CN116964732A - 用于半导体功率模块的金属衬底结构和制造用于半导体功率模块的金属衬底结构的方法以及半导体功率模块 - Google Patents

Abstract

一种用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)包括：具有至少一个穿透凹部(14)的金属顶层(11)，该金属顶层借助于冲压形成；以及金属底层(13)。金属衬底结构(10)进一步包括介电层(12)，该介电层与金属顶层(11)和金属底层(13)两者联接，其中，介电层(12)借助于模制形成在金属顶层(11)与金属底层(13)之间。

Description

用于半导体功率模块的金属衬底结构和制造用于半导体功率 模块的金属衬底结构的方法以及半导体功率模块

技术领域

本公开涉及一种用于半导体功率模块的金属衬底结构和一种用于半导体器件的半导体功率模块。本公开还涉及一种对应的用于金属衬底结构的制造方法。

背景技术

常规的绝缘金属衬底形成了同时具有低绝缘要求和低热阻的低功率和中等功率半导体封装技术。在文献US 6 570 099 B1中公开了一种导热衬底，其包括第一片材状绝缘体层、第二片材状绝缘体层和用作电路图案的引线框架。第一电绝缘体层21由导热树脂组合物形成并且联结至引线框架。

文献EP 1 160 861 A2公开了一种设置在电绝缘片材的顶表面上的引线框架。辐射板附接到绝缘片材的底表面。辐射板的端部部分位于绝缘体片材的外围内侧。在文献EP1909 324A1、US 6 060 150 A、JP 2008 210920A和JP 2014 090103A中描述了进一步的引线框架或封装结构。

在这方面，针对高压功率模块应用提供具有可靠功能的金属衬底是一项挑战。

发明内容

期望提供一种用于半导体功率模块的节省成本的金属衬底结构，其甚至对于高压功率模块应用也实现可靠的运作。进一步的目的是提供一种对应的用于半导体器件的半导体功率模块以及一种用于此类金属衬底结构的制造方法。

这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。

根据实施例，一种用于半导体功率模块的金属衬底结构包括金属顶层，该金属顶层具有至少一个穿透凹部。金属衬底结构进一步包括金属底层和介电层，该介电层与金属顶层和金属底层两者联接，并且该介电层借助于模制形成在金属顶层与金属底层之间。介电层被模制为使得其延伸到至少一个穿透凹部中并在至少一个穿透凹部中形成沟槽和/或形成穿过所述至少一个穿透凹部、突出到金属顶层的外表面之上的屏障。

例如，通过使用所描述的模制的金属衬底结构，半导体功率模块是可行的，其即使对于在0.5kV直至10.0kV的电压范围内的高压功率模块应用也实现可靠的运作。所描述的金属衬底结构呈现了包括预定的敷金属(metallization)结构和模制绝缘层的功率模块绝缘金属衬底。

敷金属由金属顶层形成，该金属顶层可以是包括铜和/或铝的膜和/或片材。这也可以应用于可形成为铜和/或铝板的金属底层。例如，包括凹部的金属顶层例如借助于冲压而形成。在以下描述中，金属衬底结构主要是关于冲压和模制的金属衬底来描述的，且因此可以缩写形式“SMMS”来描述。然而，也存在用于制造顶部敷金属的替代方案。替代性地或附加地，例如，借助于对所提供的金属片材进行蚀刻和/或激光切割使金属顶层形成有预定结构。

所述至少一个凹部可以实现穿过形成金属顶层的敷金属的连贯金属片的开口。替代性地，例如，所述至少一个凹部在两个单独的金属路径之间形成凹槽或自由体积。金属顶层还可以包括多个凹部和/或凹槽以形成预定的金属图案，以在SMMS的顶部上制备期望的敷金属。

其间的绝缘层由模制介电层实现。根据SMMS的实施例，介电层是环氧树脂和/或陶瓷基介电。例如，模制介电层包括具有陶瓷填充材料的树脂基介电材料，例如环氧树脂、Al2O3、AlN、BN、Si3N4或SiO2。例如，介电层是具有填料的环氧树脂。介电层也可以基于适合于传递模制、注射模制或压缩模制的其他材料，诸如双马来酰亚胺、氰酸酯、聚酰亚胺和/或硅树脂。替代性地或附加地，介电层可以包括陶瓷材料和/或湿定型材料或上述组分中的两种或更多种组分的材料组合。

