CN101996968B - 带电路载体和负载连接件的功率半导体模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明示出了一种带电路载体和负载连接件的功率半导体模块及其制造方法。为此，需要提供电路载体，电路载体带有构造于电路载体上的功率电子电路系统，电路载体布置在塑料成型件的所配属的凹部中。至少一个用于对外电连接的连接装置布置在塑料成型体的第二凹部中。然后，以如下方式将负载连接件相对于塑料成型体进行布置，即，在此负载连接件的第一接触装置放置在塑料成型体的第一支座上，并且第二接触装置放置在其功率电子电路系统接触配对件上。然后，布置第二接触装置与功率电子系统接触配对件适于电路的材料配合的连接以及布置壳体。所述制造方法通过成本低廉且可自动化的流程是行得通的。

Description

带电路载体和负载连接件的功率半导体模块及其制造方法
技术领域
本发明介绍具有壳体及电路载体的所属功率半导体模块及其制造方法，该电路载体由衬底组成，所述衬底提供用于对功率半导体构件进行布置和进行适于电路地连接的导体带并且进而构成功率电子电路系统。同样公开了如下的电路载体，该电路载体附加地具有用于布置衬底的金属基板。由导体带和/或功率半导体构件出发，负载连接件从所述电路载体达到配属于该负载连接件的、用于对外接触连接功率半导体模块的第一接触装置。
背景技术
例如在DE 101 00 460 A1中公开了一种所述类型的功率半导体模块，正如这种功率半导体模块以其基本实施方式早就公知的那样。按照现有技术的这种功率半导体模块具有衬底载体，衬底载体形成功率半导体模块的下方终止部。在此，绝缘材料壳体在衬底载体的纵向侧上稍微高出衬底载体，以便包围该衬底载体。在此公开的衬底载体具有优选由铜制成的平面式基板，该基板用于从功率电子电路系统到可布置的冷却构件的放热和热传输。
由现有技术普遍公知的是，衬底载体与壳体粘接在一起，以防止在用当时呈凝胶状的硅橡胶填充壳体以进行内部绝缘时，发生外流。在制造这种功率半导体模块时，在具有后续的粘接材料烘干阶段的点胶方法(Dispensverfahren)中产生粘接连接。
此外，壳体大多借助金属铆钉连接件与衬底载体连接。所述铆钉连接件构成为具有贯通的挖空部的空心体，以便同样实现功率半导体模块借助螺纹连接固定在冷却构件上。
此外，负载连接件和辅助连接件的不同构造的连接件要归为现有技术。在此，公知的是连接件与衬底的导体带或者电路系统的功率半导体构件的、不同的连接技术。在此，特别优选并且早就公知的是：材料配合的连接大多构成为钎焊连接，还有构成为熔焊连接或者压力烧结连接。
为了对外接触连接，负载连接件优选地具有用于螺纹连接的连接装置。所述连接装置通常构造有松散地嵌入壳体中的、带内螺纹的螺母，以及构造有负载连接件的布置于螺母上的区段，所述区段具有朝向螺母的螺纹对准的、贯通的挖空部。在这种功率半导体模块的公知的制造中，作为最后工序之一，将所述螺母置入快要制成的功率半导体模块的挖空部中。然后，通过对负载连接件的接触装置进行卷边(abkanten)来进行紧固以对抗脱出。
发明内容
本发明基于如下任务，即，给出一种功率半导体模块和用于该功率半导体模块的制造方法，所述制造方法通过成本低廉且可自动化的流程是行得通的。
按照本发明，通过具有权利要求1所述特征的功率半导体模块以及通过具有权利要求7所述特征的制造方法来解决所述任务。优选实施形式在各从属权利要求中有所介绍。
本发明的出发点是如下的功率半导体模块，该功率半导体模块设置用于布置在外部冷却构件上，用以消散产生于功率半导体模块中的热量。所述功率半导体模块具有大多由绝缘塑料材料制成的壳体、至少一个电路载体、至少一个负载连接件以及塑料成型体。所述塑料成型体包围电路载体并且自身部分地被壳体包围。
电路载体按照现有技术来构造并且具有功率电子电路系统。至少一个负载连接件从该功率电子电路系统出发，并且用于功率半导体模块的对外接触连接。为此，至少一个负载连接件具有带第一挖空部的第一接触装置。在进一步延伸中，负载连接件具有带状区段和至少两个第二接触装置。所述第二接触装置与功率电子电路系统导电连接。
