技术摘要：
一种电子部件(100)包括载体(102)和以压缩应变安装到载体(102)上的电子芯片(104)，其中，载体(102)的材料的至少部分符合下述三项标准中的至少两项：在100℃和300℃之间的范围内的偏移屈服点Rp02至少为300N/mm2；在100℃和300℃之间的范围内的屈服强度至少为250N/mm2；以  全部
背景技术：
常规封装可以包括安装在诸如引线框架的芯片载体上的电子芯片，可以通过从芯 片延伸至芯片载体的健合线来电连接，并且可以使用模制化合物进行模制。
技术实现要素：
可能需要提供具有高可靠性的电子部件。 根据示例性实施例，提供了一种电子部件，其包括载体以及以压缩应变安装到载 体上的电子芯片，其中，载体的材料的至少部分符合下述三项标准中的至少两项：处于100 ℃和300℃之间的范围内的偏移屈服点Rp02至少为300N/mm2；处于100℃和300℃之间的范围 内的屈服强度至少为250N/mm2；以及20℃处的电导率为国际退火铜标准IACS的至少65％。 根据另一示例性实施例，提供了一种制造电子部件的方法，其中，所述方法包括以 压缩应变将电子芯片安装到载体上，以及将载体的材料的至少部分提供为符合下述三项标 准中的至少两项：处于100℃和300℃之间的范围内的偏移屈服点Rp02至少为300N/mm2；处于 100℃和300℃之间的范围内的屈服强度至少为250N/mm2；以及20℃处的电导率为国际退火 铜标准IACS的至少65％。 根据示例性实施例，提供了一种电子部件(例如封装或模块)，其中，电子芯片(例 如，半导体管芯)被安装到载体上，从而能够在长时间周期内保持，甚至能够在存在半导体 面积和载体面积的高比值时保持作为制造过程的结果创建的所述电子芯片的内部保持的 压缩应变或压缩应力。令人意外地发现，符合载体材料的三种材料参数中的两个或者所有 三个可以允许获得能够长期可靠地保持所安装电子芯片的压缩应变的电子部件，即使在芯 片的半导体面积相对于载体的表面积具有相对较高的值时亦如此。更具体而言，至少300N/ mm2的偏移屈服点或保证应力与至少250N/mm2的屈服强度相结合、至少300N/mm2的偏移屈 服点与至少65％的IACS的电导率相结合、至少250N/mm2的屈服强度与至少65％的IACS的电 导率相结合，乃至至少300N/mm2的偏移屈服点与至少250N/mm2的屈服强度相结合再与65％ 的IACS的电导率相结合可以允许获得这一目标。所提及的参数的组合可以确保载体材料的 足够持久的刚性特性，与此同时实现电信号或电流的适当传导。 因而，示例性实施例可以通过实现半导体类型电子芯片的长期压缩应变乃至整个 寿命期限内的压缩应变而使得提高电子部件的性能成为可能。这对于采用刚性管芯附接的 多芯片器件(即，具有安装在载体上的多个电子芯片的电子部件)可能尤为有利，刚性管芯 附接是指在具有刚性材料特性的载体和芯片之间实施连接结构(例如，焊料结构或烧结结 构)。 对其他示例性实施例的描述 在下文中，将解释所述电子部件和方法的其他示例性实施例。 4 CN 111599787 A 说　明　书 2/10 页 在本申请的语境下，术语“电子部件”尤其可以表示包括使用一个或多个组件单元 封装的一个或多个电子芯片的封装。任选地，还可以在电子部件中实施密封材料和/或者一 个或多个导电接触元件(例如，健合线或芯片)。 术语“电子芯片”尤其可以表示在其表面部分中具有至少一个集成电路元件(例 如，二极管或晶体管)的半导体芯片。电子芯片可以是裸露的管芯，或者可以是已经封装或 密封的。具体地，电子芯片可以是功率半导体芯片。 在本申请的语境下，术语“载体”尤其可以表示导电结构，该导电结构为所述一个 或多个电子芯片起着支撑作用，并且还可以有助于电子芯片与外围之间的电互连。换言之， 载体可以实现机械支撑功能和电连接功能。 