專利名稱：具有部分帶狀負載接頭元件的壓力接觸的功率半導體模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓力接觸結構(DruclikontaktausfUhrung)的、用于布置在冷卻部件上的功率半導體模塊。像例如由DE 197 197 03 Al公知的功率半導體模塊形成本發明的出發點。
背景技術：
這種功率半導體模塊按照普通的現有技術一般由殼體組成，該殼體帶有至少一個布置在該殼體內的電絕緣的基底，優選用于直接安裝在冷卻部件上。基底從它那方面由絕緣材料體組成，該絕緣材料體帶有多個處于該該絕緣材料體上面的、彼此絕緣的金屬的導電帶并且帶有處于該絕緣材料體上面并與這些導電帶符合線路要求地連接的功率半導體器件。此外，公知的功率半導體模塊具有用于外部負載和輔助接頭的接頭元件以及布置在內部的連接元件。用于符合線路要求地內部連接功率半導體模塊的這些連接元件通常構成為引線接合部。同樣公知的是壓力接觸連通的功率半導體模塊，如在DE 10 2006 006 423 Al中公開的那樣。依據該文獻的功率半導體模塊具有壓力接觸結構，用于功率半導體模塊與冷卻部件導熱連接。在這種功率半導體模塊內同樣布置有至少一個帶有功率半導體器件的基底。此外，功率半導體模塊具有殼體和導向外部的負載和控制接頭元件。基底，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體模塊內部的第一主面上布置有具有負載電位的導電帶。所公開的負載接頭元件在這里各自構成為具有至少一個外部的接觸裝置、至少一個帶狀區段和從該帶狀區段伸出的觸腳的金屬成型體。相應的帶狀區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。為了在單個負載接頭元件之間電絕緣和傳導壓力，這些負載接頭元件在各自的帶狀區段的區域內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載接頭元件的壓力接收部位上。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種同樣是壓力接觸結構的功率半導體模塊，其中，以簡單的方式進一步改善將壓力導入到至少一個負載接頭元件上用于使至少一個負載接頭元件與基底的導電帶接觸連通。該目的依據本發明通過具有權利要求1特征的功率半導體模塊得以實現。優選的實施方式在從屬權利要求中予以說明。本發明的思路從一種可以布置在冷卻裝置上的壓力接觸結構的功率半導體模塊
3出發，該功率半導體模塊具有至少一個基底、布置在該至少一個基底上面的功率半導體器件(例如具有反并聯二極管的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管))、殼體和導向外部的負載和控制接頭元件。基底自身為此具有絕緣材料體并且在該基底的面向功率半導體模塊內部的第一主面上具有帶負載電位的導電帶。此外，基底優選還具有至少一個如下的導電帶，該至少一個導電帶具有用于控制功率半導體器件的控制電位。該功率半導體模塊的負載接頭元件各自構成為具有接觸裝置、帶狀區段和多個從該帶狀區段伸出的觸腳的金屬成型體。相應的帶狀區段平行于基底表面并與該基底表面相距開地布置。從帶狀區段伸出的觸腳延伸至基底并在那里符合線路要求地構成負載接頭元件的觸點。優選地，觸腳為此在基底上與具有負載電位的配屬的導電帶接觸連通，可供選擇地，也直接與功率半導體器件接觸連通。依據本發明，從至少一個第一帶狀區段到另一個相鄰的帶狀區段上的壓力傳遞借助于壓力傳遞裝置在部分面積上(teilflachig)進行，具有優點的是僅在帶狀區段的面積的最多五分之一部分上進行。這具有的優點是，可以將壓力導入到那個面積區域上，那個面積區域以在壓力方向上對齊的方式被分配有觸腳。由此，也將壓力有針對性地導入到帶狀區段的、對于觸腳與基底之間的導電連接的接觸可靠性所需的區域上。為此，功率半導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成為壓力中間件、構成為帶狀區段自身的變形部，要么構成為二者的組合。具有優點地，帶狀區段的這種變形部構成為壓印技術制造的如下變形部，該變形部具有在帶狀區段的第一側上的凹陷部和在帶狀區段的對置的第二側上的配屬于該凹陷部的凸起部。與此相對地，這種壓力中間件具有優點地構成為塑料成型體，該壓力中間件完全或者部分地覆蓋第一帶狀區段的所配屬的主面，并且在遠離該主面的側上具有至少一個壓力體，該壓力體在相鄰的負載接頭元件的帶狀區段上在部分面積上放置。同樣可以優選的是，該壓力中間件同時用于將兩個相鄰的帶狀區段隔離開，方法是該壓力中間件覆蓋該第一帶狀區段直至第一帶狀區段邊緣并且超出至少一個邊緣。尤其在這種情況下結合所提及的變形部可以具有優點的是，壓力中間件部分地布置在變形部的凹陷部內，由此實現機械固定，當然，這種機械固定并不局限于附加的隔離功能的情況。
借助圖1至5的實施例詳細闡述本發明的解決方案。其中圖1示出功率半導體模塊的依據本發明的第一構造形式的剖面。圖2類似于圖1地示出依據本發明的功率半導體模塊的第二構造形式的主要元件。圖3類似于圖1地示出依據本發明的功率半導體模塊的第三構造形式的主要元件。圖4和圖5以三維圖示出按照圖2的依據本發明的功率半導體模塊的負載接頭元件的兩種構造形式。
