專利名稱：具有控制功能和集成的變換器的功率半導體模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有控制功能的功率半導體模塊，其中，不僅功率半導體元件是
功率半導體模塊的組成部分，而且配屬的驅動器電路的一部分也是功率半導體模塊的組成
部分。功率半導體模塊的整個驅動器電路(至少用于超過ioov的較高電壓)大多具有兩
個電勢分開的電路部分(即初級側和次級側)。為了在這些電路部分之間的信號傳遞還有 電壓供應，通常使用變換器。典型的是，這種變換器與變壓器類似，構造帶有兩個線圈和連 接這兩個線圈的芯線。
背景技術：
而同樣地，由DE 101 00 282 Al也公知如下的變壓器，用來設置在半導體上，且不 具連接兩個線圈的芯線。而因此，這種變壓器的效率也更低。 此外，例如由DE 103 55 925 Al公知如下的連接裝置，此連接裝置由導電層和絕 緣層的交替的序列構成，用來適于電路地連接功率半導體模塊的電路布置。在這里，對導電 層進行結構化，并因此構成彼此電絕緣的連接線路。這種連接裝置對于功率半導體模塊的 緊湊結構尤為優選。同樣公知的是，在這種連接裝置上設置控制組件(Steuerbaustein)，并 將對于控制組件的功能必要的電阻和電容器設置在導電層上。 例如由DE 10 2006 021 412 Al同樣公知，控制功能集成在功率半導體模塊中。在 這里，在通常設置用于功率半導體元件布置的、帶有處于那里的導體線路的襯底上，設置有 控制組件和如必要時設置有其它元件，諸如電阻和電容器，并借助導體線路適于電路地連 接。而其它元件通常設置在功率半導體模塊的外部，所述其它元件首先是指那些尺寸大于 功率半導體元件的元件。
發明內容
本發明的任務是，說明一種功率半導體模塊，其它的控制功能集成在此功率半導 體模塊上。 按本發明，此任務通過具有權利要求1特征的功率半導體模塊得以實現。在從屬 的權利要求中描述了優選的實施例。 本發明的出發點是功率半導體模塊，該功率半導體模塊具有襯底，還具有多個設 置在襯底上的相互電絕緣的導體線路，以及具有設置在襯底上的功率半導體元件。這些功 率半導體元件與襯底的各配屬的導體線路導電地相連。 為了進一步適于電路地連接功率半導體元件、導體線路和/或外部接觸裝置，功 率半導體模塊具有連接裝置。在此，至少兩個導電層和至少一個設置在所述導電層之間的 電絕緣層的交替的層序列起到連接裝置的作用。為此，導電層自身進行結構化并構成彼此 電絕緣的連接線路。 功率半導體模塊還具有控制功能，借助其通過位于外部的信號來控制功率半導體 模塊的功率半導體元件。為此，在連接裝置的至少一個導電層上設置有控制組件并優選同樣設置有其它元件，諸如電阻和電容器。所述至少一個的控制組件和其它元件借助連接線 路進行電觸點接通。 按本發明，功率半導體模塊具有至少一個集成地由連接裝置構成的變換器，此變
換器借助連接線路與控制組件導電地連接。所述至少一個變換器集成地由連接裝置的組 成部分構成。變換器的繞組特別地由連接裝置的連接線路構成。優選的是，變換器由至少 一個發送器線圈和至少一個接收器線圈構成，它們分別呈螺旋狀地構成并且彼此同軸地布 置。原則上，多于一個的繞組可由連接裝置的導電層的連接線路構成。而變換器的繞組優 選位于連接裝置的不同導電層上。
在對實施例的相應描述中提及功率半導體模塊的特別優選的改進方案。此外，借
助圖1至4的實施例來進一步闡述本發明的解決方案。 圖1示出了按本發明的功率半導體模塊的高度示意化的剖面圖； 圖2在俯視圖以及剖面圖中示出了功率半導體模塊的按本發明的第一構造方案
的概要圖； 圖3示意性地在剖面圖中示出了功率半導體模塊的按本發明的第二構造方案的 概要圖； 圖4示意性地在俯視圖以及剖面圖中示出了功率半導體模塊的按本發明的第三 構造方案的概要圖。
具體實施例方式
圖1示出了按本發明的功率半導體模塊的高度示意化的剖面圖，此功率半導體模 塊具有連接裝置6。在此示出了襯底2，此襯底2作為所謂的直接敷銅(DCB) (direct co卯er bonding)襯底或集成金屬襯底IMS (integrated metal substrate)的襯底而被公知并經常 被使用，但不應該意味著局限于這種襯底。這個襯底2具有絕緣的片層，該絕緣的片層帶有 布置于其上的導體線路。在此，這些導體線路之一承載著未被封裝(皿gehaust)的半導體 元件4，例如功率晶體管，如同其經常用于控制三相交流電動機的那樣。
