專利名稱：豎直向上接觸的半導(dǎo)體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種豎直向上接觸的半導(dǎo)體，以及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下，已知利用沖壓格柵焊接DCB (direct copper bonds直接敷銅)，其由模塑材料覆蓋，并包括橫向布置在封裝(即、半 導(dǎo)體、承載半導(dǎo)體及其模塑材料的引線框架)上的線路。
引線框的電連接部分地從電路的中心引出到邊緣。
為了實(shí)現(xiàn)帶電部件(鍵合線、半導(dǎo)體和印刷導(dǎo)體)之間的高度電絕 緣并獲得非常高的機(jī)械穩(wěn)定性或堅(jiān)固，如果封裝由硬質(zhì)塑料材料圍繞， 可以獲得這些產(chǎn)品。
該制造技術(shù)包括通過轉(zhuǎn)移模制將硬質(zhì)塑料、堅(jiān)硬的、玻璃狀聚合材 料(例如Henkel Loctite Hysol)完全填充模體的體積。對(duì)于單獨(dú)的半導(dǎo) 體部件(像ST-Microelectronics IRF-540的TO 220外殼模具)和US 2005/0067719 Al中所示的晶體管組是這種情況。
另外對(duì)于基板組， 一些產(chǎn)品還圍繞安裝的減熱板，例如Mitsubishi的 DIP-IPM ( "A new Version Intelligent Power Module for High Performance Motor Control"; M. Iwasaki等；Power Semiconductor Division, Mitsubishi, Japan ) 。
( DIP指雙列直插式封裝(Dual Inline Package)而IPM指 智能功率模塊(Intelligent Power Module ))。
這種部件組的最經(jīng)常的部件形式是單列直插式封裝和雙列直插式封 裝(SIP和DIP),例如Mitsubishi的DIP形式的DIP - IPM PS20341G 或者SIP形式的Mitsubishi SIP-IPM PS-21661 。
通常的制造技術(shù)包括利用硬質(zhì)塑料材料填充兩個(gè)模具半部之間的中 空部。通常，包括印刷導(dǎo)體和觸點(diǎn)的沖壓格柵插在兩個(gè)模具半部之間。 該沖壓格柵僅用于內(nèi)部連接和外部連接的引導(dǎo)。關(guān)于此點(diǎn)，半導(dǎo)體或者放置在絕緣引線框(DCB、 IMS或者PCB)上，或者在非絕緣的沖壓格 柵上。
該現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于為了增加可獲得功率，通常必須并聯(lián)數(shù)個(gè) SIP/DIP功率部件組。當(dāng)使用一個(gè)或多個(gè)電相位時(shí)，這些并耳關(guān)的凄丈個(gè) SIP/DIP部件組應(yīng)當(dāng)彼此靠近地布置。沖壓格纟冊(cè)觸點(diǎn)形式的側(cè)向延伸的觸 點(diǎn)因而將需要模塊體周圍另外的空間。
并聯(lián)的部件組通常通過焊接或螺紋聯(lián)接連接到條形導(dǎo)體，已知為 軌。該聯(lián)接技術(shù)需要模塊體級(jí)別的另外的空間。這兩因素導(dǎo)致相對(duì)長(zhǎng)的 導(dǎo)體路徑，尤其是高電流電源和高電流出口的。然而，以復(fù)雜幾何形狀
形成的長(zhǎng)軌導(dǎo)致并聯(lián)模塊之間的寄生電感，這會(huì)對(duì)半導(dǎo)體的尺寸和可獲 得的切換頻率產(chǎn)生不利影響。
因而，由于連接對(duì)于封裝側(cè)向空間的要求，現(xiàn)有技術(shù)不允許緊湊的 側(cè)向排列。從封裝中心到?jīng)_壓格柵邊緣的印刷導(dǎo)體所需的另外的空間意 味著在該區(qū)域中形成連接是不可能的，并且除安裝元件與電開關(guān)的交叉 之外，還存在高寄生電感的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供具有改進(jìn)條件的模塊。
