CN107644858A - 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法 - Google Patents

功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107644858A
CN107644858A CN201710600889.0A CN201710600889A CN107644858A CN 107644858 A CN107644858 A CN 107644858A CN 201710600889 A CN201710600889 A CN 201710600889A CN 107644858 A CN107644858 A CN 107644858A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
power semiconductor
attachment means
switching device
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710600889.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107644858B (zh
Inventor
约尔格·阿蒙
哈拉尔德·科波拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semikron GmbH and Co KG
Original Assignee
Semikron GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semikron GmbH and Co KG filed Critical Semikron GmbH and Co KG
Publication of CN107644858A publication Critical patent/CN107644858A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107644858B publication Critical patent/CN107644858B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4093—Snap-on arrangements, e.g. clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/4985—Flexible insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/50—Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/90—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies using means for bonding not being attached to, or not being formed on, the body surface to be connected, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
    • H01L2224/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
    • H01L2224/241—Disposition
    • H01L2224/24135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/24137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
    • H01L2224/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
    • H01L2224/241—Disposition
    • H01L2224/24151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/24221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/24225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/24226—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the HDI interconnect connecting to the same level of the item at which the semiconductor or solid-state body is mounted, e.g. the item being planar
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/50—Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法。该开关装置包括基底以及功率半导体组件，包括连接装置和压力装置，基底具有彼此电绝缘的导体轨道，并且功率半导体组件被布置在导体轨道中的一个上，连接装置被构造为包括导电膜和电绝缘膜的膜复合物，并且从而形成第一和第二主表面，开关装置通过连接装置在内部以符合电路的方式连接，并且功率半导体组件的第一主表面的接触区域以强制锁定且导电的方式与基底的所指配的导体轨道的第一接触区域连接，压力装置具有压力体以及压力元件，压力元件压在膜复合物的第二主表面的第一区段上，并且所述第一区段被布置在功率半导体组件的区域之内，以在沿着功率半导体组件的法线方向上突出。

Description

功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法
技术领域
本发明描述了一种功率电子开关装置，该功率电子开关装置通过下述事实可形成功率半导体模块或功率电子系统的基本单元：通过其自身或与优选地相同的其他基本单元的组合而形成功率半导体模块或功率电子系统的功率电子基本构建块。此外，本发明描述了一种包括这种功率电子开关装置的布置结构，以及用于制造这种功率电子开关装置的特别优选实施例的方法。
背景技术
例如在DE 10 2013 104 949 B3中所公开的现有技术公开了一种开关装置，该开关装置包括基底、功率半导体组件、连接装置、负载端子装置、以及压力装置。在这种情况下，基底具有电绝缘的导体轨道，其中功率半导体组件被布置在导体轨道上。连接装置构造为包括导电膜和电绝缘膜的膜复合物，并且具有第一和第二主表面。开关装置由此以符合电路的方式内部连接。压力装置具有拥有第一切口的压力体，压力元件被布置成从所述压力体突出，其中压力元件压在膜复合物的第二主表面的区段上，并且在这种情况下，所述区段被布置在功率半导体组件的区域之内以在沿着功率半导体组件的法线方向上突出。
通过了解所提到的条件，本发明基于提出一种功率电子开关装置及其布置结构以及制造开关装置的方法的目的，其中就其复杂性及其制造成本而言该开关装置被优化。
发明内容
根据本发明，通过根据本发明实施例的的功率电子开关装置、具有功率电子开关装置的布置结构、以及两种特定制造方法来实现所述目的。在从属权利要求中描述了优选实施例。
根据本发明的开关装置构造为包括基底、布置在其上的功率半导体组件，包括连接装置并且包括压力装置，其中基底具有彼此电绝缘的导体轨道，并且功率半导体组件被布置在导体轨道中的一个上，其中连接装置构造为包括导电膜和电绝缘膜的膜复合物，并且从而形成第一和第二主表面，其中开关装置通过连接装置在内部以符合电路的方式连接，并且其中功率半导体组件的第一主表面的接触区域以强制锁定且导电的方式与基底的所指配的导体轨道的第一接触区域相连，为此目的，压力装置具有压力体以及在功率半导体组件的方向从其突出的压力元件，其中压力元件压在膜复合物的第二主表面的第一部分上并且在这种情况下所述第一部分被布置在功率半导体组件的区域之内以在沿着功率半导体组件的法线方向上突出。
因此，在该开关装置的情况下，明确地省略了功率半导体组件的第一主表面的接触区域与基底的所指配的接触区域实质性键合连接。其结果是，与现有技术相比，实质性键合的连接，优选地被构造为压力烧结的连接被由强制锁定的连接替代了。
优选的是连接装置的第二接触区域以强制锁定或实质性键合且导电的方式与指配给其的基底的导体轨道的接触区域相连。
同样地，功率半导体组件可通过其第二主表面以强制锁定或主动锁定的方式与连接装置的第一主表面的所指配的接触区域电连接。
在这种情况下优选的是相应实质性键合连接构造为本领域常规的焊接的、粘接的、或者尤其是压力烧结的连接。
特别优选的是压力体具有压力元件从其突出的第一切口。在这种情况下，进一步有利的是压力体的第一切口构造为从第一主表面开始的凹陷部，在这种情况下，压力元件完全或近似完全地填充压力体的切口，并且压力元件在连接装置的方向上在其第一主表面上从压力体的切口突出，更准确地说是其第二主表面。在这种情况下，压力体的横向广度与垂直广度的比率应具有大于2比1的比率，特别是大于4比1的比率。
优选地，膜复合物的第二主表面的第一部分的表面面积至少具有所指配的功率半导体组件的区域的20％，特别是至少50％。在这种情况下，功率半导体组件的区域被理解为意味着其整个面积延伸，也就是说不仅仅是终端或接触区域的面积延伸。
根据本发明，布置结构构造为包括上述电子开关装置，包括冷却装置，并且包括压力引入装置，其中该压力引入装置间接地或直接地紧靠冷却装置来被被支撑并且优选地以集中的方式将压力引入到压力装置上，并且从而开关装置以强制锁定的方式与冷却装置连接。
同样地，由于压力的特别有效的引入，可以将具有小于20μm，特别是小于10μm，特别是小于5μm的厚度的导热层布置在基底——特别是布置有功率半导体组件的基底的一部分与冷却装置之间，所述导热层特别是导热膏。
同样优选的是冷却装置是功率半导体模块的优选金属基础板或热沉。
根据本发明的用于制造上述功率电子开关装置的第一特别优选配置的方法包括以下步骤，优选地按以下顺序应用：
A.提供基底，该基底包括绝缘层并且包括彼此电绝缘的导体轨道；
B.提供连接装置，该连接装置被构造为膜层叠体，所述膜层叠体被构造为交替地具有两个固有结构化的导电膜与在这两个导电膜之间的电绝缘膜，其中功率半导体组件按照实质地键合且导电的方式与连接装置的第一主表面的接触位置连接；