至少一个负载连接件的第一接触装置布置在塑料成型体的如下面上，该面用作第一支座并且具有第二挖空部，在该第二挖空部中布置有连接装置，优选为螺母。所述塑料成型体的第二挖空部对准负载连接件的第一接触装置的第一挖空部，以使为了对外电接触连接而能够借助螺母构成螺纹连接。
用于制造按照上面构造方案构造而成的功率半导体模块的、按照本发明的方法的特征在于以下主要步骤：
·提供至少一个电路载体，该电路载体具有构造于其上的功率电子电路系统；
·将相应电路载体布置在塑料成型件的所配凹部中，其中，所述凹部具有第二支座，用于对电路载体朝向功率半导体模块的内部空间方向的运动进行界定。在此，优选的是，在凹部的内边缘与电路载体之间布置有持久有弹性的密封装置。在这种构造方案中，将相应的电路载体压入所配属的凹部中，由此，密封件紧贴在电路载体的外边缘上并且向下密封功率半导体模块的内部空间。因此，可以取消粘接连接，连同取消了粘接连接作为功率半导体模块的内部空间的密封件的所有公知缺点。
·将连接装置布置在塑料成型体的第二凹部中；
·将至少一个负载连接件相对于塑料成型体进行布置，其中，第一接触装置放置在其第一支座上，并且其中，第二接触装置放置在第二接触装置的、功率电子电路系统接触配对件上。特别优选的是，带状区段以其从第二接触装置到第一接触装置的大于80％的延伸被开槽的方式来构造。通过这种构造，相对于开槽长度仅为带状区段的延伸的30％的情况，负载连接件的寄生电感减少了至少20％。此外，可以优选的是，与负载连接件同时还布置辅助连接件，辅助连接件具有自身其他的连接至塑料成型体的接触装置。
·优选借助熔焊方法构造负载连接件的第二接触装置与功率电子电路系统的接触配对件的适于电路的材料配合的连接。所述接触配对件优选是衬底的导体带。但是同样可以具有优点的是，选择功率半导体构件和在那里不言而喻地还有其接触面作为接触配对件。同样具有优点的是，在这个工作步骤中，把辅助连接件的其他接触装置与其连接配对件并利用相同的连接技术来连接。通过具有用于安放第一接触装置的第一支座的塑料成型体的构造以及至少一个电路载体在具有第二支座的凹部内的布置，在材料配合地连接第二接触装置后，构成了由塑料成型体、电路载体和负载连接件组成的结合体，该结合体构成一个单元，其中，所有部件在不具有例如粘接连接件或铆钉连接件的附加连接机构的情况下相对彼此固定。
·布置壳体，其中，以具有优点的方式使塑料成型体具有优点地几乎完全被包围。在此，第一接触装置不言而喻地从外面能被触及，以便实现对功率半导体模块的电接触连接。
所述制造方法和所配属的功率半导体模块的有利之处在于，在一个制造过程中可以由诸如电路载体、塑料成型体、连接装置、连接件、尤其是负载连接件以及壳体的子模块制成所述功率半导体模块，由此实现了经济的并且可自动化进行的生产。
附图说明
本发明特别优选的改进方案在对实施例的相应说明中被提到。此外，本发明的解决方案结合实施例以及图1至图3进一步阐述。
图1示出了按照本发明的功率半导体模块的分解图。
图2以分解图示出在按照本发明的功率半导体模块的按照本发明的制造方法范围内的两个制造步骤。
图3示出按照本发明的功率半导体模块的塑料成型体。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的功率半导体模块1的分解图。示出了电路载体20，电路载体20在这里由基板24和四个布置于基板24上的衬底32组成。基板24与衬底32的连接构造为钎焊连接或者压力烧结连接。衬底32具有多个彼此绝缘的并且相对基板24绝缘的导体带34。在所述导体带34上并且适于电路地与其他部件连接地布置有功率半导体构件，但未示出，由此，功率电子电路系统30在此以H桥式电路的形式构成。这种电路载体20多次由现有技术公知。
此外，示出塑料成型体50，在这里，塑料成型体50在其角部具有各一个另外的凹部500，用于与外部冷却构件连接。此外，塑料成型体50具有三个用于布置螺母60的第二凹部52，螺母60在功率半导体模块1制成后用于对外接触连接负载连接件40。
