專利名稱：帶有相互電絕緣的連接元件的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明介紹一種用來安裝在冷卻構(gòu)件上的壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊。例如由DE1971970A1所知的功率半導(dǎo)體模塊是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
按照現(xiàn)有技術(shù)這種功率半導(dǎo)體模塊由一帶有至少一個(gè)設(shè)置在它里面的尤其是用來直接安裝在一冷卻構(gòu)件上的電絕緣基體的殼體組成。該基體本身由一帶有許多位于它上面的相互絕緣的金屬連接軌線和位于它上面并與這些連接軌線按線路連接的功率半導(dǎo)體構(gòu)件的絕緣材料體組成。此外已知功率半導(dǎo)體模塊具有用于外部負(fù)載和輔助接頭以及設(shè)置在內(nèi)部的連接件的連接元件。這些用于在功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部按線路的連接的連接件大多設(shè)計(jì)成引線連接。
同樣還知道一些壓力接觸功率半導(dǎo)體模導(dǎo)體模塊，如其由DE4237632A1、DE19903875A1或DE10127947C1所知。在所述的第一份文獻(xiàn)中壓力裝置具有一穩(wěn)固的尤其是用來建立壓力的金屬加壓元件、一用來儲(chǔ)存壓力的彈性襯墊元件和一用來將壓力傳到基體表面單獨(dú)區(qū)域上的橋接元件。橋接元件尤其設(shè)計(jì)成一具有朝向襯墊元件的表面的塑料成形體，從該表面上伸出許多朝向基體表面方向的壓緊爪。
借助于這種加壓裝置將基體壓緊在一冷卻構(gòu)件上，從而在基體和冷卻構(gòu)件之間持續(xù)可靠地建立熱傳遞。這里彈性襯墊元件用來在不同熱負(fù)荷和在功率半導(dǎo)體模塊的整個(gè)壽命周期內(nèi)保持恒定的壓緊狀態(tài)。
DE19903875A1這樣改進(jìn)已知加壓元件，使它一方面具有特別有利的重量和穩(wěn)定性之比，另一方面具有電絕緣的引線。為此加壓元件設(shè)計(jì)成一具有位于內(nèi)部的金屬芯部的塑料成形體。該金屬芯部具有用于連接元件尤其是彈簧觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的輔助連接元件穿過的孔。塑料成形體這樣包圍這些孔，使得輔助連接元件借助于塑料成形體與金屬芯部電絕緣。
還已知改進(jìn)的在其朝向基體的表面上具有許多壓緊指的加壓元件。這里尤其是金屬芯部還具有一預(yù)先調(diào)整好的彎曲量。通過這兩種措施的組合這種加壓元件可以提供上述加壓裝置的全部功能。
由DE10157947C1已知一種功率半導(dǎo)體模塊，其中負(fù)載連接元件設(shè)計(jì)成這樣，使它們按區(qū)段緊密相鄰地垂直于基體表面分布，并具有從那里出發(fā)的內(nèi)部接觸機(jī)構(gòu)、觸腳，它們與印制導(dǎo)線建立導(dǎo)電接觸，同時(shí)對基體施加壓力，從而建立其與冷卻構(gòu)件的導(dǎo)熱接觸。這里壓力用按現(xiàn)有技術(shù)的方法引入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊，其中改善功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)絕緣并簡化壓力接觸結(jié)構(gòu)的形成。
按照本發(fā)明這個(gè)目的通過權(quán)利要求1特征的措施實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中敘述。
本發(fā)明的構(gòu)想從功率半導(dǎo)體模塊按壓力接觸結(jié)構(gòu)設(shè)置在冷卻構(gòu)件上出發(fā)，它具有至少一個(gè)基體、至少兩個(gè)安裝在它上面的功率半導(dǎo)體構(gòu)件例如二極晶體管、一個(gè)殼體和向外引出的負(fù)載和控制連接元件?；w本身具有一絕緣材料體，并在其朝向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主平面上具有帶負(fù)載電位的印制導(dǎo)線。此外基體最好還具有至少一個(gè)帶控制電位的印制導(dǎo)線，以控制功率半導(dǎo)體構(gòu)件。
其次功率半導(dǎo)體模塊還具有分別做成帶內(nèi)、外接觸機(jī)構(gòu)和一帶狀段的金屬成形體的負(fù)載連接元件。各個(gè)負(fù)載連接元件相應(yīng)的帶狀段最好平行于基體表面并離它一定距離設(shè)置。從帶狀段出發(fā)的內(nèi)接觸機(jī)構(gòu)伸展到基體，并在那里按線路形成負(fù)載接頭的觸點(diǎn)。為此它們尤其是在基體上與帶負(fù)載電位的印制導(dǎo)線觸點(diǎn)接通，作為另一種選擇直接與功率半導(dǎo)體構(gòu)件觸點(diǎn)接通。