结合本公开认识到，常规的绝缘金属衬底实现了同时具有低绝缘要求和低热阻的低功率和中等功率半导体封装技术。然而，那些绝缘金属衬底通常包括不适合高压功率模块应用的介电片材材料。一方面，目前可用的介电材料的绝缘能力是相对小的，从而导致所需的绝缘层是相对厚的。另一方面，介电材料的热导率并未高到足以补偿厚绝缘层，从而抑制了热效率高压功率模块的设计和开发。

此外，常规的绝缘金属衬底通常用预浸片材制造，并且在绝缘层的顶部和底部上具有两个金属板。通常，Cu被用在顶侧上，或者Cu用作底板。敷金属片材或板通过层叠工艺结合到绝缘层。然后，衬底顶侧的所需的敷金属结构通过掩模和蚀刻工艺的后续步骤来完成，以局部去除导电Cu金属，从而产生最终的敷金属结构。此类制造需要大量的精力和成本，并且绝缘层的最大厚度由预浸工艺限定。通常，绝缘层具有100μm的厚度，并且具有均匀的填料分布。实现更厚的绝缘片材需要堆叠在一起的多个预浸层。

根据所描述的SMMS和模制介电层，绝缘物可以被制成为相对于从金属底层朝向金属顶层的堆叠方向具有50μm直至1mm的厚度。因此，SMMS可以节省成本且省力的方式生产，并且仍然实现有益的绝缘能力以及热导率。相对厚的介电层对促成足够的绝缘能力有用。模制介电的厚度仍然允许实现有益的热导率，并且可以进行制造而不管当今的绝缘预浸材料的厚度限制如何。

此外，通过使用所描述的SMMS，例如，不需要厚且昂贵的AlN陶瓷层来安全地隔离高压并将热量传递到半导体器件的冷却器。另外，SMMS实现了介电层以及联接的顶层和金属底层的有益的CTE匹配，其中，CTE代表热膨胀系数。此外，就预定厚度的可重复性和样品间的变化而言，可以使SMMS的介电层的模制比常规的掩模和蚀刻更加准确。利用模制介电层的环氧树脂基材料，在热导率和绝缘能力方面的改进是可行的，并且可以实现必要的材料厚度的减小和/或热阻的减小，这两者可以促成具有热益处的半导体功率模块。例如，CTE的调节和热导率的改进可以通过使用具有填料的树脂来控制。

例如，所述至少一个凹部由金属顶层的边缘限定，并且介电层被模制为使得其覆盖这些边缘中的至少一个。由于电场集中最高，此类边缘通常形成局部放电的关键区域。借助于将介电层模制在金属顶层与金属底层之间并模制到所述一个或多个凹部中，此类关键区域可以被模制介电层的介电材料覆盖。因此，SMMS可以通过缓和电场集中来促成半导体功率模块的安全且可靠的运作。SMMS的关键区域已经嵌入最终的介电层介质中，从而无需附加的绝缘介质应用就实现了对原始衬底的局部放电测试。

介电层被模制为使得其在至少一个凹部中形成沟槽。替代性地或附加地，在另一个凹部中，介电层可以被模制为使得其形成延伸穿过凹部、突出到金属顶层的外表面之上的屏障。此类屏障可以在介电层的模制期间简单地形成，并且可以促成增加包括SMMS的半导体功率模块的爬电距离。因此，屏障可以形成被配置成改进爬电行为的突出部分或肋。爬电距离表示金属顶层的两个导电对象之间沿着非导电表面的最短距离。

根据金属衬底结构的进一步实施例，金属顶层和/或金属底层是预弯的。SMMS的此类配置对于某些应用可以是有用的。被模制在金属顶层与金属底层之间的介电层也将在对应的弯曲侧处形成为弓形的或弯曲的。

根据金属衬底结构的进一步实施例，金属顶层包括突出区域，该突出区域相对于从金属底层朝向金属顶部的堆叠方向具有大于金属顶层的相邻区域的厚度的厚度。金属顶层也可以包括两个或更多个突出区域。金属顶层的厚度可以具有100μm直至500μm或直至2000μm的值。更薄的金属顶层将促成更低的成本。更厚的金属顶层将促成有益的热耗散。例如，如果金属顶层包括突出区域，则此类区域可以突出高达对应的半导体功率模块的高度，并且可以具有20mm的厚度(如果应用需要的话)。

