RU2458431C2 - Module of semiconductor element and method of its manufacturing - Google Patents
Module of semiconductor element and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2458431C2 RU2458431C2 RU2010137970/28A RU2010137970A RU2458431C2 RU 2458431 C2 RU2458431 C2 RU 2458431C2 RU 2010137970/28 A RU2010137970/28 A RU 2010137970/28A RU 2010137970 A RU2010137970 A RU 2010137970A RU 2458431 C2 RU2458431 C2 RU 2458431C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulating substrate
- semiconductor element
- interconnects
- bonding
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к модулю полупроводникового элемента и способу его изготовления и является подходящим для полупроводникового элемента, имеющего высокую выходную мощность, такого как, например, силовой транзистор.The invention relates to a module of a semiconductor element and a method for its manufacture and is suitable for a semiconductor element having a high output power, such as, for example, a power transistor.
Уровень техникиState of the art
Силовые полупроводниковые элементы, имеющие значительную выходную мощность, но формирующие большие величины тепла, такие как биполярные транзисторы с изолированным затвором (в дальнейшем в этом документе, называемые IGBT), должны охлаждаться, чтобы обеспечивать надежность и срок службы для своих функций. В последние годы, использование таких силовых полупроводниковых элементов расширено, поскольку они применены при управлении электродвигателями электрических автомобилей и т.д. Следовательно, помимо повышения выходной мощности, требуется повышение надежности, увеличение срока службы и т.п.Power semiconductor elements that have significant power output but generate large amounts of heat, such as insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBTs), must be cooled in order to ensure reliability and service life for their functions. In recent years, the use of such power semiconductor elements has been expanded since they are used in the control of electric motors of electric cars, etc. Therefore, in addition to increasing the output power, an increase in reliability, an increase in the service life, etc. are required.
Патентный документ 1. Публикация заявки на патент (Япония) номер Hei 6-188363.
Патентный документ 2. Брошюра публикации международной заявки на патент номер 98/43301.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Проблемы, которые должны быть разрешены изобретениемProblems to be Solved by the Invention
Предусмотрена модульная структура силового полупроводникового элемента, например, в которой элемент монтируется прямо или косвенно на подложке, изготовленной из металла, которая имеет превосходное тепловое излучение, и проводные соединения с внешними контактными выводами формируются отдельно друг от друга посредством проводного связывания (патентный документ 1). Поскольку эта структура является открытой на стороне верхней поверхности элемента, структура имеет проблему неспособности достижения достаточной эффективности охлаждения. Помимо этого, способ формирования проводных соединений с внешними контактными выводами отдельно друг от друга посредством проводного связывания требует сложных и трудных процессов, а также большого числа процессов. Следовательно, имеется также проблема высоких производственных затрат.A modular structure of a power semiconductor element is provided, for example, in which the element is mounted directly or indirectly on a substrate made of metal that has excellent thermal radiation, and wire connections to external contact terminals are formed separately from each other by wire bonding (Patent Document 1). Since this structure is open on the side of the upper surface of the element, the structure has the problem of being unable to achieve sufficient cooling efficiency. In addition, the method of forming wire connections with external contact pins separately from each other by wire bonding requires complex and difficult processes, as well as a large number of processes. Therefore, there is also the problem of high production costs.
Между тем, также существует модульная структура, в которой сверху и снизу силового полупроводникового элемента размещаются подложки, изготовленные из металла, который имеет превосходное тепловое излучение, допуская высвобождение тепла с верхней и нижней поверхностей элемента (патентный документ 2). В этой структуре, тем не менее, электрическое соединение устанавливается не посредством связывания, а посредством приведения металлических подложек в прижимной контакт с элементом, чтобы ослаблять нагрузки, вызываемые посредством теплообразования. Поэтому электрическое соединение металлических подложек с элементом является недостаточным, что затрудняет применение модульной структуры к элементам с высокой выходной мощностью. Кроме того, термическое соединение металлических подложек с элементом также является недостаточным (условие удельной теплопроводности между различными элементами, связанными между собой, задано в данном документе как термическое соединение). Соответственно, имеется проблема неспособности достижения ожидаемой эффективности теплового излучения.Meanwhile, there is also a modular structure in which substrates made of a metal that has excellent thermal radiation are placed on top and bottom of the power semiconductor element, allowing heat to be released from the upper and lower surfaces of the element (Patent Document 2). In this structure, however, the electrical connection is not established by bonding, but by bringing the metal substrates into pressure contact with the element in order to weaken the loads caused by heat generation. Therefore, the electrical connection of the metal substrates with the element is insufficient, which makes it difficult to apply a modular structure to elements with high output power. In addition, the thermal connection of metal substrates with the element is also insufficient (the condition for the specific thermal conductivity between the various elements interconnected is defined in this document as a thermal connection). Accordingly, there is a problem of inability to achieve the expected thermal radiation efficiency.
Дополнительно, в вышеуказанных модульных структурах, предел улучшения всего модуля определяется посредством пределов припоя и проводов для межсоединений, полимера для уплотнения и т.п. с точки зрения их термостойкости, стойкости к тепловому циклическому воздействию и вибростойкости. С учетом неспособности к удовлетворению термостойкости, стойкости к тепловому циклическому воздействию и вибростойкости, требуемых для электрических автомобилей и т.п., эти модульные структуры не допускают обеспечение достаточной надежности. Например, элемент в модуле может быть исправным, но межсоединения могут быть повреждены, ухудшая функции модуля в целом и тем самым понижая надежность и срок службы модуля.Additionally, in the above modular structures, the limit of improvement of the entire module is determined by the limits of solder and wires for interconnects, polymer for sealing, etc. in terms of their heat resistance, thermal cyclic resistance and vibration resistance. Given the inability to meet the heat resistance, thermal cyclic resistance and vibration resistance required for electric cars and the like, these modular structures do not allow sufficient reliability. For example, an element in a module may be operational, but interconnects may be damaged, impairing the functions of the module as a whole and thereby reducing the reliability and life of the module.
Дополнительно, имеется проблема для вышеуказанных модульных структур и т.п. в том, чтобы достигать как эффективности теплового излучения, так и надежности, касающейся связывания между подложкой(-ками) и элементом и/или между подложкой и ребром для теплового излучения. Например, использование связующего вещества для связывания может приводить к проблеме в определенной степени низкой удельной теплопроводности и увеличения числа процессов. Использование диффузного связывания или анодного связывания для связывания может приводить к таким проблемам, что типы материалов ограничены для целей связывания и что, поскольку нагрев участвует в связывании, определенное время требуется для охлаждения, а также на модуль оказывает влияние тепло (формирует термическое напряжение).Additionally, there is a problem for the above modular structures and the like. in achieving both thermal radiation efficiency and reliability regarding binding between the substrate (s) and the element and / or between the substrate and the thermal radiation rib. For example, the use of a binding agent for binding can lead to the problem of a certain degree of low thermal conductivity and an increase in the number of processes. The use of diffuse bonding or anodic bonding for bonding can lead to such problems that the types of materials are limited for bonding purposes and that since heating is involved in bonding, a certain amount of time is required for cooling, and the module is also affected by heat (generates thermal stress).
Настоящее изобретение осуществлено в свете вышеуказанных проблем и имеет цель, чтобы предоставлять модуль полупроводникового элемента, имеющий высокую надежность, отличное электрическое соединение и термическое соединение и допускающий обеспечение достаточной эффективности охлаждения, а также предоставлять способ для изготовления модуля.The present invention has been made in the light of the above problems and is intended to provide a semiconductor cell module having high reliability, excellent electrical connection and thermal connection and providing sufficient cooling efficiency, and also provide a method for manufacturing the module.
Средство разрешения проблемProblem Solver
Модуль полупроводникового элемента согласно первому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом полупроводниковый элемент включает в себя множество поверхностей электродов, сформированных на части поверхности полупроводникового элемента на одной стороне, первая изолирующая подложка включает в себя множество первых поверхностей межсоединений, сформированных на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать каждой из поверхностей электродов полупроводникового элемента, и полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхности полупроводникового элемента на одной стороне с первой изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре таким образом, что поверхности электродов полупроводникового элемента устанавливаются так, чтобы располагаться напротив первых поверхностей межсоединений, и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой посредством связывания при комнатной температуре.A semiconductor element module according to the first invention for solving problems is a semiconductor element module in which at least one semiconductor element is interposed between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, while the semiconductor element includes a plurality of surfaces of the electrodes formed on a part of the surface of the semiconductor element on one side, the first insulating substrate includes a plurality of first interconnect surfaces formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to each of the electrode surfaces of the semiconductor element, and the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the surface of the semiconductor element on about the bottom side with the first insulating substrate by bonding at room temperature so that the electrode surfaces of the semiconductor element are set so as to be opposite the first surfaces of the interconnects, and bonding the surface of the semiconductor element on the other side with the second insulating substrate by bonding at room temperature.
Модуль полупроводникового элемента согласно второму изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом полупроводниковый элемент включает в себя множество поверхностей электродов, сформированных на части поверхностей полупроводникового элемента на обеих сторонах, первая изолирующая подложка включает в себя первую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне, вторая изолирующая подложка включает в себя вторую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне, и полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхности полупроводникового элемента на одной стороне с первой изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре таким образом, что поверхности электродов полупроводникового элемента на одной стороне устанавливаются так, чтобы располагаться напротив первой поверхности межсоединений, и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой посредством связывания при комнатной температуре таким образом, что поверхности электродов полупроводникового элемента на другой стороне устанавливаются так, чтобы располагаться напротив второй поверхности межсоединений.The semiconductor cell module according to the second invention for solving problems is a semiconductor cell module in which at least one semiconductor cell is interposed between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, while the semiconductor element includes a plurality of surfaces of electrodes formed on part of the surfaces of the semiconductor element on both sides, the first insulating substrate includes a first interconnect surface formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on one side, the second insulating substrate includes a second interconnect surface formed on the surface of the second insulating substrate on one side so that s correspond to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side, and the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the surface of the semiconductor element on one side to the first insulating substrate by bonding at room temperature such that the electrode surfaces of the semiconductor element are on one side are mounted so as to be opposite the first surface of the interconnects, and the bonding I the surface of the semiconductor element on the other side with the second insulating substrate by bonding at room temperature so that the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side are set so as to be opposite the second surface of the interconnects.
Модуль полупроводникового элемента согласно третьему изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом полупроводниковый элемент включает в себя множество поверхностей электродов, сформированных по всей поверхности полупроводникового элемента на одной стороне, первая изолирующая подложка включает в себя множество первых поверхностей межсоединений, сформированных на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать каждой из поверхностей электродов полупроводникового элемента, и полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первыми поверхностями межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре.The module of the semiconductor element according to the third invention for solving problems is a module of the semiconductor element in which at least one semiconductor element is placed between the first insulating substrate having high thermal conductivity and the second insulating substrate having high thermal conductivity, and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, while the semiconductor element includes a plurality of of the electrodes formed on the entire surface of the semiconductor element on one side, the first insulating substrate includes a plurality of first interconnect surfaces formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to each of the electrode surfaces of the semiconductor element, and the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the surfaces of the semiconductor electrodes lementa with the first wiring surfaces by means of binding at room temperature, and the bonding surface of the semiconductor element on the other side to the second insulating substrate by means of bonding at room temperature.
Модуль полупроводникового элемента согласно четвертому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом полупроводниковый элемент включает в себя множество поверхностей электродов, сформированных по всем поверхностям полупроводникового элемента на обеих сторонах, первая изолирующая подложка включает в себя первую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне, вторая изолирующая подложка включает в себя вторую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне, и полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на одной стороне с первой поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на другой стороне со второй поверхностью межсоединений посредством связывания при комнатной температуре.The semiconductor element module according to the fourth invention for solving problems is a semiconductor element module in which at least one semiconductor element is interposed between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, while the semiconductor element includes many of the electrodes formed on all surfaces of the semiconductor element on both sides, the first insulating substrate includes a first interconnect surface formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on one side, the second insulating substrate includes a second interconnect surface formed on the surface of the second insulating substrate on one side so that They correspond to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side, and the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on the one side to the first interconnect surface by bonding at room temperature and bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side with a second interconnect surface by binding at room temperature Terature.
Модуль полупроводникового элемента согласно пятому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с первого по четвертое, в котором, по меньшей мере, одна из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки включает в себя проводные межсоединения, которые соединяются с соответствующей одной из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений и которые являются соединяемыми с внешней средой, и проводные межсоединения формируются так, чтобы проникать, по меньшей мере, через одну из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в направлении ее толщины.The semiconductor cell module according to the fifth invention for solving problems is the semiconductor cell module according to any of the first to fourth inventions, in which at least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate includes wired interconnects that are connected to the corresponding one from the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects and which are interconnected with the external environment, and the wired interconnects are formed so as to penetrate at least through one of the first insulating substrate and the second insulating substrate in the direction of its thickness.
Модуль полупроводникового элемента согласно шестому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с первого по четвертое, в котором, по меньшей мере, одна из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки включает в себя проводные межсоединения, которые соединяются с соответствующей одной из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений и которые являются соединяемыми с внешней средой, и проводные межсоединения являются любыми из следующего: проводные соединения, которые формируются таким образом, чтобы отходить от поверхности любой из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в боковом направлении, а также проникать через внешнюю периферийную часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой в боковом направлении; и проводные соединения, которые формируются в канавке, сформированной таким образом, чтобы отходить от поверхности любой из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в боковом направлении, а также проникать, по меньшей мере, через одну из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в боковом направлении.A semiconductor cell module according to the sixth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any one of the first to fourth inventions, wherein at least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate includes wired interconnects that are connected to the corresponding one from the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects and which are interconnected with the external environment, and the wired interconnects are any of the following A: wiring, which are formed so as to move away from the surface of any of the first insulating substrate and the second insulating substrate in the lateral direction and also to penetrate through the outer peripheral portion between the first insulating substrate and the second insulating substrate in a lateral direction; and wire connections that are formed in a groove formed so as to extend laterally from the surface of any of the first insulating substrate and the second insulating substrate, and also penetrate at least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate in the side direction.
