KR20140092774A - 전력 반도체 모듈 및 전력 반도체 모듈의 제조 방법 - Google Patents

전력 반도체 모듈 및 전력 반도체 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판(2)과 기판(2) 상에 배치되어 기판(2)에 접속된 전력 반도체 부품(13)을 갖는 전력 반도체 모듈로서, 상기 전력 반도체 모듈(1)은 단일편으로 구현된 도전성 접속 장치(9)를 가지며, 접속 장치(9)는 편평한 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20) 및 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20) 사이에 배치된 탄성 부위(15)를 가지며, 탄성 부위(15)는 서로에 대하여 외측으로 굽어져서 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)를 가지며, 제 1 접속 부위(19)는 기판(2)에 접속되는 전력 반도체 모듈에 관한 것이다. 또한 본 발명은 전력 반도체 모듈(1)의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 신뢰할만한 전력 반도체 모듈(1)을 제공하며, 이런 전력 반도체 모듈(1)의 제조 방법을 특정한다.

Description

전력 반도체 모듈 및 전력 반도체 모듈의 제조 방법{Power semiconductor module and method for manufacturing a power semiconductor module}
본 발명은 전력 반도체 모듈 및 전력 반도체 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 알려진 전력 반도체 모듈에서, 예를 들어 전력 반도체 스위치 및 다이오드 같은 전력 반도체 부품들은 일반적으로 기판 상에 배치되어 기판의 도체층 및 본딩 와이어 및/또는 복합막에 의해 전기 전도 방식으로 서로 접속된다. 여기서 전력 반도체 스위치들은 일반적으로 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 같은 트랜지스터 형태 또는 사이리스터 형태로 제공된다.
여기서 기판 상에 배치되는 전력 반도체 부품들은 종종 전기적으로 접속되어 개별적인 소위 하프브릿지 회로 또는 다수의 소위 하프브릿지 회로를 형성하는데, 상기 하프브릿지 회로는 예를 들어 전압 및 전류를 정류하여 반전시키는데 사용된다.
독일 특허 제 10 2006 006 424 A1호는 가압 접촉 설계의 전력 반도체 모듈과 냉각 부품을 갖는 장치를 개시한다. 이와 관련하여, 부하 접속 요소들은 각각 어느 경우라도 스트립형 부분 및 이로부터 연장되는 접촉발을 구비하는 성형 금속체로서 구현된다.
기술적으로 종래의 전력 반도체 모듈을 부하 전류를 전도하기 위해 기판을 전력 반도체 모듈의 부하 전류 접속부에 전기 전도 방식으로 접속하는 부하 전류 전도 요소를 갖는다. 여기서 부하 전류 접속부는 부하 전류 전도 요소의 일체형 부품이 될 수 있으며, 예를 들어 부하 전류 전도 요소의 말단 부위의 형태로 제공될 수 있다. 여기서 부하 전류는 통상적으로 예를 들어 전력 반도체 스위치를 작동시키는 역할을 하는 보조 전류와는 달리 높은 전류 강도를 갖는다.
예를 들어 기계적 진동 같이 외부로부터 전력 반도체 모듈에 작용하는 외부의 기계적 영향은 부하 전류 전도 요소를 통하여 기판에 전달되어, 예를 들어 기판의 손상을 야기하거나 부하 전류 전도 요소가 물질적 결합에 의해 기판에 접속되는 경우에 물질적 결합 접속부를 파손시켜서 전력 반도체 모듈을 파괴시킬 수 있다.
독일 특허 제 10 2006 006 424 A1호
본 발명의 목적은 신뢰할만한 전력 반도체 모듈들 제공하고 이런 전력 반도체 모듈의 제조 방법을 특정하는 것이다.
상기 목적은 기판과 기판 상에 배치되어 기판에 접속된 전력 반도체 부품을 갖는 전력 반도체 모듈로서, 상기 전력 반도체 모듈은 단일편으로 구현된 도전성 접속 장치를 가지며, 접속 장치는 편평한 제 1 및 제 2 접속 부위 및 제 1 및 제 2 접속 부위 사이에 배치된 탄성 부위를 가지며, 탄성 부위는 서로에 대하여 외측으로 굽어져서 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소를 가지며, 제 1 접속 부위는 기판에 접속되는 전력 반도체 모듈에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은 전력 반도체 모듈의 제조 방법으로서, a) 기판과, 편평한 제 1 및 제 2 접속 부위와 상기 제 1 및 제 2 접속 부위 사이에 배치된 접속 부위를 갖는 시트 금속 요소를 준비하는 단계, b) 상기 시트 금속 요소가 상기 기판에 평행하게 연장되는 상태에서 상기 제 1 접속 부위를 물질적 결합 방식으로 상기 기판에 접속하는 단계, c) 기판에 접속되지 않은 시트 금속 요소의 부분을 기판으로부터 외측으로 굽히는 단계, 및 d) 상기 접속 부위의 시트 금속 요소를 절단하여 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소가 교대로 배치되게 하고 제 1 및 제 2 성형 요소를 서로에 대하여 외측으로 굽히는 단계를 포함하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 실시형태들은 종속항에서 찾을 수 있다.
본 방법의 유리한 실시형태들은 전력 반도체 모듈의 유리한 실시형태와 유사한 방식으로 이루어지며, 그 반대도 마찬가지다.
접속 장치가 기판을 전기 전도 방식으로 도전성 부하 전류 전도 요소에 접속하여, 제 2 접속 부위가 부하 전류 전도 요소에 접속되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 그 결과, 부하 전류 전도 요소에 대한 기판의 신뢰할만한 전기적 접속이 이루어진다.
또한, 제 1 접속 부위의 전류 전도 라인 단면 및 제 2 접속 부위의 전류 전도 라인 단면은 탄성 부위의 전류 전도 라인 단면의 최대 ± 20% 만큼 탄성 부위의 전류 전도 라인 단면과 다른 것이 유리하다는 것이 증명되었는데, 이는 접속 장치의 통전량이 접속 장치의 탄성 부위에 의해 거의 영향을 받지 않거나 감소되지 않기 때문이다.
게다가, 제 1 접속 부위는 기판에 접속되어 기판에 평행하게 연장되는 부분을 갖는 경우가 유리하다는 것이 증명되었는데, 이는 제 1 접속 부위가 특히 신뢰할만할 방법으로 기판에 접속될 수 있기 때문이다.
또한, 제 2 접속 부위의 적어도 일부가 기판으로부터 외측으로 연장되는 것이 유리하다는 것이 증명되었는데, 이는 부하 전류 전도 요소가 기판으로부터 일정 거리에 배치될 수 있기 때문이다.
게다가, 전력 반도체 부품과 기판 사이의 접속 및/또는 접속 장치의 제 1 접속 부위와 기판 사이의 접속이 각각 물질적 결합 또는 마찰 록킹 접속으로서 이루어지는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 그 결과, 각각 접속될 특히 신뢰할 만한 요소들의 접속이 달성된다.
또한, 기판은 전력 반도체 부품의 반대측의 측면이 성형 금속체에 접속되는 것이 유리하다는 것이 증명되었는데, 이는 이 방법으로 전력 반도체 부품의 양호한 냉각이 가능해지기 때문이다.
또한, 성형 금속체는 기판을 히트 싱크에 열적으로 접속하는 역할을 하는 금속판으로 구현되거나 또는 히트 싱크로서 구현되는 것이 유리하다는 것이 증명되었는데, 이는 이에 의해 전력 반도체 부품의 양호한 냉각이 가능해지기 때문이다.
또한, 접속 부위에서 시트 금속 요소를 절단하여 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소가 교대로 배치되게 하고 제 1 및 제 2 성형 요소가 서로로부터 외측으로 굽어지는 것은 공통적인 작업 단계에서 복합 절단 및 절곡 공구에 의해 실시되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 이에 의해 전력 반도체 모듈을 특히 효율적으로 제조할 수 있게 된다.
게다가, 제 1 접속 부위를 물질적 결합 방식으로 기판에 접속하는 것은 공통적인 작업 단계에서 전력 반도체 부품을 물질적 결합으로 기판에 접속하고 그리고/또는 공통적인 작업 단계에서 전력 반도체 부품의 반대측의 기판의 측면을 성형 금속체에 물질적 결합으로 접속하는 것으로 실시되는 것이 유리하다는 것이 증명되었는데, 각각의 물질적 결합 접속은 소결 접속의 형태로 제공된다. 이에 따라서 전력 반도체 모듈이 특히 효율적으로 제조된다.
또한, 나중에 도전성 부하 전류 전도 요소가 이 접속 장치의 제 2 접속 부위에 접속되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 이에 따라서 기판이 부하 전류 전도 요소에 신뢰할만하게 전기적으로 접속된다.
또한, 접속 장치가 통과하여 연장되는 절제부를 갖는 커버가 전력 반도체 부품 및 기판을 덮는 커버가 배치되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 전력 반도체 부품은 커버에 의해 보호된다.
또한, 다른 방법으로서 d) 방법 단계는 c) 방법 단계 전에 실시될 수도 있다는 것을 알아야 한다.
본 발명의 모범적인 실시형태를 도면에 도시하고 이하에 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 개략사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 개략사시도.
도 3은 전력 반도체 모듈의 제조 중에 아직 완성되지 않은 상태의 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 개략단면도.
도 4는 외측으로 굽어진 상태의 시트 금속 요소의 개략사시도.
도 5는 시트 금속 요소를 절단하고 제 1 및 제 2 성형 요소로 절단하면서 외측으로 굽히기 위한 복합 절단 및 절곡 공구의 개략사시도.
도 6은 접속 장치의 개략사시도.
도 7은 커버를 구비한 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 개략사시도.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 개략사시도를 도시한다. 도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)의 개략단면도를 도시하는데, 단면은 도 1에 도시한 선 A를 따라서 연장되는 것이다. 전력 반도체 모듈(1)은 모범적인 실시형태에서 DCB 기판 형태로서 제공되는 기판(2), 및 기판(2) 상에 배치되어 기판(2)에 접속되어 있다. 명확하게 하기 위해, 전력 반도체 부품(13)은 도 1에 도시되어 있지 않다. 각각의 전력 반도체 부품은 바람직하게는 전력 반도체 스위치나 다이오드의 형태로 제공된다. 전력 반도체 스위치는 여기서는 일반적으로 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 같은 트랜지스터 형태, 또는 사이리스터 형태로 제공된다. 본 모범적인 실시형태의 범위 내에서 전력 반도체 스위치(13)는 각각 기판(2)과 대향하는 측면에 제 1 전력 반도체 부하 전류 접속부를 가지며, 기판(2)의 반대측으로 향하는 측면에 제 2 전력 반도체 부하 전류 접속부를 갖는다.
기판(2)은 절연체(3)와 상기 절연체(3)의 제 1 측면에 배치되어 절연체(3)에 접속된 도전성 패턴형 제 1 라인층(4)을 갖는데, 제 1 라인층(4)은 본 모범적인 실시형태의 범위 내에서 도체 트랙(4a)을 형성한다. 바람직하게는 기판(2)은 도전성이지만 바람직하게는 패턴형이 아닌 제 2 라인층(5)을 갖는데, 여기서 절연체(4)는 패턴형 제 1 층(4)과 제 2 라인층(5) 사이에 배치된다. 기판(2)의 패턴형 제 1 라인층(4)은 예를 들어 구리로 구성될 수 있다. 기판(2)은 예를 들어 본 실시형태의 경우에서처럼 직접구리접합 기판(DCB 기판)의 형태 또는 절연금속 기판(IMS)의 형태로 제공될 수 있다. DCB 기판의 경우, 절연체(3)는 예를 들어 세라믹으로 구성될 수 있으며, 기판의 제 2 라인층(5)은 구리로 구성될 수 있다. 절연금속 기판의 경우, 절연체(3)는 예를 들어 폴리이미드 또는 에폭시의 층으로 구성될 수 있으며, 기판(2)의 제 2 라인층(5)은 성형 금속체로 구성될 수 있다. 성형 금속체는 예를 들어 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
여기서 기판(2)의 제 1 및/또는 제 2 라인층은 또한 서로 위아래로 놓여진 다수의 층으로 구성될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 따라서 제 1 및/또는 제 2 라인층은 예를 들어 개별 피복 또는 예를 들어 접착촉진층 및/또는 보호층으로서 작용할 수 있는 예를 들어 귀금속(예를 들어, 은)이나 귀금속 화합물로 만들어져 위아래로 놓여진 다수의 피복들을 갖는 구리층을 가질 수 있다. 따라서 기판(2)의 도체 트랙(4a)은 각각 다수의 층을 가질 수도 있다.
또한 가장 단순한 경우에 기판(2)은 단일 도체 트랙 및/또는 단일 전력 반도체 부품만을 가질 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
또한, 전력 반도체 모듈(1)은 도전성 접속 장치(9)를 갖는데, 이는 단일편으로 구현되며 기판(2), 구체적으로는 기판(2)의 제 1 라인층(4)을 전기 전도 방식으로 각각의 지정된 도전성 부하 전류 전도 요소(10)에 접속한다. 명확하게 하기 위해, 부하 전류 전도 요소(10)는 도 2에만 도시되어 있다. 일반적으로 기판(2)은 부하 전류 전도 요소(10)에 의해 전력 반도체 모듈(1)의 부하 전류 접속부에 전기 전도 방식으로 접속된다. 부하 전류 접속부는 부하 전류 전도 요소의 일체형 구성부가 될 수 있으며, 예를 들어 부하 전류 전도 요소의 말단 영역의 형태로 제공될 수 있다. 여기서 부하 전류는 통상적으로 예를 들어 전력 반도체 스위치를 작동시키는 역할을 하는 보조 전류와는 대조적으로 높은 전류 강도를 갖는다.
가장 단순한 경우에 전력 반도체 모듈(1)은 또한 본 발명에 따른 단 하나의 도전성 접속 장치를 가질 수도 있다는 것을 알아야 한다.
접속 장치(9)는 편평한 제 1 접속 부위(19) 및 편평한 제 2 접속 부위(20)와 이 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20) 사이에 배치된 탄성 부위(15)를 갖는데, 여기서 탄성 부위(15)는 서로 멀리 굽어지는 스트립형 제 1 성형 요소(17) 및 스트립형 제 2 성형 요소(18)를 갖는다. 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)는 교대로 배치되는데, 즉 제 1 성형 요소는 여기에 바로 근접한 제 2 성형 요소를 가지며 추가의 제 1 성형 요소는 제 2 성형 요소에 바로 인접하여 배치되며, 추가의 제 1 성형 요소 다음에는 결국 인접 배치된 추가의 제 2 성형 요소가 온다. 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)는 바람직하게는 각각 기판(2)에 평행하게 연장되는 열로 배치된다.
제 1 접속 부위(19)는 기판, 보다 구체적으로는 기판(2)의 제 1 라인층(4)에 접속되며, 제 2 접속 부위(20)는 부하 전류 전도 요소(10)에 접속된다.
제 1 및 제 2 접속 부위(10, 20)의 전류 전도 라인 단면과 탄성 부위(15)의 전류 전도 라인 단면은 완전히 동일한 사이즈다.
본 실시형태의 범위 내에서, 제 2 접속 부위(20)는 기판(2)으로부터 수직하게 연장된다. 제 2 접속 부위(20)도 예를 들어 제 2 접속 부위(20)의 나머지 부위로부터 90도 굽어진 단부 부위를 가질 수도 있다는 것을 알아야 한다. 그 결과, 바람직하게는 제 2 접속 부위(20)의 적어도 일부는 기판(2)으로부터 수직하게 연장된다.
접속 장치(19)는 예를 들어 구리로 구성될 수 있는데, 여기서 접속 장치(19)는 단일 피복 또는 다수의 피복을 구비할 수 있다.
본 실시형태의 범위 내에서, 제 1 접속 부위(19)는 기판(2)에 접속되어 기판(2)에 평행하게 연장되는 부분(19')을 갖는데, 부분(19')은 기판(2), 보다 구체적으로는 기판(2)의 제 1 라인층(4)에 접속된다.
전력 반도체 부품(13)과 기판(2) 사이, 및/또는 각 접속 장치(9)의 제 1 접속 부위(19)와 기판 (2) 사이의 접속, 및/또는 각 접속 장치(9)의 제 2 접속 부위(20)와 각각의 부하 전류 전도 요소(10) 사이의 접속은 바람직하게는 어느 경우라도 물질적으로 결합되던지 마찰 방식으로 록크 접속되어 이루어진다. 각각의 물질적으로 결합되는 접속은 예를 들어 용접, 솔더링, 본딩 또는 소결 접속의 형태로 제공될 수 있는데, 전력 반도체 부품(13)과 기판(2) 사이의 접속의 경우에 상기 접속은 바람직하게는 솔더링, 본딩 또는 소결 접속의 형태로 제공된다. 본딩 접속의 경우, 전기 도전성 접착제가 사용된다.
이와는 달리, 도 2에 도시한 바와 같이 그리고 점선 화살표로 지시한 바와 같이, 각각의 접속은 또한 마찰 록킹 접속으로서 이루어질 수도 있다. 이와 관련하여 개별적 힘 발생 장치 또는 다수의 힘 발생 장치(도면에 도시하지 않음)는 접속될 각 요소에 연속적으로 접속력(Fd)을 적용한다. 여기서 본 발명의 의미에서는 나사 접속을 마찰 록킹 접속 형태로 생각할 수 있다는 것을 알아야 한다.
본 실시형태에서, 전력 반도체 부품(13)과 기판(2) 사이 그리고 각 접속 장치(9)의 제 1 접속 부위(19)와 기판(2) 사이의 접속은 소결 접속으로서 이루어지는데, 그 결과 어느 경우라도 소결층(12)이 전력 반도체 부품(13)과 기판(2) 사이 그리고 각 접속 장치(9)의 제 1 접속 영역(19)과 기판(2) 사이에 배치된다. 또한, 본 실시형태에서 각 접속 장치(9)의 제 2 접속 부위(20)와 각 부하 전류 전도 요소(10) 사이의 각 접속은 용접 접속으로서 구현된다. 명확하게 하기 위해, 접속 장치(9)와 기판(2) 사이에 각각 배치된 소결층(12)은 도 1에 도시되지 않았다.
예를 들어 기계적 진동 같이 외부로부터 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)에 작용하는 외부의 기계적 영향은 기판에 전달되지 않거나, 또는 본 발명의 경우에 부하 전류 전도 요소를 통하여 기판에 감소되어 전달되는데, 이는 각 접속 장치(9)의 탄성 부위(15)가 기판(2)을 부하 전류 전도 요소(10)로부터 기계적으로 격리시키기 때문이다. 따라서 부하 전류 전도 요소가 물질적으로 결합된 접속에 의해 기판에 접속되는 경우 기판(2)이 손상되는 것이나 물질적으로 결합된 접속이 파괴되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 제 1 및 제 2 접속 영역의 전류 전도 라인 단면과 탄성 부위(15)의 단면은 바람직하게는 동일한 사이즈를 갖기 때문에, 접속 장치(9)의 통전 용량은 접속 장치(9)의 탄성 부위(15)에 의해 거의 악영향을 받거나 감소되지 않는다. 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20)의 전류 전도 라인 단면은 바람직하게는 탄성 부위(15)의 전류 전도 라인 단면과는 탄성 부위(15)의 전류 전도 라인 단면의 최대 ± 20%, 특히 최대 ± 15% 만큼 다를 수 있다. 여기서 제 1 및 제 2 접속 부위의 부위에서 접속 장치(9)는 탄성 부위(15)의 방향으로 연장되며, 그 결과 탄성 부위(15)의 전류 전도 라인 단면은 제 1 및/또는 제 2 접속 부위의 전류 전도 라인 단면보다 클 수도 있다는 것을 알아야 한다.
기판(2)은 바람직하게는 전력 반도체 부품(13)의 반대측으로 향하는 측면이 성형 금속체(7)에 접속된다. 본 실시형태에서, 성형 금속체(7)는 예를 들어 히트 싱크에 기판을 열적으로 접속하는 작용을 하는 금속판으로서 구현될 수 있거나, 또는 히트 싱크로서 구현될 수 있다. 히트 싱크는 바람직하게는 냉각 리브나 냉각 노브(8)를 갖는다. 기판(2)과 성형 금속체(7) 사이의 접속은 물질적인 결합 또는 마찰 록킹 접속으로서 이루어질 수 있다. 물질적으로 결합된 접속은 예를 들어 용접, 솔더링, 본딩 또는 소결 접속의 형태로 제공될 수 있는데, 여기서 소결 접속을 사용하는 것이 특히 유리한데 이는 높은 기계적 강도 및 높은 열전도성을 갖기 때문이다. 본 실시형태에 있어서, 기판(2)과 성형 금속체(7) 사이의 접속은 소결 접속으로 이루어지는데, 그 결과 기판(2)과 성형 금속체(7) 사이에 소결층(6)이 배치된다.
여기서 본 발명의 의미에서 히트 싱크는 전력 반도체 모듈의 작동중에 다른 고체로부터 열을 흡수하고 흡수된 열 또는 흡수된 열의 대부분을 히트 싱크와 접촉하고 있는 액체 매체 및/또는 기체 매체에 방출하는 작용을 하는 고체로 이해하여야 함을 알아야 한다. 적절한 경우, 히트 싱크에 의해 흡수된 열의 일부가 추가의 고체로 방출될 수 있다.
또한 전력 반도체 부품은 예를 들어 본딩 와이어 및/또는 복합막에 의해 기판의 반대측으로 향하는 측면이 전기 전도 방식으로 서로 접속되고 전력 반도체 모듈(1)을 이루기 위한 원하는 전기 회로에 따라서 기판의 도체 트랙에 접속됨을 알아야 한다. 명확하게 하기 위해, 이들 전기 접속은 도면에 도시하지 않았다.
전력 반도체 모듈(1)을 제조하는 본 발명에 따른 방법을 이하에 설명한다.
도 3은 전력 반도체 모듈(1)의 제조 중에 본 발명에 따른 아직 완성되지 않은 전력 반도체 모듈(1')의 개략단면도를 도시한다. 도면에서 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 제공됨을 알아야 한다.
제 1 방법 단계에서, 기판(2) 및 시트 금속 요소(9')를 이용할 수 있는데, 시트 금속 요소(9')는 편평한 제 1 접속 부위(19) 및 편평한 제 2 접속 부위(20)와 제 1 및 제 2 접속 부위 사이에 배치된 접속 부위(15')를 갖는다. 전력 반도체 부품(13) 및/또는 성형 금속체(7)도 바람직하게 이용할 수 있다.
후속의 방법 단계에서, 시트 금속 요소(9')로부터 접속 장치(9)가 형성되는데, 탄성 부위(15)는 접속 영역(15')으로 형성된다.
후속의 방법 단계에서, 제 1 접속 부위(19)는 물질적으로 결합되는 방식으로 기판(2)에 접속되는데, 시트 금속 요소(9')는 기판에 평행하게 연장된다. 본 실시형태에서, 제 1 접속 부위(19)의 부분(19')은 여기서는 물질적으로 결합되는 방식으로 기판(2)에, 보다 구체적으로 기판(2)의 제 1 라인층(4)에 접속된다. 게다가, 전력 반도체 부품(13)은 바람직하게는 물질적으로 결합되는 방식으로 기판(2)에, 보다 구체적으로 기판(2)의 제 1 라인층(4)에 접속되며, 그리고/또는 기판(2), 보다 구체적으로 기판(2)의 제 2 라인층(5)은 바람직하게는 물질적으로 결합하는 방식으로 성형 금속체(7)에 접속된다. 각각의 물질적으로 결합되는 접속은 예를 들어 용접, 솔더링, 본딩 또는 소결 접속의 형태로 제공될 수 있는데, 전력 반도체 부품(13)과 기판(2) 사이의 접속의 경우에 상기 접속은 바람직하게는 솔더링, 본딩 또는 소결 접속의 형태로 제공된다. 본딩 접속의 경우, 도전성 접착제가 사용된다.
여기서는 위에 지정한 요소들을 접속하는데 소결 접속을 이용하는 것이 특히 유리한데 이는 소결 접속이 높은 기계적 강도 및 높은 열전도성을 갖기 때문이다. 제 1 접속 부위(19)를 기판(2)에 물질적으로 결합하는 것은 바람직하게는 통상적인 작업 단계에서는 전력 반도체 부품(13)을 기판(2)에 물질적으로 결합하는 접속으로 그리고/또는 통상적인 작업 단계에서는 전력 반도체 부품(13)의 반대측으로 향하는 기판(2)이 측면, 즉 본 실시형태에서는 기판(2)의 제 2 라인층(5)을 성형 금속체(7)에 물질적으로 결합하는 접속으로 실시되는데, 각각의 물질적으로 결합되는 접속은 소결 접속의 형태로 제공된다. 소결 접속을 이루기 위해서는 소결 페이스트 바람직하게는 접속될 요소들 사이에 배치되고 이어서 접속될 요소들은 통상적인 작업 단계에서 그 요소에 압력 및 온도를 적용하여 서로 접속된다. 이런 방법으로 다수의 요소들을 통상적인 작업 단계에서 각각의 소결 접속에 의해 서로 접속할 수 있는데, 이렇게 하면 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)을 특히 효율적으로 제조할 수 있게 된다. 전력 반도체 모듈(1)을 만족시키려 하는 원하는 전기 회로에 따라서 전력 반도체 부품(13)은 소결 접속에 의해 복합막에 의해 기판(2)의 반대측의 측면이 전기 전도 방식으로 서로 접속되거나 기판의 도체 트랙에 접속된다면, 이를 위해 필요한 소결 접속도 전술한 공통적인 작업 단계로 실시될 수 있다.
추가의 방법 단계에서, 기판(2)에 접속되지 않은 시트 금속 요소(9')의 일부는 기판(2)으로부터 외측으로 굽어진다. 여기서 기판(2)에 접속되지 않은 시트 금속 요소(9')의 일부를 기판(2)의 외측으로 굽히는 것은 바람직하게는 90도의 각도로 일어난다. 도 4에서는 시트 금속 요소의 개략도가 굽어진 상태로 도시되어 있는데, 여기서는 명확하게 하기 위해 전력 반도체 모듈(1)의 다른 요소들은 도시하지 않고 대신에 시트 금속 요소(9')들만 도시하였다.
추가의 방법 단계에서는 접속 부위(15')에서 시트 금속 요소(9')를 절단하며, 그 결과 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 형성되며, 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 서로로부터 외측으로 굽어진다. 바람직하게는 접속 부위(15')에서 시트 금속 요소(9')를 절단하게 되며, 그 결과 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 형성되고, 공통적인 작업 단계에서 복합 절단 및 절곡 공구(21)에 의해 본 실시형태의 범위에서 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 서로 외측으로 굽혀진다. 시트 금속 요소(9')를 절단하고 이 절단중에 생성된 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)를 외측으로 굽히기 위한 복합 절단 및 절곡 공구(21)는 도 5에 개략도의 형태로 도시되어 있다. 절단 및 절곡 공구(21)는 돌출형의 제 1 절단 및 절곡 엣지(24) 및 제 1 개구를 구비한 제 1 공구부(22), 및 돌출형의 제 2 절단 및 절곡 엣지(25) 및 제 2 개구를 구비한 제 2 공구부(23)를 갖는데, 제 1 절단 및 절곡 엣지(24) 및 제 2 절단 및 절곡 엣지(25)는 서로 어긋나게 측방향으로 배치되며, 제 1 및 제 2 공구부(22, 23)는 제 1 공구부(22)가 제 2 공구부(23) 측으로 움직이는 경우 제 1 절단 및 절곡 엣지(24)가 제 2 개구에 맞물리고 제 2 절단 및 절곡 엣지(23)가 제 1 개구에 맞물리는 방식으로 배치된다. 이 방법 단계중에 시트 금속 요소로 절단하며 그 결과 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소가 형성되고, 제 1 및 제 2 성형 요소가 두 개의 별개의 작업 단계에서 연속적으로 서로에 대하여 외측으로 굽혀질 수도 있음을 알아야 한다.
각각의 접속 장치(9)를 제조하기 위해서는 제 1 및 제 2 공구부(22, 23) 사이에 시트 금속 요소(9')가 배치되고, 그 다음에 제 1 및 제 2 공구부(22, 23)가 상대방측으로 움직여서, 그 결과 접속 부위(15')로부터 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 형성되어 도 6에 도시한 접속 장치(9)가 형성된다.
적절한 경우, 시트 금속 요소(9')는 제 1 및/또는 제 2 접속 부위에서 접속 부위(15')의 방향으로 연장되어 완성된 접속 장치(9)에서 갭(30)을 형성하는 갭을 가질 수 있다.
여기서 시트 금속 요소(9')의 기계적 안정성이 허용된다면 접속 부위에서 시트 금속 요소를 절단하는 방법 단계 전에 기판에 접속되지 않은 시트 금속 요소의 부분을 기판으로부터 외측으로 굽히는 방법 단계도 실시할 수 있으며, 그 결과 그 후에 제 1 및 제 2 성형 요소가 서로로부터 외측으로 굽혀지기 전에 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 형상 요소가 형성된다는 것을 알아야 한다.
추가의 방법 단계에서는 바람직하게는 전력 반도체 부품(13) 및 기판(2)을 덮고 있는 커버(31)가 배치되는데, 여기서 커버(31)는 접속 장치(9)가 연장되는 절제부(32)를 갖는다. 도 7은 커버(31)를 구비한 전력 반도체 모듈(1)의 개략사시도를 도시하는데, 여기서는 명확하게 하기 위해 커버(31)가 도 1 및 도 2에는 도시되어 있지 않다.
추가의 방법 단계에서는 각각의 지정 접속 장치(9)의 제 2 접속 부위에 도전성 부하 전류 전도 요소(10)가 접속된다. 여기서 부하 전류 전도 요소(10)와 접속 장치(9) 사이의 각 접속은 바람직하게는 물질적으로 결합되거나 마찰 방식으로 록킹 접속의 형태로 제공된다.

Claims (14)

  1. 기판(2)과 기판(2) 상에 배치되어 기판(2)에 접속된 전력 반도체 부품(13)을 갖는 전력 반도체 모듈로서, 상기 전력 반도체 모듈(1)은 단일편으로 구현된 전기 도전성 접속 장치(9)를 가지며, 접속 장치(9)는 편평한 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20) 및 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20) 사이에 배치된 탄성 부위(15)를 가지며, 탄성 부위(15)는 서로에 대하여 외측으로 굽어져서 교대로 배치된 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)를 가지며, 제 1 접속 부위(19)는 기판(2)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접속 장치(9)는 기판(2)을 전기 전도 방식으로 도전성 부하 전류 전도 요소(10)에 접속하는데, 제 2 접속 부위(20)는 부하 전류 전도 요소(10)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 접속 부위(19)의 전류 전도 라인 단면과 제 2 접속 부위(20)의 전류 전도 라인 단면은 탄성 부위(15)의 전류 전도 라인 단면의 최대 ± 20% 만큼 탄성 부위(15)의 전류 전도 라인 단면과 차이 나는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 한 항에 있어서,
    제 1 접속 부위(19)는 기판(2)에 접속되어 기판(2)에 평행하게 연장되는 부분(19')을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 한 항에 있어서,
    상기 제 2 접속 부위(20)의 적어도 일부는 기판(2)로부터 외측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 한 항에 있어서,
    상기 전력 반도체 부품(13)과 기판(2) 사이의 접속 및/또는 상기 접속 장치(9)의 제 1 접속 부위(19)와 기판(2) 사이의 접속은 각각 물질적 결합 또는 마찰 록킹 접속으로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 한 항에 있어서,
    상기 기판(2)은 전력 반도체 부품(13)의 반대측의 측면이 성형 금속체(7)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 성형 금속체(7)는 기판(2)을 히트 싱크에 열적으로 접속하는 역할을 하는 금속판으로서 구현되거나 또는 히트 싱크로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 기판(2)과 성형 금속체(7) 사이의 접속은 물질적인 결합 또는 마찰 록킹 접속으로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  10. 전력 반도체 모듈의 제조 방법으로서,
    a) 기판(2)과, 편평한 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20)와 상기 제 1 및 제 2 접속 부위(19, 20) 사이에 배치된 접속 부위(15')를 갖는 시트 금속 요소(9')를 준비하는 단계,
    b) 상기 시트 금속 요소(9')가 상기 기판(2)에 평행하게 연장되는 상태에서 상기 제 1 접속 부위(19)를 물질적 결합 방식으로 상기 기판(2)에 접속하는 단계,
    c) 기판(2)에 접속되지 않은 시트 금속 요소(9')의 부분을 기판(2)으로부터 외측으로 굽히는 단계, 및
    d) 상기 접속 부위(15')의 시트 금속 요소(9')를 절단하여 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 교대로 배치되게 하고 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)를 서로에 대하여 외측으로 굽히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 접속 부위(15')의 시트 금속 요소(9')를 절단하여 스트립 형상의 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)가 교대로 배치되도록 하고 제 1 및 제 2 성형 요소(17, 18)를 서로에 대하여 외측으로 굽히는 단계는 공통 작업 단계에서 복합 절단 및 절곡 공구(21)에 의해 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 접속 부위(19)를 물질적 결합 방식으로 기판(2)에 접속하는 단계는 공통 작업 단계에서 전력 반도체 부품(13)을 기판(2)에 물질적 결합 방식으로 실시하고 그리고/또는 공통 작업 단계에서 전력 반도체 부품(13)의 반대측의 기판(2)의 측면을 성형 금속체(7)에 물질적 결합 방식으로 실시하며, 상기 각각의 물질적 결합 접속은 소결 접속의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중의 한 항에 있어서,
    e) 도전성 부하 전류 전도 요소(10)를 접속 장치(9)의 제 2 접속 부위(20)에 접속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중의 한 항에 있어서,
    상기 d) 방법 단계는 상기 c) 방법 단계 전에 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
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