负载连接件40本身分别具有：带有用于实施螺栓连接的第一凹部420的第一接触装置42；连接在第一接触装置42上的带状区段44以及两个或者四个第二接触装置46。为了降低各负载连接件40的寄生电感，所述带状区段44在其从第二接触装置46出来的延伸上以开槽440的方式来构成，由此，从第一接触装置42到第二接触装置46的电流路径在大部分延伸上彼此分开。
第二接触装置46实施为与平行于衬底32的平面区域接触的接触脚，由此，优选为熔焊连接的材料配合的连接的构造方案被简化成衬底32的导体带34。
辅助连接件70布置在塑料成型体50的引导部中，并且为了与衬底32的适于电路地配属的导体带34相连接，而具有与负载连接件40的第二接触装置46相同构造的其他接触装置72，为了对外连接，其他接触装置72构成为插接触点74。
功率半导体模块1的壳体10在所有侧面上包围塑料成型体50，但是在此不达到电路载体20的平面上。此外，壳体10具有空出部12、14用于负载连接件40的第一接触装置42以及辅助连接件70的接触装置72，以用于对外电连接。
分解图的各个部件同时也示明了按照本发明的各个制造步骤。在提供了电路载体20后，在此已经设有螺母60的塑料成型体50被相对于电路载体20进行布置。在下一步骤中，布置负载连接件40和辅助连接件70，为此，塑料成型体50具有多个引导元件。在此重要的是，第一接触装置42放置在塑料成型体50的支座54上，并且在第二接触装置46与衬底32的导体带34连接的情况下，所有至今所述的部件不具有其他连接机构的情况下彼此相对固定，这为生产的自动化的范围内的操作带来显著优势。
图2以分解图示出在按照本发明的功率半导体模块1的按照本发明的制造方法范围内的两个制造步骤。示出了不带电路载体并且不带壳体的与图1相同的部件。但是在此示明了螺母60在塑料成型体50的第二挖空部52中的布置方案。第二挖空部52布置在凸起部中，凸起部分别具有面54，所述面54作为负载连接件40的第一接触装置42所用的支座。所述第一支座54的面具有面法线，面法线远离电路载体20地指向。
在下一制造步骤中在布置螺母60之后要布置的负载连接件40具有带状区段44，带状区段44在第一接触装置42和第二接触装置46之间分布并且多次折弯。重要的是，所述带状区段44一直被开槽440至快要到达第一接触装置42处。所述开槽440同时用于负载连接件40相对于塑料成型体50的定位，所述塑料成型体50在其凸起部之间具有进行相互连接的接片56。此外，这种定位有利于构成材料配合的连接。
在不限制普遍性的情况下，辅助连接件70在此已经在其最终位置上示出。辅助连接件70的布置时间在布置螺母60之前或者之后是无关紧要的。
图3示出按照本发明的功率半导体模块1的塑料成型体50。示出了塑料成型体50底侧的截面图，该图示出了用于容纳电路载体20的凹部58。所述凹部58具有内边缘580和第二支座582。
所述第二支座582是环绕式的面，该面的面法线与第一支座52的面的面法线相反地指向，由此负载连接件40和与之相连的电路载体20形成一种夹紧件，以固定塑料成型体50。
此外，内边缘580具有持久有弹性的密封装置584，密封装置584自第二支座582的面朝外变细。电路载体20优选具有相应的旁侧纵向伸展，该纵向伸展大于第二支座582的面上的持久有弹性的密封装置584的脚点之间的自由区段的长度。不言而喻地，所述相应的旁侧纵向伸展比不具有持久有弹性的密封装置584的凹部58的相应的纵向伸展更小。
为了利用所布置的、优选在两部件压铸法中用塑料成型体50制造而成的持久有弹性的密封装置584将电路载体20布置在凹部58中，将所述电路载体20压入凹部58中，由此，所述持久有弹性的密封装置584以如下方式紧贴在电路载体20的外边缘(22，参见图1)上，即，功率半导体模块1的内部空间向下密封地构成。这例如在布置呈硅橡胶形式的内部绝缘部时是必要的，这是因为硅橡胶在交联前具有凝胶态的稠度，并且可能通过可能的缝隙而流出。

Claims (7)

