有直接銅鍵合襯底和集成無源部件的功率半導體模塊和集成功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及半導體模塊，并且更具體地涉及功率半導體模塊和集成功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]許多應用(諸如，汽車應用和工業(yè)應用)采用了功率電子電路裝置，諸如IGBT(絕緣柵極雙極型二極管)、功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)、功率二極管等。例如，常見功率電路包括單相和多相半波整流器、單相和多相全波整流器、調(diào)壓器等。集成功率模塊(IPM)包括功率電子電路裝置以及用于控制功率電子電路裝置的操作的邏輯電路裝置。在一些常規(guī)IPM中，功率裸片(芯片)附接至功率電子襯底，諸如DBC(直接鍵合(bonded)銅)、頂S (絕緣金屬襯底)或AMB (活性金屬釬焊)襯底。邏輯裸片被表面安裝至單獨存在的邏輯印刷電路板。隨后，功率電子襯底通過剛性連接器連接至該邏輯印刷電路板。在其他常規(guī)IPM中，連接機構(gòu)體積不大。然而，功率裸片通常被表面安裝至第二印刷電路板。在這兩種IPM實施方案中，都需要可觀面積以容納各部件，從而增加IPM的總體大小和成本。其他常規(guī)IPM將功率半導體模塊嵌入邏輯印刷電路板內(nèi)。雖然這種方法減少實施IPM所需要的面積，但其具有明顯更多工藝步驟并且耗費成本。因此，需要更小、更簡單且更節(jié)約成本的IPM解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)集成功率模塊的實施例，所述集成功率模塊包括功率半導體模塊，所述功率半導體模塊包括:第一功率半導體裸片，所述第一功率半導體裸片附接至絕緣襯底的金屬化側(cè)；第一隔離層，所述第一隔離層包封所述第一功率半導體裸片；以及第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層，所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層在所述第一隔離層上，并且通過延伸通過所述第一隔離層的至少多個第一導電過孔而電連接至所述第一功率半導體裸片。所述集成功率模塊進一步包括:第二隔離層，所述第二隔離層在所述功率半導體模塊之上；多個第二導電過孔，所述多個第二導電過孔延伸通過所述第二隔離層至所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層；以及第一邏輯或無源半導體裸片，所述第一邏輯或無源半導體裸片包封在所述第二隔離層之中或者在所述第二隔離層上方的隔離層之中。所述第一邏輯或無源半導體裸片至少通過所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層和所述多個第一導電過孔而電連接至所述第一功率半導體裸片，或者電連接至所述集成功率模塊內(nèi)設(shè)置的另外的半導體裸片。
[0004]根據(jù)功率半導體模塊的實施例，所述功率半導體模塊包括:直接銅鍵合(DCB)襯底，所述DCB襯底包括:陶瓷襯底；第一銅金屬化結(jié)構(gòu)，所述第一銅金屬化結(jié)構(gòu)鍵合至所述陶瓷襯底的第一主要表面上；以及第二銅金屬化結(jié)構(gòu)，所述第二銅金屬化結(jié)構(gòu)鍵合至所述陶瓷襯底的與所述第一主要表面相對的第二主要表面上。所述半導體模塊進一步包括:功率半導體裸片，所述功率半導體裸片附接所述第一銅金屬化結(jié)構(gòu)；無源部件，所述無源部件附接所述第一銅金屬化結(jié)構(gòu)，第一隔離層，所述第一隔離層包封所述功率半導體裸片和所述無源部件，第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層，所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層在所述第一隔離層上；以及多個第一導電過孔，所述多個第一導電過孔通過所述第一隔離層從所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層而延伸至所述功率半導體裸片和所述無源部件。
[0005]根據(jù)制造集成功率模塊的方法的實施例，所述方法包括:提供功率半導體模塊，所述功率半導體模塊包括:第一功率半導體裸片，所述第一功率半導體裸片附接至絕緣襯底金屬化側(cè)；第一隔離層，所述第一隔離層包封所述第一功率半導體裸片；以及第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層，所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層在所述第一隔離層上，并且通過延伸通過所述第一隔離層的至少多個第一導電過孔而電連接至所述第一功率半導體裸片；將第二隔離層形成在所述功率半導體模塊上；在所述第二隔離層之中形成多個開口 ；用多個第二導電過孔填充所述多個開口 ；以及將第一邏輯或無源半導體裸片包封在所述第二隔離層之中或者所述第二隔離層上方的隔離層之中，所述第一邏輯或無源半導體裸片至少通過所述第一結(jié)構(gòu)化的金屬化層和所述多個第一導電過孔而電連接至所述第一功率半導體裸片，或者電連接至所述集成功率模塊內(nèi)設(shè)置的另外的半導體裸片。