Модуль полупроводникового элемента согласно седьмому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с первого с шестое, в котором, по меньшей мере, одна из поверхностей электродов, первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений формируется так, чтобы иметь плоскую поверхность.The semiconductor cell module according to the seventh invention for solving problems is the semiconductor cell module according to any one of the first to sixth inventions, in which at least one of the electrode surfaces, the first interconnect surface and the second interconnect surface is formed so as to have a flat surface.
Модуль полупроводникового элемента согласно восьмому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с первого по седьмое, в котором, по меньшей мере, одна из поверхностей электродов, первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений изготовлена из металла.A semiconductor cell module according to the eighth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any of the first to seventh inventions, in which at least one of the surfaces of the electrodes, the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects is made of metal.
Модуль полупроводникового элемента согласно девятому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется с помощью герметизирующего элемента, при этом полупроводниковый элемент включает в себя металлические и плоские поверхности электродов, сформированные на всех или практически на всех поверхностях полупроводникового элемента на обеих сторонах, первая изолирующая подложка включает в себя металлическую и плоскую первую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне, герметизирующий элемент включает в себя металлические первые сквозные межсоединения, соединенные с первой поверхностью межсоединений и предусмотренные так, чтобы проникать через герметизирующий элемент, вторая изолирующая подложка включает в себя металлическую и плоскую вторую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне, металлические вторые сквозные межсоединения, соединенные со второй поверхностью межсоединений и предусмотренные так, чтобы проникать через вторую изолирующую подложку, и металлические третьи сквозные межсоединения, соединенные с первыми сквозными межсоединениями и предусмотренные так, чтобы проникать через вторую изолирующую подложку, и полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания первой изолирующей подложки с помощью герметизирующего элемента при помощи связывания при комнатной температуре, чтобы тем самым связывать первую поверхность межсоединений с первыми сквозными межсоединениями, и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первой поверхностью межсоединений и второй поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре.The semiconductor cell module according to the ninth invention for solving problems is a semiconductor cell module in which at least one semiconductor cell is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed with a sealing element, while the semiconductor element The ent includes metal and flat surfaces of the electrodes formed on all or almost all surfaces of the semiconductor element on both sides, the first insulating substrate includes a metal and flat first interconnect surface formed on the surface of the first insulating substrate on one side so that correspond to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on one side, the sealing element includes a metal first through the joints connected to the first surface of the interconnects and provided so as to penetrate the sealing element, the second insulating substrate includes a metal and flat second surface of the interconnects formed on the surface of the second insulating substrate on one side so as to correspond to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on the other side, metal second through wiring connected to the second surface of the wiring and provided so that would penetrate the second insulating substrate, and metal third through interconnects connected to the first through interconnects and provided so as to penetrate the second insulating substrate, and the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the first insulating substrate using a sealing element by bonding at room temperature to thereby bind the first surface of the interconnects to the first through interconnects, and bonding the electrode surfaces of the semiconductor element to the first interconnect surface and the second interconnect surface by bonding at room temperature.
Модуль полупроводникового элемента согласно десятому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с третьего по девятое, в котором множество деформируемых и тонких столбчатых электродов предусмотрено на поверхностях из либо первой и второй поверхностей межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех, и других, и, по меньшей мере, одна из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений связывается с поверхностями электродов полупроводникового элемента с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре.A semiconductor cell module according to the tenth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any of the third to ninth inventions, wherein a plurality of deformable and thin column electrodes are provided on surfaces of either the first and second interconnect surfaces, or the electrode surfaces of the semiconductor element, or those and others, and at least one of the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects associated with the surfaces of the ele ctrodes of a semiconductor element with a plurality of columnar electrodes between them by binding at room temperature.
Модуль полупроводникового элемента согласно одиннадцатому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно десятому изобретению, в котором буртики на краях частей связывания столбчатых электродов округлены, причем буртики находятся либо на сторонах ближе к первой и второй поверхностям межсоединений, либо на сторонах ближе к поверхностям электродов полупроводникового элемента, либо на обеих сторонах.The semiconductor cell module according to the eleventh invention for solving problems is the semiconductor cell module according to the tenth invention, in which the shoulders on the edges of the column bonding portions are rounded, and the shoulders are either on the sides closer to the first and second surfaces of the interconnects, or on the sides closer to the surfaces of the electrodes semiconductor element, either on both sides.
Модуль полупроводникового элемента согласно двенадцатому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с пятого по одиннадцатое, в котором средство охлаждения для охлаждения модуля полупроводникового элемента предусмотрено для внешней поверхности, по меньшей мере, одной из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки при помощи связывания при комнатной температуре, в случае если как первая изолирующая подложка, так и вторая изолирующая подложка либо или первая изолирующая подложка, или вторая изолирующая подложка не имеют межсоединений, проникающих через них в направлении толщины.A semiconductor cell module according to the twelfth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any of the fifth to eleventh inventions, in which cooling means for cooling the semiconductor cell module is provided for an outer surface of at least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding at room temperature, if both the first insulating substrate and the second insulating substrate are either I insulating substrate or the second insulating substrate has no wiring penetrating therethrough in the thickness direction.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно тринадцатому изобретению для разрешения проблем - это способ для изготовления модуля полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом способ содержит: формирование множества поверхностей электродов на части поверхности полупроводникового элемента на одной стороне, формирование множества первых поверхностей межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первые поверхности межсоединений соответствуют каждой из поверхностей электродов полупроводникового элемента, и монтаж полупроводникового элемента на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхности полупроводникового элемента на одной стороне с первой изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре таким образом, что поверхности электродов полупроводникового элемента задаются так, чтобы располагаться напротив первых поверхностей межсоединений, и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой посредством связывания при комнатной температуре.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to a thirteenth invention for solving problems is a method for manufacturing a semiconductor cell module in which at least one semiconductor cell is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high high thermal conductivity thermal conductivity and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, the method comprises: forming a plurality of electrode surfaces on a part of the surface of the semiconductor element on one side, forming a plurality of first interconnect surfaces on the surface of the first insulating substrate on one side so that the first interconnecting surfaces correspond to each of the electrode surfaces of the semiconductor element, and mounting the semiconductor element on the first insulating the substrate and the second insulating substrate by bonding the surface of the semiconductor element on one side to the first insulating substrate by means of bonding at room temperature so that the surface of the semiconductor element electrodes are set so as to be located opposite the first wiring surfaces, and bonding a surface of the semiconductor element on the other side to the second insulating substrate by bonding at room temperature.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно четырнадцатому изобретению для разрешения проблем - это способ для изготовления модуля полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом способ содержит: формирование множества поверхностей электродов на части поверхностей полупроводникового элемента на обеих сторонах; формирование первой поверхности межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне; формирование второй поверхности межсоединений на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что вторая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне; и полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхности полупроводникового элемента на одной стороне с первой изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре таким образом, что поверхности электродов полупроводникового элемента на одной стороне задаются так, чтобы располагаться напротив первой поверхности межсоединений, и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой посредством связывания при комнатной температуре таким образом, что поверхности электродов полупроводникового элемента на другой стороне задаются так, чтобы располагаться напротив второй поверхности межсоединений.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the fourteenth invention for solving problems is a method for manufacturing a semiconductor cell module in which at least one semiconductor cell is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity thermal conductivity, and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, while b comprises: forming a plurality of electrode surfaces on part of surfaces of the semiconductor element on both sides; forming a first interconnect surface on the surface of the first insulating substrate on one side such that the first interconnect surface corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on one side; forming a second interconnect surface on the surface of the second insulating substrate on one side such that the second interconnect surface corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side; and the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the surface of the semiconductor element on one side to the first insulating substrate by bonding at room temperature so that the electrode surfaces of the semiconductor element on one side are defined so as to be opposite the first surface of the interconnects and bonding the surface of the semiconductor element on the other side with the second insulating substrate binding dstvom at room temperature so that the surface of the semiconductor element on the other side electrodes are set so as to be positioned opposite the second surface of the interconnect.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно пятнадцатому изобретению для разрешения проблем - это способ для изготовления модуля полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом способ содержит: формирование множества поверхностей электродов по всей поверхности полупроводникового элемента на одной стороне; формирование множества первых поверхностей межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первые поверхности межсоединений соответствуют каждой из поверхностей электродов полупроводникового элемента на одной стороне; и монтаж полупроводникового элемента на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первыми поверхностями межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the fifteenth invention for solving problems is a method for manufacturing a semiconductor cell module in which at least one semiconductor cell is interposed between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high high thermal conductivity thermal conductivity and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, the method contains: the formation of many surfaces of the electrodes over the entire surface of the semiconductor element on one side; forming a plurality of first interconnect surfaces on the surface of the first insulating substrate on one side such that the first interconnect surfaces correspond to each of the electrode surfaces of the semiconductor element on one side; and mounting the semiconductor element on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element to the first interconnect surfaces by bonding at room temperature and bonding the surface of the semiconductor element on the other side with the second insulating substrate by bonding at room temperature.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно шестнадцатому изобретению для разрешения проблем - это способ для изготовления модуля полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется, при этом способ содержит: формирование множества поверхностей электродов по всем поверхностям полупроводникового элемента на обеих сторонах; формирование первой поверхности межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне; формирование второй поверхности межсоединений на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что вторая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне; и монтаж полупроводникового элемента на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на одной стороне с первой поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на другой стороне со второй поверхностью межсоединений посредством связывания при комнатной температуре.A method for manufacturing a semiconductor element module according to a sixteenth invention for solving problems is a method for manufacturing a semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity thermal conductivity, and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed, while It comprises: forming a plurality of electrode surfaces over all surfaces of the semiconductor element on both sides; forming a first interconnect surface on the surface of the first insulating substrate on one side such that the first interconnect surface corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on one side; forming a second interconnect surface on the surface of the second insulating substrate on one side such that the second interconnect surface corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side; and mounting the semiconductor element on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on one side to the first interconnect surface by bonding at room temperature and bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side to the second interconnect surface by bonding at room temperature.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно семнадцатому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с тринадцатого по шестнадцатое, в котором проводные межсоединения формируются, по меньшей мере, в одной из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки таким образом, чтобы соединяться с соответствующей одной из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений и проникать, по меньшей мере, через одну из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в направлении ее толщины так, что проводные межсоединения являются соединяемыми с внешней средой.A method for manufacturing a semiconductor element module according to the seventeenth invention for solving problems is a semiconductor element module according to any of the thirteenth to sixteenth inventions, in which wire interconnects are formed in at least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate so that connect to the corresponding one of the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects and penetrate at least one of the first isolates the substrate and the second insulating substrate in the direction of its thickness so that the wired interconnects are connected to the external environment.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно восемнадцатому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с тринадцатого по шестнадцатое, в котором проводные межсоединения, которые соединяются с любой из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений и которые являются соединяемыми с внешней средой, формируются посредством следующего: формирование межсоединений таким образом, что межсоединения выдаются из поверхности любой из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в боковом направлении и проникают через внешнюю периферийную часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой в боковом направлении; или формирование канавки и межсоединений в канавке таким образом, что канавка и межсоединения выдаются из поверхности любой из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в боковом направлении и проникают, по меньшей мере, через одну из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки в боковом направлении.A method for manufacturing a semiconductor element module according to the eighteenth invention for solving problems is a semiconductor element module according to any of the thirteenth to sixteenth inventions, in which wire interconnects that connect to any of the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects and which are connectable to the external environment are formed by the following: the formation of interconnects so that the interconnects protrude from the surface of any first insulating substrate and the second insulating substrate in the lateral direction, and penetrate through an outer peripheral portion between the first insulating substrate and the second insulating substrate in a lateral direction; or forming a groove and interconnects in a groove such that the groove and interconnects extend laterally from the surface of any of the first insulating substrate and the second insulating substrate and penetrate at least one of the first insulating substrate and the second insulating substrate in the lateral direction.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно девятнадцатому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с тринадцатого по восемнадцатое, в котором, по меньшей мере, одна из поверхностей электродов, первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений формируется так, чтобы иметь плоскую поверхность.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the nineteenth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any of the thirteenth to eighteenth inventions, in which at least one of the surfaces of the electrodes, the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects is formed to have flat surface.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно двадцатому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с тринадцатого по девятнадцатое, в котором, по меньшей мере, одна из поверхностей электродов, первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений изготовлена из металла.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the twentieth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any of the thirteenth to nineteenth inventions, in which at least one of the surfaces of the electrodes, the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects is made of metal.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно двадцать первому изобретению для разрешения проблем - это способ для изготовления модуля полупроводникового элемента, в котором, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент размещается между первой изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и второй изолирующей подложкой, имеющей высокую удельную теплопроводность, и внешняя периферийная часть между первой изолирующей подложкой и второй изолирующей подложкой герметизируется с помощью герметизирующего элемента, при этом способ содержит: формирование металлических и плоских поверхностей электродов на всех или практически на всех поверхностях полупроводникового элемента на обеих сторонах; формирование металлической и плоской первой поверхности межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне; формирование металлических первых сквозных межсоединений, проникающих через герметизирующий элемент и соединенных с первой поверхностью межсоединений; формирование металлической и плоской второй поверхности межсоединений на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что вторая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне; формирование металлических вторых сквозных межсоединений, проникающих через вторую изолирующую подложку и соединенных со второй поверхностью межсоединений; формирование металлических третьих сквозных межсоединений, проникающих через вторую изолирующую подложку и соединенных с первыми сквозными межсоединениями; и монтаж полупроводникового элемента на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания первой изолирующей подложки с помощью герметизирующего элемента при помощи связывания при комнатной температуре, чтобы тем самым связывать первую поверхность межсоединений с первыми сквозными межсоединениями, и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первой поверхностью межсоединений и второй поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the twenty-first invention for solving problems is a method for manufacturing a semiconductor cell module in which at least one semiconductor cell is interposed between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate is sealed with metiziruyuschego element, the method comprising: forming metallic and planar electrode surfaces in all or almost all the surfaces of the semiconductor element on both sides; forming a metallic and flat first surface of the interconnects on the surface of the first insulating substrate on one side such that the first surface of the interconnects corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on one side; the formation of the metal first end-to-end interconnects penetrating through the sealing element and connected to the first surface of the interconnects; forming a metallic and flat second interconnect surface on the surface of the second insulating substrate on one side such that the second interconnect surface corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side; the formation of metallic second through interconnects penetrating through the second insulating substrate and connected to the second surface of the interconnects; the formation of metallic third through interconnects penetrating through the second insulating substrate and connected to the first through interconnects; and mounting the semiconductor element on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the first insulating substrate with the sealing element by bonding at room temperature, thereby thereby bonding the first surface of the interconnects to the first through interconnects, and bonding the surfaces of the electrodes of the semiconductor element to the first surface of the interconnects and a second interconnect surface by binding at room temperature.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно двадцать второму изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с пятнадцатого по двадцать первое, в котором множество деформируемых и тонких столбчатых электродов формируется на поверхностях из либо первой и второй поверхностей межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех, и других, и, по меньшей мере, одна из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений связывается с поверхностями электродов полупроводникового элемента с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the twenty-second invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any of the fifteenth to twenty-first inventions, in which a plurality of deformable and thin column electrodes are formed on surfaces from either the first and second surfaces of the interconnects, or the surfaces of the electrodes a semiconductor element, or both, and others, and at least one of the first surface of the interconnects and the second surface of the inter Connections binds to the electrode surfaces of the semiconductor element with a plurality of columnar electrodes therebetween by linking at room temperature.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно двадцать третьему изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно двадцать второму изобретению, в котором буртики на краях частей связывания столбчатых электродов округлены, причем буртики находятся либо на сторонах ближе к первой и второй поверхностям межсоединений, либо на сторонах ближе к поверхностям электродов полупроводникового элемента, либо на обеих сторонах.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the twenty-third invention for solving problems is a semiconductor cell module according to the twenty-second invention, in which the shoulders are rounded at the edges of the column-bonding parts of the column electrodes, and the shoulders are either on the sides closer to the first and second surfaces of the interconnects, or the sides are closer to the electrode surfaces of the semiconductor element, or on both sides.