此外，存在可行的对SMMS的进一步几何和材料限制。例如，金属顶层、介电层和金属底层可以包括矩形或正方形形状，并且根据SMMS的所描述的结构，其可以甚至被制造为沿x和/或y方向具有100mm、120mm或140mm的相对大的边长。在这方面，x和y方向将对应于主平面范围，并且堆叠方向将代表z方向。替代性地，SMMS还可以被制造为具有34mm或20mm乘以30mm的较小边长。

实现金属顶层的在SMMS顶侧上的敷金属可以包括Cu和/或Al。实现金属底层的在SMMS底侧上的敷金属也可以包括Cu和/或Al。存在可行的不同的顶侧敷金属焊盘厚度，例如用于USW焊接。此外，SMMS可以包括预弯成弓(pre-bowed)的背侧敷金属。

例如，介电层的厚度被提供为可通过模制工艺控制在50μm直至1000μm的值范围内。附加地，可以借助于模制介电层材料在顶侧敷金属焊盘之间形成沟渠或肋。介电层可以在单个压缩模制步骤中被压缩模制为最终的金属衬底结构，并且不需要附加的掩模、蚀刻和清洁步骤。这使得能够增加半导体功率模块设计的自由度。此外，所描述的SMMS允许降低衬底成本并潜在地在芯片组装之前测试良率关键参数(yield critical parameters)(例如，局部放电)。

根据实施例，一种用于半导体器件的半导体功率模块包括：所描述的金属衬底结构的实施例；以及电子器件，其与金属衬底结构的金属顶层联接。半导体功率模块可以进一步包括与金属衬底结构的金属底层联接的散热器，以在半导体功率模块的操作期间耗散热量。因此，半导体功率模块可以包括单独的散热器。替代性地或附加地，金属衬底结构的金属底层本身可以充当散热器，并且可以被配置成包括肋或突出部，例如以提供有益的热耗散。金属底层可以进一步充当半导体功率模块的基板。

此外，半导体功率模块可以包括前述金属衬底结构的两个或更多个实施例。电子器件可以包括芯片、集成电路和/或其他器件分立器件。

根据实施例，一种制造用于半导体功率模块的金属衬底结构的实施例的方法包括提供具有至少一个穿透凹部的金属顶层，例如，这可借助于冲压、蚀刻和/或切割来完成。该方法进一步包括提供金属底层、以及提供具有预定的材料性质的可泵送物质。可泵送物质是待形成的介电层的粘性原始材料。因此，根据实施例，可泵送物质是环氧树脂和/或陶瓷基液体。替代性地或附加地，原始材料可包括无机填料，以相对于金属顶层和/或金属底层获得改进的热导率和/或CTE调节。

该方法进一步包括：将金属顶层和金属底层相对于彼此对齐并且其间具有预定距离。该距离将基本上预先确定介电层的以后的厚度。例如，对齐可以通过将金属顶层放置到离型膜或衬垫或另一个固定物(例如，在模制工具的模具槽中)上而实现。例如，这使得能够相对于金属底层精确地定位金属顶层的所提供的敷金属结构，并且如果金属顶层由于不同的操作电位而包括单独的金属焊盘则可能是有用的。

该方法进一步包括：将所提供的物质引入对齐的金属顶层与金属底层之间，并因此形成与金属顶层和金属底层两者联接的模制介电层。例如，模制可以通过压缩模制、传递模制和/或注射模制来完成。如果使用离型膜进行对齐，则之后可以将该离型膜从敷金属的顶表面移除。

引入所提供的物质的步骤包括：在所述至少一个凹部处提供具有预定的边界轮廓的空腔；以及将所提供的物质引入所提供的空腔中，并因此形成具有在所述至少一个凹部中延伸的沟槽或屏障的模制介电层。空腔形成在模制工具与金属顶层之间并预先确定沟槽或屏障的以后的轮廓。如果金属顶层中存在两个或更多个凹部，则可以在一个凹部中形成沟槽，并且可以在另一个凹部中形成屏障。替代性地，也可以形成两个沟槽或两个屏障。

由于所描述的半导体功率模块和所描述的制造方法包括或涉及生产冲压和模制的金属衬底结构的实施例，因此还公开了关于半导体功率模块及其制造方法的SMMS的所描述的特征和特性，且反之亦然。

