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      功率半導體模塊的制作方法

      文檔序號:6900890閱讀:124來源:國知局
      專利名稱:功率半導體模塊的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及功率半導體模塊。
      背景技術
      功率半導體模塊或者功率模塊是為工作在相對較高的電壓(例如,
      大于IOO伏)或者相對較高的電流(例如,大于10安)下設計的。功
      率半導體模塊至少包括功率半導體芯片,用于進行電流的切換、調(diào)節(jié) 或者整流,特別是高電流。這種半導體模塊至少可以包括可控硅整流
      器(SCR)、功率調(diào)節(jié)器、功率晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、 金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、功率整流器、肖特基 二極管、結型場效應晶體管、或者任何其他的功率半導體開關。在工 作時,功率模塊由于消耗高功率而可以產(chǎn)生大量的熱。功率模塊也可 以工作在高溫的環(huán)境中,例如機艙中。功率模塊產(chǎn)生的熱可以通過附
      著到功率模塊上的散熱片來散熱。

      發(fā)明內(nèi)容
      提供一種半導體模塊,其包括具有多個接收元件的外殼;至少一 個支撐元件;安裝在支撐元件上的彈性形變的蓋子,該彈性形變的蓋 子受到多個接收元件和至少一個支撐元件的限制;和承載至少一個半 導體芯片的電絕緣襯底,其中襯底被附著到外殼。
      一種組裝半導體模塊的方法,包括提供外殼,該外殼上安裝有 多個接收元件;提供承載至少一個半導體芯片的電絕緣的村底,其中 襯底被安裝在外殼中;提供至少一個支撐元件;提供蓋子,通過將其 彈性形變來定形蓋子,將蓋子安裝在至少一個支撐元件上,并釋放該 彈性形變的蓋子,使得該彈性形變的蓋子受到至少一個支撐元件和多 個接收元件的限制。


      包括附圖以便為實施例提供進一步的理解,并且合并和組成了該說明書的一部分。附圖示出了實施例,并且和說明書一起用于解釋實 施例的原理。其他實施例和實施例中許多預期的優(yōu)點,在它們通過參 考下面詳細的描述被更好地理解后,將容易地被體會到。附圖中的元 件沒有必要相對彼此按比例確定。相同的附圖標記指定給相應相似的 部分。本發(fā)明可以通過參考下面的附圖和描述得到更好的理解。圖中 的部件沒有必要按照比例決定,而是著重于說明本發(fā)明的原理。而且, 在這些圖中,相同的附圖標記指定給相應的部分。
      圖l是新穎的功率模塊的蓋子的橫截面圖2是使用圖1中蓋子的新穎的功率模塊的部分橫截面圖3是新穎的功率模塊的另一個蓋子的橫截面圖4是使用圖3中蓋子的新穎的功率模塊的部分橫截面圖5是另一個實施例中新穎的功率半導體的開放式外殼的橫截面
      圖6是在未受應力(unstressed)位置的蓋子的橫截面圖; 圖7是在預受應力(prestressed )位置的蓋子的橫截面圖; 圖8是用來在預受應力位置保持附圖7中蓋子的工具的橫截面圖; 圖9是預受應力蓋子的頂視圖和附圖8中沿著A-A線的工具的橫 截面圖IO是用來在預受應力位置保持附圖7中蓋子的另一個工具的橫 截面圖11是預受應力蓋子的頂視圖和圖10的工具在圖10所示橫截平 面A-A中的橫截面圖12是在將蓋子安置在圖5中的開放式外殼上之前,圖7中蓋子 的橫截面圖13是由圖12的蓋子蓋住的圖5的外殼的橫截面圖; 圖14是另一個新穎的功率半導體模塊的橫截面圖; 圖15是沒有接頭、密封和外殼的基本模塊裝置的側面圖; 圖16是有接頭、樹脂和外殼的封裝了基本模塊裝置的側面圖;和 附圖17是另一種新穎的功率半導體模塊的橫截面圖。
      具體實施例方式
