專利名稱：功率半導體模塊及其制造方法
技術領域：
本發明描述一種壓力接觸構造的功率半導體模塊用以設置在一冷構件上以及功率半導體模塊所屬的制造方法。
背景技術：
例如由DE 197 19 703A1已知的功率半導體模塊構成本發明的出發點。
這樣的功率半導體模塊按照現有技術包括一殼體與至少一個在其中設置的電絕緣的基片優選用以直接安裝在一冷構件上。該基片自身包括一絕緣材料體與許多在其上相互相對絕緣的金屬連接線路和多個在其上并與這些連接線路電路合理地(schaltungsgerechte)連接的功率半導體構件。此外已知的功率半導體模塊具有多個連接元件用于外部的負載連接和輔助連接以及多個在內部設置的連接元件。這些用于在功率半導體模塊內部電路合理地連接的連接元件大多構成為金屬線束連接。
同樣已知壓力接觸的功率半導體模塊，如其由DE42 37 632 A1、DE199 03 875 A1或DE101 37 947 C1已知的。在第一所述的公開文件中壓力裝置具有一穩定的優選金屬的壓力元件用以建立壓力、一彈性的軟墊元件用以存儲壓力和一橋接元件用以向基片表面的分開的區域引入壓力。橋接元件優選構成為一塑料成型體包括一面向軟墊元件的表面，從該表面向基片表面伸出許多壓桿。
借助于一這樣的壓力裝置將基片壓向一冷構件并從而持久可靠地建立基片與冷構件之間的熱交換。彈性的軟墊元件在這里有助于在不同的熱負荷時和在功率半導體模塊的整個壽命周期上保持恒定的壓力狀況。
DE 199 03 875 A1進一步構成已知的壓力元件，使其一方面具有一特別有利的包括重量和穩定性的狀況而另一方面具有多個電絕緣的通道。為此壓力元件構成為一具有內部的金屬內芯的塑料成型體。該金屬內芯具有多個孔隙用于在彈簧接觸制造中各連接元件、特別是輔助連接元件的通道。塑料成型體包圍這些孔隙，而使各輔助連接元件借助于塑料成型體與金屬內芯電絕緣。
還已知進一步構成的壓力元件，該壓力元件在其面向基片的表面具有許多壓桿。優選在這里金屬內芯還具有一預調的撓度。在兩措施的組合中一這樣的壓力元件可以提供一上述的壓力裝置的全部的功能度。
由DE 101 57 947 C1已知一種功率半導體模塊，其中負載連接元件構成使它們在緊鄰的部分內具有多個垂直于基片表面延伸的并從那里伸出的接觸底腳，其建立與各印制導線的電接觸和同時向基片施加壓力并從而建立其向一冷構件的熱接觸。在這里利用按現有技術的裝置引入和存儲壓力。
發明內容
本發明的目的在于介紹一種壓力接觸構造的功率半導體模塊，其中改善功率半導體模塊的內部的絕緣并簡化壓力接觸構造的構成。
按照本發明通過權利要求1和8的特征的措施達到該目的。優選的實施形式描述于各從屬權利要求中。
本發明的構想從一壓力接觸構造的用于設置在一冷構件上的功率半導體模塊出發，其包括至少一個基片、至少兩個在其中設置的功率半導體構件，例如二極晶體管、一殼體和多個通向外面的負載連接元件和控制元件連接。基片本身具有一絕緣材料體并且在其面向功率半導體模塊內部的第一主表面上具有各包括負載電位的印制導線。此外基片優選還具有一包括控制電位的印制導線用以控制各功率半導體構件。
功率半導體模塊還具有多個分別構成為金屬成型體的負載連接元件，其包括一接觸裝置、一帶形部分和許多由其伸出的接觸底腳。各相應的帶形部分平行于基片表面并與其間隔開設置。從帶形部分伸出的各接觸底腳延伸至基片并在那里電路合理地構成負載連接的觸點。優選各接觸底腳為此在基片上觸點接通各具有負載電位的印制導線，或也直接觸點接通各單個功率半導體構件。
按照本發明各負載連接元件構成一疊，其中在這里在各鄰接的負載連接元件之間在相應的帶形部分的區域內設置一彈性中間層。這種多個彈性中間層的設置相對于現有技術只具有一個壓力存儲器而言是有利的，即各個負載連接元件不剛性地而且柔性地彼此設置，并由此顯著改善接觸可靠性。并且彼此補償在各個負載連接元件的相應的接觸底腳的長度上的制造公差。通過按照本發明的各負載連接元件的疊的構成全部的接觸底腳以相同的力壓向它們在基片或各功率半導體構件上的相應的接觸點。
