專利名稱：燒結的功率半導體基片及其制造方法
技術領域：
本發明描述一種功率半導體基片，包括一絕緣的基體和至少一個
印制導線。這種功率半導體基片至今例如已知作為AMB(活性的金屬 銅焊)、DCB (直接的銅粘結)或IMS (絕緣的金屬基片)基片。
所述至少一個印制導線用作為例如與功率半導體構件或與內部的 和/或外部的連接元件的導電連接。這種與印制導線的連接元件可以例 如借助于釬焊技術的連接或借助于壓力接觸的連接構成。
按照現有技術已知DCB基片，其包括一陶瓷的基體，常常是氧 化鋁或氮化鋁，與在其上設置的由銅膜制成的印制導線。US 4 563 383 公開了例如已知的DCB基片。
對這樣的DCB基片不利的是，由于在制造過程中引入高溫，緊 接制造過程之后或在一以后的過程步驟中，例如在構造一功率半導體 模塊的過程中基片具有一撓度。根據實驗該撓度的已知值在這里為每 單位長度約1%。按照應用目的， 一定程度的撓度是可接受的，當然 大多數應用共同的是， 一盡可能小的撓度是有利的。
本發明的目的在于，提供一種具有微小的撓度的功率半導體基片 和一種用于這樣的功率半導體基片的簡單而便宜的制造方法。
按照本發明該目的這樣達到，即借助于一種按權利要求5的方法 制造一種具有權利要求1的特征的功率半導體基片。優選的實施形式 描述于諸從屬權利要求中。
本發明的功率半導體基片的出發點是一種絕緣的面狀的基體。在 其兩主面的至少一個上設置至少一個包括一薄的粘附連接層、 一燒結 金屬層和一導電層的層序列。在這里，至少一個這樣的層序列構成一 功率半導體基片的印制導線。近似于已知的上述的基片方案在這里也
優選的是，在基體的一第一主面上設置多個這樣的層序列，使其構成各印制導線并且在一第二主面上設置一層序列并且構成一無結構化的 接觸層用于一冷卻構件。
在這方面有利的是，面狀的基體是一工業陶瓷例如氧化鋁或氮化 鋁或氮化硅。
此外有利的是，粘附連接層具有一在0.5pm與10nm之間的厚度。 優選該粘附連接層還具有一例如電鍍沉積的并指向燒結金屬層那邊的 貴金屬表面。燒結金屬層有利地具有一在5nm與50nm之間的厚度。 在這方面優選的是，燒結金屬層具有一貴金屬例如銀的多于90%的份 量。
此外優選的是，導電層構成為厚度在lOOjim與800nm之間的銅 膜并且具有一指向燒結金屬層那邊的貴金屬表面。
本發明用于制造一這樣的功率半導體基片的方法具有下列主要的 步驟
-對面狀的絕緣的基體的至少一個主面的至少一部分表面涂覆粘 附連接層；
.將一骨狀的由燒結金屬和一溶劑制成的層設置在粘附連接層的 一部分表面上或整個表面上；
將導電層設置在燒結金屬層上； 對功率基片施加壓力。
在這方面可以優選的是，借助于絲網印刷方法涂覆青狀層。在這 種情況下一方面可以達到在要求的層厚時的所需的定位精度。另一方 面可便宜地實現該方法。
通過應用一壓力機和兩沖模可以提供一對骨狀層施壓的有利的實 施形式。在這方面還優選的是，至少一個沖模構成有一在其上設置的 產生近似靜壓壓力的硅酮塾。
在這方面優選在功率半導體基片上設置一薄膜，優選一聚四氟乙
烯薄膜，并緊接著對該結合施加壓力。
該功率半導體基片和制造方法的特別優選的進一步構成列舉于實
施例的描述中。并且借助
圖1的實施例進一步說明本發明的方案。圖1示出一本發明的功率半導體基片10。而且在這里進一步說明 本發明的制造方法。功率半導體基片IO具有一成面狀構成的絕緣的基 體12。該基體12應該具有一高的電阻同時具有一低的熱阻，因此對 此特別適用一工業陶資，例如氧化鋁或氮化鋁或氮化硅。在這里氧化 鋁提供包括這些要求和一便宜的制造一特別好的綜合。
為了準備接著的燒結連接，在這里在基體12的兩主面120、 122 上優選整面地涂覆一粘附連接層20、 22、 24的薄層，其特別的制造方 法不是本發明的目標。在這里重要的是，該粘附連接層20、 22、 24 具有一在0.5jum與10jam之間優選的厚度。該粘附連接層20、 22、 24 有利地具有一至少90%的貴金屬份量。附加或可選擇地，除所述組成 外，粘附連接層20、 22、 24在遠離基體12的表面240上具有一例如 電鍍沉積的貴金屬表面。
此外優選可以將該粘附連接層20、 22、 24整面地涂覆在或待繼續 處理的主面120、122上并且在另一過程步驟中按照印制導線的以后的 形狀構造該粘附連接層20、 22、 24。
在下一過程步驟中例如借助于絲網印刷技術涂覆層厚在5pm與 50pm之間的燒結金屬層30、 32、 34。該燒結金屬層30、 32、 34在制 造過程的該時刻由一實際的燒結金屬的骨狀層和一溶劑組成。該燒結 金屬在這里構成為具有伸展在微米的數量級內的金屬片。
由于在燒結過程開始之前應從骨狀層中再次排除達至少90%的 份量的溶劑，有利的是，對基片10在一適當的時間間隔施加一在350K 與450K之間的溫度。
