本發(fā)明描述封裝的功率半導體裝置，其被構建為例如作為整流器電路或逆變器電路。

背景技術：

現(xiàn)有技術中已知，封裝的功率半導體裝置具有金屬本體和兩個功率半導體元件，例如在ep2881985a1中公開的，其中功率半導體元件在金屬模鑄體上以堆疊方式設置。由絕緣材料封裝功率半導體元件，其中絕緣材料還圍繞功率半導體元件的連接線。

利用上述這些因素的知識，本發(fā)明是基于提供封裝的功率半導體裝置的目的，其特別是在支持有效冷卻和均勻排布方面改進現(xiàn)有技術。

根據(jù)本發(fā)明，利用金屬模鑄體構造封裝的功率半導體裝置，金屬模鑄體形成第一連接導體。從金屬模鑄體的第一主表面開始，形成具有第一基底的第一凹陷，第一功率半導體元件設置在第一凹陷中，其中第一功率半導體元件面向第一基底的第一接觸表面以導電方式連接到該基底。從金屬模鑄體的第二主表面開始，形成具有第二基底的第二凹陷，第二功率半導體元件設置在第二凹陷中，其中第二功率半導體元件的與第二基底相關的第一接觸表面以導電方式連接到該基底。在兩個主表面上設置各自的絕緣材料層，填充并完全覆蓋至少各自的凹陷，其中第一絕緣層具有導電的第一通路，其以導電方式將第一功率半導體元件的第二接觸表面連接到設置在第一絕緣層上的第一導電表面，且其中第二絕緣層具有導電的第二通路，其以導電方式將第二功率半導體元件的第二接觸表面連接到設置在第二絕緣層上的第二導電表面。

第一連接導體優(yōu)選形成ac電壓連接，同時第一和第二導電表面形成補充(further)連接導體，補充連接導體形成dc電壓連接。

優(yōu)選地，如果功率半導體元件的至少一個是與相關聯(lián)的冷卻裝置熱接觸，冷卻裝置設置在遠離金屬模鑄體的該導電表面的一側上，并且優(yōu)選通過電絕緣夾層與冷卻裝置絕緣。特別地，這里各自的絕緣層和關聯(lián)的絕緣夾層能簡化為共同的絕緣層。

這樣是有利的，如果第一功率半導體元件具有朝向第一凹陷的基底且優(yōu)選被構造為控制接觸表面的第一補充接觸表面，并且其中與金屬模鑄體電絕緣的第一補充通路與該第一補充接觸表面相關聯(lián)，第一補充通路以導電方式將該第一補充接觸表面連接到設置在第二絕緣層上的第一補充導電表面。

這樣也是有利的，如果第二功率半導體元件具有遠離第二凹陷的第二基底且優(yōu)選被構造為控制接觸表面的第二補充接觸表面，并且其中第二補充通路與該第二補充接觸表面相關聯(lián)，第二補充通路以導電方式將該第二補充接觸表面連接到設置在第二絕緣層上的第二補充導電表面。

如果第二導電表面、第一補充導電表面和第二補充導電表面由金屬箔構成，金屬箔被排列在內部且因此形成相互電絕緣的導電跡線，將實現(xiàn)優(yōu)選實施例。這里，可由絕緣材料箔在遠離金屬模鑄體的一側覆蓋金屬箔的導電跡線。此外，兩種箔可彼此粘附性地連接。

這樣是特別優(yōu)選的，如果第一和第二補充導電表面連接到用于控制功率半導體元件的控制裝置。

這樣是有利的，如果金屬模鑄體具有用于冷卻功率半導體元件的空腔。這里，空腔可形成熱管的一部分?？商鎿Q的，空腔可被設計用于液體或氣體冷卻劑流過其中。

沒有聲明時，只要其本身沒有排除，根據(jù)本發(fā)明，單獨提及的特征可在一個功率半導體裝置中多次出現(xiàn)。以示例非方式，所述第一和第二功率半導體元件涉及在每種情況下的至少一個功率半導體元件。因此，相似的功率半導體元件可出現(xiàn)多次；特別地，功率半導體元件還可被構造為兩個不同功率半導體元件的并聯(lián)電路，特別地，如續(xù)流二極管與功率晶體管的并聯(lián)電路。類似地，各自的通路優(yōu)選出現(xiàn)多次。

沒有聲明時，為了獲得改善，本發(fā)明的不同實施例可單獨地實現(xiàn)或只要其本身沒有排除可任意組合。特別地，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，上下文提及和解釋的特征不僅可用于指明的組合，還可用于其他組合或獨立使用。

