功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法
【專利說明】功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]該申請要求于2014年4月17日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的申請?zhí)枮镹0.10-2014-0045798的韓國專利的權(quán)利，該專利的公開內(nèi)容通過引用并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種被嵌入陶瓷基板的電子元件及該電子元件的制造方法，以及一種包括該電子元件的功率半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0004]驅(qū)動功率半導(dǎo)體器件時，可能產(chǎn)生大量的熱量。因此，由于在功率半導(dǎo)體模塊中使用一般的印刷電路板(PCB)可能是困難的，具有優(yōu)異的熱輻射效應(yīng)的陶瓷基板被主要地應(yīng)用于此。
[0005]此外，一般地，各種無源器件和有源器件與功率半導(dǎo)體器件一起被安裝到基板上。因此，由于器件被二維地放置在所述基板的單面，在減少模塊尺寸上存在限制。
[0006]【相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)】
[0007](專利文獻(xiàn)I)韓國專利公開號為N0.10-2008-0052081

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體模塊可以包括:基板，該基板通過堆疊多個陶瓷絕緣層形成；至少一個無源器件，所述無源器件被插入并嵌入在所述陶瓷絕緣層之間；以及至少一個功率半導(dǎo)體器件，所述功率半導(dǎo)體器件安裝在所述基板的一個表面，并通過粘合線與所述基板電連接。
[0009]這里，所述功率半導(dǎo)體器件可以僅通過所述粘合線電連接至所述基板，以及僅所述功率半導(dǎo)體器件可以被安裝在所述基板上。
[0010]根據(jù)本公開的另一個示例式實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體模塊的制造方法可以包括:準(zhǔn)備基板，在該基板中無源器件被嵌入在多個絕緣層之間；以及在所述基板上安裝功率半導(dǎo)體器件。
[0011]所述基板的準(zhǔn)備可以包括:準(zhǔn)備第一印刷電路基板和第二印刷電路基板(greensheet);在所述第一印刷電路基板上安裝至少一個無源器件；在所述第一印刷電路基板上堆疊所述第二印刷電路基板；以及燒制所堆疊的第一和第二印刷電路基板。
【附圖說明】
[0012]結(jié)合附圖，根據(jù)下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其他方面、特征和其他優(yōu)勢將更清楚地得到理解，其中:
[0013]圖1是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的截面圖；
[0014]圖2是圖1示出的功率半導(dǎo)體模塊的部分剖視透視圖；
[0015]圖3至圖6是根據(jù)本示例性實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的制造方法的示意圖；以及
[0016]圖7是根據(jù)本公開的另一個示例性實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下文中，將參照附圖對本公開的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0018]但是，本公開可以以許多不同的形式來實(shí)施，且不應(yīng)該解釋為局限于本文闡述的實(shí)施方式。相反，提供了這些實(shí)施方式以使本公開是充分、完整的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0019]在附圖中，元件的形狀和尺寸可以被放大以使其清楚，并且相同的附圖標(biāo)記將始終用于表示相同或相似的元件。
