專利名稱：具有電氣元件和該元件的電連接線的裝置以及制造該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)電氣元件的裝置，該電氣元件具有至少一個(gè)電接觸面、至少一個(gè)用于電接觸該元件的接觸面的電連接線和至少一個(gè)被布置在該元件上的電絕緣層，該電絕緣層具有至少一個(gè)在該絕緣層的厚度方向上貫穿的孔，該孔被布置為面對(duì)所述元件的接觸面，其中所述絕緣層具有限制所述孔的側(cè)面并且所述電連接線具有至少一個(gè)被布置在所述側(cè)面上的金屬化層。除了該裝置之外，還給出一種用于制造該裝置的方法。
一種裝置和一種用于制造這種裝置的方法例如由WO03/030247 A2所公開(kāi)。所述元件是被布置在襯底(電路載體)上的功率半導(dǎo)體元件。所述襯底例如是DCB(直接銅熔結(jié))襯底，該DCB襯底包括由陶瓷制成的載體層，在該載體層的兩側(cè)涂敷由銅制成的導(dǎo)電層。該功率半導(dǎo)體元件被這樣焊接在由銅制成的導(dǎo)電層之一上，使得存在功率半導(dǎo)體元件的由所述襯底指明方向的電接觸面。
在真空下基于聚酰亞胺或者環(huán)氧化物的絕緣薄膜被層壓到由所述功率半導(dǎo)體元件和所述襯底組成的裝置上，使得所述絕緣薄膜與所述功率半導(dǎo)體元件和襯底緊密相貼地連接。所述絕緣薄膜與所述功率半導(dǎo)體元件和襯底以形狀擬合并且附著的方式(form-und kraftschluessig)相連接。在所述絕緣薄膜的背離該功率半導(dǎo)體元件的表面輪廓內(nèi)復(fù)制由功率半導(dǎo)體元件和襯底所給定的表面輪廓(外形)。
為了電連接所述功率半導(dǎo)體元件的接觸面，在所述絕緣薄膜中生成孔(窗口)。該孔的生成通過(guò)激光燒蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，所述功率半導(dǎo)體元件的接觸面被露出。為了制造接觸所述功率半導(dǎo)體元件的接觸面所利用的電連接線，隨后在所述接觸面上并且在所述絕緣薄膜上涂敷金屬化層。為了保證這樣所生成的連接線的必要的電流承載能力，在所述金屬化層上沉積相對(duì)厚的銅層。銅的沉積以電鍍的方式實(shí)現(xiàn)。該銅層的層厚可以為數(shù)百μm。
所述功率半導(dǎo)體元件基本上由硅構(gòu)成。銅的熱膨脹系數(shù)與硅的熱膨脹系數(shù)明顯不同。因此在所述功率半導(dǎo)體元件運(yùn)行時(shí)可能在由所述功率半導(dǎo)體元件和連接線組成的裝置內(nèi)出現(xiàn)非常高的機(jī)械應(yīng)力。這種高的機(jī)械應(yīng)力可能導(dǎo)致所述連接線與功率半導(dǎo)體元件的接觸面之間的電接觸被中斷。
由Liang等人在2003年的Electronic Components and TechnologyConverence發(fā)表的論文的第1090至1094頁(yè)中同樣公開(kāi)了一種用于大面積接觸半導(dǎo)體元件的接觸面的方法。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種具有電氣元件和電連接線的裝置，其中所述元件和所述連接線由具有非常不同的熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成，并且其中盡管所述裝置有高的熱應(yīng)力，但仍確保所述元件的接觸面的接觸。
為了解決該任務(wù)，給出一種裝置，該裝置包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電接觸面的電氣元件、至少一個(gè)用于電接觸所述元件的接觸面的電連接線和至少一個(gè)被布置在所述元件上的電絕緣層，該電絕緣層具有至少一個(gè)在該絕緣層的厚度方向上貫穿的孔，該孔被布置為面對(duì)所述元件的接觸面，其中所述絕緣層具有形成所述孔的邊界的側(cè)面并且所述電連接線具有至少一個(gè)被布置在所述側(cè)面上的金屬化層。所述裝置的特征在于，所述金屬化層相對(duì)于所述接觸面傾斜地被定位。所述金屬化層不僅被涂敷在所述元件的接觸面上，而且也被涂敷在所述絕緣層的側(cè)面上。