C.在不用于这两个连接方——即连接装置和基底之间的导电连接的粘接区段上，在基底或连接装置上布置粘接性物质；
D.通过粘接性物质，布置并使连接装置与基底粘接性地连接；在这种情况下，功率半导体组件的第一主表面位于指配给其的基底的导体轨道上；
E.按照在基底与所指配的功率半导体组件之间形成强制锁定且导电地连接的方式，通过压力装置和压力引入装置将压力引入到连接装置上。
有利地，另外还在连接装置与所指配的导体轨道之间形成强制锁定的且导电地连接。
根据本发明的用于制造上述功率电子开关装置的第二特别优选配置的方法包括以下步骤，优选地按以下顺序应用：
a.提供基底，该基底包括绝缘层并且包括彼此电绝缘的导体轨道；
b.提供连接装置，所述连接装置被构造为膜层叠体，所述膜层叠体被构造为交替地具有两个固有结构化的导电膜以及在这两个导电膜之间的电绝缘膜；
c.将功率半导体组件布置在所指配的导体轨道上；
d.相对于功率半导体组件并且相对于所指配的导体轨道来布置粘接性物质，用于将所述功率半导体组件粘接性地固定在所述导体轨道上；
e.通过粘接性物质，将所述连接装置布置并粘接性地连接到所述基；
f.以在所述功率半导体组件与基底的所指配的导体轨道之间形成强制锁定的且导电地连接的方式，通过压力装置和压力引入装置将压力引入到连接装置上。
有利的是，在连接装置与功率半导体组件之间以及在连接装置与所指配的导体轨道之间另外形成了强制锁定的且导电地连接。
不言而喻，除非本身排除，以单数所提到的特征，特别是功率半导体组件，还可在功率电子开关装置或者及其布置结构中呈现为多个。
不言而喻本发明的不同配置可单独实现或者以任意组合实现以实现改进。特别是，在不脱离本发明的范围的情况下，在上述及下文中所提到且说明的特征不仅能够以所指示的组合被使用，而且能够以其它组合或本身被使用，而与它们是在功率电子开关装置、布置结构、或者方法之一的上下文中被提到无关。
附图说明
从在图1至图5中所说明的示例性实施例的以下描述可显而易见地得知本发明的进一步阐述、有利详情、以及特征。
图1以分解图示示出了根据本发明的的布置结构，其包括根据本发明的功率电子开关装置布置结构。
图2至4示出了根据本发明的功率电子开关装置的不同配置。
图5示出了不同截面的功率电子开关装置的平面图。
具体实施方式
图1以示意性分解图示出了根据本发明的功率电子开关装置1的第一配置。该图示示出了基底2，其以本领域中的常规方式构造，并且包括绝缘物质体20以及布置在其上的并且相应地彼此电绝缘的导体轨道22，所述导体轨道具有不同电位——特别是负载电位，而且还包括开关装置的辅助电位——特别是开关和测量电位。这里具体说明了诸如典型的半桥拓扑这样的具有负载电位的三个导体轨道22。
相应功率半导体组7被布置在两个导体轨道22上，功率半导体组件以本领域中的常规方式构造为在这里所说明的单独的开关，例如构造为MOS-FET或者具有反并联连接的功率二极管的IGBT。
开关装置1的内部连接是通过由具有交替的导电膜30，34与电绝缘膜32的膜复合物所制成的连接装置3而形成的。在这里膜复合物确切地具有两个导电膜以及布置在其之间的一个绝缘膜。在这种情况下，所述膜复合物3的面向基底2的表面形成了所述膜复合物的第一主表面300，而相对表面形成了所述膜复合物的第二主表面340。特别地，连接装置3的导电膜30、34被固有的结构化并且从而形成彼此电绝缘的导体轨道区段。所述导体轨道区段特别地使相应功率半导体组件7——更确切地说，背向基底2的一侧上的其接触区域与基底的导体轨道22相连，在该配置中，导体轨道部分通过压力烧结连接而与基底的接触区域实质性地键合地连接。
同样地，在这里功率半导体组件7——更确切地说，第二主表面的其接触区域(72，参见图2)通过压力烧结连接(84，参见图2)与连接装置3实质性地键合地连接。
对于外部电链接，功率电子开关装置1具有负载和辅助端子元件，在这里仅说明负载端子元件。所述负载端子元件纯粹以示例性方式构造为金属成型体，该金属成型体通过接触底脚与基底2的导体轨道2实质性地键合地连接，有利地同样通过压力烧结连接。所述负载端子元件同样可以本领域中的常规方式构造为接触弹簧12。原则上，连接装置3的部分其自身还可构造为负载或辅助端子元件。诸如门或传感器端子的辅助端子元件(未示出)优选地同样以本领域的常规方式构造。
本领域中常规的压力装置5具有面向基底2的第一主表面502以及背离基底2的第二主表面，并且为了清楚起见，在这里被示出为距连接装置3一定距离。压力装置5由压力体50以及多个(这里示出为两个)压力元件52构成。压力体50构造为特别刚性以便能够将通过其引入的压力均匀地传递给压力元件52。压力元件52被布置在压力体50的切口500中，该切口500构造为从第一主表面502开始的凹陷部。它们完全填充所述切口500并在基底2的方向上在第一主表面502上从它们突出。
为此目的并且针对在开关装置操作期间的热负荷的背景，压力体50由耐高温热塑性塑料——特别是聚苯硫醚构成。在操作期间并且在这种情况下，特别是在不同的温度下，压力元件52必须能够施加基本恒定的压力。为此目的，压力元件52由弹性体构成，优选地由硅酮弹性体构成，特别优选地由所谓的交联的液态硅酮(LSR-Liquid Silicone Rubber)构成。在这里压力体52的横向广度544与垂直广度520的比率为4比1。