在下文對本發(fā)明的典型實施例的詳細描述中揭示本發(fā)明的進一步解釋、有益的細節(jié)和特征，本發(fā)明的典型實施例在圖1-6或其各自部分中示意性舉例說明。

附圖說明

圖1-4示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置的不同實施例的截面圖。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置的平面圖。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置的改進的第一實施例的截面圖。

具體實施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置1的第一實施例，功率半導體裝置1是單相整流器電路形式。示出了具有低電阻系數(shù)的銅或其他材料的金屬模鑄體2，其形成第一連接導體——這里是ac電壓連接的連接導體。這里外部連接被描述為貫穿相應的接收裝置280的螺釘連接28，但外部連接不限于此。在金屬模鑄體2的這個實施例中，其具有第一主表面20和平行于第一主表面的第二主表面24，其中金屬模鑄體2具有1.2mm的厚度，即主表面20和24彼此的間隔。優(yōu)選金屬模鑄體2的厚度在0.8mm到2mm之間，取決于另外的參數(shù)，在0.5mm到0.8mm中間或甚至大于2mm的厚度也是可行的。

從第一主表面20開始——在這個以及另外的說明中是較低的主表面——第一凹陷22設置在這里。第一凹陷22用作容納第一功率半導體元件30，這里為二極管，且更精確的為功率二極管。優(yōu)選凹陷22具有與二極管30的厚度相應的深度，通常在60μm到200μm之間，至少達到幾十個百分點。因此二極管30與相關的第一主表面22理想地齊平、稍微超過第一主表面或稍微后縮。二極管30，更精確的說是其第一接觸表面300，以導電方式連接到第一凹陷22的第一基底220，特別地通過燒結、焊接或鍵合連接的方式。

從第二主表面24開始——在這里以及另外的說明中是較高的主表面——從第一凹陷22側向偏移地設置有第二凹陷26。第二功率半導體元件32，這里為第二功率二極管，設置在該第二凹陷26中，類似于第一凹陷22。

如所示出的，薄絕緣層40、42設置在除用于外部連接的區(qū)域外的整個第一和第二主表面20、24上。該絕緣層40、42的材料優(yōu)選為根據(jù)現(xiàn)有技術的通常的印刷電路板基底材料，例如環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，且此外其填充各自的凹陷22、26的自由體積區(qū)域并還完全覆蓋分別設置在該凹陷22、26內的功率半導體元件30、32。絕緣層40、42的材料還可全部或部分地覆蓋金屬模鑄體2的至少一個側表面，如這里所示。

第一導電表面60，其在這種情況下形成連接導體，更精確地是在負電位處的dc電壓連接，設置在第一絕緣層40的一部分上，因此與金屬模鑄體2電絕緣。由于該第一導電表面60電連接到第一功率半導體元件30的第二接觸表面302，第一通路50被設置在第一絕緣層40中間。以示例的方式，這些通路采用激光鉆孔通過第一導電表面和第一絕緣層并隨后在產生的孔中鍍鋅(galvanising)的方式加以制造。

為了第一導電表面60的外部電絕緣，進一步設置第一絕緣夾層70，使得其在此覆蓋第一導電表面60和第一絕緣層40以及用于外部連接的部分區(qū)域。

第二導電表面62，其在這里形成連接導體，更精確地是在正電位處的dc電壓連接，設置在第二絕緣層42的一部分上，因此與金屬模鑄體2電絕緣。由于該第二導電表面62電連接到第二功率半導體元件32的第二接觸表面322，第二通路52設置在第二絕緣層42中間。這些通路和上面所描述一樣地加以制造。

為了第二導電表面62的外部電絕緣，進一步設置第二絕緣夾層72，使得其在此覆蓋第二導電表面62和第二絕緣層42以及用于外部連接的部分區(qū)域。

為了消散功率半導體元件30、32中的線路和開關損耗產生的熱，在此在第一和第二絕緣層70、72上設置各自的冷卻裝置80、82，在每個情況下，冷卻裝置被構建為空氣冷卻裝置，并且在每個情況下，冷卻裝置與相關的功率半導體元件30、32對準以及在所有的側上超過功率半導體元件30、32。

這樣是有利的，如果功率半導體裝置1僅有一個，優(yōu)選第二冷卻裝置82，那么特別地在功率半導體裝置1的應用的上下文中，可選擇參考圖3的第一冷卻裝置80。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置1的第二實施例，功率半導體裝置1是半橋逆變器電路形式，其中功率半導體元件30、32被設計作為場效應晶體管且每個具有補充接觸表面310、330、控制接觸表面。