為了解決所述任務(wù)，還給出一種用于制造所述裝置的方法，該方法具有以下方法步驟a)提供具有電接觸面的元件，b)在所述元件上生成具有貫穿的孔的絕緣層，使得可以自由通達(dá)所述元件的接觸面，以及c)這樣在所述絕緣層的形成所述孔的邊界的側(cè)面上布置連接線的金屬化層，使得所述金屬化層相對(duì)于所述接觸面傾斜地被定位。
為了提供具有接觸面的元件，例如這樣在襯底上布置所述元件，使得可以自由通達(dá)所述元件的接觸面。所述襯底是在有機(jī)或者無(wú)機(jī)基底上的任意的電路載體。這樣的電路載體或者襯底例如是PCB(印刷電路板)襯底、BCD襯底、IM(絕緣金屬)襯底、HTCC(高溫共燒陶瓷)襯底和LTCC(低溫共燒陶瓷)襯底。
所述連接線例如由兩個(gè)相互固定連接的段組成。第一段由所述金屬化層構(gòu)成，該金屬化層例如被布置在所述孔的成斜面的側(cè)面上并且被布置在所述元件的接觸面上。所述連接線的第二段由被涂敷在所述絕緣層上的金屬化構(gòu)成。通過(guò)被布置在所述側(cè)面上的金屬化層的定位，所述連接線的第二段與所述元件機(jī)械去耦。由此可以處理由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料制成的所述連接線的第二段和所述元件。例如所述連接線的第二段具有厚的銅層。所述元件例如是由硅制成的半導(dǎo)體元件。在所述裝置有高的熱負(fù)荷的情況下，由于這些材料的不同熱膨脹系數(shù)而出現(xiàn)所述裝置的高的機(jī)械負(fù)荷。因?yàn)殂~比硅更劇烈地膨脹，所以在沒(méi)有適當(dāng)?shù)膶?duì)策的情況下會(huì)產(chǎn)生所述連接線的第一段或者所述連接線的連接對(duì)接觸面的高的拉力負(fù)荷。但是，由于具有相對(duì)于接觸面傾斜布置的金屬化層的、所述連接線的第一段的構(gòu)成，導(dǎo)致有效地減輕張力。明顯地降低由于所使用的材料的不同熱膨脹系數(shù)而使所述裝置失效的概率。同樣的內(nèi)容尤其也適用于具有成斜面的側(cè)面的絕緣層。由于該成斜面的側(cè)面，絕緣層的熱膨脹在很大程度上與所述連接線的段的熱膨脹去耦。
在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，所述金屬化層相對(duì)于所述接觸面以從大于等于30°至小于等于80°的范圍內(nèi)選擇的角度被定位。優(yōu)選地，該角度是從大于等于50°至小于等于70°的范圍內(nèi)選擇的。在角度為90°時(shí)所述金屬化層將垂直于所述接觸面被定位。
所述金屬化層的層厚這樣來(lái)選擇，使得導(dǎo)致有效地減輕張力。特別有利的是，所述金屬化層的層厚從大于等于0.5μm至小于等于30μm的范圍內(nèi)選擇。所述層厚尤其是從大于等于2.0μm至小于等于20μm的范圍內(nèi)選擇。所述金屬化層的相對(duì)于接觸面不是傾斜地被定位的區(qū)域優(yōu)選地具有明顯更大的層厚。該更大的層厚例如是提供對(duì)于所述元件的運(yùn)行來(lái)說(shuō)必要的電流承載能力所需的。
該金屬化層可以由唯一的層組成。存在單層的金屬化層。特別地，所述金屬化層具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)上下重疊布置的子金屬化層。在此，每個(gè)子金屬化層與不同的功能相關(guān)聯(lián)。例如第一子金屬化層導(dǎo)致非常好地附著在所述元件的接觸面上。該子金屬化層起粘合層(Haftvermittlungsschicht)的作用。在半導(dǎo)體元件的情況下已證明由鈦制成的粘合層是有效的。粘合層的其它適合的材料例如是鉻、釩或者鋯。被布置在所述粘合層之上的第二子金屬層例如起擴(kuò)散屏障的作用。這樣的子金屬化層例如由鈦鎢合金構(gòu)成。第三子金屬化層例如由在第二子金屬化層上電鍍沉積的銅構(gòu)成。該由銅構(gòu)成的子金屬化層負(fù)責(zé)必要的電流承載能力。這產(chǎn)生具有層序列Ti/TiW/Cu的金屬化層。
為了所述金屬化層的傾斜定位，例如使所述絕緣層的孔的側(cè)面成斜面。例如所述側(cè)面的(平均)面法線與所述接觸面的(平均)面法線成一個(gè)角度，該角度是從大于等于30°至小于等于80°的范圍內(nèi)選擇的。在平均面法線的情況下不考慮面的粗糙度或者波紋。
