專利名稱：帶電路載體和負(fù)載連接件的功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明介紹具有殼體及電路載體的所屬功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法，該電路載 體由襯底組成，所述襯底提供用于對功率半導(dǎo)體構(gòu)件進(jìn)行布置和進(jìn)行適于電路地連接的導(dǎo) 體帶并且進(jìn)而構(gòu)成功率電子電路系統(tǒng)。同樣公開了如下的電路載體，該電路載體附加地具 有用于布置襯底的金屬基板。由導(dǎo)體帶和/或功率半導(dǎo)體構(gòu)件出發(fā)，負(fù)載連接件從所述電 路載體達(dá)到配屬于該負(fù)載連接件的、用于對外接觸連接功率半導(dǎo)體模塊的第一接觸裝置。
背景技術(shù)：
例如在DE 10100460A1中公開了一種所述類型的功率半導(dǎo)體模塊，正如這種功率 半導(dǎo)體模塊以其基本實(shí)施方式早就公知的那樣。按照現(xiàn)有技術(shù)的這種功率半導(dǎo)體模塊具有 襯底載體，襯底載體形成功率半導(dǎo)體模塊的下方終止部。在此，絕緣材料殼體在襯底載體的 縱向側(cè)上稍微高出襯底載體，以便包圍該襯底載體。在此公開的襯底載體具有優(yōu)選由銅制 成的平面式基板，該基板用于從功率電子電路系統(tǒng)到可布置的冷卻構(gòu)件的放熱和熱傳輸。由現(xiàn)有技術(shù)普遍公知的是，襯底載體與殼體粘接在一起，以防止在用當(dāng)時(shí)呈凝膠 狀的硅橡膠填充殼體以進(jìn)行內(nèi)部絕緣時(shí)，發(fā)生外流。在制造這種功率半導(dǎo)體模塊時(shí)，在具有 后續(xù)的粘接材料烘干階段的點(diǎn)膠方法(Dispensverfahren)中產(chǎn)生粘接連接。此外，殼體大多借助金屬鉚釘連接件與襯底載體連接。所述鉚釘連接件構(gòu)成為具 有貫通的挖空部的空心體，以便同樣實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體模塊借助螺紋連接固定在冷卻構(gòu)件 上。此外，負(fù)載連接件和輔助連接件的不同構(gòu)造的連接件要?dú)w為現(xiàn)有技術(shù)。在此，公知 的是連接件與襯底的導(dǎo)體帶或者電路系統(tǒng)的功率半導(dǎo)體構(gòu)件的、不同的連接技術(shù)。在此，特 別優(yōu)選并且早就公知的是材料配合的連接大多構(gòu)成為釬焊連接，還有構(gòu)成為熔焊連接或 者壓力燒結(jié)連接。為了對外接觸連接，負(fù)載連接件優(yōu)選地具有用于螺紋連接的連接裝置。所述連接 裝置通常構(gòu)造有松散地嵌入殼體中的、帶內(nèi)螺紋的螺母，以及構(gòu)造有負(fù)載連接件的布置于 螺母上的區(qū)段，所述區(qū)段具有朝向螺母的螺紋對準(zhǔn)的、貫通的挖空部。在這種功率半導(dǎo)體模 塊的公知的制造中，作為最后工序之一，將所述螺母置入快要制成的功率半導(dǎo)體模塊的挖 空部中。然后，通過對負(fù)載連接件的接觸裝置進(jìn)行卷邊(abkanten)來進(jìn)行緊固以對抗脫 出ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于如下任務(wù)，S卩，給出一種功率半導(dǎo)體模塊和用于該功率半導(dǎo)體模塊的 制造方法，所述制造方法通過成本低廉且可自動(dòng)化的流程是行得通的。按照本發(fā)明，通過具有權(quán)利要求1所述特征的功率半導(dǎo)體模塊以及通過具有權(quán)利 要求7所述特征的制造方法來解決所述任務(wù)。優(yōu)選實(shí)施形式在各從屬權(quán)利要求中有所介紹。
