功率半导体模块及其制造方法
【专利说明】功率半导体模块及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]该申请要求于2014年4月17日向韩国知识产权局提交的申请号为N0.10-2014-0045798的韩国专利的权利，该专利的公开内容通过引用并入本申请。
技术领域
[0003]本发明涉及一种被嵌入陶瓷基板的电子元件及该电子元件的制造方法，以及一种包括该电子元件的功率半导体模块。
【背景技术】
[0004]驱动功率半导体器件时，可能产生大量的热量。因此，由于在功率半导体模块中使用一般的印刷电路板(PCB)可能是困难的，具有优异的热辐射效应的陶瓷基板被主要地应用于此。
[0005]此外，一般地，各种无源器件和有源器件与功率半导体器件一起被安装到基板上。因此，由于器件被二维地放置在所述基板的单面，在减少模块尺寸上存在限制。
[0006]【相关技术文献】
[0007](专利文献I)韩国专利公开号为N0.10-2008-0052081
【发明内容】
[0008]根据本公开的示例性实施方式，功率半导体模块可以包括:基板，该基板通过堆叠多个陶瓷绝缘层形成；至少一个无源器件，所述无源器件被插入并嵌入在所述陶瓷绝缘层之间；以及至少一个功率半导体器件，所述功率半导体器件安装在所述基板的一个表面，并通过粘合线与所述基板电连接。
[0009]这里，所述功率半导体器件可以仅通过所述粘合线电连接至所述基板，以及仅所述功率半导体器件可以被安装在所述基板上。
[0010]根据本公开的另一个示例式实施方式，功率半导体模块的制造方法可以包括:准备基板，在该基板中无源器件被嵌入在多个绝缘层之间；以及在所述基板上安装功率半导体器件。
[0011]所述基板的准备可以包括:准备第一印刷电路基板和第二印刷电路基板(greensheet);在所述第一印刷电路基板上安装至少一个无源器件；在所述第一印刷电路基板上堆叠所述第二印刷电路基板；以及烧制所堆叠的第一和第二印刷电路基板。
【附图说明】
[0012]结合附图，根据下文的详细描述，本发明的上述及其他方面、特征和其他优势将更清楚地得到理解，其中:
[0013]图1是根据本公开的示例性实施方式的功率半导体模块的截面图；
[0014]图2是图1示出的功率半导体模块的部分剖视透视图；
[0015]图3至图6是根据本示例性实施方式的功率半导体模块的制造方法的示意图；以及
[0016]图7是根据本公开的另一个示例性实施方式的功率半导体模块的截面图。
【具体实施方式】
[0017]下文中，将参照附图对本公开的实施方式进行详细描述。
[0018]但是，本公开可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于本文阐述的实施方式。相反，提供了这些实施方式以使本公开是充分、完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0019]在附图中，元件的形状和尺寸可以被放大以使其清楚，并且相同的附图标记将始终用于表示相同或相似的元件。
[0020]图1是根据本公开的示例性实施方式的功率半导体模块的截面图；以及图2是图1示出的功率半导体模块的部分剖视透视图。
[0021]参考图1和图2，根据本示例性实施方式，功率半导体模块100可以包括至少一个功率半导体器件1、基板10以及成型部件(molding part) 80，其中所述功率半导体I被安装在所述基板10的一个表面。
[0022]功率半导体器件I可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，以及根据需要可以被进一步配置为包括快速恢复二极管(FRD)。
[0023]也就是说，根据本示例性实施方式，在所述功率半导体模块100中，连接在IGBT的电流输入电极和电流输出电极之间的FRD和IGBT均被安装在所述基板10的一个表面，或者所述IGBT和所述FRD中的至少一个被安装于此。
[0024]同时，根据本公开，功率半导体模块100不被限制于上述配置，但根据需要，可以进一步包括另外的电子元件，例如集成电路(IC)等。
[0025]此外，根据本示例性实施方式，功率半导体器件I可以通过粘合线90电连接到所述基板10。
[0026]粘合线90可以由金属形成。例如，可以使用铝(Al)、金(Au)或者它们的合金。此夕卜，为了粘合所述粘合线90至所述功率半导体器件I和所述基板10，所述粘合线可被粘合到的电极可以形成在所述半导体器件I和所述基板10的表面。
[0027]上述的功率半导体器件I可以通过下述的粘附构件(adhes1n member)粘附至基板10的一个表面。这里，所述粘附构件可以是导电或非导电的。例如，焊锡、金属环氧树脂、金属膏、树脂型环氧树脂、具有优异的耐热性的粘附带等可以作为粘附构件被使用。
[0028]根据本示例性实施方式，所述基板10可以是烧制的陶瓷基板。例如，所述基板10可以是低温共烧陶瓷(LTCC)基板。
[0029]所述基板10可以包括第一绝缘层1a和第二绝缘层10b。所述第一绝缘层1a和第二绝缘层1b可以彼此堆叠在一起，以构成单个基板10。