在一個(gè)特別有利的擴(kuò)展方案中，在所述絕緣層的孔的側(cè)面上布置有所述金屬化層，該側(cè)面具有至少一個(gè)階梯。由于該階梯，產(chǎn)生所述金屬化層相對(duì)于所述元件的接觸面傾斜的延展方向。有利地，在此存在多個(gè)階梯。由于該階梯或者這些階梯，導(dǎo)致有效地減輕張力。
各個(gè)階梯例如通過(guò)多層的絕緣層產(chǎn)生。因此，在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，所述絕緣層具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)上下重疊布置的子絕緣層。在此可以附加地使各個(gè)子絕緣層或者所有子絕緣層朝著所述孔成斜面。所述絕緣層或者子絕緣層成斜面例如通過(guò)借助于激光燒蝕的材料剝蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述材料剝蝕還可以以濕化學(xué)或者干化學(xué)的方式進(jìn)行。例如通過(guò)反應(yīng)物質(zhì)的侵蝕來(lái)蝕刻所述子絕緣層的絕緣材料。因?yàn)橐话阍谄芈兜奈恢蒙?、例如在棱邊上，蝕刻速率被提高，所以在這些棱邊上自動(dòng)地使子絕緣層成緩坡或者成斜面。
在另一個(gè)擴(kuò)展方案中，所述絕緣層的層厚從大于等于20μm至小于等于500μm的范圍內(nèi)選擇。優(yōu)選地，該絕緣層的層厚從大于等于50μm至小于等于200μm的范圍內(nèi)選擇。如果所述金屬化層非常薄(例如5μm至10μm)，則具有明顯更大層厚的絕緣層可以起有效支承的作用。在所述金屬化層熱膨脹時(shí)不把所述絕緣層擠開(kāi)。
為了生成所述絕緣層，例如涂敷相應(yīng)厚度的電絕緣漆。該漆以壓制法被涂敷到所述元件上。在所述漆硬化和/或干燥之后，在所生成的絕緣層中生成所述孔。在此，特別是執(zhí)行光刻工藝。優(yōu)選地為此使用光敏漆。
在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，為了在所述元件上生成絕緣層執(zhí)行以下方法步驟d)在所述元件上層壓至少一個(gè)絕緣薄膜，并且e)在所述絕緣薄膜中生成孔，使得露出所述元件的接觸面。所述絕緣層由至少一個(gè)被層壓到所述元件上的絕緣薄膜構(gòu)成。在此，絕緣薄膜的至少一部分這樣被層壓到所述元件上，使得在所述絕緣薄膜的背離所述元件的部分的表面輪廓中復(fù)制所述元件的表面輪廓。該表面輪廓不涉及所述元件的表面的粗糙度或者波紋。所述表面輪廓例如由所述元件的棱邊產(chǎn)生。特別地，所復(fù)制的表面輪廓不僅由所述元件、而且還由襯底來(lái)預(yù)先給定，其中在所述襯底上布置所述元件。
在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，在真空下進(jìn)行所述絕緣薄膜的層壓。通過(guò)在真空下層壓，在所述絕緣薄膜和所述元件之間產(chǎn)生特別牢固并且緊密的接觸。
可以只層壓具有相應(yīng)薄膜厚度的絕緣薄膜。也可以上下重疊地層壓多個(gè)具有相應(yīng)薄膜厚度的絕緣薄膜，這些絕緣薄膜作為子絕緣層一起構(gòu)成所述絕緣層。所使用的絕緣薄膜具有電絕緣塑料。在此，作為塑料，可以設(shè)想每一種任意的熱固性和/或熱塑性塑料。絕緣薄膜特別是具有從以下組中選擇的至少一種塑料聚丙烯酸酯、聚酰亞胺、聚異氰酸鹽、聚乙烯、多酚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯和/或環(huán)氧化物。同樣可以設(shè)想所述塑料的混合和/或塑料單體的共聚合物。所謂的液晶聚合物可以與有機(jī)改性陶瓷一樣得到使用。
原則上，可以對(duì)所述元件的的接觸面層壓已經(jīng)具有所生成的孔的絕緣薄膜。為此這樣層壓所述絕緣薄膜，使得所述孔位于所述元件的接觸面之上。然而有利地在層壓之后才在所述絕緣薄膜中生成所述孔。在絕緣薄膜中生成孔通過(guò)材料剝蝕實(shí)現(xiàn)。這可以以光刻方式進(jìn)行。特別地，在所述絕緣薄膜中生成所述孔通過(guò)激光燒蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)。材料借助于激光被剝蝕。為了進(jìn)行激光燒蝕，例如使用波長(zhǎng)為9.24μm的CO2激光器。還可以設(shè)想使用UV激光器。