為了在承載著半導體元件4的導體線路與半導體元件4的第一主平面上的接觸面 之間建立導電的連接，優選設置有燒結金屬層。此燒結金屬層在制造的燒結過程期間，由溶 劑和貴金屬絮狀物(Edelmetallflocke)組成的懸浮物生成，緊接著表現出可靠性高的導 電連接。 半導體元件4(此處為功率晶體管)的第二主平面具有兩個接觸面，這兩個接觸面 與連接裝置6用于導電的連接，其中此連接也優選構成為燒結連接。連接裝置6也同樣具 有接觸面20，此接觸面20帶有襯底2的導體線路。 在此，連接裝置6自身具有交替設置的、由三層組成的結構(參見圖2)，其中，層序 列自襯底起來看，以第一導電層開始，在第一導電層上是第一絕緣層，然后又跟隨有第二導 電層。第一導電層主要用來實現功率半導體元件4的負載連接，而在這里更薄地構造的第 二導電層用來傳導控制信號。 控制信號，亦即負載電流借助外部的接觸裝置IO(在此處示意性地構成為螺釘連
4接)饋入連接裝置6中。在此，不是將準備好的控制信號全部饋入，而只是將基本的控制指 令饋入，此控制指令借助控制功能轉換成相應的控制信號，此控制功能按發明是功率半導 體模塊集成的組成部分。為此，控制組件8以及其它未示出的元件(如電阻和電容器)設 置在第二導電層上。此外，為了實現電勢分離的電平轉化，變換器70集成在連接裝置6自 身上。 圖2在俯視圖和剖面圖中示出了功率半導體模塊的按本發明的第一構造方案的 概要圖。在此只示出了連接裝置6的一部分，帶有集成的變換器70。此變換器70具有各一 個發送器線圈76和接收器線圈72，它們彼此同軸地設置。因為發送器線圈76和接收器線 圈72的各個繞組都位于一個平面內，所以它們構成為正方形的螺旋，在螺旋的外部起始部 位上分別具有第一接觸位置720、760，并且在螺旋的內部分別具有第二接觸位置722、762。
發送器線圈76和接收器線圈72的繞組由連接線路64a構成，并因此在工作過程 中以連接裝置6的余下的連接線路60、64來制造，即也以連至各線圈的各第一接觸位置 720、760的輸入線路來制造。為了使第二接觸位置722、762與各其它的連接線路64b相連， 在此設置有接合連接，優選為引線接合連接764。 在變換器70的這個結構中，各個線圈72、76的繞組設置在連接裝置6的相同的導 電層64(此處指第二導電層)上，并以如下方式彼此相互插入(verschachtelt)，S卩，發送器 線圈76的螺旋狀連接線路在其旁側位置上與連接裝置的表面平行地與接收器線圈72的螺 旋狀連接線路交替變換。通過將構成線圈72、76的繞組的連接線路保持間距來實現兩個線 圈72、76相互間的電絕緣。 圖3在剖面圖中示意性地示出了功率半導體模塊的按本發明的第二構造方案的 概要圖。在此又只示出了連接裝置6的一部分，帶有集成于其中的變換器70。此變換器70 具有各一個發送器線圈76和接收器線圈72，它們彼此同軸地設置。而發送器線圈76和接 收器線圈72的各圓螺旋狀繞組位于連接裝置6的不同導電層60、64上的不同平面內。此 外，與按圖2的圖示相對地，發送器線圈76和接收器線圈72在這個構造方案中具有不同數 目的繞組。 在此，通過連接裝置6的絕緣層61、63實現了兩個線圈72、76相互間的電絕緣。由 連接線路構成的各繞組的其它基本構造與圖2所示的情形相同。 為了連接線圈72、76的各第二接觸裝置722、726，連接裝置6具有另一導電層62， 導電層62的連接線路構成連至各第二接觸位置722、762的輸入線路。為此，所述另一導電 層62設置在余下的兩個導電層60、64之間，并分別通過絕緣層61、63與導電層60、64隔開。 絕緣層61、63中的每一個還具有各一個電鍍的通孔(Durchkontaktierung)726、766，用來 導電地連接各第二接觸位置722、762與另一導電層62的各自配屬的連接線路62。
圖4示意性地在俯視圖和剖面圖中示出了功率半導體模塊的按本發明的第三構 造方案的概要圖。在此，同樣只示出了連接裝置6的一部分，帶有三個導電層60、62、64以 及分別設置在三個導電層60、62、64之間的兩個絕緣層61、63。第二導電層64和另一導電 層62分別用來傳導控制信號，其中，在此構造方案中，變換器70也由這兩個層構成，此變換 器70具有一個發送器線圈76和兩個接收器線圈72、74。 因為此處設置了變換器70的三個線圈72、74、76，所以發送器線圈76設置在另一 導電層62上，并且兩個接收器線圈72、74設置在第二導電層64上。兩個接收器線圈72、74