1.用于布置在冷却构件上的功率半导体模块(1)，具有：壳体(10)；至少一个电路载体(20)，所述电路载体(20)具有构造于所述电路载体(20)上的功率电子电路系统(30)，其中，所述至少一个电路载体(20)由基板(24)和布置在所述基板(24)上的衬底(32)组成，其中，所述基板(24)与所述衬底(32)的连接构造为钎焊连接或者压力烧结连接；以及自所述衬底(32)出发的至少一个负载连接件(40)，所述负载连接件(40)具有带用于对外连接的第一挖空部(420)的第一接触装置(42)、带状区段(44)以及至少两个与所述衬底(32)的导体带(34)导电连接的第二接触装置(46)；以及被所述壳体(10)部分包围的塑料成型体(50)，第二接触装置(46)与所述衬底(32)的导体带(34)材料配合地连接，第二接触装置(46)与所述衬底(32)的导体带(34)的材料配合连接是熔焊连接，
所述塑料成型体(50)在所述塑料成型体(50)的背向所述电路载体(20)的侧上具有至少一个面，所述面具有第二挖空部(52)以及布置于所述第二挖空部(52)中的连接装置(60)，
其中，所述至少一个负载连接件(40)的所述第一接触装置(42)遮盖所述第二挖空部(52)并且放置在由所述塑料成型体(50)的背向所述电路载体(20)的侧上的所述面形成的第一支座(54)上。
2.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中，相应的所述电路载体(20)布置在所配属的凹部(58)中，所述凹部(58)具有所述塑料成型体(50)的第二支座(582)，并且由此相应的所述电路载体(20)被所述塑料成型体(50)在侧向上包围并且朝向所述功率半导体模块(1)的内部空间的方向得以固定。
3.按照权利要求2所述的功率半导体模块，其中，在所述凹部(58)的内边缘(580)与所述电路载体(20)之间布置有持久有弹性的密封装置(584)。
4.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中，所述带状区段(44)以自所述第二接触装置(46)起大于80％的延伸被开槽(440)的方式来构造。
5.用于制造按照前述权利要求之一构造的功率半导体模块(1)的方法，其特征在于以下主要步骤：
·提供至少一个电路载体(20)，所述电路载体(20)具有构造于所述电路载体(20)上的功率电子电路系统(30)，所述至少一个电路载体(20)由基板(24)和布置在所述基板(24)上的衬底(32)组成，其中，所述基板(24)与所述衬底(32)的连接构造为钎焊连接或者压力烧结连接；
·将相应的所述电路载体(20)布置在所述塑料成型件(50)的所配属的凹部(58)中；
·将所述连接装置(60)布置在所述塑料成型体(50)的所述第二挖空部(52)中；
·将所述至少一个负载连接件(40)相对于所述塑料成型体(50)进行布置，其中，所述第一接触装置(42)放置在其第一支座(54)上，并且其中，第二接触装置(46)放置在所述衬底(32)的导体带(34)上；
·构成所述第二接触装置(46)与所述衬底(32)的导体带(34)适于电路的材料配合的连接，所述材料配合的连接是熔焊连接；
·布置壳体(10)。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，与所述负载连接件(40)同时还布置带其他接触装置(72、74)的辅助接连件(70)，并且与所述负载连接件(40)同时所述辅助连接件(70)也被适于电路地连接。
7.按照权利要求5所述的方法，其中，所述凹部(58)在所述凹部(58)的朝向所述电路载体(20)的内边缘(580)上具有持久有弹性的密封装置(584)，并且将所述电路载体(20)压入所述凹部(58)中，由此，所述持久有弹性的密封装置(584)紧贴在所述电路载体(20)的外边缘(22)上并且向下密封所述功率半导体模块的内部空间。
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