Способ для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно двадцать четвертому изобретению для разрешения проблем - это модуль полупроводникового элемента согласно любому из изобретений с семнадцатого по двадцать третье, в котором средство охлаждения для охлаждения модуля полупроводникового элемента связывается с внешней поверхностью, по меньшей мере, одной из первой изолирующей подложки и второй изолирующей подложки при помощи связывания при комнатной температуре, в случае если как первая изолирующая подложка, так и вторая изолирующая подложка либо или первая изолирующая подложка, или вторая изолирующая подложка не имеют межсоединений, проникающих через них в направлении толщины.A method for manufacturing a semiconductor cell module according to the twenty-fourth invention for solving problems is a semiconductor cell module according to any one of the inventions seventeenth to twenty-third, in which cooling means for cooling the semiconductor cell module is coupled to an outer surface of at least one of the first insulating the substrate and the second insulating substrate by binding at room temperature, in the case where both the first insulating substrate and the second I insulating substrate or either the first insulating substrate or the second insulating substrate has no wiring penetrating therethrough in the thickness direction.
Преимущество изобретенияAdvantage of the invention
Согласно настоящему изобретению, поверхности электродов формируются на поверхности(ях) полупроводникового элемента, и также поверхности межсоединений формируются на керамических подложках, имеющих высокую удельную теплопроводность. Затем, полупроводниковый элемент связывается с подложками при помощи связывания при комнатной температуре. Это позволяет получать модуль полупроводникового элемента, имеющий структуру, в которой обеспечивается электрическое соединение и эффективность теплового излучения является высокой. Помимо этого, поскольку связывание выполняется посредством связывания при комнатной температуре, прочность связи между связывающими элементами становится эквивалентной прочности связи сухих материалов, так что достигается высокая жесткость. Кроме того, связывание при комнатной температуре не требует нагрева на этапах изготовления, так что термическое напряжение не формируется. Следовательно, стойкость к тепловому циклическому воздействию и вибростойкость повышаются, что позволяет повышать износостойкость и надежность модуля полупроводникового элемента. Дополнительно, при такой структуре, процесс формирования межсоединений, а также процесс монтажа упрощаются, сокращая число требуемых компонентов. Это дает возможность значительного уменьшения производственных затрат для процессов изготовления.According to the present invention, electrode surfaces are formed on the surface (s) of the semiconductor element, and also interconnect surfaces are formed on ceramic substrates having high thermal conductivity. Then, the semiconductor element binds to the substrates by binding at room temperature. This allows you to get a module of a semiconductor element having a structure in which an electrical connection is provided and the efficiency of thermal radiation is high. In addition, since the bonding is carried out by bonding at room temperature, the bond strength between the bonding elements becomes equivalent to the bonding strength of dry materials, so that high rigidity is achieved. In addition, binding at room temperature does not require heating in the manufacturing steps, so that thermal stress is not generated. Therefore, the resistance to thermal cyclic effects and vibration resistance are increased, which allows to increase the wear resistance and reliability of the module of the semiconductor element. Additionally, with this structure, the process of forming interconnects, as well as the installation process are simplified, reducing the number of required components. This makes it possible to significantly reduce production costs for manufacturing processes.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 показывает схему в поперечном разрезе, иллюстрирующую примерный вариант осуществления (вариант осуществления 1) модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению.FIG. 1 shows a cross-sectional diagram illustrating an exemplary embodiment (embodiment 1) of a semiconductor element module according to the present invention.
Фиг. 2 показывает схемы в поперечном разрезе, иллюстрирующие другой примерный вариант осуществления (вариант осуществления 2) модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению.FIG. 2 shows cross-sectional diagrams illustrating another exemplary embodiment (embodiment 2) of a semiconductor element module according to the present invention.
Фиг. 3 показывает схемы в поперечном разрезе, иллюстрирующие модификации модуля полупроводникового элемента, проиллюстрированного в варианте осуществления 2.FIG. 3 shows cross-sectional diagrams illustrating modifications to the module of the semiconductor element illustrated in
Фиг. 4 показывает схему конфигурации, иллюстрирующую еще один примерный вариант осуществления (вариант осуществления 3) модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению.FIG. 4 shows a configuration diagram illustrating another exemplary embodiment (embodiment 3) of a semiconductor cell module according to the present invention.
Фиг. 5 показывает схему для пояснения структуры способа для изготовления модулей полупроводниковых элементов, показанного в вариантах осуществления 1 и 2.FIG. 5 shows a diagram for explaining the structure of a method for manufacturing modules of semiconductor elements shown in
Фиг. 6 показывает схемы для пояснения подробностей способа для изготовления модулей полупроводниковых элементов, показанного в вариантах осуществления 1 и 2.FIG. 6 shows diagrams for explaining the details of a method for manufacturing modules of semiconductor elements shown in
Фиг. 7 показывает схемы для пояснения подробностей способа для изготовления модулей полупроводниковых элементов, показанного в вариантах осуществления 1 и 2.FIG. 7 shows diagrams for explaining the details of a method for manufacturing modules of semiconductor elements shown in
Фиг. 8 показывает схемы для пояснения подробностей способа для изготовления модулей полупроводниковых элементов, показанного в вариантах осуществления 1 и 2.FIG. 8 shows diagrams for explaining the details of a method for manufacturing modules of semiconductor elements shown in
Фиг. 9 показывает схемы, иллюстрирующие некоторые примеры компоновки поверхностей электродов каждого полупроводникового элемента, используемого в модуле полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению.FIG. 9 shows diagrams illustrating some examples of electrode surface layouts of each semiconductor element used in the semiconductor element module of the present invention.
Пояснение ссылок с номерамиExplanation of Numbered Links
1, 21 - модуль полупроводникового элемента1, 21 - module of the semiconductor element
2 - IGBT (полупроводниковый элемент)2 - IGBT (semiconductor element)
2c, 2e, 2g - поверхность электрода2c, 2e, 2g - electrode surface
3 - диод (полупроводниковый элемент)3 - diode (semiconductor element)
3c, 3e - поверхность электрода3c, 3e - electrode surface
4, 5, 6 - слой схемы межсоединений4, 5, 6 - interconnect layer
7, 8 - керамическая подложка7, 8 - ceramic substrate
9, 10, 12 - сквозные межсоединения9, 10, 12 - end-to-end interconnects
11 - герметизирующий элемент11 - sealing element
13 - полимер13 - polymer
22, 23, 24, 31 - слой схемы межсоединений22, 23, 24, 31 - interconnect layer
41 - ребро для теплового излучения41 - rib for thermal radiation
Оптимальный режим осуществления изобретенияThe optimal mode of carrying out the invention
Ниже описывается модуль полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению и способ для его изготовления со ссылкой на фиг. 1-8.The following describes the module of the semiconductor element according to the present invention and the method for its manufacture with reference to FIG. 1-8.
Первый вариант осуществленияFirst Embodiment
Фиг. 1 показывает структурную схему, иллюстрирующую примерный вариант осуществления модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению.FIG. 1 shows a block diagram illustrating an example embodiment of a semiconductor cell module according to the present invention.
Следует отметить, что модуль 1 полупроводникового элемента этого варианта осуществления выполнен с возможностью включать в себя IGBT 2 и диод 3 в качестве полупроводниковых элементов, но может быть выполнен с возможностью включать в себя, по меньшей мере, один полупроводниковый элемент. Полупроводник 1 является, в частности, подходящим для полупроводникового элемента, который имеет большую величину теплообразования.It should be noted that the
Как показано на фиг. 1, модуль 1 полупроводникового элемента этого варианта осуществления включает в себя IGBT 2, диод 3, плоскую керамическую подложку 7 пластинчатой формы (вторую изолирующую подложку), плоскую керамическую подложку 8 пластинчатой формы (первую изолирующую подложку) и герметизирующий элемент 11. IGBT 2 и диод 3 имеют плоские поверхности электродов, сформированные на обеих их поверхностях. Керамическая подложка 7 имеет высокую удельную теплопроводность и имеет плоские слои 4 и 5 схемы межсоединений (вторая поверхность межсоединений), сформированные на ее поверхности на одной стороне. Слои 4 и 5 схемы межсоединений должны связываться с поверхностями электродов IGBT 2 и диода 3 на одной стороне. Керамическая подложка 8 имеет высокую удельную теплопроводность и имеет плоский слой 6 схемы межсоединений (первую поверхность межсоединений), сформированный на ее поверхности на одной стороне. Слой 6 схемы межсоединений связывается с поверхностями электродов IGBT 2 и диода 3 на другой стороне. Герметизирующий элемент 11 размещается между внешними краевыми частями керамических подложек 7 и 8, чтобы тем самым герметизировать внутреннюю часть. Модуль 1 полупроводникового элемента формируется посредством непосредственного связывания поверхностей раздела этих элементов через связывание при комнатной температуре.As shown in FIG. 1, the
Следует отметить, что связывание при комнатной температуре (также называемое поверхностно-активированным связыванием при комнатной температуре) является способом связывания с помощью явления, при котором прочное химическое связывание достигается даже при комнатной температуре посредством следующего: выполнения излучения ионных лучей и т.п. в вакууме так, что неактивные поверхностные слои, имеющие слабую реакционную активность, такие как оксиды и примеси на поверхностях материала, могут удаляться, т.е. обеспечения видимости атомных плоскостей, которые являются чистыми и имеют существенную реакционную активность, с поверхностей материала; и затем посредством сварки давлением атомных плоскостей поверхностей материала между собой. Посредством этого связывания при комнатной температуре можно достигать прочности связи, эквивалентной прочности связи сухих материалов, без необходимости использовать какое-либо связующее вещество. Выполнение связывания при комнатной температуре также приводит к такому преимуществу, что термическое напряжение не остается в материалах, связанных между собой. Следует отметить, что в случае технологии прямого связывания, такой как анодное связывание или диффузное связывание, трудно достигать надежной прочности связи, поскольку связывание с изоляционным материалом или между металлами является трудным.It should be noted that bonding at room temperature (also called surface-activated bonding at room temperature) is a bonding method using a phenomenon in which strong chemical bonding is achieved even at room temperature by the following: performing radiation of ion beams, etc. in vacuum so that inactive surface layers having a weak reactivity, such as oxides and impurities on the surfaces of the material, can be removed, i.e. ensuring the visibility of atomic planes, which are clean and have significant reactive activity, from the surfaces of the material; and then by pressure welding the atomic planes of the surfaces of the material with each other. By bonding at room temperature, a bond strength equivalent to that of dry materials can be achieved without the need for any binder. Binding at room temperature also leads to such an advantage that thermal stress does not remain in the materials bonded to each other. It should be noted that in the case of direct bonding technology, such as anodic bonding or diffuse bonding, it is difficult to achieve reliable bonding strength, since bonding with an insulating material or between metals is difficult.
Далее каждый компонент описывается более подробно. Each component is described in more detail below .
IGBT 2 является элементом, полученным посредством формирования заранее, по меньшей мере, одной транзисторной структуры на полупроводниковой подложке. IGBT 2 формируется дополнительно посредством формирования поверхности 2c электрода коллектора, который должен выступать в качестве электрода транзистора, на всей поверхности IGBT 2 на одной стороне, а также формирования поверхности 2e электрода эмиттера и поверхности 2g электрода затвора, которые должны выступать в качестве электродов транзистора, на поверхности IGBT 2 на другой стороне таким образом, что его полная площадь поверхности достигает предпочтительно практически полной площади поверхности для всей поверхности на другой стороне. Аналогично, диод 3 является элементом, полученным посредством формирования заранее, по меньшей мере, одной диодной структуры на полупроводниковой подложке. Диод 3 формируется дополнительно посредством формирования поверхности 3c электрода, который должен выступать в качестве электрода диода, на всей поверхности диода 3 на одной стороне, а также формирования поверхности 3e электрода, который должен выступать в качестве электрода диода, на всей поверхности на другой стороне.
Поверхности из поверхности 2c электрода коллектора, поверхности 2e электрода эмиттера и поверхности 2g электрода затвора, расположенные на поверхностях IGBT 2, а также поверхности из поверхности 3c электрода и поверхности 3e электрода, расположенные на поверхностях диода 3, полируются и выравниваются для связывания с керамическими подложками 7 и 8 с помощью связывания при комнатной температуре.The surfaces from the
На внутренней поверхности керамической подложки 7 формируются слои 4 и 5 схемы межсоединений, имеющие рисунки, соответствующие поверхности 2e электрода эмиттера и поверхности 2g электрода затвора IGBT 2 и поверхности 3e электрода диода 3 в местоположениях, соответствующих поверхности 2e электрода эмиттера, поверхности 2g электрода затвора и поверхности 3e электрода. Слои 4 и 5 схемы межсоединений соединяются, соответственно, со сквозными межсоединениями 9 и 10 (вторыми сквозными межсоединениями), предусмотренными так, чтобы проникать через керамическую подложку 7 в направлении ее толщины. Эти сквозные межсоединения 9 и 10 выступают в качестве электродных контактных выводов для внешних межсоединений. Между тем, на внутренней поверхности керамической подложки 8, формируется слой 6 схемы межсоединений, имеющий рисунок, соответствующий поверхности 2c электрода коллектора IGBT 2 и поверхности 3c электрода диода 3 в местоположении, соответствующем поверхности 2c электрода коллектора и поверхности 3c электрода. Слой 6 схемы межсоединений соединяется со сквозными межсоединениями 12 (первым и третьим сквозными электродами), предусмотренными так, чтобы проникать через герметизирующий элемент 11 и керамическую подложку 7 в направлении их толщины. Эти сквозные межсоединения 12 выступают в качестве электродного контактного вывода для внешних межсоединений.On the inner surface of the
Поверхности слоев 4, 5 и 6 схемы межсоединений, расположенных на внутренних поверхностях керамических подложек 7 и 8, также полируются и выравниваются для связывания с IGBT 2 и диодом 3 с помощью связывания при комнатной температуре. Между тем, каждый из слоев 4, 5 и 6 схемы межсоединений формируется так, чтобы иметь толщину 10-100 мкм, и имеет электрическую функцию в качестве межсоединений, а также функцию теплового излучения в качестве элемента теплопередачи. В частности, тепло, сформированное посредством IGBT 2 и диода 3, переносится на керамические подложки 7 и 8, имеющие высокую удельную теплопроводность, через слои 4, 5 и 6 схемы межсоединений, изготовленные из металла, которые имеют превосходную удельную теплопроводность, и затем высвобождается наружу.The surfaces of
Таким образом, хотя поликремний и т.п. может использоваться для слоев 4, 5 и 6 схемы межсоединений и сквозных электродов 9, 10 и 12, по вышеуказанной причине, желательным является металл, в частности медь и т.п., имеющий низкое электрическое сопротивление и превосходную удельную теплопроводность. Кроме того, для керамических подложек 7 и 8 подходящим является изоляционный материал, который имеет высокую удельную теплопроводность и имеет аналогичный коэффициент теплового расширения с таким полупроводниковым материалом, как кремний (Si), используемый для подложек полупроводниковых элементов. Например, нитрид алюминия (AlN) и т.п. является предпочтительным. Например, коэффициент теплового расширения AlN (приблизительно 5×10-6/K) является аналогичным коэффициенту теплового расширения Si (3,5×10-6/K), и, следовательно, проблема термического напряжения может смягчаться даже в случае работы при высокой температуре модуля полупроводникового элемента.Thus, although polysilicon, etc. can be used for
Между тем, сквозные электроды 9, 10 и 12 предусмотрены так, чтобы проникать через керамические подложки 7 и 8 и герметизирующий элемент 11 и соединяться с соответствующими слоями 4, 5 и 6 схемы межсоединений. Следовательно, расстояние межсоединений может сокращаться. Это позволяет уменьшать индуктивность в модуле и тем самым сокращать число конденсаторов схемы управления полупроводниковых элементов.Meanwhile, the through
Поверхность 2c электрода коллектора, поверхность 2e электрода эмиттера и поверхность 2g электрода затвора IGBT 2 и поверхность 3c электрода и поверхность 3e электрода, расположенные на поверхностях диода 3, непосредственно связываются со слоями 4, 5 и 6 схемы межсоединений, соответствующими этим поверхностям электродов, посредством использования связывания при комнатной температуре. Следовательно, IGBT 2 и диод 3 монтируются и механически, электрически и термически соединяются с керамическими подложками 7 и 8.The
Между тем, сквозные межсоединения 9, 10 и 12 предусмотрены на керамической подложке 7 в качестве наружных электродных контактных выводов, как показано на фиг. 1, что означает то, что все наружные электродные контактные выводы расположены на поверхности на одной стороне. Таким образом, соединение с внешними межсоединениями может упрощаться.Meanwhile, end-to-
В этом случае, средство охлаждения, такое как охлаждающее ребро, может связываться с керамической подложкой 8, в которой сквозные межсоединения 9, 10 и 12 отсутствуют, как описано в нижеописанном варианте осуществления 3. Это упрощает применение к структуре для повышения эффективности охлаждения всего модуля. В этой связи, если это не обязательно должно учитываться, сквозные межсоединения 12 могут быть предусмотрены так, чтобы проникать через керамическую подложку 8 и соединяться со слоем 6 схемы межсоединений.In this case, a cooling means, such as a cooling fin, can be bonded to a
Помимо этого, герметизирующий элемент 11 связывается с внешними краевыми частями керамических подложек 7 и 8 и имеет функцию герметизации внутренней части модуля. Герметизирующий элемент 11 связывается с керамическими подложками 7 и 8 посредством связывания при комнатной температуре. Когда связывание выполняется таким образом, что IGBT 2 и диод 3 размещаются между керамическими подложками 7 и 8, пустоты (части, указываемые посредством ссылок с номерами 13), созданные между IGBT 2 и диодом 3 и между каждым из IGBT 2 и диода 3 и герметизирующим элементом 11, становятся разреженными или герметизируются с помощью инертного газа, такого как аргон (Ar). Иначе, пустоты заполняются заполнителем 13 из полимера, таким как силиконовая смазка и т.п., чтобы удерживать IGBT 2 и диод 3. Заполнение заполнителя 13 является желательным с точки зрения эффективности охлаждения (эффективности теплового излучения).In addition, the sealing
Как описано выше, модуль 1 полупроводникового элемента этого варианта осуществления получается посредством связывания, посредством связывания при комнатной температуре, поверхностей электродов, сформированных практически на всех поверхностях IGBT 2 и диода 3, с керамическими подложками 7 и 8, имеющими высокую удельную теплопроводность, при этом слои 4, 5 и 6 схемы межсоединений, имеющие высокую удельную теплопроводность, размещаются между ними. Тем самым, IGBT 2 и диод 3 монтируются таким плоским способом, чтобы размещаться между керамическими подложками 7 и 8.As described above, the
Соответственно, дополнительные промежуточные слои не должны предусматриваться между поверхностями связывания. Кроме того, поскольку ковалентная связь делает связывание прочным, связываемые поверхности раздела могут иметь низкую термостойкость. Тем самым, удельная теплопроводность между элементами повышается, что позволяет достигать высокого теплового излучения. Большие части поверхностей IGBT 2 и диода 3 находятся в плотном контакте с проводящими керамическими подложками 7 и 8, имеющими высокую удельную теплопроводность, при этом проводящие слои 4, 5 и 6 схемы межсоединений, имеющие высокую удельную теплопроводность, размещаются между ними. Следовательно, получается двухсторонняя структура модуля охлаждения, в которой большие части обеих поверхностей IGBT 2 и диода 3 используются в качестве поверхностей, через которые переносится тепло. Это позволяет достигать дополнительно более высокого теплового излучения.Accordingly, additional intermediate layers should not be provided between the binding surfaces. In addition, since the covalent bond makes the bond strong, the bonded interface can have low heat resistance. Thus, the thermal conductivity between the elements increases, which allows to achieve high thermal radiation. Large parts of the surfaces of the
Кроме того, поверхности электродов IGBT 2 и диода 3 непосредственно связываются со слоями 4, 5 и 6 схемы межсоединений керамических подложек 7 и 8 посредством связывания при комнатной температуре без использования припоя или проводов. Следовательно, прочность связи между ними может быть задана такой высокой, как прочность связи сухих материалов, что позволяет значительно повышать вибростойкость частей, в которых монтируются IGBT 2 и диод 3 (частей межсоединений). Кроме того, межсоединения могут противостоять высокой температуре и термостойкость следовательно, может повышаться. Кроме того, число процессов может сокращаться и уменьшение производственных затрат, следовательно, может достигаться.In addition, the surfaces of the
Как результат, может достигаться более высокая рабочая температура полупроводникового элемента, а также однородная температура в плоскости. В частности, можно повышать износостойкость и надежность частей межсоединений против циклического высокотемпературного воздействия. Помимо этого, поскольку нагрев не требуется при связывании, температурная деформация не вызывается и тем самым термическое напряжение не формируется. Соответственно, надежность самого модуля полупроводникового элемента также может повышаться.As a result, a higher operating temperature of the semiconductor element can be achieved, as well as a uniform temperature in the plane. In particular, it is possible to increase the wear resistance and reliability of parts of the interconnects against cyclic high-temperature exposure. In addition, since heating is not required during bonding, thermal deformation is not caused, and thus thermal stress is not generated. Accordingly, the reliability of the semiconductor element module itself can also be improved.
Следует отметить, что керамические подложки 7 и 8 имеют небольшие толщины и IGBT 2 и диод 3 монтируются между керамическими подложками 7 и 8 плоским способом. Следовательно, когда модуль формируется, его толщина может значительно уменьшаться, что делает сам модуль компактным. Например, при условии, что толщина каждой керамической подложки составляет 2 мм, а толщина каждого полупроводникового элемента составляет 1 мм, толщина всего модуля составляет приблизительно 5 мм (=2×2 мм +1 мм), указывая то, что толщина может снижаться приблизительно до одной десятой толщины традиционных модулей.It should be noted that
Следует отметить, что хотя конфигурация в этом варианте осуществления является такой, что каждый полупроводниковый элемент имеет поверхности электродов на обеих своих поверхностях, элементы, каждый из которых имеет поверхности электродов только на своей поверхности на одной стороне, могут использоваться вместо этого. В этом случае, поверхности межсоединений, соответствующие поверхностям электродов полупроводниковых элементов, а также сквозные межсоединения в качестве электродных контактных выводов наружу могут формироваться на одной из керамических подложек. Другая керамическая подложка и полупроводниковые элементы могут связываться между собой посредством связывания при комнатной температуре без формирования слоя межсоединений в этой керамической подложке.It should be noted that although the configuration in this embodiment is such that each semiconductor element has electrode surfaces on both of its surfaces, elements each of which has electrode surfaces only on its surface on one side can be used instead. In this case, the surfaces of the interconnects corresponding to the surfaces of the electrodes of the semiconductor elements, as well as the end-to-end interconnects as electrode contact leads to the outside, can be formed on one of the ceramic substrates. The other ceramic substrate and the semiconductor elements can communicate with each other by bonding at room temperature without forming a layer of interconnects in this ceramic substrate.
Кроме того, хотя связывание выполняется после того, как поверхности электродов полируются и выравниваются в этом варианте осуществления, они не должны быть плоскими. Например, можно использовать способ, в котором, когда выровненная керамическая подложка должна связываться с полупроводниковым элементом посредством связывания при комнатной температуре, часть электрода, немного выступающая из поверхности связывания, сдавливается так, что может обеспечиваться проводимость.Furthermore, although bonding is performed after the surfaces of the electrodes are polished and smoothed in this embodiment, they need not be flat. For example, a method may be used in which, when the aligned ceramic substrate is to be bonded to the semiconductor element by bonding at room temperature, a portion of the electrode protruding slightly from the bonding surface is compressed so that conductivity can be provided.
Кроме того, конфигурация в этом варианте осуществления является такой, что поверхности электродов формируются на всех или практически на всех поверхностях полупроводниковых элементов. Тем не менее, вместо использования всех поверхностей для электродов, конфигурация может быть такой, что часть поверхности используется для электродов или несколько электродов формируются на части или всей поверхности (см. фиг. 9(b) и 9(c), которые должны быть описаны ниже). Примером этого является пример, в котором несколько электродов затвора и электроды эмиттера формируются на поверхности на одной стороне и несколько электродов коллектора формируются на поверхности на другой стороне либо поверхность электрода в качестве общего электрода коллектора формируется на всей или практически на всей поверхности на другой стороне. Даже в этом случае полупроводниковые элементы непосредственно связываются с керамическими подложками посредством связывания при комнатной температуре в частях, отличных от тех, где находятся электроды. Следовательно, могут достигаться прочное связывание и высокое тепловое излучение. Кроме того, в вышеописанном случае конфигурация может быть такой, что поверхности межсоединений, соответствующие рисункам электродов полупроводниковых элементов, формируются на керамических подложках или что только сквозные электроды формируются в позициях, соответствующих электродам. Кроме того, можно использовать способ, в котором проводимость устанавливается посредством сдавливания, посредством сварки давлением, поверхностей электродов и поверхностей межсоединений, сформированных из более мягких материалов, чем полупроводниковые элементы и их изолирующие подложки.Furthermore, the configuration in this embodiment is such that electrode surfaces are formed on all or substantially all of the surfaces of the semiconductor elements. However, instead of using all surfaces for the electrodes, the configuration may be such that part of the surface is used for electrodes or several electrodes are formed on part or all of the surface (see Fig. 9 (b) and 9 (c), which should be described below). An example of this is an example in which several gate electrodes and emitter electrodes are formed on a surface on one side and several collector electrodes are formed on a surface on the other side or an electrode surface as a common collector electrode is formed on the entire or substantially all surface on the other side. Even in this case, the semiconductor elements are directly bonded to ceramic substrates by bonding at room temperature in parts other than those where the electrodes are. Therefore, strong bonding and high thermal radiation can be achieved. In addition, in the above case, the configuration may be such that the interconnect surfaces corresponding to the electrode patterns of the semiconductor elements are formed on ceramic substrates or that only the through electrodes are formed at positions corresponding to the electrodes. In addition, you can use a method in which the conductivity is established by squeezing, by welding, the surfaces of the electrodes and the surfaces of the interconnects formed from softer materials than semiconductor elements and their insulating substrates.
Кроме того, конфигурация в этом варианте осуществления является такой, что сквозные межсоединения 9, 10 и 12 в качестве наружных электродных контактных выводов предусмотрены проникающим способом в направлении толщины керамических подложек 7 и 8. Тем не менее, следующие межсоединения могут формироваться вместо этих сквозных межсоединений. В частности, в качестве проводных межсоединений, которые соединяются со слоями 4, 5 и 6 схемы межсоединений и выступают в качестве наружных электродных контактных выводов, межсоединения могут формироваться таким образом, чтобы отходить от поверхности, по меньшей мере, одной из керамических подложек 7 и 8 в боковом направлении и проникать через герметизирующий элемент 11 в боковом направлении, которое должно выступать в качестве внешней периферийной части между керамическими подложками 7 и 8. Альтернативно, канавки могут формироваться таким образом, чтобы отходить от поверхности, по меньшей мере, одной из керамических подложек 7 и 8 в боковом направлении, и межсоединения могут формироваться в канавках таким образом, чтобы проникать, по меньшей мере, через одну из керамических подложек 7 и 8 в боковом направлении.Furthermore, the configuration in this embodiment is such that through-through
Второй вариант осуществленияSecond Embodiment
Фиг. 2 показывает структурные схемы, иллюстрирующие другой примерный вариант осуществления модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что идентичные ссылки с номерами присваиваются компонентам, идентичным компонентам в модуле полупроводникового элемента, проиллюстрированном в варианте осуществления 1 (фиг. 1), и дублированное описание опускается.FIG. 2 shows block diagrams illustrating another exemplary embodiment of a semiconductor cell module according to the present invention. It should be noted that identical reference numbers are assigned to components identical to the components in the semiconductor element module illustrated in Embodiment 1 (FIG. 1), and a duplicate description is omitted.
Как показано на фиг. 2(a), модуль 21 полупроводникового элемента этого варианта осуществления имеет конфигурацию, практически идентичную конфигурации модуля в варианте осуществления 1, но отличается в слоях 22, 23 и 24 схемы межсоединений керамических подложек 7 и 8, сформированных, соответственно, для поверхности 2c электрода коллектора, поверхности 2e электрода эмиттера и поверхности 2g электрода затвора, расположенных на поверхностях IGBT 2, и поверхности 3c электрода и поверхности 3e электрода, расположенных на поверхностях диода 3.As shown in FIG. 2 (a), the
Аналогично слоям 4 и 5 схемы межсоединений в варианте осуществления 1, на внутренней поверхности керамической подложки 7 формируются слои 22 и 23 схемы межсоединений (вторая поверхность межсоединений), имеющие рисунки, соответствующие поверхности 2e электрода эмиттера и поверхности 2g электрода затвора IGBT 2 и поверхности 3e электрода диода 3 в местоположениях, соответствующих поверхности 2e электрода эмиттера, поверхности 2g электрода затвора и поверхности 3e электрода. Дополнительно, слои 22 и 23 схемы межсоединений соединяются, соответственно, со сквозными межсоединениями 9 и 10, предусмотренными так, чтобы проникать через керамическую подложку 7. Аналогично слою 6 схемы межсоединений в варианте осуществления 1, на внутренней поверхности керамической подложки 8 формируется слой 24 схемы межсоединений (первая поверхность межсоединений), имеющий рисунок, соответствующий поверхности 2c электрода коллектора IGBT 2 и поверхности 3c электрода диода 3 в местоположении, соответствующем поверхности 2c электрода коллектора и поверхности 3c электрода. Дополнительно, слой 24 схемы межсоединений соединяется с герметизирующим элементом 11 и сквозными межсоединениями 12, предусмотренными так, чтобы проникать через керамическую подложку 7.Similarly to
Конфигурация в этом варианте осуществления, тем не менее, является такой, что несколько частей 22a (23a, 24a) канавок с высоким соотношением сторон формируются вертикально в каждом плоском слое схемы межсоединений, как показано на фиг. 2(b), чтобы ослаблять нагрузки на связываемые поверхности раздела, присущие в связи с разностями между коэффициентами расширения IGBT 2 и диода 3 и коэффициентами расширения керамических подложек 7 и 8. Таким образом, несколько тонких столбчатых электродов 22b (23b, 24b), которые являются прямоугольными, многоугольными или круговыми, формируются на стороне поверхности слоя 22 (23, 24) схемы межсоединений. Поверхности связывания столбчатых электродов 22b (23b, 24b) имеют форму прямоугольных, многоугольных или круговых точек и связываются с поверхностями электродов IGBT 2 и диода 3 (иллюстрация поверхностей электродов IGBT 2 и диода 3 опускается). Передний конец каждого столбчатого электрода 22b (23b, 24b) является плоским и имеет заранее определенную площадь поперечного сечения, при этом его длина задается равной заранее определенной длине. Таким образом, предусмотрена структура, которая предоставляет возможность столбчатым электродам 22b (23b, 24b) обеспечивать электрическое соединение и термическое соединение в их продольном направлении, а также упруго деформироваться в ортогональном направлении (горизонтальном направлении на фиг. 2(b)) для продольного направления. Структура тем самым приводит к тому, что столбчатые электроды 22b (23b, 24b) выступают в качестве межсоединений для IGBT 2 и диода 3, а также в качестве элемента теплопередачи для теплового излучения. Дополнительно, структура приводит к тому, что выпуклые части 22b (23b, 24b) упруго деформируются при возникновении смещения IGBT 2 и диода 3 вследствие теплового расширения, посредством чего нагрузка, сформированная таким способом, ослабляется без ухудшения электрического соединения и термического соединения.The configuration in this embodiment, however, is such that several parts of the high
В этой связи, структурой слоя 22 (23, 24) схемы межсоединений может быть структура квадратной усеченной пирамиды, многоугольной усеченной пирамиды или усеченного конуса (повернутой трапеции), аналогично слою 31 схемы межсоединений, показанному на фиг. 3(a). В частности, конфигурация является такой, что несколько клиновидных частей 31a канавок с высоким соотношением сторон формируются в плоском слое схемы межсоединений, так что несколько столбчатых электродов 31b, каждый из которых имеет форму квадратной усеченной пирамиды, многоугольной усеченной пирамиды или усеченного конуса, формируются на поверхности слоя 31 схемы межсоединений. Поверхности связывания столбчатых электродов 31b имеют квадратную, многоугольную или круговую форму и связываются с поверхностями электродов IGBT 2 и диода 3 (иллюстрация поверхностей электродов IGBT 2 и диода 3 опускается). Передний конец каждого столбчатого электрода 31b также является плоским и имеет заранее определенную площадь поперечного сечения, при этом его длина задается равной заранее определенной длине. Таким образом, предусмотрена структура, которая предоставляет возможность столбчатым электродам 31b обеспечивать электрическое соединение и термическое соединение в своем продольном направлении, а также упруго деформироваться в ортогональном направлении (горизонтальном направлении на фиг. 3(a)) для продольного направления. Структура тем самым приводит к тому, что столбчатые электроды 31b выступают в качестве межсоединений для IGBT 2 и диода 3, а также в качестве элемента теплопередачи для теплового излучения. Дополнительно, структура приводит к тому, что выпуклые части 31b упруго деформируются при возникновении смещения IGBT 2 и диода 3 вследствие теплового расширения, посредством чего нагрузка, сформированная таким способом, ослабляется без ухудшения электрического соединения и термического соединения.In this regard, the structure of the interconnect layer 22 (23, 24) may be the structure of a square truncated pyramid, a polygonal truncated pyramid, or a truncated cone (rotated trapezoid), similarly to the interconnect layer 31 shown in FIG. 3 (a). In particular, the configuration is such that several tapered
Далее описывается упруго деформированное состояние слоя 31 схемы межсоединений, имеющей вышеуказанную структуру.The following describes the elastically deformed state of the layer 31 of the interconnect having the above structure.
IGBT 2 и диод 3 формируют тепло при использовании. Посредством этого теплообразования подложки термически расширяются и смещаются. Смещение, вследствие теплового расширения, является большим, в частности, когда дело касается IGBT 2 и диода 3, выходные мощности которых являются большими. В традиционных модульных структурах смещение не может быть разрешено, так что электрическое соединение и термическое соединение ухудшаются. Это серьезно влияет на надежность и срок службы модуля. Например, максимальная величина смещения может вычисляться при допущении, что: размер каждого полупроводникового элемента составляет 10 мм2; возрастание температуры вследствие теплообразования составляет 500°C; коэффициент теплового расширения Si, формирующего подложку полупроводникового элемента, составляет приблизительно 3,5×10-6/K; коэффициент теплового расширения Cu, формирующей поверхности электродов и слои схемы межсоединений, составляет 17×10-6/K и коэффициент теплового расширения AlN, формирующего керамические подложки, составляет 5×10-6/K. Затем, ожидается, что смещение составляет приблизительно 7,5 мкм на поверхности раздела Si-AlN и приблизительно 65 мкм на поверхности раздела Si-Cu, при этом предполагается, что большое смещение должно возникать на поверхности раздела Si-Cu.
Напротив, в этом варианте осуществления, даже когда подложки IGBT 2 и диода 3 термически расширяются и тепловое расширение вызывает их смещение, столбчатые электроды 22b, 23b и 24b или столбчатые электроды 31b упруго деформируются при помощи слоев 22, 23 и 24 схемы межсоединений или слоев 31 схемы межсоединений, имеющих вышеописанную структуру. Смещение, следовательно, может быть разрешено. Как результат, надежность и срок службы могут обеспечиваться без ухудшения электрического соединения и термического соединения.In contrast, in this embodiment, even when the
Следует отметить, что слои схемы межсоединений не ограничены слоем 31 схемы межсоединений, показанным на фиг. 3(a). Можно использовать слой 32 схемы межсоединений, который формируется из нескольких столбчатых электродов 32b в форме пирамиды/конуса, отделенных друг от друга посредством частей 32a канавок, как показано на фиг. 3(b). Также можно использовать слой 33 схемы межсоединений, который формируется из нескольких столбчатых электродов 33b и 33c в форме пирамиды/конуса, отделенных друг от друга посредством частей 33a канавок, и в котором верхние стороны каждой пары смежных столбчатых электродов 33b и 33c смотрят во взаимно различных направлениях, как показано на фиг. 3(c). Помимо этого, столбчатые электроды 32b в форме пирамиды/конуса слоя 32 схемы межсоединений, показанной на фиг. 3(b), могут быть расположены с инвертированными вершинами. Дополнительно, структура столбчатых электродов может быть такой, что столбчатые электроды 22b, 23b и 24b слоев 22, 23 и 24 схемы межсоединений, показанных на фиг. 2(b), отделяются друг от друга посредством частей 22a, 23a и 24a канавок.It should be noted that the interconnect layers are not limited to the interconnect layer 31 shown in FIG. 3 (a). An
В структурах столбчатых электродов, показанных на фиг. 2(b) и 3(a)-3(c), буртик на краю части связывания каждого из столбчатых электродов находится под прямым углом или заранее определенным углом наклона с поверхностью цели связывания. Например, на фиг. 2(b), буртик на краю части связывания каждого столбчатого электрода 22b (23b, 24b) на стороне ближе к IGBT 2 или диоду 3 находится практически под прямым углом с поверхностью электрода IGBT 2 или диода 3, на которой осуществляется связывание. Релаксация напряжений является достаточной даже при этой конфигурации. Тем не менее, дополнительная релаксация напряжений должна быть возможной, если буртик на краю части связывания каждого столбчатого электрода 22b (23b, 24b) сформирован в круглой форме с заранее определенной кривизной (т.е. форме, заданной как R), как показано на фиг. 2(c). В этом случае, R может быть задана для буртика на краю части связывания столбчатого электрода 22b (23b, 24b) на стороне ближе к поверхности электрода IGBT 2 или диода 3 или для буртика на краю части связывания столбчатого электрода 22b (23b, 24b) на стороне ближе к поверхности межсоединений соответствующей одной из керамических подложек 7 и 8.In the columnar electrode structures shown in FIG. 2 (b) and 3 (a) -3 (c), the bead on the edge of the bonding portion of each of the column electrodes is at a right angle or a predetermined angle of inclination with the surface of the bonding target. For example, in FIG. 2 (b), the flange on the edge of the bonding portion of each
Как пояснено в нижеописанном варианте осуществления 4, столбчатые электроды формируются с использованием технологии микрообработки, такой как травление с помощью лазера или электронных лучей или впечатывание через прессование в формах. При формировании R в буртике на краю части связывания столбчатого электрода, R может формироваться в буртике на краю части связывания столбчатого электрода посредством использования тепла лазера или электронных лучей в ходе или после формирования столбчатого электрода. Альтернативно, R может формироваться в буртике на краю части связывания столбчатого электрода посредством впечатывания с помощью пресс-формы, на которой R формируется, в ходе формирования столбчатого электрода.As explained in
Помимо этого, в этом варианте осуществления, аналогично частям, указываемым посредством ссылок с номерами 13 в варианте осуществления 1, части 22a, 23a и 24a канавок или части 31a канавок могут становиться разреженными, или герметизироваться с помощью инертного газа, или, альтернативно, заполняться заполнителем из полимера, таким как силиконовая смазка и т.п., с учетом повышения удельной теплопроводности.In addition, in this embodiment, similarly to the parts indicated by
Третий вариант осуществленияThird Embodiment
Фиг. 4 показывает структурную схему, иллюстрирующую другой примерный вариант осуществления модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что идентичные ссылки с номерами присваиваются компонентам, идентичным компонентам в модулях полупроводниковых элементов, проиллюстрированных в вариантах осуществления 1 и 2 (фиг. 1 и 2), и дублированное описание опускается.FIG. 4 shows a block diagram illustrating another exemplary embodiment of a semiconductor cell module according to the present invention. It should be noted that identical reference numbers are assigned to components identical to the components in the semiconductor element modules illustrated in
Модуль полупроводникового элемента этого варианта осуществления получается посредством непосредственного связывания, посредством связывания при комнатной температуре, ребра 41 для теплового излучения (средства охлаждения), изготовленного из металла, которое имеет превосходное тепловое излучение, с керамической подложкой 8 модуля 1 или 21 полупроводникового элемента, показанного в варианте осуществления 1 или 2 (фиг. 1 или 2).The semiconductor element module of this embodiment is obtained by directly bonding, by binding at room temperature, thermal radiation ribs 41 (cooling means) made of metal that has excellent thermal radiation, with a
В частности, поверхность связывания керамической подложки 8 модуля 1 или 21 полупроводникового элемента и поверхность ребра 41 для теплового излучения активируются посредством физического напыления через излучение ионных лучей и т.п. и затем посредством сварки друг к другом под давлением при комнатной температуре, посредством чего поверхности связывания непосредственно связываются друг с другом. В этой связи, средство охлаждения может быть ребром для теплового излучения, например, и при этом может быть, например, модулем охлаждения, содержащим проход, через который хладагент, такой как вода, принудительно протекает, или аналогичным средством либо, альтернативно, структурой, в которой такой модуль охлаждения заранее интегрирован в саму подложку посредством формирования прохода и т.п. в самой подложке.In particular, the bonding surface of the
Как описано в вариантах осуществления 1 и 2, в настоящем изобретении межсоединения для IGBT 2 и диода 3, расположенные внутри, могут формироваться из сквозных межсоединений 9, 10 и 12, предусмотренных для одной из керамических подложек, т.е. керамической подложки 7. Средство охлаждения, такое как ребро 41 для теплового излучения, следовательно, может связываться с другой керамической подложкой 8. Кроме того, связывание при комнатной температуре дает возможность прямого связывания между керамической подложкой 8 и ребром 41 для теплового излучения без необходимости использовать промежуточный элемент. Это приводит к более высокой прочности физической связи, что, в свою очередь, приводит к более прочному термическому соединению. Тем самым, высокая удельная теплопроводность может достигаться между керамической подложкой 8 и ребром 41 для теплового излучения.As described in
Помимо этого, процесс связывания посредством связывания при комнатной температуре выполняется при комнатной температуре, как упомянуто ранее. Таким образом, влияние, связанное с нагревом, не вызывается в модуле, так что термическое напряжение не формируется. Прочное связывание также может достигаться даже при связывании различных материалов. Между тем, промежуточный элемент, чтобы поддерживать связывание, может быть необходим в некоторых случаях, в зависимости от типа материала. Тем не менее, в этом случае прочность физической связи также является высокой, и, следовательно, термическое соединение является прочным. Следовательно, высокая удельная теплопроводность может достигаться между керамической подложкой 8 и ребром 41 для теплового излучения.In addition, the binding process by binding at room temperature is performed at room temperature, as mentioned previously. Thus, the influence associated with heating is not caused in the module, so that thermal stress is not generated. Strong bonding can also be achieved even when bonding various materials. Meanwhile, an intermediate element, in order to maintain binding, may be necessary in some cases, depending on the type of material. However, in this case, the strength of the physical bond is also high, and therefore, the thermal bond is strong. Therefore, high thermal conductivity can be achieved between the
Следует отметить, что конфигурация в этом варианте осуществления является такой, что ребро 41 для теплового излучения предусмотрено для внешней поверхности керамической подложки 8, не имеющей сквозных межсоединений, проникающих через нее в направлении толщины; вместо этого, если сквозные межсоединения расположены только на стороне керамической подложки 8, ребро 41 для теплового излучения может быть предусмотрено для внешней поверхности керамической подложки 7, не имеющей сквозных межсоединений, проникающих через нее в направлении толщины. Между тем, если проводные межсоединения, выступающие в боковом направлении керамических подложек 7 и 8, предусмотрены вместо сквозных межсоединений, сквозные межсоединения отсутствуют на керамических подложках 7 и 8 и тем самым ребро 41 для теплового излучения может быть присоединено к внешней поверхности каждой из керамических подложек 7 и 8.It should be noted that the configuration in this embodiment is such that a
Четвертый вариант осуществленияFourth Embodiment
Далее описывается способ для изготовления модулей 1 и 21 полупроводниковых элементов, проиллюстрированных в вариантах осуществления 1 и 2 (фиг. 1, 2 и т.д.), с помощью фиг. 5-8. Здесь, фиг. 5 показывает схему, иллюстрирующую элементы в несобранном состоянии, составляющем модуль 1 или 21 полупроводникового элемента, проиллюстрированный в варианте осуществления 1 или 2, и используется для пояснения структуры способа для изготовления модуля. Фиг. 6-8 показывают схемы для пояснения подробностей этапов изготовления в способе изготовления. Таким образом, каждый этап изготовления описывается со ссылкой на фиг. 5. Следует отметить, что идентичные ссылки с номерами присваиваются компонентам, идентичным компонентам в модулях 1 и 21 полупроводниковых элементов, проиллюстрированных в вариантах осуществления 1 и 2.The following describes a method for
(1) Подготовка элементов(1) Preparation of items
IGBT 2, диод 3, керамическая подложка 7, керамическая подложка 8 и герметизирующий элемент 11 подготавливаются заранее.
Относительно IGBT 2 и диода 3, по меньшей мере, одна транзисторная структура и диодная структура формируются на полупроводниковых подложках посредством использования общих полупроводниковых процессов. На обеих поверхностях полупроводниковых подложек предусмотрены сформированные поверхности электродов (поверхность 2c электрода коллектора, поверхность 2e электрода эмиттера, поверхность 2g электрода затвора, поверхность 3c электрода и поверхность 3e электрода), которые должны соединяться с транзисторной структурой и диодной структурой. Эти поверхности электродов формируются так, чтобы иметь максимально большую площадь. Например, поверхность 2c электрода коллектора и поверхность 3c электрода формируются на всей поверхности соответствующего одного из IGBT 2 и диода 3 на одной стороне. Поверхность 3e электрода формируется на всей поверхности диода 3 на другой стороне. Поверхность 2e электрода эмиттера и поверхность 2g электрода затвора формируются на поверхности IGBT 2 на другой стороне таким образом, чтобы иметь максимально большие площади при обеспечении изоляции друг от друга. Эти поверхности электродов используются не только для того, чтобы обеспечивать электрическое соединение, но также и для того, чтобы обеспечивать термическое соединение, следовательно, имеют функцию переноса тепла, сформированного посредством IGBT 2 и диода 3.Regarding
В этой связи, конфигурация может быть такой, что часть поверхности используется для электродов или множество электродов формируются на всей или части поверхности (см. фиг. 9(b) и 9(c), которые должны быть описаны ниже). Затем, на керамической подложке могут быть сформированы поверхности межсоединений, соответствующие рисункам электродов полупроводникового элемента или только сквозных электродов в позициях, соответствующих электродам. Даже в этом случае полупроводниковый элемент непосредственно связывается с керамической подложкой посредством связывания при комнатной температуре в частях, отличных от тех, где находятся электроды. Следовательно, могут достигаться прочное связывание и высокое тепловое излучение.In this regard, the configuration may be such that a part of the surface is used for the electrodes or a plurality of electrodes are formed on all or part of the surface (see Figs. 9 (b) and 9 (c), which should be described below). Then, interconnect surfaces corresponding to patterns of electrodes of the semiconductor element or only through electrodes at positions corresponding to the electrodes can be formed on the ceramic substrate. Even in this case, the semiconductor element is directly bonded to the ceramic substrate by bonding at room temperature in parts other than those where the electrodes are. Therefore, strong bonding and high thermal radiation can be achieved.
Керамические подложки 7 и 8 формируются в плоских пластинчатых формах посредством использования общего процесса изготовления керамики. Затем, на поверхности каждой из керамических подложек 7 и 8 на одной стороне (поверхности, находящейся на внутренней стороне после того, как модуль сформирован) формируются слои 4, 5 и 6 схемы межсоединений (или слои 22, 23 и 24 схемы межсоединений) в местоположениях, соответствующих поверхностям электродов IGBT 2 и диода 3. Дополнительно, сквозные межсоединения 9, 10 и 12, которые должны соединяться, соответственно, со слоями 4, 5 и 6 схемы межсоединений (или слоями 22, 23 и 24 схемы межсоединений), формируются проникающими через керамическую подложку 7. Другими словами, слои 4, 5 и 6 схемы межсоединений (или слои 22, 23 и 24 схемы межсоединений) формируют рисунок таким образом, что проводимость устанавливается между поверхностями электродов IGBT 2 и диода 3 и соответствующими сквозными межсоединениями 9, 10 и 12. Герметизирующий элемент 11, чтобы герметизировать внутреннюю часть модуля, формируется в полой плоской пластинчатой форме посредством использования общего процесса изготовления керамики. Сквозные межсоединения 12, которые должны соединяться со слоем 6 (24) схемы межсоединений, также формируются в герметизирующем элементе 11 таким образом, чтобы проникать через сам герметизирующий элемент 11.
Относительно слоев 4 и 5 схемы межсоединений, слои 4a и 5a схемы межсоединений формируются непосредственно на керамической подложке 7 через процесс пленкообразования, как показано, например, на фиг. 6(a). В качестве процесса пленкообразования, используется общий процесс пленкообразования, например, такой как CVD (химическое осаждение из паровой фазы), металлизация, напыление и т.п. Более конкретно, слои 4a и 5a схемы межсоединений, соответствующие поверхностям электродов IGBT 2 и диода 3, могут формироваться посредством образования пленки на всей поверхности керамической подложки 7 и удаления ее части и тем самым формирования рисунка на пленке посредством вытравливания и т.п. Альтернативно, слои 4a и 5a схемы межсоединений, соответствующие поверхностям электродов IGBT 2 и диода 3, могут формировать рисунок посредством их формирования избирательно посредством маскирования.Regarding the interconnect layers 4 and 5, the interconnect layers 4a and 5a are formed directly on the
В качестве другой альтернативы для слоев 4 и 5 схемы межсоединений, как показано на фиг. 6(b), слои 4b и 5b схемы межсоединений, соответствующие поверхностям электродов IGBT 2 и диода 3, могут формироваться посредством формирования рисунка на металлической фольге в отдельном процессе, и затем слои 4b и 5b схемы межсоединений из металлической фольги могут связываться с поверхностью керамической подложки 7 посредством связывания при комнатной температуре. Слои 4b и 5b схемы межсоединений, соответствующие поверхностям электродов IGBT 2 и диода 3, могут формироваться также посредством связывания металлической фольги со всей поверхностью керамической подложки 7 посредством связывания при комнатной температуре и затем удаления ее части и тем самым формирования рисунка на металлической фольге посредством вытравливания и т.п. Когда металлическая фольга должна связываться с керамической подложкой 7, промежуточный слой 7a может формироваться между металлической фольгой и керамической подложкой 7, если прочность связи между ними должна повышаться. Примеры материала промежуточного слоя включают в себя металлы, к примеру золото (Au), платина (Pt), титан (Ti) и алюминий (Al).As another alternative for
Слой 6 схемы межсоединений керамической подложки 8 может подготавливаться аналогично слоям 4 и 5 схемы межсоединений. Тем не менее, слой 6 схемы межсоединений не должен формировать рисунок, соответственно, для поверхностей электродов IGBT 2 и диода 3, как в случае слоев 4 и 5 схемы межсоединений. Следовательно, слой 6 схемы межсоединений может формироваться практически на всей поверхности керамической подложки 8 посредством процесса пленкообразования. Слой 6 схемы межсоединений также может формироваться посредством отдельной подготовки металлической фольги как слоя 6 схемы межсоединений и затем связывания металлической фольги на всей поверхности керамической подложки 8 посредством связывания при комнатной температуре.The
Следует отметить, что согласно информации по слоям 22, 23 и 24 схемы межсоединений или слоям 31 схемы межсоединений, проиллюстрированным в варианте осуществления 2, несколько вертикальных канавок, каждая из которых имеет высокое соотношение сторон в направлении толщины, могут формироваться в плоских слоях схемы межсоединений, сформированных на керамических подложках 7 и 8. Таким образом, формируются слои 22, 23 и 24 схемы межсоединений или слои 31 схемы межсоединений, имеющие структуру с несколькими тонкими столбчатыми электродами. Например, в обработке слоев 4a, 5a и 9a схемы межсоединений несколько тонких вертикальных канавок с высоким соотношением сторон могут формироваться в плоских слоях схемы межсоединений, имеющих толщины 10-100 мкм, посредством использования технологии микрообработки, такой как травление с помощью лазера или электронных лучей 51, как показано на фиг. 6(c), или впечатывание через прессование в формах. Таким образом, формируются слои 4a, 5a и 9a схемы межсоединений, имеющие структуру с несколькими тонкими столбчатыми электродами.It should be noted that according to the information on the interconnect layers 22, 23 and 24 or the interconnect layers 31 illustrated in
Между тем, когда используется металлическая фольга, как в случаях слоев 4b, 5b и 9b схемы межсоединений, несколько тонких вертикальных канавок с высоким соотношением сторон могут формироваться в металлической фольге заранее и металлическая фольга затем может связываться с керамическими подложками 7 и 8 посредством связывания при комнатной температуре. Таким образом, формируются слои 4b, 5b и 9b схемы межсоединений, имеющие структуру с несколькими тонкими столбчатыми электродами. Дополнительно, структура с несколькими тонкими столбчатыми электродами может формироваться через прессование выдавливанием или выращивание металлической пленки в конкретных областях. Помимо этого, структура с несколькими тонкими столбчатыми электродами может формироваться через многослойную конструкцию посредством связывания при комнатной температуре.Meanwhile, when a metal foil is used, as in the case of
Следует отметить, что слои 22, 23 и 24 схемы межсоединений или слои 31 схемы межсоединений, имеющие структуру столбчатого электрода, формируются предпочтительно в деформируемой, а более предпочтительно, в упругой деформируемой форме и с размером, подходящим на основе среды эксплуатации (например, рабочей температуры, электродного материала и т.п.). Помимо этого, соотношение сторон структуры столбчатого электрода предпочтительно составляет 5:1 и выше, а более предпочтительно, 10:1 и выше.It should be noted that the interconnect layers 22, 23 and 24 or the interconnect layers 31 having a columnar electrode structure are preferably formed in a deformable, and more preferably in an elastic deformable form and with a size suitable based on the operating environment (e.g., operating temperature electrode material, etc.). In addition, the aspect ratio of the columnar electrode structure is preferably 5: 1 and higher, and more preferably 10: 1 and higher.
Использование слоев 22, 23 и 24 схемы межсоединений или слоев 31 схемы межсоединений, имеющих структуру столбчатого электрода, позволяет ослаблять нагрузки вследствие теплообразования, а также надежно обеспечивать электрическое соединение и термическое соединение слоев 22, 23 и 24 схемы межсоединений или слоев 31 схемы межсоединений.The use of
При связывании, посредством связывания при комнатной температуре, таким образом подготовленных IGBT 2, диода 3, керамической подложки 7, керамической подложки 8 и герметизирующего элемента 11 их поверхности связывания полируются и выравниваются для более надежного и более прочного связывания, чем в иных случаях. В частности, устройство 52 CMP (химико-механического полирования), например, используется для того, чтобы полировать и выравнивать: поверхности элементов, включающие в себя поверхность 2c электрода коллектора, поверхность 2e электрода эмиттера и поверхность 2g электрода затвора для IGBT 2; поверхности элементов, включающие в себя поверхность 3c электрода и поверхность 3e электрода для диода 3; поверхности слоев 4 и 5 схемы межсоединений для керамической подложки 7; поверхности слоя 6 схемы межсоединений для керамической подложки 8 и т.п. (см. фиг. 6 (d)). Полировка и выравнивание поверхности выполняются посредством химико-механического процесса, такого как CMP, или процесса механического шлифования с помощью обратного шлифовального станка и т.п. Следует отметить, что на прочность связи посредством связывания при комнатной температуре оказывает влияние шероховатость поверхности для поверхностей связывания. Таким образом, желательно выравнивать поверхности до максимальной гладкости предпочтительно посредством CMP и т.п. Таким образом, не допускается наличие пустот на связываемых поверхностях раздела, что, в свою очередь, позволяет достигать более высокой прочности связи, чем в иных случаях.When bonding, by bonding at room temperature, the thus
(2) Связывание элементов(2) Linking elements
Следующие этапы выполняются для того, чтобы связывать между собой подготовленный IGBT 2, диод 3, керамическую подложку 7, керамическую подложку 8 и герметизирующий элемент 11, поверхности связывания которых отполированы и выровнены.The following steps are performed in order to bond the
(2I) Связывание IGBT 2 и диода 3 с керамической подложкой 8(2I) Binding of
Подготовленный IGBT 2, диод 3 и керамическая подложка 8, поверхности связывания которых отполированы и выровнены, связываются между собой следующим образом. Когда эти элементы размещаются в вакуумной камере оборудования для обработки, используемого для того, чтобы выполнять связывание при комнатной температуре, обработка по активации, чтобы очищать и активировать поверхности связывания этих элементов, сначала выполняется через физическое напыление с помощью ионных лучей и аргона 53 и т.п. или через аналогичный процесс, как показано на фиг. 7(a).The
В частности, в условиях высокого вакуума неактивные слои, сформированные на поверхностях связывания (например, примеси, прилипающие к поверхностям, продукты переработки материалов, крайние внешние поверхностные слои материалов, имеющие слабую реакционную активность вследствие разрыва их связей посредством кислорода, и т.п.), удаляются посредством физического напыления и т.п. Тем самым поверхности связывания очищаются, а также переводятся в состояние, в котором ненасыщенные связи присутствуют на поверхности связывания, т.е. активированное состояние, в котором активные поверхности являются видимыми с поверхностей связывания. В качестве средства для физического напыления используются ионные лучи инертных атомов (например, аргона и т.п.), лучи быстрых атомов (FAB), плазма и т.п. В этой связи, обработка по активации может выполняться посредством расположения заранее IGBT 2, диода 3 и керамической подложки 8 в таких местоположениях, что IGBT 2 и диод 3 располагаются напротив керамической подложки 8, и последующего выполнения физического напыления одновременно на их поверхностях.In particular, under high vacuum conditions, inactive layers formed on the bonding surfaces (for example, impurities adhering to surfaces, products of materials processing, extreme outer surface layers of materials having weak reactivity due to rupture of their bonds by oxygen, etc.) are removed by physical spraying, etc. Thus, the binding surfaces are cleaned and also transferred to a state in which unsaturated bonds are present on the binding surface, i.e. an activated state in which active surfaces are visible from binding surfaces. Ion beams of inert atoms (e.g. argon, etc.), beams of fast atoms (FAB), plasma, etc., are used as a means for physical deposition. In this regard, activation processing can be performed by pre-positioning the
Затем, активированные поверхности связывания задаются так, чтобы располагаться напротив друг друга, после чего выполняется регулирование их позиций. После этого поверхности связывания приводятся в соприкосновение друг с другом и привариваются давлением друг к другу при применении нагрузок F к ним, как показано на этапе S1 на фиг. 5 и фиг. 7(b). Поскольку ненасыщенные связи формируются на поверхностях связывания посредством поверхностной активации, сварка давлением приводит к тому, что ненасыщенные связи формируют связывание. Следовательно, поверхность 2c электрода IGBT 2 и поверхность 3c электрода диода 3 прочно связываются со слоем 6 схемы межсоединений керамической подложки 8 посредством связывания при комнатной температуре, так что электрическая неразрывность и тепловая неразрывность устанавливаются. При связывании при комнатной температуре, выполняемом таким образом, связывание осуществляется между ненасыщенными связями каждой поверхности связывания и ненасыщенными связями соответствующей поверхности связывания. Тем самым высокая прочность связи может достигаться. Помимо этого, поскольку связывание выполняется при комнатной температуре, температурная деформация не вызывается.Then, the activated binding surfaces are set so as to be located opposite each other, after which their positions are adjusted. After this, the bonding surfaces are brought into contact with each other and pressure welded to each other by applying loads F to them, as shown in step S1 in FIG. 5 and FIG. 7 (b). Since unsaturated bonds are formed on the bonding surfaces by surface activation, pressure welding causes unsaturated bonds to form bonding. Therefore, the
(2II) Связывание герметизирующего элемента 11 с керамической подложкой 8(2II) Bonding of the sealing
Затем, керамическая подложка 8, с которой связаны IGBT 2 и диод 3, и герметизирующий элемент 11 связываются друг с другом следующим образом. Аналогично (2I), описанному выше, в вакуумной камере обработка по активации выполняется на поверхностях связывания этих элементов. Затем, активированные поверхности связывания задаются так, чтобы располагаться напротив друг друга, после чего выполняется регулирование их позиций. После этого поверхности связывания приводятся в соприкосновение друг с другом и привариваются давлением друг к другу при применении нагрузки к ним (этап 2 на фиг. 5 и фиг. 8(a)). Соответственно, керамическая подложка 8 и герметизирующий элемент 11 прочно связываются друг с другом посредством связывания при комнатной температуре. В этом случае, сквозные межсоединения 12, предусмотренные для герметизирующего элемента 11, также прочно связываются со слоем 6 схемы межсоединений керамической подложки 8, так что устанавливаются электрическая неразрывность и тепловая неразрывность. После связывания с керамической подложкой 7, что должно быть описано ниже, герметизирующий элемент 11 герметизирует внутреннюю часть модуля, выступая в качестве средства, чтобы герметизировать, а также защищать IGBT 2 и диод 3. Следует отметить, что на внешней краевой части керамической подложки 8 может заранее формироваться внешняя периферийная стенка, которая выполнена с возможностью герметизировать внутреннюю часть модуля аналогично герметизирующему элементу 11. IGBT 2 и диод 3 могут связываться с областями внутри внешней периферийной стенки.Then, the
(2III) Связывание IGBT 2, диода 3 и герметизирующего элемента 11 с керамической подложкой 7(2III) Bonding of
Наконец, IGBT 2, диод 3 и герметизирующий элемент 11, после связывания с керамической подложкой 8, связываются с керамической подложкой 7 следующим образом. Аналогично (2I), описанному выше, в вакуумной камере обработка по активации выполняется на поверхностях связывания этих элементов. Затем, активированные поверхности связывания задаются так, чтобы располагаться напротив друг друга, после чего выполняется регулирование их позиций. После этого поверхности связывания приводятся в соприкосновение друг с другом и привариваются давлением друг к другу, при применении нагрузки к ним (этап 3 на фиг. 5 и фиг. 8(b)). Соответственно, керамическая подложка 7 и герметизирующий элемент 11 (или внешняя периферийная стенка) прочно связываются друг с другом посредством связывания при комнатной температуре. Кроме того, поверхность 2e электрода эмиттера и поверхность 2g электрода затвора IGBT 2 и поверхность 3e электрода диода 3 прочно связываются со слоями 4 и 5 схемы межсоединений керамической подложки 7, которые формируют рисунок, соответственно, для этих поверхностей электродов. Тем самым, электрическая неразрывность и тепловая неразрывность устанавливаются.Finally, the
В случае вакуумной герметизации внутренней части модуля, внутренняя часть модуля вакуумно герметизируется естественно в ходе действий после связывания в (2III), описанном выше, поскольку связывание герметизирующего элемента 11 посредством связывания при комнатной температуре выполняется в условиях вакуумной атмосферы и тем самым сам герметизирующий элемент 11 (или внешняя периферийная стенка) выступает в качестве воздушного герметика. Между тем, в случае герметизации внутренней части модуля с помощью полимера заранее определенные входные отверстия предусматриваются в керамических подложках 7 и 8 заранее. Затем, после связывания, текучий изоляционный полимер впрыскивается или вакуумно всасывается, чтобы вводиться из входных отверстий в промежутки внутри модуля, посредством чего внутренняя часть модуля герметизируется с помощью полимера.In the case of vacuum sealing of the inside of the module, the inside of the module is naturally vacuum sealed after the bonding in (2III) described above, since the bonding of the sealing
Посредством вышеуказанных этапов изготовления, IGBT 2 и диод 3 монтируются на внутренней части между керамическими подложками 7 и 8, и модуль 1 или 21 полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению изготавливается.Through the above manufacturing steps,
В этом варианте осуществления, в качестве одного примера описаны этапы изготовления, которые выполняются в последовательности, как упомянуто выше, т.е. с началом в (2I) для связывания IGBT 2 и диода 3 с керамической подложкой 8 (связывания и монтажа электрода коллектора и т.п.), после чего выполняется (2II) для связывания герметизирующего элемента 11 с керамической подложкой 8 (формирования части герметизации) и затем (2III) для связывания IGBT 2, диода 3 и герметизирующего элемента 11 с керамической подложкой 7 (связывания и монтажа электрода эмиттера, электрода затвора и т.п.). Тем не менее, отметим, что настоящее изобретение не всегда должно следовать этой последовательности. Например, последовательность может быть такой, что (2I) и (2III) меняются местами. Аналогично, после того как модуль формируется, ребро 41 для теплового излучения также может связываться с керамической подложкой 8 посредством связывания при комнатной температуре, как показано на фиг. 4.In this embodiment, as one example, manufacturing steps that are performed in sequence as described above, i.e. with the beginning in (2I) for
Как описано выше, с помощью способа для изготовления модуля полупроводникового элемента согласно настоящему изобретению, процесс формирования межсоединений и процесс монтажа выполняются только посредством связывания плоских поверхностей электродов IGBT 2 и диода 3 с плоскими слоями 4, 5 и 6 схемы межсоединений (или слоями 22, 23 и 24 схемы межсоединений) керамических подложек 7 и 8 плоским способом. Таким образом, по сравнению с традиционными случаями, процессы изготовления модуля могут значительно упрощаться, а также число требуемых компонентов может сокращаться. Это дает возможность значительного уменьшения производственных затрат.As described above, using the method for manufacturing the semiconductor element module according to the present invention, the interconnect formation process and the mounting process are performed only by bonding the flat surfaces of the
Следует отметить, что примеры компоновки поверхностей электродов полупроводниковых элементов, таких как IGBT 2 и диод 3, включают в себя конфигурации, как показано на фиг. 9(a)-9(d) (на фиг. 9 описание приводится с рассмотрением IGBT 2 в качестве примера). В частности, все поверхности электродов (поверхность 2e электрода эмиттера, поверхность 2g электрода затвора и поверхность 2c электрода коллектора) могут быть расположены по всей поверхности IGBT 2 на одной стороне таким образом, что каждая поверхность электрода имеет максимально возможную площадь (см. фиг. 9(a)). На поверхности IGBT 2 на одной стороне, как описано выше, каждые из поверхностей электродов (поверхность 2e электрода эмиттера, поверхность 2g электрода затвора и поверхность 2c электрода коллектора) также могут быть расположены в ряд (см. фиг. 9(b)). На поверхности IGBT 2 на одной стороне, как описано выше, каждые из поверхностей электродов (поверхность 2e электрода эмиттера, поверхность 2g электрода затвора и поверхность 2c электрода коллектора) могут быть расположены таким образом, чтобы занимать часть всей площади поверхности IGBT 2 (см. фиг. 9(c)). Кроме того, поверхности электродов с рисунками, идентичными рисункам любого из вышеуказанных примеров компоновки, могут формироваться на обеих поверхностях IGBT 2. Кроме того, некоторые из поверхностей электродов (поверхность 2e электрода эмиттера и поверхность 2g электрода затвора) могут быть расположены в ряд на поверхности IGBT 2 на одной стороне при расположении оставшейся поверхности электрода (поверхности 2c электрода коллектора) в ряд на поверхности IGBT 2 на другой стороне (см. фиг. 9(d)). В этих случаях поверхности межсоединений, соответствующие рисункам электродов полупроводникового элемента, могут формироваться на керамической подложке(ках), или только сквозные электроды могут формироваться проникающими через керамическую подложку в местоположении, соответствующем поверхностям электродов.It should be noted that examples of electrode layouts of semiconductor elements such as
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Настоящее изобретение является подходящим для модуля полупроводникового элемента, в котором несколько полупроводниковых элементов, таких как силовые транзисторы с большой выходной мощностью и величиной теплообразования, интегрируются в один комплект, а также для способа изготовления модуля. Такой модуль полупроводникового элемента также применим к модулям электродвигателей для электрических автомобилей и т.п.The present invention is suitable for a semiconductor element module in which several semiconductor elements, such as power transistors with high output power and heat generation, are integrated into one set, as well as for a method for manufacturing the module. Such a semiconductor element module is also applicable to electric motor modules for electric cars and the like.
Claims (12)
- полупроводниковый элемент включает в себя металлические и плоские поверхности электродов, сформированные на всех или практически на всех поверхностях полупроводникового элемента на обеих сторонах,
- первая изолирующая подложка включает в себя металлическую и плоскую первую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне,
- герметизирующий элемент включает в себя металлические первые сквозные межсоединения, соединенные с первой поверхностью межсоединений и предусмотренные так, чтобы проникать через герметизирующий элемент,
- вторая изолирующая подложка включает в себя:
- металлическую и плоскую вторую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне,
- металлические вторые сквозные межсоединения, соединенные со второй поверхностью межсоединений и предусмотренные так, чтобы проникать через вторую изолирующую подложку, и
- металлические третьи сквозные межсоединения, соединенные с первыми сквозными межсоединениями и предусмотренные так, чтобы проникать через вторую изолирующую подложку, и
- полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания первой изолирующей подложки с помощью герметизирующего элемента при помощи связывания при комнатной температуре, чтобы тем самым связывать первую поверхность межсоединений с первыми сквозными межсоединениями, и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первой поверхностью межсоединений и второй поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре.1. A semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate using a sealing element, while:
- the semiconductor element includes metal and flat surfaces of the electrodes formed on all or almost all surfaces of the semiconductor element on both sides,
- the first insulating substrate includes a metal and a flat first surface of the interconnects formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on one side,
- the sealing element includes a metal first end-to-end interconnects connected to the first surface of the interconnects and provided so as to penetrate through the sealing element,
- the second insulating substrate includes:
a metallic and flat second interconnect surface formed on the surface of the second insulating substrate on one side so as to correspond to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side,
- metal second through wiring connected to the second surface of the wiring and provided so as to penetrate the second insulating substrate, and
- metal third through interconnects connected to the first through interconnects and provided so as to penetrate the second insulating substrate, and
- the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the first insulating substrate with the sealing element by bonding at room temperature, thereby thereby bonding the first surface of the interconnects to the first through interconnects, and bonding the surfaces of the electrodes of the semiconductor element to the first surface of the interconnects and a second interconnect surface by binding at room temperature.
- множество деформируемых и тонких столбчатых электродов предусмотрено на поверхностях из либо первой и второй поверхностей межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех, и других, и, по меньшей мере, одна из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений связывается с поверхностями электродов полупроводникового элемента с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре.2. The semiconductor element module according to claim 1, in which:
- many deformable and thin columnar electrodes are provided on surfaces from either the first and second surfaces of the interconnects, or the surfaces of the electrodes of the semiconductor element, or both, and at least one of the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects is connected to the surfaces of the electrodes a semiconductor element with a plurality of columnar electrodes between them by bonding at room temperature.
- формируют металлические и плоские поверхности электродов на всех или практически на всех поверхностях полупроводникового элемента на обеих сторонах;
- формируют металлическую и плоскую первую поверхность межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне;
- формируют металлические первые сквозные межсоединения, проникающие через герметизирующий элемент и соединенные с первой поверхностью межсоединений;
- формируют металлическую и плоскую вторую поверхность межсоединений на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что вторая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне;
- формируют металлические вторые сквозные межсоединения, проникающие через герметизирующий элемент и соединенные со второй поверхностью межсоединений;
- формируют металлические третьи сквозные межсоединения, проникающие через герметизирующий элемент и соединенные с первыми сквозными межсоединениями; и
- монтируют полупроводниковый элемент на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания первой изолирующей подложки с помощью герметизирующего элемента при помощи связывания при комнатной температуре, чтобы тем самым связывать первую поверхность межсоединений с первыми сквозными межсоединениями, и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первой поверхностью межсоединений и второй поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре.5. A method for manufacturing a semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having a high thermal conductivity and a second insulating substrate having a high thermal conductivity, and an outer peripheral part between a first insulating substrate and a second the insulating substrate is sealed with a sealing element, the method comprising the steps of:
- form metal and flat surfaces of the electrodes on all or almost all surfaces of the semiconductor element on both sides;
- form a metal and flat first surface of the interconnects on the surface of the first insulating substrate on one side so that the first surface of the interconnects corresponds to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on one side;
- form the first metal end-to-end interconnects penetrating through the sealing element and connected to the first surface of the interconnects;
- form a metal and flat second surface of the interconnects on the surface of the second insulating substrate on one side so that the second surface of the interconnects corresponds to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side;
- form a metal second through wiring, penetrating through the sealing element and connected to the second surface of the wiring;
- form metal third through wiring, penetrating through the sealing element and connected to the first through wiring; and
- mount the semiconductor element on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the first insulating substrate with a sealing element by bonding at room temperature, thereby thereby bonding the first surface of the interconnects to the first through interconnects, and bonding the surfaces of the electrodes of the semiconductor element to the first surface of the interconnects and a second interconnect surface by binding at room temperature.
- множество деформируемых и тонких столбчатых электродов формируется на поверхностях из либо первой и второй поверхностей межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех и других, и
- по меньшей мере, одна из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений связывается с поверхностями электродов полупроводникового элемента с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре.6. A method for manufacturing a module of a semiconductor element according to claim 5, in which:
- a plurality of deformable and thin columnar electrodes is formed on surfaces from either the first and second surfaces of the interconnects, or the surfaces of the electrodes of the semiconductor element, or both, and
- at least one of the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects is connected to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element with a plurality of columnar electrodes between them by bonding at room temperature.
- полупроводниковый элемент включает в себя множество поверхностей электродов, сформированных по всей поверхности полупроводникового элемента на одной стороне,
- первая изолирующая подложка включает в себя множество первых поверхностей межсоединений, сформированных на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать каждой из поверхностей электродов полупроводникового элемента,
- множество деформируемых и тонких столбчатых электродов предусмотрено на поверхностях из либо первой поверхности межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех и других, и
- полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первыми поверхностями межсоединений с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре.9. A semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and the outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate , wherein:
- the semiconductor element includes a plurality of electrode surfaces formed over the entire surface of the semiconductor element on one side,
the first insulating substrate includes a plurality of first interconnect surfaces formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to each of the electrode surfaces of the semiconductor element,
- a lot of deformable and thin columnar electrodes are provided on surfaces from either the first surface of the interconnects, or the surfaces of the electrodes of the semiconductor element, or both, and
- the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element to the first interconnect surfaces with a plurality of column electrodes between them by bonding at room temperature and bonding the surface of the semiconductor element on the other side to the second insulating substrate by bonding with room temperature.
- полупроводниковый элемент включает в себя множество поверхностей электродов, сформированных по всем поверхностям полупроводникового элемента на обеих сторонах,
- первая изолирующая подложка включает в себя первую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне,
- вторая изолирующая подложка включает в себя вторую поверхность межсоединений, сформированную на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, чтобы соответствовать поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне,
- множество деформируемых и тонких столбчатых электродов предусмотрено на поверхностях из либо первой и второй поверхностей межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех, и других, и,
- полупроводниковый элемент монтируется на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на одной стороне с первой поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на другой стороне со второй поверхностью межсоединений посредством связывания при комнатной температуре,
- и, по меньшей мере, одна из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений связывается с поверхностями электродов полупроводникового элемента с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре.10. A semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second insulating substrate , wherein:
- the semiconductor element includes a plurality of electrode surfaces formed on all surfaces of the semiconductor element on both sides,
- the first insulating substrate includes a first interconnect surface formed on the surface of the first insulating substrate on one side so as to correspond to the electrode surfaces of the semiconductor element on one side,
- the second insulating substrate includes a second interconnect surface formed on the surface of the second insulating substrate on one side so as to correspond to the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side,
- a lot of deformable and thin columnar electrodes are provided on surfaces from either the first and second surfaces of the interconnects, or the surfaces of the electrodes of the semiconductor element, or both, and
- the semiconductor element is mounted on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on one side to the first interconnect surface by bonding at room temperature and bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side to the second interconnect surface by bonding at room temperature,
- and at least one of the first interconnect surface and the second interconnect surface is bonded to the electrode surfaces of the semiconductor element with a plurality of column electrodes between them by bonding at room temperature.
- формируют множество поверхностей электродов по всей поверхности полупроводникового элемента на одной стороне,
- формируют множество первых поверхностей межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первые поверхности межсоединений соответствует каждой из поверхностей электродов полупроводникового элемента на одной стороне;
- множество деформируемых и тонких столбчатых электродов формируют на поверхностях из либо первой поверхности межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех, и других, и
- монтируют полупроводниковый элемент на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента с первыми поверхностями межсоединений с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхности полупроводникового элемента на другой стороне со второй изолирующей подложкой при помощи связывания при комнатной температуре.11. A method for manufacturing a semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second the insulating substrate is sealed, while the method comprises the steps of:
- form a plurality of electrode surfaces over the entire surface of the semiconductor element on one side,
- form a plurality of first interconnect surfaces on the surface of the first insulating substrate on one side such that the first interconnect surfaces corresponds to each of the electrode surfaces of the semiconductor element on one side;
- a plurality of deformable and thin columnar electrodes are formed on surfaces from either the first surface of the interconnects, or the surfaces of the electrodes of the semiconductor element, or both, and
- mount the semiconductor element on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element to the first interconnect surfaces with a plurality of column electrodes between them by bonding at room temperature and bonding the surface of the semiconductor element on the other side to the second insulating substrate by bonding with room temperature.
- формируют множество поверхностей электродов по всем поверхностям полупроводникового элемента на обеих сторонах,
- формируют первую поверхность межсоединений на поверхности первой изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что первая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на одной стороне;
- формируют вторую поверхность межсоединений на поверхности второй изолирующей подложки на одной стороне таким образом, что вторая поверхность межсоединений соответствует поверхностям электродов полупроводникового элемента на другой стороне;
- множество деформируемых и тонких столбчатых электродов формируют на поверхностях из либо первой и второй поверхностей межсоединений, либо поверхностей электродов полупроводникового элемента, либо и тех и других, и
- монтируют полупроводниковый элемент на первой изолирующей подложке и второй изолирующей подложке посредством связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на одной стороне с первой поверхностью межсоединений при помощи связывания при комнатной температуре и связывания поверхностей электродов полупроводникового элемента на другой стороне со второй поверхностью межсоединений посредством связывания при комнатной температуре,
- по меньшей мере, одна из первой поверхности межсоединений и второй поверхности межсоединений связывается с поверхностями электродов полупроводникового элемента с множеством столбчатых электродов между ними при помощи связывания при комнатной температуре. 12. A method for manufacturing a semiconductor element module in which at least one semiconductor element is sandwiched between a first insulating substrate having high thermal conductivity and a second insulating substrate having high thermal conductivity, and an outer peripheral part between the first insulating substrate and the second the insulating substrate is sealed, while the method comprises the steps of:
- form a plurality of electrode surfaces on all surfaces of the semiconductor element on both sides,
- form the first surface of the interconnects on the surface of the first insulating substrate on one side so that the first surface of the interconnects corresponds to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on one side;
- form a second surface of the interconnects on the surface of the second insulating substrate on one side so that the second surface of the interconnects corresponds to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element on the other side;
- a plurality of deformable and thin columnar electrodes are formed on surfaces from either the first and second surfaces of the interconnects, or the surfaces of the electrodes of the semiconductor element, or both, and
- mount the semiconductor element on the first insulating substrate and the second insulating substrate by bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on one side to the first interconnect surface by bonding at room temperature and bonding the electrode surfaces of the semiconductor element on the other side to the second interconnect surface by bonding at room temperature,
- at least one of the first surface of the interconnects and the second surface of the interconnects is connected to the surfaces of the electrodes of the semiconductor element with a plurality of columnar electrodes between them by bonding at room temperature.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137970/28A RU2458431C2 (en) | 2008-02-14 | 2008-02-14 | Module of semiconductor element and method of its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137970/28A RU2458431C2 (en) | 2008-02-14 | 2008-02-14 | Module of semiconductor element and method of its manufacturing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010137970A RU2010137970A (en) | 2012-03-20 |
RU2458431C2 true RU2458431C2 (en) | 2012-08-10 |
Family
ID=46029804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010137970/28A RU2458431C2 (en) | 2008-02-14 | 2008-02-14 | Module of semiconductor element and method of its manufacturing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2458431C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2612944C1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-03-14 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
RU2725647C2 (en) * | 2015-10-07 | 2020-07-03 | Керамтек Гмбх | Double-side cooling circuit |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222074C1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-01-20 | Сасов Юрий Дмитриевич | Method for manufacturing hybrid electronic module |
-
2008
- 2008-02-14 RU RU2010137970/28A patent/RU2458431C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222074C1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-01-20 | Сасов Юрий Дмитриевич | Method for manufacturing hybrid electronic module |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2612944C1 (en) * | 2014-11-04 | 2017-03-14 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
RU2725647C2 (en) * | 2015-10-07 | 2020-07-03 | Керамтек Гмбх | Double-side cooling circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010137970A (en) | 2012-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8222724B2 (en) | Semiconductor element module and method for manufacturing the same | |
US9704788B2 (en) | Power overlay structure and method of making same | |
US9673163B2 (en) | Semiconductor device with flip chip structure and fabrication method of the semiconductor device | |
US8432030B2 (en) | Power electronic package having two substrates with multiple semiconductor chips and electronic components | |
CN103943582B (en) | There is the chip packing-body of the terminal pad of different shape factor | |
US10269688B2 (en) | Power overlay structure and method of making same | |
JP4950280B2 (en) | Low inductance bond wireless joint package for high power density devices, especially for IGBTs and diodes | |
US7605456B2 (en) | Inverter unit | |
CN108735692B (en) | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips | |
US11908760B2 (en) | Package with encapsulated electronic component between laminate and thermally conductive carrier | |
GB2485087A (en) | Power electronic package | |
US10475721B2 (en) | Power semiconductor device and method for manufacturing same | |
RU2458431C2 (en) | Module of semiconductor element and method of its manufacturing | |
CN104851843A (en) | Power semiconductor device | |
CN114097076A (en) | Semiconductor package, electronic device, and method for manufacturing semiconductor package | |
US9761506B2 (en) | Semiconductor device and fabrication method for the same | |
TWI395307B (en) | Semiconductor element module and manufacturing method thereof | |
JP2011526422A (en) | Planar power electronic component for use at high temperatures and method of manufacturing the same | |
JP7310733B2 (en) | Semiconductor package, electronic device, and method for manufacturing semiconductor package |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210215 |