專利名稱：按照壓力接觸方式實(shí)施的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照壓力接觸方式實(shí)施的、設(shè)置在冷卻構(gòu)件上的功率半導(dǎo)體模
塊，所述功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)襯底以及具有壓力裝置，在所述襯底上設(shè)有功率半導(dǎo)體器件，所述壓力裝置用于使所述功率半導(dǎo)體器件在所述至少一個(gè)襯底上壓力接觸導(dǎo)通，并且用于將所述至少一個(gè)襯底以導(dǎo)熱的方式設(shè)置在所述冷卻構(gòu)件上。
背景技術(shù)：
這種功率半導(dǎo)體模塊以各種構(gòu)造方式為人所知。例如DE 101 21970 B4描述了一種按照壓力接觸方式實(shí)施的功率半導(dǎo)體模塊。這種已知的功率半導(dǎo)體模塊包括殼體；陶瓷襯底；適于電路地設(shè)置在該陶瓷襯底上的結(jié)構(gòu)化的且導(dǎo)電的接觸面；設(shè)置在該導(dǎo)電接觸面上的器件；至少一個(gè)電連接這些器件的柔性印刷電路板；由柔性蓄能器及產(chǎn)生壓力的壓板組成的壓力裝置；以及電源接頭和控制接頭，其中，為了這些器件的彼此絕緣，而設(shè)置有柔性的絕緣材料，并且柔性印刷電路板通過凸耳狀凸起部與這些器件和/或與襯底接觸面的壓力接觸導(dǎo)通以如下方式形成，即，在借助于壓力裝置施加壓力時(shí)形成可靠的導(dǎo)電連接。功率半導(dǎo)體模塊的器件可以是功率二極管、功率晶閘管、功率晶體管等。 例如同樣由DE 102006006425A1公知一種按照壓力接觸方式實(shí)施的、設(shè)置在冷卻構(gòu)件上的功率半導(dǎo)體模塊。 在已知的功率半導(dǎo)體模塊中，壓力裝置用于向至少一個(gè)襯底和/或向功率半導(dǎo)體器件施加壓力。已知功率半導(dǎo)體模塊的壓力裝置不是設(shè)置用來導(dǎo)熱的，而僅冷卻構(gòu)件是設(shè)置用來導(dǎo)熱的，功率半導(dǎo)體模塊的至少一個(gè)襯底設(shè)置在所述冷卻構(gòu)件上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于如下任務(wù)，S卩，完成開頭所述類型的功率半導(dǎo)體模塊，在這種功率半導(dǎo)體模塊中，對于功率半導(dǎo)體器件的冷卻方案得到改善。 根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征以如下方式來解決，即，將所述壓力裝置構(gòu)造為主動式冷卻裝置。 在根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊中，不僅至少一個(gè)襯底的其中一側(cè)上的冷卻構(gòu)件充當(dāng)導(dǎo)熱元件而且功率半導(dǎo)體模塊的遠(yuǎn)離冷卻構(gòu)件的側(cè)上的壓力裝置也充當(dāng)導(dǎo)熱元件，從而本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊能夠以較大的功率運(yùn)行。另一優(yōu)點(diǎn)在于，由于冷卻的改善，也延長了本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊的使用壽命。必要時(shí)，利用本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊，對安裝可行性更為有利，這是因?yàn)橛捎诶鋮s構(gòu)件可以小體積地構(gòu)造，所以根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的安裝空間可以更小。 在本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊中，冷卻介質(zhì)可以穿流所述壓力裝置的所述主動式冷卻裝置。所述壓力裝置的主動式冷卻裝置的冷卻介質(zhì)可以是冷卻液。所述冷卻液例如可以是水和乙二醇的混合物。 同樣可行的是所述壓力裝置的所述主動式冷卻裝置具有如同在筆記本電腦和個(gè)人電腦中應(yīng)用的導(dǎo)熱管(Heatpipe)。 在本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊中，所述壓力裝置的所述主動式冷卻裝置設(shè)置用于使接觸元件壓力與所述功率半導(dǎo)體器件和/或與所述至少一個(gè)襯底的所述電路結(jié)構(gòu)壓力接觸導(dǎo)通，和/或用于使負(fù)載連接元件與所述至少一個(gè)襯底的所述電路結(jié)構(gòu)壓力接觸導(dǎo)通。在此，接觸元件可以設(shè)置在柔性印刷電路板上，類似于在開頭引用的DE 101 21 970 B4中所描述的那樣。這些負(fù)載連接元件可以分別具有與至少一個(gè)襯底平行的帶狀段，從所述帶狀段伸出接觸腳，如在同樣在開頭引用的DE 102006 006 425 Al中描述的那樣。這些連接元件以如下方式設(shè)置，即，這些連接元件的接觸腳全部伸向相同方向。 本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊的所述壓力裝置的主動式冷卻裝置可以構(gòu)成橋式元件(Brilckenelement)，所述橋式元件與壓板和彈性壓力蓄能器組合，其中，所述壓板與所述冷卻構(gòu)件以機(jī)械的方式夾緊(verspannen)。 不依賴于各種特別構(gòu)造方案地，本發(fā)明功率半導(dǎo)體模塊具有在兩側(cè)冷卻因而改善冷卻的優(yōu)點(diǎn)，從而所述功率半導(dǎo)體元件能夠以較高的功率運(yùn)行，其中，該優(yōu)點(diǎn)引起的另一優(yōu)點(diǎn)是，該功率半導(dǎo)體器件的使用壽命比較長。


由對根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的在附圖中示意性示出的實(shí)施例的以下說明得到其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中，理解為本發(fā)明并不受限于示意性示出的實(shí)施方式，而是由權(quán)利要求來確定。
其中 圖1以示意性剖面圖示出功率半導(dǎo)體模塊的第一實(shí)施方式， 圖2以類似于圖1的示意性剖面圖示出功率半導(dǎo)體模塊的第二實(shí)施方式，以及 圖3以類似于圖1和圖2的示意性剖面圖示出功率半導(dǎo)體模塊的第三實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
圖1示出按照壓力接觸方式實(shí)施的、設(shè)置在冷卻構(gòu)件12(部分示出)上的功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)實(shí)施方式。功率半導(dǎo)體模塊10具有襯底14，襯底14是直接敷銅件(DCB)(Direct Co卯er Bonding)。襯底14在一側(cè)大面積地具有金屬層16。在襯底14的對置的另一側(cè)上設(shè)置有結(jié)構(gòu)化的金屬層，也就是電路結(jié)構(gòu)18。將功率半導(dǎo)體器件20設(shè)置在電路結(jié)構(gòu)18上。為了將功率半導(dǎo)體器件20與電路結(jié)構(gòu)18壓力接觸導(dǎo)通而設(shè)置有柔性印刷電路板22，柔性印刷電路板22具有觸頭24。柔性印刷電路板22借助于壓力裝置26壓向功率半導(dǎo)體器件20以及壓向襯底14的電路結(jié)構(gòu)18，以使得功率半導(dǎo)體器件20在襯底14上壓力接觸導(dǎo)通。同時(shí)，壓力裝置26用于將襯底14以導(dǎo)熱的方式設(shè)置在冷卻構(gòu)件12上。
將壓力裝置26構(gòu)造為主動式冷卻裝置28。出于此目的，主動式冷卻裝置28構(gòu)造有空腔30，輸入管路32通入該空腔30，并且輸送管路(Rohrleitung) 34從該空腔30通出。通過輸入管路32將冷卻介質(zhì)引入空腔30，該冷卻介質(zhì)是冷卻液。 功率半導(dǎo)體器件20的損耗熱量不僅在冷卻構(gòu)件12上輸出而且還在主動式冷卻裝置28上輸出，也就是說，處于空腔30中的冷卻液被加熱并且通過輸送管路34從主動式冷卻裝置28排出已加熱的冷卻液。同時(shí)，通過主動式冷卻裝置28的輸入管路32，將更新(frisch)的冷卻液送入。 構(gòu)成主動式冷卻裝置28的壓力裝置26形成橋式元件36，橋式元件36構(gòu)造有壓板 38和彈性壓力蓄能器40，其中，彈性壓力蓄能器40設(shè)置在壓板38與主動式冷卻裝置28之 間，并且壓板38與冷卻構(gòu)件12以機(jī)械的方式夾緊。這種機(jī)械的夾緊通過細(xì)的點(diǎn)劃線42示 意性示出。 圖2示出功率半導(dǎo)體模塊10的如下實(shí)施方式，該功率半導(dǎo)體模塊10與圖1所示 實(shí)施例的不同之處在于示出了負(fù)載連接元件44，所述負(fù)載連接元件44分別具有平行于襯 底14的帶狀段46以及從該帶狀段46伸出的接觸腳48。這些帶狀段46彼此是電絕緣的， 并且針對構(gòu)成主動式冷卻裝置28的壓力裝置26是電絕緣的。 相同的細(xì)節(jié)在圖2中采用與圖1相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)識，從而無需結(jié)合圖2再次 詳細(xì)描述所有細(xì)節(jié)。 圖3以類似于圖1和圖2的示意圖示出按照壓力接觸方式實(shí)施的、設(shè)置在冷卻構(gòu) 件12上的功率半導(dǎo)體模塊10的構(gòu)造方案。壓力裝置26與冷卻構(gòu)件12以機(jī)械的方式夾緊， 壓力裝置26具有壓板38、彈性壓力蓄能器40以及帶空腔30的橋式元件36。橋式元件36 構(gòu)成主動式冷卻裝置28，主動式冷卻裝置28例如壓到負(fù)載連接元件上，并且通過該負(fù)載連 接元件壓到功率半導(dǎo)體器件20上。在橋式元件36與功率半導(dǎo)體器件20之間設(shè)置有絕緣 層50，例如該絕緣層在DE 102005053400A1中所描述的那樣。 相同的細(xì)節(jié)在圖3中采用與圖1和圖2相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)識，從而無需結(jié)合圖 3再次詳細(xì)描述所有細(xì)節(jié)。參考標(biāo)記列表
10功率半導(dǎo)體模塊12功率半導(dǎo)體模塊10的冷卻構(gòu)件14功率半導(dǎo)體模塊10的襯底16襯底14上的金屬層18襯底14上用于功率半導(dǎo)體器件20的電路結(jié)構(gòu)20功率半導(dǎo)體器件22功率半導(dǎo)體模塊10的柔性印刷電路板24柔性印刷電路板22的觸頭26功率半導(dǎo)體模塊10的壓力裝置28壓力裝置26的主動式冷卻裝置30主動式冷卻裝置28中的空腔32空腔30的輸入管路34空腔30的輸送管路36 功率半導(dǎo)體模塊10的用于壓力裝置26的橋式元件38壓力裝置26的壓板40壓力裝置26的彈性壓力蓄能器42點(diǎn)劃線/壓板38與冷卻構(gòu)件12之間的機(jī)械夾緊44功率半導(dǎo)體模塊10的負(fù)載連接元件46負(fù)載連接元件44的帶狀段
48 負(fù)載連接元件44的接觸腳 50 橋式元件36與功率半導(dǎo)體器件20之間的絕緣層
權(quán)利要求
按照壓力接觸方式實(shí)施的功率半導(dǎo)體模塊，用于設(shè)置在冷卻構(gòu)件(12)上，所述功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)襯底(14)和壓力裝置(26)，在所述襯底(14)上設(shè)置有功率半導(dǎo)體器件(20)，所述壓力裝置(26)用于使所述功率半導(dǎo)體器件(20)在所述至少一個(gè)襯底(14)上壓力接觸導(dǎo)通，以及用于將所述至少一個(gè)襯底(14)以導(dǎo)熱的方式設(shè)置在所述冷卻構(gòu)件(12)上，其特征在于，將所述壓力裝置(26)構(gòu)造為主動式冷卻裝置(28)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，冷卻介質(zhì)穿流所述壓力裝置(26)的所述主動式冷卻裝置(28)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，所述主動式冷卻裝置(28)的所述冷卻介質(zhì)由冷卻液形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，所述壓力裝置(26)的所述主動式冷卻裝置(28)具有主動式空氣冷卻機(jī)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，所述壓力裝置(26)的所述主動式冷卻裝置(28)具有導(dǎo)熱管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，設(shè)置所述壓力裝置(26)的所述主動式冷卻裝置(28)，用于使接觸元件(24)在所述功 率半導(dǎo)體器件(20)及在所述至少一個(gè)襯底(14)的所述電路結(jié)構(gòu)(18)上壓力接觸導(dǎo)通，和 /或用于使負(fù)載連接元件(44)與所述至少一個(gè)襯底(14)的所述電路結(jié)構(gòu)(18)壓力接觸導(dǎo) 通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，將所述接觸元件(24)設(shè)置在柔性印刷電路板(22)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，所述負(fù)載連接元件(44)分別具有與所述至少一個(gè)襯底(14)平行的帶狀段(46)，接觸 腳(48)從所述帶狀段(46)伸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的功率半導(dǎo)體模塊， 其特征在于，所述壓力裝置(26)的所述主動式冷卻裝置(28)構(gòu)成橋式元件(36)，所述橋式元件 (36)與壓板(38)和彈性壓力蓄能器(40)組合，其中，所述壓板(38)與所述冷卻構(gòu)件(12) 以機(jī)械的方式夾緊。
全文摘要
介紹了一種按照壓力接觸方式實(shí)施的功率半導(dǎo)體模塊(10)，用于設(shè)置在冷卻構(gòu)件(12)上。該功率半導(dǎo)體模塊(10)具有至少一個(gè)襯底(14)，在所述襯底(14)上設(shè)置有功率半導(dǎo)體器件(20)。壓力裝置(26)用于使所述功率半導(dǎo)體器件(20)在所述至少一個(gè)襯底(14)上壓力接觸導(dǎo)通，以及用于從所述襯底(14)至冷卻構(gòu)件(12)的導(dǎo)熱。將所述壓力裝置(26)構(gòu)造為主動式冷卻裝置(28)。在根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊中，對于功率半導(dǎo)體器件的冷卻方案得到改善。
文檔編號H01L23/473GK101794742SQ20101000490
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者彼得·貝克達(dá)爾, 馬庫斯·克內(nèi)貝爾 申請人:賽米控電子股份有限公司