專利名稱：功率半導體模塊的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種功率半導體模塊，所述功率半導體模塊具有襯底、
殼體及橋元件(Briickenelement)，其中，襯底在第一主體面上具有用 于負載連接元件及用于功率半導體結(jié)構(gòu)元件的導體軌并且在相對置的 第二主體面上具有金屬層，設置所述金屬層用于將熱量導出到冷卻結(jié) 構(gòu)件上，其中，可以將殼體固定在該冷卻結(jié)構(gòu)件上，并且其中，橋元 件布置在殼體上并且為了對負載連接元件的接觸區(qū)段進行定位而與襯 底的導體軌相關(guān)地被設置并且憑借推壓元件向襯底的第一主體面推 壓。
背景技術(shù)：
對于襯底例如是指DCB襯底(直接銅鍵合)。對這樣的功率半導 體模塊提出如下要求，功率半導體模塊在-3(rC至15(TC的溫度范圍內(nèi)在 很長的使用持續(xù)時間期間可靠地行使功能。這樣大的溫度范圍引發(fā)相 應的由熱膨脹引起的尺寸變化。
例如在申請人的DE 10 2006 006 424 Al中公開了開頭所述類型的 功率半導體模塊。在該公知類型的功率半導體模塊中，冷卻結(jié)構(gòu)件與 固定在該冷卻結(jié)構(gòu)件上的殼體和設置于殼體內(nèi)的橋元件一起形成第一 結(jié)構(gòu)單元并且襯底與以適配于電路的方式施加在該襯底上的功率半導
體結(jié)構(gòu)元件和負載連接元件一起形成第二結(jié)構(gòu)單元。這兩個公知的結(jié) 構(gòu)單元相互之間不具有彼此在機械上剛性的連接，而是第二結(jié)構(gòu)單元 可以在橫向上在第一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部運動，如在該出版的現(xiàn)有技術(shù)的第
段所介紹的那樣。在該公知的功率半導體模塊中，襯底同樣可以 關(guān)于殼體以由于溫度而受限制的方式運動。在襯底的外部邊緣與殼體 的附屬的固定邊緣之間的環(huán)形間隙中具有電絕緣的灌注物，以便使得
4設置在襯底的第一主體面上的導體軌相對于冷卻結(jié)構(gòu)件電絕緣。已硬 化的灌注物具有很高的介電常數(shù)，從而確保相應的擊穿強度。然而由 于襯底的基于溫度而受限制的、關(guān)于固定在冷卻結(jié)構(gòu)件上的殼體的可 運動性，在公知的功率半導體模塊中，未可靠地消除己硬化的灌注物 的開裂，從而出現(xiàn)不希望的空氣間隙，該空氣間隙具有對應空氣的相 應的介電常數(shù)S0，并且相應于已硬化的灌注物的介電常數(shù)S的擊穿強度 相應地降低至對應空氣的介電常數(shù)So的數(shù)值。這意味著，功率半導體模 塊的壽命可能相應地縮減。

發(fā)明內(nèi)容
基于對現(xiàn)況的認識，本發(fā)明的任務在于，完成開頭所述類型的功 率半導體模塊，所述功率半導體模塊在結(jié)構(gòu)簡單的同時具有很高的運 行可靠性。
根據(jù)本發(fā)明地，該任務通過權(quán)利要求l的特征，也就是以如下方式 來解決，襯底與橋元件一起形成結(jié)構(gòu)單元，將該結(jié)構(gòu)單元以可以在所 有平行于襯底的第一和第二主體面的橫向方向上受限制地運動的方式 布置在殼體中。由襯底和橋元件組成的結(jié)構(gòu)單元可在垂直于所述橫向 方向的方向上優(yōu)選受限制地運動。
在根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊中，襯底也不是與可固定在冷卻
結(jié)構(gòu)件上的殼體一起形成結(jié)構(gòu)單元，而是與可受限制地運動地設置在
殼體內(nèi)的橋元件一起形成結(jié)構(gòu)單元。沿著襯底的環(huán)形邊緣和橋元件的
附屬的固定邊緣設置有電絕緣的灌注物，其中，已硬化的灌注物的開
裂被可靠地消除，這是因為在形成結(jié)構(gòu)單元的橋元件與襯底之間消除
了由溫度而引起的相對運動進而阻止形成降低擊穿強度的空氣間隙。