優(yōu)選地，為了布置所述金屬化層，執(zhí)行蒸汽沉積法。所述蒸汽沉積法例如是物理蒸汽沉積法(Physical Vapour Deposition，PVD)。這樣的蒸汽沉積法還可以被用于生成絕緣層。所述PVD法例如是濺射。同樣可以設(shè)想化學(xué)蒸汽沉積法(Chemical Vapour Deposition，CVD)。特別是在所述絕緣層的孔的側(cè)面成斜面的情況下可以借助于蒸汽沉積法生成具有足夠的層厚的金屬化層。通過(guò)所述蒸汽沉積法，有利地還在所述絕緣層或者絕緣薄膜上生成金屬化層，該金屬化層例如是電鍍沉積其它電極材料的起點(diǎn)。優(yōu)選地將從鋁、金、銅、鉬、銀、鈦和/或鎢的組中選擇的金屬用于所述金屬化層和/或電鍍沉積。在此，銀是特別合適的，因?yàn)殂y具有高的電導(dǎo)率并且同時(shí)相對(duì)軟(E模量比銅更低)。由此在熱負(fù)荷下出現(xiàn)較低的機(jī)械張力。
在另一個(gè)擴(kuò)展方案中，在絕緣層的側(cè)面上布置金屬化層之前和/或之后在所述絕緣層上生成所述連接線的段，該段具有比所述金屬化層的層厚更大的厚度。例如不僅在絕緣層的側(cè)面上朝著絕緣層的孔生成薄的金屬化層，而且還在絕緣層的表面上生成薄的金屬化層。在絕緣層的表面上的金屬化層上電鍍沉積金屬。這形成所述連接線的具有較大層厚的段。在此，沉積具有至多500μm的層厚的金屬。該金屬例如是鋁或者銅。
為了生成所述連接線的具有較大層厚的段，優(yōu)選地在沉積所述金屬期間關(guān)閉所述絕緣層的孔。為了關(guān)閉所述孔，例如執(zhí)行光刻工藝。通過(guò)關(guān)閉所述孔保證，只在未被覆蓋的連接線的位置處沉積所述金屬。
所述裝置可以具有任意的元件。該元件例如是無(wú)源電氣元件。在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，所述元件是半導(dǎo)體元件。該半導(dǎo)體元件優(yōu)選地是功率半導(dǎo)體元件。該功率半導(dǎo)體元件尤其是從二極管、MOSFET、IGBT、晶閘管和/或雙極型晶體管的組中選擇。這樣的功率半導(dǎo)體元件適用于高電流(數(shù)百A)的控制和/或開(kāi)關(guān)。
所述功率半導(dǎo)體元件是可控制的。為此所述功率半導(dǎo)體元件分別具有至少一個(gè)輸入接觸、一個(gè)輸出接觸和一個(gè)控制接觸。在雙極型晶體管的情況下輸入接觸通常稱為發(fā)射極，輸出接觸稱為集電極，而控制接觸稱為基極。在MOSFET的情況下這些接觸稱為源極、漏極和柵極。
正是在功率半導(dǎo)體元件的情況下在運(yùn)行時(shí)切換高電流，因此出現(xiàn)顯著的放熱。由于放熱，特別是在通過(guò)由銅制成的厚連接線被電接觸的功率半導(dǎo)體元件的情況下可能發(fā)生上述的機(jī)械應(yīng)力。通過(guò)構(gòu)成具有相對(duì)于功率半導(dǎo)體元件的接觸面傾斜布置的相對(duì)薄的金屬化層的連接線，可以實(shí)現(xiàn)有效地減輕張力。
在功率半導(dǎo)體元件的情況下，重要的是，給相應(yīng)的接觸面提供足夠的電流。為了保證這一點(diǎn)，在一個(gè)特別的擴(kuò)展方案中，所述絕緣層具有多個(gè)構(gòu)成行或者矩陣的孔。接觸面的大面積接觸通過(guò)多個(gè)分別具有至少一個(gè)金屬化層的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此保證，盡管金屬化層薄，但仍給功率半導(dǎo)體元件提供足夠的電流。此外還設(shè)法使電流也均勻地分布在接觸面上。在功率半導(dǎo)體元件運(yùn)行時(shí)，在接觸的區(qū)域中不出現(xiàn)干擾的橫向電流梯度。
在矩陣的情況下，例如在絕緣層中存在具有或多或少對(duì)稱的基面的孔。所述基面例如是橢圓形、矩形或者圓形。在孔按行布置的情況下，出現(xiàn)具有條形基面的孔。所述金屬化層優(yōu)選地沿每個(gè)條形孔的一個(gè)縱向棱邊或者兩個(gè)縱向棱邊被施加。
總之，利用所述本發(fā)明產(chǎn)生以下重要優(yōu)點(diǎn)-通過(guò)構(gòu)成具有相對(duì)于所述元件的接觸面傾斜布置的優(yōu)選地薄的金屬化層的連接線，導(dǎo)致連接線的被施加在絕緣層上的段和所述元件在很大程度上相互機(jī)械去耦。