具體實施例方式圖1示出功率半導體模塊1的依據本發明的第一構造形式的剖面。該功率半導體模塊具有殼體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。框架式殼體部分30在這種情況下包括至少一個基底5。該基底又具有絕緣材料體52，優選是絕緣陶瓷， 如氧化鋁或者亞硝酸鋁。在面向功率半導體模塊1內部的第一主面上，基底5具有自身結構化的金屬涂層。 該優選構造為銅涂層的金屬涂層的單個區段在這種情況下構成功率半導體模塊1的導電帶W。基底5的第二主面依據現有技術具有非結構化的銅涂層50。在基底5的導電帶M上布置有例如像具有各自反并聯的續流二極管的 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體器件60。這些功率半導體器件符合線路要求地例如借助于引線接合部62與其他導電帶M連接。所需的不同電位的負載接頭元件40、42、44用于在功率半導體模塊1的基底5上外部連接電力電子電路。為此，負載接頭元件40、42、44構成為金屬成型體，這些金屬成型體具有各一個平行于基底表面的帶狀區段402、422、442。帶狀區段402、422、442在這種情況下形成堆疊，其中，單個負載接頭元件40、42、44的這些區段各自相對于彼此電絕緣。多個觸腳400、420、440分別從相應帶狀區段402、422、442延伸至基底5的符合線路要求地配屬的導電帶M。用于使功率半導體模塊1與冷卻部件2熱連接并且同時用于使負載接頭元件40、 42,44的觸腳400、420、440與基底5的導電帶M電接觸連通的示意性示出的壓力裝置70 除了負載接頭元件40、42、44的所介紹的帶狀區段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依據現有技術可以實施為具有適當內置的金屬芯和/或者其他加固結構的塑料成型體。同樣優選的是，壓力元件72同時充當功率半導體模塊1的蓋并因此充當殼體3的部分。在該壓力元件72與負載接頭元件40的在壓力方向上的第一帶狀區段 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經由蓄壓器、所述堆疊中第一負載接頭元件40的帶狀區段402傳遞到第二負載接頭元件42的帶狀區段422上，在這些帶狀區段之間設置有壓力傳遞裝置，該壓力傳遞裝置構成為塑料成型體80形式的壓力中間件，該壓力中間件完全覆蓋第二負載接頭元件42的帶狀區段422的所配屬的主面并超過邊緣伸出，由此至少在帶狀區段402、422的區域內替代第一負載接頭元件40與第二負載接頭元件42之間的附加的電絕緣中間層。壓力中間件80面向第一帶狀區段402地具有兩個壓力體84，這些壓力體構成為壓力板條，其中，同樣可以具有優點的是，多個旋轉對稱的壓力球形節成排地布置。依據本發明，這些壓力體84與第一帶狀區段402僅在部分面積上接觸，其中，左側的壓力體與在壓力方向上布置在其下面的觸腳400、420、440幾乎對齊地設置。左側和右側的壓力體84基本上對稱的布置有助于均勻地導入壓力和傳導壓力(由第三負載接頭元件44的帶狀區段 442上面和上方的壓力路徑740示出)。在第二與第三帶狀區段422、442之間為此設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段442上并且朝向第二帶狀區段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載接頭元件44的觸腳440對齊地布置，以便在此有針對性地導入壓力。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內的壓力關系和形象地說明這些壓力關系沿三條壓力路徑700、720、740的傳輸。功率半導體模塊1的依據本發明的構造形式的優點因此在于牢靠地導入壓力和傳導壓力，以改善所有觸腳400、 420,440與基底5的導電帶M的接觸可靠性。圖2類似于圖1地示出依據本發明的功率半導體模塊1的第二構造形式的壓力裝置的主要元件。僅示出三個負載接頭元件40、42、44的相應的帶狀區段402、422、442和相應的觸腳400、420、440，而未示出用于使相應的帶狀區段電絕緣的必要裝置。第一負載接頭元件40的帶狀區段402具有帶狀區段402自身的兩個變形部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成為向上敞開的槽92，這些槽在與其對置的側上具有配屬的壓力板條94。第二負載接頭元件42的帶狀區段422以類似方式具有這種槽92，這種槽具有在與其對置的側上構成的、配屬的壓力板條94。在導入壓力時，壓力分布以相同的效果又沿依據圖1的壓力路徑700、720、740實現。圖3類似于圖1地示出依據本發明的功率半導體模塊1的第三構造形式的壓力裝置的主要元件。僅示出三個負載接頭元件40、42、44的相應的帶狀區段402、422、442和觸腳400、420、440，而未示出用于使相應的帶狀區段電絕緣的必要裝置。第二負載接頭元件 42的帶狀區段422具有帶狀區段自身的兩個變形部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成為向下敞開的槽92，這些槽在與其對置的側上具有各自配屬的壓力板條94。左側的變形部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載接頭元件44的觸腳440對齊地布置。