SMMS实现了能在0.5kV直至10.0kV绝缘能力的范围内操作的半导体功率模块的特定衬底设计概念。所描述的SMMS还可以在低压或中压范围内使用。所描述的SMMS可以基于冲压、蚀刻和/或切割工艺，其中，在顶部敷金属到介电层上的组装工艺之前实现衬底顶侧敷金属结构。将金属顶层与金属底层连接的组装步骤是模制，其可以通过注射模制、传递模制和/或压缩模制来完成。介电层的模制和形成将直接产生功能性绝缘金属衬底，而不需要任何附加的掩模和蚀刻工艺。

金属顶层的敷金属结构可以简单地通过机械冲压工艺而不是耗时的化学掩模、蚀刻和清洁步骤来实现。冲压工艺可以实现包括在对应的制造方法中的步骤。替代性地，在不同位置处和/或在不同时间完成冲压工艺，并且冲压的金属顶层设置有凹部结构。另外，由于模制介电层的工艺，将出现最高电场集中的区域可以直接用介电模制材料覆盖。

冲压和压缩模制的金属衬底结构可以实现至少以下优点中的至少一个：

·与常规的制造工艺相比，需要更少的生产步骤，从而导致生产成本降低，

·金属废料更少，可以重复使用冲压残留物，

·与常规的掩模/蚀刻工艺相比，冲压工艺更便宜，

·由于进行冲压而不是蚀刻，样品间的变化更小，

·衬底设计的自由度更高：

o与使用预浸IMS技术的100μm至200μm的常规限制相比，可以容易地改变绝缘介电层的厚度，既可以更薄又可以更厚，

o敷金属的厚度可以更厚(由于蚀刻工艺而无限制)，

o在一个衬底内可能进行敷金属的局部厚度变化，

o由于与蚀刻相比利用冲压进行的顶部敷金属边缘几何控制更高，可以在衬底顶侧上的不同电位之间实现更薄且更可重复的绝缘距离，

·局部放电的关键区域(最高电场集中)已经在最终的介电介质中，从而无需附加的绝缘介质应用就实现了对原始衬底的局部放电测试，

·爬电距离可以直接在模具内通过模具材料的沟槽和/或屏障来实现或至少扩大，

·不需要胶水来将预浸料附接到敷金属，否则将降低敷金属与介电层之间的热导率，

·在压缩模制步骤之前有可能进行对晶粒或端子连接件的潜在预组装，

·潜在地使用预弯成弓的背侧板，这是通过常规的层叠工艺所无法实现的。

在金属顶层与金属底层之间形成介电层的模制工艺可以容易地通过敷金属图案边缘上的溢出和模具飞边来检测。此类模制的环氧树脂基介电层进一步包括与常规的金属衬底不同的材料。

因此，本公开包括几个方面，其中，关于方面之一描述的每个特征也在本文中关于另一方面公开，即使在特定方面的上下文中没有明确提及相应的特征。

附图说明

下文中借助示意图和附图标记解释示例性实施例。附图示出了：

图1示出了半导体功率模块的实施例；

图2至图5示出了用于半导体功率模块的金属衬底结构的实施例；

图6示出了用于金属衬底结构的实施例的制造工艺；以及

图7示出了制造金属衬底结构的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

包括附图以提供进一步的理解。将理解，附图中所示的实施例是图示性的表示并且不一定按比例绘制。相同的附图标记表示具有相同功能的元件或部件。只要在不同附图中元件或部件在其功能方面彼此对应，就不再针对以下每个附图重复其描述。为清楚起见，元件可能不会在所有图中与对应的参考符号一起出现。

图1图示了用于半导体器件的半导体功率模块1的实施例的侧视图。半导体功率模块1包括金属衬底结构10、与金属衬底结构10联接的电子器件2、以及也与金属衬底结构10联接的散热器3。关于所图示的堆叠方向A，电子器件2与冲压的金属顶层11联接，并且散热器3与金属衬底结构10的金属底层13联接。金属衬底结构10进一步包括形成于金属顶层11与金属底层13之间的模制介电层12。由于冲压和模制的元件，金属衬底结构10可以缩写形式“SMMS”来描述。