本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是如下的功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊設(shè)置用于布置在外 部冷卻構(gòu)件上，用以消散產(chǎn)生于功率半導(dǎo)體模塊中的熱量。所述功率半導(dǎo)體模塊具有大多 由絕緣塑料材料制成的殼體、至少一個(gè)電路載體、至少一個(gè)負(fù)載連接件以及塑料成型體。所 述塑料成型體包圍電路載體并且自身部分地被殼體包圍。電路載體按照現(xiàn)有技術(shù)來構(gòu)造并且具有功率電子電路系統(tǒng)。至少一個(gè)負(fù)載連接件 從該功率電子電路系統(tǒng)出發(fā)，并且用于功率半導(dǎo)體模塊的對外接觸連接。為此，至少一個(gè)負(fù) 載連接件具有帶第一挖空部的第一接觸裝置。在進(jìn)一步延伸中，負(fù)載連接件具有帶狀區(qū)段 和至少兩個(gè)第二接觸裝置。所述第二接觸裝置與功率電子電路系統(tǒng)導(dǎo)電連接。至少一個(gè)負(fù)載連接件的第一接觸裝置布置在塑料成型體的如下面上，該面用作第 一支座并且具有第二挖空部，在該第二挖空部中布置有連接裝置，優(yōu)選為螺母。所述塑料成 型體的第二挖空部對準(zhǔn)負(fù)載連接件的第一接觸裝置的第一挖空部，以使為了對外電接觸連 接而能夠借助螺母構(gòu)成螺紋連接。用于制造按照上面構(gòu)造方案構(gòu)造而成的功率半導(dǎo)體模塊的、按照本發(fā)明的方法的 特征在于以下主要步驟·提供至少一個(gè)電路載體，該電路載體具有構(gòu)造于其上的功率電子電路系統(tǒng)；·將相應(yīng)電路載體布置在塑料成型件的所配凹部中，其中，所述凹部具有第二支 座，用于對電路載體朝向功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部空間方向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行界定。在此，優(yōu)選的 是，在凹部的內(nèi)邊緣與電路載體之間布置有持久有彈性的密封裝置。在這種構(gòu)造方案中，將 相應(yīng)的電路載體壓入所配屬的凹部中，由此，密封件緊貼在電路載體的外邊緣上并且向下 密封功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部空間。因此，可以取消粘接連接，連同取消了粘接連接作為功率 半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部空間的密封件的所有公知缺點(diǎn)?！⑦B接裝置布置在塑料成型體的第二凹部中； 將至少一個(gè)負(fù)載連接件相對于塑料成型體進(jìn)行布置，其中，第一接觸裝置放置在 其第一支座上，并且其中，第二接觸裝置放置在第二接觸裝置的、功率電子電路系統(tǒng)接觸配 對件上。特別優(yōu)選的是，帶狀區(qū)段以其從第二接觸裝置到第一接觸裝置的大于80%的延伸 被開槽的方式來構(gòu)造。通過這種構(gòu)造，相對于開槽長度僅為帶狀區(qū)段的延伸的30%的情況， 負(fù)載連接件的寄生電感減少了至少20%。此外，可以優(yōu)選的是，與負(fù)載連接件同時(shí)還布置輔 助連接件，輔助連接件具有自身其他的連接至塑料成型體的接觸裝置。 優(yōu)選借助熔焊方法構(gòu)造負(fù)載連接件的第二接觸裝置與功率電子電路系統(tǒng)的接觸 配對件的適于電路的材料配合的連接。所述接觸配對件優(yōu)選是襯底的導(dǎo)體帶。但是同樣 可以具有優(yōu)點(diǎn)的是，選擇功率半導(dǎo)體構(gòu)件和在那里不言而喻地還有其接觸面作為接觸配對 件。同樣具有優(yōu)點(diǎn)的是，在這個(gè)工作步驟中，把輔助連接件的其他接觸裝置與其連接配對件 并利用相同的連接技術(shù)來連接。通過具有用于安放第一接觸裝置的第一支座的塑料成型體 的構(gòu)造以及至少一個(gè)電路載體在具有第二支座的凹部內(nèi)的布置，在材料配合地連接第二接 觸裝置后，構(gòu)成了由塑料成型體、電路載體和負(fù)載連接件組成的結(jié)合體，該結(jié)合體構(gòu)成一個(gè) 單元，其中，所有部件在不具有例如粘接連接件或鉚釘連接件的附加連接機(jī)構(gòu)的情況下相 對彼此固定?！げ贾脷んw，其中，以具有優(yōu)點(diǎn)的方式使塑料成型體具有優(yōu)點(diǎn)地幾乎完全被包圍。 在此，第一接觸裝置不言而喻地從外面能被觸及，以便實(shí)現(xiàn)對功率半導(dǎo)體模塊的電接觸連接。所述制造方法和所配屬的功率半導(dǎo)體模塊的有利之處在于，在一個(gè)制造過程中可 以由諸如電路載體、塑料成型體、連接裝置、連接件、尤其是負(fù)載連接件以及殼體的子模塊 制成所述功率半導(dǎo)體模塊，由此實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的并且可自動(dòng)化進(jìn)行的生產(chǎn)。


