发明创造名称:包括两个基板的功率模块及其制造方法
外观设计名称:
决定号:183939
决定日:2019-07-11
委内编号:1F260493
优先权日:2013-06-04
申请(专利)号:201410242777.9
申请日:2014-06-03
复审请求人:英飞凌科技股份有限公司
无效请求人:
授权公告日:
审定公告日:
专利权人:
主审员:刘天飞
合议组组长:韩冰
参审员:李元
国际分类号:H01L21/48,H01L23/12,H01L23/14
外观设计分类号:
法律依据:专利法第22条第3款
决定要点
:如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征,且区别技术特征属于本领域常规技术手段,则该权利要求不具备创造性。
全文:
本复审请求涉及申请号为201410242777.9,名称为“包括两个基板的功率模块及其制造方法”的发明专利申请(下称本申请)。本申请的申请人为英飞凌科技股份有限公司,申请日为2014年06月03日,优先权日为2013年06月04日,公开日为2014年12月17日。
经实质审查,国家知识产权局实质审查部门于2018年05月28日发出驳回决定,以权利要求1-13不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请。驳回决定所依据的文本为:申请日2014年06月03日提交的说明书摘要、摘要附图、说明书第1-12页、说明书附图第1-3页;2017年12月04日提交的权利要求第1-13项。驳回决定所针对的权利要求书内容如下:
“1. 一种制造包括两个基板的功率模块的方法,所述方法包括:
在第一基板的顶部设置连接层;
在所述连接层的上方设置第一厚度的补偿层;
在所述补偿层上方设置第二基板;并且
在所述第二基板设置在所述补偿层上之后,将所述补偿层的厚度从所述第一厚度减小到第二厚度;其中所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度,
在制造期间,所述功率模块被布置或设置在安装结构中,所述安装结构包括底部工件夹具结构和盖结构以及高度设定间隔件,所述高度设定间隔件在所述功率模块的制造或组装过程期间用作止动件。
2. 根据权利要求1所述的方法,其中将所述补偿层的所述厚度减小是通过将所述盖结构压到所述第二基板上来执行的。
3. 根据权利要求1所述的方法,其中由所述第一基板和所述第二基板组成的组中的至少一个包括陶瓷层。
4. 根据权利要求1所述的方法,还包括将所述第一基板安装在底板上。
5. 根据权利要求4所述的方法,还包括在所述底板上布置所述高度设定间隔件。
6. 根据权利要求1所述的方法,其中所述补偿层包括传导性材料。
7. 根据权利要求1所述的方法,其中所述补偿层由具有低于给定阈值的熔点的材料形成。
8. 根据权利要求7所述的方法,其中所述材料是焊料。
9. 根据权利要求1所述的方法,其中所述补偿层由可压缩材料形成。
10. 根据权利要求9所述的方法,其中所述可压缩材料为泡沫材料。
11. 根据权利要求10所述的方法,其中所述泡沫材料为传导性泡沫材料。
12. 根据权利要求1所述的方法,还包括将所述功率模块包封。
13. 一种制造功率模块的方法,所述方法包括:
在底板上布置第一基板;
在所述第一基板的顶部设置连接层;
在所述连接层上方设置第一厚度的补偿层;
在所述补偿层上方设置第二基板;并且
通过在所述功率模块的制造或组装过程期间使用高度设定间隔件作为止动件,通过无研磨工艺将所述第一厚度减小至第二厚度,
所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度。”
驳回决定中引用了如下对比文件:
对比文件1:US2006/0060988A1,公开日为:2006年03月23日;
对比文件4:JP特开2000-349100A,公开日为:2000年12月15日。
驳回决定的具体理由是:(1)独立权利要求1、13与对比文件4之间的区别技术特征为:在所述第一基板的顶部设置连接层,所述补偿层设置于所述连接层的上方,所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度。本领域技术人员容易想到采用上述区别技术特征以节省补偿层材料并提供连接,因此权利要求1、13不具备专利法第22条第3款规定的创造性;(2)从属权利要求2-12也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人(下称复审请求人)对上述驳回决定不服,于2018年09月12日向国家知识产权局提出了复审请求,并提交了权利要求书的全文修改替换页,其中在独立权利要求1和13中补入了技术特征,删除了从属权利要求3,修改后的权利要求1、12内容如下:
“1. 一种制造包括两个基板的功率模块的方法,所述方法包括:
在第一基板的顶部设置连接层;
在所述连接层的上方设置第一厚度的补偿层;
在所述补偿层上方设置第二基板;并且
在所述第二基板设置在所述补偿层上之后,将所述补偿层的厚度从所述第一厚度减小到第二厚度;其中所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度,
在制造期间,所述功率模块被布置或设置在安装结构中,所述安装结构包括底部工件夹具结构和盖结构以及高度设定间隔件,所述高度设定间隔件在所述功率模块的制造或组装过程期间用作止动件,
其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜键合基板或者直接铝键合基板。”
“12. 一种制造功率模块的方法,所述方法包括:
在底板上布置第一基板;
在所述第一基板的顶部设置连接层;
在所述连接层上方设置第一厚度的补偿层;
在所述补偿层上方设置第二基板;并且
通过在所述功率模块的制造或组装过程期间使用高度设定间隔件作为止动件,通过无研磨工艺将所述第一厚度减小至第二厚度,
所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度,
其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜键合基板或者直接铝键合基板。”
复审请求人认为:权利要求1、12明确要求第一基板是直接铜键合基板或直接铝键合基板。在没有付出创造性努力的情况下,本领域技术人员将不会有动机使用直接铜键合基板或直接铝键合基板来替换由Mo或W制成的补偿板,这是因为这样的基板将由比诸如W或Mo的金属更硬的陶瓷层组成。直接铜键合基板或直接铝键合基板在产品寿命期间不太可能磨损,并且其还具有良好导热性和优异的电隔离的优点,因此相应权利要求具备创造性。
经形式审查合格,国家知识产权局于2018年09月20日依法受理了该复审请求,并将其转送至实质审查部门进行前置审查。
实质审查部门在前置审查意见书中认为:本申请与对比文件4的发明构思一致,与采用何种类型的基板并没有关联,也不存在提供相反的教导,在所属技术领域直接铜键合基板(DCB)和直接铝键合基板(DAB)是功率模块中最常见的基板,而将对比文件4中的发明构思应用到功率模块领域并不需要付出创造性的劳动,也没有产生预料不到的技术效果,因而坚持驳回决定。
随后,国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年01月31日向复审请求人发出复审通知书,指出:权利要求1-12相对于对比文件4以及本领域常规技术手段的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对复审请求人的意见陈述,指出:本申请的发明构思已经被对比文件4公开,而第一基板的材料是热沉,还是直接铜键合基板或直接铝键合基板,都是本领域常规选择的基板,在下基板上需要安装半导体芯片的情况下,将对比文件4的热沉基板2替换为直接铜键合基板或直接铝键合基板,以实现上侧金属层安装半导体芯片,下侧金属层用于散热,且陶瓷基板不易磨损,是容易想到的。
复审请求人于2019年04月10日提交了意见陈述书,同时提交了权利要求书的全文修改替换页,其中在独立权利要求1和12中补入了技术特征,复审请求人新提交的独立权利要求1、12的内容如下:
“1. 一种制造包括两个基板的功率模块的方法,所述方法包括:
在第一基板的顶部设置连接层;
在所述连接层的上方设置第一厚度的补偿层;
在所述补偿层上方设置第二基板;
提供传导性覆盖层,所述传导性覆盖层在形式上是所述模块的至少部分连续的外层;以及
在所述第二基板设置在所述补偿层上之后,将所述补偿层的厚度从所述第一厚度减小到第二厚度;其中所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度,
在制造期间,所述功率模块被布置或设置在安装结构中,所述安装结构包括底部工件夹具结构和盖结构以及高度设定间隔件,所述高度设定间隔件在所述功率模块的制造或组装过程期间用作止动件,
其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜键合基板或者直接铝键合基板。”
“12. 一种制造功率模块的方法,所述方法包括:
在底板上布置第一基板;
在所述第一基板的顶部设置连接层;
在所述连接层上方设置第一厚度的补偿层;
在所述补偿层上方设置第二基板;
提供传导性覆盖层,所述传导性覆盖层在形式上是所述模块的至少部分连续的外层;以及
通过在所述功率模块的制造或组装过程期间使用高度设定间隔件作为止动件,通过无研磨工艺将所述第一厚度减小至第二厚度,
所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度,
其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜键合基板或者直接铝键合基板。”
复审请求人认为:权利要求1、12包括以下技术特征:(1)在第一基板的顶部设置连接层,其中所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度;(2)其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜健合基板或者直接铝健合基板;(3)提供传导性覆盖层,所述传导性覆盖层在形式上是所述模块的至少部分连续的外层。关于特征(1),对比文件4公开了为了均匀地布置多芯片型元件的整个多层体,必须使接合材料不向周边溢出,并且提出了应用金属多孔体的解决方案。权利要求1所限定的连接层的布置使得能够减少补偿材料的使用,从而防止补偿材料溢出。在对比文件4中通过应用多孔金属体已经解决了接合材料的溢出的情况下,本领域技术人员将不会有动机设置附加的连接层,更加不会限定连接层和补偿层的厚度,这将是冗余的。此外,由于补偿材料的使用被减少,功率模块的制造将具有成本效益;关于特征(2),对比文件4公开了在热补偿板3和Si芯片4之间设置接合材料6,以及在热补偿板3和用于传递热量的散热器之间设置附加的接合材料5。在这种情况下,在散热问题已经通过附加的接合材料5和用于传递热量的散热器被解决的情况下,本领域技术人员将没有动机利用权利要求1所限定的直接铜健合基板或者直接铝健合基板代替热补偿板3。此外,与对比文件4中描述的模块相比,直接铜健合基板和直接铝健合基板的使用进一步降低了功率模块的高度,从而使功率模块更紧凑,直接铜健合基板和直接铝健合基板的使用允许安装和冷却方法的成本有效的解决方案;关于特征(3),对比文件4没有公开或教导提供传导性覆盖层,所述传导性覆盖层在形式上是所述模块的至少部分连续的外层,提供传导性覆盖层有利地实现了用于电接触模块和/或使模块冷却的有效方式。
在上述程序的基础上,合议组认为本案事实已经清楚,可以依法作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人在2019年04月10日提交了权利要求书的全文修改替换页(包括权利要求第1-12项),经审查,所作的修改符合专利法实施细则第61条第1款以及专利法第33条的规定。本复审请求审查决定所依据的审查文本为:申请日2014年06月03日提交的说明书摘要、摘要附图、说明书第1-12页、说明书附图第1-3页;2019年04月10日提交的权利要求第1-12项。
2、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定:创造性,是指与现有技术相比,该发明具有突出的实质性特点和显著的进步,该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案相对于最接近的现有技术存在区别技术特征,且区别技术特征属于本领域常规技术手段,则该权利要求不具备创造性。
本复审请求审查决定在评价创造性时所引用的对比文件与复审通知书中引用的对比文件相同,即驳回决定中引用的如下对比文件:
对比文件4:JP特开2000-349100A,公开日为:2000年12月15日。
2.1、权利要求1不具备专利法第22条第3款的创造性
权利要求1请求保护一种制造包括两个基板的功率模块的方法。对比文件4公开了一种制造包括两个基板的功率模块的方法,并具体公开了如下技术方案(参见说明书第[0004]、[0027]-[0047]段,附图1-4),包括:在热沉(铜柱)2(相当于“第一基板”)的顶部设置热补偿板(Mo材)3(相当于“连接层”);在热补偿板3的上方设置第一厚度的接合材料6(相当于“补偿层”);在接合材料6上方设置Si芯片4(相当于“第二基板”);并且在Si芯片4设置在接合材料6上之后,将接合材料6的厚度从所述第一厚度减小到第二厚度(参见附图2-3);在制造期间,上述功率模块被布置或设置在安装结构中,安装结构包括下模具1(相当于“底部工件夹具结构”)和上模具7(相当于“盖结构”),下模具1还包括侧壁(相当于“高度设定间隔件”),下模具1的侧壁在功率模块的制造或组装过程期间用作止动件(参见附图1、3)。
权利要求1请求保护的技术方案与对比文件4公开的技术内容相比,区别技术特征在于:(1)其中所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度;(2)其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜键合基板或者直接铝键合基板;(3)提供传导性覆盖层,所述传导性覆盖层在形式上是所述模块的至少部分连续的外层。因此权利要求1相对于对比文件4实际要解决的技术问题是:(1)节省补偿层材料;(2)基板不易磨损;(3)实现电接触模块和/或使模块冷却。
关于区别技术特征(1),为了使用小的可变形补偿层可以达到调整功率模块的厚度的技术效果,从而调整补偿层材料的第一厚度小于连接层的厚度,适当调整补偿层材料用量,是本领域技术人员容易想到的;
关于区别技术特征(2),直接铜键合基板和直接铝键合基板都是使在一侧金属层安装半导体芯片,另一侧金属层有效散热,且不易磨损,是本领域常规基板。本领域技术人员在此基础上,将对比文件4的热沉基板替换为直接铜键合基板或直接铝键合基板,是容易想到的;
关于区别技术特征(3),为了形成模块的电接触和/或提高模块的散热性能,使金属覆盖层以连续外层的形式覆盖模块,是本领域常规技术手段。
由此可知,在对比文件4的基础上结合本领域常规技术手段以获得该权利要求请求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,该权利要求所要保护的技术方案不具有突出的实质性特点,不具备创造性。
2.2、权利要求2-11不具备专利法第22条第3款的创造性。
权利要求2引用权利要求1,对比文件4已经公开了(参见说明书第[0030]-[0036]段,附图1-3):将接合材料6的厚度减小是通过将上模具7压到Si芯片4上来执行的。因此,当其引用的权利要求不具备创造性时,该权利要求也不具备创造性。
权利要求3引用权利要求1,权利要求4引用权利要求3,对比文件4公开了(参见说明书第[0027]-[0031]段,附图1):将热沉2安装在下模具1(相当于“底板”)上;下模具1还包括侧壁(相当于“高度设定间隔件”)。因此,当其引用的权利要求不具备创造性时,上述权利要求也不具备创造性。
权利要求5-10是从属权利要求,对比文件4公开了(参见说明书第[0036]-[0045]段,附图1-3):接合材料6包括低熔点金属材料41、多孔金属部件42和复合物接合材料43;其中,多孔金属部件42例如是海绵状的金属多孔体(泡沫材料),包括Cu、Al、Ag、Au、Mn、Fe、Zn等金属,多孔金属部件42还可以作为热传导层,且可以直接地、毫无疑义地确定该结合材料由可压缩材料形成;低熔点金属材料41通常由焊料(低于给定阈值的熔点的材料)形成,例如焊料Pb、Ag、Sn。因此,当其引用的权利要求不具备创造性时,上述权利要求也不具备创造性。
权利要求11引用权利要求1,为了对功率模块进行保护,将功率模块进行包封是本领域常规技术手段,当其引用的权利要求不具备创造性时,该权利要求也不具备创造性。
2.3、权利要求12不具备专利法第22条第3款的创造性
权利要求12请求保护一种制造功率模块的方法。对比文件4公开了一种制造功率模块的方法,并具体公开了如下技术方案(参见说明书第[0004]、[0027]-[0047]段,附图1-4),包括:在下模具1(相当于“底板”)上布置热沉(铜柱)2(相当于“第一基板”);在热沉2的顶部设置热补偿板(Mo材)3(相当于“连接层”);在热补偿板3的上方设置第一厚度的接合材料6(相当于“补偿层”);在接合材料6上方设置Si芯片4(相当于“第二基板”);通过在功率模块的制造或组装过程期间,使用下模具1的侧壁(相当于“高度设定间隔件”)作为止动件,通过将上模具7压到Si芯片4上将接合材料6的厚度减小(即“通过无研磨工艺将所述第一厚度减小到第二厚度”)。
权利要求12请求保护的技术方案与对比文件4公开的技术内容相比,区别技术特征在于:(1)所述补偿层的所述第一厚度小于所述连接层的厚度;(2)其中所述第一基板和所述第二基板中的每个基板是直接铜键合基板或者直接铝键合基板;(3)提供传导性覆盖层,所述传导性覆盖层在形式上是所述模块的至少部分连续的外层。因此权利要求12相对于对比文件4实际要解决的技术问题是:(1)节省补偿层材料;(2)基板不易磨损;(3)实现电接触模块和/或使模块冷却。
关于区别技术特征(1),为了使用小的可变形补偿层可以达到调整功率模块的厚度的技术效果,从而调整补偿层材料的第一厚度小于连接层的厚度,适当调整补偿层材料用量,是本领域技术人员容易想到的;
关于区别技术特征(2),直接铜键合基板和直接铝键合基板都是使在一侧金属层安装半导体芯片,另一侧金属层有效散热,且不易磨损,是本领域常规基板。本领域技术人员在此基础上,将对比文件4的热沉基板替换为直接铜键合基板或直接铝键合基板,是容易想到的;
关于区别技术特征(3),为了形成模块的电接触和/或提高模块的散热性能,使金属覆盖层以连续外层的形式覆盖模块,是本领域常规技术手段。
由此可知,在对比文件4的基础上结合本领域常规技术手段以获得该权利要求请求保护的技术方案,对本领域技术人员来说是显而易见的,该权利要求所要保护的技术方案不具有突出的实质性特点,不具备创造性。
3、对复审请求人相关意见的答复
对于复审请求人答复复审通知书时提出的意见,合议组认为:本申请的发明构思在于,通过在功率模块的底部基板和顶部基板之间提供厚度补充层,使得两个基板的厚度差值可以以容易而有效的方式得到补偿,特别是补偿以非研磨方式执行,即不执行抛光或磨削。对比文件4已经公开了这样的技术方案,通过在功率模块的热沉2(底部基板)和Si芯片4(顶部基板)之间提供接合材料6,使得上下两个基板之间的厚度差值可以得到补偿,且该厚度以可压缩材料构成,即并非以研磨或磨削的方式执行。可见本申请的发明构思已经被对比文件4公开。对于复审请求人的意见(1),对比文件4中热补偿板(Mo材)6相当于本申请中的连接层,接合材料6作为厚度补偿层相当于本申请中的补偿层,接合材料6包括低熔点金属材料41、多孔金属部件42和复合物接合材料43,多孔金属部件42例如是海绵状的金属多孔体,包括Cu、Al、Ag、Au、Mn、Fe、Zn等金属,多孔金属部件42还可以作为热传导层。接合材料6作为电连接的厚度补偿层,其使用的材料多少和成本高低是实际制作过程中必须考虑的,从而在能够实现补偿层作用的情况下对其厚度进行限定,而不是仅仅考虑接合材料是否溢出;对于复审请求人的意见(2),直接铜键合基板(即铜-陶瓷-铜键合结构)和直接铝键合基板(即铝-陶瓷-铝键合结构),是使在一侧金属层(铜或铝)安装半导体芯片,另一个侧金属层(铜或铝)有效散热,都是本领域常规选择的基板,在下基板上需要安装半导体芯片的情况下,将对比文件4的热沉基板2替换为直接铜键合基板或直接铝键合基板,以实现上侧金属层安装半导体芯片,下侧金属层用于散热,且使功率模块更紧凑,是本领域技术人员容易想到的;对于复审请求人的意见(3),解决功率模块的电接触和散热问题是该技术领域的普遍技术问题,通过在功率模块的外层表面形成连续金属层作为模块的电接触或者用于提高功率模块的散热性能,是本领域常规的技术手段。
综上所述,复审请求人的意见陈述不具有说服力,合议组不予支持。
基于以上事实和理由,本案合议组依法作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年05月28日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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