CN110098132A - 生产功率半导体模块的方法和功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产功率半导体模块的方法和功率半导体模块，所述方法包括以下方法步骤：a)提供布置有功率半导体元件的基板、接触弹簧和弹簧引导元件，该弹簧引导元件由塑料材料构成并具有管道；b)将基板和弹簧引导元件以如下方式布置，即：使得在该布置之后，管道的第二开口被布置成面向基板；c)通过管道的第一开口将接触弹簧的至少一部分引入管道中；d)使弹簧引导元件的、被布置在它的与管道的第一开口毗连的区域中的材料以如下方式塑性变形，即：使得弹簧引导元件的、至少在它的与第一开口毗连的那一区域中的一个位置处的材料变形到第一开口中，其中由于已经变形到第一开口中的材料，所以接触弹簧在从第二开口到第一开口的方向上的移动被限定。

Description

生产功率半导体模块的方法和功率半导体模块
技术领域
本发明涉及一种用于生产功率半导体模块的方法和一种功率半导体模块。
背景技术
从DE 10 2008 057 832 A1已知一种具有预张紧接触弹簧的功率半导体模块。该接触弹簧用于以导电方式将外部电路板连接到功率半导体模块的基板。该文献中的接触弹簧被布置在该功率半导体模块的弹簧引导元件的管道中。
在功率半导体模块的情况下，其中被布置在管道中的接触弹簧用于以导电方式将外部电路板连接到功率半导体模块的基板，存在对固定接触弹簧以防止从管道掉出的技术需求，因为否则的话，例如当运输或安装在上级电气系统中时，所述接触弹簧可能会丢失。此外，这种功率半导体模块能够以简单且经济的方式生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产功率半导体模块的方法和一种功率半导体模块，其中，该功率半导体模块的、被布置在该功率半导体模块的(功率半导体模块的管道中的)弹簧引导元件的管道中的接触弹簧被以可靠的方式固定以防止从管道中掉出，其中该方法能够实现经济生产功率半导体模块。
该目的通过一种用于生产功率半导体模块的方法来实现，该方法包括以下方法步骤：
a)提供基板、导电接触弹簧以及弹簧引导元件，功率半导体元件被布置在该基板上并且以导电方式连接到该基板，该导电接触弹簧具有第一接触构件和第二接触构件以及被布置在该第一接触构件与该第二接触构件之间的弹性弹簧部，该弹簧引导元件由塑料材料构成并且具有管道，其中，该管道在该弹簧引导元件的第一侧上具有第一开口，并且该管道在该弹簧引导元件的第二侧上具有第二开口；
b)将基板和弹簧引导元件以如下方式布置，即：使得在布置该基板和该弹簧引导元件之后，第二开口被布置成面向基板；
c)通过第一开口将接触弹簧的至少一部分引入到管道中，其中管道中的第二接触构件的至少一部分被引导穿过该管道并且穿过该第二开口；
d)使弹簧引导元件的、被布置在该弹簧引导元件的毗连第一开口的区域中的材料以如下方式塑性变形，即：使得该弹簧引导元件的、至少在弹簧引导元件的毗连第一开口的那一区域中的一个位置处的材料变形到该第一开口中，其中，由于已经变形到第一开口中的材料，所以接触弹簧在从第二开口到第一开口的方向上的移动被限定。
此外，该目的还通过一种功率半导体模块来实现，该功率半导体模块具有基板、导电接触弹簧和弹簧引导元件，功率半导体部件被布置在该基板上并且以导电方式连接到该基板，该导电接触弹簧具有第一接触构件和第二接触构件以及被布置在该第一接触构件与该第二接触构件之间的弹性弹簧部，该弹簧引导元件由塑料材料制成并且具有管道，其中，该管道在该弹簧引导元件的第一侧上具有第一开口，并且该管道在该弹簧引导元件的第二侧上具有第二开口，其中，该第二开口被布置成面向基板，其中，接触弹簧的一部分被布置在该管道中，其中，第二接触构件被布置在该基板的接触面上方或者与该基板的接触面机械接触，其中，第一接触构件的至少一部分在远离基板的方向上凸出超过该第一开口，其中，通过弹簧引导元件的、被布置在该弹簧引导元件的毗连第一开口的区域中的材料的塑性变形，该弹簧引导元件的、至少在弹簧引导元件的毗连第一开口的那一区域中的一个位置处的材料变形到该第一开口中，其中，已经变形到该第一开口中的材料限定接触弹簧在从第二开口到该第一开口的方向上的移动。