本發(fā)明特別優(yōu)選的改進(jìn)方案在對實(shí)施例的相應(yīng)說明中被提到。此外，本發(fā)明的解 決方案結(jié)合實(shí)施例以及圖1至圖3進(jìn)一步闡述。圖1示出了按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的分解圖。圖2以分解圖示出在按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的按照本發(fā)明的制造方法范 圍內(nèi)的兩個(gè)制造步驟。圖3示出按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的塑料成型體。
具體實(shí)施例方式圖1示出了按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的分解圖。示出了電路載體20，電路 載體20在這里由基板24和四個(gè)布置于基板24上的襯底32組成。基板24與襯底32的連 接構(gòu)造為釬焊連接或者壓力燒結(jié)連接。襯底32具有多個(gè)彼此絕緣的并且相對基板24絕緣 的導(dǎo)體帶34。在所述導(dǎo)體帶34上并且適于電路地與其他部件連接地布置有功率半導(dǎo)體構(gòu) 件，但未示出，由此，功率電子電路系統(tǒng)30在此以H橋式電路的形式構(gòu)成。這種電路載體20 多次由現(xiàn)有技術(shù)公知。此外，示出塑料成型體50，在這里，塑料成型體50在其角部具有各一個(gè)另外的凹 部500，用于與外部冷卻構(gòu)件連接。此外，塑料成型體50具有三個(gè)用于布置螺母60的第二 凹部52，螺母60在功率半導(dǎo)體模塊1制成后用于對外接觸連接負(fù)載連接件40。負(fù)載連接件40本身分別具有帶有用于實(shí)施螺栓連接的第一凹部420的第一接觸 裝置42 ；連接在第一接觸裝置42上的帶狀區(qū)段44以及兩個(gè)或者四個(gè)第二接觸裝置46。為 了降低各負(fù)載連接件40的寄生電感，所述帶狀區(qū)段44在其從第二接觸裝置46出來的延伸 上以開槽440的方式來構(gòu)成，由此，從第一接觸裝置42到第二接觸裝置46的電流路徑在大 部分延伸上彼此分開。第二接觸裝置46實(shí)施為與平行于襯底32的平面區(qū)域接觸的接觸腳，由此，優(yōu)選為 熔焊連接的材料配合的連接的構(gòu)造方案被簡化成襯底32的導(dǎo)體帶34。輔助連接件70布置在塑料成型體50的引導(dǎo)部中，并且為了與襯底32的適于電路 地配屬的導(dǎo)體帶34相連接，而具有與負(fù)載連接件40的第二接觸裝置46相同構(gòu)造的其他接 觸裝置72，為了對外連接，其他接觸裝置72構(gòu)成為插接觸點(diǎn)74。功率半導(dǎo)體模塊1的殼體10在所有側(cè)面上包圍塑料成型體50，但是在此不達(dá)到電 路載體20的平面上。此外，殼體10具有空出部12、14用于負(fù)載連接件40的第一接觸裝置 42以及輔助連接件70的接觸裝置72，以用于對外電連接。分解圖的各個(gè)部件同時(shí)也示明了按照本發(fā)明的各個(gè)制造步驟。在提供了電路載體 20后，在此已經(jīng)設(shè)有螺母60的塑料成型體50被相對于電路載體20進(jìn)行布置。在下一步驟 中，布置負(fù)載連接件40和輔助連接件70，為此，塑料成型體50具有多個(gè)引導(dǎo)元件。在此重要的是，第一接觸裝置42放置在塑料成型體50的支座54上，并且在第二接觸裝置46與襯 底32的導(dǎo)體帶34連接的情況下，所有至今所述的部件不具有其他連接機(jī)構(gòu)的情況下彼此 相對固定，這為生產(chǎn)的自動(dòng)化的范圍內(nèi)的操作帶來顯著優(yōu)勢。