根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊因而在結(jié)構(gòu)簡單以及與此同時壽命長的 情況下具有出色的運行可靠性。
對于根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊被證實是適當?shù)氖?，橋元件?br> 5帽狀地構(gòu)造有環(huán)形的側(cè)壁部、推壓元件以及用于負載連接元件的接觸 區(qū)段的引導井狀件，并且殼體具有框架元件和蓋件。橋元件的側(cè)壁部 在此與殼體的框架元件以很小的間隙保持間隔，從而由襯底和橋式元 件組成的結(jié)構(gòu)單元關(guān)于待固定或已固定在冷卻結(jié)構(gòu)件上的殼體的、由
于熱膨脹而引起的運動毫無問題地可行，而不會與冷卻結(jié)構(gòu)件相關(guān)地 對功率半導體模塊的擊穿強度產(chǎn)生影響。
在根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊中，優(yōu)選的是，橋元件的環(huán)形側(cè) 壁部構(gòu)造有為襯底環(huán)形邊緣而設置的環(huán)形凸緣，該凸緣的凈內(nèi)部尺寸 配合于襯底的外部邊緣。在此，橋元件的側(cè)壁部的環(huán)形凸緣如此地造 型，即，襯底以設置在其第二主體面上的金屬層稍微突出于該環(huán)形的 凸緣，從而確保的襯底的金屬層可靠地大面積地置于冷卻結(jié)構(gòu)件上。
為了在橋元件與殼體之間確保上面所提及的限定的受限制的可運 動性，優(yōu)選的是，橋元件的環(huán)形的側(cè)壁部具有如下的外部尺寸，該外 部尺寸稍微小于殼體的框架元件凈內(nèi)部尺寸。
被證實適當?shù)氖?，框架元件在其朝向蓋件的面上構(gòu)造有用于負載 連接元件連接區(qū)段的空隙并且所述蓋件在其朝向框架元件的面上構(gòu)造 有用于負載連接元件的所述連接區(qū)段的凹處。通過這樣的構(gòu)造方案得 到如下優(yōu)點，負載連接元件可以簡單而省時地裝配。負載連接元件的
連接區(qū)段以接觸凸片優(yōu)選以可自由接近的方式突出于殼體的蓋件，從 而功率半導體模塊的負載連接元件毫無問題地從外部連接。
為了能夠簡單而省時地將根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊固定在冷 卻結(jié)構(gòu)件上，被證實適當?shù)氖牵瑲んw的蓋件和框架元件被構(gòu)造有用于 固定元件的、在軸向上對齊固定孔，借助這些固定孔可以將功率半導 體模塊固定在冷卻結(jié)構(gòu)件上。固定元件例如是指螺栓元件，借助該螺 栓元件將功率半導體模塊固定在冷卻結(jié)構(gòu)件上，同時其中，引起橋元 件的、向襯底的第一主體面上的導體軌的擠壓壓力并且引起負載連接元件的接觸區(qū)段向所述導體軌的接觸壓力。


由對根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊在附圖中描述的實施例的下列 介紹而獲知其它細節(jié)、特征以及優(yōu)點。
其中
圖l以分解圖透視地示出功率半導體模塊的構(gòu)造方案， 圖2以分解圖示出依照圖1的功率半導體模塊的側(cè)視圖， 圖3示出依據(jù)圖2的功率半導體模塊的剖切圖，以及
圖4示出己組裝狀態(tài)下的功率半導體模塊的剖切圖以及該功率半
導體模塊的放大細節(jié)。
具體實施例方式
圖1示出功率半導體模塊10的構(gòu)造方案，功率半導體模塊10具有襯 底12、殼體14以及橋元件16。如由圖4可見地，襯底12在第一主體面18 上具有導體軌20以及(未示出的)功率半導體結(jié)構(gòu)元件并且在對置的 第二主體面22上具有金屬層24。設置金屬層24用于導出熱量到未示出 的冷卻結(jié)構(gòu)件上。
襯底12與橋元件16—起形成結(jié)構(gòu)單元26，該結(jié)構(gòu)單元26在殼體14 中可以在所有平行于第一主體面18和第二主體面22的橫向方向上受限 制地運動。受限制的可運動性在圖4中由雙箭頭28表示。此外，也可以 在垂直于所述橫向方向的方向上進行運動。