[0030]在本示例性实施方式中，所述第一绝缘层1a和第二绝缘层1b可以彼此以相同材料形成。例如，所述第一绝缘层1a和第二绝缘层1b均可以由所述低温共烧陶瓷(LTCC)形成。
[0031]多个电极13和16可以形成在所述基板10的一个表面或者两面。这里，所述电极13和16可以包括多个用于安装所述功率半导体器件I的安装电极13和用于电连接所述基板10至外部的多个外部连接电极16。所述外部连接电极16可以通过外部端子(例如凸块或焊料球等)电连接到主板等类似设备。
[0032]使所述安装电极13或所述外部连接电极16相互电连接的电路图案15可以形成在所述基板10的两个面上，且所述基板10可以包括层间电路14，该层间电路14用于使所述电极13和16与所述电路图案彼此电连接。这里，所述层间电路14可以被实施为导电通孔(via) ο
[0033]进一步，根据本示例性实施方式，所述基板10中可以包括至少一个无源器件2。这里，所述无源器件2可以包括电容、电感、电阻等，以及可以是与印刷电路基板(或绝缘层)独立地制造的芯片型器件。所述无源器件2可以通过形成在所述基板10中的电路图案15或层间电路14电连接到安装在所述基板10 —个表面上的功率半导体器件I。
[0034]根据本示例性实施方式，所述基板10可以按照如下被制造:通过在具有低介电常数(permittivity)的陶瓷印刷电路基板上形成电路图案15和层间电路14，在所述电路图案15上放置所述无源器件2，以及堆叠另一个印刷电路基板并覆盖所述无源器件2。制造方法的细节描述将在下文被提供。
[0035]所述成型部件80可以密封所述功率半导体器件I和所述基板10的一个表面，并暴露所述基板10的另一个表面。
[0036]所述成型部件80可以以该成型部件80覆盖并密封所述功率半导体器件I和所述粘合线90的形状形成，从而保护所述半导体器件I不受外部环境影响。
[0037]此外，所述功率半导体器件I可以被嵌入在所述成型部件80中，以使所述功率半导体器件I可以被安全地保护、免受影响。
[0038]在本示例性实施方式中，所述成型部件80被完全地形成在所述基板10的一个表面的情形通过举例的方式描述，但是本发明的配置并不限制于此。例如，所述成型部件80可以仅在一个表面的部分形成，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状形成。
[0039]如上所述的成型部件80可以由绝缘材料形成。特别地，例如具有高导热性的硅凝胶、热传导性环氧树脂、聚酰亚胺等类似材料可以被使用。
[0040]尽管没有示出，为了有效地散发热量，散热器可以被附着在所述成型部件80的外表面或者所述基板10的其他表面。所述散热器可以通过高温胶带、高温焊料等被附着。
[0041]同时，根据本示例式实施方式，所述成型部件80可以在使用例如盖子等替换结构的情形下被省略，或者可以在为了散发热量，使所述功率半导体器件I暴露于外部的情形下被省略。
[0042]根据本示例性实施方式，如上所述配置的所述功率半导体模块100中，所述无源器件2不是被安装在所述基板10的一个表面或其他表面，而是被放置在所述基板10上。因此，由于所述基板10的安装区域可以被显著地减小，所述功率半导体模块100的尺寸也可以被显著地减小。
[0043]此外，由于在所述基板10的安装区域有空间，该空间可以被用于其他用途。例如，该空间可以被用于另外的器件的安装或者具有大体积的功率半导体器件I的使用。
[0044]此外，使用具有高散热效果的陶瓷基板10，以使在功率半导体器件I中产生的热量可以被有效地散发，且由热量引起的变形可以被显著地减小。
[0045]同时，在本示例性实施方式中，所述基板10仅由两个绝缘层1a和1b组成的情形通过举例的方式描述，但是本发明的配置并不限制于此。如果必要，本公开可以有各种变形。例如，所述绝缘层可以由三层或更多层堆叠。可替代地，仅仅单个绝缘层被使用，而在该绝缘层内形成腔体，且无源器件2被放置在腔体中。
[0046]然后，根据本示例性实施方式，功率半导体模块100的制造方法将被描述。
[0047]图3至图6是根据本示例性实施方式的功率半导体模块的制造方法的示意图。
[0048]首先，如图3所示，根据本示例性实施方式，功率半导体模块100的制造方法中，至少两个陶瓷印刷电路基板1a和1b可以被准备。
[0049]两个印刷电路基板1a和1b可以被分成向下放置的第一印刷电路基板1a和堆叠在所述第一印刷电路基板1a上的第二印刷电路基板10b，且各自通过烧制形成上述第一绝缘层1a和第二绝缘层10b。
[0050]所述第一印刷电路基板1a和第二印刷电路基板1b均可以由陶瓷材料形成，且由能在低温被烧制的材料形成。例如，所述第一印刷电路基板1a和第二印刷电路基板1b可以由制备的混合玻璃和陶瓷的浆体(slurry)形成。
[0051]此外，电极13和16、电路图案15、层间电路14等可以各自在所述第一印刷电路基板1a和第二印刷电路基板1b中形成。在本示例性实施方式中，所述功率半导体模块可以被配置，以使所述第一印刷电路基板1a的下表面被安装在主板上(未示出)，且功率半导体器件I被安装在所述第二印刷电路基板1b的上表面。因此，外部连接电极16可以被放置在所述第一印刷电路基板1a的下表面，且安装电极13可以被放置在所述第一印刷电路基板1a和第二印刷电路基板1b的上表面。但是，本发明