-通過(guò)機(jī)械去耦，顯著地降低由于熱引起的機(jī)械應(yīng)力而使所述裝置失效的概率。這尤其也適用于以下情況，即所述連接線與所述元件由具有不同膨脹系數(shù)的不同材料構(gòu)成。
-用于電接觸功率半導(dǎo)體元件的裝置是特別有利的，在所述功率半導(dǎo)體元件中在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)相對(duì)強(qiáng)的放熱。
下面借助于多個(gè)實(shí)施例和與此有關(guān)的圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。這些圖是示意性的并且不是按正確比例的圖。


圖1以側(cè)橫截面圖示出具有電氣元件和該元件的連接線以及在襯底上的絕緣層的裝置。
圖2示出圖1的裝置的一部分。
圖3-圖5示出該裝置的不同的實(shí)施形式。
圖6示出從上方看具有帶有多個(gè)孔的矩陣的絕緣層的一部分。
圖7示出從上方看具有一行多個(gè)條形孔的絕緣層的一部分。
圖8示出一種用于制造該裝置的方法。
該裝置1具有在襯底5上的電氣元件2(圖1)。所述襯底5是DCB襯底，該DCB襯底具有載體層50和涂敷在該載體層50上的由銅制成的導(dǎo)電層51。該載體層50由陶瓷構(gòu)成。
所述電氣元件2是MOSFET形式的功率半導(dǎo)體元件。該功率半導(dǎo)體元件2被這樣焊接在導(dǎo)電層51上，使得該功率半導(dǎo)體元件2的電接觸面20背離襯底5。通過(guò)接觸面20電接觸該功率半導(dǎo)體元件3的接觸(源極、柵極、漏極)。
在該功率半導(dǎo)體元件2上以及在襯底5上涂敷有絕緣薄膜形式的絕緣層4。在此，這樣涂敷該絕緣薄膜4，使得在絕緣薄膜4的一部分的表面輪廓47中復(fù)制由功率半導(dǎo)體元件2、導(dǎo)電層51和DCB襯底的載體層50產(chǎn)生的表面輪廓。該絕緣薄膜遵循功率半導(dǎo)體元件4和襯底5的拓?fù)洹Ｔ诖?，克服超過(guò)500μm的高度差。
絕緣薄膜4具有沿絕緣薄膜的厚度方向40貫穿的孔42(圖2)。該孔42相對(duì)于功率半導(dǎo)體元件2的電接觸面20被裝置。絕緣層的、形成絕緣層的孔42的邊界的側(cè)面43成斜面。該側(cè)面43相對(duì)于接觸面20傾斜地布置。
在該側(cè)面43上涂敷有金屬化層30。該金屬化層30的層厚32為大約5μm。由于該絕緣薄膜4的傾斜的側(cè)面43，所述金屬化層30同樣相對(duì)于功率半導(dǎo)體元件2的接觸面20傾斜地取向。所述金屬化層30相對(duì)于接觸面20取向的角度為大約50°。
替代單層的金屬化層30，所述金屬化層30以多層結(jié)構(gòu)為特征(圖30)。所述金屬化層30由單獨(dú)的上下重疊布置的子金屬化層33組成?？倢雍?0同樣為5μm。與所述功率半導(dǎo)體元件的接觸面20直接連接的下子金屬化層由鈦構(gòu)成并且起粘合層的作用。布置在該下子金屬化層之上的子金屬化層由鈦鎢合金構(gòu)成。
在絕緣薄膜4的區(qū)域46中涂敷有連接線3的一段34，該段具有大于絕緣薄膜4的孔42中的金屬化層30的層厚32的厚度35。該段34中的連接線3的厚度為大約500μm。該段由銅的電鍍沉積36構(gòu)成。
所述功率半導(dǎo)體元件2由硅構(gòu)成。在絕緣薄膜4上的連接線3的所述段34由銅構(gòu)成。在所述功率半導(dǎo)體元件2運(yùn)行時(shí)流過(guò)非常高的電流。由于所述功率半導(dǎo)體元件2的損耗功率，發(fā)生整個(gè)裝置1的相對(duì)強(qiáng)的發(fā)熱。因?yàn)楣韬豌~具有非常不同的熱膨脹系數(shù)，在運(yùn)行時(shí)在所述裝置1內(nèi)出現(xiàn)相對(duì)高的機(jī)械應(yīng)力。在電鍍沉積的銅層36的厚度方向上出現(xiàn)相對(duì)高的拉應(yīng)力。通過(guò)所選擇的具有連接線3和在絕緣薄膜4的孔42中的薄金屬化層30的特殊裝置來(lái)保證，連接線3的段34的熱引起的膨脹以及絕緣薄膜4的熱膨脹幾乎與半導(dǎo)體元件2的熱引起的膨脹去耦。連接線的段34與功率半導(dǎo)體元件2基本上相互機(jī)械去耦。通過(guò)在所述孔中傾斜布置的金屬化層30，減輕裝置1的張力。這導(dǎo)致裝置1的可靠性提高。通過(guò)金屬化層30，盡管有高的熱負(fù)荷，但功率半導(dǎo)體元件2保持被電接觸。
