專利名稱：具有混合蓄壓器的、壓力接觸連通的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述的是一種壓力接觸結(jié)構(gòu)(DruckkontaktausfUhrung)的、用于布置在 冷卻部件上的功率半導(dǎo)體模塊。例如由DE 19719703A1公知的功率半導(dǎo)體模塊形成本發(fā)明 的出發(fā)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
這種功率半導(dǎo)體模塊按照普遍的現(xiàn)有技術(shù)一般由殼體組成，該殼體帶有至少一個(gè) 布置在該殼體內(nèi)的電絕緣的基底，優(yōu)選用于直接安裝在冷卻部件上。基底從它那方面由絕 緣材料體組成，該絕緣材料體帶有多個(gè)處于該該絕緣材料體上面的、彼此絕緣的、金屬的導(dǎo) 電帶(Leiterbahn)并且?guī)в刑幱谠摻^緣材料體上面并與這些導(dǎo)電帶符合線路要求地連接 的功率半導(dǎo)體器件。此外，公知的功率半導(dǎo)體模塊具有用于外部負(fù)載和輔助接頭的接頭元 件以及布置在內(nèi)部的連接元件。用于符合線路要求地內(nèi)部連接功率半導(dǎo)體模塊的這些連接 元件通常構(gòu)成為引線接合部。同樣公知的是壓力接觸連通的功率半導(dǎo)體模塊，如在DE 102006006423A1中所公 開的那樣。依據(jù)該文獻(xiàn)的功率半導(dǎo)體模塊具有壓力接觸結(jié)構(gòu)，用于使功率半導(dǎo)體模塊與冷 卻部件導(dǎo)熱連接。在這種功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)同樣布置有至少一個(gè)帶有功率半導(dǎo)體器件的基 底。此外，功率半導(dǎo)體模塊具有殼體和導(dǎo)向外部的負(fù)載和控制接頭元件?；祝鏒CB(陶 瓷覆銅板)基底，具有絕緣材料體，在該基底面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上布置 有具有負(fù)載電位的導(dǎo)電帶。所公開的負(fù)載接頭元件在這里各自構(gòu)成為具有至少一個(gè)外部的接觸裝置、至少一 個(gè)帶狀區(qū)段和從該帶狀區(qū)段伸出的觸腳的金屬成型體。相應(yīng)的帶狀區(qū)段平行于基底表面并 與該基底表面相距開地布置。觸腳從帶狀區(qū)段延伸至基底并與該基底符合線路要求地接觸 連通。為了在各個(gè)負(fù)載接頭元件之間進(jìn)行電絕緣和傳導(dǎo)壓力，這些負(fù)載接頭元件在各自的 帶狀區(qū)段的區(qū)域內(nèi)分別具有彈性的中間層。最后，DE 102007003587A1公開了一種上述類型的功率半導(dǎo)體模塊，其中，壓力體 布置在壓力裝置與不直接相鄰的另一負(fù)載接頭元件之間。在這種情況下，該壓力體的一部 分穿過與壓力裝置直接相鄰的負(fù)載接頭元件并因此將壓力從壓力裝置直接施加到該另一 負(fù)載接頭元件的壓力接收部位上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種同樣是壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊，其中，以簡 單的方式進(jìn)一步改善將壓力導(dǎo)入到所述至少一個(gè)負(fù)載接頭元件上用于使至少一個(gè)負(fù)載接 頭元件與基底的導(dǎo)電帶接觸連通。該目的依據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1特征的功率半導(dǎo)體模塊得以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的 實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中予以說明。本發(fā)明的思路從一種可以布置在冷卻裝置上的壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊出發(fā)，該功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底、布置在該至少一個(gè)基底上面的功率半導(dǎo)體器 件(例如具有反并聯(lián)二極管的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管))、殼體和導(dǎo)向外部的負(fù)載和控 制接頭元件?