按本發(fā)明負(fù)載連接元件40、42、44具有一帶絕緣材料的外殼。負(fù)載連接元件除內(nèi)外接觸機(jī)構(gòu)區(qū)域外最好完全用這種絕緣材料包裹，同時(shí)由此相互電絕緣。此外如果包裹的負(fù)載連接元件形成一個(gè)堆疊疊，從而是一個(gè)加工單元，則特別優(yōu)選。


借助于圖1至3的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的方案。
圖1表示一按現(xiàn)有技術(shù)的功率半導(dǎo)體模塊的剖視圖。
圖2表示一按本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的剖視圖。
圖3用立體圖表示一由本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的負(fù)載連接元件組成的堆疊。
具體實(shí)施例方式
圖1表示一按現(xiàn)有技術(shù)的功率半導(dǎo)體模塊1的剖視圖。該功率半導(dǎo)體模塊1具有一帶框形殼體部分的殼體3。其中框形殼體部分包圍至少一個(gè)基體5。它又具有一絕緣材料體52，尤其是一絕緣陶瓷，如氧化鋁或氮化鋁。
在朝向功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的第一主平面上基體5具有一形成構(gòu)造的金屬涂層。這里尤其是設(shè)計(jì)成銅涂層的金屬涂層的各個(gè)段構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊1的印制導(dǎo)線54。按照現(xiàn)有技術(shù)基體5的第二主平面具有不形成構(gòu)造的銅涂層56。
在基體5的印制導(dǎo)線54上設(shè)置可控和/或不可控的功率半導(dǎo)體構(gòu)件60，例如分別帶非并聯(lián)的自振蕩二極管的IGBTs(絕緣柵雙極晶體管)，或MOS-FETs。它們按線路與其他導(dǎo)線軌線54，例如借助于引線接合連接裝置62連接。
用于在功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)出現(xiàn)的不同電位的負(fù)載連接元件40，42，44用于在功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的功率電子線路的外部連接。為此負(fù)載連接元件40、42、44做成金屬成形體，它們分別具有平行于基體表面的帶狀段402、422、442。這里這些帶狀段402、422、442形成一個(gè)堆疊，其中各個(gè)負(fù)載連接元件40、42、44的帶狀段僅僅通過必要的絕緣層46，例如以塑料薄膜的形式，相互隔開一定距離。這種塑料薄膜分別設(shè)置在相鄰連接元件之間，以保證連接元件不同電位的導(dǎo)電隔離。出于清楚的原因在這個(gè)剖視圖中未畫出必要的輔助連接元件。
其次功率半導(dǎo)體模塊1具有一設(shè)計(jì)成絕緣材料成形體的在負(fù)載連接元件40，42，44的帶狀段402、422、442堆疊和基體5之間的中間層。在所示結(jié)構(gòu)中這個(gè)絕緣材料成形體30借助于卡扣-卡鎖連接機(jī)構(gòu)90安裝在框形殼體3內(nèi)。
緣絕材料成形體30本身具有用于負(fù)載連接元件40、42、44的內(nèi)部觸點(diǎn)這里是觸腳400，420，440穿過的孔32。如果這些孔32設(shè)計(jì)成用于這些觸腳400，420，440的導(dǎo)向裝置，由此改進(jìn)負(fù)載連接元件40，42，44相對于基體5或其印制導(dǎo)線54的定位，則特別優(yōu)選。
用于功率半導(dǎo)體模塊1和冷卻構(gòu)件2導(dǎo)熱連接和同時(shí)使負(fù)載連接元件40，42，44與基體5的印制導(dǎo)線54觸點(diǎn)接通的加壓裝置70例如由一用來建立壓力的壓緊元件以及用來儲(chǔ)存壓力的彈性襯墊元件構(gòu)成。壓力通過襯墊元件傳到由負(fù)載連接元件40，42，44的帶狀段402，422，442組成的堆疊(stapel)上，從而向觸腳400，420，440施加壓力。因此使它們與基體5的印制導(dǎo)線導(dǎo)電連接。
這種壓力接觸裝置70證明在功率半導(dǎo)體模塊1的壽命周期內(nèi)是接觸特別可靠的。其次對于壓力導(dǎo)電接通有利的是絕緣材料成形體30的孔32做成導(dǎo)向裝置，因?yàn)橛纱耸褂|腳400，420，440的定位特別精確。
壓緊元件例如做成帶有合適的位于內(nèi)部的金屬芯部的塑料成形體，其中這里也可以不用儲(chǔ)存壓力的襯墊元件。此外如果壓緊元件同時(shí)形成功率半導(dǎo)體模塊1的蓋板是有利的。
圖2表示本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊1的剖視圖。在這個(gè)舉例性的結(jié)構(gòu)中基體5、殼體3和加壓機(jī)構(gòu)70按上述現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)，其中由此本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)，特別是功率半導(dǎo)體模塊的按壓力接觸結(jié)構(gòu)的方案。
負(fù)載連接元件40，42，44的金屬成形體的結(jié)構(gòu)同樣相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)。與此相比這里負(fù)載連接元件40，42，44按照本發(fā)明這樣改進(jìn)，即它們具有帶絕緣材料的外殼408，428，448。它近似于完全包圍相應(yīng)的負(fù)載連接元件40，42，44。外殼留空缺的部位是接觸機(jī)構(gòu)400，420，440部分，例如通向基體5的印制導(dǎo)線64的部分。
當(dāng)然通過這種按本發(fā)明的負(fù)載連接元件40，42，44的結(jié)構(gòu)可以不再在負(fù)載連接元件之間設(shè)置塑料薄膜。由此在第一步中簡化功率半導(dǎo)體模塊1的結(jié)構(gòu)。如果負(fù)載連接元件40，42，44在帶狀段402，422，442區(qū)域內(nèi)形成堆疊4，那么得到這個(gè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步簡化。這例如可以通過各個(gè)已經(jīng)用絕緣材料包裹的負(fù)載連接元件40，42，44的粘接進(jìn)行。如果多個(gè)負(fù)載連接元件40，42，44在一個(gè)工步中用絕緣材料包裹，也可能是特別有利的。
圖3以立體圖表示由本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊的負(fù)載連接元件40，42，44組成的堆疊4。表示了分別具有許多內(nèi)接觸機(jī)構(gòu)、觸腳400，420，440的負(fù)載連接元件40，42，44，它們從對應(yīng)的帶狀段402、422、442出發(fā)，并且這里按線路與兩個(gè)并聯(lián)的基體5導(dǎo)電接通。負(fù)載連接元件40，42，44的其他在外部的接觸機(jī)構(gòu)404，424，444構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊的外部接頭。
在這種結(jié)構(gòu)中負(fù)載連接元件40，42，44近似于完全被絕緣材料400，420，440包圍。不包裹的部位是通向基體5的印制導(dǎo)線54的接觸機(jī)構(gòu)400，420，440部分以及用于功率半導(dǎo)體模塊外部電連接的外接觸機(jī)構(gòu)404，424，444。
對于負(fù)載連接元件40，42，44通向基體5印制導(dǎo)線54的觸腳400，420，440，僅僅與印制導(dǎo)線54的接觸面不用絕緣材料覆蓋可能是有利的。如這里所示，觸腳400，420，440從基體表面出發(fā)延伸的一段不被包裹，也可能是有利的。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)絕緣層不是非要不可的，或者例如可以由一種設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的尤其是由硅樹脂凝膠組成的澆注材料形成。
用于外部導(dǎo)電接通的外接觸機(jī)構(gòu)404，424，444至少在用于導(dǎo)電連接的相應(yīng)接觸面上不被包裹。這里外殼也可以從相應(yīng)的接觸面出發(fā)向相應(yīng)的帶狀段402、422、442方向留出空缺。外殼408，428，448的具體結(jié)構(gòu)取決于對負(fù)載連接元件40，42，44相互的絕緣性的相應(yīng)要求以及功率半導(dǎo)體模塊的幾何結(jié)構(gòu)，例如其殼體形狀。
如果各個(gè)負(fù)載連接元件40，42，44的相應(yīng)外殼408，428，448借助于噴涂或浸漬法形成，則特別有利。作為對于絕緣材料本身，例如以聚酰胺為基的熱塑性塑料的要求，具有大于400，最好大于600的CTI一值的耐泄漏電流穩(wěn)定性證明是特別合適的。
如果負(fù)載連接元件40，42，44優(yōu)選在帶狀段402，422，442區(qū)域內(nèi)連接成一裝配單元，同樣特別有利。這例如可以通過各個(gè)用絕緣材料408，428，448包裹的負(fù)載連接元件40，42，44的粘接連接形成。
此外相應(yīng)的負(fù)載連接元件40，42，44或由此構(gòu)成的負(fù)載連接元件40，42，44的堆疊4優(yōu)選在帶狀段402，422，442區(qū)域內(nèi)具有孔406，426，446。這些孔406，426，446設(shè)計(jì)成用于最好做成螺旋彈簧的、未畫出的輔助連接元件穿過。這里當(dāng)然所形成的孔406，426，446的邊緣同樣用絕緣材料408，428，448包裹。
但是也可能優(yōu)選的是，在一個(gè)共同的方法步驟中用絕緣材料包裹許多的、有利的是全部的負(fù)載連接元件40、42、44。由此形成一個(gè)待特別有利地加工的裝配單元。
權(quán)利要求
1.用于安裝在冷卻構(gòu)件(2)上的功率半導(dǎo)體模塊(1)，具有至少一個(gè)基體(5)、至少兩個(gè)安裝在基體上的功率半導(dǎo)體構(gòu)件(60)、一個(gè)殼體(3)及向外引出的負(fù)載連接元件(40，42，44)和控制連接元件，其中基體(5)具有一絕緣材料體(52)，并在其朝向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主平面上設(shè)有帶負(fù)載電位的印制導(dǎo)線(54)，其中負(fù)載連接元件分別設(shè)計(jì)成帶有由一帶狀段(402，422，442)組成的外接觸機(jī)構(gòu)(404，424，444)和帶有由它出發(fā)的內(nèi)接觸機(jī)構(gòu)(400，420，440)的金屬成形體，內(nèi)接觸機(jī)構(gòu)從帶狀段伸展到基體(5)，并按線路與基體導(dǎo)電接通，并且負(fù)載連接元件(40，42，44)除內(nèi)、外接觸機(jī)構(gòu)區(qū)域外完全被絕緣材料(408，428，448)包裹，并因此相互電絕緣。
2.按權(quán)利要求1的功率半導(dǎo)體模塊(1)，按壓力接觸結(jié)構(gòu)包括一壓緊裝置(70)。
3.按權(quán)利要求1的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中絕緣材料(408，428，448)具有大于400的CTI值。
4.按權(quán)利要求1的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中絕緣材料(408，428，448)借助于浸漬法設(shè)置。
5.按權(quán)利要求1的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中絕緣材料(408，428，448)借助于噴涂法設(shè)置。
6.按權(quán)利要求1的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中負(fù)載連接元件(40，42，44)在帶狀段(402，422，442)區(qū)域內(nèi)形成一堆疊(4)。
7.按權(quán)利要求5的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中堆疊(4)通過粘接形成。
8.按權(quán)利要求5的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中堆疊(4)通過同時(shí)在許多負(fù)載連接元件(40，42，44)上設(shè)置絕緣材料(408，428，448)形成。
9.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中壓緊裝置(70)和/或堆疊(4)具有用于穿過設(shè)計(jì)成螺旋彈簧的輔助連接元件的孔(406，426，446，466)。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用來裝在冷卻構(gòu)件上的功率半導(dǎo)體模塊，它具有至少一個(gè)基體、至少兩個(gè)安裝在基體上的功率半導(dǎo)體構(gòu)件、一殼體和向外引出的負(fù)載連接元件和控制連接元件。其中基體具有一絕緣材料體，并在其朝向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主平面上設(shè)有帶負(fù)載電位的印制導(dǎo)線。負(fù)載連接元件分別設(shè)計(jì)成帶有由一帶狀段組成的外接觸機(jī)構(gòu)和帶有由它出發(fā)的內(nèi)接觸機(jī)構(gòu)的金屬成形體。內(nèi)接觸機(jī)構(gòu)從帶狀段伸展到基體，并按線路與它導(dǎo)電接通。此外負(fù)載連接元件除內(nèi)、外接觸機(jī)構(gòu)區(qū)域外完全被絕緣材料包裹，并因此相互電絕緣。
文檔編號(hào)H01L23/488GK101090109SQ20071011038
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者馬可·萊德雷爾, 賴納·波普 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司