用于制造一上述的裝置的所屬的方法具有下列基本的步驟制造由負載連接元件構成的包括中間層的疊；將該疊設置于功率半導體模塊的殼體中；在該疊的上方設置壓力裝置；將壓板暫時固定在殼體上或其中；在殼體的空腔中設置至少一個基片與各個在其上設置的并且電路合理連接的功率半導體構件。
可以特別優選的是，以沖裁彎曲技術由一面狀的金屬體制造各負載連接元件的帶形部分和各接觸底腳，與接觸裝置相結合并接著與彈性的中間層層疊成一疊。
該制造方法的優點是，通過預制的疊，在功率半導體體模塊組裝時只設置少量的彼此單獨的部件。
借助圖1和2的實施例進一步說明本發明的方案。
圖1示出本發明的功率半導體模塊的剖面圖。
圖2示出由本發明的功率半導體模塊的各負載連接元件構成的一疊的三維圖。
具體實施例方式
圖1示出一本發明的功率半導體模塊1的剖面圖。功率半導體模塊1具有一包括一框架形的殼體部分的殼體3，其固定連接于裝置的冷構件2。框架形殼體部分在這里包圍至少一個基片5。該基片又具有一絕緣材料體52，優選一絕緣陶瓷，例如氧化鋁或亞硝酸鋁。
基片5在面向功率半導體模塊1的內部的第一主表面上具有一結構化的金屬蒙皮。優選構成為銅蒙皮的金屬蒙皮的各個部分構成功率半導體模塊1的各印制導線54。基片5的第二主表面按照現有技術具有非結構化的銅蒙皮56。
在基片5的各印制導線54上設置可控的和/或不受控制的功率半導體構件60例如IGBTs(絕緣門二極晶體管)，其包括各反并聯連接的空載二極管；或MOS-FETs。它們電路合理地與其他的印制導線54例如借助于金屬線束連接62相連接。
具有不同的必需的電位的負載連接元件40、42、44用于在功率半導體模塊1內部的功率電子電路的外部的連接。為此負載連接元件40、42、44構成為金屬成型體，它們各具有一平行于基片表面的帶形部分402、422、442。帶形部分402、422、442在這里構成一疊4(參見圖2)，其中各個負載連接元件40、42、44的帶形部分分別借助于彈性中間層46、在這里為一硅軟墊彼此間隔開并且相互相對電絕緣。特別優選的是，這些硅軟墊與各帶形部分粘結，因為因此疊4構成一組裝單元。為清晰起見在該剖面圖中未示出各必需的輔助連接元件。
優選本發明的功率半導體模塊1具有一在負載連接元件40、42、44的帶形部分402、422、442的疊與基片5之間構成為絕緣材料成型體30的中間層。絕緣材料成型體30具有多個孔隙32用以通過疊4(參見圖2)的接觸底腳400、420、440。
用于將功率半導體模塊1與一冷構件2熱連接并同時用于負載連接元件40、42、44與基片5的各印制導線54的電接觸的壓力裝置70通過一在疊4(參見圖2)上建立壓力的壓力元件72構成。為此壓力元件具有按照現有技術的壓桿74。還可以優選的是，在具有面狀的底側的壓力元件72與疊4之間設置另一與中間層46構造相同的彈性層。
壓力元件72按照現有技術還可以構成為塑料成型體，其具有適當的內部的金屬內芯和外面的加固結構76。同樣優選的是，壓力元件同時用作為功率半導體模塊1的蓋。
圖2示出由本發明的功率半導體模塊的負載連接元件40、42、44構成的一疊4。示出負載連接元件40、42、44，它們分別具有許多接觸底腳400、420、440，它們由配屬的帶形部分402、422、442伸出。接觸裝置404、424、444構成功率半導體模塊的外部的連接。
在帶狀部分402、422、442之間分別設置一最小厚度為1mm的硅軟墊作為彈性中間層46。其中相應的彈性中間層46在鄰接的負載連接元件40、42、44形成電絕緣以及同時構成功率半導體模塊的傳遞壓力和存儲壓力的元件。
特別有利的是，負載連接元件40、42、44在帶形部分402、422、442的區域內利用相應的中間層46結合成一組裝單元。這可以通過膠接構成。不過特別優選的是，采用一層壓方法作為連接技術。
疊4還在帶形部分402、422、442和中間層46中具有孔隙406、426、446、466用以通過各個構成為螺旋彈簧的未示出的輔助連接元件。
權利要求