金属顶层11和金属底层13两者都由诸如铜和/或铝之类的金属组成或至少包括诸如铜和/或铝之类的金属。可以代替地使用替代性的导热和/或导电材料或材料组合。例如，介电层12是具有填料的环氧树脂。填料可以是类似陶瓷的或由其他无机填料实现。替代性地或附加地，介电层12包括陶瓷基绝缘层，诸如Al2O3、AlN、BN、Si3N4、SiO2。介电层12也可以基于适合于传递模制和压缩模制的其他材料，诸如双马来酰亚胺、氰酸酯、聚酰亚胺和硅树脂，或者甚至可以基于陶瓷材料，诸如湿定型材料。因此，SMMS10实现了绝缘金属衬底，该绝缘金属衬底具有结构化的冲压的顶侧敷金属、金属背侧板和介于其间的模制的介电绝缘层。金属顶层11的焊盘经由引线4连接到电子器件2的部件。

所图示的半导体功率模块1可以实现凝胶填充的功率模块，其中，电子器件2或者SMMS10的甚至整个顶侧或甚至更多被嵌入环氧树脂和/或凝胶封装中。例如，此类封装可以在制造SMMS10之后借助于模制来完成。

图2至图5以示意性侧视图示出了SMMS10的实施例。在图2中，图示了包括冲压的金属顶层11的金属衬底结构10，该金属顶层包括两个穿透凹部14，这两个穿透凹部是以预定方式通过介电层12的模制来填充的。介电层12被模制为使得其延伸到凹部14中，其中，存在形成于一个凹部14中的介电沟槽15并且存在形成于另一凹部14中的介电屏障16。屏障16延伸穿过对应凹部14并突出到金属顶层11的外表面111之上。屏障16的突出部可以被称为肋。

沟槽15和屏障16在一个模制工艺中与介电层12一体地形成，并且覆盖金属顶层11的限制对应凹部14的边缘17。边缘17通常是对应于最高电场集中的局部放电的关键区域(见图3和其中图示的闪电符号)。根据SMMS10，这些区域已经被介电层12的最终介质覆盖。此外，无需附加的绝缘介质就实现了对原始衬底的局部放电测试。因此，最高电场集中已经嵌入介电层12的材料内。另外，通过形成沟槽15和/或屏障16，可以直接增加模制工具内的爬电距离。

SMMS10的几个层11、12和13包括相对于堆叠方向A的相应的厚度D1、D2和D3。敷金属金属顶层11可以包括在100μm至500μm或甚至直至2000μm(如果期望增强热耗散)的值范围内的厚度D1。此外，金属顶层11也可以包括不同的厚度(见图4)。例如，金属顶层11包括厚度为500μm的突出区域18，其中，金属顶层11的更薄的相邻区域包括100μm的厚度。

介电层12的厚度D2可以具有在50μm直至1000μm的范围内的值，由于金属顶层11与金属底层13之间的给定距离，在将介电模制于其间之前，该厚度可以简单地被预先确定。

金属底层13的厚度D3可以具有预定值，以便实现朝向半导体功率模块1的散热器3的可靠的热耗散。例如，金属底层13实现了SMMS10的基板，并且可以具有从0.5mm到5.0mm的厚度D3。

此外，相对于侧向方向B，由于给定的冲压工具和对应的突出部(这些突出部形成凹部14的边缘17和相应尺寸)，可以预先确定凹部14的宽度及因此沟槽15和/或屏障16的最大宽度。例如，沟槽15或者凹部14内部的沟渠的宽度或厚度可以具有0.1至0.9乘以限制对应凹部14的相对边缘17之间的距离的相对值，其对应于金属顶层11的两个相邻金属焊盘之间的距离。沟槽15的深度可以等于金属顶层11的厚度D1。替代性地，沟槽15的深度可以甚至更大并且附加地部分地包括介电层12的厚度D2。

例如，屏障16或者凹部14内部的肋的宽度或厚度可以具有0.1至1.0乘以限制对应凹部14的相对边缘17之间的距离的相对值。在金属顶层11的敷金属焊盘之间也可以存在一个或几个沟槽/沟渠和/或屏障/肋。例如，屏障16的肋具有0.1mm至5.0mm的高度。类似地，例如，沟槽15的深度可以具有0.1mm至5.0mm的值。肋和/或沟槽15可以包括矩形、半球形或三角形形状。替代性地或附加地，金属顶层11的顶部敷金属焊盘的边缘区域可以具体地用介电层12的材料包覆模制。