在另一實(shí)施形式中，絕緣薄膜4具有多個(gè)子絕緣薄膜45(圖4)。該絕緣薄膜4由多個(gè)上下重疊布置的子絕緣薄膜45組成。在此這樣布置子絕緣薄膜45，使得在孔42中產(chǎn)生階梯44。越過(guò)該階梯44布置有金屬化層30。該階梯44起減輕張力的作用。在該實(shí)施形式的一個(gè)擴(kuò)展方案中附加地使每個(gè)子絕緣薄膜45成斜面(圖5)。
為了保證功率半導(dǎo)體元件2的運(yùn)行所需的電流，在功率半導(dǎo)體元件2的接觸面20上布置有多個(gè)這樣的孔42。在此，多個(gè)孔42構(gòu)成一行49(圖7)。每個(gè)孔42具有條形的基面。在另一實(shí)施形式中，每個(gè)孔42具有正方形的基面。多個(gè)孔42以矩陣48形式分布在絕緣薄膜4上(圖6)。在此，這樣布置每個(gè)孔42，使得穿過(guò)孔42分別借助于金屬化層30來(lái)電接觸所述接觸面20。通過(guò)該裝置1，一方面保證必要的電流承載能力。此外還保證，均勻地給功率半導(dǎo)體元件的接觸面20供電。
替代于此，在一種(未示出的)實(shí)施形式中，為了提供所需的電流，在直接位于所述接觸面上的金屬化層上涂敷相對(duì)厚的銅層。該銅層例如被布置在所述孔42的中間。
為了制造所述裝置1，在DCB襯底5上焊上所述功率半導(dǎo)體元件2。隨后層壓所述絕緣薄膜4(圖8，附圖標(biāo)記80)。該層壓在真空下進(jìn)行。在此情況下，在絕緣薄膜4與功率半導(dǎo)體元件2或者襯底5之間形成牢固并且緊密的接觸。通過(guò)所述層壓，在絕緣薄膜4的表面輪廓47中復(fù)制由功率半導(dǎo)體元件2和襯底5所預(yù)先給定的表面輪廓25。絕緣薄膜4的背離襯底5和功率半導(dǎo)體元件2的表面基本上顯示出與功率半導(dǎo)體元件5和襯底5相同的表面輪廓。
在下一個(gè)方法步驟(圖8，附圖標(biāo)記81)中，在絕緣薄膜4中生成用于接觸功率半導(dǎo)體元件2的接觸面20的孔42。打開(kāi)窗口42。所述窗口42的打開(kāi)通過(guò)借助激光燒蝕的材料剝蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此使用波長(zhǎng)為9.24μm的CO2激光器。在此情況下，這樣進(jìn)行材料剝蝕，使得產(chǎn)生相對(duì)于功率半導(dǎo)體元件2的接觸面20傾斜生成的、形成孔42的邊界的側(cè)面43。在材料剝蝕之后執(zhí)行清潔步驟，以去除材料剝蝕的殘留物。
在制造了孔42之后，在功率半導(dǎo)體元件2的接觸面20、絕緣薄膜2的側(cè)面43和絕緣薄膜4的區(qū)域46的表面上涂敷金屬化層30(圖8，附圖標(biāo)記82)。該涂敷通過(guò)蒸汽沉積法來(lái)實(shí)現(xiàn)。必要時(shí)多次執(zhí)行該方法，以便得到具有多層結(jié)構(gòu)的金屬化層。
此外，通過(guò)光刻步驟來(lái)覆蓋所述孔42(圖8，附圖標(biāo)記82)。這導(dǎo)致孔42中的連接線3或者金屬化層30的封閉37。然后進(jìn)行銅的電鍍沉積，以便在未被封閉的區(qū)域中制造連接線3。這產(chǎn)生具有厚的銅層的連接線3的段34。該銅層36的層厚35為400μm。
替代上述方法，首先不僅在孔42中的金屬化層30上而且在孔42之外的金屬化層上執(zhí)行電鍍沉積。
停止該電鍍沉積。隨后在光刻步驟中封閉所述孔42。另外，在孔42之外的區(qū)域內(nèi)沉積相應(yīng)厚度的銅。這產(chǎn)生具有另一由銅制成的子金屬化層33的金屬化層30。
在另一擴(kuò)展方案中，為了提供在接觸面20上具有金屬化層30的功率半導(dǎo)體元件2，采取如下措施在被分為多個(gè)功率半導(dǎo)體元件2的晶片上層壓絕緣薄膜4。另外，使功率半導(dǎo)體元件2的接觸面20露出。接著進(jìn)行接觸面20和絕緣薄膜4的金屬化。在絕緣薄膜的孔42中并且在絕緣薄膜4上沉積金屬化層30。該沉積以結(jié)構(gòu)化的方式進(jìn)行。