功率半导体模块的有利构造以类似于该方法的有利构造的方式得出，并且反之亦然。
本发明的有利构造由优选实施例中得出。
证明有利的是，在时间上，方法步骤b)能够在方法步骤c)之前或在方法步骤d)之后执行。因此，该方法具有高度的灵活性。
此外，以下进一步的方法步骤证明是有利的：
e)使弹簧引导元件朝向基板移动，其中至少在该移动之后，第二接触构件与基板的导电接触面机械接触，并且第一接触构件的至少一部分在远离基板的方向上凸出超过第一开口。
因此，能够在功率半导体模块的制造商处以简单的方式测试基板的接触面与接触弹簧之间的导电接触。
此外，证明是有利的是，当通过铆固执行塑性变形的时候，这是由于通过铆固实现了弹簧引导元件的材料的精确塑性变形。
此外，当如下情况时证明是有利的：弹簧引导元件的、被布置在第一开口的被布置成毗连该第一开口的区域中的材料的塑性变形以这样的方式执行，即：使得弹簧引导元件的至少在两个位置处的材料变形到第一开口中，该两个位置被布置成在该弹簧引导元件的毗连第一开口的那一区域中关于第一开口相对置，其中由于已经变形到第一开口中的材料，所以接触弹簧在从第二开口到该第一开口的方向上的移动被限定。因此，第一开口的大小被以可靠的方式减小。
此外，证明是有利的是，当弹簧引导元件构造功率半导体模块的外壳部分的时候，这是由于在这种情况下，功率半导体模块能够以特别经济的方式生产。
此外，证明是有利的是，当弹簧部被构造为螺旋弹簧的时候，这是由于跨越较宽伸长范围的螺旋弹簧具有与该伸长范围成比例的弹簧力。
此外，当如下情况时证明是有利的：由于弹簧引导元件的被布置在第一开口的被布置成毗连第一开口的区域中的材料的塑性变形，所以弹簧引导元件的至少在两个位置处的材料变形到第一开口中，该两个位置被布置成在该弹簧引导元件的毗连第一开口的区域中关于第一开口相对置，其中已经变形到该第一开口中的材料限定了接触弹簧在从第二开口到该第一开口的方向上的移动。因此，第一开口的大小被以可靠的方式减小。
附图说明
下面将参考附图解释本发明的示例性实施例，其中：
图1示出了根据本发明的功率半导体模块在其生产的最终状态下的透视截面图；
图2示出了根据本发明的功率半导体的接触弹簧；
图3示出了处于根据本发明的功率半导体模块的弹簧引导元件的材料塑性变形之前的状态下的根据本发明的功率半导体模块的区域的透视详细视图，该区域被布置在根据本发明的功率半导体模块的第一开口周围；
图4示出了处于根据本发明的功率半导体模块的弹簧引导元件的材料已经塑性变形之后的状态下的根据本发明的功率半导体模块的一部分的透视详细视图，该部分被布置在根据本发明的功率半导体模块的第一开口周围；
图5示出了处于最终状态下的根据本发明的功率半导体模块的一部分的透视详细视图，该部分被布置在根据本发明的功率半导体模块的第一开口周围；并且
图6示出了用于铆固的工具模具的高度示意性截面图。
具体实施方式
根据本发明的功率半导体模块1的透视截面图在图1中以其在生产的最终状态示出，所述最终状态存在于示例性实施例的上下文中。图2中示出了根据本发明的功率半导体模块1的接触弹簧3。相同的元件在附图中设有相同的附图标记。
在根据本发明的、用于生产根据本发明的功率半导体模块1的方法的第一方法步骤a)中，提供基板2，单个或多个功率半导体元件13被布置在该基板2上并且以导电方式连接到基板2。此外，在该方法步骤中，执行提供单个或多个导电接触弹簧3，所述导电接触弹簧在每种情况下具有第一接触构件3a和第二接触构件3b以及被布置在该第一接触构件与该第二接触构件之间的弹性弹簧部3c。弹簧部3c优选是被构造为螺旋弹簧。此外，在该方法步骤中，执行提供由塑料材料构成并具有单个或多个管道5的弹簧引导元件4，其中相应管道5在弹簧引导元件4的第一侧6上具有第一开口8，并且管道5在弹簧引导元件4的第二侧7上具有第二开口9。如从图1中能够以示例性方式看出的那样，弹簧引导元件4的第一侧6和第二侧7能够具有复杂的几何轮廓。弹簧引导元件4优选是构成功率半导体模块1的外壳部分。
相应功率半导体元件13优选是以功率半导体开关或二极管的形式存在。此处的功率半导体开关通常以诸如例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的晶体管的形式存在或以晶闸管的形式存在。基板2具有不导电的绝缘构件2a(例如，陶瓷构件)和导电的、结构化的第一导体层2b，该第一导体层2b被布置在绝缘构件2a的第一侧上并连接到绝缘构件2a，并且由于该第一导体层2b的结构而构造导电接触面14，该导电接触面14被布置成在绝缘构件2a上相互间隔开来。接触面14被布置在绝缘构件2a上，以便相互电绝缘。基板2优选是具有导电的、优选是非结构化的第二导体层2c，该第二导体层2c连接到绝缘构件2a，其中绝缘构件2a被布置在结构化的第一导体层2b与第二导体层2a之间。基板2能够被构造为例如直接覆铜基板(DCB基板)、活性金属钎焊基板(AMB基板)或绝缘金属基板(IMS)。功率半导体元件13优选是以材料结合的方式(例如，通过锡焊/铜焊或烧结层)连接到基板6的接触面14。在示例性实施例的上下文中，功率半导体元件13将例如通过焊接引线(图1中未示出)电互连，以便形成例如能够用于例如对电压和电流进行整流和反相的半桥电路。
在优选是在第一方法步骤a)随后的第二方法步骤b)中，基板2和弹簧引导元件4的布置以这样的方式执行，即：使得在基板2和弹簧引导元件4的布置之后，第二开口9被布置成面向基板2。弹簧引导元件4的布置优选是在压缩件17的上方执行，该压缩件17先前已经被布置在基板2上，并且由弹性体构成的压缩垫16优选是被布置在该压缩件17上，其中，在布置弹簧引导元件4之后，压缩垫16被布置在压缩件17与弹簧引导元件4之间。弹性体优选是被构造为交联硅橡胶，特别是被构造为交联液体硅橡胶，或被构造为交联固体硅橡胶。
在优选是在第二方法步骤b)随后的第三方法步骤c)中，执行通过第一开口8将接触弹簧3的至少一部分引入到管道5中，其中管道中的第二接触构件3b的至少一部分被引导穿过管道5并穿过第二开口9。图3示出了在进行第三方法步骤c)之后的功率半导体模块1的详细视图。由于在本发明的情况下，接触弹簧3通过第一开口8被引入到管道5中，并且因此接触弹簧3的引入是从弹簧引导元件4的背对基板2的一侧6执行的，所以能够以特别经济的方式生产功率半导体模块1。此处的接触弹簧3优选是被引入到管道5中，直到该第二接触构件与基板2的接触面14机械接触为止。
在第三方法步骤c)随后的第四方法步骤d)中，弹簧引导元件4的、被布置在弹簧引导元件4的与第一开口8毗连的区域10中的分别是材料11或11’的塑性变形以如下方式执行，即：使得弹簧引导元件4的、至少在弹簧引导元件4的与第一开口8毗连的区域10中的一个位置(分别是12或12’)处的材料(分别是11或11’)变形到第一开口8中，其中由于材料(分别是11或11’)已经变形到第一开口8中，所以接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上的移动被限定。图4示出了在进行第四方法步骤d)之后的功率半导体模块1的详细视图。已经变形到第一开口8中的材料11或11’减小了第一开口8的大小，使得在接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上移动的情况下，接触弹簧3的一部分(优选是弹簧部3c)停止在已经变形到第一开口8中的材料(分别是11或11’)上，并且接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上的进一步移动因此受阻。由于与第一接触弹簧3产生的形状配合，所以已经变形到第一开口8中的材料(分别是11或11’)限定了接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上的移动。因此，第一接触弹簧3被以可靠的方式固定以防止从管道5中掉出。
弹簧引导元件4的、被布置在第一开口9的与第一开口9毗连的区域10中的材料11和11’的塑性变形优选是以如在图4和图5中的示例性方式所示的如下方式进行，即：使得弹簧引导元件4的、至少在两个位置12和12’处的材料11和11’变形到第一开口8中，所述两个位置12和12’被布置成在弹簧引导元件4的、与第一开口8毗连的区域10中关于第一开口8相对置，其中由于材料11或11’已经变形到第一开口8中，所以接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上的移动被限定。
材料(分别是11或11’)的塑性变形通过力撞击材料(分别是11或11’)以及优选是另外通过温度来执行。材料(分别是11或11’)的塑性变形优选是通过铆固来执行。在铆固中，通常加热的工具模具被推靠在弹簧引导元件4的材料(分别是11或11’)上，并且材料因此塑性变形。该变形永久保持。图6中示出了用于铆固的工具模具15的高度示意性截面图。在铆固中，加热的工具模具15的两个端部15a和15b被推靠在材料11和11’上，并且材料11和11’因此塑性变形。即使在工具模具15已经被移除之后，该变形也得以保持。可替代的是，也能够通过如下方式执行铆固：例如，通过激光束和/或通过红外辐射以非接触方式加热材料(分别是11或11’)以及借助于工具模具的力的作用使材料(分别是11或11’)直接随后变形或同时变形。
在优选是第四方法步骤d)随后进行的第五方法步骤e)中，执行弹簧引导元件4朝向基板2的移动，其中至少在该移动之后，第二接触构件3b与基板2的、被分配给所述第二接触构件3b的导电接触面14机械接触，并且第一接触构件3a的至少一部分在远离基板2的方向上凸出超过第一开口8。图5示出了在进行第五方法步骤e)之后的功率半导体模块1的详细视图。在示例性实施例的上下文中，随着弹簧引导元件4朝向基板2移动，弹簧引导元件4被推靠在压缩垫16上，并且该压缩垫被推靠在压缩件17上，并且因此压缩件17，更具体地说是该压缩件17的压缩元件18被推靠在基板2上。功率半导体模块1能够通过至少一个螺钉19连接到底板或冷却构件(图中未示出)，其中基板2被布置成通过所述至少一个螺钉19而被推靠在底板或冷却构件上。此处，导热膏能够被布置在基板2与该底板或该冷却构件之间。
应当注意，与在示例性实施例中的情况一样，在时间上，第二方法步骤b)能够在第三方法步骤c)之前执行，或者能够在第四方法步骤d)之后执行。在时间上，第二方法步骤b)是在第五方法步骤e)之前执行的。
接触弹簧3被构造用于以导电方式将基板2连接到导电外部元件，诸如，例如电路板或母线的导体路径。此处的外部元件在朝向基板2的方向上推靠第一接触构件3a，因此该第二接触构件3b推靠基板2，更具体地说是推靠基板2的接触面14，使得外部元件与第一接触构件3a导电贯通接触，并且第二接触构件3b与基板2，更具体地说是与基板2的接触面14导电贯通接触。
根据本发明的所生产的功率半导体模块1具有基板2，功率半导体元件13被布置在基板2上，并且该功率半导体元件13以导电方式连接到基板2。功率半导体模块1还具有导电接触弹簧3，该导电接触弹簧3具有第一接触构件3a和第二接触构件3b以及被布置在第一接触构件3a与第二接触构件3b之间的弹性弹簧部3c。功率半导体模块1还具有弹簧引导元件4，该弹簧引导元件4由塑料材料构成并且具有管道5，其中，管道5在弹簧引导元件4的第一侧6上具有第一开口8，并且该管道5在弹簧引导元件4第二侧7上具有第二开口9，其中，第二开口9被布置成面向基板2。接触弹簧3的一部分被布置在管道5中，其中第二接触构件3b被布置在基板2的接触面14上方，或者该第二接触构件3b与基板2的接触面14机械接触。第一接触构件3a的至少一部分在远离基板2的方向上凸出超过第一开口8，其中通过弹簧引导元件4的、被布置在弹簧引导元件4的与第一开口8毗连的区域10中的材料(分别是11或11’)的塑性变形，至少在弹簧引导元件4的与第一开口8毗连的区域10中的一个位置(分别是12或12’)处的材料(分别是11或11’)变形到第一开口8中。已经变形到第一开口8中的材料11限定了接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上的移动。如上所述，该塑性变形优选是通过铆固来执行。
由于弹簧引导元件4的、被布置在第一开口9的与第一开口9毗连的区域10中的材料11和11’的塑性变形，所以弹簧引导元件4的至少在两个位置12和12’处的材料11和11’变形到第一开口8中，所述两个位置12和12’被布置成在弹簧引导元件4的与第一开口8毗连的区域10中关于第一开口8相对置。已经变形到第一开口8中的材料11和11’限定了接触弹簧3在从第二开口9到第一开口8的方向上的移动。
在本身不排除的情况下，在根据本发明的功率半导体模块1中，以单数提及的特征，特别是基板2、接触面14、管道5、第一开口8和第二开口9以及接触弹簧3当然也能够以多个的形式存在。

Claims (10)

1.一种用于生产功率半导体模块(1)的方法，所述方法包括以下方法步骤：
a)提供基板(2)，功率半导体元件(13)被布置在所述基板(2)上并且以导电方式连接到所述基板(2)，并且提供导电接触弹簧(3)，所述导电接触弹簧(3)具有第一接触构件(3a)和第二接触构件(3b)以及被布置在所述第一接触构件与所述第二接触构件之间的弹性弹簧部(3c)，并且提供弹簧引导元件(4)，所述弹簧引导元件(4)由塑料材料构成并且具有管道(5)，其中，所述管道(5)在所述弹簧引导元件(4)的第一侧(6)上具有第一开口(8)，并且所述管道(5)在所述弹簧引导元件(4)的第二侧(7)上具有第二开口(9)；
b)将所述基板(2)和所述弹簧引导元件(4)以如下方式布置，即：使得在布置所述基板(2)和所述弹簧引导元件(4)之后，所述第二开口(9)被布置成面向所述基板(2)；
c)通过所述第一开口(8)将所述接触弹簧(3)的至少一部分引入到所述管道(5)中，其中所述管道中的所述第二接触构件(3b)的至少一部分被引导穿过所述管道(5)并且穿过所述第二开口(9)；
d)使所述弹簧引导元件(4)的、被布置在所述弹簧引导元件(4)的与所述第一开口(8)毗连的区域(10)中的材料(11、11’)以如下方式塑性变形，即：使得所述弹簧引导元件(4)的、至少在所述弹簧引导元件(4)的与所述第一开口(8)毗连的该区域(10)中的一个位置(12、12’)处的材料(11、11’)变形到所述第一开口(8)中，其中，由于已经变形到所述第一开口(8)中的所述材料(11、11’)，所以所述接触弹簧(3)在从所述第二开口(9)到所述第一开口(8)的方向上的移动被限定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在时间上，方法步骤b)是在方法步骤c)之前或在方法步骤d)之后执行的。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，所述方法包括以下进一步的方法步骤：
e)使所述弹簧引导元件(4)朝向所述基板(2)移动，其中至少在所述移动之后，所述第二接触构件(3b)与所述基板(2)的导电接触面(14)机械接触，并且所述第一接触构件(3a)的至少一部分在远离所述基板(2)的方向上凸出超过所述第一开口(8)。
4.根据权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，所述塑性变形通过铆固来执行。
5.根据权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，所述弹簧引导元件(4)的、被布置在所述第一开口(9)的被布置成与所述第一开口(9)毗连的所述区域(10)中的所述材料(11、11’)的塑性变形以这样的方式执行，即：使得所述弹簧引导元件(4)的、至少在两个位置(12、12’)处的材料(11、11’)变形到所述第一开口(8)中，所述两个位置(12、12’)被布置成在所述弹簧引导元件(4)的、与所述第一开口(8)毗连的所述区域(10)中关于所述第一开口(8)相对置，其中由于已经变形到所述第一开口(8)中的所述材料(11、11’)，所以所述接触弹簧(3)在从所述第二开口(9)到所述第一开口(8)的方向上的移动被限定。
6.根据权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，所述弹簧引导元件(4)构造所述功率半导体模块(1)的外壳部分。
7.根据权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，所述弹簧部(3c)被构造为螺旋弹簧。
8.功率半导体模块，所述功率半导体模块具有：基板(2)，功率半导体元件(13)被布置在所述基板(2)上并且以导电方式连接到所述基板(2)；导电接触弹簧(3)，所述导电接触弹簧(3)具有第一接触构件(3a)和第二接触构件(3b)以及被布置在所述第一接触构件(3a)与所述第二接触构件(3b)之间的弹性弹簧部(3c)；弹簧引导元件(4)，所述弹簧引导元件(4)由塑料材料构成并且具有管道(5)，其中，所述管道(5)在所述弹簧引导元件(3)的第一侧(6)上具有第一开口(8)，并且所述管道(5)在所述弹簧引导元件(3)的第二侧(7)上具有第二开口(9)，其中，所述第二开口(9)被布置成面向所述基板(2)，其中，所述接触弹簧(3)的一部分被布置在所述管道(5)中，其中，所述第二接触构件(3b)被布置在所述基板(2)的接触面(14)上方或者与所述基板(2)的接触面(14)机械接触，其中，所述第一接触构件(3a)的至少一部分在远离所述基板(2)的方向上凸出超过所述第一开口(8)，其中，通过所述弹簧引导元件(4)的、被布置在所述弹簧引导元件(4)的与所述第一开口(8)毗连的区域(10)中的材料(11、11’)的塑性变形，所述弹簧引导元件(4)的、至少在所述弹簧引导元件(4)的与所述第一开口(8)毗连的该区域(10)中的一个位置(12、12’)处的材料(11、11’)变形到所述第一开口(8)中，其中，已经变形到所述第一开口(8)中的所述材料(11)限定所述接触弹簧(3)在从所述第二开口(9)到所述第一开口(8)的方向上的移动。
9.根据权利要求8所述的功率半导体模块，其特征在于，所述塑性变形通过铆固来执行。
10.根据权利要求8或9所述的功率半导体模块，其特征在于，由于所述弹簧引导元件(4)的、被布置在所述第一开口(9)的被布置成与所述第一开口(9)毗连的所述区域(10)中的材料(11、11’)的塑性变形，所以所述弹簧引导元件(4)的至少在两个位置(12、12’)处的材料(11、11’)变形到所述第一开口(8)中，所述两个位置(12、12’)被布置成在所述弹簧引导元件(4)的、与所述第一开口(8)毗连的所述区域(10)中关于所述第一开口(8)相对置，其中已经变形到所述第一开口(8)中的所述材料(11、11’)限定所述接触弹簧(3)在从所述第二开口(9)到所述第一开口(8)的方向上的移动。
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