根据进一步实施例，SMMS10可以通过提供预弯的金属顶层11和/或金属底层13而形成为弯曲的(见图5)。由于模制，介电层12采取金属顶层11与金属底层13之间的给定自由体积的形式。

图6图示了用以生产SMMS10的实施例的三种制造状态。对应的制造方法的步骤可以遵循如图7中所示的流程图。在步骤S1中，提供原始片材19以形成以后的金属顶层11。此外，可以提供金属底层13以及具有预定的材料性质的可泵送物质，该可泵送物质实现了液体或粘性原始材料以形成以后的介电层12。

在步骤S2中，例如，使用具有准备形成凹部14和突出区域18的具有突出的冲压工具对原始片材进行冲压。替代性地或附加地，也可以在此类冲压工艺中冲压出单独的金属焊盘。

在步骤S3中，将冲压的金属顶层11和所提供的金属底层13相对于彼此对齐并且其间具有预定距离。这可以通过使用离型膜来完成，例如，其中，金属顶层11的所提供的敷金属结构被组装到离型膜上。之后，可以将此类金属顶层离型膜单元相对于所提供的金属底层13定位，例如，其中，金属顶层11面向金属底层13。

在步骤S4中，将所提供的模制物质引入到对齐的金属顶层11与金属底层13之间的自由体积中，并因此继续进行介电层12的模制。介电层12的形成可以通过注射模制、传递模制和/或压缩模制来完成，并且可以包括形成在对应凹部14中延伸或延伸穿过该对应凹部14的一个或多个沟槽15和/或屏障16。例如，这通过提供由模制工具和金属顶层11限制在凹部14的区域中的相应空腔来完成。然后，将所提供的物质引入到此类空腔中以形成沟渠、沟槽15、屏障16和/或肋。

因此，用于半导体功率模块1的金属衬底结构10的实施例可以被制造成由实现金属顶层11的冲压的金属板顶侧、实现介电层12的环氧树脂基绝缘物、以及实现金属底层13的金属板底侧组成。金属顶层11至少包括一个凹部14和包括几个焊盘的顶侧敷金属。此类金属焊盘之间的空间可以用介电层12的介电材料填充。空间填充用介电材料是与在顶部敷金属与底部敷金属之间的介电层12的介电材料相同的绝缘材料。根据实施例，介电层12可以被模制和结构化为具有凸块或沟渠。金属衬底结构10的制造可以在单个步骤中通过将冲压的顶部敷金属模制到底部金属板上生产，而不需要任何附加的掩模和蚀刻工艺。

因此，半导体功率模块1的设计可以包括以下各者中的一者或多者：

·绝缘衬底：

o一个大的SMMS10沿侧向方向B(对应于x和/或y方向)的边长高达100mm、120mm或140mm，

o介电模具材料在顶侧上具有集成电路敷金属，

o金属板具有由填充有无机材料的树脂制成的绝缘材料和电路敷金属，

·芯片，其通过扩散钎焊、烧结或其他合适的联结方法(比如，胶合)联结到SMMS10，

·主端子，其通过钎焊、超声波焊接或其他合适的联结方法联结到SMMS10，

·辅助端子，其通过钎焊、超声波焊接、引线键合或其他合适的联结方法联结到SMMS10，

·背侧敷金属：

o SMMS10的金属底层13由铜、铝或对应的合金或复合材料制成，

o SMMS10的金属底层13具有平坦的背侧或预弯成弓的背侧，

与常规的衬底设计相比，用于中压到高压状态(例如，0.5kV至10.0kV绝缘能力)的所描述的SMMS10和半导体功率模块1的实现引起了几项潜在的产品改进，该SMMS和该半导体功率模块具有基于压缩模制到介电层12和金属背侧板上(所有这些都在一个步骤中进行)的冲压的顶部敷金属的衬底。附加地，关于上文提到的特征，尤其实现了以下优点：

·基于电压等级和应用来优化绝缘介电层12的厚度D2，

·由于压缩模制材料的CTE(热膨胀系数)可以根据金属顶层11和/或金属底层13的Cu/Al进行调节，因此半导体功率模块1具有增加的功率循环能力，从而降低了CTE失配，