；鬃陨頌榇司哂薪^緣材料體并且在該基底的面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第 一主面上具有帶負(fù)載電位的導(dǎo)電帶。此外，基底優(yōu)選還具有至少一個(gè)如下的導(dǎo)電帶，該至少 一個(gè)導(dǎo)電帶具有用于控制功率半導(dǎo)體器件的控制電位。功率半導(dǎo)體模塊的第一負(fù)載接頭元件和至少一個(gè)另外的負(fù)載接頭元件各自構(gòu)成 為具有用于外部連接的接觸裝置、傳遞壓力區(qū)段和至少一個(gè)從該傳遞壓力區(qū)段伸出的觸腳 的金屬成型體。相應(yīng)的傳遞壓力區(qū)段在這種情況下平行于基底表面并與該基底表面相距開 地布置。從相應(yīng)的傳遞壓力區(qū)段伸出的至少一個(gè)觸腳延伸至基底并在那里符合線路要求地 構(gòu)成負(fù)載接頭元件的觸點(diǎn)。優(yōu)選地，觸腳為此在基底上與所配屬的、具有負(fù)載電位的導(dǎo)電帶 接觸連通，可供選擇地也直接與功率半導(dǎo)體器件接觸連通。壓力裝置為了在基底的方向上導(dǎo)入壓力而具有壓力元件，該壓力元件優(yōu)選構(gòu)成為 功率半導(dǎo)體模塊的殼體部分。該壓力元件將所產(chǎn)生的壓力導(dǎo)入到負(fù)載接頭元件面向該壓力 元件的傳遞壓力區(qū)段上并且在這里導(dǎo)入到至少一個(gè)另外的負(fù)載接頭元件的傳遞壓力區(qū)段 上。依據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)混合的(hybrid)、彈性的塑料成型體布置在該壓力裝置的內(nèi)部。 該塑料成型體優(yōu)選平面地構(gòu)成并且具有兩個(gè)垂直于壓力裝置布置的主面。塑料成型體的優(yōu) 選的位置在這種情況下處于壓力元件與負(fù)載接頭元件的跟該壓力元件相鄰的傳遞壓力區(qū) 段之間。塑料成型體的另一優(yōu)選的位置在這種情況下處于兩個(gè)相鄰的負(fù)載接頭元件的傳遞 壓力區(qū)段之間?？赡芴貏e具有優(yōu)點(diǎn)的是，同時(shí)選擇兩種構(gòu)造形式。依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的、混合的塑料成型體在這種情況下是有彈性的，也就是說彈性 地構(gòu)成，其中，該塑料成型體具有不同彈性常數(shù)的至少兩個(gè)分區(qū)，由此，彈力因此在沿塑料 成型體主面的側(cè)向伸展部的不同位置上是不同的。為此，具有優(yōu)點(diǎn)的是，塑料成型體具有多 個(gè)從第一主面向第二主面延伸的并且平行于其主面伸展的第二分區(qū)，與布置在這些第二分 區(qū)之間的第一分區(qū)相比，這些第二分區(qū)具有更大的彈性常數(shù)。特別優(yōu)選的是，所有第二分區(qū) 在主面的俯視圖中看都由相關(guān)的第一分區(qū)包圍。這種構(gòu)造形式具有如下優(yōu)點(diǎn)壓力裝置的力有針對性地在為此需要的部位上以增 強(qiáng)的方式導(dǎo)入，在這些部位上需要這種壓力導(dǎo)入，由此，負(fù)載接頭元件(即該負(fù)載接頭元件 的至少一個(gè)觸腳)，與基底(即導(dǎo)電帶或者功率半導(dǎo)體器件)之間的各個(gè)導(dǎo)電連接的接觸可 靠性得以改善。為此，具有優(yōu)點(diǎn)的當(dāng)然是，使該第二分區(qū)基本上在壓力方向上與相應(yīng)的至少 一個(gè)觸腳對齊地布置。


借助圖1至3的實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明的解決方案。其中圖1示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的剖面圖。圖2示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的三維視圖。圖3示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的混合的、彈性的塑料成型體的兩種類似 構(gòu)造形式。
