CN103545195A - 基底和断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基底和断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法，该方法具有以下方法步骤：a）提供基底（1），其中，基底（1）具有不导电的绝缘材料体（2），b）在绝缘材料体（2）上沿着基底（1）的期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）进行材料剥除，其中，材料剥除以如下方式执行，即，在至少两个期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）相会的角区域（14）中执行相对于在期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）的其余区域（17）中所执行的材料剥除更高度的材料剥除。本发明能够实现在断裂用于至少一个功率半导体构件的基底（1）时减少在绝缘材料体（2）上的不期望的裂缝。

Description

基底和断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法
技术领域
本发明涉及一种断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法。此外本发明还涉及一种与之相关的基底。
背景技术
在由现有技术公知的功率半导体模块中，功率半导体构件，例如功率半导体开关和二极管通常布置在基底上，并且借助基底的导体层、丝焊和/或复合薄膜彼此导电连接。功率半导体开关在此通常以晶体管，例如IGBTs（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或MOSFETs（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）形式，或以半导体闸流管形式存在。
布置在基底上的功率半导体构件在此经常与单个或多个所谓的半桥电路电接通，该半桥电路通常用于电压和电流的直流整流和交流整流。基底通常与冷却体直接或间接连结。
为了制造功率半导体模块将功率半导体构件布置在基底上并且与该基底连接。基底在此可以例如以DCB基底的形式存在。基底具有结构化的导电金属层，该金属层由于其结构构造出导体轨迹。功率半导体构件经由导体轨迹彼此连接，从而使得流过功率半导体构件的、可能具有很高电流强度的负载电流也流过导电金属层的导体轨迹。为了制造DCB基底根据现有技术例如将统一厚度的金属板材压焊到通常由陶瓷构成的不导电的绝缘材料体上，并紧接着由该金属板材蚀刻出导体轨迹结构。
基底通常制造成较大单元的形式，其紧接着通过断裂被分开成基底单个单元。基底单个单元例如分别形成用于功率半导体模块的基底。基底的断裂在此既可以在功率半导体构件与基底连接之前也可以在功率半导体构件与基底连接之后进行。
在现有技术中，在断裂之前，借助激光射束在基底的绝缘材料体上沿着基底的期望的断裂棱边执行恒定的材料剥除，并且因此基底和尤其是基底的绝缘材料体有针对性地沿着期望的断裂棱边机械地、统一地被削薄。在断裂基底时，基底以如下方式被机械负载，即，在期望的断裂棱边上产生基底很高的机械负载，从而使得该基底沿着期望的断裂棱边断裂。
在断裂基底时出现的问题是，在绝缘材料体上经常在断裂棱边上并且尤其是在角区域中产生不期望的裂缝，并且因此基底不能使用，这是因为不再能确保其电绝缘性。
发明内容
本发明的任务是，在用于至少一个功率半导体构件的基底断裂时，减少在基底的绝缘材料体上的裂缝。
该任务通过一种断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法来解决，该方法具有以下方法步骤：
a）提供基底，其中，基底具有不导电的绝缘材料体，
b）在绝缘材料体上沿着基底的期望的断裂棱边进行材料剥除，其中，材料剥除以如下方式执行，即，在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中执行相对于在期望的断裂棱边的其余区域中所执行的材料剥除更高度的材料剥除。
此外，该任务通过用于至少一个功率半导体构件的基底来解决，其中，基底具有不导电的绝缘材料体，其中，沿着基底的期望的断裂棱边，绝缘材料体的材料被剥除，其中，在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中沿着期望的断裂棱边比在其余区域中沿着期望的断裂棱边每长度单位剥除更多的材料。
本发明有利的构造方式由从属权利要求得出。
方法的有利构造方式类似于基底有利的构造方式得出，反之亦然。
被证明有利的是，材料剥除借助激光射束来执行，这是因为激光射束能够实现在绝缘材料体上的特别地可变且可靠的材料剥除。
此外，被证明有利的是，材料剥除借助脉冲式激光射束来执行，并且该脉冲式激光射束为了实现材料剥除沿着期望的断裂棱边将凹部引入绝缘材料体中，这是因为通过引入凹部可以简单的方式和方法实现可变且与绝缘材料体协调的材料剥除。
此外，被证明有利的是，激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中比在期望的断裂棱边的其余区域中沿着期望的断裂棱边每长度单位将更多的凹部引入绝缘材料体中。
通过这种措施，可以简单的方式和方法实现可变且与绝缘材料体协调的材料剥除。
此外，被证明有利的是，脉冲式激光射束以如下方式将凹部引入绝缘材料体中，即，在第一分方法步骤中，激光射束沿着基底的期望的断裂棱边将第一凹部引入绝缘材料体中，而在第二分方法步骤中，激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中沿着期望的断裂棱边将第二凹部引入绝缘材料体中。由此可以特别简单的方式和方法实现沿着期望的断裂棱边的可变的材料剥除。
此外，被证明有利的是，第一和第二凹部以如下方式布置，即，第一和第二凹部的中心在位置上一致，或第一和第二凹部的中心彼此错开地布置。由此可以特别简单的方式和方法实现对材料剥除程度的准确的控制。
此外，被证明有利的是，激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中的功率比激光射束在期望的断裂棱边的其余区域中的功率高。通过激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中的功率提高，可以特别简单的方式和方法实现沿着期望的断裂棱边的可变的材料剥除。
此外，被证明有利的是，在第一和第二分方法步骤中，激光射束具有相同的功率，这是因为于是产生激光射束的激光射束产生装置可以特别简单地构建。
此外，被证明有利的是一种用于断裂用于至少一个功率半导体构件的基底的方法，其中，该方法包含根据前述权利要求之一所述的断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法，其中，执行以下另一方法步骤：
c）沿着基底的期望的断裂棱边断裂基底。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且接下来对这些实施例进行详细阐释。其中：
图1示出根据本发明的基底的示意性俯视图；
图2示出根据本发明的基底的第一构造方式的示意性截面图；
图3示出根据本发明的基底的另一构造方式的示意性截面图；
图4示出根据本发明的基底的另一构造方式的示意性截面图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的基底1的示意性俯视图。在图2中示出了根据本发明的基底1的第一构造方式沿着期望的断裂棱边A的示意性截面图。在所描述的实施例的框架内，基底1构造为DCB基底，但是它也可以构造为其他基底类型。
在本实施例的框架内，基底1具有不导电的绝缘材料体2和布置在该绝缘材料体2上的导电的结构化的导体层16，该导体层由于其结构构造出电导体轨迹3。基底1优选具有另一个导电的导体层，其中，绝缘材料体2布置在结构化的导体层16与另一个导体层之间。在功率半导体模块成品中，在另一个导体层上通常布置有用于冷却布置在基底1上的功率半导体构件的冷却体。结构化的导体层16和另一个导体层例如可以由铜构成。不导电的绝缘材料体2优选由陶瓷构成。
在本实施例中，基底1应该通过将基底1断裂分开成基底单个单元4a和4b。基底单个单元4a和4b分别形成例如用于功率半导体模块的基底。基底1的断裂在此既可以在功率半导体构件与基底1连接之前也可以在功率半导体构件与基底1连接之后进行。
在本实施例中，基底1具有两个在还没有分开状态下的基底单个单元4a和4b，其中，基底单个单元4a和4b具有各两个导体轨迹3。基底单个单元4a和4b视专业而定也被称为所谓的分板（Nutzen）。
因此，在根据本发明的第一方法步骤中提供基底1。
在根据本发明的另一方法步骤中，在绝缘材料体1上沿着使用者期望的基底1的断裂棱边A、B、C、D和E进行材料剥除，其中，材料剥除以如下方式来执行，即，在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域14中，执行相对于在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的其余区域17中所执行的材料剥除更高度的材料剥除。期望的断裂棱边A、B、C、D和E优选环绕基底单个单元4a和4b或在基底单个单元4a与4b之间分布。角区域14在图1中用黑色标记示出。期望的断裂棱边A、B、C、D和E的其余区域17在本实施例中表示期望的断裂棱边A、B、C、D和E在角区域14之间的区域和期望的断裂棱边C和E在角区域14与绝缘材料体2的外棱边21之间的区域。在材料剥除中，材料从绝缘材料体2上被剥除并且由此该绝缘材料体沿着期望的断裂棱边机械地被削薄。本发明的特征尤其在于，沿着期望的断裂棱边A、B、C、D和E不以现有技术的方式在期望的断裂棱边的整个长度上执行恒定的材料剥除，而是在角区域14中执行相对于期望的断裂棱边A、B、C、D和E的其余区域17更高度的材料剥除。
因此，基底1和尤其是绝缘材料体2的机械削薄在角区域14中比在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的其余区域17中更强烈。在基底1稍后的断裂中，基底1根据现有技术被机械负载，使得在期望的断裂棱边上产生基底的很高的机械负载，从而基底沿着期望的断裂棱边断裂并且产生与期望的断裂棱边相应的真实的断裂棱边。通过在本发明中使基底1和尤其是绝缘材料体2在角区域14中比在期望的断裂棱边的其余区域17中更强烈地削薄，在基底1断裂时断裂扩展通常从角区域14开始沿着各断裂棱边朝向断裂棱边中部的方向进行。在此，绝缘材料体2在断裂棱边上仅产生非常少的裂缝，也就是说，比根据现有技术将绝缘材料体2沿着整个断裂棱边恒定地削薄产生明显更少的裂缝。
材料剥除的程度与沿着期望的断裂棱边每长度单位剥除掉的材料的量相应，其中，长度单位例如可以是1cm。
材料剥除优选借助激光射束20来执行，该激光射束在图2中用箭头示意性示出。但是备选地，材料剥除也可以借助铣削、磨削、锯削或钻削来实现。激光射束20由激光射束产生装置19来产生。
在图2中示出了根据本发明的基底1的第一构造方式的示意性截面图。激光射束产生装置19产生连续的激光射束。激光射束20沿着基底1的期望的断裂棱边A、B、C、D和E在基底1上引导并且以这种方式在绝缘材料体2上实现材料剥除。在此，在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的角区域14中，激光射束20的功率相对于激光射束在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的其余区域17中所具有的功率提高并且进而在角区域14中的材料剥除提高。作为备选如下也是可行的，即，激光射束20的功率沿着整个断裂棱边并不改变，而是取而代之地，激光射束20在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的角区域14中沿着期望的断裂棱边运动的速度相对于激光射束20在期望的断裂棱边的其余区域17中沿着期望的断裂棱边A、B、C、D和E运动的速度减小。
在图3中示出了根据本发明的基底1的另一构造方式沿着期望的断裂棱边A的示意性截面图。与本发明根据图2的构造方式不同，在本发明根据图3的构造方式中，材料剥除借助脉冲式激光射束来执行，并且该脉冲式激光射束为了实现材料剥除沿着期望的断裂棱边A、B、C、D和E将凹部引入绝缘材料体2中。在图3中为了清楚起见仅第一凹部18和第二凹部18'设有附图标记。凹部优选具有大致呈锥形的形状，其在图3中作为锥形示意性示出。凹部具有各一个中心M。在本实施例中，每一个激光脉冲都产生一个凹部。优选地，激光射束20在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中比在期望的断裂棱边的其余区域中沿着期望的断裂棱边每长度单位将更多的凹部引入绝缘材料体中。凹部优选由脉冲式激光射束引入绝缘材料体中，其方法是在第一分方法步骤中激光射束将第一凹部沿着基底的期望的断裂棱边引入绝缘材料体中，而在第二分方法步骤中激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域14中沿着期望的断裂棱边将第二凹部引入绝缘材料体中。第一和第二凹部的中心M在此沿着各断裂棱边彼此错开地布置，其中，直接相邻的第一和第二凹部的中心M彼此之间可以具有任意的间距，从而使得第一和第二凹部也可以彼此交叠或也可以彼此完全分开。通过附加地引入第二凹部，在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中所执行的材料剥除相对于在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的其余区域17中所执行的材料剥除提高。
备选地，激光射束20在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域14中比在期望的断裂棱边的其余区域中可以通过如下方法沿着期望的断裂棱边每长度单位将更多的凹部引入绝缘材料体中，即，激光射束在角区域中的脉冲频率相对于激光射束20在期望的断裂棱边的其余区域17中的脉冲频率提高，或者激光射束20在期望的断裂棱边A、B、C、D和E的角区域14中沿着期望的断裂棱边运动的速度相对于激光射束20在期望的断裂棱边的其余区域17中沿着期望的断裂棱边A、B、C、D和E运动的速度减小。
在图4中示出了根据本发明的基底1的另一构造方式沿着期望的断裂棱边A的示意性截面图。根据图4的实施例与根据图3的实施例相应，其中，与根据图3的实施例不同，在根据图4的实施例中第一和第二凹部被如此地布置，即，第一和第二凹部的中心在位置上一致，从而使得第一和第二凹部合并成总凹部。在图4中为了清楚起见仅总凹部18''设有附图标记。
在本发明根据图3和图4的构造方式中，激光射束在第一和第二分方法步骤中具有相同的功率。但是显然，在本发明根据图3和图4的构造方式中如下也是可行的，即，激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域14中的功率比激光射束在期望的断裂棱边的其余区域17中的功率高。例如通过这种措施，第二凹部的大小相对于第一凹部的大小可以增大。
备选地，引入凹部以便产生图4所示的凹部根据本发明也可以通过如下方法进行，即，材料剥除借助如下脉冲式激光射束来执行，并且该脉冲式激光射束为了实现材料剥除沿着期望的断裂棱边将凹部引入绝缘材料体2中，其中，激光射束在至少两个期望的断裂棱边相会的角区域中的功率比激光射束在期望的断裂棱边的其余区域中的功率高，从而使得布置在角区域14中的凹部比布置在其余区域中的凹部更大。
在本实施例的框架内，紧接着进行基底1沿着基底1的期望的断裂棱边A、B、C、D和E的断裂。在断裂基底时，基底以如下方式被机械负载，即，在期望的断裂棱边上产生基底的很高的机械负载，从而使得该基底沿着期望的断裂棱边断裂。基底1的断裂在此既可以在功率半导体构件与基底1连接之前也可以功率半导体构件与基底1连接之后进行。在断裂时，在本实施例中首先将侧边部分10和13断掉，然后将侧边部分11和12断掉，并且紧接着将基底沿着期望的断裂棱边D断裂，并以这种方式将基底分开成第一和第二基底单个单元4a和4b。
在这里需要说明的是，在附图中相同的元件设有相同的附图标记。
此外，在这里需要说明的是，在本发明中角区域沿着期望的断裂棱边分布的长度b优选是在期望的断裂棱边的相邻的两个角点30之间沿着期望的断裂棱边分布的间距a的0.5%至30%（参见图1），其中，在所述相邻的两个角点30处，至少两个期望的断裂棱边相会。

Claims (10)

1.一种断裂准备至少一个功率半导体构件的基底（1）的方法，其具有以下方法步骤：
a）提供所述基底（1），其中，所述基底（1）具有不导电的绝缘材料体（2），
b）在所述绝缘材料体（2）上沿着所述基底（1）的期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）进行材料剥除，其中，材料剥除以如下方式执行，即，在至少两个期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）相会的角区域（14）中执行相对于在期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）的其余区域（17）中所执行的材料剥除更高度的材料剥除。
2.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述材料剥除借助激光射束（20）来执行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述材料剥除借助脉冲式激光射束（20）来执行，并且所述脉冲式激光射束（20）为了实现所述材料剥除沿着所述期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）将凹部（18、18'、18''）引入所述绝缘材料体（2）中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光射束（20）在所述至少两个期望的断裂棱边相会的角区域（14）中比在所述期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）的其余区域（17）中沿着所述期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）每长度单位将更多的凹部（18、18'）引入所述绝缘材料体（2）中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述脉冲式激光射束（20）以如下方式将所述凹部（18、18'、18''）引入所述绝缘材料体（2）中，即，在第一分方法步骤中，所述激光射束（20）沿着所述基底（1）的期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）将第一凹部（18）引入所述绝缘材料体（2）中，而在第二分方法步骤中，所述激光射束（20）在所述至少两个期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）相会的角区域（14）中沿着期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）将第二凹部（18'）引入所述绝缘材料体（2）中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二凹部（18、18'）以如下方式布置，即，所述第一和第二凹部（18、18'）的中心（M）在位置上一致，或所述第一和第二凹部（18、18'）的中心（M）彼此错开地布置。
7.根据权利要求2至6之一所述的方法，其特征在于，所述激光射束（2）在所述至少两个期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）相会的角区域（14）中的功率比所述激光射束（20）在所述期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）的其余区域（17）中的功率高。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二分方法步骤中，所述激光射束（20）具有相同的功率。
9.一种用于断裂至少一个功率半导体构件的基底的方法，其中，所述方法包含根据前述权利要求之一所述的断裂准备至少一个功率半导体构件的基底的方法，其中，所述用于断裂至少一个功率半导体构件的基底的方法具有以下另一方法步骤：
c）沿着所述基底（1）的期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）断裂所述基底（1）。
10.一种用于至少一个功率半导体构件的基底，其中，所述基底（1）具有不导电的绝缘材料体（2），其中，沿着所述基底（1）的期望的断裂棱边（A、B、C、D、E），所述绝缘材料体（2）的材料被剥除，其中，在至少两个期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）相会的角区域（14）中沿着期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）比在其余区域中沿着期望的断裂棱边（A、B、C、D、E）每长度单位剥除更多的材料。
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