dǎo)體2例如可以是功率二極管，第二功率半導(dǎo)體4可以是功率晶體管。利用參考標(biāo)號(hào)6普適性地標(biāo)示電連接裝置，所述電連接裝置由箔片復(fù)合體形成。 所述箔片復(fù)合體包括第一金屬箔片7，第一金屬箔片7在電絕緣箔片8的介入下與第二金屬 箔片9層壓起來。第一金屬箔片7與在第一半導(dǎo)體元件2的上側(cè)以及在第二半導(dǎo)體元件4 的上側(cè)標(biāo)示的觸點(diǎn)10導(dǎo)電地連接。所述觸點(diǎn)10可以是接觸面。標(biāo)號(hào)11標(biāo)示了第三半導(dǎo)體，在這里是驅(qū)動(dòng)部件(Treiberbaustein)，該第三半導(dǎo) 體在這里借助呈細(xì)線材形式構(gòu)成的觸點(diǎn)10與第二金屬箔片9導(dǎo)電地連接。
第四功率半導(dǎo)體12具有觸點(diǎn)10，觸點(diǎn)10由第二金屬箔片9與接觸區(qū) (Kontaktfeld) 13之間的鍵合連接部組成，所述接觸區(qū)設(shè)置在第四功率半導(dǎo)體12的另一上 側(cè)上。當(dāng)然，其它帶有或不帶散熱板的半導(dǎo)體或者其它結(jié)構(gòu)元件也可以取代功率半導(dǎo) 體。
尤其如由圖2所示，用底填充物14來填充功率半導(dǎo)體2、4、11、12的朝向連接裝置 6的上側(cè)之間的體積V1、V2、V3、V4、V5和V6。在這里，底填充物14由陶瓷前驅(qū)體聚合物形 成，優(yōu)選地由聚硅氧烷形成，利用平均顆粒尺寸處于1至5 μ m范圍內(nèi)的SiC粉末，以20至 35%的填充度對(duì)所述陶瓷前驅(qū)體聚合物進(jìn)行填充。在這里，底填充物14以熱固性狀態(tài)存 在。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于，縱然在高達(dá)300°C的運(yùn)行溫度下，所提出的底填充物自身的性質(zhì)幾乎 無變化。反過來，所述底填充物14有利于將由功率半導(dǎo)體2、4、11和12產(chǎn)生的熱量有效地 特別是引導(dǎo)到箔片復(fù)合體6的金屬箔片7、9上并且散發(fā)出去。參考標(biāo)記列表1 襯底2 第一功率半導(dǎo)體3 第一散熱板4 第二功率半導(dǎo)體5 第二散熱板6 連接裝置7 第一金屬箔片8 絕緣箔片9 第二金屬箔片10 觸點(diǎn)11 第三功率半導(dǎo)體12 第四功率半導(dǎo)體13 接觸面14 底填充物V1-V6 體積
權(quán)利要求
半導(dǎo)體系統(tǒng)，尤其是功率半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中具備上側(cè)的半導(dǎo)體(2、4、11、12)與由箔片復(fù)合體(7、8、9)形成的電連接裝置(6)相連接，所述上側(cè)設(shè)有觸點(diǎn)(10)，其中，在所述連接裝置(6)與所述半導(dǎo)體(2、4、11、12)的所述上側(cè)之間設(shè)置有底填充物(14)，其特征在于，所述底填充物(14)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中，利用填料以高達(dá)80體積％、優(yōu)選高達(dá)50 體積％的填充度來填充所述陶瓷前驅(qū)體聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中，所述填料是由陶瓷材料構(gòu)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)利要求之一所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，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)利要求之一所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中，所述陶瓷材料選自如下的組BN、 SiC、Si3N4、AlN、滑石、堇青石。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物以凝膠狀 或熱固性的形式存在。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，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。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中，所述半導(dǎo)體(2、4、11、12)的背離 所述上側(cè)的底側(cè)與襯底(1)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體系統(tǒng)，尤其是功率半導(dǎo)體系統(tǒng)，其中具備設(shè)有觸點(diǎn)(10)的上側(cè)的半導(dǎo)體(2、4、11、12)與由箔片復(fù)合體(7、8、9)形成的電連接裝置(6)相連接，其中，在電連接裝置(6)與半導(dǎo)體(2、4、11、12)上側(cè)之間設(shè)置有底填充物(14)。為了改善底填充物的耐久性而根據(jù)本發(fā)明提出所述底填充物(14)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L23/538GK101807565SQ20101011927
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月12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