1.壓力接觸構造的功率半導體模塊(1)，用于設置在一冷構件(2)上，所述功率半導體模塊包括至少一個基片(5)；至少兩個在基片上設置的功率半導體構件(60、64)；一殼體(3)；通向外面的多個負載連接元件(40、42、44)和控制連接元件；以及一壓力裝置，其中基片(5)具有一絕緣材料體(52)并且在其面向功率半導體模塊的內部的第一主表面上設置各包括負載電位的印制導線(54)，其中各負載連接元件分別構成為金屬成型體，其包括至少一個接觸元件(404、424、444)、一帶形部分(402、422、442)和許多由帶形部分伸出的接觸底腳(400、420、440)，帶形部分平行于基片表面并與基片表面間隔開設置并且各接觸底腳從帶狀部分延伸至基片(5)并與其電路合理地觸點接通，并且負載連接元件(40、42、44)構成一疊(4)并在這里在各鄰接的負載連接元件之間在相應的帶形部分(402、422、442)的區域內設置一彈性中間層(46)。
2.按照權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其特征在于，彈性中間層(46)構成為最小厚度為1mm的硅軟墊。
3.按照權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其特征在于，彈性中間層(46)同時構成與其鄰接的負載連接元件(40、42、44)的電絕緣。
4.按照權利要求3所述的功率半導體模塊(1)，其特征在于，負載連接元件(40、42、44)在帶形部分(402、422、442)的區域內結合成一單元，其中全部負載連接元件是充分相互相對電絕緣的并且壓力裝置向該疊(4)引入壓力并從而接觸底腳(400、420、440)與基片(5)的各印制導線(54)導電地相連接。
5.按照權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其特征在于，在壓力裝置(70)的一壓力元件(72)與疊(4)之間設置為一彈性層。
6.按照權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其特征在于，通過粘結構成疊(4)。
7.按照上述權利要求之一項所述的功率半導體模塊(1)，其特征在于，壓力裝置(70)、疊(4)具有孔隙(406、426、446、466)，用以通過各個構成為螺旋彈簧的輔助連接元件。
8.制造按照權利要求1所述的用于設置在一冷構件上的功率半導體模塊(1)的方法，其特征在于下列步驟制造由負載連接元件(40、42、44)構成的包括中間層(46)的疊(4)；將該疊(4)設置于功率半導體模塊(1)的殼體(3)中；在該疊(4)的上方設置壓力裝置(70)；將壓板(72)暫時固定在殼體(3)上或其中；在殼體(3)的空腔中設置至少一個基片(5)與各個在基片上設置的并且電路合理連接的功率半導體構件(60)。
9.按照權利要求8所述的方法(1)，其特征在于，以沖裁彎曲技術由一面狀的金屬體制造負載連接元件(40、42、44)的帶形部分(402、422、442)和接觸底腳(400、420、440)、與接觸裝置(404、424、444)連接并接著與彈性中間層(46)層疊成一疊(4)。
全文摘要
本發明描述一種壓力接觸構造的用于設置在一冷構件上的功率半導體模塊及其制造方法。多個負載連接元件在這里分別構成為金屬成型體，其包括至少一個接觸元件、一帶形部分和許多由帶形部分伸出的接觸底腳。相應的帶形部分平行于基片表面并與基片表面間隔開設置。各接觸底腳從帶形部分延伸至基片并電路合理地與其觸點接通。各負載連接元件構成一疊并且在這里在各鄰接的負載連接元件之間，在相應的帶形部分的區域內設置一彈性中間層。
文檔編號H01L21/50GK101026146SQ20071000526
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月12日 優先權日2006年2月13日
發明者R·波普 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司