[0020]圖1是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的截面圖；以及圖2是圖1示出的功率半導(dǎo)體模塊的部分剖視透視圖。
[0021]參考圖1和圖2，根據(jù)本示例性實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體模塊100可以包括至少一個功率半導(dǎo)體器件1、基板10以及成型部件(molding part) 80，其中所述功率半導(dǎo)體I被安裝在所述基板10的一個表面。
[0022]功率半導(dǎo)體器件I可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，以及根據(jù)需要可以被進(jìn)一步配置為包括快速恢復(fù)二極管(FRD)。
[0023]也就是說，根據(jù)本示例性實(shí)施方式，在所述功率半導(dǎo)體模塊100中，連接在IGBT的電流輸入電極和電流輸出電極之間的FRD和IGBT均被安裝在所述基板10的一個表面，或者所述IGBT和所述FRD中的至少一個被安裝于此。
[0024]同時，根據(jù)本公開，功率半導(dǎo)體模塊100不被限制于上述配置，但根據(jù)需要，可以進(jìn)一步包括另外的電子元件，例如集成電路(IC)等。
[0025]此外，根據(jù)本示例性實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體器件I可以通過粘合線90電連接到所述基板10。
[0026]粘合線90可以由金屬形成。例如，可以使用鋁(Al)、金(Au)或者它們的合金。此夕卜，為了粘合所述粘合線90至所述功率半導(dǎo)體器件I和所述基板10，所述粘合線可被粘合到的電極可以形成在所述半導(dǎo)體器件I和所述基板10的表面。
[0027]上述的功率半導(dǎo)體器件I可以通過下述的粘附構(gòu)件(adhes1n member)粘附至基板10的一個表面。這里，所述粘附構(gòu)件可以是導(dǎo)電或非導(dǎo)電的。例如，焊錫、金屬環(huán)氧樹脂、金屬膏、樹脂型環(huán)氧樹脂、具有優(yōu)異的耐熱性的粘附帶等可以作為粘附構(gòu)件被使用。
[0028]根據(jù)本示例性實(shí)施方式，所述基板10可以是燒制的陶瓷基板。例如，所述基板10可以是低溫共燒陶瓷(LTCC)基板。
[0029]所述基板10可以包括第一絕緣層1a和第二絕緣層10b。所述第一絕緣層1a和第二絕緣層1b可以彼此堆疊在一起，以構(gòu)成單個基板10。
[0030]在本示例性實(shí)施方式中，所述第一絕緣層1a和第二絕緣層1b可以彼此以相同材料形成。例如，所述第一絕緣層1a和第二絕緣層1b均可以由所述低溫共燒陶瓷(LTCC)形成。
[0031]多個電極13和16可以形成在所述基板10的一個表面或者兩面。這里，所述電極13和16可以包括多個用于安裝所述功率半導(dǎo)體器件I的安裝電極13和用于電連接所述基板10至外部的多個外部連接電極16。所述外部連接電極16可以通過外部端子(例如凸塊或焊料球等)電連接到主板等類似設(shè)備。
[0032]使所述安裝電極13或所述外部連接電極16相互電連接的電路圖案15可以形成在所述基板10的兩個面上，且所述基板10可以包括層間電路14，該層間電路14用于使所述電極13和16與所述電路圖案彼此電連接。這里，所述層間電路14可以被實(shí)施為導(dǎo)電通孔(via) ο
[0033]進(jìn)一步，根據(jù)本示例性實(shí)施方式，所述基板10中可以包括至少一個無源器件2。這里，所述無源器件2可以包括電容、電感、電阻等，以及可以是與印刷電路基板(或絕緣層)獨(dú)立地制造的芯片型器件。所述無源器件2可以通過形成在所述基板10中的電路圖案15或?qū)娱g電路14電連接到安裝在所述基板10 —個表面上的功率半導(dǎo)體器件I。
[0034]根據(jù)本示例性實(shí)施方式，所述基板10可以按照如下被制造:通過在具有低介電常數(shù)(permittivity)的陶瓷印刷電路基板上形成電路圖案15和層間電路14，在所述電路圖案15上放置所述無源器件2，以及堆疊另一個印刷電路基板并覆蓋所述無源器件2。制造方法的細(xì)節(jié)描述將在下文被提供。
[0035]所述成型部件80可以密封所述功率半導(dǎo)體器件I和所述基板10的一個表面，并暴露所述基板10的另一個表面。