圖2以分解圖示出在按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的按照本發(fā)明的制造方法范 圍內(nèi)的兩個(gè)制造步驟。示出了不帶電路載體并且不帶殼體的與圖1相同的部件。但是在此 示明了螺母60在塑料成型體50的第二挖空部52中的布置方案。第二挖空部52布置在凸 起部中，凸起部分別具有面54，所述面54作為負(fù)載連接件40的第一接觸裝置42所用的支 座。所述第一支座54的面具有面法線，面法線遠(yuǎn)離電路載體20地指向。在下一制造步驟中在布置螺母60之后要布置的負(fù)載連接件40具有帶狀區(qū)段44， 帶狀區(qū)段44在第一接觸裝置42和第二接觸裝置46之間分布并且多次折彎。重要的是，所 述帶狀區(qū)段44 一直被開槽440至快要到達(dá)第一接觸裝置42處。所述開槽440同時(shí)用于負(fù) 載連接件40相對于塑料成型體50的定位，所述塑料成型體50在其凸起部之間具有進(jìn)行相 互連接的接片56。此外，這種定位有利于構(gòu)成材料配合的連接。在不限制普遍性的情況下，輔助連接件70在此已經(jīng)在其最終位置上示出。輔助連 接件70的布置時(shí)間在布置螺母60之前或者之后是無關(guān)緊要的。圖3示出按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的塑料成型體50。示出了塑料成型體50 底側(cè)的截面圖，該圖示出了用于容納電路載體20的凹部58。所述凹部58具有內(nèi)邊緣580 和第二支座582。所述第二支座582是環(huán)繞式的面，該面的面法線與第一支座52的面的面法線相反 地指向，由此負(fù)載連接件40和與之相連的電路載體20形成一種夾緊件，以固定塑料成型體 50。此外，內(nèi)邊緣580具有持久有彈性的密封裝置584，密封裝置584自第二支座584 的面朝外變細(xì)。電路載體20優(yōu)選具有相應(yīng)的旁側(cè)縱向伸展，該縱向伸展大于第二支座582 的面上的持久有彈性的密封裝置584的腳點(diǎn)之間的自由區(qū)段的長度。不言而喻地，所述相 應(yīng)的旁側(cè)縱向伸展比不具有持久有彈性的密封裝置584的凹部58的相應(yīng)的縱向伸展更小。為了利用所布置的、優(yōu)選在兩部件壓鑄法中用塑料成型體50制造而成的持久有 彈性的密封裝置584將電路載體20布置在凹部58中，將所述電路載體20壓入凹部58中， 由此，所述持久有彈性的密封裝置584以如下方式緊貼在電路載體20的外邊緣(22，參見 圖1)上，即，功率半導(dǎo)體模塊1的內(nèi)部空間向下密封地構(gòu)成。這例如在布置呈硅橡膠形式 的內(nèi)部絕緣部時(shí)是必要的，這是因?yàn)楣柘鹉z在交聯(lián)前具有凝膠態(tài)的稠度，并且可能通過可 能的縫隙而流出。
權(quán)利要求
1.用于布置在冷卻構(gòu)件上的功率半導(dǎo)體模塊(1)，具有殼體(10)；至少一個(gè)電路載體 (20)，所述電路載體(20)具有構(gòu)造于所述電路載體(20)上的功率電子電路系統(tǒng)(30)；以 及自所述功率電子電路系統(tǒng)(30)出發(fā)的至少一個(gè)負(fù)載連接件(40)，所述負(fù)載連接件(40) 具有帶用于對外連接的第一挖空部(420)的第一接觸裝置(42)、帶狀區(qū)段(44)以及至少兩 個(gè)與所述功率電子電路系統(tǒng)(30)導(dǎo)電連接的第二接觸裝置(46)；以及被所述殼體(10)部 分包圍的塑料成型體(50)，所述塑料成型體(50)在所述塑料成型體(50)的背向所述電路載體(20)的側(cè)上具有 至少一個(gè)面(54)，所述面(54)具有第二挖空部(52)以及布置于所述第二挖空部(52)中的 連接裝置(60)，其中，所述至少一個(gè)負(fù)載連接件(40)的所述第一接觸裝置(42)遮蓋所述第二挖空部 (52)并且放置在所述塑料成型體(50)的形成第一支座(54)的面上。
2.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，相應(yīng)的所述電路載體(20)布置在所 配屬的凹部(58)中，所述凹部(58)具有所述塑料成型體(50)的第二支座(582)，并且由此 相應(yīng)的所述電路載體(20)被所述塑料成型體(50)在側(cè)向上包圍并且朝向所述功率半導(dǎo)體 模塊(1)的內(nèi)部空間的方向得以固定。
3.按照權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，在所述凹部(58)的內(nèi)邊緣(580)與 所述電路載體(32)之間布置有持久有彈性的密封裝置(584)。
4.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，所述負(fù)載連接件(40)的所述第二接觸裝置 (46)分別與所述功率電子電路系統(tǒng)(30)的接觸配對件、導(dǎo)體帶(34)或者功率半導(dǎo)體構(gòu)件 材料配合地連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所述帶狀區(qū)段(44)以自所述第二接 觸裝置(46)起大于80%的延伸被開槽(440)的方式來構(gòu)造。
6.用于制造按照前述權(quán)利要求之一構(gòu)造的功率半導(dǎo)體模塊(1)的方法，其特征在于以 下主要步驟 提供至少一個(gè)電路載體(20)，所述電路載體(20)具有構(gòu)造于所述電路載體(20)上 的功率電子電路系統(tǒng)(30)； 將相應(yīng)的所述電路載體(20)布置在所述塑料成型件(50)的所配屬的凹部(58)中； 將所述連接裝置(60)布置在所述塑料成型體(50)的所述第二凹部(52)中； 將所述至少一個(gè)負(fù)載連接件(40)相對于所述塑料成型體(50)進(jìn)行布置，其中，所述 第一接觸裝置(42)放置在其第一支座(54)上，并且其中，第二接觸裝置(46)放置在第二 接觸裝置(46)的、所述功率電子電路系統(tǒng)(30)的接觸配對件(34)上； 構(gòu)成所述第二接觸裝置(46)與所述功率電子電路系統(tǒng)(30)的所述接觸配對件(34) 適于電路的材料配合的連接； 布置殼體(10)。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中，與所述負(fù)載連接件(40)同時(shí)還布置帶其他接觸 裝置(72、74)的輔助接連件(70)，并且與所述負(fù)載連接件(40)同時(shí)所述輔助連接件(70) 也被適于電路地連接。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述凹部(58)在所述凹部(58)的朝向所述電路 載體(20)的內(nèi)邊緣(580)上具有持久有彈性的密封裝置(584)，并且將所述電路載體(20)壓入所述凹部(58)中，由此，所述持久有彈性的密封裝置(584)緊貼在所述電路載體(20) 的外邊緣(22)上并且向下密封所述功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部空間。
9.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述材料配合的連接是熔焊連接。
全文摘要
本發(fā)明示出了一種帶電路載體和負(fù)載連接件的功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法。為此，需要提供電路載體，電路載體帶有構(gòu)造于電路載體上的功率電子電路系統(tǒng)，電路載體布置在塑料成型件的所配屬的凹部中。至少一個(gè)用于對外電連接的連接裝置布置在塑料成型體的第二凹部中。然后，以如下方式將負(fù)載連接件相對于塑料成型體進(jìn)行布置，即，在此負(fù)載連接件的第一接觸裝置放置在塑料成型體的第一支座上，并且第二接觸裝置放置在其功率電子電路系統(tǒng)接觸配對件上。然后，布置第二接觸裝置與功率電子系統(tǒng)接觸配對件適于電路的材料配合的連接以及布置殼體。所述制造方法通過成本低廉且可自動(dòng)化的流程是行得通的。
文檔編號H01L21/60GK101996968SQ20101025109
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者杰爾·多·納西門托, 英戈·博根, 阿列克謝耶·沃爾特 申請人:賽米控電子股份有限公司