具體實(shí)施例方式圖1示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的剖面。該功率半導(dǎo)體模塊具有殼體3， 該殼體帶有可以與冷卻部件2連接的框架式殼體部分30?？蚣苁綒んw部分30在這種情況 下包圍至少一個(gè)基底5。該基底又具有絕緣材料體52，優(yōu)選是絕緣陶瓷，如氧化鋁或者亞硝 酸鋁。在面向功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的第一主面上，基底5具有自身結(jié)構(gòu)化的金屬涂層。 該優(yōu)選構(gòu)造為銅涂層的金屬涂層的各個(gè)區(qū)段在這種情況下構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊1的導(dǎo)電 帶54。基底5的第二主面依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有非結(jié)構(gòu)化的銅涂層50。在基底5的導(dǎo)電帶54上布置有可控的和/或者不受控制的功率半導(dǎo)體器件60， 例如像具有各自反并聯(lián)的續(xù)流二極管的IGBT(insulatedgate bipolar transistor)，或者 MOS-FET (功率場效應(yīng)晶體管)。這些功率半導(dǎo)體器件符合線路要求地例如借助于引線接合 部62與其他導(dǎo)電帶54連接。所需的不同電位的負(fù)載接頭元件40、42、44用于在功率半導(dǎo)體模塊1的基底5上 外部連接電力電子電路。為此，負(fù)載接頭元件40、42、44構(gòu)成為金屬成型體，這些金屬成型 體具有各一個(gè)平行于基底表面的、傳遞壓力的區(qū)段402、422、442。傳遞壓力的區(qū)段402、 422、442在這種情況下形成堆疊(Stapel)，其中，各個(gè)負(fù)載接頭元件40、42、44的這些區(qū)段 各自相對于彼此電絕緣。每個(gè)負(fù)載接頭元件40、42、44都從相應(yīng)的傳遞壓力的區(qū)段402、422、442伸出一個(gè) 觸腳400、420、440，但優(yōu)選的是，伸出多個(gè)觸腳至基底5的符合線路要求地配屬的導(dǎo)電帶 54。用于使功率半導(dǎo)體模塊1與冷卻部件2熱連接并且同時(shí)用于使負(fù)載接頭元件40、 42,44的觸腳400、420、440與基底5的導(dǎo)電帶54電接觸連通的示意性示出的壓力裝置70 除了負(fù)載接頭元件的所介紹的傳遞壓力的區(qū)段402、422、442之外，還具有用于形成壓力的 壓力元件72。該壓力元件72依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以實(shí)施為具有適當(dāng)內(nèi)置的金屬芯和/或者其他加 固結(jié)構(gòu)的塑料成型體。同樣優(yōu)選的是，壓力元件72同時(shí)充當(dāng)功率半導(dǎo)體模塊1的蓋并因此 充當(dāng)殼體3的部分。作為依據(jù)本發(fā)明的第一選擇方案，在這里示出的是，在該壓力元件72與該堆疊中 第一負(fù)載接頭元件40的傳遞壓力區(qū)段402之間布置有塑料成型體80a，用于蓄壓并且用于 有針對性地將壓力導(dǎo)入到傳遞壓力區(qū)段402的分區(qū)上。該塑料成型體80a具有混合的結(jié)構(gòu)， 其中，有針對性的壓力導(dǎo)入通過塑料成型體80a不同分區(qū)800a、802a的不同彈性常數(shù)構(gòu)成。作為依據(jù)本發(fā)明的第二選擇方案，在這里示出的是，在第二負(fù)載接頭元件42、44 的兩個(gè)相鄰的、傳遞壓力的區(qū)段422、442之間布置有這種塑料成型體80b。當(dāng)然，同時(shí)在功 率半導(dǎo)體模塊1中使用兩種選擇方案同樣符合本發(fā)明的思路。在上述兩種選擇方案中，各自的塑料成型體80a/b具有多個(gè)從第一主面804a/b向 第二主面806a/b延伸的并且平行于這些主面伸展的第二分區(qū)802a/b，與布置在這些第二 分區(qū)之間的第一分區(qū)800a/b相比，這些第二分區(qū)具有更大的彈性常數(shù)。因此，在平行于基 底5的面內(nèi)形成壓力的可變構(gòu)造形式。特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，在第二分區(qū)800、802基本上在 壓力方向上與單個(gè)或者各個(gè)處于其下面的傳遞壓力區(qū)段402、422、442的觸腳400、420、440對齊地布置的時(shí)候，導(dǎo)入壓力。圖2示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的三維視圖。在這里示出框架式殼體部 分30，該框架式殼體部分帶有用于固定在冷卻裝置上的凹隙300并且?guī)в胁煌瑯O性的負(fù)載 接頭元件40、42、44，其中，在這里可以看到外部連接元件404、424、444。負(fù)載接頭元件40、 42,44的其他構(gòu)成形式遵循對圖1的說明。為交流電壓接頭的負(fù)載接頭元件44在空間上和 功能上還配有電流傳感器32。此外示出功率半導(dǎo)體模塊1的構(gòu)成為螺旋彈簧的輔助接頭元 件48?？床坏降幕?在框架式殼體部分30內(nèi)布置在其底側(cè)上并且在這種情況下未借 助于框架式殼體部分30的所示凹隙300內(nèi)的固定元件壓到冷卻裝置上。針對用于將基底 與冷卻裝置導(dǎo)熱地連接和用于導(dǎo)電地連接負(fù)載接頭元件40、42、44觸腳400、420、440的壓 力接觸連通設(shè)置有未示出的壓力元件72，該壓力元件將壓力傳遞到負(fù)載接頭元件40、42、 44的傳遞壓力區(qū)段402、422、442上(參見圖1)。該壓力元件作為殼體的部分并且在這種 情況下布置在框架式殼體部分30的凹隙內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明，在壓力元件與負(fù)載接頭元件40、42、44的傳遞壓力區(qū)段402、422、442 之間設(shè)置有混合的、彈性的塑料成型體80，用于(在平行于基底的面上觀察)可變地傳遞壓 力。塑料成型體的其他細(xì)節(jié)在圖3中予以說明。圖3示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的混合的、彈性的塑料成型體80的兩 種構(gòu)造形式。依據(jù)圖3a的塑料成型體方形地構(gòu)成并且具有帶有第一彈性常數(shù)的第一分區(qū) 800。分別從兩個(gè)主面804、806之一的角度觀察，由該第一分區(qū)800包圍的是更大第二彈性 常數(shù)的第二分區(qū)802。塑料成型體的兩個(gè)主面在未壓縮的狀態(tài)下平坦地構(gòu)成，由此形成塑料成型體的恒 定厚度。然而同樣具有優(yōu)點(diǎn)的是，在未壓縮的狀態(tài)下，不同分區(qū)具有不同的厚度，由此，主面 不完全平坦地構(gòu)成。然而優(yōu)選的是，塑料成型體在相應(yīng)分區(qū)內(nèi)的厚度在未壓縮狀態(tài)下的波 動(dòng)不超過平均厚度士 10%的最大值。圖3b示出混合的、彈性的塑料成型體80的另一種構(gòu)造形式，該塑料成型體具有不 同彈性常數(shù)的兩個(gè)分區(qū)。塑料成型體80自身基本上也方形地構(gòu)成并且在如下那些部位上 (參見圖2)具有凹隙，即，功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)在這些部位上設(shè)置有輔助接頭元件48。所示的塑料成型體80在一定程度上具有帶有第一彈性常數(shù)的基體，該基體構(gòu)成 第一分區(qū)800。該第一分區(qū)在這里的俯視圖中僅完全包圍一個(gè)一定程度上構(gòu)成指狀物的第 二分區(qū)802，該第二分區(qū)具有更大的彈性常數(shù)。這種構(gòu)造形式相對于多個(gè)局部較狹窄地界定 的第二分區(qū)(依據(jù)圖3a)具有能更加簡單地制造的優(yōu)點(diǎn)。相應(yīng)的分區(qū)在這種情況下通過塑 料成型體的體積從第一主面804向第二主面806延伸(亦參見圖1)。相應(yīng)的塑料成型體80自身具有優(yōu)點(diǎn)地由閉孔的泡沫塑料或者整體泡沫組成，該 閉孔的泡沫塑料或者整體泡沫可以借助公知的方法以如下方式制造，即，使其彈性地構(gòu)成 并因此具有限定的彈性常數(shù)。為了構(gòu)成不同的分區(qū)，可能具有優(yōu)點(diǎn)的是構(gòu)成具有不同密度 和/或者不同孔大小的泡沫塑料或整體泡沫。由此，不同分區(qū)800、802獲得其不同的彈性 常數(shù)。
權(quán)利要求
1.壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊(1)，所述功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底(5)、 布置在所述至少一個(gè)基底上面的功率半導(dǎo)體器件(60)、殼體C3)和導(dǎo)向外部的負(fù)載接頭元 件00、42、44)并且具有壓力裝置(70)，所述壓力裝置具有壓力元件(72)，其中，所述基底 (5)在其面向所述功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上具有帶負(fù)載電位的導(dǎo)電帶(54)，其中，第一負(fù)載接頭元件GO)和至少一個(gè)另外的負(fù)載接頭元件(42、44)各自構(gòu)成為 具有傳遞壓力區(qū)段(402、422、4似)和各自至少一個(gè)從所述傳遞壓力區(qū)段伸出的觸腳(400、 420,440)的金屬成型體，相應(yīng)的所述傳遞壓力區(qū)段(402、422、44幻近似平行于基底表面并 與所述基底表面相距開地布置，并且所述觸腳(400、420、440)從所述傳遞壓力區(qū)段(402、 422,442)延伸至所述基底(5)并與所述基底符合線路要求地接觸連通，以及其中，從所述壓力元件向第一所述傳遞壓力區(qū)段(40 和/或者在至少一個(gè)傳 遞壓力區(qū)段(42 之間向另一個(gè)相鄰的傳遞壓力區(qū)段042)的壓力傳遞借助混合的、彈性 的塑料成型體(80)構(gòu)成，所述塑料成型體具有至少兩個(gè)帶有不同彈性常數(shù)的分區(qū)(800、 802)。
2.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述塑料成型體(80)在未壓縮的狀態(tài)下在所有分區(qū)(800、802)內(nèi)都具有恒定的厚度 并因此具有兩個(gè)平行的主面(804、806)。
3.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述塑料成型體(80)在所述未壓縮的狀態(tài)下在相應(yīng)所述分區(qū)(800、802)內(nèi)具有不同 厚度并因此具有基本上平行的主面，所述不同厚度具有最大為平均厚度的士 10%的波動(dòng)。
4.按權(quán)利要求2或3所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述塑料成型體(80)具有多個(gè)從所述第一主面向第二主面(804、806)延伸的并且平 行于所述主面伸展的第二分區(qū)(802)，與布置在所述第二分區(qū)之間的第一分區(qū)(800)相比， 所述第二分區(qū)具有更大的彈性常數(shù)。
5.按權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，與所述第二分區(qū)(80 相比，所述第一分區(qū)(800)具有更小的彈性常數(shù)。
6.按權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所有第二分區(qū)(80 在主面(804、806)的俯視圖中看都由第一分區(qū)(800)包圍。
7.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，第二分區(qū)(80 基本上在壓力方向上與觸腳(400、420、440)對齊地布置。
8.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述塑料成型體(80)由閉孔的泡沫塑料或者整體泡沫組成。
9.按權(quán)利要求8所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，不同的所述彈性常數(shù)通過相應(yīng)的所述分區(qū)(800、802)的所述泡沫塑料的不同密度構(gòu)成。
10.按權(quán)利要求8所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，不同的所述彈性常數(shù)通過所述相應(yīng)分區(qū)(800、802)的所述泡沫塑料的不同孔大小構(gòu)
全文摘要
一種具有混合蓄壓器的、壓力接觸連通的功率半導(dǎo)體模塊，具有至少一個(gè)基底、功率半導(dǎo)體器件、殼體和負(fù)載接頭元件及具有壓力元件的壓力裝置，基底在其面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上具有帶負(fù)載電位的導(dǎo)電帶。第一負(fù)載接頭元件和至少一個(gè)另外的負(fù)載接頭元件各自構(gòu)成為具有傳遞壓力區(qū)段和各自至少一個(gè)從該區(qū)段伸出的觸腳的金屬成型體，相應(yīng)的傳遞壓力區(qū)段近似平行于基底表面并與其相距開地布置，觸腳從傳遞壓力區(qū)段延伸至基底并與基底符合線路要求地接觸連通。從壓力元件向第一傳遞壓力區(qū)段和/或在至少一個(gè)傳遞壓力區(qū)段之間向另一個(gè)相鄰傳遞壓力區(qū)段的壓力傳遞借助混合的彈性的塑料成型體構(gòu)成，塑料成型體具有至少兩個(gè)帶有不同彈性常數(shù)的分區(qū)。
文檔編號(hào)H01L23/32GK102142406SQ201010579170
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月5日
發(fā)明者雷納爾·波浦, 馬可·萊德雷爾 申請人:賽米控電子股份有限公司