      在下面的詳細描述中,參照構成這里一部分的附圖,其中附圖通過解釋可以實現(xiàn)本發(fā)明的特殊實施例而被示出。在這點上,方向性術 語,如"頂"、"底"、"前"、"后"、"前面的"、"后面的"等,都是根據(jù) 附圖中描述的方向來使用的。因為實施例中的元件可以被定位在很多 不同的方向上,所以這些方向性的術語是為了說明而使用的,并沒有 辦法進行限制??梢岳斫獾氖牵梢岳闷渌麑嵤├?,并且可以在不 偏離本發(fā)明范圍的情況下進行結構或邏輯上的變化。因此,下面的具 體描述不是在限制性的意義上進行,本發(fā)明的范圍由所附權利要求書 定義。
      應當理解的是,在這里所描述的各種典型實施例的特征是可以相 互組合的,除非特別注明不可以。
      圖1描述了在被安裝在功率模塊10之前的無限制狀態(tài)下,要與功 率模塊10或圖2中所示的功率半導體模塊結合使用的蓋子ll。這樣的 功率模塊IO是為工作在相對高的電壓(如,100伏以上)或者相對高 的電流(如,IO安培以上)上進行設計的。功率模塊10包含電子線路, 例如,至少一個半導體芯片。蓋子ll有頂面12和與它的頂面12相對 的底面13。蓋子11進而還包括第一終端14,它被安排在與第二終端 15距離dl的位置。蓋子11可以包含至少一個通孔16,通孔16在頂面 12和底面13之間延伸。蓋子ll是彎曲的,這樣,在無限制的狀態(tài)下, 從蓋子11的第一終端14和第二終端15出來的直線就不會和蓋子11 的中心部分交叉了。蓋子11可以包含任何彈性形變材料,例如,塑料 (熱塑性塑料、熱固性塑料、環(huán)氧樹脂、玻璃增強環(huán)氧樹脂等)或者 金屬(鋁、鋁合金、銅、鋼材,或者其他合適的金屬),并且使用塑 料時,可以有0.5到3毫米的厚度;使用金屬時可以有0.1到1毫米的 厚度。
      圖2是功率模塊10的部分橫截面圖,包含圖1中的蓋子11。功率 模塊IO包含外殼21和散熱片37。外殼21密封多個支柱形式的支撐元 件22,底座23,襯底24,電子線路(沒有詳細描述)和多個終端26。 外殼21是安裝在散熱片37上的。襯底24是放在外殼21中的底座23 上的,功率半導體芯片43和多個終端26是安置在襯底24上的。
      蓋子11安置在形成支撐元件22的支柱上。外殼21包括裝在底座 23上的壁20。壁20以最小距離d2相互面對面,在橫截面形成空的矩 形塊。在壁20內(nèi)表面17的頂部邊緣上提供有突出部分形式的接收元件32。支撐元件22安裝在外殼21里面。每個支撐元件22都有頂部31。 蓋子11被安裝在頂部31上,并且和這個部分31接觸。支撐元件22 有矩形塊的形狀,可以至少部分是用塑料材料制作。
      圖2示出了在中間位置A和安裝位置B的彈性形變的蓋子11。當 蓋子11在中間位置A時,蓋子ll是彈性形變狀態(tài)。蓋子ll被彈性形 變,從而蓋子11的第一、第二終端14和15就比蓋子11的中間部分更 靠近襯底24的表面41。當蓋子11 一部分被安裝在支撐元件22上時, 蓋子11的第一、第二終端14和15被安裝在外殼21中的接收元件32 下面。功率模塊10的終端26穿過蓋子11中的通孔16進行延伸。
      在安裝好的位置B上,蓋子ll的第一、笫二終端14和15都在外 殼21的接收元件32之下,并且蓋子11的一部分安裝在支撐元件22 上。蓋子11在位置B時,蓋子ll是在彈性形變狀態(tài)。蓋子ll被彈性 形變,使得蓋子11的第一、第二終端14和15比蓋子11的中間部分更 靠近襯底24的表面41。蓋子11在位置B時,蓋子ll的中間部分與包 含第一、第二終端14和15的直線之間的垂直距離比蓋子11在位置A 時的相應距離要短。
