JP2012099794A5 - パワー半導体モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

キャリア材料に、印刷され且つ焼き付けられた金属層（printed and burnt-in metal layer）、好ましくは銀の被膜をあらかじめ設け、チップとリードフレームとの間と、リードフレームとキャリアとの間に、焼結可能な金属層を塗布する。この点において、焼結される金属層を２つの接合相手のうちどちらに塗布するかは重要ではない。次に、チップおよびリードフレームをキャリア材料の上に配置し、適切な温度の作用および機械的圧力の印加によって、互いに接合するチップとリードフレーム、およびリードフレームとキャリアに、永久的な機械的結合が形成される。

この基板１０２の上に、印刷され且つ焼き付けられた構造化された銀層１０８が設けられている。この銀層１０８は、本発明の焼結銀接合１１０と接触する役割を果たしている。本発明によると、パワー半導体デバイス（以下ではチップとも称する）は、第１の面１１２において焼結銀接合１１０によって第１のリードフレーム要素１０６に接合されている。基板１０２との電気的接触は、リードフレーム要素１０６の第１の面１１２とは反対側の第２の面において達成されている。本発明のこの解決策によると、リードフレーム要素１０６の２つの面１１２，１１４との接合は、１回の加圧焼結ステップにおいて形成することができる。

したがって、本発明の別の実施形態によると、図３に概略的に示した層状構造を提案する。この配置構造（特に、個別部品のマウント・相互接続技術に適している）においては、同様に、基板１０２に構造化メタライゼーション、好ましくは印刷され且つ焼き付けられた銀層を設ける。次いで、焼結銀接合１１０のすべてを１回の加圧焼結ステップにおいて同時に形成することができるように、リードフレーム要素１０６と、パワー半導体デバイス１０４と、別のリードフレーム要素１２８とを、垂直方向に積層し、焼結銀前駆体（sintered silver precursor）を間に挿入することにより、接合する。銀焼結ペーストは、リードフレーム要素１２８またはチップ１０４に塗布する、あるいは適切な場合、接合する両面に塗布する。このサンドイッチ構造は、薄膜基板１０２において特に有利に使用することができ、なぜなら、これによりチップの取り付けおよび電気的接続の両方を１回の作業ステップで達成できるためである。

Claims (19)

1. 基板（１０２）と、少なくとも１つのパワー半導体デバイス（１０４）と、少なくとも１つの第１のリードフレーム要素（１０６）とを有するパワー半導体モジュールであって、
   前記少なくとも１つの第１のリードフレーム要素（１０６）が、第１の面において前記パワー半導体デバイス（１０４）に接合されており、前記第１の面とは反対側の第２の面において前記基板（１０２）に接合されており、
   印刷され且つ焼き付けられた金属層（１０８）が、前記基板（１０２）の上に設けられており、
   前記少なくとも１つの第１のリードフレーム要素と前記パワー半導体デバイスとの間の前記接合と、前記第１のリードフレーム要素と前記基板の前記金属層との間の前記接合が、焼結金属接合（１１０）を備えている、
   パワー半導体モジュール。
2. 前記金属層は銀層である、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
3. 前記金属層は銀合金層である、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
4. 前記金属層は銅層である、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
5. 前記金属層は銅合金層である、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
6. 前記焼結金属接合（１１０）が焼結銀接合を備えている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
7. 前記基板（１０２）がセラミック基板を備えている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
8. 前記基板（１０２）が薄膜基板または厚膜基板である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
9. 少なくとも１つの第２のリードフレーム要素（１１８）であって、第１の面においてワイヤボンド接続（１１６）によって前記パワー半導体デバイス（１０４）に接続されており、前記第１の面とは反対側の第２の面において燒結金属接合によって前記基板（１０２）に接合されている、前記少なくとも１つの第２のリードフレーム要素（１１８）、
   をさらに備えている、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
10. 前記第１のリードフレーム要素（１０６）とは反対側の、前記パワー半導体デバイス（１０４）の面、に配置されている少なくとも１つの第３のリードフレーム要素（１２８）、
    をさらに備えており、
    前記第３のリードフレーム要素（１２８）と前記パワー半導体デバイス（１０４）との間の電気的接続が、焼結金属接合を備えている、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
11. 基板と、少なくとも１つのパワー半導体デバイスと、少なくとも１つの第１のリードフレーム要素とを有するパワー半導体モジュール、を製造する方法であって、
    前記第１のリードフレーム要素の第１の面の上に前記パワー半導体デバイスを位置合わせして固定するステップと、
    印刷され且つ焼き付けられた金属層を前記基板の上に設けるステップと、
    前記少なくとも１つの第１のリードフレーム要素が第１の面において前記パワー半導体デバイスに接合され、前記第１の面とは反対側の第２の面において前記基板に接合されるように、前記基板の上に前記第１のリードフレーム要素を位置合わせして固定するステップと、
    前記少なくとも１つの第１のリードフレーム要素と前記パワー半導体デバイスとの間の前記接合と、前記第１のリードフレーム要素と前記基板の前記金属層との間の前記接合が、同時に形成される焼結金属接合を備えているように、加圧焼結ステップを実行するステップと、
    を有する、方法。
12. 前記金属層は銀層である、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記金属層は銀合金層である、
    請求項１１に記載の方法。
14. 前記金属層は銅層である、
    請求項１１に記載の方法。
15. 前記金属層は銅合金層である、
    請求項１１に記載の方法。
16. 前記焼結ステップを実行する前に、
    焼結可能な金属ペーストを、前記基板、前記第１のリードフレーム要素の前記第１および前記第２の面、前記第１のリードフレーム要素に面している前記パワー半導体デバイスの前記面、のうちのいずれかまたは複数に塗布して構造化するステップ、
    を実行する、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. さらなる少なくとも１つの第２のリードフレーム要素が、燒結金属接合によって前記基板に接合され、ワイヤボンド接続によって前記パワー半導体デバイスに接続される、
    請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記焼結ステップを実行する前に、さらなる少なくとも１つの第３のリードフレーム要素が、前記第１のリードフレーム要素とは反対側の、前記パワー半導体デバイスの面、の上に位置合わせされて固定され、
    前記第３のリードフレーム要素と前記パワー半導体デバイスとの間の電気的接続が、焼結金属接合を備えている、
    請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記焼結金属接合が焼結銀接合を備えている、
    請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。