[0036]所述成型部件80可以以該成型部件80覆蓋并密封所述功率半導(dǎo)體器件I和所述粘合線90的形狀形成，從而保護(hù)所述半導(dǎo)體器件I不受外部環(huán)境影響。
[0037]此外，所述功率半導(dǎo)體器件I可以被嵌入在所述成型部件80中，以使所述功率半導(dǎo)體器件I可以被安全地保護(hù)、免受影響。
[0038]在本示例性實(shí)施方式中，所述成型部件80被完全地形成在所述基板10的一個表面的情形通過舉例的方式描述，但是本發(fā)明的配置并不限制于此。例如，所述成型部件80可以僅在一個表面的部分形成，或者以所述基板10的端面或其他表面也被嵌入成型部件的形狀形成。
[0039]如上所述的成型部件80可以由絕緣材料形成。特別地，例如具有高導(dǎo)熱性的硅凝膠、熱傳導(dǎo)性環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等類似材料可以被使用。
[0040]盡管沒有示出，為了有效地散發(fā)熱量，散熱器可以被附著在所述成型部件80的外表面或者所述基板10的其他表面。所述散熱器可以通過高溫膠帶、高溫焊料等被附著。
[0041]同時，根據(jù)本示例式實(shí)施方式，所述成型部件80可以在使用例如蓋子等替換結(jié)構(gòu)的情形下被省略，或者可以在為了散發(fā)熱量，使所述功率半導(dǎo)體器件I暴露于外部的情形下被省略。
[0042]根據(jù)本示例性實(shí)施方式，如上所述配置的所述功率半導(dǎo)體模塊100中，所述無源器件2不是被安裝在所述基板10的一個表面或其他表面，而是被放置在所述基板10上。因此，由于所述基板10的安裝區(qū)域可以被顯著地減小，所述功率半導(dǎo)體模塊100的尺寸也可以被顯著地減小。
[0043]此外，由于在所述基板10的安裝區(qū)域有空間，該空間可以被用于其他用途。例如，該空間可以被用于另外的器件的安裝或者具有大體積的功率半導(dǎo)體器件I的使用。
[0044]此外，使用具有高散熱效果的陶瓷基板10，以使在功率半導(dǎo)體器件I中產(chǎn)生的熱量可以被有效地散發(fā)，且由熱量引起的變形可以被顯著地減小。
[0045]同時，在本示例性實(shí)施方式中，所述基板10僅由兩個絕緣層1a和1b組成的情形通過舉例的方式描述，但是本發(fā)明的配置并不限制于此。如果必要，本公開可以有各種變形。例如，所述絕緣層可以由三層或更多層堆疊?？商娲兀瑑H僅單個絕緣層被使用，而在該絕緣層內(nèi)形成腔體，且無源器件2被放置在腔體中。
[0046]然后，根據(jù)本示例性實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體模塊100的制造方法將被描述。
[0047]圖3至圖6是根據(jù)本示例性實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的制造方法的示意圖。
[0048]首先，如圖3所示，根據(jù)本示例性實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體模塊100的制造方法中，至少兩個陶瓷印刷電路基板1a和1b可以被準(zhǔn)備。
[0049]兩個印刷電路基板1a和1b可以被分成向下放置的第一印刷電路基板1a和堆疊在所述第一印刷電路基板1a上的第二印刷電路基板10b，且各自通過燒制形成上述第一絕緣層1a和第二絕緣層10b。
[0050]所述第一印刷電路基板1a和第二印刷電路基板1b均可以由陶瓷材料形成，且由能在低溫被燒制的材料形成。例如，所述第一印刷電路基板1a和第二印刷電路基板1b可以由制備的混合玻璃和陶瓷的漿體(slurry)形成。
[0051]此外，電極13和16、電路圖案15、層間電路14等可以各自在所述第一印刷電路基板1a和第二印刷電路基板1b中形成。在本示例性實(shí)施方式中，所述功率半導(dǎo)體模塊可以被配置，以使所述第一印刷電路基板1a的下表面被安裝在主板上(未示出)，且功率半導(dǎo)體器件I被安裝在所述第二印刷電路基板1b的上表面。因此，外部連接電極16可以被放置在所述第一印刷電路基板1a的下表面，且安裝電極13可以被放置在所述第一印刷電路基板1a和第二印刷電路基板1b的上表面。但是，本發(fā)明