在下一步驟中在骨狀層上或在燒結金屬層30、 32、 34上設置導電 層40、 42、 44。在這方面在該實施例中涉及一銅膜，其已按印制導線 的以后的形狀構造。為了有效地導電，該導電層40、 42、 44具有一在 lOOjim與800jim之間的厚度。
為了很有效地構成燒結連接，導電層40、 42、 44的銅膜構成有一 指向燒結金屬層那邊的貴金屬表面440。
在將導電層40、 42、 44設置在燒結金屬層30、 32、 34上以后，在導電層40、 42、 44上導入一壓力。在這里可以有利地在施加壓力之 前，在導電層40、 42、 44與壓力裝置的沖模之間設置一薄膜、優選一 聚四氟乙烯薄膜，以便保證在施加壓力以后由此容易地脫離。
已證明有利的是采用一大于8MPa的最終壓力并同時將功率基片 IO加熱到一在350K與600K之間的溫度。
作為上述制造方法的替代方案，也可以在基體的一側面或兩側面 上整面地涂覆各一個包括粘附連接層、燒結金屬層和導電層的層序列 并且在一最后的過程步驟中按照印制導線合理的預定構造。為此濕化 學的腐蝕技術是適用的。
本發明的功率半導體基片IO的一個優點是，通過基體12和導電 層40、 42、 44的燒結連接構成一可持久保持的和在定性上很高級的連 接。由于在燒結過程的范圍內加熱優選不超過600K，功率半導體基片 10的熱造成的撓度比在按現有技術的制造方法中顯著地減小。
按照本發明的制造關于需要的材料，同樣關于一用于功率半導體 構件的一加壓燒結連接需要的設備按現有技術是相應的。因此一這樣 的功率半導體基片10的特別有利的制造是可能的，因為這是簡單而便 宜的。
權利要求
1. 功率半導體基片(10)，包括一絕緣的面狀的基體(12)、至少一個在至少一個主面(120、122)上設置的層序列，所述層序列包括一薄的粘附連接層(20、22、24)、一燒結金屬層(30、32、34)和一導電層(40、42、44)。
2. 按照權利要求l所述的功率半導體構件，其特征在于，面狀的 基體(12)是一工業陶瓷。
3. 按照權利要求2所述的功率半導體構件，其特征在于，工業陶 瓷是氧化鋁或氮化鋁或氮化硅。
4. 按照權利要求1所述的功率半導體構件，其特征在于，粘附連 接層(20、 22、 24)具有一在0.5nm與10|im之間的厚度并且具有一 指向燒結金屬層(30、 32、 34)那邊的貴金屬表面(240)，和/或燒結 金屬層(30、 32、 34)具有一在5jam與50jam之間的厚度，和/或導電 層(40、 42、 44)是一厚度在100nm與800nm之間的銅膜并且具有 一指向燒結金屬層(30、 32、 34)的貴金屬表面(440)。
5. 用于制造一按照權利要求1所述的功率半導體基片(10)的方 法，包括下列主要的步驟對面狀的絕緣的基體(12)的至少一個主面(120、 122)的至少 一部分表面涂覆粘附連接層(20、 22、 24);將一由燒結金屬和一溶劑制成的骨狀層設置在粘附連接層(20、 22、 24)的一部分表面上或整個表面上；將導電層(40、 42、 44)設置在燒結金屬層(30、 32、 34)上；對功率半導體基片(10)的導電層(40、 42、 44)施加壓力。
6. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，借助于一絲網印刷 方法涂覆所述青狀層。
7. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，借助于一壓力機和 兩沖模施加壓力，其中至少一個沖模構成有一個在其上設置的產生近 似靜壓壓力的硅酮墊。
8. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，在施加壓力時最大 的最終壓力相當于至少8MPa。
9. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，在施加壓力的過程 中將功率半導體基片(10)加熱到在350K與600K之間的溫度。
10. 按照權利要求5所述的方法，其特征在于，在施加壓力之前 用一薄膜覆蓋功率半導體基片(10)。
全文摘要
本發明描述一種功率半導體基片，包括一絕緣的面狀的基體、至少一個在至少一個主面上設置的層序列，其包括一薄的粘附連接層、一燒結金屬層和一導電層。所屬的方法具有以下主要的步驟對面狀的絕緣的基本的至少一個主面的至少一部分表面涂覆粘附連接層；將一由燒結金屬和一溶劑制成的膏狀層設置在粘附連接層的一部分表面上或整個表面上；將導電層設置在燒結金屬層上；對功率半導體基片的導電層施加壓力。
文檔編號H05K3/00GK101304017SQ20081009673
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月9日 優先權日2007年5月12日
發明者C·格布爾, H·布拉姆爾, U·赫爾曼 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司