在本申请的语境下，术语“以压缩应变(或压缩应力)安装的”尤其可以指这样的一 种事实：电子芯片可以在充分高的安装温度(尤其是至少300℃，更具体而言至少320℃，优 选超过350℃)安装(例如，通过焊接或烧结)到载体上，因而通过后续的固定安装的电子芯 片的温度下降至操作温度(例如，处于-30℃和 80℃之间的范围内)，作为一方面的电子芯 片的材料(具体而言主要由半导体材料(例如，硅)构成，)和作为另一方面的载体材料(例 如，铜锆合金)的不同热膨胀系数可以引起电子芯片中的压缩应力的产生。换言之，电子芯 片(尤其是半导体芯片)在被安装到载体上时可以处于压缩应力的作用之下。当在电子芯片 和载体之间建立刚性连接结构时，有可能持久地保持固定到载体上的电子芯片的压缩应 变。以压缩应变或应力安装电子芯片可以对电子芯片的半导体材料的带宽特性具有积极影 响，因此可以是希望取得的。 在本申请的语境下，术语“偏移屈服点Rp02”或保证应力尤其可以表示发生0.2％塑 性形变的应力。偏移屈服点可以被定义为0.2％塑性应变的值。 在本申请的语境下，术语“屈服强度”或屈服应力尤其可以表示被定义为材料开始 发生塑性形变时的应力的材料特性。屈服点可以被表示为非线性(弹性加塑性)形变开始发 生的点。 在本申请的语境下，术语“国际退火铜标准IACS”尤其可以表示市售铜的电导率的 经验推导标准值。这一值对应于20℃处的58x106S/m的电导率。这一标准可以被用作金属或 合金的电导率的技术规格中的比较特性。例如，特定材料的电导率可以被指定为75％IACS， 这意味着其电导率是被指定为IACS标准的铜的75％。 在一个实施例中，处于100℃和300℃之间的范围内的偏移屈服点Rp02至少为300N/ mm2(尤其是至少420N/mm2)，处于100℃和300℃之间的范围内的屈服强度至少为250N/mm2 (尤其是至少350N/mm2)。在另一实施例中，处于100℃和300℃之间范围内的偏移屈服点Rp02 至少为300N/mm2(尤其是至少420mm2)，并且20℃处的电导率为国际退火铜标准IACS的至少 65％。在又一实施例中，处于100℃和300℃之间范围内的屈服强度至少为250N/mm2(尤其是 至少350N/mm2)，并且20℃处的电导率为国际退火铜标准IACS的至少65％。优选地，对于所 述的载体材料而言可以符合所有这三项上文定义的标准。 在实施例中，符合所述三项标准中的至少两项的载体材料可以是载体的处于最接 近电子芯片的位置上的材料或构成(例如，层)，尤其是载体的与电子芯片仅通过刚性连接 结构(例如，焊料结构或烧结结构)隔开的材料。 在实施例中，处于100℃和300℃之间的范围内的偏移屈服点Rp02至少为500N/mm2。 5 CN 111599787 A 说　明　书 3/10 页 借助于这样的高偏移屈服点值，能够进一步改善电子部件的可靠性，尤其是所安装的电子 芯片的压缩应变的长期保持。 在实施例中，处于100℃和300℃之间的范围内的屈服强度至少为500N/mm2。当屈 服强度具有这样的高值时，可以进一步增强在压缩应力的作用下安装的电子部件的鲁棒性 和可靠性。 在实施例中，20℃处的电导率为国际退火铜标准IACS的至少75％。借助于这样的 高电导率，可以使电可靠性和机械可靠性都得以提高，而且还可以获得适当的热性能。由于 传导电流的机制和导热机制在很多情况下具有密切的物理相关性，因而这样的高电导率还 可以有助于封装或电子部件的操作期间的散热。 在实施例中，所述材料包括由金属和合金构成的集合中的至少一种材料，或者由 其构成。因而，尤其是载体材料的最接近电子芯片的部分可以是金属的或者可以具有合金 类型。当这样的金属或合金符合三项上述标准中的至少两项时，可以确保电子芯片的适当 可靠性和压缩应变的长期保持。 在实施例中，所述材料包括铜合金或由其构成，该铜合金具有不超过1重量百分比 的至少一种其他金属，尤其是锆和/或铬和/或银和/或锌。应当联系铜和所述至少一种其他 金属的合计重量来理解所述1重量百分比的量。换言之，所述至少一种金属的重量除以铜的 重量和所述至少一种金属的重量所得比值优选不超过百分之一。从描述上来讲，所提及的 仅为不超过1重量百分比的小额外金属构成(除了铜之外)确保了铜晶格仅按照和缓的方式 分布，以保持铜的高电导率，同时在存在机械载荷或应力的情况下抑制铜材料流动。 在实施例中，所述材料包括铜-X合金或者由其构成，尤其是包括铜和最高可达1重 量百分比的X，或者主要由其构成，X是锆、铬、银和锌之和(其中，X可以涉及锆、铬、银和锌的 集合中的一种材料或者任何材料组合)。 更具体而言，所述材料可以包括铜锆合金或由其构成，尤其是包括CuZr(优选 CuZr0.1)或由其构成，或者包括CuCrZr(优选CuCr0.1Zr)或由其构成。根据DIN  EN  17670 (尤其是在本申请的优先权日期上的最新版本)，这种合金也被称为“CW106C”。已经证明铜 锆合金(其中，铜是大多数或主要成分)可以充当具有优越屈服强度的高性能材料。尽管仅 由铜和锆构成的合金已经提供了适当结果，但是还发现，包括铬的额外贡献的铜铬锆合金 也将产生支持电子芯片的压缩应变的长期保持的优良特性。屈服强度的适当值可借助于所 提及的材料获得，尤其是在处于100℃和300℃之间的尤为相关的温度范围内。因而，所提及 的材料对于所述电子部件的所述载体或其部分而言完全合格。 还存在具有铜银合金和铜锌合金形式的其他替代材料，它们也表现出了预期特 性。在DIN  EN  1976和DIN  EN  1977中描述了铜银及其常见衍生物，其在DIN  EN  13599中得 到了标准化并且被称为CW013A。铜锌在DINCEN/TS  13388、DIN  EN  1652中得到了标准化，并 且被称为CW119C。其他具有低添加的二元合金也是可行的(CuMg0.1、CuFe0.1、CuSn0.15)， 并且使用所提及的添加剂及P的组合的三元合金也是可行的。所有的所提及标准都可能尤 其涉及它们的处于本申请的优先权日期的最新版本。 在实施例中，载体的材料具有大于10ppm/K(尤其是在20℃处)的，尤其大于14ppm/ K(尤其是在20℃处)的总体(或者平均或净)热膨胀系数(CTE)。与芯片材料(例如，硅具有大 约3pp/K的CTE值)的较低CTE值相比较，利用载体材料的这样的高CTE值，载体与电子芯片之 6 CN 111599787 A 说　明　书 4/10 页 间的适当CTE失配成为了可能，尤其是当电子芯片是半导体管芯时。这样的显著CTE失配可 以在电子芯片被刚性安装到载体上时确保电子芯片的高压缩应变。其又可以带来关于开关 损耗等的有利特性。因而，所提及的CTE值对于使用功率半导体芯片的开关应用尤为有利。 在实施例中，载体是裸露的金属主体(例如，可以由纯金属构成)。换言之，如果载 体仅有一种或多种金属材料构成将是有利的。这可以对屈服强度以及电导率具有积极影 响。 在实施例中，载体为引线框架，尤其是裸露的金属引线框架。这样的引线框架可以 是薄板状金属结构，其可以被图案化，以形成一个或多个用于安装所述封装或电子部件的 一个或多个电子芯片的安装区段以及一个或多个用于在电子芯片被安装到引线框架上时 将所述封装或电子部件电连接至电子环境的引线区段。在实施例中，所述引线框架可以是 金属或合金板(尤其是主要包含铜的)，例如，其可以通过冲压或者蚀刻而被图案化。将芯片 载体形成为引线框架是经济有效的，而且从机械和电学的角度来看是有利的配置，其中，能 够使所述至少一个电子芯片的低欧姆连接与引线框架的鲁棒支撑能力相结合。此外，由于 引线框架的金属材料的高热导率的原因，引线框架可以有助于封装的热传导，并且可以去 除在电子芯片的操作期间生成的热。 具体而言，在这样的引线框架包括上文提及的高性能材料之一或者由其构成时， 能够获得有关电子部件的电、机械以及热稳定性以及半导体芯片的压缩应变的长期保持的 优良特性。 在另一实施例中，载体包括电绝缘结构(例如，电绝缘层)和导电结构(例如，导电 层)。在这样的实施例中，载体还有可能不仅由符合上文定义的标准中的两项或所有三项的 导电材料构成，而且还额外包括提供载体的与电子芯片相对的主表面的电绝缘的电绝缘结 构。具体而言，这样的载体可以被配置成双层结构，其中，一层是导电的，另一层是电绝缘 的。 在实施例中，所述导电结构符合所述三项标准中的至少两项。因而，可以对朝向电 子芯片并由此被布置为在空间上最接近电子芯片的导电结构进行专门定制，以符合上文定 义的设计规则。 在实施例中，导电结构被布置到电子芯片和电绝缘结构之间。通过将导电结构夹 到电绝缘结构和电子芯片之间，电子芯片可以被置于接近符合上文描述的标准的材料的位 置上，而所获得的布置的外表面可以提供电介质阻挡。 在实施例中，载体额外包括导热结构(其还可以额外地导电)，其中，电绝缘结构布 置在导热结构和导电结构之间。这样的导热结构可以在电子部件的操作期间促进热量从电 子部件散出。因而，所提供的载体不仅提供所安装的电子芯片的压缩应变的可靠的长期保 持，还提供可靠的电隔离和有效的散热。 在实施例中，所述导热结构符合所述三项标准中的至少两项。在导热结构也符合 上文提及的标准中的两项或全部三项时，可以获得就压缩应变的保持而言的优良特性，与 此同时确保适当的热可靠性。具体而言，导电结构的材料和导热结构的材料可以是相同的。 这可以使载体内的热应力保持低水平。 在实施例中，所述材料在350℃处的偏移屈服点Rp02与所述材料在100℃(例如，电 子部件的操作温度)处的偏移屈服点Rp02之间的比值可以至少为0.75，优选至少为0.8。还可 7 CN 111599787 A 说　明　书 5/10 页 以优选使得300℃处的偏移屈服点Rp02与100℃(即，电子部件的操作温度)处的偏移屈服点 Rp02之间的比值至少为0.75。换言之，所述材料可以有利地具有低蠕变特性，即，可以仅具有 非常低的通过冷却降低应变的趋势。这还将有助于所安装的电子芯片的压缩应变的长期保 持。 在实施例中，电子芯片的主表面的面积(或者安装在同一载体上的多个电子芯片 的多个主表面面积之和)与载体的安装面积之间的比值至少为50％。在将多个电子芯片安 装到同一载体上(尤其是安装在载体的同一主表面上，继而安装在载体的同一安装面积上) 时，安装在载体上的多个电子芯片中的每者的相应主表面的各个面积之和除以载体的安装 面积可以至少为50％。当载体的安装面积的如此大的部分被一个或多个电子芯片占据时， 作用于载体的粘弹性材料(尤其是基于铜的材料)的机械力可以是显著的。在所提及的材料 在载体和芯片之间的界面区内符合上文提及的标准中的至少两项的情况下，甚至载体的被 高度占据的安装表面也可以使以压缩应变安装的一个或多个半导体芯片得以长期保持压 缩应变。 在实施例中，所述方法包括在超过电子部件的操作温度的升高温度上将电子芯片 安装到载体上。具体而言，可以在超过320℃的温度上，更尤其在超过350℃的温度上将电子 芯片安装到载体上。当在这样高的温度上将电子芯片安装到载体上，并且接下来在载体和 芯片的刚性连接状态下使所获得的电子部件冷却时，电子芯片和载体的热压缩可以显著不 同，并且可以因此有意使得电子芯片被以高压缩应变固定安装到载体上。这一目的可以通 过在电子芯片和载体之间插入连接结构实现。 在实施例中，所述方法包括通过由焊接和烧结构成的集合中的一项将电子芯片安 装到载体上，所述焊接尤其是扩散焊接，并且所述烧结尤其是使用铜烧结膏和/或银烧结膏 的烧结。因而，上文提及的连接结构可以尤其是焊料或者烧结材料。焊接和烧结已经被证明 是强有力的连接机制，其允许使刚性安装到载体上的电子芯片长期(尤其是在电子部件的 整个寿命期间)保持压缩应变。然而，通过熔接或刚性粘合剂形成的刚性连接也是可能的。 在实施例中，所述方法包括所述材料的冷金属成形或热金属成形，其尤其用以调 整硬度和抗拉强度。对应地，可以由冷金属成形或热金属成形获得电子部件的硬度和高抗 拉强度。 在实施例中，可以通过密封材料来密封电子芯片的至少部分和/或载体的至少部 分。具体而言，密封材料可以包括模制化合物，尤其是塑料模制材料。例如，可以通过将一个 或多个主体置于上模制工具和下模制工具之间并向其内注入液态模制材料而提供受到对 应封装的主体(尤其是具有载体的芯片)。在模制材料凝固之后，完成了密封材料的形成。如 果希望，可以采用改善模制材料的特性(例如，散热特性)的颗粒对模制材料进行填充。 在实施例中，载体可以是引线框架(例如，由铜构成)、DAB(直接铝健合)、DCB(直接 铜健合)衬底等，只要符合上文提及的三项标准中的至少两项即可。 在实施例中，电子部件包括使电子芯片与载体电耦接的导电接触元件。例如，导电 接触元件可以包括夹具、引线健合和/或带健合。夹具可以是三维弯曲板类型的连接元件， 其具有两个将连接至相应电子芯片的上主表面和芯片载体的上主表面的平面区段，其中， 两个所提及的平面区段通过倾斜连接区段互连。作为此类夹具的替代，能够使用作为柔性 导电线或带状体的引线健合或带健合，其具有连接至相应芯片的上主表面的一个端部和电 8 CN 111599787 A 说　明　书 6/10 页 连接至芯片载体的另一相对端部。 在实施例中，电子部件被配置成由下述选项构成的集合中的一项：引线框架连接 的功率模块、晶体管外形(TO)电子部件、四面扁平无引线封装(QFN)电子部件、小外形(SO) 电子部件、小外形晶体管(SOT)电子部件以及薄小外形封装(TSOP)电子部件。因此，根据示 例性实施例的电子部件与标准封装原理完全兼容(尤其是与标准TO封装原理完全兼容)。 在实施例中，电子部件被配置为功率模块，例如，模制功率模块。例如，电子部件的 示例性实施例可以是智能功率模块(IPM)。电子部件的另一示例性实施例是双列直插式封 装(DIP)。 在实施例中，电子芯片被配置为功率半导体芯片。因而，电子芯片(例如，半导体芯 片)可以用于(例如)汽车领域中的功率应用，并且可以(例如)具有至少一个集成绝缘栅双 极晶体管(IGBT)和/或至少一个其他类型的晶体管(例如，MOSFET、JFET等)和/或至少一个 集成二极管。例如，此类集成电路元件可以是通过硅技术或者基于宽带隙半导体(例如，碳 化硅)制作的。半导体功率芯片可以包括一个或多个场效应晶体管、二极管、逆变器电路、半 桥、全桥、驱动器、逻辑电路、其他器件等。 在实施例中，电子芯片经历垂直电流流动。根据示例性实施例的封装架构尤其适 合高功率应用，在这样的应用中希望垂直电流流动，即，沿垂直于电子芯片的两个相对主表 面的方向的电流流动，所述两个相对主表面之一用于将该电子芯片安装到载体上。 作为形成电子芯片的基础的衬底或晶片，可以采用半导体衬底，尤其是硅衬底。或 者，可以提供氧化硅或者其他绝缘体衬底。还能够实施锗衬底或者III-V族半导体材料。例 如，示例性实施例可以是通过GaN或SiC技术实施的。 此外，示例性实施例可以利用标准的半导体加工技术，例如，适当的蚀刻技术(包 括各向同性和各向异性蚀刻技术，尤其是等离子体蚀刻、干法蚀刻、湿法蚀刻)、图案化技术 (可能涉及光刻掩模)、沉积技术(例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)、原子层沉积(ALD)、溅射等)。 上述和其他目的、特征和优点将从下文联系附图理解的描述和所附权利要求中变 得显而易见，其中，类似的部分或要素通过类似的附图标记表示。 附图说明 所包含的用以提供对示例性实施例的进一步理解并且构成了说明书的部分的附 图示出了示例性实施例。 在附图中： 图1示出了在升高温度处将电子芯片安装到载体上期间根据示例性实施例的电子 部件的截面图。 图2示出了在完成安装过程之后并且在使电子部件冷却到操作温度(所安装的电 子芯片在该温度处保持压缩应变)之后的根据图1的电子部件。 图3示出了将被安装到安装结构上的根据另一示例性实施例的电子部件的截面 图。 9 CN 111599787 A 说　明　书 7/10 页