此外，直接在晶片上制造如上所述的電連接線。在制造了電連接線之后才進(jìn)行單個(gè)模塊的分割。替代于此，把晶片分割為各個(gè)功率半導(dǎo)體元件2。如上所述繼續(xù)加工各個(gè)功率半導(dǎo)體元件2。為此例如將功率半導(dǎo)體元件2之一焊接到襯底上。接著，在該功率半導(dǎo)體元件2和襯底5上層壓另一個(gè)絕緣薄膜。在該另一個(gè)絕緣薄膜中在相應(yīng)的位置處生成孔。將導(dǎo)電材料引入到這些孔中。
權(quán)利要求
1.裝置(1)，具有-至少一個(gè)電氣元件(2)，該電氣元件具有至少一個(gè)電接觸面(20)，-至少一個(gè)電連接線(3)，用于電接觸所述元件(2)的接觸面(20)，和-至少一個(gè)被布置在所述元件(2)上的電絕緣層(4)，該電絕緣層具有至少一個(gè)在所述絕緣層(4)的厚度方向(40)上貫穿的孔(42)，該孔被布置為面對(duì)所述元件(2)的接觸面(20)，其中-所述絕緣層(4)具有形成所述孔(42)的邊界的側(cè)面(43)，并且-所述電連接線(3)具有至少一個(gè)被布置在所述側(cè)面(43)上的金屬化層(30)，其特征在于，-所述金屬化層(30)相對(duì)于所述接觸面(20)傾斜地被定位。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述金屬化層相對(duì)于所述接觸面(20)以這樣的角度被定位，該角度是從大于等于30°至小于等于80°的范圍內(nèi)并且尤其是從大于等于50°至小于等于70°的范圍內(nèi)選擇的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述金屬化層(30)具有從大于等于0.5μm至小于等于30μm的范圍內(nèi)并且尤其是從大于等于2.0μm至小于等于20μm的范圍內(nèi)選擇的層厚(32)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其中，所述金屬化層(30)具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)上下重疊布置的子金屬化層(33)。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其中，在所述絕緣層(4)的側(cè)面(43)上布置有所述金屬化層(30)，該側(cè)面具有至少一個(gè)階梯(44)。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其中，所述絕緣層(4)具有從大于等于20μm至小于等于500μm的范圍內(nèi)并且尤其是從大于等于50μm至小于等于200μm的范圍內(nèi)選擇的層厚(41)。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其中，所述絕緣層(4)具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)上下重疊布置的子絕緣層(45)。
8.如權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其中，所述絕緣層(4)由至少一個(gè)被層壓到所述元件(2)上的絕緣薄膜構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述絕緣層(4)的至少一部分這樣被層壓到所述元件(2)上，使得在背離所述元件(2)的所述絕緣層(4)的部分的表面輪廓(47)中復(fù)制所述元件(2)的表面輪廓(25)。
10.如權(quán)利要求1至9之一所述的裝置，其中，所述連接線(3)至少具有一個(gè)段(34)，該段被布置在所述絕緣層(4)上并且具有比所述金屬化層(30)的層厚(32)更大的層厚(35)。
11.如權(quán)利要求1至10之一所述的裝置，其中，所述連接線(3)的段(34)具有電鍍沉積(36)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述金屬化層(30)和/或所述電鍍沉積(36)具有從鋁、金、銅、鉬、銀、鈦和/或鎢的組中所選擇的金屬。