      底座23安裝在散熱片37上,在村底24下面。這個底座23可以包 含銅材料,并且可以有2亳米到IO毫米的厚度,例如3毫米,而散熱 片37包含例如鋁材料??商鎿Q地,村底24可以直接附著到散熱片上。 在這種情況下,底座23就不再需要了。襯底24包含在絕緣材料上的 銅軌道40,這種材料安置在襯底24的表面41的頂部。這個襯底24可 以包含350微米到450微米的氧化鋁層,例如380nm (微米)厚。襯 底24上提供的電子線路包含一個或者多個半導體芯片43。半導體芯片 43被安裝在銅軌道40上,并且通過一層芯片焊料44或者其他已知的 焊接材料附著到銅軌道40上。鋁或銅焊接線27將半導體芯片43連接 到近鄰的銅軌道40上或連接到近鄰的另一半導體芯片上(未示出)。 每個銅軌道40的厚度從50jim到2000fim,例如300jtm。
      套筒25被附著到銅軌道40上,這樣套筒25的套環(huán)的軸就與其上 安置銅軌道40的襯底24的表面41垂直對準了 。套筒25有空心圓柱形 或類似插頭的形狀,并且可以包含銅材料。終端26部分安裝在套筒25 內(nèi),并且與套筒25接觸。終端26的頂端向上擴展,并且穿過蓋子ll。 終端26可以包含銅材料。形成導電連接軌道的銅軌道40包含導電材料的焊盤。套筒25形 成了導電連接器,套筒25可以被焊接在導電銅軌道40的焊盤上。半 導體芯片43能夠承載高電壓和/或高電流,半導體芯片43可以是可控 硅整流器SCR、功率調(diào)節(jié)器、功率晶體管、絕緣柵雙極晶體管IGBT、 金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET、功率整流器、肖特基二極 管、結型場效應晶體管等。
      從更寬泛的意義上說,圖2也描述了模塊,其中接收元件32可以 是一種抑制元件。接收元件32也可以有如圖2所示的凹陷部分或者凹 槽的形式。接收元件32可以集成附著到外殼21上,或者具有附著到 外殼21上的分離部件的形式。支撐元件22是呈支柱的形式??商鎿Q 地,支撐元件22也可以是一種彈簧。支撐元件22可以固定在外殼21 的底部,或者外殼21的壁20上,或者也可以固定在其他任何在外殼 21內(nèi)的部件上。支撐元件22或者支撐元件22的部分可以是圓柱形、 部分圓柱形、矩形塊,或者部分矩形塊的形狀。其他形狀也是可適用 的。支撐元件22可以安置在蓋子11的上面或者下面。
      外殼21也可以是空圓柱形塊、部分中空圓柱形塊、空矩形塊,或 者部分中空矩形塊,或者任何其他形狀。外殼21的壁20如果需要的 話,可以包括口或者孔。而且外殼21可以包括用于良好導熱的金屬材 料。蓋子11也可以由金屬材料制成或者含有金屬材料。蓋子11可以 包含至少一個彎管和/或附加的口用于從外殼21散熱。蓋子11的一部 分可以有部分圓形或者部分矩形。其他形狀對于蓋子11來說也是可以
      適用的。
      襯底24中的導電軌道40可以與那些鄰近的村底電連接。銅軌道 40可以包含金屬,比如鋁、鋁合金、銅或者含有可選的鎳、金或者其 他合適電鍍的銅合金。半導體芯片43安置在導電軌道上,通過焊接材 料層與導電軌道相連接。連接到半導體芯片43的焊接線27可以包括 鋁(或者鋁合金)、銅或者金材料。終端26形成接觸連接器元件。適 當選擇這個接觸連接器元件的形狀,使得外部的電連接器與套筒25嚙 合。接觸連接器元件可以包含彈簧部分,并且利用諸如銅或者銅合金 的導體材料。
      外殼21為外殼21中的部件提供了對環(huán)境影響的屏蔽。外殼21和 散熱片37將運行著的功率模塊10內(nèi)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。外殼21上的突出部分和那些支柱也作為簡單的裝置來將彈性形變的蓋子ll固定
      在外殼21上。蓋子11也提供了免受功率模塊10中高電壓影響的保護。
      導熱底座23和散熱片37將功率模塊10中產(chǎn)生的熱量散發(fā)出來。 襯底24在半導體芯片43和底座23之間提供了電隔離。襯底24上的銅 軌道40適合于將半導體芯片43直接銅焊接到襯底24上。
      當組裝功率模塊10時,在提供底座23的基礎上,襯底24被安裝 在底座23的頂面35上,半導體芯片43通過焊料44粘附在銅軌道40 上,通過鋁焊接線27與銅軌道40相結合。至少一個套筒25固定在銅 軌道40上,并且支柱22附著到襯底24上(或者外殼21的底部)。底 座23、絕緣襯底24和半導體芯片43都被放在外殼21中。于是,終端 26,皮插入到套筒25中。