该布置结构进一步具有热沉4，该热沉4的表面覆盖有导热层40，导热层40上布置了功率电子开关装置1——更准确地说，布置了功率电子开关装置1的基底2。由于根据本发明的布置结构的配置，导热层40可具有非常小的厚度，在这里其在5μm与10μm之间。原则上，可以完全省去导热层。这取决于表面构成，特别是热沉4的粗糙度。
或者，基底2的绝缘层20可构造为直接层叠在热沉4上的电绝缘膜。在这种情况下，导体轨道22还可构造为由铜构成的平面传导元件。后者有利地具有0.5mm至1.0mm的厚度。
该布置结构进一步具有被布置在连接装置3上方的压力引入装置6。通过以未示出的方式支撑到热沉上的所述压力引入装置6，将压力60引入到压力体50上。在每种情况下通过压力元件52将所述压力60作为分压62直接传送到膜复合物3的第二主表面340的第一区段344。此后利用强制锁定连接的形成，所述第一区段344间接地将功率半导体组件7的第一主表面(70，参见图2)的接触区域(740，参见图2)压在基底2的所指配的导体轨道22的所指配的接触区域(220，参见图2)上。
引入的压力60进一步将整个基底2压到热沉4上。在每种情况下，在功率半导体组件7的法线N的方向上，实现了在基底2与功率半导体组件7之间以及在基底2与热沉4之间的导电这两个压力接触。因此，首先，形成了基底2与功率半导体组件7之间的高效强制锁定且导电连接，所述连接呈现出非常低的接触电阻。其次，在基底2与热沉4之间形成同样有效的导热连接，该连接在热量释放最高的位置，即功率半导体组件7形成了其最有效的热传递。
图2示出了如图1中基本上已经示出的根据本发明的功率电子开关装置1的第一配置的截面图。
这里说明了其包括一个绝缘层20以及两个导体轨道22的基底2。将构造为功率二极管的功率半导体组件7布置在右侧导体轨道上，并且通过强制锁定连接——在这里是压力烧结连接84而与连接装置3的第一主表面导电地连接。
功率半导体组件7——更确切地说，第二主表面72的背离基底2的接触区域通过连接装置3与左侧导体轨道22电连接。为此目的，连接装置3具有第一导电膜30，其中其接触区域是通过实质地键合的压力烧结连接84或者本领域常规的一些其它实质地键合的连接而由功率半导体组件7的对应接触区域实现的。
连接装置3进一步具有电绝缘膜32和进一步的导电膜34，该电绝缘膜32和进一步的导电膜34相互形成了功率电子开关装置1的进一步符合电路的内部连接。
功率半导体组件7——更准确地说，第一主表面70的其接触区域740通过强制锁定连接与所指配的导体轨道22——更准确地说，其接触区域220导电地连接。该实质地键合的连接是由其直接被引入到连接装置，在这里是膜复合物3的第二主表面340的第一部分344上的分压62(参见图1)形成的。通过其接触位置740上的功率半导体组件7将压力传送到所指配的导体轨道22的接触位置220，其中在这些接触位置之间形成了强制锁定的导电连接。在这里优选地提供了具有金表面，特别是几微米薄金层的强制锁定连接的相应接触位置220、740，因为它们具有最好的接触性能和接触电阻。此外，在根据EN ISO4287所确定的每种情况下，强制锁定连接的相应接触位置220，740具有小于5μm，特别是小于2μm的粗糙深度(Rz)以及小于1μm，特别是小于0.5微米的平均粗糙度(Ra)。
功率半导体组件7与左侧导体轨道22导电地连接。为此，膜复合物3的第一金属膜30从与功率半导体组件7的接触位置一直延伸到左侧导体轨道22的接触位置222。通过压力烧结连接82或本领域常规的一些其它连接在连接装置3的接触位置308与基底2的导体轨道22的接触位置222之间形成实质性键合的连接。
此外，功率电子开关装置1还包括这里是凝胶状的粘接性物质36，该粘接性物质36相对于功率半导体组件7以及相对于所指配的导体轨道22布置，以将功率半导体组件7粘接性地固定到所述导体轨道22上导体轨道。在该配置中，所述粘接性物质36在功率半导体组件7的边缘并且还在基底上。这导致了功率半导体组件7与基底之间的粘接连接，这诸如是为了能够实现尤其是根据本发明的第二方法所必需的。
图3示出了根据本发明的功率电子开关装置1的第二配置的截面图。在这里再次通过上述实质地键合的连接形成功率半导体组件7与连接装置3之间的导电地连接。同样按照如上所述的方式形成功率半导体组件7与基底的所指配的导体轨道22的强制锁定连接。
与根据图2的第一配置相反，在这里，连接装置3在相对于功率半导体组件7以及相对于左侧导体轨道路径22的接触区域中仅具有彼此不直接连接的第一导电膜30的区段。相反，在所述区段中布置了通过绝缘膜32从第一导电膜30到第二导电膜34的电镀通孔320。因此，通过第二导电膜34实现了左侧导体轨道22与功率半导体组件7之间的连接。此外，在左侧导体轨道22上说明了在这里例如构造为弹簧接触元件的端子元件12。
这里是凝胶状的粘接性物质36同样相对于功率半导体组件7以及相对于所指配的导体轨道22而布置，用于将功率半导体组件7粘接性地固定到所述导体轨道22上导体轨道。然而，所述粘接性物质36另外承载在连接装置3的第一主表面上，其结果是后者也被粘接性地连接到基底。原则上，在这里按照本领域常规的方式形成粘接连接。作为示例，可通过保持装置使功率半导体组件暂时地压在基底上，可随后布置粘接性物质36并且此后可开始粘接性物质的交联，从而产生粘接连接。一旦后者获得足够的粘接力，即使交联尚未完全发生，也可再次移除保持装置。
