專利名稱：半導體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的半導體系統(tǒng)，特別是功率半導體系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從US 6，624，216公知如下的半導體系統(tǒng)。在該公知的半導體系統(tǒng)中，在半導體的 設(shè)有觸點的上側(cè)與由箔片復合體形成的電連接裝置之間的底填充物(UnterfUllimg)由環(huán) 氧樹脂組成。尤其是在功率半導體系統(tǒng)中，在運行中出現(xiàn)相對高的溫度。已知的用來進行底填充的環(huán)氧樹脂必須大多在_40°C的溫度下保存在冷凍狀態(tài) 下。在實踐中，可以將材料最多解凍三次。否則環(huán)氧樹脂的性質(zhì)改變，特別是其本就很低的 適用期(Topfzeit)。對于加工而言，不利的是首先需要將環(huán)氧樹脂解凍。這是耗費時間的。 迄今為止用作填充材料的環(huán)氧樹脂的另一個缺點在于該環(huán)氧樹脂在持續(xù)運行中的溫度耐 受能力僅最大為170°C。此外，已知材料具有低于200°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Te。在所述玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度Te之上，所述材料的線性膨脹系數(shù)(CTE)發(fā)生躍變。這可能在生產(chǎn)底填充物之 后的方法步驟中，例如回流焊接中，導致不希望的損害或缺陷。最后，已知材料的熱導率不 是特別高，該熱導率一般為0. 25至0. 5W/mK。鑒于此，不適于或僅在一定條件下適于制造在 運行中散發(fā)相對大的熱量的功率半導體系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，消除依照現(xiàn)有技術(shù)的缺點。尤其應(yīng)當給出一種半導體系統(tǒng)，所 述半導體系統(tǒng)與電連接裝置的復合體具有改進的耐久性。該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征得以解決。本發(fā)明適當?shù)臉?gòu)造方案從權(quán)利要求2至 8的特征得出。根據(jù)本發(fā)明的措施而設(shè)置為，底填充物具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì) (Matrix) 0所提出的底填充物是電絕緣的，該底填充物具有出色的溫度耐受能力。該底填 充物可以在線性膨脹系數(shù)(CTE)方面以如下方式進行調(diào)整，即，實現(xiàn)了半導體與電連接裝 置之間連接的出色耐久性。此外，所提出的陶瓷前驅(qū)體聚合物可以在室溫下保存。在此，該 陶瓷前驅(qū)體聚合物在室溫下的適用期(Tropfzeit)為數(shù)個月。在本發(fā)明的范圍中，“觸點”這一概念尤其被理解為設(shè)置在上側(cè)的接觸面，所述接 觸面通過絕緣機構(gòu)彼此分隔。這樣的接觸面可以構(gòu)造為平的、凸的或凹的?！安瑥秃象w”這 一概念被理解為由至少一個金屬箔片層和至少一個電絕緣箔片層組成的柔性的層壓體。所 述至少一個電絕緣箔片層可以具有穿孔，從而所述金屬箔片層能穿過穿孔進行觸點接通。 就此而言，例如對DE 103 55 925 Al進行參考，DE 10355 925 Al示例性地介紹了箔片復 合體。關(guān)于對箔片復合體的方面，將該文獻的公開內(nèi)容納入本發(fā)明?！疤沾汕膀?qū)體聚合物”這一概念被理解為如下聚合物，該聚合物隨著溫度增加而首 先過渡為凝膠狀，并隨后過渡為熱固性形式。在熱固性形式下，陶瓷前驅(qū)體聚合物在持續(xù)運行中一般具有高達300°C的溫度耐受能力。在繼續(xù)升溫的情況下，可以由陶瓷前驅(qū)體聚合物 生成陶瓷材料。屬于陶瓷前驅(qū)體聚合物的例如有聚硅烷、聚碳硅烷和聚有機硅氮烷。根據(jù)有利的構(gòu)造方案，利用填料以高達80體積％、優(yōu)選為以高達50體積％的填充 度來填充陶瓷前驅(qū)體聚合物。從而尤其可以對陶瓷前驅(qū)體聚合物的流動特性進行調(diào)整。填料適當?shù)厥怯商沾刹牧蠘?gòu)成的、具有處于0.5至500 μ m范圍內(nèi)平均顆粒尺寸的 粉末。提出的所述陶瓷材料很大程度上是惰性的。所述陶瓷材料的添加不導致不希望的化 學副反應(yīng)。所提出的平均顆粒尺寸實現(xiàn)了使用傳統(tǒng)應(yīng)用件來應(yīng)用陶瓷前驅(qū)體聚合物，傳統(tǒng) 應(yīng)用件例如是針式分配器、噴射器等。在室溫下，陶瓷材料的熱導率λ適當?shù)卮笥?0W/mK，優(yōu)選大于20W/mK。由此，根 據(jù)填充度實現(xiàn)的是被以陶瓷材料填充的陶瓷前驅(qū)體聚合物的熱導率值提高到2W/mK以上 的數(shù)值。因此，所述材料特別適用于制造在運行中散發(fā)相對大的熱量的功率半導體系統(tǒng)。陶瓷材料適當?shù)剡x自如下的組出15比、3込隊、六11滑石、堇青石。所提出的陶瓷 材料以高熱導率見長。陶瓷前驅(qū)體聚合物適當?shù)匾阅z的形式或熱固性的形式存在。各所希望的形式通 過陶瓷前驅(qū)體聚合物的交聯(lián)度來確定。交聯(lián)度例如又可以通過輸送熱能來調(diào)整。由此，陶瓷 前驅(qū)體聚合物的硬度和剛度可以適配于相應(yīng)的需要。陶瓷前驅(qū)體聚合物以所述兩種形式具 有在金屬上的高粘附力，金屬特別是指鋁或銅，這使得電連接裝置與半導體之間牢固結(jié)合。已被證實適當?shù)氖?，所述陶瓷前?qū)體聚合物選自如下的組聚硅氧烷、聚硅氮烷、 聚碳硅烷。利用所述材料尤其可以使適用期增長以及使可保存性變得容易。在室溫下保存 的話，可以實現(xiàn)6至9個月的適用期。粘度可以通過填料的類型、填料的平均顆粒尺寸以及 填充度來適配相應(yīng)的需要。根據(jù)另一構(gòu)造方案設(shè)置為，半導體的背離上側(cè)的底側(cè)與襯底相連接。半導體，特別 是功率半導體可以粘合在該襯底上或也可以利用裝配機構(gòu)來固定，例如利用螺釘來固定。