[0006]在閱讀以下【具體實施方式】并且查看附圖后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到附加的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0007]附圖中的元件不必相對于彼此成比例。相似附圖標記指代對應類似部分。各種所示實施例的特征可以組合，除非它們彼此排斥。實施例描繪于附圖，并且在以下【具體實施方式】中詳述。
[0008]圖1包括圖1A(透視圖)和圖1B(截面圖)，示出包括功率半導體模塊以及附接至該功率半導體模塊的嵌入層合結(jié)構(gòu)的集成功率模塊的實施例。
[0009]圖2包括圖2A至圖2G，示出制造包括功率半導體模塊以及附接至該功率半導體模塊的嵌入層合結(jié)構(gòu)的集成功率模塊的方法的實施例。
[0010]圖3示出在包括功率半導體模塊以及附接至該功率半導體模塊的嵌入層合結(jié)構(gòu)的集成功率模塊中所包含的功率電子電路的示例性示意圖。
[0011]圖4示出包括功率半導體模塊以及附接至該功率半導體模塊的嵌入層合結(jié)構(gòu)的集成功率模塊的另一個實施例的截面圖。
[0012]圖5示出包括功率半導體模塊以及附接至該功率半導體模塊的嵌入隔離結(jié)構(gòu)的集成功率模塊的又一個實施例的截面圖。
[0013]圖6示出在還包括嵌入層合結(jié)構(gòu)的集成功率模塊中所包括的功率半導體模塊的實施例的截面圖。
【具體實施方式】
[0014]根據(jù)本文所述各實施，集成功率模塊包括功率半導體模塊以及附接至該功率半導體模塊的嵌入層合結(jié)構(gòu)。該嵌入層合結(jié)構(gòu)包括形成功率電子電路的部分的邏輯和/或無源半導體裸片。功率電子電路的功率半導體裸片嵌入在功率半導體模塊中。還在本文中描述了功率半導體模塊的實施例，其中該功率半導體模塊包括:直接銅鍵合(DCB)襯底；至少一個功率半導體裸片如IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)或功率MOSEFT (金屬氧化物半導體場效應晶體管)，其附接DCB襯底的金屬化側(cè)；以及集成在功率半導體模塊內(nèi)的功率電子電路中的至少一個無源部件。
[0015]圖1包括圖1A和圖1B，示出集成功率模塊100的實施例。圖1A示出集成功率模塊100的透視圖，并且圖1B示出沿圖1A中的標記A-A’的線的集成功率模塊100的截面圖。
[0016]集成功率模塊100包括功率半導體模塊102以及附接至功率半導體模塊102的嵌入層合結(jié)構(gòu)104。功率半導體模塊102包括:至少一個功率半導體裸片106，該功率半導體裸片附接至絕緣襯底110的金屬化側(cè)108 ;隔離層112，該隔離層包封一個或多個功率半導體裸片106 ;以及結(jié)構(gòu)化的金屬化層114，該結(jié)構(gòu)化的金屬化層在隔離層112上，并且至少通過延伸通過隔離層112的導電過孔116而電連接至該一個或多個功率半導體裸片106。
[0017]絕緣襯底110的一個主側(cè)或兩個主側(cè)可金屬化。絕緣襯底110的金屬化第一側(cè)108可以包含與絕緣襯底110的金屬化第二側(cè)118相同或不同的材料。例如，絕緣襯底110可為標準DCB (直接銅鍵合)、DAB (直接鋁鍵合)、AMB (活性金屬釬焊)或IMS (絕緣金屬襯底)襯底。標準DCB襯底包括涂覆于隔離材料(諸如Al2O3陶瓷材料)的頂部和底部面積區(qū)域(area)的銅表面。標準DAB襯底包括涂覆于陶瓷材料的頂部和底部面積區(qū)域的鋁表面。標準AMB襯底包括被釬焊至隔離材料(諸如AlN陶瓷材料)的相對的側(cè)的金屬箔。標準頂S襯底包括直接連接至模塊基板的諸如聚合物的隔離材料。
[0018]—般來說，功率半導體模塊102包括形成功率電子電路的功率部件(諸如，半橋或全橋電路)的功率半導體裸片106。例如，在IGBT裸片的情況下，對應的續(xù)流二極管裸片120還附接至絕緣襯底110的金屬化側(cè)108。同樣形成功率電子電路的部分的一個或多個無源部件122 (諸如，一個或多個無源半導體裸片、負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻等)可以附接至絕緣襯底110的金屬化側(cè)108/118中的一個，并且與其相對的側(cè)118/108用于擴散熱量?？商娲兀撘粋€或多個無源部件122可設(shè)置在集成