5以與這兩個線圈在圖2中彼此相互插入相類似的方式來布置，由此使這所有三個線圈72、 74、76都彼此同軸地設置。 在此實施例中同樣優選的是，每個發送器線圈76或接收器線圈72、74的第二接觸 位置借助電鍍的通孔穿過至少一個絕緣層61、63與直接或間接相鄰的導電層的導體線路 相連。為此提供了第一導電層60，負載電流通常在第一導電層60上面傳導。在此，在應用 此第一導電層60的情況下，沒有詳細示出的是，第二接觸位置以簡單的方式并借助其它的 電鍍的通孔適于電路板地與在第二導電層64或另一導電層62上所配屬的連接線路相連。
此外，還示出了 兩個接收器線圈72中的一個與控制組件8直接相連。原則上，不 論線圈，還是連接線路，不論用于與控制組件8連接的導電層，還是其它所有的導電層在技 術上都一樣地制造和構成。
權利要求
功率半導體模塊，所述功率半導體模塊具有襯底(2)、設置在所述襯底(2)上的多個彼此電絕緣的導體線路，并具有設置在所述襯底上的功率半導體元件(4)，還具有連接裝置(6)，所述連接裝置(6)由至少兩個導電層(60、62、64a/64b)和至少一個電絕緣層(61、63)交替的層序列組成，用來適于電路地連接所述功率半導體元件(4)、所述導體線路和/或外部接觸裝置(10)，其中，所述導電層(60、62、64a/64b)構成連接線路，并且其中，設置有至少一個變換器(70)，所述變換器(70)集成地構成并因而由所述連接裝置(6)的組成部分構成。
2. 按權利要求l所述的功率半導體模塊，其中，所述變換器(70)由至少一個發送器線 圈(76)和至少一個接收器線圈(72、74)組成，所述至少一個發送器線圈(76)和所述至少 一個接收器線圈(72、74)分別彼此同軸地設置，并構造有螺旋狀的繞組，以及分別具有第 一接觸位置(720、760)和第二接觸位置(722、762)。
3. 按權利要求2所述的功率半導體模塊，其中，所述發送器線圈(76)和所述接收器線 圈(72 、74)的各繞組由所述連接裝置(6)的連接線路(60、62、64a/64b)構成。
4. 按權利要求3所述的功率半導體模塊，其中，發送器線圈(76)和接收器線圈(72)布 置在相同的導電層上并且以彼此相互插入的方式布置，并且在這里通過將構成所述繞組的 所述連接線路(64)保持間距來實現兩個所述繞組彼此間電絕緣。
5. 按權利要求3所述的功率半導體模塊，其中，發送器線圈(76)和至少一個接收器線 圈(72、74)設置在兩個直接或間接相鄰的導電層(60、62、64a/64b)上并通過至少一個絕緣 層(61 、63)彼此電絕緣。
6. 按權利要求3所述的功率半導體模塊，其中，將發送器線圈(76)設置在一個導電 層(62)上，并將兩個接收器線圈(72、74)設置在另一導電層(64)上并且所述接收器線圈 (72、74)在那里彼此相互插入。
7. 按權利要求2所述的功率半導體模塊，其中，發送器線圈(76)或接收器線圈(72)的 所述第一接觸位置(720、760)直接地且一體構成地與連接線路(60、62、64a/64b)相連，所 述連接線路(60、62、64a/64b)構成所述線圈的所述輸入線路。
8. 按權利要求2所述的功率半導體模塊，其中，發送器線圈(76)或接收器線圈(72、 74)的所述第二接觸位置(722、762)借助接合連接(764)與相同導電層的另一導體線路 (64b)相連，或借助電鍍的通孔(726、766)穿過至少一個絕緣層(61、63)與另一導電層 (62)的導體線路相連。
9. 按權利要求l所述的功率半導體模塊，其中，將至少一個控制組件(8)設置在至少一 個導電層(60、62、64a/64b)上，并與那里的連接線路以及與至少一個變換器(70)相連。
全文摘要
本發明描述了一種具有控制功能和集成的變換器的功率半導體模塊，其具有襯底和設置在此襯底上的多個彼此電絕緣的導體線路，并具有設置在此襯底上的功率半導體元件，還具有連接裝置，此連接裝置由至少兩個導電層和至少一個電絕緣層的交替的層序列組成，用來適于電路地連接功率半導體元件、導體線路和/或外部接觸裝置。這些導電層構成連接線路，并且其中，設置有至少一個變換器，此變換器集成地并因而由連接裝置的組成部分構成。變換器由至少一個發送器線圈和至少一個接收器線圈構成，它們分別彼此同軸地設置并構造有螺旋狀的繞組。
文檔編號H02M1/00GK101740554SQ200910222838
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者湯姆斯·施托克邁爾, 皮特·貝克達爾, 萊茵哈德·赫策 申請人:賽米控電子股份有限公司