      蓋子11可以是沖壓的或者定形的。定形之后,蓋子11的中間部 分比它的第一、第二終端14和15相對于襯底24的表面41來說要低。 沖壓的蓋子11可以有如圖1所示的形狀。如果沒有施加外力,彈性形 變的蓋子11沒有或者有很小的內(nèi)部壓力。
      于是通過外力,第一、第二終端14和15被相互推進。蓋子是彈 性形變的,使得蓋子11的中間部分相對于襯底24的表面41來說比第 一、第二終端14和15要高。彈性形變的蓋子11可以有像圖2中描述 的在中間位置A處的形狀。蓋子ll是彈性形變的,使得蓋子ll恢復 到?jīng)]施加力時候的形狀。彈性形變的蓋子11受到內(nèi)部應力,就會尋求 通過將它的形狀改變成原來有很小內(nèi)部張力的形狀的方式來緩解內(nèi)部 張力。
      當蓋子11被安裝在支撐元件22上時,蓋子ll的第一、第二終端 14和15接著被安裝在外殼21的接收元件32的下面。外力從蓋子11 上移除,彈性形變的蓋子11試圖釋放它的內(nèi)部應力,但是被支撐元件 22和接收元件32制約不能這么做。支撐元件22的高度限制了蓋子11 和外殼21底部處襯底24的表面41之間的最小距離。接收元件32也限 制了蓋子ll的第一、第二終端14和15之間的最小距離。這個部分受 限的彈性形變的蓋子ll具有像圖2中位置B所示的形狀。在位置B中, 蓋子11具有在第一、第二終端14和15之間有最大距離d2的平面形狀。 在這種狀態(tài)下,通過接收元件32和支撐元件22施加的力將蓋子11保 持在它的位置上。該方法由此提供了能夠承受震動和高溫的簡單途徑來將蓋子11固定在外殼21上。而且,這不需要使用其他固定部件, 例如桂鉤、螺絲釘、或者膠粘的方式。然而可以使用附加的固定部件。
      從更普遍的意義上,安裝在外殼21上的蓋子11通過支撐元件22 和接收元件32來保持彈性形變的狀態(tài)。給定支撐元件和接收元件合適 的位置,蓋子11可以是蓋子11中間部分相對于襯底24的表面41在蓋 子11的外面部分上面或下面的形式。使彈性形變的蓋子變形的外力的 應用可以適合地施加到蓋子11的邊上、角上、或者內(nèi)部。
      圖3描述了另一種在安裝到圖4中描述的功率模塊51之前在無限 制狀態(tài)下另一個功率模塊51的蓋子50。蓋子50有頂面12和底面13, 底面13和頂面12相對。蓋子50包含第一終端14,它被安置在與蓋子 50的第二終端15距離dl的地方。蓋子50包含通孔16。蓋子50是彎 曲的,使得在無限制狀態(tài)下,蓋子50的第一、第二終端14和15在蓋 子50的中間部分下面。
      圖4是功率模塊51的部分橫截面圖。在功率模塊51基本結構中, 功率模塊51與圖2中的功率模塊IO相似,由此相對應的部分具有相 同的附圖標記。功率模塊51包含外殼21和散熱片37。外殼21包圍著 底座23、襯底24、包括半導體芯片43的電子線路、和終端26。外殼 21固定到安裝在外殼21下面的散熱片37上。村底24放置在底座23 的頂部,在襯底24的頂部安裝著電子線路和終端26。外殼21包含安 裝在散熱片37上的壁20。壁20包含突出部分61和支柱60。突出部分 61與支柱60和壁20形成整體。
      壁20形成了中空矩形塊。相對的壁20以相互之間最小距離d2放 置。壁20有內(nèi)表面17,其中突出部分61提供在內(nèi)表面17的頂部。支 柱60安置在突出部分61上和壁20的邊上。支柱60是與突出部分61 相對應的形式,并且每個支柱60都有比突出部分61更長的長度。蓋 子50放在支柱60和突出部分61之間。當安裝在位置B時,彈性形變 的蓋子50是在彈性形變的狀態(tài)下,這樣使得從蓋子50的第一終端14 到第二終端15的直線與蓋子50的中間部分相交叉。然而,當把蓋子 50插入到外殼21中(圖4中沒有描述)時,蓋子50的第一、第二終 端14和15相對于襯底24的表面41來說比蓋子50的中間部分要高。
      蓋子50的第一、第二終端14和15在突出部分61之上,支柱60 之下,從而蓋子50與突出部分61和支柱60接觸。終端26(例如銷)穿過蓋子50的通孔16,進行延伸。底座23在散熱片37的頂部之上, 襯底24,之下,從而銅軌道40安置在襯底24的頂面41上。電子線路 排列在銅軌道40上,并包含至少一個半導體芯片43。鋁焊接線27將 半導體芯片43連接到例如鄰近的銅軌道或者又一個半導體(未示出)。 在銅軌道40上提供了套筒25。終端26安裝在套筒25里面,與套筒25 相接觸。終端26的頂端在蓋子50上并且穿過蓋子50延伸。在圖4的 安排中,支柱60作為支撐元件;支撐元件例如被放置在蓋子50上, 但是可替換地可以放置在蓋子50下。在圖4的安排中,突出部分61 作為接收元件。支撐元件和接收元件都在圖4中描述的位置B中,在 彈性形變的蓋子50的對面。
      一種組合功率模塊51的方法包括提供包含突出部分61和支柱60 的外殼21的步驟。蓋子50可以被沖壓并且沖壓后,蓋子50的形狀, 在無限制狀態(tài),是蓋子50的中間部分比蓋子50的第一、第二終端14, 和15,要高。蓋子50的中間部分與包含蓋子50的第一、第二終端14, 和15,的直線不相交叉。沖壓后的蓋子50具有像圖3中描述的曲線形 狀。于是,外力將蓋子50彈性變形,使得蓋子11的中間部分相對于 襯底24的表面41來說比第一、第二終端14和15要低。蓋子50是以 當外力釋放時蓋子50的形狀就能恢復到?jīng)_壓蓋子50的形狀的方式被 彈性形變的。
      蓋子50的第二終端14和15于是都放在突出部分61和支柱60之 間。接著,外力從蓋子50被釋放。彈性形變的蓋子50試圖改變它的 形狀來釋放它的內(nèi)部張力,但是支柱60和突出部分61限制了彈性形 變的蓋子50這么做。支柱60的位置限制了外殼21底部的襯底24表面 41與蓋子50之間的最大距離,突出部分61限制了蓋子50的第一、第 二終端14和15之間的最小距離。受限制的蓋子50的形狀在圖4中蓋 子50的安裝位置B中被描述。在這個狀態(tài)下,蓋子50通過突出部分 61和支柱60施加在蓋子50上的力被保持在它的位置上。
      圖4中描述的這種組合功率模塊的方法是將彈性形變的蓋子50固 定在外殼21上的筒單方法。蓋子50通過突出部分61和支柱60受限制 于彈性形變的狀態(tài)。蓋子50被彈性形變,并且安置在外殼21上,這 樣使得蓋子50的終端14和15在一條直線上,依據(jù)支撐元件和接收元 件的設計,相對于襯底24的表面41來說在蓋子50的中間部分的上面或下面。
      圖5是進一步的實施例中功率模塊71的開放式外殼21的橫截面 圖。所有電路元件被安裝在外殼21里面,像襯底24和半導體芯片43。 外殼21包含圍繞壁20的框架18,接收元件32在框架18的頂部用于 接收整個開放式外殼21的蓋子。既然外殼21的開口相對較大,當多 個支撐元件22被放在壁20頂部的接收元件32之間時,多個支撐元件 22被提供來保持蓋子在直面上。
      圖6是未受應力位置中蓋子70的橫截面圖。在未受應力位置時, 蓋子是彎曲的,使得蓋子70的中間部分在比蓋子70的第一、第二終 端14和15低的位置上。在中間,可以提供一個小切口 28,在這里可 以放置牽引銷19來將蓋子70牽引到蓋子70受應力的位置上。牽引銷 19的輪廓用虛線表示出來了 。
      圖7是蓋子70在受應力位置中的橫截面圖。在這樣的受應力位置 中,蓋子70是彎曲的,使得蓋子70的中間在比邊14和15高的位置上。 這個應力是通過對蓋子70的邊14和15沿箭頭C和D標記的方向施加 力得到的。
      圖8是在被插入外殼21之前的圖7中保持蓋子70在受應力位置的 工具45的橫截面圖。當終端14和15通過壓印38和39保持在位置時, 夾子29夾住蓋子70的中間,并且將它向箭頭E的方向拖拉。利用工 具45,小切口和牽引銷對于拖拉處于受應力位置的蓋子70都不是必須 的,因為夾子如圖9中描述的那樣只在蓋子70的面46和47的區(qū)域夾 住了蓋子70的中間。
      圖9是受應力的蓋子70的頂視圖,和圖8中橫截平面A-A上的工 具45的橫截面圖。在終端14和15上,描述了壓印38和39。在蓋子 70的中間,在蓋子70的面46和47下面,夾子29用它帶有鉤子52和 53的臂48和49夾住,來像圖8中描述的那樣將壓印38和39和蓋子 70壓在一起。夾子29可以只有一個臂48和只有一個鉤子52。鉤子52 可以從蓋子70的面46延伸到面47。
      圖10是在插入外殼21之前圖7中描述的受應力位置的用來保持蓋 子70的另 一個工具55的橫截面圖。當蓋子70的終端14和15通過壓 印38和39保持在適當?shù)奈恢蒙蠒r,夾子56夾住蓋子70的小中間切口 28中的牽引銷19。為了固定住牽引銷19,這個牽引銷19的底部57通過小切口28引入,并回轉卯。。接著夾子56夾住銷19,并且將它沿著 箭頭F的方向拖拉來給蓋子70施加壓力。
      圖11是受應力的蓋子70的頂視圖,和圖IO的橫截平面A-A中的 又一工具55的橫截面圖。在蓋子70的中間提供了小切口 28,通過小 切口 28引入具有底部57的牽引銷19,并且回轉90。,使得夾子56可 以像圖IO描述的那樣拖牽引銷19。蓋子70的中間相對于開放式外殼 21的開口在受應力位置比終端14、 15和蓋子70的突出長度要高,假 定蓋子70的終端14、 15之間的距離現(xiàn)在比圖5中描述的開放式外殼 21的開口要小。
      圖12是在蓋子70被放在圖5中的開放式外殼21內(nèi)之前的圖7中 蓋子70的橫截面圖。如上面提到的,這個彎曲和受應力的蓋子70的 終端14和15之間的距離現(xiàn)在比圖5中的開放式外殼21的開口要小。 因此,蓋子70可以分別在圖8和圖10中的工具45或55的輔助下,放 入圖13描述的開放式外殼21的開口中。
      圖13是用圖12中的蓋子70封閉的外殼21的開口的橫截面圖。從 分別在圖8和圖10描述的工具45或55中釋放出來的預受應力蓋子70 將自己沿箭頭G的方向再彎曲。蓋子70適合于外殼21的壁20的接收 元件32。此外,蓋子70現(xiàn)在通過外殼21中的多個支撐元件22支撐, 為了改善對半導體芯片43中產(chǎn)生的熱量的散熱,多個支撐元件22將 村底24相對于底座23推壓。
      圖14是外殼21被蓋子70封閉之后的功率模塊71的橫截面圖。既 然蓋子70是沿相對于它在插入外殼21之前的未受應力位置的相反方 向彎曲,蓋子70現(xiàn)在向支撐元件22箭頭H方向擠壓,向外殼21的 壁20上的接收元件32沿箭頭I的方向擠壓。在外殼里,具有至少一個 半導體芯片43的不同的功率電路被設置。這個半導體芯片43可以被 放在絕緣襯底24上的導電電路線或軌道上,絕緣襯底24固定到形成 外殼21的底面36的底座23上。
      圖15示出了沒有接頭、密封和外殼的基本模塊裝置。圖15的層 沒有按照比例。底座23由銅或者銅合金制成。底座23放置在散熱片 37上,散熱片37有多個冷卻片58來散熱。絕緣的襯底24通過第一層 焊料59固定在底座23上。導電連接軌道40放在襯底的表面41上。功 率半導體43通過焊料的第二層62固定在軌道40上。這個半導體芯片43是例如通過鋁焊接線與導電連接軌道40的接觸焊盤63電連接的。 這個絕緣的襯底24可以由陶瓷板材料制成,在這些材料上在表面41 和42上都鍍銅。
      圖16示出了有接頭、樹脂和外殼的封裝的基本模塊裝置81,包含 了穿過作為頂蓋的模塊外殼80的功率終端26。而且,基本的模塊包含 印刷電路板64,用于相互連接內(nèi)部的驅動終端65。在印刷電路板64 和頂蓋80之間,可選擇地放置了例如環(huán)氧樹脂制成的硬密封件68?;?本模塊裝置81包含第一襯底66和第二村底67。支撐元件22被放置在 襯底66和67之間。襯底66和67都被放置和焊接在由銅或鋁硅碳化物 或金屬陶瓷材料制成的基板上。印刷電路板64和底座23之間的空間 由軟密封件69填充。
      圖17是另一個功率模塊91的詳細橫截面圖。功率終端26穿過蓋 子90的通孔16放置,并且與外殼21中的套筒25相接觸。這些套筒 21與接觸焊盤63相連接。從接觸焊盤63,焊接線27接觸到焊接在襯 底24上的至少一個半導體芯片43的表面上的結合焊盤。村底24通過 底座23的表面35上焊料層進行固定。
      盡管特定的實施例在這里被描述和說明,但是本領域技術人員將 會意識到,可以用很多替換和/或相等同的實現(xiàn)來代替所示和所描述的 特定實施例,而不偏離本發(fā)明的范圍。本申請旨在覆蓋這里討論的特 定實施例的任何改造或變化。因此,本發(fā)明只應由權利要求及其等價 物所限定。
      權利要求
      1、一種功率模塊,包括具有多個接收元件的外殼;支撐元件;安裝在支撐元件上的彈性形變的蓋子,使得該蓋子被多個接收元件和支撐元件變形;和附著到外殼并且承載半導體芯片的襯底。
      2、 根據(jù)權利要求l的功率模塊,其中半導體芯片至少包括下面組 中之一整流器、絕緣柵雙極晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體 管、雙極晶體管、結型場效應晶體管、肖特基二極管和半導體閘流管。
      3、 根據(jù)權利要求1的功率模塊,其中接收元件包括下面組中之一 限制裝置、突出部分和凹陷部分。
      4、 根據(jù)權利要求1的功率模塊,其中支撐元件是包括矩形塊的支柱。
      5、 根據(jù)權利要求l的功率模塊,其中支撐元件是安裝在與接收元 件側相對的蓋子一側的另一突出部分。
      6、 根據(jù)權利要求l的功率模塊,其中蓋子包括具有至少一個開口 的金屬材料。
      7、 根據(jù)權利要求l的功率模塊,其中蓋子的形狀通常包括下面組 中之一矩形和圓形。
      8、 根據(jù)權利要求l的功率模塊,其中多個導電連接軌道被安裝在 絕緣村底表面上,其中多個導電連接軌道包括鋁材料或銅材料,并且 其中半導體芯片被安裝在導電連接軌道上。
      9、 根據(jù)權利要求8的功率模塊,進一步包括被安排在半導體芯片 和導電連接軌道之間的并且將半導體芯片電連接到導電連接軌道的焊 接材料。
      10、 一種功率模塊,包括 有多個突出部分的框架; 被安排在該框架中的至少一個支柱;彈性形變的蓋子,其被安裝為使得蓋子的至少一個支柱被多個突 出部分和至少一個支柱限制;至少一個電絕緣襯底,被附著到框架上并且具有至少一個導電連接軌道;和半導體芯片,被安裝在至少一個導電連接軌道上。
      11、 根據(jù)權利要求10的功率模塊,其中框架和蓋子之一包含金屬 材料,并且蓋子包含至少一個開口。
      12、 根據(jù)權利要求10的功率模塊,其中功率模塊進一步包括在電 絕緣襯底表面上的多個導電連接軌道,這些導電連接軌道包含鋁材料 或者銅材料。
      13、 根據(jù)權利要求10的功率模塊,進一步包含被安排在半導體芯 片和導電連接軌道之間的焊接材料,該焊接材料將半導體芯片與導電 連接軌道電連接,其中至少一個支柱具有部分矩形塊的形狀。
      14、 一種功率模塊,包括 具有多個接收元件的框架; 至少一個支撐元件;彈性形變的蓋子,其被安裝在至少一個支撐元件上,使得蓋子被 多個接收元件和至少一個支撐元件限制;和 附著到外殼上的至少一個電絕緣襯底。
      15、 根據(jù)權利要求14的功率模塊,其中框架和蓋子之一包含金屬 材料,并且蓋子包含至少一個開口。
      16、 根據(jù)權利要求14的功率模塊,其中接收元件是突出部分和凹 陷部分之一,并且其中支撐元件是突出部分,該突出部分安裝在與接 收元件側相反的蓋子的一側上。
      17、 根據(jù)權利要求14的功率模塊,其中支撐元件是呈部分矩形塊 形式的支柱。
      18、 根據(jù)權利要求14的功率模塊,其中至少一個導電連接軌道被 安裝在襯底上,至少一個導電連接軌道包含鋁材料。
      19、 根據(jù)權利要求14的功率模塊,進一步包括 安裝在導電連接軌道上的半導體芯片;和 被安裝在半導體芯片和導電連接軌道之間的焊接材料; 其中焊接材料是與半導體芯片和導電連接軌道接觸的。
      20、 一種功率模塊,包括 框架;至少一個附著到框架的襯底; 鄰近框架的蓋子;鄰近框架用于支撐蓋子的支撐裝置;和 用于將蓋子彈性形變的限制裝置。
      21、 根據(jù)權利要求20的功率模塊,其中蓋子和框架之一包含金屬 材料,并且蓋子包含至少一個開口。
      22、 根據(jù)權利要求20的功率模塊,其中限制裝置是突出部分和凹 陷部分之一。
      23、 根據(jù)權利要求20的功率模塊,其中支撐裝置是安裝在與限制 裝置側相反的蓋子一側上的突出部分。
      24、 根據(jù)權利要求20的功率模塊,其中支撐裝置是具有部分矩形 塊形狀的支柱。
      25、 根據(jù)權利要求20的功率模塊,進一步包括焊接在導電連接軌 道上的半導體芯片,其中多個導電連接軌道安裝在絕緣襯底的表面上, 其中導電連接軌道包括鋁材料或者銅材料。
      26、 一種組合功率模塊的方法,包括 提供包含多個接收元件的外殼; 在這個外殼中提供承載半導體芯片的襯底; 提供支撐元件;和在支撐元件上安裝受彈性應力的蓋子,釋放蓋子使得受彈性應力 的蓋子被支撐元件和多個接收元件限制。
      27、 根據(jù)權利要求1的方法,進一步包括在襯底表面上提供多個 導電連接軌道。
      28、 根據(jù)權利要求2的方法,進一步包括在導電連接軌道上提供 焊接材料。
      29、 根據(jù)權利要求3的方法,進一步包括在焊接材料上提供半導體芯片。
      30、 根據(jù)權利要求4的方法,進一步包括利用焊接材料將半導體 芯片電連接到導電連接軌道上。
      31、 一種方法,包括提供框架,在該框架上具有突出部分;在框架內(nèi)安裝至少一個電絕緣襯底;該襯底具有導電連接軌道;在焊接材料上安裝功率半導體; 在框架里面安裝至少一個支柱; 在至少一個支柱上安裝變形的可彈性形變的蓋子;和 釋放蓋子,使得彈性形變的蓋子被至少一個支柱和多個突出部分 所限制。
      32、 根據(jù)權利要求6的方法,進一步包括在導電連接軌道上提供 焊接材料。
      33、 根據(jù)權利要求6的功率模塊,其中安裝支柱包括將支柱形成 為矩形塊。
      34、 根據(jù)權利要求6的功率模塊,進一步包括與接收元件相反側 的蓋子一側上安裝多個突出部分。
      35、 一種方法,包括 提供具有接收元件的框架; 在框架中安排至少一個電絕緣襯底; 提供至少一個支撐元件;在至少一個支撐元件上安裝彈性形變的蓋子;和 釋放蓋子,使得彈性形變的蓋子被至少一個支撐元件和多個接收 元件所限制。
      36、 根據(jù)權利要求10的方法,進一步包括在絕緣襯底的表面上提供多個導電連接軌道。
      37、 根據(jù)權利要求ll的方法,進一步包括在導電連接軌道上提供 焊接材料。
      38、 根據(jù)權利要求12的方法,進一步包括在焊接材料上提供半導體芯片。
      39、 根據(jù)權利要求13的方法,進一步包括將半導體芯片通過焊接 材料與導電連接軌道電連接。
      全文摘要
      功率半導體模塊。一種裝置包含具有多個限制元件和至少一個支撐元件的框架。蓋子通過多個限制元件和至少一個支撐裝置而彈性形變。在這個框架中提供了承載至少一個半導體芯片的至少一個襯底。
      文檔編號H01L25/00GK101459164SQ200810166470
      公開日2009年6月17日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權日2007年10月18日
      發(fā)明者B·斯佩克特, G·弗伯 申請人:英飛凌科技股份公司
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