图4示出了根据本发明的功率电子开关装置1的第三配置的截面图，所述第三配置是根据本发明的第二方法制造的。具有功率半导体组件7的基底2这里是按照已对图3所描述的方式具体实现的。
在两个导体轨道22之间的基底2上，以在边缘区域中与前者重叠的方式并且还以靠压半导体组件7的方式布置电绝缘粘接性物质36——优选地，基于硅橡胶的粘接剂。不言而喻粘接性物质还可构造为聚酰亚胺或环氧树脂。无需压力装置5施加压力，所述粘接性物质36在基底2的区段228与连接装置3的区段348之间提供粘接剂连接——也就是说，至少提供粘接连接。重要的是所述粘接连接不会有助于导电并且因而仅布置在连接装置3与基底2之间，更准确地说，导体轨道22或功率半导体组件7之间不形成导电接触的区段228，348中。
在这里通过第二导电膜34而不是第一导电膜形成了功率半导体组件7与左侧导体轨道22之间的导电地连接。在这种情况下，与根据图3的配置相反，在左侧导体轨道22的区域中，不需要第一导电膜30的区段并且因而也不需要电镀通孔。在功率半导体组件7的区域中，连接装置3的配置如图3所述。
在每种情况下，连接装置3与功率半导体组件7之间、功率半导体组件7与基底之间、以及连接装置3与基底2的导体轨道22之间的导电地连接构造为强制锁定连接。为此，通过压力装置5的相应的所指配的压力元件52将相应分压62(参见图1)引入到相应连接上。在这种情况下，分压62因此被施加在连接装置的第二主表面340的第二区段346上，其结果是第二导电膜34的接触区域342被压到左侧接触区域22的接触区域222上并且以强制锁定的方式电连接到此。同样地，分压62被施加在连接装置的第二主表面340的第一部分344上，其结果是连接装置3被压到功率半导体组件7上并且后者被压到基底2上，并且在每种情况下都以强制锁定的方式导电连接到此。
功率电子开关装置1的这种第三配置的主要优点在于在这里完全不需要实质地键合且导电的连接。通过粘接性物质36使连接装置3、功率半导体组件7、基底2彼此专有地粘接连接。仅在功率电子开关装置1的操作期间进行所述压力的施加，这在这里在导电接触3与功率半导体组件7之间、功率半导体组件7与基底2之间、以及连接装置3与基底2之间形成了强制锁定导电地接触。
图5示出了不同截面中的功率电子开关装置1的平面图。根据图5a的截面示出了两个功率半导体组件7，这两个功率半导体组件7以典型地但未示出的方式被布置在基底的公共导体轨道上。在对一般性无限制的情况下，这涉及具有中心栅极端子区域和与其相邻的发射极端子区域的晶体管以及具有阴极端子区域的二极管。
图5b示出了连接装置3的第一固有地结构化的导电膜30。这在晶体管的发射极端子区域与二极管的阴极端子区域之间形成了导电连接。在这种情况下，实现了用于晶体管的栅极端子区域的切口。
图5c示出了连接装置3的第二固有地结构化的导电膜34。这形成了与晶体管的栅极端子区域的导电连接。
图5d示出了指配给功率半导体组件7的接触装置的接触元件的印迹，其中由于其方形基本形状而仅将一个接触元件指配给晶体管，并且由于其矩形基本形状而将两个接触元件指配给二极管。相应印迹与连接装置3的第二主表面340上的那些第一部分344相对应，所述第一部分344被布置成在法线的方向上与功率半导体组件对准并且在这里突出到相应功率半导体组件上。这里清楚的是印迹区域——也就是说，旨在引入压力的区域覆盖功率半导体组件的区域的最大可能部分，而不会超出所述区域。

Claims (16)

1.一种功率电子开关装置(1)，所述功率电子开关装置包括基底(2)、被布置在所述基底(2)上的功率半导体组件(7)，所述功率电子开关装置包括连接装置(3)并且包括压力装置(5)，
其中，所述基底(2)具有彼此电绝缘的导体轨道(22)，并且所述功率半导体组件(7)被布置在导体轨道(22)中的一个上，
其中，所述连接装置(3)被构造为包括导电膜(30,34)和电绝缘膜(32)在内的膜复合物，并且因此形成第一主表面和第二主表面(300,340)，
其中，所述开关装置借助于所述连接装置(3)以符合电路的方式来被连接在内部，并且，其中，所述功率半导体组件(7)的所述第一主表面(70)的接触区域以强制锁定且导电的方式来被连接到所述基底(2)的所指配的导体轨道(22)的第一接触区域(220)，为此，所述压力装置(5)具有压力体(50)以及在所述功率半导体组件(7)的方向上从所述压力体(50)突出的压力元件(52)，
其中，所述压力元件(52)压在所述膜复合物(3)的所述第二主表面(340)的第一区段(344)上，并且在这种情况下，所述第一区段被布置成在所述功率半导体组件(7)的区域(74)之内沿着所述功率半导体组件(7)的法线的方向(N)突出。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其中，
所述连接装置的第二接触区域(308)以强制锁定或实质性键合的方式并且以导电的方式来被连接到所述基底(2)的所指配的导体轨道(22)的接触区域(228)。
3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，
所述功率半导体组件(7)通过其第二主表面(72)以强制锁定或实质性键合的方式来被导电地连接到所述连接装置(3)的所述第一主表面(300)的所指配的接触区域。
4.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，
