【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率产品及其生产方法领域。本专利技术尤其涉及一种混合键合片、一种包括这种混合键合片的冷却半导体功率模块以及用于制造这些设备的相应方法。本专利技术还涉及一种通过混合键合生产的半导体功率实体。具体地，本专利技术公开了使用混合键合片的电力电子实体的热管理。
技术介绍
1、功率模块的热界面通过模块内部陶瓷衬底与高工作电压进行电气隔离。为了提高性能和可制造性，应用了热界面材料(thermal interface material，tim)。热失配、大面积界面和不平衡的垂直封装结构会导致tim中产生高应力，从而在室温下或热循环期间引起强烈的翘曲。这可以加速热界面处基于疲劳的失效机制，并且可能是模块寿命有限的根本原因。此类模块的性能和寿命受到芯片的高结温的限制。因此，需要缩小模块内的结温分布。通过在衬底级上进行设计来实现这一点的可能性是有限的，因为通常只有一个布线层，可能还有一个引线键合层或夹层可用于互连芯片。这些有限的资源主要用于解决主要功能限制，例如，隔离间隙、寄生阻抗、互连技术、栅极信号完整性等。这种做法没有或几乎没有为模块上的热优化和结温均匀化留下自由度。因此，功率模块的性能和可靠性仍有较大改进空间。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种结温降低的功率模块，尤其是一种基于模块上的结温均匀化的热优化功率模块的方案。
2、上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
3、该方案是通过使用专门设计的、
4、该模式可以被设计成使得能够通过导热性的局部变化和热流的控制来补偿模块中半导体的温度不均匀性。这有助于功率模块在更接近其绝对能力极限的情况下运行，因为模块的最大电流通常由温度最高的芯片定义。
5、所提出的方案为现有技术的高性能导电tim方案(例如，垂直石墨片或大面积焊料层或烧结层)提供了具有成本竞争力的替代方案。
6、所介绍的方案的要点可以如下概括：tim是一种混合键合片，通过温度和压力永久性施加。键合片的金属表面被介电网格或网状模式分成岛。键合片在金属岛的下方具有从上到下的直接金属连接。介电网格具有密封、保护、应力缓冲和止裂的功能。金属岛区域具有主要导热体的功能。两种键合机制(金属和介电)提供了冗余性和更高的可靠性。该模式可以被设计为补偿工作期间芯片温度的不均匀性。使用标准的pcb制造设备可以生产出经济实惠的键合片。
7、本专利技术的实施例可以应用于功率模块，例如，汽车牵引逆变器；工业pv逆变器，具有50mm×50mm以上的示例性热界面面积。
8、本专利技术提出的实施例适用于在制造过程中可以施加温度和压力的功率模块。
9、本专利技术中呈现的实施例涉及将功率模块热集成到电力电子系统的热提取路径中。通常，这种模块的热界面已经通过模块内部陶瓷衬底与高工作电压进行电气隔离。本专利技术中提出的实施例克服了热界面材料(thermal interface material，tim)的上述缺点和限制。本专利技术中呈现的实施例可以应用于单面冷却(single side cooled，ssc)和双面冷却(dual side cooled，dsc)以及其它类型的功率模块的改进的热管理。
10、本专利技术提出的实施例解决了可用于汽车或工业应用的高功率模块的基于焊料或烧结的金属热界面材料(thermal interface material，tim)热界面的翘曲和长期可靠性问题。
11、本专利技术提出的实施例降低了大面积界面和不平衡垂直封装结构中的热失配和应力，以避免在室温或热循环期间的翘曲。
12、本专利技术提出的实施例显著减少了热界面处基于疲劳的失效机制，因此可以增加模块寿命。
13、本专利技术中提出的实施例补偿了工作功率模块内的芯片温度不均匀性，并因此通过降低模块内的结温分布来提高性能和寿命。尤其地，本专利技术中提出的方案提供了一种用于模块上的热优化和结温均匀化的机制。因此，可以提高功率模块的性能和可靠性。
14、本专利技术还提出了一种半导体功率实体的方案，该半导体功率实体具有改进的热特性并提供低寄生互连路径。
15、上述方案通过垂直系统集成(第3维)、面板级封装和低温金属连接(例如，扩散焊接或烧结)的组合，以可行的成本实现了这些目的。通过这些技术的组合，可以实现以下优点：
16、垂直系统集成(3d集成)大幅缩短了互连长度，并显著提高了功率密度。根据本专利技术，该技术可以通过工业化规模用于芯片嵌入或其它面板级封装技术以及功率设备封装。
17、根据本专利技术的混合键合是一种能够在一个键合工艺中同时键合金属触点和介电区域的工艺。混合键合可以用于晶圆级3d集成。通常，使用直接表面活化键合(surfaceactivated bonding，sab)工艺，该工艺需要专门的高真空设备并严格控制表面质量，例如，粗糙度在约1nm的范围内。这使得当前形式的混合键合不适合功率电子封装。本专利技术提出了一种使该技术可用于功率电子设备封装的面板级混合键合工艺的机制。
18、根据本专利技术的芯片嵌入采用直接与半导体管芯连接的印刷电路板(printedcircuit board，pcb)材料。除了优异的电气性能和热性能外，芯片嵌入还具有面板级大规模生产的优势。目前，仍是新技术的ce尚未用于3d堆叠。可以使用芯片嵌入，但是由于直接垂直连接等限制，目前还没有使用芯片嵌入(只有一个芯层，例如，层压层)。
19、根据本专利技术，可以在预先制造的pcb层之间实现垂直连接，从而形成将大连接金属区域嵌入到隔离材料中的连接层，从而为功率电子器件实现足够的载流能力和导热性。
20、本专利技术基于以下概念，即可以在两个或更多个层压芯层(也称为层压层或芯层)之间进行直接垂直连接，垂直连接具有以下特征：垂直连接可以在嵌入式元件的投影物理轮廓内进行；垂直连接不限于某种形状(例如，圆形)或尺寸(例如，直径为100μm)；垂直连接不需要外层电镀工艺来形成电气连接；垂直连接适用于功率电子器件(具有低电感和高电流能力)；垂直连接是可靠的并且在键合温度下不会重熔；垂直连接可以通过扩散焊接或烧结形成。
21、形成这些垂直连接的方法或过程具有以下特征：使用标准pcb层压工艺(键合温度、压力、格式)；使用混合键合将金属与金属以及电介质与电介质一步键合；几个预制层可以在一个层压步骤中或在几个连续层压步骤中相互连接；键合材料可以在键合之前附接或施加到层压层的表面或放置在层压层之间。
22、在扩散焊接的情况下，垂直金属到金属连接可以基于在选定的双金属或多金属系统中金属间相的形成。该结构可以具有至少三层，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于将半导体功率模块(310)安装到散热器(320)的混合键合片(200)，其特征在于，所述混合键合片(200)包括：
2.根据权利要求1所述的混合键合片(200)，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的混合键合片(200)，其特征在于，
4.根据权利要求2或3所述的混合键合片(200)，其特征在于，
5.根据上述权利要求中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
6.根据上述权利要求中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，所述芯层(210)包括以下区域中的至少一个区域：
7.根据上述权利要求中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的混合键合片(200)，其特征在于，
9.根据权利要求7或8所述的混合键合片(200)，其特征在于，
10.根据权利要求7至9中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
11.根据权利要求7至10中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
12.根据权利要求
13.根据权利要求7至12中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
14.根据权利要求13所述的混合键合片(200)，其特征在于，
15.根据权利要求1所述的混合键合片(200)，其特征在于，
16.根据权利要求15所述的混合键合片(200)，其特征在于，
17.一种冷却半导体功率模块(300)，其特征在于，所述冷却半导体功率模块包括：
18.根据权利要求17所述的冷却半导体功率模块(300)，其特征在于，所述冷却半导体功率模块包括：
19.根据权利要求17或18所述的冷却半导体功率模块(300)，其特征在于，
20.根据权利要求19所述的冷却半导体功率模块(300)，其特征在于，
21.一种用于将半导体功率模块(310)安装到散热器(320)的混合键合片(200)的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
22.一种用于制造冷却半导体功率实体(300)的方法，其特征在于，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于将半导体功率模块(310)安装到散热器(320)的混合键合片(200)，其特征在于，所述混合键合片(200)包括：
2.根据权利要求1所述的混合键合片(200)，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的混合键合片(200)，其特征在于，
4.根据权利要求2或3所述的混合键合片(200)，其特征在于，
5.根据上述权利要求中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
6.根据上述权利要求中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，所述芯层(210)包括以下区域中的至少一个区域：
7.根据上述权利要求中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的混合键合片(200)，其特征在于，
9.根据权利要求7或8所述的混合键合片(200)，其特征在于，
10.根据权利要求7至9中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
11.根据权利要求7至10中任一项所述的混合键合片(200)，其特征在于，
12.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚斯·蒙丁，刘玉敏，拉塞·彼得里·帕尔姆，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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