專利名稱：具有部分帶狀負(fù)載接頭元件的壓力接觸的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力接觸結(jié)構(gòu)(DruclikontaktausfUhrung)的、用于布置在冷卻部件上的功率半導(dǎo)體模塊。像例如由DE 197 197 03 Al公知的功率半導(dǎo)體模塊形成本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
這種功率半導(dǎo)體模塊按照普通的現(xiàn)有技術(shù)一般由殼體組成，該殼體帶有至少一個(gè)布置在該殼體內(nèi)的電絕緣的基底，優(yōu)選用于直接安裝在冷卻部件上?；讖乃欠矫嬗山^緣材料體組成，該絕緣材料體帶有多個(gè)處于該該絕緣材料體上面的、彼此絕緣的金屬的導(dǎo)電帶并且?guī)в刑幱谠摻^緣材料體上面并與這些導(dǎo)電帶符合線路要求地連接的功率半導(dǎo)體器件。此外，公知的功率半導(dǎo)體模塊具有用于外部負(fù)載和輔助接頭的接頭元件以及布置在內(nèi)部的連接元件。用于符合線路要求地內(nèi)部連接功率半導(dǎo)體模塊的這些連接元件通常構(gòu)成為引線接合部。同樣公知的是壓力接觸連通的功率半導(dǎo)體模塊，如在DE 10 2006 006 423 Al中公開的那樣。依據(jù)該文獻(xiàn)的功率半導(dǎo)體模塊具有壓力接觸結(jié)構(gòu)，用于功率半導(dǎo)體模塊與冷卻部件導(dǎo)熱連接。在這種功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)同樣布置有至少一個(gè)帶有功率半導(dǎo)體器件的基底。此外，功率半導(dǎo)體模塊具有殼體和導(dǎo)向外部的負(fù)載和控制接頭元件?；?，例如DCB (陶瓷覆銅板)基底，具有絕緣材料體，在該基底面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上布置有具有負(fù)載電位的導(dǎo)電帶。所公開的負(fù)載接頭元件在這里各自構(gòu)成為具有至少一個(gè)外部的接觸裝置、至少一個(gè)帶狀區(qū)段和從該帶狀區(qū)段伸出的觸腳的金屬成型體。相應(yīng)的帶狀區(qū)段平行于基底表面并與該基底表面相距開地布置。觸腳從帶狀區(qū)段延伸至基底并與該基底符合線路要求地接觸連通。為了在單個(gè)負(fù)載接頭元件之間電絕緣和傳導(dǎo)壓力，這些負(fù)載接頭元件在各自的帶狀區(qū)段的區(qū)域內(nèi)分別具有彈性的中間層。最后，DE 10 2007 003 587 Al公開了一種上述類型的功率半導(dǎo)體模塊，其中，壓力體布置在壓力裝置與不直接相鄰的另一負(fù)載接頭元件之間。在這種情況下，該壓力體的一部分穿過與壓力裝置直接相鄰的負(fù)載接頭元件并因此將壓力從壓力裝置直接施加到該另一負(fù)載接頭元件的壓力接收部位上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種同樣是壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊，其中，以簡單的方式進(jìn)一步改善將壓力導(dǎo)入到至少一個(gè)負(fù)載接頭元件上用于使至少一個(gè)負(fù)載接頭元件與基底的導(dǎo)電帶接觸連通。該目的依據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1特征的功率半導(dǎo)體模塊得以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中予以說明。本發(fā)明的思路從一種可以布置在冷卻裝置上的壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊
3出發(fā)，該功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底、布置在該至少一個(gè)基底上面的功率半導(dǎo)體器件(例如具有反并聯(lián)二極管的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管))、殼體和導(dǎo)向外部的負(fù)載和控制接頭元件?；鬃陨頌榇司哂薪^緣材料體并且在該基底的面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上具有帶負(fù)載電位的導(dǎo)電帶。此外，基底優(yōu)選還具有至少一個(gè)如下的導(dǎo)電帶，該至少一個(gè)導(dǎo)電帶具有用于控制功率半導(dǎo)體器件的控制電位。該功率半導(dǎo)體模塊的負(fù)載接頭元件各自構(gòu)成為具有接觸裝置、帶狀區(qū)段和多個(gè)從該帶狀區(qū)段伸出的觸腳的金屬成型體。相應(yīng)的帶狀區(qū)段平行于基底表面并與該基底表面相距開地布置。從帶狀區(qū)段伸出的觸腳延伸至基底并在那里符合線路要求地構(gòu)成負(fù)載接頭元件的觸點(diǎn)。優(yōu)選地，觸腳為此在基底上與具有負(fù)載電位的配屬的導(dǎo)電帶接觸連通，可供選擇地，也直接與功率半導(dǎo)體器件接觸連通。依據(jù)本發(fā)明，從至少一個(gè)第一帶狀區(qū)段到另一個(gè)相鄰的帶狀區(qū)段上的壓力傳遞借助于壓力傳遞裝置在部分面積上(teilflachig)進(jìn)行，具有優(yōu)點(diǎn)的是僅在帶狀區(qū)段的面積的最多五分之一部分上進(jìn)行。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，可以將壓力導(dǎo)入到那個(gè)面積區(qū)域上，那個(gè)面積區(qū)域以在壓力方向上對(duì)齊的方式被分配有觸腳。由此，也將壓力有針對(duì)性地導(dǎo)入到帶狀區(qū)段的、對(duì)于觸腳與基底之間的導(dǎo)電連接的接觸可靠性所需的區(qū)域上。為此，功率半導(dǎo)體模塊的壓力裝置具有壓力傳遞裝置，該壓力傳遞裝置要么構(gòu)成為壓力中間件、構(gòu)成為帶狀區(qū)段自身的變形部，要么構(gòu)成為二者的組合。具有優(yōu)點(diǎn)地，帶狀區(qū)段的這種變形部構(gòu)成為壓印技術(shù)制造的如下變形部，該變形部具有在帶狀區(qū)段的第一側(cè)上的凹陷部和在帶狀區(qū)段的對(duì)置的第二側(cè)上的配屬于該凹陷部的凸起部。與此相對(duì)地，這種壓力中間件具有優(yōu)點(diǎn)地構(gòu)成為塑料成型體，該壓力中間件完全或者部分地覆蓋第一帶狀區(qū)段的所配屬的主面，并且在遠(yuǎn)離該主面的側(cè)上具有至少一個(gè)壓力體，該壓力體在相鄰的負(fù)載接頭元件的帶狀區(qū)段上在部分面積上放置。同樣可以優(yōu)選的是，該壓力中間件同時(shí)用于將兩個(gè)相鄰的帶狀區(qū)段隔離開，方法是該壓力中間件覆蓋該第一帶狀區(qū)段直至第一帶狀區(qū)段邊緣并且超出至少一個(gè)邊緣。尤其在這種情況下結(jié)合所提及的變形部可以具有優(yōu)點(diǎn)的是，壓力中間件部分地布置在變形部的凹陷部內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)械固定，當(dāng)然，這種機(jī)械固定并不局限于附加的隔離功能的情況。


借助圖1至5的實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明的解決方案。其中圖1示出功率半導(dǎo)體模塊的依據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)造形式的剖面。圖2類似于圖1地示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的第二構(gòu)造形式的主要元件。圖3類似于圖1地示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的第三構(gòu)造形式的主要元件。圖4和圖5以三維圖示出按照?qǐng)D2的依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的負(fù)載接頭元件的兩種構(gòu)造形式。
具體實(shí)施例方式圖1示出功率半導(dǎo)體模塊1的依據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)造形式的剖面。該功率半導(dǎo)體模塊具有殼體3，該殼體帶有可以與冷卻部件2連接的框架式殼體部分30?？蚣苁綒んw部分30在這種情況下包括至少一個(gè)基底5。該基底又具有絕緣材料體52，優(yōu)選是絕緣陶瓷， 如氧化鋁或者亞硝酸鋁。在面向功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的第一主面上，基底5具有自身結(jié)構(gòu)化的金屬涂層。 該優(yōu)選構(gòu)造為銅涂層的金屬涂層的單個(gè)區(qū)段在這種情況下構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊1的導(dǎo)電帶W?；?的第二主面依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有非結(jié)構(gòu)化的銅涂層50。在基底5的導(dǎo)電帶M上布置有例如像具有各自反并聯(lián)的續(xù)流二極管的 IGBT (insulated gate bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)或者 M0S-FET 那樣的可控的和/或者不受控制的功率半導(dǎo)體器件60。這些功率半導(dǎo)體器件符合線路要求地例如借助于引線接合部62與其他導(dǎo)電帶M連接。所需的不同電位的負(fù)載接頭元件40、42、44用于在功率半導(dǎo)體模塊1的基底5上外部連接電力電子電路。為此，負(fù)載接頭元件40、42、44構(gòu)成為金屬成型體，這些金屬成型體具有各一個(gè)平行于基底表面的帶狀區(qū)段402、422、442。帶狀區(qū)段402、422、442在這種情況下形成堆疊，其中，單個(gè)負(fù)載接頭元件40、42、44的這些區(qū)段各自相對(duì)于彼此電絕緣。多個(gè)觸腳400、420、440分別從相應(yīng)帶狀區(qū)段402、422、442延伸至基底5的符合線路要求地配屬的導(dǎo)電帶M。用于使功率半導(dǎo)體模塊1與冷卻部件2熱連接并且同時(shí)用于使負(fù)載接頭元件40、 42,44的觸腳400、420、440與基底5的導(dǎo)電帶M電接觸連通的示意性示出的壓力裝置70 除了負(fù)載接頭元件40、42、44的所介紹的帶狀區(qū)段402、422、442之外，還具有用于形成壓力的壓力元件72。該壓力元件72依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以實(shí)施為具有適當(dāng)內(nèi)置的金屬芯和/或者其他加固結(jié)構(gòu)的塑料成型體。同樣優(yōu)選的是，壓力元件72同時(shí)充當(dāng)功率半導(dǎo)體模塊1的蓋并因此充當(dāng)殼體3的部分。在該壓力元件72與負(fù)載接頭元件40的在壓力方向上的第一帶狀區(qū)段 402之間布置有具有彈簧功能的、用于蓄壓的墊元件74。為了將壓力從壓力元件72經(jīng)由蓄壓器、所述堆疊中第一負(fù)載接頭元件40的帶狀區(qū)段402傳遞到第二負(fù)載接頭元件42的帶狀區(qū)段422上，在這些帶狀區(qū)段之間設(shè)置有壓力傳遞裝置，該壓力傳遞裝置構(gòu)成為塑料成型體80形式的壓力中間件，該壓力中間件完全覆蓋第二負(fù)載接頭元件42的帶狀區(qū)段422的所配屬的主面并超過邊緣伸出，由此至少在帶狀區(qū)段402、422的區(qū)域內(nèi)替代第一負(fù)載接頭元件40與第二負(fù)載接頭元件42之間的附加的電絕緣中間層。壓力中間件80面向第一帶狀區(qū)段402地具有兩個(gè)壓力體84，這些壓力體構(gòu)成為壓力板條，其中，同樣可以具有優(yōu)點(diǎn)的是，多個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的壓力球形節(jié)成排地布置。依據(jù)本發(fā)明，這些壓力體84與第一帶狀區(qū)段402僅在部分面積上接觸，其中，左側(cè)的壓力體與在壓力方向上布置在其下面的觸腳400、420、440幾乎對(duì)齊地設(shè)置。左側(cè)和右側(cè)的壓力體84基本上對(duì)稱的布置有助于均勻地導(dǎo)入壓力和傳導(dǎo)壓力(由第三負(fù)載接頭元件44的帶狀區(qū)段 442上面和上方的壓力路徑740示出)。在第二與第三帶狀區(qū)段422、442之間為此設(shè)置有另一壓力中間件80，該壓力中間件在面積上，但不是在全部面積上放置在第三帶狀區(qū)段442上并且朝向第二帶狀區(qū)段422 具有壓力板條84，該壓力板條從它那方面在壓力方向上與第三負(fù)載接頭元件44的觸腳440對(duì)齊地布置，以便在此有針對(duì)性地導(dǎo)入壓力。象征性地表示這些壓力路徑的虛線用于形象地說明壓力裝置80、90內(nèi)的壓力關(guān)系和形象地說明這些壓力關(guān)系沿三條壓力路徑700、720、740的傳輸。功率半導(dǎo)體模塊1的依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造形式的優(yōu)點(diǎn)因此在于牢靠地導(dǎo)入壓力和傳導(dǎo)壓力，以改善所有觸腳400、 420,440與基底5的導(dǎo)電帶M的接觸可靠性。圖2類似于圖1地示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的第二構(gòu)造形式的壓力裝置的主要元件。僅示出三個(gè)負(fù)載接頭元件40、42、44的相應(yīng)的帶狀區(qū)段402、422、442和相應(yīng)的觸腳400、420、440，而未示出用于使相應(yīng)的帶狀區(qū)段電絕緣的必要裝置。第一負(fù)載接頭元件40的帶狀區(qū)段402具有帶狀區(qū)段402自身的兩個(gè)變形部90作為壓力傳遞裝置。這些變形部在圖平面的方向上各自構(gòu)成為向上敞開的槽92，這些槽在與其對(duì)置的側(cè)上具有配屬的壓力板條94。第二負(fù)載接頭元件42的帶狀區(qū)段422以類似方式具有這種槽92，這種槽具有在與其對(duì)置的側(cè)上構(gòu)成的、配屬的壓力板條94。在導(dǎo)入壓力時(shí)，壓力分布以相同的效果又沿依據(jù)圖1的壓力路徑700、720、740實(shí)現(xiàn)。圖3類似于圖1地示出依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的第三構(gòu)造形式的壓力裝置的主要元件。僅示出三個(gè)負(fù)載接頭元件40、42、44的相應(yīng)的帶狀區(qū)段402、422、442和觸腳400、420、440，而未示出用于使相應(yīng)的帶狀區(qū)段電絕緣的必要裝置。第二負(fù)載接頭元件 42的帶狀區(qū)段422具有帶狀區(qū)段自身的兩個(gè)變形部90作為壓力傳遞裝置。這些變形部在圖平面的方向上各自構(gòu)成為向下敞開的槽92，這些槽在與其對(duì)置的側(cè)上具有各自配屬的壓力板條94。左側(cè)的變形部90在這種情況下類似于圖2地布置，而第二變形部90則居中地在壓力方向上與第三負(fù)載接頭元件44的觸腳440對(duì)齊地布置。為了將壓力從第二負(fù)載接頭元件42朝向第三負(fù)載接頭元件44傳導(dǎo)，在該第二負(fù)載接頭元件與第三負(fù)載接頭元件之間布置有構(gòu)成為塑料成型體80的壓力中間件。該塑料成型體部分地布置在第二負(fù)載接頭元件42的居中地布置的槽92內(nèi)，以便將該塑料成型體固定在其位置上。在依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的這種構(gòu)造形式中，僅需要在這里相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)地改進(jìn)第二負(fù)載接頭元件42的帶狀區(qū)段422，這是因?yàn)閴毫χ虚g件80和帶有變形部90的該負(fù)載接頭元件的組合已經(jīng)使壓力導(dǎo)入和壓力傳導(dǎo)依據(jù)本發(fā)明地得到改善。圖4和圖5以三維圖示出按照?qǐng)D2的依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的示例性負(fù)載接頭元件40的兩種構(gòu)造形式。該負(fù)載接頭元件40具有用于外部電連接功率半導(dǎo)體模塊 1的接觸裝置404，在該負(fù)載接頭元件的延續(xù)部中具有帶狀區(qū)段402和從該帶狀區(qū)段伸出的觸腳400。依據(jù)圖4和圖5的兩種構(gòu)造形式在相應(yīng)的帶狀區(qū)段內(nèi)具有壓印技術(shù)制造的變形部90a/b，這些變形部具有在帶狀區(qū)段的第一側(cè)上的各一個(gè)凹陷部92a/b和在帶狀區(qū)段的對(duì)置的第二側(cè)上的配屬于該凹陷部的凸起部94a/b。在圖4中，這些變形部構(gòu)成為帶有在對(duì)置的側(cè)上的所配屬的壓力板條94b的槽 92b，而依據(jù)圖5變形部則構(gòu)成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹陷部92a/凸起部94a。
權(quán)利要求
1.壓力接觸結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體模塊(1)，所述功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底(5)、 布置在所述至少一個(gè)基底上面的功率半導(dǎo)體器件(60)、殼體C3)和導(dǎo)向外部的負(fù)載接頭元件00、42、44)并且具有壓力裝置(70)，其中，所述基底( 在其面向所述功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上具有帶負(fù)載電位的導(dǎo)電帶(54)，其中，第一負(fù)載接頭元件GO)和至少一個(gè)另外的負(fù)載接頭元件(42、44)各自構(gòu)成為具有帶狀區(qū)段(402、422、44幻和從所述帶狀區(qū)段伸出的觸腳000、420、440)的金屬成型體， 相應(yīng)的所述帶狀區(qū)段(402、422、442)平行于基底表面并與所述基底表面相距開地布置，并且所述觸腳(400、420、440)從所述帶狀區(qū)段(402、422、44幻延伸至所述基底( 并與所述基底符合線路要求地接觸連通，以及其中，從至少一個(gè)第一帶狀區(qū)段(40 到另一個(gè)相鄰的帶狀區(qū)段(42 上的壓力傳遞借助于壓力傳遞裝置(80、90)在部分面積上進(jìn)行，并且所述壓力傳遞裝置(80、90)要么構(gòu)成為壓力中間件(80)和/或者構(gòu)成為所述帶狀區(qū)段002、422、442)自身的變形部(90)。
2.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述帶狀區(qū)段002、422、442)的所述變形部(90)構(gòu)成為壓印技術(shù)制造的如下變形部 (90)，所述變形部具有在所述帶狀區(qū)段(402、422、44幻的第一側(cè)上的凹陷部(9 和在所述帶狀區(qū)段002、422、442)的對(duì)置的第二側(cè)上的配屬于所述凹陷部的凸起部(94)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述變形部(90)構(gòu)成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹陷部(9 )/凸起部(94a)或者構(gòu)成為槽(92b)， 所述槽在與其對(duì)置的側(cè)上具有配屬的壓力板條(94b)。
4.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述壓力中間件(80)構(gòu)成為塑料成型體。
5.按權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，至少一個(gè)壓力中間件(80)部分地布置在所述變形部(90)的凹陷部(9h/b)內(nèi)。
6.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，至少一個(gè)壓力中間件(80)完全或者部分地覆蓋帶狀區(qū)段002、422、442)的所配屬的主面，并在遠(yuǎn)離所述主面的側(cè)上具有至少一個(gè)壓力體(84)。
7.按權(quán)利要求6所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述壓力體(84)構(gòu)成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的壓力球形節(jié)或者構(gòu)成為壓力板條。
8.按權(quán)利要求6所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述壓力中間件(80)為了電絕緣而覆蓋所述帶狀區(qū)段002、422、442)的所配屬的主面直至邊緣并且超出至少一個(gè)邊緣。
9.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，所述壓力裝置(70)構(gòu)成為形成壓力的壓力件(7 和布置在所述壓力件(7 與所述第一負(fù)載接頭元件GO)之間的蓄壓器(74)，優(yōu)選構(gòu)成為有持久彈性的墊元件。
10.按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其中，在部分面積上的所述壓力傳遞以如下方式構(gòu)成，即，借助于所述壓力傳遞裝置(80、90) 使壓力基本在壓力方向上對(duì)齊地導(dǎo)入到所述觸腳(400、420、440)上。
全文摘要
一種具有部分帶狀負(fù)載接頭元件的壓力接觸的功率半導(dǎo)體模塊，功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底、布置在基底上面的功率半導(dǎo)體器件、殼體和導(dǎo)向外部的負(fù)載接頭元件和壓力裝置，基底在其面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主面上具有帶負(fù)載電位的導(dǎo)電帶。第一負(fù)載接頭元件和至少一個(gè)另外的負(fù)載接頭元件各自構(gòu)成為具有帶狀區(qū)段和從帶狀區(qū)段伸出的觸腳的金屬成型體，相應(yīng)的帶狀區(qū)段平行于基底表面并與基底表面相距開地布置，并且觸腳從帶狀區(qū)段延伸至基底并與基底符合線路要求地接觸連通。從至少一個(gè)第一帶狀區(qū)段到另一個(gè)相鄰的帶狀區(qū)段的壓力傳遞借助于壓力傳遞裝置在部分面積上進(jìn)行，壓力傳遞裝置要么構(gòu)成為壓力中間件和/或者構(gòu)成為帶狀區(qū)段自身的變形部。
文檔編號(hào)H01L23/32GK102157457SQ20101057662
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月5日
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