本發(fā)明涉及功率模塊，且尤其涉及可直接粘合電子裝置和引線的功率模塊及其制造方法。

背景技術(shù)：

近來，研發(fā)環(huán)保型車輛的競爭已經(jīng)發(fā)起對改善功率模塊性能的研究和研發(fā)，所述功率模塊是環(huán)保型車輛的一個核心部分。具體地，生成大量熱的功率半導(dǎo)體模塊的冷卻效率的改善和/或其中的體積的減少對于提高用于環(huán)保型車輛的逆變器的性能是必要的。因此，已經(jīng)提出用于使用用于功率模塊的獨特的冷卻方案提高散熱效率的方法。

例如，對于雙面功率模塊，從芯片上部生成的熱穿過由諸如銅Cu和銅鉬CuMo的金屬材料制成的電極傳遞到上金屬襯底且因此發(fā)出熱量。換句話說，半導(dǎo)體裝置上的上金屬襯底使用金屬或鍍有金屬的電極(或墊片)電力/熱粘合。電極不足以作為散熱材料，從而引起熱阻增加。進(jìn)一步，不充分散熱可引起高溫操作的可靠性的微裂。具體地，電極是降低熱導(dǎo)性和/或電導(dǎo)性的因數(shù)。

該部分中公開的上述信息僅為了提高對本發(fā)明的背景技術(shù)的理解且因此其可包含不形成在該國對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)熟知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供帶有在高溫操作處高的可靠性，同時改善散熱特征的功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法。在一方面，本發(fā)明的示例性實施例涉及具有熱導(dǎo)性和/或電導(dǎo)性的功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法。在另一個示例性實施例中，功率半導(dǎo)體模塊在體積上可通過移除金屬電極(例如，墊片)來減少，及制造功率半導(dǎo)體模塊方法。

在一方面，功率半導(dǎo)體模塊可包括下襯底和可粘合到下襯底的表 面的第一電子裝置。引線框可具有具有第一側(cè)表面的引線框，所述第一側(cè)表面通過第一粘合劑粘合到所述第一電子裝置的表面，和可通過第一粘合劑粘合到引線框的第二側(cè)表面的第二電子裝置。上襯底可粘合到第二電子裝置的表面。上襯底和下襯底可為傳導(dǎo)性散熱處理襯底，絕緣體可插入所述襯底中以放熱。引線框可以上襯底和下襯底彼此鄰近以提供散熱路徑的形式安置在上襯底和下襯底之間的中心處。

第一電子裝置和第二電子裝置可不同。第一電子裝置和第二電子裝置可為功率半導(dǎo)體裝置或極性半導(dǎo)體裝置。功率半導(dǎo)體裝置可為絕緣柵晶體管(IGBT)、雙極，和功率金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)中的任何一種。極性半導(dǎo)體裝置可為二極管。

引線框可具有上側(cè)表面和鄰近上側(cè)表面的下側(cè)表面，所述上側(cè)表面裝備有第二電子裝置，所述下側(cè)表面裝備有第一電子裝置以冷卻多個側(cè)面。引線框可被部分地折屈以粘合并固定到上襯底或下襯底的內(nèi)側(cè)表面。第一電子裝置和第二電子裝置可彼此配置在并聯(lián)電路中。第一電子裝置和下襯底可通過粘合劑彼此粘合，第二電子裝置和上襯底可通過第二粘合劑彼此粘合，且第一粘合劑和第二粘合劑可為焊料。

本發(fā)明的另一個示例性實施例提供用于制造功率半導(dǎo)體模塊的方法，其可包括制備下襯底和上襯底；將第一電子裝置粘合到所述下襯底的表面，并將第二電子裝置粘合到所述上襯底的表面；且通過第一粘合劑將引線框的第一側(cè)表面粘合到所述第一電子裝置的表面，并通過所述第一粘合劑將所述引線框的第二表面粘合到所述第二電子裝置的一個側(cè)表面。該裝置的粘合可包括通過第二粘合劑將所述第一電子裝置粘合到所述下襯底；且通過所述第二粘合劑將所述第二電子裝置粘合到所述上襯底。

附圖說明

結(jié)合附圖，從下面的詳細(xì)描述中將更充分地理解本發(fā)明的上述和其它目的，特征和優(yōu)點，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的功率半導(dǎo)體模塊的示例性概念橫截面視圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出圖1所示的功率半導(dǎo)體中 的引線框組裝有下襯底的示例性透視圖；

圖3根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出英語制造功率半導(dǎo)體模塊的方法的示例性流程圖；

圖4A為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出圖3所述的上襯底或下襯底的結(jié)構(gòu)的示例性橫截面視圖；

圖4B為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出形成粘合層以用于粘合電子裝置到圖4A所示的上襯底或下襯底的概念的示例性橫截面視圖；

圖4C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出粘合電子裝置到粘合層的過程的示例性橫截面視圖；

圖4D為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出粘合到圖4C所示的電子裝置的上端表面的粘合層的過程的示例性橫截面視圖；

圖4E為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出粘合引線框到圖4D所示的粘合層的概念的示例性橫截面視圖。

具體實施方式

以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例致使本領(lǐng)域技術(shù)人員可很容易實施本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以各種不同的方式修改且不限于本描述中提供的示例性實施例。在附圖中，與本描述無關(guān)的部分將省略以便明顯地描述本發(fā)明，且在本說明書中類似的標(biāo)識號將用于描述類似的部分。

在附圖中，為了清楚起見，層和區(qū)域的厚度被夸大。在本說明書中相似的標(biāo)識號指定相似的元件。應(yīng)該理解，當(dāng)諸如層、薄膜、區(qū)域，或襯底的元件稱在另一個元件上，其可在另一個元件正上方或也可存在中間元件。

這里所用的術(shù)語僅為了描述特定實施例的目的且不旨在限制本發(fā)明。除非上下文另外清楚地規(guī)定，如這里所用的單數(shù)形式“一種/個(a/an)”、以及“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解，當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“包含”和/或“包含的”限定了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、要素、部件和/或其集合的存在或添加。如這里所用的術(shù)語“和/或”包括一個或更多關(guān)聯(lián)所列項的任一和所有 組合。

相比之下，當(dāng)元件稱在另一個元件的正上方，不存在中間元件。進(jìn)一步，在另一個元件上“整體”形成任何元件意為任何元件在另一個元件的整個表面(或前表面)上形成且任何元件不在邊緣部分上形成。

應(yīng)該理解，如這里所用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語通常包括機(jī)動車輛，如運動型多用途車(SUV)、公共車輛、卡車、各種商用車輛等客用車輛，以及各種小船、輪船等船只和飛機(jī)等等，且包括混合動力車輛，電動車輛，插電式混合動力電動車輛，氫動力車輛和其他代用燃料車輛(如源于石油之外的資源的燃料)。如這里所指的混合動力車輛是有兩種或多種功率源的車輛，例如以汽油動力和電動力為功率源的車輛。

以下將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的功率半導(dǎo)體模塊的示例性概念性橫截面視圖。參照圖1，功率半導(dǎo)體模塊100可包括下襯底120-1、可粘合到下襯底120-1的表面的第一電子裝置140、上襯底120-2、可粘合到上襯底120-2的表面的第二電子裝置160，以及可粘合到第一電子裝置140和第二電子裝置160的表面的引線框110，等等。

具體地，上襯底120-2和/或下襯底120-1可包括傳導(dǎo)性散熱處理襯底，絕緣體可插入所述襯底中以放熱。上襯底120-2和下襯底120-1可包括絕緣層121以及下銅板121-1和上銅板121-2，所述兩個銅板在陶瓷121的兩個表面上用箔為銅襯底。換句話說，絕緣層121可由陶瓷材料制成，例如，具有約96％的氧化鋁Al₂O₃的陶瓷材料。銅層的銅板121-1和121-2的厚度可設(shè)置為約300μm。

具體地，作為傳導(dǎo)性散熱襯底，定向銅粘合(DCB)襯底等可使用。DCB襯底具有良好的散熱特征。進(jìn)一步，下銅板121-1和上銅板121-2可由除銅之外的傳導(dǎo)性鋁等制成。引線框110可以彼此鄰近的上襯底120-2和下襯底120-1的形式安置在實質(zhì)中心處以形成散熱路徑。因此，路徑可在上襯底120-2和下襯底120-1之間形成。路徑可用作電極和/或散熱路徑。

具體地，引線框110的上端表面可通過粘合劑粘合到第二電子裝置 160且其中的下端表面可粘合到第一電子裝置140。換句話說，第一電子裝置140和第二電子裝置160可通過第一框粘合層151-1和第二框粘合層151-2粘合到引線框110。進(jìn)一步，第一電子裝置140和下襯底120-1可通過第一裝置粘合層130-1彼此提前粘合。進(jìn)一步，第二電子裝置160和上襯底120-2可通過第二裝置粘合層130-2彼此粘合。框粘合層151-1和151-2和/或裝置粘合層130-1和130-2可使用相同的粘合劑或不同的粘合劑。粘合劑可為焊料且可為具有不同熔點的材料。

進(jìn)一步，引線框110可部分折屈以粘合并固定到第一襯底120-1的內(nèi)側(cè)表面。進(jìn)一步，如圖1所示，引線框110可粘合到第一襯底120-1的內(nèi)側(cè)表面但可粘合并固定到第二襯底120-2的內(nèi)側(cè)表面。例如，第一電子裝置140和第二電子裝置160可包括不同的電子裝置。換句話說，第一電子裝置140和第二電子裝置160設(shè)置在單一電極襯底上且可分別在上部和下部處設(shè)置，從而減少功率半導(dǎo)體模塊100的大小。

參照圖1，第一電子裝置可為功率半導(dǎo)體裝置且第二電子裝置可為極性半導(dǎo)體裝置。功率半導(dǎo)體裝置可包括絕緣柵晶體管(IGBT)、雙極，和功率金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。具體地，功率MOSFET可執(zhí)行高電壓，高電流操作且可具有不同于一般的MOSFET的雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，極性半導(dǎo)體裝置可為二極管。二極管可包括穩(wěn)壓二極管、隧道二極管，肖特基二極管等。第一電子裝置140和第二電子裝置160可彼此配置在并聯(lián)電路中，從而最小化功率半導(dǎo)體模塊100的空間。換句話說，第一電子裝置140和第二電子裝置160可使用最小空間設(shè)置。進(jìn)一步，第一電子裝置140和/或第二電子裝置160可具有芯片形狀。

圖2為根據(jù)示例性實施例示出圖1所示的功率半導(dǎo)體中的引線框組裝有下襯底的示例性透視圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例示出用于制造功率半導(dǎo)體模塊的方法的示例性流程圖。進(jìn)一步，圖4A為示出圖3所示的上襯底120-2或下襯底120-1的結(jié)構(gòu)的示例性橫截面視圖。圖4B為示出形成粘合層130-1或130-2以用于粘合電子裝置到圖4A所示的上襯底120-2或下襯底120-1的示例性橫截面視圖。進(jìn)一步，圖4C為示出形成電子裝置140或160到圖4B所示的粘合層130-1或130-2的過程的示例性橫截面視圖。圖4D為示出形成粘合層151-1或 151-2到圖4C所示的電子裝置140或160的上端表面的過程的示例性橫截面視圖。進(jìn)一步，圖4E為示出粘合引線框110到圖4D所示的粘合層151-1或151-2的概念的示例性橫截面視圖。

參照圖3以及圖4A至圖4E，在S310處可制備如4A所示的下襯底120-1和上襯底120-2。在S320處，第一裝置粘合層130-1和第二裝置粘合層130-2可各自在如圖4B所示的下襯底120-1和上襯底120-2上形成。在S330處，第一電子裝置140和第二電子裝置160可粘合到如圖4C所示的裝置粘合層130-1和130-2。進(jìn)一步，在S340處第一框粘合層151-1和第二框粘合層151-2可各自粘合到第一電子裝置140和第二電子裝置160的表面。最后，在S350處引線框110可粘合到第一框粘合層151-1和第二框粘合層151-2。

圖4E代表性地示出引線框110可粘合到第一框粘合層151-1和第二框粘合層151-2。此外，引線框110可粘合到如圖1所示的相鄰(例如，對立)側(cè)的粘合層。本發(fā)明的示例性實施例描述第一框粘合層151-1和第二框粘合層151-2可粘合到引線框110，然而，第一框粘合層151-1和第二框粘合層151-2可在時差處粘合到引線框110。進(jìn)一步，其它過程可同時執(zhí)行或可在不同的時間執(zhí)行。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，成本節(jié)約、增加產(chǎn)量，和/或穩(wěn)定裝配可通過移除電極(例如，墊片)實現(xiàn)且可有助于產(chǎn)量的減少和/或價格的上漲。進(jìn)一步，功率半導(dǎo)體模塊的大小可通過分別在上部和下部處設(shè)置功率半導(dǎo)體和二極管減少，所述功率半導(dǎo)體和二極管通常設(shè)置在單一電極襯底上。過程簡化和/或節(jié)約成本可通過移除引線框和襯底之間的電線粘合過程實現(xiàn)。進(jìn)一步，熱阻可通過移除電極減少且可通過額外地生成穿過引線框的散熱路徑改善散熱性能。電極(例如，墊片)和電極襯底之間的分層可阻止以及相關(guān)的可靠性問題。

前述示例性實施例僅為實例以允許本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易實施本發(fā)明。因此，本發(fā)明不限于前述示例性實施例和附圖，且因此，本發(fā)明的范圍不限于前述示例性實施例。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在不背離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可進(jìn)行替換、修改和變動且替換、修改和變動也可屬于本發(fā)明的范圍。