KR20140007271A - 하나 이상의 응력 저감용 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈 - Google Patents

하나 이상의 응력 저감용 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20140007271A
KR20140007271A KR1020130077196A KR20130077196A KR20140007271A KR 20140007271 A KR20140007271 A KR 20140007271A KR 1020130077196 A KR1020130077196 A KR 1020130077196A KR 20130077196 A KR20130077196 A KR 20130077196A KR 20140007271 A KR20140007271 A KR 20140007271A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power semiconductor
connection
semiconductor module
substrate
strip conductor
Prior art date
Application number
KR1020130077196A
Other languages
English (en)
Inventor
어거스틴 칼르하인즈
팔튼바하 요제프
자게바움 울리히
빈디슈만 위르겐
벡케달 페터
Original Assignee
세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
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 세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지 filed Critical 세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
Publication of KR20140007271A publication Critical patent/KR20140007271A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • 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
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector 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
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector 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
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector 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
    • 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
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—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
    • H01L2224/40221—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
    • H01L2224/40225—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
    • H01L2224/40227—Connecting the strap to a bond pad of the item
    • 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
    • H01L2224/73263—Layer and strap 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
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • 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

Landscapes

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

Abstract

본 발명에서는, 냉각 장치 또는 베이스 플레이트 상에 배치하는 기판을 구비한 전력 반도체 모듈을 제공한다. 이러한 경우에, 상기 기판은 절연체와, 이 절연체의 제1 주면 상에 배치되고 스트립 도체를 형성하도록 그 자체에 패턴이 형성되어 있는 제1 금속층을 구비한다. 상기 기판은 제2 주면 상에 제2 금속층을 구비한다. 한 스트립 도체 상에 전력 반도체 부품이 배치되고, 이 전력 반도체 부품은 스트립 도체에 전기 도전식으로 접속되어 있다. 상기 한 스트립 도체 또는 다른 스트립 도체 상에 제1 조정 요소가 배치되어 있고, 이 조정 요소 상에 접속 요소가 배치되어 있으며, 상기 조정 요소에 대해 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되는 제1 접속 요소에는, 제1 조정 요소의 제1 주면이 면하는 한편, 상기 조정 요소에 대해 접속 수단을 매개로 하여 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되는 관련 스트립 도체에는, 제1 조정 요소의 제2 주면이 면한다.

Description

하나 이상의 응력 저감용 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈{POWER SEMICONDUCTOR MODULE WITH AT LEAST ONE STRESS-REDUCING ADAPTATION ELEMENT}
본 발명은 절연 기판, 이 절연 기판 상에 배치된 스트립 도체, 이 스트립 도체 상에 배치된 전력 반도체 부품 및 외부 전기 접속용의 접속 요소를 구비하는 전력 반도체 모듈을 기술한다.
주지된 종래 기술에 따르면, 이러한 타입의 전력 반도체 모듈의 접속 요소는, 전기 전도가 쉽게 일어나는 금속, 예컨대 구리 또는 구리 함량이 높은 합금으로 형성된다. 공지의 기판은 세라믹 재료, 예컨대 산화알루미늄, 질화알루미늄, 또는 질화규소 등으로 제조된 절연체를 갖는다. 일반적으로 구리로 제조되는 스트립 도체는, 당업계에서 통상적인 방식으로 상기 절연체 상에 배치된다. 따라서, 기판, 즉 절연체와 스트립 도체의 조립체는, 통상적으로 2·10-6K-1의 범위 내에 있는 열팽창계수를 갖는 한편, 접속 요소는 통상적으로 16·10-6K-1의 열팽창계수를 갖는다. 앞서 거론한 타입의 전력 반도체 모듈의 예가 DE 10 2009 037 257 A1호에 공지되어 있다.
당업계에서 통상적인 방식에서는, 스트립 도체에 대한 접속 요소의 전기 도전성 접속이 대개 일체 접합형 접속의 형태이다. 전력 반도체 모듈의 연속 작동 중에는, 포함되어 있는 구성 요소의 열팽창계수가 서로 다른 것에 의해 결정되는 힘이, 접속부에 작용한다. 접속 요소와 인쇄 회로 기판의 일체 접합형 접속은 대개 매우 안정적으로 확인되었다. 이에 반해, 기판의 구성 요소, 즉 스트립 도체와 절연체의 접속은 대개 하중 지지성이 낮고, 그 결과 스트립 도체와 이에 부착된 접속 요소가 대개 절연체로부터 국한적으로 분리된다.
접속 요소와 인쇄 회로 기판의 일체 접합형 접속을 형성하는 과정에서도, 예컨대 관련 스트립 도체의 섹션과 절연체간의 접속을 국부적으로 파괴하는 용접 작업에서도, 비슷한 결과가 발생할 수 있다.
이러한 상황을 감안하여, 본 발명은 연속적으로 하중이 가해지는 조건 하에서 스트립 도체가 절연체로부터 분리되는 것을 방지하도록, 전술한 타입의 전력 반도체 모듈을 발달시킨다고 하는 목적에 기초한다.
이러한 목적은 본 발명에 따르면 청구항 1의 특징을 갖는 전력 반도체 모듈에 의해 달성된다. 각 종속 청구항에는 바람직한 실시형태가 기술되어 있다.
본 발명은 냉각 장치 또는 베이스 플레이트 상에 배치하는 기판을 구비한 전력 반도체 모듈에 기초한다. 따라서, 이하에서는 본질적으로 공지된 두 가지 타입의 전력 반도체 모듈을 포괄한다. 첫 번째로, 전력 반도체 모듈 자체의 일부분으로서 열분배 베이스 플레이트를 구비하는 당업계의 표준 구성에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 전력 반도체 모듈에 속하지 않는 냉각 장치 상에 전력 반도체 모듈을 체결하는 역할을 한다. 두 번째로, 최근의 전력 반도체 모듈의 변형예는 전술한 타입의 베이스 플레이트를 구비하지 않는다. 이러한 구성에서는, 전력 반도체 모듈에 속하지 않는 냉각 장치 상에, 전력 반도체 모듈이 그 기판을 통해 직접 체결된다.
본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 기판은 절연체를 갖고, 이 절연체는 전력 반도체 모듈의 내부에 면하는 상기 절연체의 제1 주면 상에 배치되어 있는 제1 금속층과, 전력 반도체 모듈의 내부에 면하지 않는 상기 절연체의 제2 주면 상에 배치되어 있는 제2 금속층(24)을 구비한다.
제1 금속층은 그 자체에 패턴이 형성되어, 기판의 제1 스트립 도체를 형성한다. 제1 스트립 도체 상에 전력 반도체 부품이 배치되고, 이 전력 반도체 부품은 제1 스트립 도체에 전기 도전식으로 접속되어 있다. 또한, 제1 조정 요소가 상기 스트립 도체 또는 기판의 다른 제1 스트립 도체 상에 배치되고, 접속 요소가 상기 조정 요소 상에 배치된다. 이러한 경우에, 제1 조정 요소에 대해 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되는 접속 요소에는, 제1 조정 요소의 제1 주면이 면한다.
상기 일체 접합형 접속은, 기본적으로 대상을 특정하여 형성되는 제1 접속 타입을 형성한다.
이러한 경우에, 제2 접속 타입을 형성하도록 제1 조정 요소에 대해 접속 수단을 매개로 하여 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되는 스트립 도체에는, 제1 조정 요소의 제2 주면이 면하는 데, 상기 제2 접속 타입은 이러한 용도에 필요한 접속 수단을 필요로 한다. 따라서, 상기 제2 접속 타입은 제1 접속 타입의 서브 그룹을 형성한다.
제1 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈의 장점은, 특히 연속 작동 과정에서 번갈아 걸리는 열적 하중에 의해 접속 요소와 스트립 도체 사이에 단일 접속부가 형성될 뿐만 아니라, 이에 따라 상기 접속부가 모든 하중을 흡수해야 한다는 점에 있다. 이에 반해, 하중은 두 접속부에 분배된다.
물론 배타적인 것은 아닌 이하의 선택적인 특징들은, 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈에서 단독으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
매우 바람직한 개선예에서, 전력 반도체 모듈은, 냉각 장치 또는 베이스 플레이트에 대하여 배치되는 제2 조정 요소를 구비한다. 이러한 경우에, 접속 수단을 매개로 하여 일체 접합식으로 접속되는 제2 금속층에는, 제2 조정 요소의 제1 주면이 면하며, 상기 접속은 결국에는 제2 접속 타입에 대응하는 것이다. 제2 조정 요소의 제2 주면이 냉각 장치 또는 베이스 플레이트에 면하여 일체 접합식으로 접속되며, 이 접속은 접속 수단을 반드시 필요로 하는 것은 아닌 제1 접속 타입에 대응하는 것이다.
제1 접속 타입의 접속은 특히, 분명한 접속 수단을 필요로 하는 접속, 즉 납땜 접속 및 가압 소결 접속이며, 또한 이러한 타입의 접속 수단 없이도 행해지는 것, 즉 용접 접속, 특히 마찰 용접 접속, 혹은 클래딩 접속, 특히 롤 클래딩 접속이다. 제2 접속 타입은 항상, 분명한 접속 수단을 필요로 하는 것을 특징으로 하며, 따라서 이 접속 타입은 특히 납땜 혹은 가압 소결 접속으로서 구성된다.
제1 조정 요소가, 기판의 열팽창계수와 접속 요소의 열팽창계수의 평균값에 대하여 이들 열팽창계수 간의 차의 +/-30% 이내의 범위를 가진 열팽창계수를 갖는다면 특히 유익하다. 접속 요소의 열팽창계수(αA)와 기판의 열팽창계수(αS)가 전술한 값인 경우, 조정 요소의 열팽창계수(αX)는 바람직하게는 다음 식
αX=1/2·(αA+αS)±0.3·|αA-αS|
에 따라 9±4·10-6K-1이다. 예를 들어, 몰리브덴은 전술한 값에 매우 적합하다. 마찬가지로, 2개 또는 3개의 층으로 이루어진 복합 재료가 유익할 수 있다.
제2 조정 요소가 존재한다면, 유사하게 형성하는 것이 유익하다. 이러한 경우에, 제2 조정 요소는, 기판의 열팽창계수와 냉각 장치 또는 베이스 플레이트의 열팽창계수의 평균값에 대하여 이들 열팽창계수 간의 차의 +/-30% 이내의 범위를 가진 열팽창계수를 갖는다. 기판의 열팽창계수가 전술한 값이고, 예컨대 알루미늄으로 이루어진 하나의 냉각 장치의 열팽창계수가 23·10-6K-1인 경우에, 조정 요소는 13.5±10·10-6K-1의 열팽창계수를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이러한 이유로, 또한 열전도성 등의 다른 특성을 고려해 보건데, 구리가 특히 적합하다.
전술한 두 값의 범위에 따라 특정 조정 요소에 대한 재료를 선택하면, 이 조정 요소의 두께 치수가 비교적 작을 수 있다. 예를 들어, 스트립 도체의 두께가 300 ㎛인 경우, 제1 조정 요소는 전술한 두께 범위 내에서 선택될 수 있고, 구체적으로 보다 얇아질 수 있으며, 특히 스트립 도체 두께의 1/2 이하만큼 얇아질 수 있다.
이러한 개선예의 범위 내에서, 스트립 도체의 절연체로부터의 분리, 즉 특히 생산 과정에서 하중에 의해, 혹은 작동 중에 연속적으로 걸리는 열적 하중에 의해 야기되는 분리는, 특히 직접적으로가 아니라 간접적으로 형성되는 접속에 의해 효과적으로 방지된다.
특정 조정 요소의 재료가 전술한 조건을 따르지 않는다면, 각 조정 요소가 기판의 관련 금속층의 두께의 3배 이상에 대응하는 두께를 가질 때, 비슷한 결과가 얻어질 수 있다. 예를 들어, 스트립 도체의 두께가 300 ㎛인 경우, 이는 제1 조정 요소의 최소 두께가 900 ㎛인 것을 의미한다. 이러한 개선예에서는, 스트립 도체의 절연체로부터의 분리, 즉 열팽창에 의해 야기되는 분리도 마찬가지로 방지될 수 있다.
각 접속 요소는 전용의 관련 제1 조정 요소를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 상기 제1 조정 요소는, 접속 요소에 대한 접촉면의 측면 치수의 1.5배 이하인 각 측면 치수를 갖도록 되어 있다. 이는, 특히 제1 조정 요소가 관련 스트립 도체의 변 영역 또는 코너 영역 바로 근방에 배치되어 있다면 유익하다.
별법으로서, 제1 조정 요소 자체가, 전력 반도체 부품에 있어서 기판에 면하지 않는 제1 접촉면과 접속 요소 간의 내부 접속 장치로서 개발된다면, 마찬가지로 바람직할 수 있다.
제2 조정 요소의 경우, 그 측면 치수가 기판의 관련 제2 금속층의 치수보다 크다면 특히 유익하다. 이는, 특히 제2 조정 요소가 냉각 장치의 일체형 부품인 경우에 그러하다.
본 발명의 추가적인 설명과 유익한 사양 및 특징은, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명에 따른 장치 또는 그 부품의 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명을 통해 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제1 실시형태를 발췌하여 보여주는 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제2 실시형태를 발췌하여 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제3 실시형태를 발췌하여 보여주는 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제4 실시형태를 발췌하여 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 3차원 분해 사시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제1 실시형태를 발췌하여 보여주는 측면도이다. 또한, 구조 형태를 분명히 하기 위해, 이 전력 반도체 모듈의 일부분을 발췌하여 확대 도시하고 있다.
전력 반도체 모듈의 중앙부는 기판(2)이며, 여기서 기판은, 100 ㎛ 내지 700 ㎛의 두께를 갖는 공업용 세라믹, 예컨대 산화알루미늄 세라믹 형태의 절연체(20)와, 이 절연체(20)의 각 주면(200, 202) 상에 있는 2개의 금속층(22, 24)으로 구성되어 있는 것이다. 제1 금속층(22)은, 절연체(20)에 있어서 전력 반도체 모듈의 내부에 면하는 제1 주면 상에 배치되어 있고, 이 제1 금속층은 스트립 도체(220, 220)를 형성하도록 그 자체에 패턴이 형성되어 있는데, 이들 스트립 도체는 서로 전기적으로 절연되어 있고, 도면에는 그 중의 하나만이 도시되어 있다.
제2 금속층(24)은 절연체(20)의 제2 주면(202) 상에 평평하게 배치되어 있다. 또한, 기본적으로는, 제2 금속층(24)이 제1 금속층에 대해 거울 대칭으로 형성되어 있다면, 즉 투영도로 보았을 때 크기와 형태가 동일한 영역이 스트립 도체(220, 222)에 마주해 있다면 유익할 수 있다. 두 금속층(22, 24)은 바람직하게는 구리로 이루어지고 100 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가지며, 이들 금속층의 각 노출측에는, 바람직하게는 (모든 접속 타입에서 바람직한 것은 아님) 두께가 5 ㎛ 이하인 근소한 원자층을 갖고 각 금속층(22, 24)의 일부분인 것으로 고려되는 귀금속층(26, 28)이 마련된다. 이러한 타입의 기판(2)은, 세라믹 절연체(20)의 재료와 금속층(22)의 재료가 혼합되어 있기 때문에, 약 2·10-6K-1 정도의 열팽창계수를 갖는다.
전력 반도체 모듈의 내부에 면하는 기판(2)의 제1 주면(210) 상에는, 제1 조정 요소(50)의 제2 주면(502)이 제2 접속 타입으로 배치되어 있고, 스트립 도체(220)에 대해 전기 도전식으로 접속되어 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 접속은 접속 수단(70)을 매개로 하여, 즉 제2 접속 타입으로 형성되어야 하는 데, 그 이유는 상기 제2 접속 타입으로 접속부가 형성됨으로써, 접속 수단 없이 일체로 접합되는 접속 방식, 특히 용접 접속 방식에 비해, 절연체(20)에의 금속층(22, 24)의 부착부가 하중을 덜 받게 되기 때문이다. 특히, DCB 방법으로 제조되는 기판(2)의 경우에 유익하다.
또한, 스트립 도체(22)와 제1 조정 요소(50) 사이를 소결 접속하는 경우에는, 대응하는 두 접촉면에 귀금속층을 마련하는 것이 유익하다. 이러한 구성이 본 실시형태에서는 스트립 도체(22)에 대해서만 예시되어 있지만, 제1 조정 요소(50)에도 유사하게 마련될 수 있다.
구리의 열전도율이 매우 좋기 때문에, 상기 제1 조정 요소(50)는 구리로 형성되는 것이 바람직하다. 접속 요소(60)도 마찬가지로 구리로 형성되므로, 제1 조정 요소(50)의 두께를 관련 스트립 도체(22)의 두께의 적어도 3배가 되도록 선택하는 것이 유익하다.
제1 조정 요소(50)의 제1 주면(500) 상에는, 접속 요소(60)가 그 대응 접촉면에 의해 배치되어 있고, 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되어 있다. 이와 같이 일체로 접합된 접속은, 필요에 따라 제1 접속 타입으로, 특히 용접 접속으로도 형성될 수 있다. 용접 접속은, 접속 상대 사이에 접속 수단이 배치되어 있지 않은 것을 특징으로 한다. 또한, 접속 요소(60)는 전술한 기능을 손상시키지 않는, 전기 도금면, 예컨대 니켈 전기 도금면을 가질 수 있다. 접속 요소(60)와 제1 조정 요소(50) 간의 일체 접합형 접속이 소결 접속인 경우에도, 마찬가지로 적어도 대응 접촉면에 귀금속면(도시 생략)을 형성하는 것이 유익하다.
도 1에 따른 구성에서, 제1 접속 요소(60)는 기판(2)의 스트립 도체(220)의 변 영역에 배치되어 있다(도 4 참조). 또한, 이러한 구성에서(마찬가지로 도 4 참조), 제1 조정 요소(50)의 측면 치수는 접속 요소(60)의 접촉 영역의 크기보다 아주 조금 크다.
바람직하게는, 제2 금속층(24) 상에는 평평하게 배치되는 제2 조정 요소(52)가 마련된다. 상기 제2 조정 요소는 기판(2)의 제2 금속층(24)에 제2 접속 타입으로 접속된다.
제2 조정 요소(52)와 전력 반도체 모듈의 베이스 플레이트(40) 간의 접속은 제1 접속 타입으로 이루어진다. 여기에 예시된 경우에는, 이후에 그 대응 면들에 대하여 전술한 소결 접속이 마찬가지로 적용된다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제2 실시형태를 발췌하여 보여주는 측면도이다. 모두 도 1에 따라 형성되는 기판(2), 제1 조정 요소(50) 및 접속 요소(60)에 추가하여, 전력 반도체 부품(30)이 배치되는 다른 스트립 도체(222)가 도시되어 있다. 상기 전력 반도체 부품(30)도 마찬가지로 관련 스트립 도체(222)에 대해 제2 접속 타입, 여기서는 소결 접속에 의해, 전기 도전식으로 접속된다. 본 실시형태에서는, 제1 조정 요소(50)의 접속도 마찬가지로 소결 접속의 형태이다. 그러나, 이는 특히 접속 요소(60)와 제1 조정 요소(50) 간에 용접 접속을 허용하는 전술한 개론을 제한하는 것은 아니다.
구리로 이루어진 제2 조정 요소(52)가 일체화된 냉각 장치(42)가 또한 도시되어 있다. 이러한 일체형 냉각 장치(42)는 공냉식 또는 수냉식으로 이루어진 알루미늄 본체를 갖고, 제2 조정 요소(52)는 이 알루미늄 본체의 리세스(420) 내에 배치되어, 롤 클래딩 방법에 의해 알루미늄 본체에 일체로 접합된다.
제2 조정 요소(52)와 제2 금속층(24)간의 접속은 제2 접속 타입으로 형성되며, 결국에는 소결법으로 형성된다.
이러한 제2 조정 요소(52)에 대한 접속에 있어서는, 제2 조정 요소의 측면 치수, 즉 제2 조정 요소의 주면(520, 522)에 평행한 측면 치수가, 제2 금속층(24)보다 큰 것이 특히 유익하다. 이로써 먼저 조립이 용이해지고, 그 다음으로는 제2 조정 요소(52)를 통한 열의 전파가 향상된다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제3 실시형태를 발췌하여 보여주는 측면도이다. 본 도면에는 베이스 플레이트 또는 냉각 장치가 없으나, 이는 전술한 개론을 제한하는 것은 아니다.
여기서 제1 조정 요소(50)는 전술한 실시형태와는 다른 재료, 보다 얇은 두께 및 실질적으로 보다 큰 측면 치수를 갖는다. 여기서 제1 조정 요소(50)는 몰리브덴으로 형성되어 있는 한편, 기판(2) 및 접속 요소(60)의 재료는 전술한 바와 일치한다. 전술한 바와 같이 몰리브덴으로 형성함으로써, 여기서는 스트립 도체(220, 222)의 두께보다 약간 적은 값으로 두께를 매우 간단히 줄일 수 있다.
따라서, 제1 조정 요소(50)는 또한, 전력 반도체 부품(30)에 있어서 기판(2)에 면하지 않는 접촉면(300)과 접속 요소(60) 사이에서 내부 접속 장치의 역할도 병행할 수 있다. 이를 목적으로, 제1 조정 요소(50)는 제1 스트립 도체(220)에 접속되지 않는 2개의 섹션(54, 56)을 갖는다. 제1 섹션(54)은 유익하게는 곡선 구조이며, 전력 반도체 부품(30)의 접촉면(300)에 전기 도전식으로 접속되어 있는 제2 섹션(56)에 병합된다. 여기서는, 가요성 절연 재료(80)(특히, 겔 타입)를 곡선형의 제1 섹션 아래에 배치하여 전기적으로 절연한다.
여기서는, 전술한 개론을 제한하지 않으면서, 상기한 형태의 일체 접합형 접속부(70, 72, 74) 각각이 소결 접속의 형태이며, 모든 대응 접촉면은 바람직하게는 귀금속면을 갖는다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 제4 실시형태를 발췌하여 보여주는 평면도이다. 여기서는, 2개의 스트립 도체(220, 222)가 마련된 절연체(20)가 도시되어 있다. 2개의 제1 조정 요소(50)와 1개의 전력 반도체 부품(30)이 1개의 스트립 도체(220) 상에 도시되어 있다. 스트립 도체(220)의 코너 영역(232)의 바로 근방에 제1 조정 요소(50)가 배치되어 있고, 스트립 도체(220)의 변 영역(230)의 바로 근방에 다른 조정 요소가 배치되어 있다. 전력 반도체 부품과 내부 접속 장치, 예컨대 와이어본딩 접속부는 스트립 도체의 나머지 영역에 배치되어 있으므로, 상기한 구성은 대개 필요한 것이다. 구체적으로, 변 영역(230) 또는 코너 영역(232)이 외부 접속의 역할을 하는 전술한 경우들에서, 스트립 도체(220)가 절연체(20)로부터 분리되는 것을 방지할 필요가 있다.
여기서, 제1 조정 요소(50)의 각 측면 치수(50a, 50b)는, 이에 접속된 접속 요소(60)의 대응 측면 치수(60a, 60b)의 1.5배보다 작다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 3차원 분해 사시도이다. 또한, 이전 도면들을 통해 확인한 구성 요소들을 위한 2부품 하우징(90, 92)이 도시되어 있다. 여기서, 접속 요소(60)는 부하 및 보조 접속 요소의 형태이다. 여기서는, 접속 요소(60)에 있어서 제1 조정 요소(50) 상에 놓이게 되어 용접법에 의해 제1 조정 요소에 접속되어 있는 부분을, 매우 분명하게 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. 냉각 장치(42) 또는 베이스 플레이트(40) 상에 배치하는 기판(2)을 구비한 전력 반도체 모듈로서,
    상기 기판(2)은 절연체(20)와, 전력 반도체 모듈의 내부에 면하는 상기 절연체의 제1 주면 상에 배치되고 제1 스트립 도체(220, 220)를 형성하도록 그 자체에 패턴이 형성되어 있는 제1 금속층(22), 그리고 전력 반도체 모듈의 내부에 면하지 않는 상기 절연체의 제2 주면 상에 배치되는 제2 금속층(24)을 구비하며, 한 스트립 도체(220, 222) 상에 전력 반도체 부품이 배치되고, 이 전력 반도체 부품은 스트립 도체에 전기 도전식으로 접속되어 있으며, 상기 한 스트립 도체 또는 다른 스트립 도체(220, 220) 상에 제1 조정 요소(50)가 배치되어 있고, 이 조정 요소 상에 접속 요소(60)가 배치되어 있으며, 제1 접속 타입을 형성하도록 상기 조정 요소에 대해 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되는 제1 접속 요소(60)에는, 제1 조정 요소(50)의 제1 주면(500)이 면하는 한편, 제2 접속 타입을 형성하도록 상기 조정 요소에 대해 접속 수단(70)을 매개로 하여 일체로 접합되어 전기 도전식으로 접속되는 관련 스트립 도체(220, 220)에는, 제1 조정 요소(50)의 제2 주면(502)이 면하는 것인 전력 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 제2 조정 요소(52)가 냉각 장치(42) 또는 베이스 플레이트(40)에 대하여 배치되고, 상기 조정 요소(52)에 대해 접속 수단(72)을 매개로 하여 제1 접속 방식으로 일체로 접합되어 접속되는 제2 금속층(24)에는, 제2 조정 요소(52)의 제1 주면(520)이 면하는 한편, 상기 조정 요소(52)에 대해 제2 접속 방식으로 일체로 접합되어 접속되는 냉각 장치(42) 또는 베이스 플레이트(40)에는, 제2 조정 요소(52)의 제2 주면(522)이 면하는 것인 전력 반도체 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 접속 타입은 납땜, 가압 소결, 또는 용접 접속의 형태, 특히 마찰 용접 접속 또는 클래딩 접속의 형태, 특히 롤 클래딩 접속의 형태이고, 제2 접속 타입은 접속 수단을 이용한 접속의 형태, 특히 납땜 또는 가압 소결 접속의 형태인 것인 전력 반도체 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 제1 조정 요소(50)는, 기판(2)의 열팽창계수와 접속 요소(60)의 열팽창계수의 평균값에 대하여 이들 열팽창계수 간의 차의 +/-30% 이내의 범위를 가진 열팽창계수를 갖는 것인 전력 반도체 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 제2 조정 요소(52)는, 기판(2)의 열팽창계수와 냉각 장치(42) 또는 베이스 플레이트(40)의 열팽창계수의 평균값에 대하여 이들 열팽창계수 간의 차의 +/-30% 이내의 범위를 가진 열팽창계수를 갖는 것인 전력 반도체 모듈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 조정 요소(50, 52)의 두께는, 기판(2)의 관련 금속층(22, 24)의 두께의 적어도 3배인 것인 전력 반도체 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 제1 조정 요소(50)의 각 측면 치수(50a, 50b)는, 접속 요소(60)의 관련 접촉면의 측면 치수(60a, 60b)의 1.5배 이하인 것인 전력 반도체 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 제1 조정 요소는, 관련 스트립 도체의 변 영역 또는 코너 영역 바로 근방에 배치되는 것인 전력 반도체 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 제1 조정 요소(50) 자체는, 전력 반도체 부품(30)에 있어서 기판(2)에 면하지 않는 제1 접촉면(300)과 접속 요소(60) 간의 내부 접속 장치의 형태인 것인 전력 반도체 모듈.
  10. 제2항에 있어서, 제2 조정 요소(52)의 측면 치수는, 기판(2)의 관련 제2 금속층(24)의 측면 치수보다 큰 것인 전력 반도체 모듈.
KR1020130077196A 2012-07-09 2013-07-02 하나 이상의 응력 저감용 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈 KR20140007271A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012211952.3 2012-07-09
DE102012211952.3A DE102012211952B4 (de) 2012-07-09 2012-07-09 Leistungshalbleitermodul mit mindestens einem stressreduzierenden Anpasselement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140007271A true KR20140007271A (ko) 2014-01-17

Family

ID=48444198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130077196A KR20140007271A (ko) 2012-07-09 2013-07-02 하나 이상의 응력 저감용 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2685492B1 (ko)
JP (1) JP2014017483A (ko)
KR (1) KR20140007271A (ko)
CN (2) CN103545298A (ko)
DE (1) DE102012211952B4 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022145869A1 (ko) * 2020-12-28 2022-07-07 주식회사 아모센스 전력반도체 모듈의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전력반도체 모듈

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014104496B4 (de) * 2014-03-31 2019-07-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur schweißtechnischen Verbindung von Anschlusselementen mit dem Substrat eines Leistungshalbleitermoduls und zugehöriges Verfahren
JP6274019B2 (ja) * 2014-06-03 2018-02-07 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
EP3208841B1 (de) * 2016-02-19 2020-12-09 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Verfahren zur herstellung einer wärmespreizplatte, wärmespreizplatte, verfahren zur herstellung eines halbleitermoduls und halbleitermodul
EP3352214A1 (de) * 2017-01-23 2018-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Halbleitermodul mit bodenplatte mit hohlwölbung
EP4239660A1 (en) 2022-03-03 2023-09-06 Hitachi Energy Switzerland AG Method of attaching a terminal to a metal substrate structure for a semiconductor power module and semiconductor power module
DE102022207522A1 (de) 2022-07-22 2024-01-25 Zf Friedrichshafen Ag Leistungsmodul

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62202544A (ja) * 1986-02-28 1987-09-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
DE4300516C2 (de) * 1993-01-12 2001-05-17 Ixys Semiconductor Gmbh Leistungshalbleitermodul
EP0706221B8 (en) 1994-10-07 2008-09-03 Hitachi, Ltd. Semiconductor device comprising a plurality of semiconductor elements
JPH09321216A (ja) * 1996-05-27 1997-12-12 Toshiba Corp 電力用半導体装置
DE19647590A1 (de) * 1996-11-18 1998-05-20 Abb Research Ltd Hochleistungs-Halbleitermodul
CN1254443A (zh) * 1997-03-26 2000-05-24 株式会社日立制作所 扁平型半导体装置和使用该装置的电力变换装置
JP3525753B2 (ja) * 1998-08-26 2004-05-10 株式会社豊田中央研究所 パワーモジュール
JP3630070B2 (ja) * 2000-03-30 2005-03-16 株式会社デンソー 半導体チップおよび半導体装置
US6703707B1 (en) * 1999-11-24 2004-03-09 Denso Corporation Semiconductor device having radiation structure
DE10355925B4 (de) * 2003-11-29 2006-07-06 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul und Verfahren seiner Herstellung
JP4613077B2 (ja) * 2005-02-28 2011-01-12 株式会社オクテック 半導体装置、電極用部材および電極用部材の製造方法
DE102007034491A1 (de) * 2007-07-24 2009-02-05 Siemens Ag Modul mit elektronischem Bauelement zwischen zwei Substraten, insbesondere DCB-Keramiksubstraten, dessen Herstellung und Kontaktierung
DE102007034847B4 (de) * 2007-07-26 2019-06-13 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einem Kunststoffgehäuse mit Verbindungseinrichtungen
DE102007054710B3 (de) * 2007-11-16 2009-07-09 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbaugruppe
DE102008031231B4 (de) * 2008-07-02 2012-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Herstellungsverfahren für planare elektronsche Leistungselektronik-Module für Hochtemperatur-Anwendungen und entsprechendes Leistungselektronik-Modul
DE102009037257B4 (de) 2009-08-12 2014-07-31 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit Schaltungsträger und Lastanschlusselement sowie Herstellungsverfahren hierzu
DE102009046403B4 (de) * 2009-11-04 2015-05-28 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul in Druckkontakttechnik
DE102009046858B3 (de) * 2009-11-19 2011-05-05 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul und Verfahren zum Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls
DE102010003533B4 (de) * 2010-03-31 2013-12-24 Infineon Technologies Ag Substratanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Substratanordnung, Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
DE102010044709B4 (de) * 2010-09-08 2015-07-02 Vincotech Holdings S.à.r.l. Leistungshalbleitermodul mit Metallsinterverbindungen sowie Herstellungsverfahren

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022145869A1 (ko) * 2020-12-28 2022-07-07 주식회사 아모센스 전력반도체 모듈의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전력반도체 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
EP2685492A1 (de) 2014-01-15
DE102012211952A1 (de) 2014-01-30
EP2685492B1 (de) 2018-07-11
JP2014017483A (ja) 2014-01-30
CN203521407U (zh) 2014-04-02
DE102012211952B4 (de) 2019-04-25
CN103545298A (zh) 2014-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140007271A (ko) 하나 이상의 응력 저감용 조정 요소를 구비한 전력 반도체 모듈
US10943740B2 (en) Electrical connection contact for a ceramic component, a ceramic component, and a component arrangement
US9966327B2 (en) Lead frame, semiconductor device, method for manufacturing lead frame, and method for manufacturing semiconductor device
CN106887513B (zh) 承载设备、具有承载设备的电气设备和其制造方法
US9516748B2 (en) Circuit board, electronic module and illuminating device having the circuit board, and method for manufacturing the circuit board
US10164417B2 (en) Circuit assembly and electrical junction box
US10727186B2 (en) Power semiconductor device
TW201222757A (en) Connector assembly and method of manufacture
US11092621B2 (en) Current sensor
JPWO2018021209A1 (ja) 半導体素子実装用基板および半導体装置
JP2018148064A (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板
EP1881529A2 (en) Thermal conduit
JP2004022973A (ja) セラミック回路基板および半導体モジュール
US6787706B2 (en) Ceramic circuit board
CN1964039B (zh) 功率半导体模块
US7405448B2 (en) Semiconductor device having a resistance for equalizing the current distribution
US20230268278A1 (en) Electronic circuit module
JP6317178B2 (ja) 回路基板および電子装置
EP3457434B1 (en) Method for producing a semiconductor substrate for a power semiconductor module arrangement
WO2019163941A1 (ja) パワーモジュール用基板およびパワーモジュール
CN108353498A (zh) 基板及基板的制造方法
JP5124329B2 (ja) 半導体装置
JP6603098B2 (ja) 回路基板および電子装置
JP2020004801A (ja) 放熱板、半導体パッケージおよび半導体装置
JP3693858B2 (ja) 半導体モジュールに内蔵する分流器

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid