專利名稱：一種絕緣柵雙極晶體管模塊及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種絕緣柵雙極晶體管模塊及其制作方法。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管Qnsulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)是新型的大功率器件，它具有通態(tài)壓降低、電流容量大、輸入阻抗高、響應(yīng)速度快、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。對于焊接式IGBT模塊而言，如圖1所示，主要包括基板1100，基板1100上面有雙面金屬化的襯板1300、襯板1300上面焊接有絕緣柵雙極晶體管(IGBT)芯片1410、快恢復(fù)二極管芯片(Fast Recovery Diode, FRD) 1420，襯板1300上面還焊接有輔助電極1600、印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB) 1700 ； IGBT模塊外部有柵極端子1810，發(fā)射極端子1820、集電極端子1830。其中，基板1100與襯板1300之間、襯板1300與IGBT芯片1410 以及FRD芯片1420之間采用焊接的方式進(jìn)行連接，焊接層為錫銀焊層1200。IGBT模塊中的IGBT芯片1410正面的電極(包括柵極1411、發(fā)射極1412)與FRD芯片1420正面的電極 (包括FRD芯片陽極1421)通過粗鋁線1500引出至襯板1300的金屬化面上進(jìn)行互連，這里襯板1300的另一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體芯片(IGBT芯片1410、FRD芯片1420)不同電極的互連。IGBT芯片的柵極1411、發(fā)射極1412、集電極1413再通過輔助電極1600、PCB1700 引出至模塊外部，實(shí)現(xiàn)與外部端子(柵極端子1810，發(fā)射極端子1820、集電極端子1830)的連接。然而、發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題由于IGBT 模塊中的基板與襯板之間、襯板與芯片之間都采用焊接的方式進(jìn)行連接，而焊層一般為錫銀焊料，其熔點(diǎn)一般為200°C 300°C。IGBT模塊工作時(shí)其內(nèi)部芯片結(jié)溫可高達(dá)175°C，隨著IGBT模塊工作時(shí)間的增長，基板與襯板之間的焊層、襯板與芯片之間的焊層會由于熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致IGBT模塊的可靠性降低，進(jìn)而出現(xiàn)失效現(xiàn)象。另一方面，由于IGBT模塊內(nèi)各芯片的電極之間采用引線鍵合的方式進(jìn)行連接， IGBT模塊中存在多個(gè)鍵合點(diǎn)，由于IGBT模塊內(nèi)部材料的熱膨脹系數(shù)不同，IGBT模塊長期工作中會由于應(yīng)力等問題產(chǎn)生裂紋進(jìn)而導(dǎo)致鍵合點(diǎn)的脫落，導(dǎo)致IGBT模塊的失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種絕緣柵雙極晶體管模塊及其制作方法，減少IGBT模塊的失效現(xiàn)象，提高器件的可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案一方面，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種絕緣柵雙極晶體管模塊，所述模塊包括基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片；模塊外表面的外部電極端子；其中，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。優(yōu)選的，所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面的電極采用引線進(jìn)行互連，并通過輔助電極引出模塊外部，實(shí)現(xiàn)與所述外部電極端子的連接。優(yōu)選的，所述外部電極端子與絕緣柵雙極晶體管芯片以及快速恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。優(yōu)選的，所述采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接為所述低溫鍵合的連接介質(zhì)為銀鍵合層。優(yōu)選的，所述基板上表面為金屬化層。優(yōu)選的，所述基板為導(dǎo)電材料。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種絕緣柵雙極晶體管模塊，包括基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片；模塊外表面的外部電極端子；其中，所述外部電極端子與絕緣柵雙極晶體管芯片以及快速恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。優(yōu)選的，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用焊接實(shí)現(xiàn)連接。優(yōu)選的，所述采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接為所述低溫鍵合的連接介質(zhì)為銀鍵合層。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種絕緣柵雙極晶體管模塊的制作方法，其特征在于，所述方法包括提供基板，將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片采用低溫鍵合方法鍵合到所述基板上；實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接。優(yōu)選的，所述實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接為將所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面的電極采用引線進(jìn)行互連，并通過輔助電極引出模塊外部，實(shí)現(xiàn)與所述外部電極端子的連接。優(yōu)選的，所述實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接為將外部電極端子采用低溫鍵合方法鍵合到所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極上。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種絕緣柵雙極晶體管模塊的制作方法，其特征在于，所述方法包括提供基板，將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片連接到所述基板上；
將外部電極端子采用低溫鍵合方法鍵合到所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢 復(fù)ニ極管芯片正面相應(yīng)的電極上。優(yōu)選的，所述將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)ニ極管芯片連接到所述基板上 為將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)ニ極管芯片采用焊接方法固定到所述基板上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例提供的絕緣柵雙極 晶體管模塊，由于在基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)ニ極管芯 片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接，取代了現(xiàn)有技術(shù)中采用錫銀焊料進(jìn)行焊接的連接方式，使 得模塊的可靠性大大提高。另ー方面，采用低溫鍵合的連接方式，不需要襯板等材料，制作 模塊所需要的材料和零部件更少，使得模塊結(jié)構(gòu)更加簡單，提高了器件的可靠性。


通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中 相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示 出本發(fā)明的主旨。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT模塊示意圖；圖2為本發(fā)明提供的IGBT模塊第一實(shí)施例示意圖；圖3為本發(fā)明提供的IGBT模塊第二實(shí)施例示意圖；圖4為本發(fā)明提供的IGBT模塊第三實(shí)施例示意圖；圖5為本發(fā)明提供的IGBT模塊第四實(shí)施例示意圖。1100-基板；1200-錫銀焊層；1300-襯板；1410-IGBT 芯片；1411-IGBT芯片的柵極；1412-IGBT芯片的發(fā)射極；1413-IGBT 芯片的集電極；1420-FRD 芯片；1421-FRD芯片陽極；1422-FRD芯片陰極；1500-粗鋁線；1600-輔助電極；1700-PCB; 1810-柵極端子；1820-發(fā)射極端子；1830-集電極端子；2100-絕緣基板；2100'-導(dǎo)電基板；2110-基板上表面圖案金屬化層；2120-基板上表面單面金屬化層；2200-錫銀焊層；2410-IGBT 芯片；2411-IGBT 芯片柵極；M12-IGBT芯片發(fā)射極；M13-IGBT芯片集電極；2420-FRD 芯片；2421-FRD 芯片陽極； 2422-FRD 芯片陰極；2500-引線；洸00_ 輔助電極；2700-PCB ；2810-柵極端子；2820-發(fā)射極端子； 2830-集電極端子；2900-銀鍵合層
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術(shù)部分所述，如圖1所示，對于焊接式IGBT模塊而言，為了實(shí)現(xiàn)在模塊內(nèi)部對芯片進(jìn)行固定，需要將各個(gè)芯片進(jìn)行焊接，并對芯片的電極進(jìn)行互連與引出?，F(xiàn)有技術(shù)的焊接式IGBT模塊，基板1100上面有雙面金屬化的襯板1300、襯板1300上面焊接有 IGBT芯片1410、FRD芯片1420、襯板1300上面還焊接有輔助電極1600、PCB1700。其中，基板1100與襯板1300之間、襯板1300與IGBT芯片1410以及FRD芯片1420之間采用焊接的方式進(jìn)行連接，焊接層為錫銀焊層1200。IGBT模塊中的IGBT芯片1410、FRD芯片1420 正面的電極通過粗鋁線1500引出至襯板1300的金屬化面上進(jìn)行互連，這里襯板1300的另一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體芯片(IGBT芯片1410、FRD芯片1420)不同電極的互連。IGBT 芯片的柵極1411、發(fā)射極1412、集電極1413再通過輔助電極1600、PCB1700引出至模塊外部，實(shí)現(xiàn)與外部端子(柵極端子1810，發(fā)射極端子1820、集電極端子1830)的連接。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題由于IGBT模塊中的基板與襯板之間、襯板與芯片之間都采用焊接的方式進(jìn)行連接，而焊層一般為錫銀焊料，其熔點(diǎn)一般為200°C 300°C，隨著IGBT模塊工作時(shí)間的增長，基板與襯板之間的焊層、 襯板與芯片之間的焊層會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致IGBT模塊的可靠性降低。另一方面，由于 IGBT模塊內(nèi)各芯片的電極之間采用引線鍵合的方式進(jìn)行連接，IGBT模塊中存在多個(gè)鍵合點(diǎn)，由于IGBT模塊內(nèi)部材料的熱膨脹系數(shù)不同，IGBT模塊長期工作中會由于應(yīng)力等問題產(chǎn)生裂紋進(jìn)而導(dǎo)致鍵合點(diǎn)的脫落，導(dǎo)致IGBT模塊的失效。為了提高IGBT模塊的可靠性，本發(fā)明實(shí)施例提供了采用低溫鍵合技術(shù)代替焊接方式的 IGBT 模塊。其中，低溫鍵合技術(shù)(Low Temperature Joining Technique，LTJT)，就是在空氣環(huán)境中，在較低溫度下(一般為220°C 300°C )，對鍵合材料施加一定的壓力并維持一定時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)鍵合材料與鍵合界面連接的一種技術(shù)。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊，包括基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片；所述模塊外表面的外部電極端子；其中，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，在基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接，取代了現(xiàn)有技術(shù)中采用錫銀焊料進(jìn)行焊接的連接方式，使得模塊的可靠性大大提高。另一方面，采用低溫鍵合的連接方式，不需要襯板等材料，制作模塊所需要的材料和零部件更少，使得模塊結(jié)構(gòu)更加簡單，提高了器件的
可靠性。參見圖2，本發(fā)明提供的IGBT模塊第一實(shí)施例示意圖。
如圖2所示，在本發(fā)明第一實(shí)施例中，所述模塊包括基板2100，位于基板2100上面、模塊內(nèi)部的IGBT芯片MlO和FRD芯片M20。其中，基板2100與IGBT芯片MlO之間、 FRD芯片M20之間采用低溫鍵合的方式實(shí)現(xiàn)連接。具體的，所述基板上表面為圖案金屬化層2110。所述金屬化層被劃分為多個(gè)互相隔離的區(qū)域，形成為單面金屬化并帶金屬化圖案的金屬化層，用于實(shí)現(xiàn)IGBT芯片M10、FRD 芯片M20正面電極的連接。這里，基板的材料可以是絕緣材料，在基板的上表面進(jìn)行金屬化處理，形成一層金屬化層。在將IGBT芯片的柵極和發(fā)射極以及FRD芯片的陽極引出到基板的金屬化面時(shí)，為了區(qū)分不同的電極，將金屬化層劃分成多個(gè)不同的區(qū)域，各個(gè)區(qū)域彼此隔離，這樣就形成了帶金屬化圖案的金屬化層。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，將IGBT芯片M10、FRD芯片M20以及輔助電極沈00通過低溫鍵合技術(shù)直接鍵合到基板的金屬化面上。如圖2所示，是將IGBT芯片MlO背面的集電極M13 以及FRD芯片背面的陰極M22通過低溫鍵合技術(shù)鍵合到金屬化面上，從而實(shí)現(xiàn)IGBT芯片與FRD芯片反并聯(lián)連接。優(yōu)選的，用于實(shí)現(xiàn)連接的連接介質(zhì)可以是銀鍵合層四00。IGBT芯片M10、FRD芯片M20正面電極互連依然采用引線進(jìn)行互連，例如使用粗鋁線、鋁帶或者銅線進(jìn)行互連。模塊內(nèi)部的所有芯片共有5個(gè)電極IGBT芯片正面的柵極 2411和發(fā)射極M12，背面的集電極M13 ；FRD芯片正面的陽極M21，背面的陰極M22。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，IGBT芯片正面的發(fā)射極M12與FRD芯片正面的陽極M21通過引線引出到襯板正面的一個(gè)金屬化區(qū)域上，實(shí)現(xiàn)IGBT發(fā)射極M12與FRD陽極2412互連；IGBT芯片背面的集電極M13與FRD芯片背面的陰極M22通過鍵合層引到襯板正面的另一個(gè)金屬化區(qū)域上實(shí)現(xiàn)互連；IGBT芯片正面的柵極Mll通過引線引出到襯板正面的另一個(gè)金屬化區(qū)域上實(shí)現(xiàn)柵極互連。這樣，IGBT芯片正面的發(fā)射極M12和FRD芯片正面的陽極M21互連形成一個(gè)共同的電極——IGBT模塊的發(fā)射極；IGBT芯片背面的集電極M13與FRD芯片背面的陰極M22互連形成一個(gè)共同的電極——IGBT模塊的集電極；所有IGBT芯片正面的柵極 2412互連作為一個(gè)電極——IGBT模塊的柵極。故IGBT模塊的外部共為三個(gè)電極發(fā)射極端子觀20、集電極端子觀30和柵極端子觀10。為了實(shí)現(xiàn)電極的模塊極互連，IGBT模塊還包括輔助電極2600和PCB2700。輔助電極沈00的作用是將基板金屬化面上的各個(gè)電極引到PCB2700板上，并通過輔助電極引出模塊外部，實(shí)現(xiàn)與所述外部電極端子的連接。與現(xiàn)有技術(shù)的焊接式模塊相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的IGBT模塊封裝材料不再需要襯板，基板與芯片的連接方式不再使用焊接方式而是采用低溫鍵合技術(shù)，連接材料由錫銀焊料變?yōu)殂y鍵合層。這樣，由于銀的熔點(diǎn)為900度以上，大大提高了連接層的可靠性。另一方面，采用低溫鍵合工藝，大大提高了模塊的可靠性。而且將芯片直接鍵合到基板上，不再需要襯板，減少了連接次數(shù)和封裝材料，簡化了封裝工藝，使模塊結(jié)構(gòu)更簡單，制作更容易，性能更可靠。參見圖3，本發(fā)明提供的IGBT模塊第二實(shí)施例示意圖。在本發(fā)明提供的第二實(shí)施例中，采用低溫鍵合技術(shù)同時(shí)代替芯片焊接和引線鍵合工藝。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于采用引線鍵合實(shí)現(xiàn)芯片電極的互連，在鍵合點(diǎn)的連接處以及鍵合引線易發(fā)生斷裂而引起失效。而在第二實(shí)施例中，采用低溫鍵合代替引線鍵合，可以直接將電極端子鍵合到芯片表面電極上，電極端子相比粗鋁線不易發(fā)生斷裂，因此提高了模塊的
可靠性。
所述模塊包括基板2100，位于基板2100上面、模塊內(nèi)部的IGBT芯片MlO和FRD 芯片M20。其中，基板2100與IGBT芯片MlO之間、FRD芯片M20之間采用低溫鍵合的方式實(shí)現(xiàn)連接。具體的，所述基板上表面為單面金屬化層2120。所述金屬化層為整塊金屬化層。這里，基板的材料可以是絕緣材料，在基板的上表面進(jìn)行金屬化處理，形成一層金屬化層。這里，金屬化層為單面金屬化層，不帶金屬化圖案。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，將IGBT芯片M10、FRD芯片M20以及集電極端子觀30通過低溫鍵合技術(shù)直接鍵合到基板的金屬化面上。如圖3所示，是將IGBT芯片MlO背面的集電極 2413以及FRD芯片背面的陰極M22通過低溫鍵合技術(shù)鍵合到金屬化面上，從而實(shí)現(xiàn)IGBT 芯片與FRD芯片反并聯(lián)連接。然后將柵極端子觀10和發(fā)射極端子觀20通過低溫鍵合技術(shù)直接鍵合到芯片上，實(shí)現(xiàn)芯片正面電極的互連并引出模塊外部。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于柵極端子、發(fā)射極端子、集電極端子下部有多個(gè)引腳，分別鍵合到每個(gè)芯片的電極上，就實(shí)現(xiàn)了芯片正面電極的互連并引出模塊外部。以發(fā)射極端子觀20為例，將發(fā)射極端子觀20下部的引腳分別鍵合到IGBT芯片正面的發(fā)射極M12和FRD芯片正面的陽極M21上，將IGBT模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的發(fā)射極以及FRD芯片的陽極都引出到發(fā)射極端子觀20上。對于柵極端子觀10，是將柵極端子觀10下部的引腳分別鍵合到各個(gè)IGBT芯片正面的柵極上，從而將IGBT模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的柵極都引出到柵極端子上。對于集電極端子，通過將其下部的多個(gè)引腳都鍵合到基板2100的金屬化面2120上，通過鍵合層與IGBT芯片背面的集電極M13和FRD芯片背面的陰極M22互連，將模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的集電極M13及 FRD芯片的陰極2422都引出到2830上。優(yōu)選的，用于實(shí)現(xiàn)連接的連接介質(zhì)可以是銀鍵合層四00。與現(xiàn)有技術(shù)中的焊接式模塊相比，本發(fā)明第二實(shí)施例提供的IGBT模塊封裝材料不再需要襯板、輔助電極和PCB ；基板與芯片連接不再使用焊接技術(shù)而是采用低溫鍵合技術(shù)，連接材料由錫銀焊料變?yōu)殂y鍵合層，提高了模塊的可靠性。另一方面，模塊內(nèi)部芯片的互連由引線鍵合技術(shù)變?yōu)榈蜏劓I合技術(shù)，芯片正面電極不再需要先引到襯板上進(jìn)行互連， 而是直接通過鍵合到芯片正面的端子引出，實(shí)現(xiàn)了雙面散熱。而在現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT模塊只能實(shí)現(xiàn)單面散熱。這是因?yàn)槟K內(nèi)部芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，可以通過基板向下傳遞實(shí)現(xiàn)散熱，也可以通過鍵合到芯片正面的電極端子向上傳遞實(shí)現(xiàn)散熱。因此電極端子既提供電流通路，也提供散熱通路。而現(xiàn)有的IGBT模塊由于芯片正面電極引出到襯板上互連，幾乎沒有向上散熱的能力，只能實(shí)現(xiàn)向下散熱。而本發(fā)明提供的IGBT模塊既能實(shí)現(xiàn)通過電極端子實(shí)現(xiàn)向上散熱，也能通過基板實(shí)現(xiàn)向下散熱，即雙面散熱。參見圖4，本發(fā)明提供的IGBT模塊第三實(shí)施例示意圖。在本發(fā)明提供的第三實(shí)施例中，采用低溫鍵合技術(shù)同時(shí)代替芯片焊接和引線鍵合工藝。所述模塊包括基板2100'，位于基板2100'上面、模塊內(nèi)部的IGBT芯片2410和FRD 芯片M20。其中，基板2100'與IGBT芯片MlO之間、FRD芯片M20之間采用低溫鍵合的方式實(shí)現(xiàn)連接。具體的，所述基板為導(dǎo)電材料，具體的，所述基板可以是金屬基板。這里，基板既作為模塊的基板也作為模塊的一個(gè)電極。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，將IGBT芯片M10、FRD芯片M20通過低溫鍵合技術(shù)直接鍵合到金屬基板2100'上。然后將柵極端子觀10和發(fā)射極端子觀20通過低溫鍵合技術(shù)直接鍵合到芯片上，實(shí)現(xiàn)芯片正面電極的互連。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于柵極端子、發(fā)射極端子、集電極端子下部有多個(gè)引腳，分別鍵合到每個(gè)芯片的電極上，就實(shí)現(xiàn)了芯片正面電極的互連并引出模塊外部。以發(fā)射極端子觀20為例，將發(fā)射極端子觀20下部的引腳分別鍵合到IGBT芯片正面的發(fā)射極M12和FRD芯片正面的陽極M21上，將IGBT模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的發(fā)射極以及FRD芯片的陽極都引出到發(fā)射極端子觀20上。對于柵極端子觀10，是將柵極端子觀10 下部的引腳鍵合到IGBT芯片正面的柵極上，從而將IGBT模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的柵極都引出到柵極端子上。在本發(fā)明提供的第三實(shí)施例中，并不需要集電極端子，這是因?yàn)?，由于在本發(fā)明實(shí)施例中的IGBT模塊采用金屬基板，可以直接將IGBT芯片背面的集電極M13和 FRD芯片背面的陰極對22由金屬基板2100'從模塊的底部引出，不再需要通過集電極端子實(shí)現(xiàn)電極從模塊上部引出。優(yōu)選的，用于實(shí)現(xiàn)連接的連接介質(zhì)可以是銀鍵合層四00。與現(xiàn)有技術(shù)中的焊接式模塊相比，本發(fā)明第三實(shí)施例提供的IGBT模塊封裝材料不再需要襯板、輔助電極、PCB和集電極端子；基板與芯片連接不再使用焊接技術(shù)而是采用低溫鍵合技術(shù)，連接材料由錫銀焊料變?yōu)殂y鍵合層，提高了模塊的可靠性。另一方面，模塊內(nèi)部芯片的互連由引線鍵合技術(shù)變?yōu)榈蜏劓I合技術(shù)，芯片正面電極不再需要先引到襯板上進(jìn)行互連，而是直接通過鍵合到芯片正面的端子引出，實(shí)現(xiàn)了雙面散熱。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于采用引線鍵合實(shí)現(xiàn)芯片電極的互連，在鍵合點(diǎn)的連接處以及鍵合引線易發(fā)生斷裂而引起失效。本發(fā)明針對這種情況，采用低溫鍵合代替引線鍵合，可以直接將電極端子鍵合到芯片表面電極上，電極端子相比粗鋁線不易發(fā)生斷裂，提高了模塊的可靠性。本發(fā)明還提供一種絕緣柵雙極晶體管模塊，包括基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片；模塊外表面的外部電極端子；其中，所述外部電極端子與絕緣柵雙極晶體管芯片以及快速恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。參見圖5，本發(fā)明提供的IGBT模塊第四實(shí)施例示意圖。所述模塊包括基板2100，位于基板2100上面、模塊內(nèi)部的IGBT芯片MlO和FRD芯片M20。其中，基板2100與IGBT 芯片MlO之間、FRD芯片M20之間采用焊接的方式實(shí)現(xiàn)連接。具體的，所述基板上表面為金屬化層2120。所述金屬化層為整塊金屬化層。這里， 基板的材料可以是絕緣材料，在基板的上表面進(jìn)行金屬化處理，形成一層金屬化層。這里， 金屬化層為單面金屬化層，不帶金屬化圖案。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，將IGBT芯片2410、FRD芯片M20以及集電極端子觀30通過錫銀焊料2200焊接到基板的金屬化面上。然后將柵極端子觀10和發(fā)射極端子觀20通過低溫鍵合技術(shù)直接鍵合到芯片上，實(shí)現(xiàn)芯片正面電極的互連并引出模塊外部。優(yōu)選的，所述連接介質(zhì)為銀鍵合層四00。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于柵極端子、發(fā)射極端子、集電極端子下部有多個(gè)引腳，分別鍵合到每個(gè)芯片的電極上，就實(shí)現(xiàn)了芯片正面電極的互連并引出模塊外部。以發(fā)射極端子觀20為例，將發(fā)射極端子觀20下部的引腳分別鍵合到IGBT芯片正面的發(fā)射極M12和FRD芯片正面的陽極M21上，將IGBT模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的發(fā)射極以及FRD芯片的陽極都引出到發(fā)射極端子觀20上。對于柵極端子觀10，是將柵極端子觀10下部的引腳鍵合到IGBT芯片正面的柵極上，從而將IGBT模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的柵極都引出到柵極端子上。對于集電極端子，通過將其下部的多個(gè)引腳都焊接到基板2100的金屬化面2120上， 通過錫銀焊層2200與IGBT芯片背面的集電極M13和FRD芯片背面的陰極M22相連，將模塊內(nèi)部所有IGBT芯片的集電極M13及FRD芯片的陰極M22都引出到觀30上。優(yōu)選的，用于實(shí)現(xiàn)連接的連接介質(zhì)可以是銀鍵合層四00。與現(xiàn)有技術(shù)中相比，本發(fā)明第四實(shí)施例提供的IGBT模塊封裝材料不再需要襯板、 輔助電極和PCB ；另一方面，模塊內(nèi)部芯片的互連由引線鍵合技術(shù)變?yōu)榈蜏劓I合技術(shù)，芯片正面電極不再需要先引到襯板上進(jìn)行互連，而是直接通過鍵合到芯片正面的端子引出，實(shí)現(xiàn)了雙面散熱。在本發(fā)明提供的另一實(shí)施例中，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。所述低溫鍵合的連接介質(zhì)為銀鍵合層。在這一實(shí)施例中，基板與芯片連接不再使用焊接技術(shù)而是采用低溫鍵合技術(shù)，連接材料由錫銀焊料變?yōu)殂y鍵合層，提高了模塊的可靠性。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種絕緣柵雙極晶體管模塊的制作方法，所述方法包括提供基板，將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片采用低溫鍵合方法鍵合到所述基板上；實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接。優(yōu)選的，所述實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接為將所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面的電極采用引線進(jìn)行互連，并通過輔助電極引出模塊外部，實(shí)現(xiàn)與所述外部電極端子的連接。優(yōu)選的，所述實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接為將外部電極端子采用低溫鍵合方法鍵合到所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極上。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種絕緣柵雙極晶體管模塊的制作方法，其特征在于，所述方法包括提供基板，將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片連接到所述基板上；將外部電極端子采用低溫鍵合方法鍵合到所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極上。優(yōu)選的，所述將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片連接到所述基板上為 將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片采用焊接方法固定到所述基板上。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極晶體管模塊，其特征在于，所述模塊包括 基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片； 模塊外表面的外部電極端子；其中，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面的電極采用引線進(jìn)行互連，并通過輔助電極引出模塊外部，實(shí)現(xiàn)與所述外部電極端子的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快速恢復(fù)二極管芯片正面電極與相應(yīng)的外部電極端子采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，所述采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接為所述低溫鍵合的連接介質(zhì)為銀鍵合層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述基板上表面為金屬化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述基板為導(dǎo)電材料。
7.—種絕緣柵雙極晶體管模塊，其特征在于，包括 基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片； 模塊外表面的外部電極端子；其中，所述外部電極端子與絕緣柵雙極晶體管芯片以及快速恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模塊，其特征在于，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用焊接實(shí)現(xiàn)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的模塊，其特征在于，所述采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接為 所述低溫鍵合的連接介質(zhì)為銀鍵合層。
10.一種絕緣柵雙極晶體管模塊的制作方法，其特征在于，所述方法包括提供基板，將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片采用低溫鍵合方法鍵合到所述基板上；實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接為將所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面的電極采用引線進(jìn)行互連， 并通過輔助電極引出模塊外部，實(shí)現(xiàn)與所述外部電極端子的連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片與外部電極端子的連接為將外部電極端子采用低溫鍵合方法鍵合到所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極上。
13.—種絕緣柵雙極晶體管模塊的制作方法，其特征在于，所述方法包括提供基板，將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片連接到所述基板上； 將外部電極端子采用低溫鍵合方法鍵合到所述絕緣柵雙極晶體管芯片以及快恢復(fù)二極管芯片正面相應(yīng)的電極上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片連接到所述基板上為將絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片采用焊接方法固定到所述基板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種絕緣柵雙極晶體管模塊及其制作方法。所述模塊包括基板；位于所述基板上面、所述模塊內(nèi)部的絕緣柵雙極晶體管芯片、快恢復(fù)二極管芯片；模塊外表面的外部電極端子；其中，所述基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接。本發(fā)明由于在基板與所述絕緣柵雙極晶體管芯片之間、基板與所述快恢復(fù)二極管芯片之間采用低溫鍵合實(shí)現(xiàn)連接，使得模塊的可靠性大大提高。另一方面，采用低溫鍵合的連接方式，制作模塊所需要的材料和零部件更少，使得模塊結(jié)構(gòu)更加簡單，提高了器件的可靠性。
文檔編號H01L25/07GK102394235SQ20111036095
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者劉國友, 覃榮震, 黃建偉 申請人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司