功率模块的制作方法

本公开涉及半导体器件，更具体地，涉及一种功率模块。

背景技术：

1、随着碳化硅（sic）器件在高压、高温、高频应用中的普及，其封装可靠性问题日益突出。传统硅基功率模块的封装结构直接沿用于碳化硅芯片时，因碳化硅与铜之间的热膨胀系数（cte）差异较大，在功率循环过程中焊料层极易产生裂纹，导致热阻升高甚至器件失效。现有技术尝试通过加厚焊料来缓解热应力，但焊料层厚度增加会降低导热性能。因此，亟需一种兼顾热性能与可靠性能的前提下，能够有效缓解碳化硅芯片与铜基板之间cte失配的封装结构。

技术实现思路

1、本公开对上述问题，提出一种功率模块，通过在碳化硅芯片与基板上铜层之间设置钼铜合金缓冲层，从而有效缓解了碳化硅芯片与铜基板之间cte失配问题。

2、根据本公开实施例提供的一种功率模块，包括：

3、碳化硅芯片；

4、基板，所述基板包括上铜层；

5、缓冲层，位于所述碳化硅芯片和上铜层之间；以及

6、第一连接层和第二连接层，所述碳化硅芯片与缓冲层之间通过所述第一连接层相连，所述缓冲层与所述上铜层之间通过第二连接层相连，

7、其中，所述缓冲层为铜钼合金层，其热膨胀系数介于所述碳化硅芯片与上铜层之间。

8、可选地，所述第一连接层和/或所述第二连接层为银烧结层。

9、可选地，所述缓冲层的厚度范围包括0.1～0.3mm。

10、可选地，所述基板还包括下铜层和绝缘层，所述绝缘层夹在所述上铜层和所述下铜层之间。

11、可选地，还包括底板与第三连接层，所述底板与所述下铜层之间通过第三连接层相连。

12、可选地，还包括封装层,包覆所述碳化硅芯片、缓冲层、基板、第一连接层、第二连接层和第三连接层。

13、可选地，所述封装层为硅凝胶层或环氧树脂层。

14、可选地，所述缓冲层的热膨胀系数范围为5.3～16.5ppm，且其数值在碳化硅芯片与上铜层的热膨胀系数之间形成连续梯度过渡。

15、可选地，所述铜钼合金层中钼含量为50%~80%。

16、可选地，所述铜钼合金层中钼含量为50%、60%、70%或80%。

17、上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

18、通过在碳化硅芯片与上铜层之间引入铜钼合金缓冲层，构建双界面应力缓冲结构，显著提升了功率模块在高温及温度循环工况下的可靠性。实验数据表明，当缓冲层采用0.2mm厚度的cu-80%mo合金时，芯片底部的连接层（第一连接层）疲劳寿命可达5100次循环，较无缓冲层方案提升约12倍；而采用0.3mm厚度的cu-50%mo合金时，芯片底部的连接层寿命达1700次循环，同时缓冲层底部的连接层（第二连接层）寿命保持5200次循环，实现了芯片与基板两侧界面可靠性的协同提升。这种通过调控铜钼合金中钼含量（5.3～16.5ppm范围内）和缓冲层厚度（0.1～0.3mm）的梯度设计方法，既保证了热膨胀系数的连续过渡匹配，又通过材料本身的高热导率（铜钼合金热导率可达150-300w/(m·k)）维持了散热性能，解决了传统单一材料缓冲层在热匹配与导热性能间的矛盾。

19、特别针对车载obc、光伏逆变器等需要承受剧烈温度变化的应用场景，通过选择cu-50%mo或cu-80%mo合金作为缓冲层材料，可在芯片底部连接层寿命超过1000次循环的同时，使缓冲层底部连接层寿命维持在5000次循环以上，较传统方案提升3-12倍，从而显著延长功率模块在高结温工况下的使用寿命。这种基于材料参数与结构参数协同优化的封装方法，为第三代半导体器件的高可靠性应用提供了系统性解决方案。

20、进一步地，第一连接层与第二连接层可采用银烧结工艺形成，以获得较高的界面强度。封装层可选用硅凝胶或环氧树脂，封装层主要起防潮、防氧化及缓冲轻微机械冲击的作用。

21、应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一连接层和/或所述第二连接层为银烧结层。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述缓冲层的厚度范围包括0.1～0.3mm。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述缓冲层的热膨胀系数范围为5.3～16.5ppm，且其数值在碳化硅芯片与上铜层的热膨胀系数之间形成连续梯度过渡。

5.根据权利要求1至4任一项所述的功率模块，其特征在于，所述基板还包括下铜层和绝缘层，所述绝缘层夹在所述上铜层和所述下铜层之间。

6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，还包括底板与第三连接层，所述底板与所述下铜层之间通过第三连接层相连。

7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，还包括封装层，包覆所述碳化硅芯片、缓冲层、基板、第一连接层、第二连接层和第三连接层。

8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述封装层为硅凝胶层或环氧树脂层。