如由圖3可見的是，橋元件16呈帽狀地構(gòu)造有環(huán)形的側(cè)壁部30、指 狀的推壓元件32以及引導井狀件34。引導井狀件34被設置用于對接觸 區(qū)段36進行定位，功率半導體模塊10的負載連接元件38被構(gòu)造有該接 觸區(qū)段36。負載連接元件38的連接區(qū)段40從負載連接元件38的接觸區(qū) 段36成角地伸出。
7功率半導體模塊10的殼體14具有框架元件42和蓋件44。從蓋件44 伸出為彈性的控制-或輔助連接元件48而設置的頂端件46，該控制-或輔 助連接元件48在功率半導體模塊10的已組裝狀態(tài)下與設置在襯底12上 的導體軌20合適地觸點接通。
如由圖4明顯可見的是，橋元件16的環(huán)形的側(cè)壁部30構(gòu)造有凸緣 50，設置凸緣50用于襯底12在橫向方向上的定位。出于該目的，環(huán)形 的凸緣50的凈內(nèi)部尺寸配合于襯底12的外部邊緣。
為了在由橋元件16和襯底12組成的結(jié)構(gòu)單元與殼體14或其框架 元件42之間確保在上面進一步介紹的和在圖4中由雙箭頭28標明的 可運動性，橋元件16的環(huán)形側(cè)壁部30具有外部尺寸52，該外部尺寸 52稍微小于殼體14的框架元件42的凈內(nèi)部尺寸54 (參見圖4)。
如例如由圖l可見的是，蓋件14的框架元件42在其朝向蓋件14 的面56上構(gòu)造有用于負載連接元件38的連接區(qū)段40的空隙58。同樣 地，蓋件44在其朝向殼體14的框架元件42的內(nèi)面60上構(gòu)造有用于 負載連接元件38的連接區(qū)段40的凹處62。負載連接元件38的連接區(qū) 段40以接觸凸片64以可自由接近的方式突出于殼體14的蓋件44的 外部邊緣。
殼體14的蓋件44和框架元件42構(gòu)造有在軸向上對齊的固定孔66 和68。在功率半導體模塊10的已組裝狀態(tài)下，固定孔66和68用于接 納未示出的固定元件，借助該固定元件可以將功率半導體模塊10固定 在冷卻結(jié)構(gòu)件上。
在圖1至4中，相同的細節(jié)部分分別以同一附圖標記標出，從而 省掉結(jié)合所有附圖分別詳細地介紹所有細節(jié)部分。附圖標記列表
10 功率半導體模塊
12 襯底(屬于10)
14 殼體(屬于10)
16 橋元件(屬于10)
18 第一主體面(屬于12)
20 導體軌(在18上)
22 第二主體面(屬于12)
24 金屬層(在22上)
26 結(jié)構(gòu)單元(由12與16組成)
28 雙箭頭/可運動性(26與14之間)
30 環(huán)形的側(cè)壁部(屬于16)
32 推壓元件(屬于16，用于12)
34 引導井狀件(在16中，用于36)
36 接觸區(qū)段(屬于38)
38 負載連接元件(屬于10)
40 連接區(qū)段(屬于38)
42 框架元件(屬于14)
44 蓋件(屬于14)
46 頂端件(在44上，用于48)
48 控制-或輔助連接元件(屬于10)
50 環(huán)形的凸緣(屬于30，用于12)
52 外部尺寸(屬于30)
54 凈內(nèi)部尺寸(屬于42)
56 面(屬于42)
58 空隙(在56中)
60 內(nèi)面(屬于44)
62 凹處(在60中)
64 接觸凸片(屬于40)
66 固定孔(在44中)
68 固定孔(在42中)。
9
權(quán)利要求
1.功率半導體模塊，具有襯底(12)、殼體(14)以及橋元件(16)，其中，所述襯底(12)在第一主體面(18)上具有用于負載連接元件(38)及用于功率半導體結(jié)構(gòu)元件的導體軌(20)并且在對置的第二主體面(22)上具有金屬層(24)，設置所述金屬層(24)用于將熱量導出到冷卻結(jié)構(gòu)件上，所述殼體(14)能夠固定在所述冷卻結(jié)構(gòu)件上，并且所述橋元件(16)布置在所述殼體(14)中并且為了對所述負載連接元件(38)的接觸區(qū)段(36)進行定位而與所述襯底(12)的所述導體軌(20)相關(guān)地設置并且以推壓元件(32)向所述襯底(12)的所述第一主體面(18)推壓，其特征在于，所述襯底(12)與所述橋元件(16)形成結(jié)構(gòu)單元(26)，所述結(jié)構(gòu)單元(26)以在所有平行于所述襯底(12)的所述第一主體面(18)及所述第二主體面(22)的橫向方向上能受限制地運動的方式布置在所述殼體(14)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功率半導體模塊，其特征在于，由所述 襯底(12)與所述橋元件(16)組成的所述結(jié)構(gòu)單元(26)能在垂直 于所述橫向方向的方向上受限制地運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導體模塊，其特征在于，所述 橋元件(16)呈帽狀地構(gòu)造有環(huán)形的側(cè)壁部(30)、所述推壓元件(32) 以及用于所述負載連接元件(38)的所述接觸區(qū)段(36)的引導井狀 件(34)，并且所述殼體(14)具有框架元件(42)和蓋件(44)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導體模塊，其特征在于，所述橋 元件(16)的所述環(huán)形側(cè)壁部(30)構(gòu)造有為所述襯底(12)而設置 的環(huán)形凸緣(50)，所述環(huán)形凸緣(50)的凈內(nèi)部尺寸配合于所述襯底(12)的外部邊緣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導體模塊，其特征在于，所述橋 元件(16)的所述環(huán)形側(cè)壁部(30)具有外部尺寸(52)，所述外部 尺寸(52)稍微小于所述殼體(14)的所述框架元件(42)的凈內(nèi)部 尺寸(54)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導體模塊，其特征在于，所述殼 體(14)的所述框架元件(42)在其朝向所述蓋件(44)的面(56) 上構(gòu)造有用于所述負載連接 元件(38)的連接區(qū)段(40)的空隙(58)， 并且所述殼體(14)的所述蓋件(44)在其朝向所述框架元件(42) 的面(60)上構(gòu)造有用于所述負載連接元件(38)的所述連接區(qū)段(40) 的凹處(62)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率半導體模塊，其特征在于，所述負 載連接元件(38)的所述連接區(qū)段(40)以接觸凸片(64)以能自由 接近的方式突出于所述殼體(14)的所述蓋件(44)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導體模塊，其特征在于，所述殼 體(14)的所述蓋件(44)和所述框架元件(42)構(gòu)造有用于固定元 件的、在軸向上對齊的固定孔(66、 68)，借助所述固定孔(66、 68) 能夠?qū)⑺龉β拾雽w模塊(10)固定在冷卻結(jié)構(gòu)件上。
全文摘要
介紹了一種功率半導體模塊(10)，所述半導體模塊(10)具有襯底(12)、殼體(14)和橋元件(16)。殼體(14)可以固定在冷卻結(jié)構(gòu)件上。橋元件(16)布置在殼體內(nèi)并且以推壓元件(32)向襯底(12)推壓。此外，橋元件(16)為了定位負載連接元件(38)而與襯底(12)的導體軌(20)相關(guān)地設置。為了確保出色的耐電壓強度或者說擊穿強度，襯底(12)與橋元件(16)一起形成結(jié)構(gòu)單元(26)，該結(jié)構(gòu)單元(26)以在所有橫向方向上可受限制地運動的方式布置在殼體(14)中。
文檔編號H01L23/48GK101635287SQ20091015218
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者雷納爾·波浦, 馬庫斯·格魯貝爾 申請人:賽米控電子股份有限公司