采用實質上與圖1中的相似的方式構建具有其凹陷22、26的金屬模鑄體2。然而，這里的金屬模鑄體2另外具有補充凹陷210，其從第一凹陷22的第一基底220到達第二主表面24且用絕緣層40、42的材料填充，并且其中構建有第一補充通路510，第一補充通路與金屬模鑄體2電絕緣。

該第一補充通路510將設置在朝向第一凹陷22的第一基底220一側上的控制連接，并且因此第一功率半導體元件30的第一補充接觸表面310連接到設置在第二主表面24上且借助于第二絕緣材料42與補充導電表面610電絕緣的第一補充導電表面610。

第二補充導電表面630以相同的方式設置在第二主表面24上且與第二主表面24電絕緣。借助于貫穿第二絕緣層42的第二補充通路530，該第二補充導電表面以導電方式連接到設置在功率半導體元件32遠離第二凹陷26的第二基底260的一側的控制連接，且由此形成第二功率半導體元件32的第二補充接觸表面330。因此，該第一和第二補充導電表面610、630用來控制功率半導體裝置的各自的功率半導體元件30、32。

在該實施例中，第一和第二絕緣層40、42簡化為單一絕緣層，其此外還形成和所有通路的其他電位的電絕緣。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的半橋逆變器電路形式的功率半導體裝置1的第三實施例，其中，功率半導體元件30、32被構造為具有反并聯(lián)功率二極管的功率晶體管，其中每個功率晶體管具有各自的補充接觸表面310、330、控制接觸表面，類似于根據(jù)圖2的場效應晶體管。兩個相互關聯(lián)的功率半導體元件，即功率晶體管和反并聯(lián)功率二極管，每個被設置在一個共同的凹陷中。

所有通路實質上采用與圖1和圖2下已經描述的方式相同的方式構建。

然而，與圖1和2相對照，第一和第二絕緣層40、42以及絕緣夾層70、72實質上簡化為由絕緣層材料組成的單個絕緣層。然而，優(yōu)選地，該絕緣層不是用一個操作步驟形成而是由多個操作步驟順序形成。以示例的方式，這里有用于形成通路和設置導電表面的各自的中間步驟。特別地，這里絕緣層還形成和所有通路的其他電位的電絕緣。優(yōu)選地，絕緣層和通路或到導電表面的連接借助于用于印刷電路板制造中的當前技術形成，這些技術根據(jù)現(xiàn)有技術是常規(guī)的。

此外，出于清楚起見，以一定間隔示出第一和第二冷卻裝置80、82。這里，第二冷卻裝置82還是構建為空氣冷卻裝置，其中其被設置為與功率半導體裝置的所有電位電絕緣且基本上覆蓋第二主表面24的區(qū)域。第一冷卻裝置80，其優(yōu)選僅基于用途加以設置，被構建為液體冷卻裝置且相對于第一主表面20加以設置，并且與第一主表面20電絕緣。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的單相整流器電路形式的功率半導體裝置1的第四實施例，其中，第一和第二功率半導體元件30、32被設計為兩個并聯(lián)的功率二極管。這兩個各自的功率二極管每個設置在共同的凹陷22、26中。這里，第一主表面20的第一凹陷22并非完全偏離第二主表面24的第二凹陷26。另外，金屬模鑄體2的實施例對應于根據(jù)圖1的實施例。

第一和第二導電表面60、62的實施例，和具有第一和第二通路50、52的絕緣層一樣，對應于根據(jù)圖3的實施例。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置在第二主表面22方向上的平面圖。也就是說，從下往上看，示出了第一導電表面60、第一功率半導體元件30、金屬模鑄體2、設置在第二凹陷220中的第二功率半導體元件32、第二導電表面62和第一和第二補充導電表面610、630。

因為清楚的原因，沒有示出圖3和4的意義上的第一凹陷和絕緣層，以及第一和第二冷卻裝置。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導體裝置1的第一實施例的改進的截面圖。這里，金屬模鑄體2以這樣的方式改進，使得其在內部具有用于冷卻功率半導體元件30、32的空腔90?？商娲兀涨?0也可部分是空氣或液體冷卻系統(tǒng)，且可具有用于該目的的冷卻翼片或冷卻棘爪(未示出)。由此獲得的金屬模鑄體2的冷卻的基本優(yōu)點為，例如焊料的金屬材料會影響到功率半導體元件30、32的熱傳輸，且該傳輸期間的熱阻比針對絕緣材料的低。

此外，針對第一或第二或兩個冷卻裝置該空腔可與關聯(lián)的補充冷卻裝置一起存在。由此，有效的冷卻尤其歸因于這樣的事實，絕緣材料層的厚度和熱阻被設計為在不忽略電可靠性的情況下盡可能地小。