所述压力体(50)具有第一切口(500)，所述压力元件(52)从所述第一切口(500)突出。
5.根据权利要求4所述的开关装置，其中，
所述压力体(50)的所述第一切口(500)被构造为从第一主表面(502)起始的凹陷部，
所述压力元件(52)完全或近似完全地填充所述压力体(50)的所述切口(500)，并且
所述压力元件(52)在其所述第一主表面(502)处从所述压力体的所述切口(500)突出。
6.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，
所述压力体(50)是由耐高温的热塑性塑料构成的，特别是由聚苯硫醚构成的，并且
所述压力元件(52)是由弹性体构成的，优选地是由硅酮弹性体构成的，特别是由交联的液态硅酮构成的。
7.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，
所述压力体(52)的横向广度(544)与垂直广度(520)的比率具有大于2比1的比率，特别是具有大于4比1的比率。
8.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，
所述第一区段(344)的表面面积至少具有所指配的功率半导体组件(7)的区域(74)的20％，特别是至少50％。
9.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，
各个导电的且实质性键合的连接被构造为焊接的、粘接的、或者压力烧结的连接。
10.一种布置结构，该布置结构包括根据权利要求1至9中的任一项所述的电子开关装置(1)，包括冷却装置(4)，并且包括压力引入装置(6)，其中，
所述压力引入装置(6)以间接地或直接地紧靠所述冷却装置(4)的方式来被支撑，并且优选以集中的方式将压力引入到所述压力装置(5)上，并且所述开关装置(1)从而以强制锁定的方式来被连接到所述冷却装置(4)。
11.根据权利要求10所述的布置结构，其中，
在所述基底(2)与所述冷却装置(4)之间布置导热层(40)，所述导热层(40)具有小于20μm厚度，特别是具有小于10μm的厚度，特别是具有小于5μm的厚度。
12.根据权利要求10所述的布置结构，其中，
所述冷却装置(4)优选地是功率半导体模块的金属基础板或热沉。
13.一种制造根据权利要求1至8中的任一项所述的功率电子开关装置(1)的第一配置的方法，包括以下步骤：
A.提供所述基底(2)，所述基底包括绝缘层(20)并且包括彼此电绝缘的导体轨道(22)；
B.提供所述连接装置(3)，所述连接装置(3)被构造为膜层叠体，所述膜层叠体被构造为交替地具有两个固有结构化的导电膜(30,34)以及在所述两个导电膜(30,34)之间的电绝缘膜(32)，其中，功率半导体组件(7)以实质性键合且导电的方式来被连接到所述连接装置(3)的接触位置；
C.将粘接性物质(36)在粘接区段处布置在所述基底(2)或所述连接装置(3)上，所述粘接区段不用于在这两个连接方，即所述连接装置(3)和所述基底(2)之间的导电连接；
D.借助于所述粘接性物质(36)，将所述连接装置(3)布置并粘接地连接到所述基底(2)；
E.以在所述基底(2)与所指配的功率半导体组件(7)之间形成强制锁定的且导电的连接的方式，借助于压力装置(5)和压力引入装置(6)将压力引入到所述连接装置(3)上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，
在所述连接装置(3)与所指配的导体轨道(22)之间形成强制锁定的且导电的连接。
15.一种制造根据权利要求1至8中的任一项所述的功率电子开关装置(1)的第二配置的方法，包括以下步骤：
a.提供所述基底(2)，所述基底(2)包括绝缘层(20)并且包括彼此电绝缘的导体轨道(22)；
b.提供所述连接装置(3)，所述连接装置(3)被构造为膜层叠体，所述膜层叠体被构造为交替地具有两个固有结构化的导电膜(30,34)以及在在所述两个导电膜(30,34)之间的电绝缘膜(32)；
c.将所述功率半导体组件(7)布置在所指配的导体轨道(22)上；
d.相对于所述功率半导体组件(7)并且相对于所指配的导体轨道(22)来布置粘接性物质(36)，以便将所述功率半导体组件(7)粘接性地固定在所述导体轨道(22)上；
e.借助于所述粘接性物质(36)，将所述连接装置(3)布置并且粘接地连接到所述基底(2)；
f.以在所述功率半导体组件(7)与所述基底(2)的所指配的导体轨道(22)之间形成强制锁定的且导电的连接的方式，借助于压力装置(5)和压力引入装置(6)将压力引入到所述连接装置(3)上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
在所述连接装置(3)与所述功率半导体组件(7)之间以及在所述连接装置(3)与所指配的导体轨道(22)之间，形成强制锁定的且导电的连接。
CN201710600889.0A 2016-07-22 2017-07-21 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法 Active CN107644858B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016113538 2016-07-22
DE102016113538.0 2016-07-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107644858A true CN107644858A (zh) 2018-01-30
CN107644858B CN107644858B (zh) 2023-08-08

Family

ID=59298304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710600889.0A Active CN107644858B (zh) 2016-07-22 2017-07-21 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10269755B2 (zh)
EP (1) EP3273473B1 (zh)
CN (1) CN107644858B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416102A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 赛米控电子股份有限公司 功率半导体部件与基底经烧结彼此连接的压力烧结方法
CN112889148A (zh) * 2018-10-19 2021-06-01 Abb电网瑞士股份公司 具有自由浮动封装概念的功率半导体装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3273473B1 (de) 2016-07-22 2020-09-09 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
DE102020115831B4 (de) * 2020-06-16 2024-03-14 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Druckeinrichtung
DE102020121033A1 (de) * 2020-08-10 2022-02-10 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung, Leistungshalbleitermodul damit und Verfahren zur Herstellung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10121970A1 (de) * 2001-05-05 2002-11-28 Semikron Elektronik Gmbh Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktierung
DE102013108185A1 (de) * 2013-07-31 2015-02-05 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung und leistungselektronische Schalteinrichtung
DE102014106570A1 (de) * 2014-05-09 2015-11-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit Schalteinrichtung und Anordnung hiermit

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4132947C2 (de) * 1991-10-04 1998-11-26 Export Contor Ausenhandelsgese Elektronische Schaltungsanordnung
DE10355925B4 (de) 2003-11-29 2006-07-06 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul und Verfahren seiner Herstellung
DE102006025531A1 (de) 2006-06-01 2008-04-10 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Stromrichtermodul
DE102013104950B3 (de) 2013-05-14 2014-04-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul und Anordnung hiermit
DE102013104949B3 (de) 2013-05-14 2014-04-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
DE102014016570A1 (de) 2014-11-08 2016-05-12 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Fahrzeugtür mit Bedienfeld
EP3273473B1 (de) 2016-07-22 2020-09-09 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10121970A1 (de) * 2001-05-05 2002-11-28 Semikron Elektronik Gmbh Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktierung
DE102013108185A1 (de) * 2013-07-31 2015-02-05 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung und leistungselektronische Schalteinrichtung
DE102014106570A1 (de) * 2014-05-09 2015-11-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
CN105097716A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 赛米控电子股份有限公司 具有开关装置的功率半导体模块以及包括该功率半导体模块的布置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416102A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 赛米控电子股份有限公司 功率半导体部件与基底经烧结彼此连接的压力烧结方法
CN112889148A (zh) * 2018-10-19 2021-06-01 Abb电网瑞士股份公司 具有自由浮动封装概念的功率半导体装置
CN112889148B (zh) * 2018-10-19 2022-12-13 日立能源瑞士股份公司 具有自由浮动封装概念的功率半导体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10269755B2 (en) 2019-04-23
US20180026005A1 (en) 2018-01-25
EP3273473A1 (de) 2018-01-24
EP3273473B1 (de) 2020-09-09
CN107644858B (zh) 2023-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107644858A (zh) 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法
CN101447442B (zh) 包括在基底上放置半导体芯片的制造装置的方法
CN104157622B (zh) 功率电子开关装置和具有该功率电子开关装置的布置结构
CN107644819A (zh) 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法
CN105097716B (zh) 具有开关装置的功率半导体模块以及包括该功率半导体模块的布置
US6881071B2 (en) Power semiconductor module with pressure contact means
JP2021097589A (ja) 電気自動車またはハイブリッド自動車の、パワーエレクトロニクスのトラクションインバータのハーフブリッジモジュール
CN105874596B (zh) 半导体模块
JP5118888B2 (ja) 互いに電気絶縁された端子要素を備えたパワー半導体モジュール
CN101055856B (zh) 用于电子元件的连接设备
CN206271705U (zh) 包括多个电势面的功率电子开关器件
CN105551977B (zh) 用于生产具有防潮电绝缘盖的开关器件的方法以及用于生产具有该开关器件的装置的方法
KR20130006368A (ko) 냉각장치를 포함하는 전력 전자 시스템
JP5877011B2 (ja) 可撓な接続デバイスを備えたパワーアセンブリ
CN107644818A (zh) 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法
KR20140134629A (ko) 전력 반도체 모듈 및 이를 포함하는 장치
CN109428498B (zh) 组件结构、功率模块及功率模块组装结构
RU2001119053A (ru) Композиционный материал и его применение
US20210143103A1 (en) Power module and method for manufacturing power module
KR20110026427A (ko) 복수의 부품을 구비한 칩 카드
US20210183795A1 (en) Power module and method of manufacturing same
JP3767296B2 (ja) 電力変換装置
KR100635681B1 (ko) 매트릭스 컨버터
CN107180823A (zh) 具有金属模铸体的封装的功率半导体装置
CN109844939A (zh) 功率模块

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant