CN114613765A - 功率半导体装置和用于制造功率半导体装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功率半导体装置，其具有：其上布置有功率半导体开关的基板；包括导电的第一插入式连接触点的电路板；电容器；包括接收电容器的接收装置的电容器保持元件；测量电容器温度的温度传感器；包括布置有导电的第二插入式连接触点的插入式连接区域的温度传感器保持元件，温度传感器连接到温度传感器保持元件，温度传感器保持元件连接到电容器保持元件；将温度传感器和第二插入式连接触点导电连接到彼此的温度传感器连接线，其至少一部段布置在温度传感器保持元件内部并且材料结合到此，和/或配置为布置在温度传感器保持元件上的传导迹线，第一和第二插入式连接触点形成导电插入式连接。本发明还涉及制造功率半导体装置的方法。

Description

功率半导体装置和用于制造功率半导体装置的方法
技术领域
本发明涉及一种功率半导体装置和一种用于制造功率半导体装置的方法。
背景技术
DE 20 2016 101 292U1公开了一种功率半导体装置，该功率半导体装置具有：基板，功率半导体开关布置在所述基板上并且与基板导电连接；电路板，其法线方向垂直于基板的法线方向延伸；电容器，其与基板导电连接；以及电容器保持元件，其包括用于接收电容器的接收装置，该电容器布置在该接收装置中。
在这样的功率半导体装置的操作期间，电容器被加热。为了避免电容器过热，产生了测量电容器升高温度的技术要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可高效生产的功率半导体装置，其中可以可靠地测量功率半导体装置的电容器的温度。
该目的通过一种功率半导体装置来实现，该功率半导体装置具有：基板，功率半导体开关布置在基板上并且与基板导电连接；电路板，电路板的法线方向垂直于基板的法线方向延伸，电路板包括导电的第一插入式连接触点；电容器，其与基板导电连接；电容器保持元件，其包括用于接收电容器的接收装置，电容器布置在接收装置中；温度传感器，其旨在测量电容器温度；温度传感器保持元件，其包括插入式连接区域，在该插入式连接区域上布置有导电的第二插入式连接触点，温度传感器连接到温度传感器保持元件并且温度传感器保持元件连接到电容器保持元件；温度传感器连接线，其将温度传感器和第二插入式连接触点导电连接到彼此，温度传感器连接线的至少一部段布置在温度传感器保持元件内部并且与温度传感器保持元件材料结合，和/或温度传感器连接线的至少一部段配置成传导迹线，所述传导迹线布置在温度传感器保持元件上，第二插入式连接触点形成与第一插入式连接触点的导电插入式连接。
发现有利的是，温度传感器保持元件由塑料形成，温度传感器连接线的至少一部段布置在温度传感器保持元件内部，并且通过温度传感器连接线的至少一部段被注射模制到温度传感器保持元件内，从而材料结合到温度传感器保持元件。以这种方式，温度传感器连接线的至少一部段通过围绕它的温度传感器保持元件塑料而被保护免于受到损伤。
还发现有利的是，温度传感器保持元件由塑料形成，温度传感器通过将温度传感器的至少一部分注射模制到温度传感器保持元件内而连接到温度传感器保持元件。以这种方式，温度传感器相对于机械负载(例如在功率半导体装置操作期间出现的机械振荡)非常持久耐用地连接到温度传感器保持元件。
此外发现有利的是，用于对温度传感器产生的温度传感器信号进行信号处理的信号处理电路布置在电路板上。以这种方式，由温度传感器产生的温度传感器信号的信号处理发生在温度传感器附近，从而降低作用在温度传感器信号上的EMC干扰。
此外发现有利的是，将用于驱动功率半导体开关的驱动器控制电路布置在电路板上。其上还布置有用于驱动功率半导体开关的驱动器控制电路的电路板因此可以用作电路板。
还发现有利的是，第一插入式连接触点配置为电路板的金属化区域。以这种方式，第一插入式连接触点被特别可靠地配置。
此外发现有利的是，第一插入式连接触点中的至少两个布置在电路板的彼此相对的主侧上。以这种方式，第一插入式连接触点被特别可靠地配置。
此外发现有利的是，温度传感器与电容器导热耦合。以这种方式，可以通过温度传感器特别准确地确定电容器的温度。
此外发现有利的是，功率半导体装置包括底板，基板布置在底板上。以这种方式，功率半导体开关在它们的操作期间产生的热量经由基板传递到底板。
还发现有利的是，底板是散热器的一体部分或者旨在布置在散热器上。以这种方式，可以可靠地散发功率半导体开关在它们的操作期间产生的热量。
还发现有利的是，通过温度传感器保持元件与电容器保持元件一体形成为一件而将温度传感器保持元件连接到电容器保持元件。以这种方式，温度传感器保持元件相对于在功率半导体装置的操作期间产生的机械负载(例如机械振荡)而非常持久耐用地连接到电容器保持元件。
此外发现有利的是，通过借助于力配合或形状配合连接而将温度传感器保持元件连接到电容器保持元件，从而将温度传感器保持元件连接到电容器保持元件。以这种方式，电容器保持元件和温度传感器保持元件可以彼此分开地制造。此外，力配合或形状配合连接制造起来特别简单。
该目的还通过根据本发明的用于制造功率半导体装置的方法来实现，该方法具有以下方法步骤：
a)提供第一布置结构，该第一布置结构具有：基板，功率半导体开关布置在基板上并且与基板导电连接；电路板，电路板的法线方向垂直于基板的法线方向延伸，该电路板包括导电的第一插入式连接触点；以及与基板导电连接的电容器；
b)提供第二布置结构，该第二布置结构具有：电容器保持元件，其包括用于接收电容器的接收装置；温度传感器，其旨在用于测量电容器温度；温度传感器保持元件，其包括插入式连接区域，导电的第二插入式连接触点布置在该插入式连接区域上，温度传感器连接到温度传感器保持元件并且温度传感器保持元件连接到电容器保持元件；温度传感器连接线，其将温度传感器和第二插入式连接触点导电连接到彼此，温度传感器连接线的至少一部段布置在温度传感器保持元件内部并且与温度传感器保持元件材料结合，和/或温度传感器连接线的至少一部段配置成传导迹线，所述传导迹线布置在温度传感器保持元件上；
c)将第一布置结构和第二布置结构朝向彼此相对移动，使得电容器插入到接收装置内，并且第二插入式连接触点与第一插入式连接触点形成导电插入式连接。
该目的还通过根据本发明的用于制造功率半导体装置的方法来实现，该方法具有以下方法步骤：
a)提供第一布置结构，该第一布置结构具有：基板，功率半导体开关布置在基板上并且与基板导电连接；电路板，电路板的法线方向垂直于基板的法线方向延伸，该电路板包括导电的第一插入式连接触点；以及与基板导电连接的电容器；
b)提供电容器保持元件，其包括用于接收电容器的接收装置；
c)提供温度传感器和温度传感器保持元件，该温度传感器旨在用于测量电容器的温度，该温度传感器保持元件包括插入式连接区域，在该插入式连接区域上布置有导电的第二插入式连接触点，温度传感器连接到温度传感器保持元件，以及提供将温度传感器和第二插入式连接触点导电连接到彼此的温度传感器连接线，温度传感器连接线的至少一部段布置在温度传感器保持元件内部并且材料接合到温度传感器保持元件，和/或温度传感器连接线的至少一部段配置成布置在温度传感器保持元件上的传导迹线；
d)将第一布置结构和电容器保持元件朝向彼此相对移动，使得电容器插入到接收装置中，从而获得第二布置结构；
e)将温度传感器保持元件和第二布置结构朝向彼此相对移动，使得温度传感器保持元件通过力配合或形状配合连接到电容器保持元件，并且第二插入式连接触点形成与第一插入式连接触点的导电插入式连接。
应当指出的是，在本发明的范围内，第一布置结构和第二布置结构朝向彼此的相对移动意味着第一布置结构朝向第二布置结构的移动、第二布置结构朝向第一布置结构的移动、以及第一布置结构和第二布置结构朝向彼此的同时移动。
附图说明
下面将参考以下附图解释本发明的示例性实施例，其中：
图1示出根据本发明的功率半导体装置的透视图；
图2示出根据本发明的功率半导体装置的透视截面图；
图3示出图2的区域A的详细视图；
图4示出根据本发明的功率半导体装置的温度传感器保持元件的详细视图；以及
图5示出根据本发明的功率半导体装置的电路板。
具体实施方式
图1、图2和图3展现根据本发明的功率半导体装置1的视图。图4展现功率半导体装置1的温度传感器保持元件10的详细视图，以及图5展现功率半导体装置1的电路板2。
根据本发明的功率半导体装置1包括基板3，功率半导体开关4布置在基板3上并且例如通过焊接或烧结连接与基板3导电连接。功率半导体开关4优选互连以形成至少一个半桥电路。功率半导体开关4通常为晶体管的形式，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)或晶闸管的形式。基板3例如可以被配置为直接铜键合基板(DCB基板)、活性金属钎焊基板(AMB基板)或绝缘金属基板(IMS)。功率半导体装置1配置成从直流电压产生至少一个交流电压，或者从至少一个交流电压产生直流电压。
功率半导体装置1优选地包括底板16，基板3布置在底板16上。如在示例性实施例中那样，底板16可以是散热器17的一体部分。散热器可以配置成空气散热器或配置成液体散热器，特别是水散热器。散热器17的散热片16a或冷却销优选地从底板16延伸。应当指出的是，底板16也可以布置在散热器上。
功率半导体装置1还包括电路板2，电路板2的法线方向N2垂直于基板3的法线方向N1延伸。电路板2包括导电的第一插入式连接触点6。用于驱动功率半导体开关4的驱动控制电路优选地布置在电路板2上。第一插入式连接触点6优选地配置为电路板2的金属化区域。第一插入式连接触点6中的至少两个优选地布置在电路板2的彼此相对的主侧14和15(参见图5)。
功率半导体装置1还包括电容器5和电容器保持元件8，所述电容器5与基板3导电连接，所述电容器保持元件8包括用于接收电容器5的接收装置7。电容器5布置在接收装置7中。电容器5优选用作链接电容器。
功率半导体装置1还包括温度传感器9和温度传感器保持元件10，该温度传感器9旨在测量电容器5的温度，该温度传感器保持元件10包括插入式连接区域11，导电的第二插入式连接触点12布置在该插入式连接区域11上。温度传感器9连接到温度传感器保持元件10，并且温度传感器保持元件10连接到电容器保持元件8。通过将温度传感器保持元件10与电容器保持元件8形成为一件，温度传感器保持元件10可以连接到电容器保持元件8。如在示例性实施例中那样，温度传感器保持元件10和电容器保持元件8优选地配置成公共塑料部件的一体部分。作为替代，通过将温度传感器保持元件10以力配合或形状配合连接而连接到电容器保持元件8，温度传感器保持元件10可以连接到电容器保持元件8。形状配合连接例如可以配置为卡扣配合连接。在这种情况下，温度传感器保持元件10可以包括卡钩。
温度传感器9优选导热地耦合到电容器5。温度传感器9优选地与电容器5机械接触。用于对温度传感器9产生的温度传感器信号进行信号处理的信号处理电路优选地布置在电路板2上。信号处理可以例如是放大器电路或适配器电路的形式，其放大温度传感器信号或适应性调节温度传感器信号以用于进一步处理。
温度传感器保持元件10优选地由塑料形成，通过将温度传感器9的至少一部分注射模制到温度传感器保持元件10内而将温度传感器9连接到温度传感器保持元件10。
功率半导体装置1还包括温度传感器连接线13，其将温度传感器9和第二插入式连接触点12导电连接到彼此。
温度传感器连接线13的至少一部段(尤其是整个温度传感器连接线13)优选地如在示例性实施例中一样布置在温度传感器保持元件10内部并且材料结合到温度传感器保持元件10。温度传感器保持元件10优选地由塑料形成，温度传感器连接线13的至少一部段布置在温度传感器保持元件10内，并且通过将温度传感器连接线13的至少一部段注射模制到温度传感器保持元件10内而材料结合到温度传感器保持元件10。
温度传感器连接线13的至少一部段(尤其是整个温度传感器连接线13)也可以被配置为布置在温度传感器保持元件10上的传导迹线。为此目的，温度传感器保持元件10优选地由塑料形成，并且温度传感器连接线13的至少一部段形成为施加到温度传感器保持元件10上的传导迹线，例如通过MID(模制互连装置)技术。为此目的，例如可以在温度传感器保持元件10上进行金属化并且随后进行结构化。
应该指出的是，另外，温度传感器连接线13的至少一部段可以布置在温度传感器保持元件10的内部，并且温度传感器连接线13的至少一部段可以被配置为布置在温度传感器保持元件10上的传导迹线。
第二插入式连接触点12与第一插入式连接触点6形成导电的插入式连接。
应该指出的是，如在示例实施例中那样，功率半导体装置1可以包括多个电容器5，并且电容器保持元件8可以包括用于接收电容器的多个接收装置7，电容器5布置在接收装置中。在示例性实施例中，功率半导体装置1包括旨在用于测量电容器5之一的温度的温度传感器9。
以下将描述功率半导体装置1的制造方法。
在方法步骤a)中，提供了第一布置结构，其具有：基板3，功率半导体开关4布置在基板3上并且与基板3导电连接；电路板2，电路板2的法线方向N2垂直于基板3的法线方向N1延伸；电路板2，其包括导电的第一插入式连接触点6；以及与基板3导电连接的电容器5。
在进一步的方法步骤b)中，提供第二布置结构，其具有：电容器保持元件8，其包括用于接收电容器5的接收装置7；温度传感器9，其旨在用于测量电容器5的温度；温度传感器保持元件10，其包括插入式连接区域11，导电的第二插入式连接触点12布置在插入式连接区域11上，温度传感器9连接到温度传感器保持元件10，并且温度传感器保持元件10连接到电容器保持元件8；温度传感器连接线13，其将温度传感器9和第二插入式连接触点12导电连接到彼此，温度传感器连接线13的至少一部段布置在温度传感器保持元件10内部并且材料结合到温度传感器保持元件10，和/或温度传感器连接线13的至少一部段被配置为布置在温度传感器保持元件10上的传导迹线。
在进一步的方法步骤c)中，第一布置结构和第二布置结构朝向彼此相对移动，使得电容器5插入到接收装置7中，并且第二插入式连接触点12与第一插入式连接触点6形成电连接。
下面将描述用于制造根据本发明的功率半导体装置1的另一种方法，将温度传感器保持元件10以力配合或形状配合连接而连接到电容器保持元件8，从而在功率半导体装置1中使温度传感器保持元件10连接到电容器保持元件8。
在方法步骤a)中，提供了第一布置结构，其具有：基板3，功率半导体开关4布置在基板3上并且与基板3导电连接；电路板2，电路板2的法线方向N2垂直于基板3的法线方向N1延伸，电路板2包括导电的第一插入式连接触点6；以及与基板3导电连接的电容器5。
在另一方法步骤b)中，提供电容器保持元件8，其包括用于接收电容器5的接收装置7。
在进一步的方法步骤c)中，提供温度传感器9和温度传感器保持元件10，温度传感器9旨在用于测量电容器5的温度，温度传感器保持元件10包括插入式连接区域11，导电的第二插入式连接触点12布置在该插入式连接区域11上，温度传感器9连接到温度传感器保持元件10，并且提供温度传感器连接线13，其将温度传感器9和第二插入式连接触点12导电连接到彼此，温度传感器连接线13的至少一部段布置在温度传感器保持元件10内部并且材料结合到温度传感器保持元件10，和/或温度传感器连接线13的至少一部段被配置为布置在温度传感器保持元件10上的传导迹线。
在进一步的方法步骤d)中，将第一布置结构和电容器保持元件8朝向彼此相对移动，使得电容器5插入到接收装置7中，从而获得第二布置结构。
在另一方法步骤e)中，温度传感器保持元件10和第二布置结构朝向彼此相对移动，使得温度传感器保持元件10通过力配合或者形状配合而连接到电容器保持元件8，并且第二插入式连接触点12与第一插入式连接触点6形成导电的插入式连接。

Claims (14)

1.一种功率半导体装置，其特征在于，该功率半导体装置具有：基板(3)，功率半导体开关(4)布置在基板(3)上并且与基板(3)导电连接；电路板(2)，电路板(2)的法线方向(N2)垂直于基板(3)的法线方向(N1)延伸，电路板(2)包括导电的第一插入式连接触点(6)；电容器(5)，其与基板(3)导电连接；电容器保持元件(8)，其包括用于接收电容器(5)的接收装置(7)，电容器(5)布置在接收装置(7)中；温度传感器(9)，其旨在用于测量电容器(5)的温度；温度传感器保持元件(10)，其包括插入式连接区域(11)，在该插入式连接区域(11)上布置有导电的第二插入式连接触点(12)，温度传感器(9)连接到温度传感器保持元件(10)并且温度传感器保持元件(10)连接到电容器保持元件(8)；温度传感器连接线(13)，其将温度传感器(9)和第二插入式连接触点(12)导电连接到彼此，温度传感器连接线(13)的至少一部段布置在温度传感器保持元件(10)内部并且与温度传感器保持元件(10)材料结合，和/或温度传感器连接线(13)的至少一部段配置为布置在温度传感器保持元件(10)上的传导迹线，第二插入式连接触点(12)形成与第一插入式连接触点(6)的导电插入式连接。
2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，温度传感器保持元件(10)由塑料形成，温度传感器连接线(13)的至少一部段布置在温度传感器保持元件(10)内部，并且通过将温度传感器连接线(13)的该至少一部段注射模制到温度传感器保持元件(10)内而材料结合到温度传感器保持元件(10)。
3.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，温度传感器保持元件(10)由塑料形成，通过将温度传感器(9)的至少一部分注射模制到温度传感器保持元件(10)内，温度传感器(9)连接到温度传感器保持元件(10)。
4.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，信号处理电路布置在电路板(2)上，所述信号处理电路用于对温度传感器产生的温度传感器信号进行信号处理。
5.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，用于驱动功率半导体开关(4)的驱动器控制电路布置在电路板(2)上。
6.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，第一插入式连接触点(6)配置为电路板(2)的金属化区域。
7.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，第一插入式连接触点(6)中的至少两个布置在电路板(2)的彼此相对的主侧(14，15)上。
8.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，温度传感器(9)与电容器(5)导热耦合。
9.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，功率半导体装置(1)包括底板(16)，基板(3)布置在底板(16)上。
10.根据权利要求9所述的功率半导体装置，其特征在于，底板(16)是散热器(17)的一体部分或者旨在布置在散热器上。
11.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，通过将温度传感器保持元件(10)与电容器保持元件(8)形成一件，温度传感器保持元件(10)连接到电容器保持元件(8)。
12.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，温度传感器保持元件(10)借助于力配合连接或形状配合连接而连接到电容器保持元件(8)，从而将温度传感器保持元件(10)连接到电容器保持元件(8)。
13.用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的功率半导体装置(1)的方法，其特征在于，该方法具有以下方法步骤：
a)提供第一布置结构，该第一布置结构具有：基板(3)，功率半导体开关(4)布置在基板(3)上并且与基板(3)导电连接；电路板(2)，电路板(2)的法线方向(N2)垂直于基板(3)的法线方向(N1)延伸，该电路板(2)包括导电的第一插入式连接触点(6)；以及与基板(3)导电连接的电容器(5)；
b)提供第二布置结构，该第二布置结构具有：电容器保持元件(8)，其包括用于接收电容器(5)的接收装置(7)；温度传感器(9)，其旨在用于测量电容器(5)的温度；温度传感器保持元件(10)，其包括插入式连接区域(11)，导电的第二插入式连接触点(12)布置在该插入式连接区域(11)上，温度传感器(9)连接到温度传感器保持元件(10)并且温度传感器保持元件(10)连接到电容器保持元件(8)；温度传感器连接线(13)，其将温度传感器(9)和第二插入式连接触点(12)导电连接到彼此，温度传感器连接线(13)的至少一部段布置在温度传感器保持元件(10)内部并且与温度传感器保持元件(10)材料结合，和/或温度传感器连接线(13)的至少一部段配置为布置在温度传感器保持元件(10)上的传导迹线；
c)使第一布置结构和第二布置结构朝向彼此相对移动，以使得电容器(5)插入到接收装置(7)内，并且第二插入式连接触点(12)与第一插入式连接触点(6)形成导电插入式连接。
14.用于制造根据权利要求12所述的功率半导体装置(1)的方法，其特征在于，该方法具有以下方法步骤：
a)提供第一布置结构，该第一布置结构具有：基板(3)，功率半导体开关(4)布置在基板(3)上并且与基板(3)导电连接；电路板(2)，电路板(2)的法线方向(N2)垂直于基板(3)的法线方向(N1)延伸，该电路板(2)包括导电的第一插入式连接触点(6)；以及与基板(3)导电连接的电容器(5)；
b)提供电容器保持元件(8)，其包括用于接收电容器(5)的接收装置(7)；
c)提供温度传感器(9)和温度传感器保持元件(10)，该温度传感器(9)旨在用于测量电容器(5)的温度，该温度传感器保持元件(10)包括插入式连接区域(11)，在该插入式连接区域(11)上布置有导电的第二插入式连接触点(12)，温度传感器(9)连接到温度传感器保持元件(10)，并且提供温度传感器连接线(13)，其将温度传感器(9)和第二插入式连接触点(12)导电连接到彼此，温度传感器连接线(13)的至少一部段布置在温度传感器保持元件(10)内部并且材料接合到温度传感器保持元件(10)，和/或温度传感器连接线(13)的至少一部段配置成布置在温度传感器保持元件(10)上的传导迹线；
d)将第一布置结构和电容器保持元件(8)朝向彼此相对移动，以使得电容器(5)插入到接收装置(7)中，从而获得第二布置结构；
e)将温度传感器保持元件(10)和第二布置结构朝向彼此相对移动，使得温度传感器保持元件(10)通过力配合或形状配合而连接到电容器保持元件(8)，并且第二插入式连接触点(12)形成与第一插入式连接触点(6)的导电插入式连接。
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