專利名稱：用于電子元件的連接設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明描述了一種用于電子元件與至少一個基片間的導電連接的連接設備，其中該連接設備形成為一個薄膜復合物。
背景技術：
已知有多種用于電子元件的連接設備。在封裝元件的情況下，作為例子，金屬連接設備及其通過焊接技術與基片間的連接是已知的，其中在這種情況下基片也被理解為是指印刷電路板的類型。
在未封裝的元件的情況下，引線接合連接被廣泛用作連接設備。此外，在功率半導體模塊領域還已知了位置鎖定的連接，作為所謂的壓力接觸連接。與功率半導體模塊類似地，壓力接觸連接的彈性印刷電路板已知作為連接設備。DE10221970A1公開了一種功率半導體模塊，其包括一個這種類型的連接設備，但沒有描述其具體結構。
DE10355925A1公開了一種用于功率半導體元件的連接設備，其包括由第一和第二導電薄膜構成的、具有絕緣中間層的薄膜復合物。功率半導體元件通過超聲焊接持久且牢固地電連接到第一導電層。在這種情況下，功率半導體元件至基片的導電印刷線路的與電路相一致的模塊間連接通過金屬接觸件來形成，所述金屬接觸件的厚度被調整為與功率半導體元件的厚度一致。所述接觸件以與功率半導體元件相同的方式通過超聲焊接被連接到連接設備上。
在這種情況下，用于超聲焊接連接到功率半導體元件和接觸件的導電薄膜包含具有壓紋凸起的鋁，因為鋁形成了與功率半導體元件的金屬化層之間的良好焊接連接，所述金屬化層同樣包含一個由鋁構成的最終層。
這種情況的缺點在于，與所述鋁層的焊接連接是不可能實現的，或者只能在非常有限的程度上實現。這里沒有公開通過銅構成的相應層的結構，銅具有更高的單位導電率并且是可焊接的，因為該層并不適用于與功率半導體元件的焊接連接。

發(fā)明內容
本發(fā)明是基于提供一種用于電子元件的連接設備的目的，例如，所述電子元件如未封裝的功率半導體元件以及封裝后的或未封裝的集成電路，其既適合于焊接連接也適合于軟焊連接，并且以簡單的、可快速生產的靈活方式連接多個元件。
根據本發(fā)明該目標通過具有權利要求1所述特征的措施來完成。在從屬權利要求中描述了優(yōu)選的實施例。
本發(fā)明的構思是基于、但不限于具有多個元件的智能功率半導體模塊的需求，這些元件以不同的方式排列，并以和電路一致的方式被連接。在這種類型的功率半導體模塊中，未封裝的功率半導體元件彼此連接和/或被連接到它們所設置的基片上的導電印刷線路。此外，控制和輔助連接需要連接到驅動器元件和其他以封裝方式或未封裝方式設置在功率半導體模塊中的電子元件。此外，作為舉例，用于溫度和/或電流的傳感器需要連接到所分配的評估單元上。負載連接及功率半導體元件以及驅動器元件的所有所需的控制和輔助連接的外部連接都被類似地連接。
根據本發(fā)明的連接設備被配置為由至少一個絕緣薄膜和兩個導電薄膜構成的薄膜復合物。所述薄膜復合物具有層結構，其從一個導電薄膜開始，然后總是交替地出現一個絕緣薄膜和一個導電薄膜。至少一個導電薄膜被固有地構造，從而形成彼此電絕緣的導電印刷線路。
包含第一種金屬材料并被設置在薄膜復合物的主區(qū)域上的至少一個導電薄膜具有至少一個薄膜段，其中一個由第二種金屬材料構成的層被設置在所述薄膜段上。根據本發(fā)明，由第二種金屬材料構成的所述層的層厚度與由第一種金屬材料構成的薄膜的層厚度相比要薄。


這種連接設備的特別優(yōu)選的改進在示例性實施例的相應描述中提及。本發(fā)明的技術方案附帶地基于圖1至3中的示例性實施例更詳細地解釋。
圖1以截面圖示出了根據本發(fā)明的第一種連接設備，其中設置了一個基片和多個元件。
圖2以第一個主區(qū)域的平面圖示出了根據本發(fā)明的第二種連接設備。
圖3以第二個主區(qū)域的平面圖示出根據本發(fā)明的第二種連接設備，其中設置有一個未封裝的元件。
具體實施例方式
圖1以截面圖示出了根據本發(fā)明的第一種連接設備1，其中設置了一個基片2和多個元件3a/b、4、5。基片2在其面向連接設備1的一側上具有彼此電絕緣的導電印刷線路22。這種類型的基片2最好被形成為所謂DCB(直接銅接合)基片，以用在功率半導體模塊中，其在陶瓷載體20上具有由銅構成的金屬導電印刷線路22。形成彼此電絕緣的導電印刷線路的所有其他基片同樣都是適用的，在這種情況下所述導電印刷線路不需要如圖所示在設置在基片上的元件下方的整個區(qū)域內形成。但是，當需要從元件散熱時，這種形成方式是優(yōu)選的。
設置在基片2的導電印刷線路22上的元件3a/b在本例中是功率二極管3b和功率三極管3a，其中并不意味著對這些元件的限制。這些功率半導體元件3a/b在其面向連接設備1的一側上具有至少一個接觸區(qū)域32、34、36。這在功率二極管3b的情況下是陽極36，而在功率晶體管3a的情況下是發(fā)射極32以及基極34。根據現有技術，功率半導體元件3a/b的接觸區(qū)域被形成為鋁層。
在第一種配置中，連接設備1包括一個第一金屬層10，這里是層厚度在50至400μm之間的鋁層，一個與之相鄰的層厚度在10至80μm之間的塑料薄膜14，以及第二個金屬薄膜12，這里是層厚度在20至100μm之間的銅薄膜，第一個薄膜的厚度至少是第二個薄膜的厚度的兩倍。
為了將第一金屬薄膜10導電連接到功率半導體元件3a/b的接觸區(qū)域32、34、36，薄膜復合物1具有第一壓紋凸起16a。所述壓紋凸起16a借助于超聲焊接方法被連接到所分配的接觸區(qū)域32、34、36。
為了將第一金屬薄膜10導電連接到基片2的導電印刷線路22，薄膜復合物1具有以更深的方式形成的第二壓紋凸起16b。在所述第二壓紋凸起16b的區(qū)域內，優(yōu)選厚度在1至20μm之間的由銅構成的層被沉積在鋁薄膜10之上。在這種情況下，其最好通過電鍍方法或者通過冷氣體噴鍍工藝來實現。所述第二壓紋凸起16b的銅表面借助于焊接工藝被連接到基片2的銅導電印刷線路22上。
連接設備1的塑料薄膜14具有用于第一導電層10和第二導電層12之間的間鍍覆孔18的切口。從而使第一層的電勢被施加到第二層上。這通過舉例的方式對于功率晶體管3a的柵極電勢而示出。
這里兩個集成電路4、5例如設置在第二金屬薄膜12上。這里最好也可以設置其他元件，如各個電阻、電容、線圈或者傳感器。在其他配置中，這類元件也可以設置在基片2的導電印刷線路22上，并以和電路一致的方式連接。圖示中示出了第一個集成電路4，這里是SMD元件的形式，帶有用于通過焊接工藝連接到所分配的第二薄膜12的導電印刷線路的接觸設備40。第二個集成電路5這里表示為一個未封裝的元件，并借助于膠接工藝連接到第二導電層12。電連接被形成為元件5的各個接觸區(qū)域與所分配的第二層12的導電印刷線路之間的細線接合連接52。
最好將一個具有金層構造的第二金屬層設置在連接到接合線52的所述導電印刷線路的段之上。
所述連接設備1的外部連接，例如螺桿連接，可以被形成為整個薄膜復合物的圓形切口。在這種情況下，最好是將同心圍繞在所述切口周圍的第二金屬層設置在一個主區(qū)域的至少一個導電薄膜層上。在這種情況下，所述層的厚度最好是100μm，并通過冷氣體噴鍍被沉積。
在第二種配置中，連接設備1包括一個第一金屬薄膜，這里是由厚度在30至300μm之間的銅層構成，一個與之相鄰的塑料薄膜，其層厚度在10至80μm之間，以及一個第二金屬層，同樣由厚度在30至300μm之間的銅層構成。
在這種配置中，用于焊接連接到功率半導體元件的接觸區(qū)域的第一層的段利用由鋁構成的第二層來形成。只有通過這種方式才能實現持久耐用的連接。在這種情況下，用于通過焊接工藝連接到基片的導電印刷線路的壓紋凸起并不需要第二個金屬層。
這里在圖2和圖3中同樣揭示了三層結構。
根據本發(fā)明的連接設備的其他配置例如具有由各種情況下都相同的金屬構成的金屬層，這兩個層的層厚度相同。根據本發(fā)明，同樣也可以具有優(yōu)點地形成5層的層序列，其中這里的中間金屬層最好以特別薄的方式形成，作為屏蔽平面，并在操作中處于限定的電位。
圖2示出了根據本發(fā)明的第二種連接設備1的薄膜復合物，其在所述連接設備的第一個主區(qū)域的平面圖中示出。該圖示示出了塑料薄膜結構的絕緣層14，并且在薄膜復合物的第一形成中，示出了由鋁構成的第一個導電層10。這個鋁層10被固有地構造，在其中除了薄膜復合物外，形成了三個彼此電絕緣的導電印刷線路。這些導電印刷線路10中的每一個都具有兩組壓紋凸起16a/b，用于未封裝的半導體元件、這里是功率二極管的超聲焊接連接，或者用于焊接連接到基片的導電印刷線路上。這種構造的替代實施例適用于要連接的多種不同未封裝的元件，而不僅僅是功率半導體元件。
在第一種配置中，第一組壓紋凸起16a適用于將元件點焊連接到接觸區(qū)域，這些接觸區(qū)域最好同樣由鋁構成。在第二組壓紋凸起16b的段內，鋁層與一個銅構成的薄層一起設置，銅是通過電極沉積或通過冷氣體噴鍍而沉積的。這個銅層102特別適用于焊接連接到基片的導電印刷線路上。
在(未示出的)第二個實施例中，第二個導電層包含銅。這是特別優(yōu)選的，因為銅具有很高的導熱性，以傳送走來自元件的熱損耗，并且具有很低的電阻率，以實現高電流承載能力。在這種情況下，需要形成壓紋凸起組，用于點焊接連接到具有由鋁構成的第二金屬層的元件上，從而為焊接連接提供適用的表面。
圖3在第二個主區(qū)域的平面圖中示出了根據本發(fā)明的第二種連接設備1，該結構中具有設置在其上的未封裝的元件1。該圖示示出了一個具有塑料薄膜結構的絕緣層14和由銅構成的第二個導電層12。與第一金屬層(10，參見圖2)相比，這個銅層12被固有地、更為精細地構造，并且在其中除了形成用于元件5的膠接連接的區(qū)域外，這里還形成了用于驅動功率半導體元件的驅動器電路。另外這個銅層還形成了連接所述驅動器電路的多個導電印刷線路12。所述導電印刷線路依次彼此電絕緣，并具有用于其它元件的其他接觸區(qū)域，例如這里以電容器6的形式表示的元件。所述導電印刷線路還具有提供了另一個金屬層122的段，這里是金層的結構，厚度在0.5至5μm之間。這些帶有金涂層的段是優(yōu)選的接觸區(qū)域，用于驅動器電路5的接觸區(qū)域50與導電印刷線路12之間的細線接合連接52。類似地示出了至薄膜復合物的第一導電層的間鍍覆孔18。
權利要求
1. 一種用于電子元件(3a/b，4，5，6)與至少一個基片(2)的導電連接的連接設備(1)，其中所述連接設備(1)被形成為由至少一個絕緣層(14)和兩個導電薄膜(10，12)構成的薄膜復合物，所述薄膜復合物以各種情況下一個導電薄膜和一個絕緣薄膜交替出現的層結構來設置，并且至少一個導電層被構造，從而形成導電印刷線路，其中所述薄膜復合物的一個主區(qū)域的至少一個導電薄膜(10，12)包含第一種金屬，并具有至少一個薄膜段，該薄膜段具有由第二種金屬構成的層，這個層與所述薄膜的厚度相比要薄。
2.根據權利要求1的連接設備，其中至少一個絕緣薄膜(14)具有用于相鄰導電薄膜的導電連接(18)的至少一個切口。
3.根據權利要求1的連接設備，其中所述薄膜復合物(1)具有至少一個壓紋凸起(16a/b)。
4.根據權利要求3的連接設備，其中所述壓紋凸起(16a/b)被設置在具有由第二種金屬構成的層(102，122)的薄膜段內。
5.根據權利要求4或5的連接設備，其中一個未封裝的功率半導體元件(3a/b)被設置，并通過點焊接連接以和電路相一致的方式被導電連接到薄膜復合物在其第一個主區(qū)域上的壓紋凸起(16a)。
6.根據權利要求4或5的連接設備，其中基片(2)的一個導電印刷線路(22)通過焊接連接以和電路一致的方式被導電連接到薄膜復合物(1)的壓紋凸起(16b)。
7.根據權利要求1的連接設備，其中封裝的元件(4)或未封裝的元件(5)通過焊接工藝或膠接工藝被設置到薄膜復合物(1)的第二個主區(qū)域上。
8.根據權利要求7的連接設備，其中未封裝的元件(5)通過細線接合連接(52)以和電路一致的方式被導電連接到薄膜復合物(1)的第二個主區(qū)域的導電印刷線路(12)上。
9.根據權利要求1的連接設備，其中由第二種金屬構成的層(102，122)通過冷氣體噴鍍被沉積。
10. 根據權利要求1的連接設備，其中由第二種金屬構成的層(102，122)通過電極沉積被沉積。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于電子元件與基片間的導電連接的連接設備。在這種情況下，所述連接設備被形成為由至少一個絕緣層和兩個導電薄膜構成的薄膜復合物。所述薄膜復合物以各種情況下一個導電薄膜與一個絕緣薄膜交替出現的層結構來形成，其中至少一個導電層被構造，從而形成導電印刷線路。另外，所述薄膜復合物的一個主區(qū)域的至少一個導電薄膜包含第一種金屬，并具有至少一個薄膜段，該薄膜段具有由第二種金屬構成的層，這個層與所述薄膜的厚度相比要薄。
文檔編號H01L25/00GK101055856SQ20071008981
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權日2006年4月1日
發(fā)明者古伯·克里斯蒂安, 奧古斯汀·卡爾漢茲, 斯多克米爾·托馬斯 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司