13.如權(quán)利要求1至12之一所述的裝置，其中，所述元件(2)是半導(dǎo)體元件。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述半導(dǎo)體元件是功率半導(dǎo)體元件。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述功率半導(dǎo)體元件是從二極管、MOSFET、IGBT、晶閘管和/或雙極型晶體管的組中選擇的。
16.如權(quán)利要求1至15之一所述的裝置，其中，所述絕緣層(4)具有多個(gè)構(gòu)成行(49)或者矩陣(48)的孔(42)。
17.用于制造如權(quán)利要求1至16之一所述的裝置(1)的方法，具有以下方法步驟a)提供具有電接觸面(20)的元件(2)，b)在所述元件(4)上生成具有貫穿的孔(42)的絕緣層(4)，使得可以自由通達(dá)所述元件(2)的接觸面(20)，以及c)這樣在所述絕緣層(4)的形成所述孔(42)的邊界的側(cè)面(43)上布置連接線(3)的金屬化層(30)，使得所述金屬化層(30)相對(duì)于所述接觸面(20)傾斜地被定位。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在所述元件(2)上生成絕緣層(4)包括以下方法步驟d)在所述元件(2)上層壓至少一個(gè)絕緣薄膜(4)，以及e)在所述絕緣薄膜(4)中生成所述孔(42)，使得露出所述元件(2)的接觸面(20)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，在真空下進(jìn)行所述絕緣薄膜(4)的層壓。
20.如權(quán)利要求18或者19所述的方法，其中，在所述絕緣薄膜(4)中生成所述孔(42)通過(guò)激光燒蝕來(lái)實(shí)現(xiàn)。
21.如權(quán)利要求17至20之一所述的方法，其中，為了在所述元件(2)上生成絕緣層(4)，執(zhí)行壓制法，其中在所述元件上涂敷漆。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，使用光敏漆。
23.如權(quán)利要求17至22之一所述的方法，其中，為了布置所述金屬化層和/或?yàn)榱嗽谒鲈仙山^緣層(4)，執(zhí)行蒸汽沉積法。
24.如權(quán)利要求17至23之一所述的方法，其中，在所述絕緣層的側(cè)面上布置金屬化層之前和/或之后，在所述絕緣層上生成所述連接線(3)的段(34)，該段具有比所述金屬化層(30)的層厚(32)更大的厚度(35)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，為了生成所述段(34)，在所述絕緣層(4)上電鍍沉積金屬。
26.如權(quán)利要求24或25所述的方法，其中，在生成所述段(34)期間關(guān)閉所述絕緣層(4)的孔(42)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置(1)，該裝置包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電接觸面(20)的電氣元件(2)、至少一個(gè)用于電接觸該元件的接觸面的電連接線(3)、和至少一個(gè)被布置在該元件上的電絕緣層(4)，該電絕緣層具有至少一個(gè)在該絕緣層的厚度方向(40)上貫穿的孔(42)，該孔被布置為面對(duì)該元件的接觸面，其中該絕緣層具有形成該孔的邊界的側(cè)面(43)并且該電連接線具有至少一個(gè)被布置在該側(cè)面上的金屬化層(30)。該裝置的特征在于，該金屬化層相對(duì)于接觸面傾斜地被定位。由于傾斜地被定位的金屬化層，導(dǎo)致連接線的涂敷在絕緣層上的段、絕緣層和所述元件在很大程度上相互機(jī)械去耦。為此優(yōu)選地，金屬化層為數(shù)個(gè)μm厚。通過(guò)機(jī)械去耦，連接線、絕緣層和元件可以由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。特別是在功率半導(dǎo)體元件的大面積電接觸的情況下使用本發(fā)明。
文檔編號(hào)H01L23/485GK1922730SQ200580005897
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者H·施沃茨鮑爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司