根據(jù)本發(fā)明，其由主權(quán)項(xiàng)的特征解決。從權(quán)項(xiàng)描述了有利的本發(fā)明 的實(shí)施例和制造這些模塊的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種具有引線框的向上接觸半導(dǎo)體包括基板、布 置在基板上的半導(dǎo)體和電觸頭，其中觸頭形成為向上的導(dǎo)體。方向"向 上"是與基板側(cè)相反的方向。
具體地，接觸體應(yīng)設(shè)計(jì)成具有變形區(qū)域的彈性金屬舌狀體，其尤其 用于確保在傳遞模塑期間，金屬舌狀件彈性地靠在模具內(nèi)側(cè)，因而最后 與內(nèi)側(cè)對(duì)齊，從而沒有模塑材料會(huì)阻止接觸。這使得最后，嵌在模塑材 料中的金屬舌狀件更穩(wěn)定，且接觸體的上側(cè)與模塑材料的上側(cè)齊平。
優(yōu)選的是，接觸體在它們的上端具有適合容納插頭的孔，其沒有模 塑材料(在模制期間，通過接觸模具邊緣或者被移除的型芯，盲孔保持 沒有模塑材料)。然而，模塑材料也可形成靠近接觸體上端的自由空間，其中設(shè)置插 入件。該模塑材料中的自由空間具有方插頭尺寸，接觸多個(gè)相鄰接觸 體。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊可以包括彈性接觸體以及模塑材料中的凹 部，所述彈性接觸體向上到模塑材料的上側(cè)，而半導(dǎo)體^t塊上側(cè)模塑材 料中的凹部向下到引線框。
一種制造半導(dǎo)體模塊的方法，該半導(dǎo)體模塊設(shè)置有模塑材料，包 括，在將模塑材料注模到引線框上方的空腔期間，接觸體的接觸表面彈 性地靠在上模具上，以防止接觸體接觸表面被絕緣的模塑材料覆蓋。
在用于容納插頭體的實(shí)施例中，在將模塑材料注模到引線框上方的
家腔期間，可處理-圭或者Teflon的犧牲體可以靠近至少上才莫具插入，位 于引線框和上模具之間。
在將模塑材料注模到引線框上方的空腔期間，該犧牲體可移除地圍 繞一個(gè)或多個(gè)接觸體，并然后在模制之后移除。
以封裝技術(shù)制造的、功率模塊的需要接觸位于模塊體的上側(cè)或者至' 少設(shè)計(jì)有可從上側(cè)接觸的表面。模塊體的上側(cè)是功率模塊與基板側(cè)相反 的表面。關(guān)于此點(diǎn)，經(jīng)典的沖壓格柵不再靠近模具以形成連接。
連接通過位于引線框上的接觸體形成，因而執(zhí)行三倍功能
* 觸點(diǎn)攜帶電流從引線框或者從沖壓格柵通過圍繞體到功率模 塊的上側(cè)
* 接觸體具有在封閉模具時(shí)彈性抵靠的彈性結(jié)構(gòu)，且該彈性結(jié) 構(gòu)與表面對(duì)齊。該彈性確^床
-封裝模制期間，引線框厚度的典型尺寸公差，接觸體或者多 個(gè)沖壓格柵在接觸封閉上模具后被移除
-彈性結(jié)構(gòu)在引線框上施加力，然后其壓向下模具，因而防止 塑料到達(dá)其下方
參 接觸體設(shè)計(jì)成，它們的上側(cè)允許到相對(duì)接觸的張力鎖定的、 形狀配合的或者的物質(zhì)配合連接的形成。 -這種連接是螺紋連接(接觸體然后例如具有螺母的功能) -光滑表面允許點(diǎn)焊、線鍵合或者超聲波摩擦焊或者壓力燒結(jié)，
_按壓連接包括在相對(duì)接觸側(cè)上的銷和較小的孔，在深度插入 之后，該連接形成冷焊接(例如方銷在圓孔中)。


從以下優(yōu)選實(shí)施例的說明可看到本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)和特征。圖中
顯示
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的模制體的橫截面，具有引線框，和帶安裝 的觸點(diǎn)體的半導(dǎo)體；
圖2顯示了另一模制體的橫截面，具有引線框、帶不同幾何形狀的 安裝的觸點(diǎn)體的半導(dǎo)體，其允許經(jīng)由螺紋或按壓連接的連接；
圖3顯示了模制體的橫截面，具有引線框、具有安裝觸點(diǎn)體的半導(dǎo) 體并通過犧牲體在模制體積中產(chǎn)生用于插頭連接的自由空間；
圖4顯示了根據(jù)圖3的模制體的俯視圖5顯示了根據(jù)圖3的模制體，具有另外形成的空間，用于通過點(diǎn) 焊、線鍵合或超聲波摩擦焊接觸引線框上的表面；
圖6顯示了根據(jù)圖5的模制體，可以沿橫向方向?qū)崿F(xiàn)接觸表面；
圖7顯示了根據(jù)圖6的模制體的俯視圖，具有帶安裝觸點(diǎn)體的引線 框，并利用塑性彈性犧牲體(例如Teflon)在模制體積中具有自由空 間，允許在引線框或者沖壓格柵上的直接連接，并有機(jī)會(huì)到達(dá)橫向方向 上的接觸表面(例如超聲波悍接臂、線鍵合模具)；
圖8顯示了數(shù)個(gè)在共同冷卻體和共同軌道水平(總線軌道水平)上 的數(shù)個(gè)模制體的橫截面；
圖9顯示了共同冷卻體上的數(shù)個(gè)模制體模塊的橫截面，像圖8 — 樣，但具有安裝的并螺紋連接的軌道水平；
圖10顯示了在共同的冷卻體上的數(shù)個(gè)模制體模塊的橫截面，像圖8 或9中一樣，但具有另外的夾緊裝置，其在模塊體之間產(chǎn)生垂直安裝力 并4吏體的導(dǎo)熱表面壓向冷卻體；和
圖11顯示了另外的選4爭(zhēng)，其中在才莫制體中折疊的觸點(diǎn)體到達(dá)其上側(cè) (左)或排除區(qū)域(右)。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了向上接觸引線框，用于功率電子半導(dǎo)體，諸如陶資或金 屬核心導(dǎo)體板或者沖壓格柵導(dǎo)體，其必須由硬化材料封裝來保護(hù)，所述
向上接觸？ 1線框在封裝注射期間按壓向模具底部。按壓防止絕熱塑性材 料注射到引線框底側(cè)下面(多重注塑)。
圖1顯示了由鍵合線連接的半導(dǎo)體，其下方是印刷銅導(dǎo)體12，絕緣
陶瓷層28，且其下方是用于散熱的銅層。接觸體16通過任意連接技術(shù)配 合在基板銅導(dǎo)體12上，并且有利地，包括在其印刷銅導(dǎo)體12上的足部 和其接觸表面24 (模制后可以連接到)之間的直線區(qū)域20,當(dāng)接觸表面 24加載期間被按壓時(shí)，該直線區(qū)域20可彎曲。為了不^f又避免接觸表面下 的注塑，還覆蓋接觸表面，在模制期間這是基本的。當(dāng)然，接觸也可以 在另外的切割步驟中隨后實(shí)現(xiàn)；然而這是可以避免的步驟。
以封裝技術(shù)制作的功率模塊的需要的觸點(diǎn)24全部布置在模塊體40 的上側(cè)，或者制作成表面可以從上方接觸。
接觸體20、 28的幾何變量是銷連接(陽性)在模塊體40上部區(qū)域 中的形成，從而具有數(shù)個(gè)觸頭的插座(陰性)(未顯示)可以被插入。 在此情況下彈性元件不是必須的，因?yàn)樾枰硗獾牟迦爰?犧牲體)， 例如阻熱的Teflon或者可移除的硅樹脂，這一方面產(chǎn)生插頭腔，另一方 面平衡其塑性產(chǎn)生的尺寸公差。在封裝模制后，移除插入件并在模制體 10中形成插頭體積。以此方式，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)功率連4妄和一組功率連接 和控制連接。
插入件的另一實(shí)施例是模制體體積10到引線框或者沖壓格柵(其形 成印刷銅導(dǎo)體12)的凹部，從而通過外部觸點(diǎn)(軌電平(railing level))或通過打線接合可產(chǎn)生連接。
從上方接觸和數(shù)個(gè)部件組(例如用于控制三相電才幾的B6-橋)插入 單個(gè)半橋中允許部件組的非常緊密的配合以及軌板的共同接觸。因而， 軌板可經(jīng)由非常短且非常低電感的印刷導(dǎo)體電接觸單個(gè)模塊體。如果需 要，該軌板也可攜帶用于控制的電部件、傳感器(例如電流測(cè)量)和保 護(hù)性形狀(圖8和9)。一個(gè)變量是利用夾緊裝置夾緊軌板，用于軌板與模塊體(包括觸 點(diǎn))強(qiáng)化的、形狀配合的壓力接觸，以及模塊體與冷卻體的強(qiáng)化的、形 狀配合的壓力接觸。這可以防止振動(dòng)，并得到電和熱接觸水平的安全連 接。
圖1顯示了模塊體40的橫截面，帶引線框12、具有配合的接觸體 16的半導(dǎo)體14,允許通過壓力接觸的連接。接觸體具有有角的、Q形 狀，兩個(gè)足部和兩個(gè)腿部通過傳統(tǒng)的固定技術(shù)(焊接等)固定在電路載 體上，所述足部和腿部另外通過限定的彎曲以改進(jìn)的方式彈性地抵靠， 并終止于上面向外的平面區(qū)域24連接兩個(gè)臂，用于最初接觸(在利用模 塑材料10的模制期間)模具的內(nèi)表面，然后是接觸元件。
圖2顯示了另一選擇，代替與彈性腿部連接的平面區(qū)域，具有另外 的螺紋26，用于通過螺紋安裝的觸點(diǎn)連接。代替螺紋，選擇性地，可以 設(shè)置孔或方孔，用于通過帶角度或利用帶角度孔-圓銷的壓力接觸，其 尺寸為略超過開口以產(chǎn)生在凹部中牢固的保持。
圖3顯示了模制體40的橫截面，具有引線框12、具有配合的接觸體 16的半導(dǎo)體14,和通過塑料彈性犧牲體(例如Teflon)從體積中排除模 塑材料，以產(chǎn)生用于插頭連接的空間。產(chǎn)生的空間內(nèi)的銷28然后可以由 插頭(未顯示)接觸。圖4是該模制體的俯視圖，其中可以看到多個(gè)螺 紋或盲孔26和銷28 -圖3中順序排列。
圖5顯示了這種塑料彈性犧牲體(例如Teflon)也可使模塑材料10 凹進(jìn)，以產(chǎn)生用于直接連接在引線框或沖壓才各柵上的連接的空間50。
進(jìn)一步，圖6顯示了用于直接在引線框上或沖壓格柵上的連接的空 間也可以在沿橫向方向接觸下連接，如果模塑材料10填充模制體40到 邊緣。當(dāng)然，模塑材料也可隨后被移除，如果模制期間殘留太多模塑材 料。然而，由于后續(xù)處理所需的工作，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過插入件的正 確尺寸形狀而免除這種后續(xù)處理。
圖7顯示了圖6的半導(dǎo)體模塊的俯視圖，具有用于在引線框上或沖 壓格柵上直接連接的空間，并有機(jī)會(huì)沿橫向方向到達(dá)接觸表面(例如利 用超聲波焊接臂或者線鍵合工具)。
最后，圖8顯示了共同冷卻體和共同軌道水平(總路線軌道水平)上的數(shù)個(gè)模制體模塊的橫截面。選擇地，軌道水平(railing level)也可攜 帶用于控制的控制元件和對(duì)才莫制體中的功率部件的保護(hù)功能。選擇地， 經(jīng)過圖1-7的螺紋、插頭或夾緊連接產(chǎn)生接觸。圖9與圖8相似；然 而，圖8中單獨(dú)顯示的軌道水平90現(xiàn)在裝上并連接到模塊。圖10又顯 示了圖9的實(shí)施例，然而，具有另外的夾緊裝置94，引起^t塊體之間的 豎直安裝力并朝冷卻體按壓體的導(dǎo)熱表面。每一夾緊裝置94和軌道板之 間布置有彈性元件92以傳遞力。因而，產(chǎn)生夾緊力的均勻分配。
最后，圖ll顯示了另一選擇，其中接觸體折疊在模制體中，并直到 其上側(cè)(左)或排除區(qū)域(右)。這些接觸體也可設(shè)計(jì)為彈性的(未顯 示)。關(guān)于此點(diǎn)，部分在半導(dǎo)體下方的銅層帶(112)纟皮折疊以形成垂直 接觸，其形成模制產(chǎn)生的模塊的上側(cè)上的壓力或鍵合接觸表面(114、 124)。在圖11中，如在圖6中一樣，在右區(qū)域可見的接觸表面124設(shè) 計(jì)成可以切割或者優(yōu)選地通過模制期間的插入件到達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種豎直向上的接觸半導(dǎo)體模塊，具有包括基板的引線框、布置在基板上的半導(dǎo)體和電觸頭，其特征在于，所述觸頭從導(dǎo)線層開始形成為與位于所述導(dǎo)線層之下的基板側(cè)面相反的、向上指向的導(dǎo)電接觸體(16；28)，所述觸頭至少部分地位于圍繞所述半導(dǎo)體的包封式模塑材料中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述接觸體設(shè)計(jì)成 具有彎曲區(qū)域的彈性金屬舌狀件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述接觸體 (16; 28)嵌在模塑材料中，所述接觸體(16; 28)的上側(cè)與所述模制表面齊平地封閉。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述接 觸體(16)在它的上端包括適于容納插頭的盲孔，所述盲孔無模塑材 料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述模塑材料在接 觸體(28)的上端附近形成自由空間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述模塑材料中的 所述自由空間具有直角的、接觸多個(gè)相鄰銷狀接觸體(28)的插頭的尺 寸。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，彈性的 接觸體(16)設(shè)置成向上到達(dá)所述模塑材料上側(cè)，而在半導(dǎo)體模塊上側(cè) 的才莫塑材料中的凹部(50)設(shè)置成向下到達(dá)銅導(dǎo)電跡線U2; 112)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，部分位于所述半導(dǎo)體下方的銅層(112)的帶(110)被折疊以形成豎直接觸 部，所述豎直接觸部形成由模制產(chǎn)生的模塊上的壓力接觸表面或鍵合接觸表面(114; 124)。
9. 一種制造根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊的方法，該半 導(dǎo)體模塊帶有模塑材料，其特征在于，在將模塑材料注入引線框上方空 間期間，接觸體的接觸表面彈性地靠在上模具上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在將模塑材料注入引線 框上方的空間期間，可處理的硅或者Teflon的犧牲體插在引線框和上才莫 具之間以至少靠在上模具上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，在將模塑材料注入 引線框上方的空間期間，所述犧牲體可移除地圍繞一個(gè)或數(shù)個(gè)接觸體并 在模制后被移除。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求9-11中的一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在注 模之前，部分位于所述半導(dǎo)體下方的銅層(112)的條^L折疊以形成豎直 接觸部，所述豎直接觸部形成由模制產(chǎn)生的模塊的上的壓力接觸表面或 鍵合接觸表面(114; 124)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有引線框的豎直向上接觸半導(dǎo)體，包括基板，布置在基板上的半導(dǎo)體，和電觸頭，該觸頭形成為從基板在連接平面下方一側(cè)突起的接觸體，該觸頭至少部分地位于圍繞半導(dǎo)體的注入模塑材料中。
文檔編號(hào)H01L23/48GK101615601SQ20091013989
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者M·科克, R·埃澤勒 申請(qǐng)人:丹福斯矽電有限責(zé)任公司