為了將壓力從第二負載接頭元件42朝向第三負載接頭元件44傳導，在該第二負載接頭元件與第三負載接頭元件之間布置有構成為塑料成型體80的壓力中間件。該塑料成型體部分地布置在第二負載接頭元件42的居中地布置的槽92內，以便將該塑料成型體固定在其位置上。在依據本發明的功率半導體模塊1的這種構造形式中，僅需要在這里相對于現有技術地改進第二負載接頭元件42的帶狀區段422，這是因為壓力中間件80和帶有變形部90的該負載接頭元件的組合已經使壓力導入和壓力傳導依據本發明地得到改善。圖4和圖5以三維圖示出按照圖2的依據本發明的功率半導體模塊1的示例性負載接頭元件40的兩種構造形式。該負載接頭元件40具有用于外部電連接功率半導體模塊 1的接觸裝置404，在該負載接頭元件的延續部中具有帶狀區段402和從該帶狀區段伸出的觸腳400。依據圖4和圖5的兩種構造形式在相應的帶狀區段內具有壓印技術制造的變形部90a/b，這些變形部具有在帶狀區段的第一側上的各一個凹陷部92a/b和在帶狀區段的對置的第二側上的配屬于該凹陷部的凸起部94a/b。在圖4中，這些變形部構成為帶有在對置的側上的所配屬的壓力板條94b的槽 92b，而依據圖5變形部則構成為旋轉對稱的凹陷部92a/凸起部94a。
權利要求
1.壓力接觸結構的功率半導體模塊(1)，所述功率半導體模塊具有至少一個基底(5)、 布置在所述至少一個基底上面的功率半導體器件(60)、殼體C3)和導向外部的負載接頭元件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體模塊內部的第一主面上具有帶負載電位的導電帶(54)，其中，第一負載接頭元件GO)和至少一個另外的負載接頭元件(42、44)各自構成為具有帶狀區段(402、422、44幻和從所述帶狀區段伸出的觸腳000、420、440)的金屬成型體， 相應的所述帶狀區段(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，從至少一個第一帶狀區段(40 到另一個相鄰的帶狀區段(42 上的壓力傳遞借助于壓力傳遞裝置(80、90)在部分面積上進行，并且所述壓力傳遞裝置(80、90)要么構成為壓力中間件(80)和/或者構成為所述帶狀區段002、422、442)自身的變形部(90)。
2.按權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其中，所述帶狀區段002、422、442)的所述變形部(90)構成為壓印技術制造的如下變形部 (90)，所述變形部具有在所述帶狀區段(402、422、44幻的第一側上的凹陷部(9 和在所述帶狀區段002、422、442)的對置的第二側上的配屬于所述凹陷部的凸起部(94)。
3.按權利要求1或2所述的功率半導體模塊(1)，其中，所述變形部(90)構成為旋轉對稱的凹陷部(9 )/凸起部(94a)或者構成為槽(92b)， 所述槽在與其對置的側上具有配屬的壓力板條(94b)。
4.按權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其中，所述壓力中間件(80)構成為塑料成型體。
5.按權利要求2所述的功率半導體模塊(1)，其中，至少一個壓力中間件(80)部分地布置在所述變形部(90)的凹陷部(9h/b)內。
6.按權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其中，至少一個壓力中間件(80)完全或者部分地覆蓋帶狀區段002、422、442)的所配屬的主面，并在遠離所述主面的側上具有至少一個壓力體(84)。
7.按權利要求6所述的功率半導體模塊(1)，其中，所述壓力體(84)構成為旋轉對稱的壓力球形節或者構成為壓力板條。
8.按權利要求6所述的功率半導體模塊(1)，其中，所述壓力中間件(80)為了電絕緣而覆蓋所述帶狀區段002、422、442)的所配屬的主面直至邊緣并且超出至少一個邊緣。
9.按權利要求1所述的功率半導體模塊(1)，其中，所述壓力裝置(70)構成為形成壓力的壓力件(7 和布置在所述壓力件(7 與所述第一負載接頭元件GO)之間的蓄壓器(74)，優選構成為有持久彈性的墊元件。
10.按權利要求1所述的功率半導體模塊(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齊地導入到所述觸腳(400、420、440)上。
全文摘要
一種具有部分帶狀負載接頭元件的壓力接觸的功率半導體模塊，功率半導體模塊具有至少一個基底、布置在基底上面的功率半導體器件、殼體和導向外部的負載接頭元件和壓力裝置，基底在其面向功率半導體模塊內部的第一主面上具有帶負載電位的導電帶。第一負載接頭元件和至少一個另外的負載接頭元件各自構成為具有帶狀區段和從帶狀區段伸出的觸腳的金屬成型體，相應的帶狀區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。從至少一個第一帶狀區段到另一個相鄰的帶狀區段的壓力傳遞借助于壓力傳遞裝置在部分面積上進行，壓力傳遞裝置要么構成為壓力中間件和/或者構成為帶狀區段自身的變形部。
文檔編號H01L23/32GK102157457SQ20101057662
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月1日 優先權日2009年12月5日
發明者馬可·萊德雷爾 申請人:賽米控電子股份有限公司