下面，結(jié)合附圖詳細地解釋本發(fā)明的實施例。其中，圖1示出半導體系統(tǒng)的示意剖面圖；以及圖2示出圖1中以“A”標示的截段(Ausschnitt)的細節(jié)視圖。
具體實施例方式在附圖中所示的半導體系統(tǒng)中，在襯底1上固定有處于第一散熱板3中間連接下 的第一功率半導體2以及處于第二散熱板5中間連接下的第二功率半導體4。第一功率半 導體2例如可以是功率二極管，第二功率半導體4可以是功率晶體管。利用參考標號6普適性地標示電連接裝置，所述電連接裝置由箔片復合體形成。 所述箔片復合體包括第一金屬箔片7，第一金屬箔片7在電絕緣箔片8的介入下與第二金屬 箔片9層壓起來。第一金屬箔片7與在第一半導體元件2的上側(cè)以及在第二半導體元件4 的上側(cè)標示的觸點10導電地連接。所述觸點10可以是接觸面。標號11標示了第三半導體，在這里是驅(qū)動部件(Treiberbaustein)，該第三半導 體在這里借助呈細線材形式構(gòu)成的觸點10與第二金屬箔片9導電地連接。
第四功率半導體12具有觸點10，觸點10由第二金屬箔片9與接觸區(qū) (Kontaktfeld) 13之間的鍵合連接部組成，所述接觸區(qū)設(shè)置在第四功率半導體12的另一上 側(cè)上。當然，其它帶有或不帶散熱板的半導體或者其它結(jié)構(gòu)元件也可以取代功率半導 體。
尤其如由圖2所示，用底填充物14來填充功率半導體2、4、11、12的朝向連接裝置 6的上側(cè)之間的體積V1、V2、V3、V4、V5和V6。在這里，底填充物14由陶瓷前驅(qū)體聚合物形 成，優(yōu)選地由聚硅氧烷形成，利用平均顆粒尺寸處于1至5 μ m范圍內(nèi)的SiC粉末，以20至 35%的填充度對所述陶瓷前驅(qū)體聚合物進行填充。在這里，底填充物14以熱固性狀態(tài)存 在。這樣的優(yōu)點在于，縱然在高達300°C的運行溫度下，所提出的底填充物自身的性質(zhì)幾乎 無變化。反過來，所述底填充物14有利于將由功率半導體2、4、11和12產(chǎn)生的熱量有效地 特別是引導到箔片復合體6的金屬箔片7、9上并且散發(fā)出去。參考標記列表1 襯底2 第一功率半導體3 第一散熱板4 第二功率半導體5 第二散熱板6 連接裝置7 第一金屬箔片8 絕緣箔片9 第二金屬箔片10 觸點11 第三功率半導體12 第四功率半導體13 接觸面14 底填充物V1-V6 體積
權(quán)利要求
半導體系統(tǒng)，尤其是功率半導體系統(tǒng)，其中具備上側(cè)的半導體(2、4、11、12)與由箔片復合體(7、8、9)形成的電連接裝置(6)相連接，所述上側(cè)設(shè)有觸點(10)，其中，在所述連接裝置(6)與所述半導體(2、4、11、12)的所述上側(cè)之間設(shè)置有底填充物(14)，其特征在于，所述底填充物(14)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體系統(tǒng)，其中，利用填料以高達80體積％、優(yōu)選高達50 體積％的填充度來填充所述陶瓷前驅(qū)體聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導體系統(tǒng)，其中，所述填料是由陶瓷材料構(gòu)成的、具有 處于0. 5 μ m至500 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸的粉末。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導體系統(tǒng)，其中，在室溫下，所述陶瓷材料的熱導率 λ大于10W/mK，優(yōu)選大于20W/mK。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導體系統(tǒng)，其中，所述陶瓷材料選自如下的組BN、 SiC、Si3N4、AlN、滑石、堇青石。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導體系統(tǒng)，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物以凝膠狀 或熱固性的形式存在。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導體系統(tǒng)，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物選自如下 的組聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚碳硅烷。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導體系統(tǒng)，其中，所述半導體(2、4、11、12)的背離 所述上側(cè)的底側(cè)與襯底(1)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導體系統(tǒng)，尤其是功率半導體系統(tǒng)，其中具備設(shè)有觸點(10)的上側(cè)的半導體(2、4、11、12)與由箔片復合體(7、8、9)形成的電連接裝置(6)相連接，其中，在電連接裝置(6)與半導體(2、4、11、12)上側(cè)之間設(shè)置有底填充物(14)。為了改善底填充物的耐久性而根據(jù)本發(fā)明提出所述底填充物(14)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。
文檔編號H01L23/538GK101807565SQ20101011927
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者烏爾里?！ず諣柭? 克里斯蒂安·約布爾, 托比亞斯·非, 海科·布拉姆爾 申請人:賽米控電子股份有限公司