具有两件式壳体的功率半导体模块制造技术

本发明专利技术涉及一种功率半导体模块，用于布置在冷却体上，该功率半导体模块具有：至少一个衬底，具有用于朝向该冷却体布置的并且用于与该冷却体能导热地连接的确定的第一侧；至少一个功率半导体元件，布置在该衬底的与该第一侧对置的第二侧上；和电绝缘的壳体，该壳体限定空腔，该衬底和该至少一个功率半导体元件被容纳在该空腔中；其中该壳体具有以框架方式包围该至少一个衬底的框架和利用固定件固定在该冷却体上的罩，其中该罩具有至少一个设置用于贴靠在该衬底上的压模，以便至少在将该功率半导体模块固定在该冷却体上时通过该罩并且通过该至少一个压模将该衬底弹性地朝相对于该冷却体张紧；其中框架形状配合地容纳该衬底和/或固定在该衬底上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术描述一种功率半导体模块，其具有有源和/或无源元件、特别是变流器模块。这种功率半导体模块多次从文献中已知。在提高有效功率、可靠性以及使用寿命同时减少制造成本的情况下，改变用于各个部件的构造技术的方法是强制的前提。
技术介绍
现今的功率半导体模块(为本专利技术的出发点)是无基板的模块。该模块一般具有壳体、陶瓷衬底、借助于钎焊技术形状配合地安装在所述衬底上的元件例如二极管、晶体管、电阻或传感器以及键合连接，所述陶瓷衬底具有布置在其上的符合电路设计的金属覆盖层，例如所述金属覆盖层例如根据DCB(directcopperbonding直接铜键合)方法制造，所述键合连接用于将芯片式不设罩的功率半导体元件的结构化的侧与另外的元件和/或衬底和/或向外引导的接头元件连接。此外，优选地设置由硅酮橡胶构成的注塑材料用于使各个元件彼此绝缘。衬底和冷却体之间的热传递对于功率半导体模块而言是直接确定所述功率半导体模块的有效功率的重要参量。因此，在运行期间由功率半导体元件产生的热量必须尽可能高效地导出。要指明的是，特别是大面积的至冷却体的钎焊连接只能在极难符合质量的情况下完成，在这种情况下损害了功率半导体模块的可靠性以及使用寿命。因此利用压力接触以使模块与冷却体导热地连接的构造技术对于这种功率半导体模块而言表明是非常有利的。由DE102004051039A1公知了一种功率半导体模块，其盖件一方面用于压力传导以及也用于将压力施加到功率半导体模块的线粘合连接的粘合底脚上。此外，现有技术在此描述并且指明，其中，壳体盖形成凸模，利用所述凸模将衬底压向冷却体。在此，压力传导非常难调节并且可能导致损坏衬底或者不可靠地建立接触。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种下述的模块，所述模块可以在很大程度上已预安装地交付并且在根据需要的安装位置上无需预安装步骤的情况下尽可能地只需安装在冷却体上。为此需要在同时将热量高效地从功率半导体模块传递到冷却体的情况下改善地简化地安装功率半导体模块。该目的通过根据权利要求1所述的功率半导体模块实现。有利的构造方案分别是从属权利要求的内容。要指明的是，在权利要求中单独地实施的特征能够以任意的、技术上有意义的方式彼此组合并且示出本专利技术的其他构造方案。所述说明特别是结合附图附加地表征并且规定本专利技术。本专利技术涉及一种用于布置在冷却体上的功率半导体模块。所述模块具有至少一个衬底。所述衬底具有用于朝向冷却体布置的并且用于与冷却体能导热地连接的确定的第一侧。优选地，所述衬底是陶瓷衬底、优选地由AL2O3、AIN、Si3n4构成的衬底。衬底例如以例如由铜构成的金属层涂覆。优选地，第一侧完全以金属层覆盖。根据本专利技术的功率半导体模块包括布置在衬底的与第一侧对置的第二侧上的功率半导体元件、优选地无壳体的功率半导体元件。所述功率半导体元件例如是半导体开关、例如IGBT、MOSFET或二极管或者其组合。优选地设置多个、例如两个或三个功率半导体元件。根据本专利技术的功率半导体模块具有电绝缘的壳体，所述壳体限定空腔，衬底和至少一个功率半导体元件被容纳在所述空腔中。此外，根据本专利技术设置一个电绝缘的壳体。所述壳体至少部分地由塑料制造，例如由热塑性塑料、热固塑料或者纤维强化的、优选地玻璃纤维强化的塑料制造。壳体例如以成型方法、例如注射成型方法制造。衬底和至少一个功率半导体元压模件被容纳在所述壳体中，其中，在任何情况下将用于电接触功率半导体元件的负载接头和/或控制接头的一个或多个接触区段布置在壳体的外部。壳体例如设置有穿孔，以便使负载接头和/或控制接头穿过所述穿孔布置。优选地，所述壳体具有以框架方式包围至少一个衬底的框架和利用固定件固定在冷却体上的罩。根据本专利技术，所述罩具有至少一个设置用于贴靠在衬底上的压模，以便在将功率半导体模块固定在冷却体上时通过所述罩并且通过至少一个压模将衬底弹性地朝相对于冷却体张紧。优选地，压模和所述罩构造为一件式的。通过弹性的张紧实现将热量从衬底高效地传递到冷却体并且也例如在拆卸和固定模块时还被确保。弹性的张紧可以例如通过所述罩的造型和材料来预定。优选地设置，所述罩设计为搭接(übergreifend)所述框架，其中所述罩例如力配合地或者至少形状配合地容纳所述框架。因此，衬底通过所述罩来保护。此外，由此实现了一个构造方案，其中，首先通过固定所述罩，通过所述罩将框架同样固定在冷却体上，而不需要框架和冷却体之间附加的固定件。根据本专利技术的功率半导体模块的特别之处在于，例如通过形状配合或力配合将所述框架固定在至少一个衬底上，和/或将衬底形状配合地容纳在框架中。因此，达到了预安装的程度，所述预安装的程度使安装本身加速，然而同时通过框架的保护作用减小了机械损害衬底的危险。通过包围多个衬底的框架简化了多个衬底在冷却体上的相对定向，因为在固定步骤中能够利用相对少的固定件来固定多个衬底。优选地设置，框架和衬底力配合地连接。例如框架与衬底粘接。根据一个优选的构造方案，压模弹性弯曲地固定在所述罩上。为了实现高效的弹性的张紧，压模相对于所述罩和衬底之间的对应的内部净宽的间距具有过盈。根据一个优选的构造方案设置，所述罩通过一个或多个突出的支承件在压模的张紧方向上支撑在框架上。所述支承件例如与框架或所述罩一件式地构造。在一个实施方式中通过支承件的构造方案和定位例如实现了，在完成安置的固定所述罩时将压模的预应力限制到最大力。根据一个优选的构造方案，支承件的构造方案和定位确保了，在所述罩未固定时，压模在任何情况下活动地放置在衬底上，并且在将所述罩固定在冷却体上之后，通过所述罩的弹性弯曲通过所述罩在止挡部上弯曲成弯边来调节由压模产生的预应力。优选地，为了将压模弹性弯曲地支承在所述罩上，在所述罩中设置至少一个材料减弱部。材料减弱部在本专利技术的意义中是指例如通过壳体壁中的凹进部或狭槽使材料强度降低。狭槽可以是直线形的、锯齿状的或者呈弯曲线的形状。材料减弱部例如设置在直接包围压模的凸缘的区域中。直接地包围例如是指材料减弱部和压模的中心轴线之间小于2cm、优选地小于1cm的间距。根据一个优选的构造方案，所述罩分别在包围压模的区域中具有两个相对于压模凸缘切向地延伸的贯通狭槽。在压模和所述罩的一件式的构造方案中，所述罩和压模之间的过渡区域理解为压模凸缘。因此，弯曲横梁由所述罩的材料提供。贯通狭槽优选地彼此延伸地平行。优选地，所述罩在两个对置的侧上分别具有一个孔用于与所述冷却体固定。优选地，贯通狭槽彼此平行地、优选地平行于连接所述孔的轴线的假想的直线延伸。优选地设置所述罩和框架之间可松开的连接。所述罩和框架能够力配合地、例如摩擦配合地连接。摩擦配合例如通过由所述罩和/或框架的材料构成的摩擦凸出部形成。按照根据本专利技术的功率半导体模块的一个另外的构造方案，所述框架贴靠在衬底的第二侧上并且由此倒扣在衬底上。此外，本专利技术涉及一种由冷却体和固定在所述冷却体上的在前述实施方式中的任一个实施方式中的功率半导体模块组成的装置。功率半导体模块是所谓的无底板的模块，也就是说，至少一个衬底必要时通过金属涂覆直接邻接于冷却体布置。附图说明根据下述附图详细地说明本专利技术。在此，附图仅仅理解为示意性的并且示出仅仅一个优选的实施变体。附图中：图1示出剖割根据本专利技术的一个实施方式的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块(1)，其用于布置在冷却体(20)上，其中，所述功率半导体模块(1)具有：至少一个衬底(4)，所述至少一个衬底具有朝向所述冷却体(20)布置的并且用于与所述冷却体可导热地连接的确定的第一侧；至少一个功率半导体元件(14)，所述至少一个功率半导体元件布置在所述衬底(4)的与所述第一侧对置的第二侧上；以及电绝缘的壳体(2，3)，所述壳体限定空腔，所述衬底(4)和所述至少一个功率半导体元件(14)被容纳在所述空腔中；其中所述壳体(2，3)具有以框架方式包围所述至少一个衬底(4)的框架(2)和利用固定件(11)固定在所述冷却体(20)上的罩(3)，其中所述罩(3)具有至少一个设置用于贴靠在所述衬底(4)上的压模(7)，以便至少在将所述功率半导体模块(1)固定在所述冷却体(20)上时，通过所述罩(2)以及通过所述至少一个压模(7)将所述衬底(4)弹性地相对于所述冷却体(20)张紧；其特征在于，所述框架(3)形状配合地容纳所述衬底(4)和/或固定在所述衬底上。

【技术特征摘要】
2015.09.09 DE 102015115122.71.一种功率半导体模块(1)，其用于布置在冷却体(20)上，其中，所述功率半导体模块(1)具有：至少一个衬底(4)，所述至少一个衬底具有朝向所述冷却体(20)布置的并且用于与所述冷却体可导热地连接的确定的第一侧；至少一个功率半导体元件(14)，所述至少一个功率半导体元件布置在所述衬底(4)的与所述第一侧对置的第二侧上；以及电绝缘的壳体(2，3)，所述壳体限定空腔，所述衬底(4)和所述至少一个功率半导体元件(14)被容纳在所述空腔中；其中所述壳体(2，3)具有以框架方式包围所述至少一个衬底(4)的框架(2)和利用固定件(11)固定在所述冷却体(20)上的罩(3)，其中所述罩(3)具有至少一个设置用于贴靠在所述衬底(4)上的压模(7)，以便至少在将所述功率半导体模块(1)固定在所述冷却体(20)上时，通过所述罩(2)以及通过所述至少一个压模(7)将所述衬底(4)弹性地相对于所述冷却体(20)张紧；其特征在于，所述框架(3)形状配合地容纳所述衬底(4)和/或固定在所述衬底上。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述框架(3)和所述衬底(4)力配合地连接。3.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其特征在于，所述压模(7)弹性弯曲地固定在所述罩(2)上。4.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克鲁格曼，C·梅塞克，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE