電子模塊的制造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造電子模塊、特別是功率電子模塊的方法，所述方法包括至少一個半導(dǎo)體芯片與至少一個引線框架的觸點接通，其中，半導(dǎo)體芯片在其上側(cè)上并且在其下側(cè)上分別具有至少一個電接口。本發(fā)明也涉及一種電子模塊，所述電子模塊借助于所述方法制造。本發(fā)明特別是能夠應(yīng)用在功率電子模塊上，所述功率電子模塊具有至少一個功率半導(dǎo)體芯片形式的半導(dǎo)體芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率(電子)模塊中通常通過功率半導(dǎo)體芯片的上側(cè)或下側(cè)建立至相應(yīng)的所述功率半導(dǎo)體芯片的電連接。典型地在上側(cè)上建立電連接，以便產(chǎn)生至模塊的接口的電流動。已知用于建立這種電連接的是鋁導(dǎo)線(粗導(dǎo)線或細(xì)導(dǎo)線)，所述鋁導(dǎo)線一方面粘合到上側(cè)上并且另一方面粘合到模塊外部的和/或內(nèi)部的連接面上。也公知的是，通過(粗導(dǎo)線或細(xì)導(dǎo)線的)銅導(dǎo)線粘合、細(xì)帶粘合和與由合金構(gòu)成的導(dǎo)線的粘合建立所述電連接。還有其他的連接解決方案，包括例如根據(jù)Semikron公司的所謂的“SkiN”技術(shù)的、燒結(jié)的、金屬化的塑料薄膜。SkiN技術(shù)的特征在于由柔性的、結(jié)構(gòu)化的薄膜替代粘合導(dǎo)線，所述薄膜平面地?zé)Y(jié)在電路板上，所述電路板具有固定在其上的功率電子部件。此外，公知了由粗銅構(gòu)成的焊接的匯流排。此外，公知了 Siemens公司的所謂的“SiPLIT”技術(shù)。
[0003]在公知的連接技術(shù)中具有的缺點是，在使用不平坦的(例如借助于導(dǎo)線粘合的)連接技術(shù)中，與芯片表面連接的上部的布線層只能困難地進(jìn)行冷卻。平坦的連接技術(shù)的、例如“SkiN”技術(shù)或“SiPLIT”技術(shù)的應(yīng)用與之相反在制造中是花費相對高的，并且此外尤其由于花費高的制造步驟、例如結(jié)構(gòu)化或金屬化是昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，并且特別是提出一種能簡單地和廉價地轉(zhuǎn)化的、并且能有效地冷卻的用于具有至少一個電子部件、特別是功率電子部件、專門是功率半導(dǎo)體芯片的電子模塊的連接技術(shù)。
[0005]該目的根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的特征實現(xiàn)。優(yōu)選的實施方式特別是能夠從從屬權(quán)利要求中得出。
[0006]該目的通過一種用于制造電子模塊的方法實現(xiàn)，所述方法包括至少一個半導(dǎo)體芯片與至少一個引線框架的觸點接通，其中，半導(dǎo)體芯片在其一側(cè)(下面所述側(cè)不限制普遍性地稱為“上側(cè)”)上并且在與此相對設(shè)置的側(cè)(下面所述側(cè)不限制普遍性地稱為“下側(cè)”)上分別具有至少一個電接口，并且至少一個引線框架直接觸點接通所述側(cè)之一、特別是上側(cè)的至少一個接口。
[0007]所述方法具有的優(yōu)點是，相對于公知的平坦的連接技術(shù)能夠簡單地和廉價地制造，并且相對于非平坦的連接技術(shù)能夠提供布線或電連接的非常穩(wěn)定的、可靠的和能有效冷卻的可能性。引線框架特別是可以替代通常非平坦的功率模塊中的全部的粘合、以及例如SiPLIT中的復(fù)雜的制造過程。
[0008]至少一個半導(dǎo)體芯片可以是功率半導(dǎo)體芯片。電子模塊則也可以稱為功率電子模塊。一個改進(jìn)方案是，至少一個半導(dǎo)體芯片是功率開關(guān)。還有一個改進(jìn)方案是，至少一個半導(dǎo)體芯片是IGBT、功率MOSFET、功率二極管、晶閘管、雙向晶閘管等。
[0009]除了至少一個半導(dǎo)體芯片以外，模塊的至少一個另外的部件還能夠以類似的方式與引線框架連接，所述至少一個另外的部件例如是至少一個帶殼的電子部件、能導(dǎo)電的間隔件、電阻、線圈、電容等。
[0010]引線框架可以例如由銅或銅合金構(gòu)成。引線框架通?？梢元毩⒌刂圃觳⑶沂强刹倏v的電路結(jié)構(gòu)。
[0011]半導(dǎo)體芯片在其上側(cè)和下側(cè)上分別具有至少一個電接口，這特別可以包括:所述半導(dǎo)體芯片僅僅在其上側(cè)和下側(cè)上分別具有至少一個電接口，也就是說，不具有側(cè)面引出的連接管腳或小連接腿。
[0012]一個改進(jìn)方案是，半導(dǎo)體芯片的電接口是平坦的接口或連接區(qū)域、例如接觸區(qū)域或接觸墊，從而所述電接口能夠特別容易地觸點接通。平面的接口或連接區(qū)域可以特別是理解為并非插入相應(yīng)的凹部中的凸出部，也就是說，不是連接銷。因此，平坦的連接區(qū)域可以特別具有或者構(gòu)成平坦的接觸面，然而不局限于此。平坦的連接區(qū)域也可以集成在絕緣體下方。
[0013]“直接的”觸點接觸特別理解為這樣一種觸點接觸，即在所述觸點接觸中，引線框架和半導(dǎo)體芯片的接口在沒有其他的連接元件的情況下、即在不使用粘合導(dǎo)線或類似物的情況下彼此連接。然而在直接觸點接通時可以使用增附劑，例如接觸膏、焊料或燒結(jié)層。增附劑特別可以作為連接層存在。
[0014]一個構(gòu)造方案是，所述方法至少包括下述步驟:⑴提供(至少一個)引線框架；(ii)將(至少一個)引線框架與至少一個半導(dǎo)體芯片的示例性地選取的上側(cè)觸點接通；并且(iii)將至少一個部件的以及必要時引線框架的下側(cè)與共同的電路板觸點接通。
[0015]步驟(ii)特別包括至少一個連接區(qū)域在半導(dǎo)體的上側(cè)處的觸點接通。對于這種情況而言，即在上側(cè)上存在多個彼此電隔離的連接區(qū)域，引線框架可以與所述連接區(qū)域中的一個或多個觸點接通，特別是也可以與所有連接區(qū)域觸點接通。
[0016]步驟(iii)中的共同的電路板特別可以具有板狀的基底，所述基底在其上或前側(cè)上具有至少一個結(jié)構(gòu)化的能導(dǎo)電層(Lage)，用于與至少一個半導(dǎo)體的至少一個下側(cè)觸點接觸。結(jié)構(gòu)化的層也可以稱為導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或下部的布線層并且例如具有至少一個導(dǎo)體電路。此夕卜，結(jié)構(gòu)化的層可以與至少一個另外的部件連接和/或(例如通過間隔件)與引線框架連接。電路板的觸點接通特別包括結(jié)構(gòu)化的層的觸點接通。
[0017]共同的電路板也可以稱為“基底”，而電絕緣的載體則也可以稱為“絕緣層”。共同的電路板可以是DCB電路板或IMS電路板。這種電路板例如由于其有效的可冷卻性尤其適用于利用功率電子部件的運行。然而共同的電路板也可以是DAB( “Direct AluminumBonded(直接銷粘合)”)電路板、AMB( “Active Metal Brazing(活性金屬釬焊)”)電路板或者也例如是通常的FR4電路板。
[0018]因此，在步驟(iii)中，引線框架可以與電路板連接，所述引線框架具有安裝在其上的作為共同可操縱的單元的至少一個電子部件。為此，可以將電路板設(shè)置在裝配有至少一個電子部件的引線框架上，和/或可以將裝配的引線框架安置在電路板上。
[0019]所述構(gòu)造方案的優(yōu)點是，至少一個半導(dǎo)體芯片的上側(cè)能夠以非常高的精度觸點接通半導(dǎo)體芯片。這在多個接觸區(qū)域和/或相對小的接觸區(qū)域位于上側(cè)上時特別有利。下側(cè)在特別是僅僅一個接觸區(qū)域位于此處時能夠以較高的定位公差被觸點接通。所述構(gòu)造方案例如能夠使用在IGBT芯片上，所述芯片在其下側(cè)上具有集電極接口，在其上側(cè)上具有發(fā)射極接口并且附加地在其上側(cè)上具有控制接口、特別是門極接口。
[0020]控制接口例如可以中間地或中心地、特別是以“中央門極”形式布置在上側(cè)上。所述控制接口可替換地能夠布置在邊側(cè)上(“邊緣門極”)或在上側(cè)的角上(“角門極”)。
[0021]然而原則上電子模塊組合的其他順序也是可能的，例如以至少一個電子部件裝配電路板，并且接著將至少一個引線框架設(shè)置到裝配的電路板上。
[0022]另一個設(shè)計是，步驟(ii)至少包括下述步驟:(iia)以相應(yīng)的增附劑來鋪蓋引線框架的預(yù)設(shè)的接觸區(qū)域；并且(iib)將至少一個電子部件的至少一個接口安裝在相應(yīng)的接觸區(qū)域上。電子部件的上側(cè)例如可以具有多個接口區(qū)域，所述接口區(qū)域分別由一個接觸區(qū)域與至少一個引線框架觸點接通。這個設(shè)計實現(xiàn)了特別簡單的安裝。
[0023]另一個設(shè)計是，在步驟(ii)或(iib)中使用倒裝芯片(Flip-Chip)安裝技術(shù)。這實現(xiàn)了以至少一個電子部件簡單地、可靠地和準(zhǔn)確地裝配引線框架。
[0024]還有一個設(shè)計是，步驟(iii)包括通過增附劑、特別是通過與步驟(iia)中相同的增附劑的觸點接通。這實現(xiàn)了較統(tǒng)一的進(jìn)而較簡單的制造。例如可以將增附劑涂覆在電路板上。
[0025]增附劑例如可以借助于模板印刷方法印制。
[0026]此外，一個設(shè)計是，增附劑是燒結(jié)材料或可燒結(jié)的材料。然而原則上也可以使用其他的材料，例如焊膏、能導(dǎo)電的粘合劑等。
[0027]還有一個用于簡單制造的優(yōu)選設(shè)計是，當(dāng)增附劑是燒結(jié)材料時，則共同的燒結(jié)過程的步驟(iv)連接于步驟(iii)。也就是說，在一個過程中，不僅可以實現(xiàn)至少一個電子部件和引線框架之間的觸點接觸、至少一個電子部件和電路板之間的觸點接觸以及-如果存在的話-實現(xiàn)電路板和引線框架之間的觸點接觸(必要時通過中間元件例如導(dǎo)電的間隔件)。
[0028]對于能非常簡單轉(zhuǎn)換的燒結(jié)過程而言優(yōu)選的是，所述燒結(jié)過程是燒結(jié)壓制過程或者具有這種燒結(jié)壓制過程。在此，燒結(jié)材料的燒結(jié)通過施加足夠高的壓力實現(xiàn)。因此可以取消高溫，這避免了對至少一個電子部件的熱損壞。在燒結(jié)壓制過程中，將由電路板、一個(多個)電子部件和引線框架組成的復(fù)合的單元可以給出到合適的壓模中。在此，為了拉平電路板上的力差別和微小的高度差別，可以將壓力補(bǔ)償材料一起給入到壓模中。然而燒結(jié)過程不局限于此，并且可以例如也設(shè)計為無壓的燒結(jié)或者另外的具有壓力的燒結(jié)。
[0029]例如銀膏可以用作燒結(jié)材料，用于增附的所述銀膏例如作為銀燒結(jié)層存在。所述銀膏特別是適用于燒結(jié)壓制過程期間的燒結(jié)。替代或除銀膏以外，可以使用預(yù)成型的銀墊(例如所謂的“Preforms (預(yù)制體)”)。
[0030]替代燒結(jié)，增附劑也可以被簡單的烘干或硬化，和/或首先在增加的而溫度下液化并且接著再次凝固。這種增附劑例如可以是焊料或熱導(dǎo)粘合劑。
[0031]此外，一個設(shè)計是，在步驟⑴和(ii)之間進(jìn)行以電絕緣材料在接觸區(qū)域外部鋪蓋引線框架的至少一個部段的步驟。因此，可以避免引線框架與能導(dǎo)電的平面意外地觸點接通。此外，可以因此延長或者甚至避免氣隙。以鋪蓋電絕緣材料的步驟也可以是步驟(i)和/或步驟(ii)的分步驟。
[0032]電絕緣材料可以例如作為填料、顏料、能噴射的材料、薄膜或薄層被設(shè)置或者存在。
[0033]一個改進(jìn)方案是，以電絕緣材料接著在接觸區(qū)域上或鄰接于接觸區(qū)域鋪蓋引線框架。當(dāng)應(yīng)該借助于所述接觸區(qū)域使例如在電子部件的上側(cè)上中心接口區(qū)域觸點接通時，上述情況例如是有用的。通過電絕緣材料則可以避免:與接觸區(qū)域連接的部段可以接觸鄰近所述中心接口區(qū)域的另一個接口區(qū)域(例如發(fā)射極區(qū)域)。因此此外有一個設(shè)計，即，以電絕緣材料鋪蓋引線框架的至少一個部段，所述至少一個部段能夠定位在電子部件的上部。
[0034]電絕緣材料可以在空氣中固化。所述電絕緣材料可以