·与包括例如昂贵的AIN层的常规设计相比，通过薄介电层12，SMMS10可以以节省成本且更大的尺寸实现，并且需要更少的生产步骤，这些在均匀质量方面具有挑战性，

·通过在压缩模制步骤之前对晶粒和/或端子进行潜在的预组装，可以“单独地”或至少在作为整个功率模块的较小组件中对芯片和芯片组件进行预测试和拣选，

·利用介电层12的环氧树脂材料内的最高电场集中，可以在晶粒被附接之前在局部放电方面对SMMS10进行预测试，而无需任何特殊环境(诸如，CO2)，并且将与半导体功率模块1的最终的局部放电测试相当(考虑到常规设计，在“模拟”未来硅凝胶的6巴CO2环境中在衬底水平上测量局部放电)。

如所陈述的图1至图7中所示的实施例代表改进的金属衬底结构10、半导体功率模块1及其制造方法的示例性实施例；因此，它们并不构成所有实施例的完整清单。例如，实际布置和方法可能在金属衬底结构和功率模块方面与所示的实施例不同。

附图标记

1 半导体功率模块

2 电子器件

3 散热器

4 引线

10 金属衬底

11 金属衬底的金属顶层

111 金属顶层的外表面

12 金属衬底的介电层

13 金属衬底的金属底层

14 冲压的凹部

15 模制的沟槽

16 模制的屏障

17 金属顶层边缘

18 金属顶层的突出区域

19 原始片材

A 堆叠方向

B 侧向方向

D1 金属顶层的厚度

D2 介电层的厚度

D3 金属底层的厚度

S(i)用于制造用于半导体功率模块的金属衬底结构的方法的步骤

Claims (10)

1.一种用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)，所述金属衬底结构包括：

-金属顶层(11)，具有至少一个穿透凹部(14)，

-金属底层(13)，以及

-介电层(12)，其与所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)两者联接，并且借助于模制形成在所述金属顶层(11)与所述金属底层(13)之间，

其中，所述介电层(12)被模制为使得其延伸到至少一个穿透凹部(14)中，其特征在于，所述介电层(12)被模制为使得其在至少一个穿透凹部(14)中形成沟槽(15)和/或形成延伸穿过所述至少一个穿透凹部(14)、突出到所述金属顶层(11)的外表面(111)之上的屏障(16)。

2.根据权利要求1所述的金属衬底结构(10)，其中，包括所述至少一个穿透凹部(14)的所述金属顶层(11)借助于冲压形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述介电层(12)是环氧树脂和/或陶瓷基介电。

4.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述至少一个穿透凹部(14)由所述金属顶层(11)的边缘(17)限定，并且所述介电层(12)被模制为使得其覆盖所述边缘(17)中的至少一个。

5.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)中的至少一个是预弯的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述介电层(12)被模制为使得其相对于从所述金属底层(13)朝向所述金属顶层(11)的堆叠方向(A)具有50μm直至1000μm的厚度(D2)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，其中，所述金属顶层(11)包括突出区域(18)，所述突出区域相对于从所述金属底层(13)朝向所述金属顶层(11)的堆叠方向(A)具有大于所述金属顶层(11)的相邻区域的厚度(D1)的厚度。

8.一种用于半导体器件的半导体功率模块(1)，所述半导体功率模块包括：

-根据前述权利要求中任一项所述的金属衬底结构(10)，以及

-电子器件(2)，其与所述金属衬底结构(10)的所述金属顶层(11)联接。

9.一种制造根据权利要求1至7中任一项所述的用于半导体功率模块的金属衬底结构(10)的方法，所述方法包括：

-提供具有至少一个穿透凹部(14)的金属顶层(11)，

-提供金属底层(13)，

-提供可泵送物质，

-将所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)相对于彼此对齐并且其间具有预定距离，以及

-将所提供的物质引入所对齐的金属顶层(11)与金属底层(13)之间，并因此形成与所述金属顶层(11)和所述金属底层(13)两者联接的模制介电层(12)，其中，引入所提供的物质的步骤包括：

在所述至少一个穿透凹部(14)处提供具有预定的边界轮廓的空腔，其特征在于，将所提供的物质引入所提供的空腔中，并形成具有在所述至少一个穿透凹部(14)中延伸的沟槽(15)或屏障(16)的所述模制介电层(12)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，具有至少一个穿透凹部(14)的所述金属顶层(11)借助于冲压提供。