电子功率模块制造技术

本发明专利技术涉及一种电子功率模块，其包括：被布置在载体上的至少一个半导体结构元件；以及与半导体结构元件热接触的冷却体，其中，载体(2)由半导体材料制成并且同时用作冷却体。

Electronic power module

The invention relates to an electronic power module, which comprises at least one semiconductor structural element arranged on a carrier, and a cooling body in hot contact with a semiconductor structural element, in which a carrier (2) is made of a semiconductor material and used as a cooling body at the same time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子功率模块
本专利技术涉及一种电子功率模块，包括：至少一个被布置在载体上的半导体结构元件；以及与半导体结构元件热接触的冷却体。
技术介绍
这种电子功率模块用于不同的应用领域。一个例子是应用在机动车中，在机动车中该电子功率模块在运行时通过通常以12V设计的汽车电路例如应用在转向控制或变速器控制的领域中。其它应用存在于混合动力车辆或插电式混合动力车辆中，在那里这些半导体功率模块例如用在牵引脉冲逆变器中或DC/DC变压器中。这种功率模块在其制造及其构造方面是相对花费多的。在第一步骤中要制造载体、所谓的DCB基板/衬底(DCB＝直接覆铜)。为此，大多时候在陶瓷基板——通常为Al2O3陶瓷——两面通过键合/结合过程覆上铜，使得在两面获得大面积的铜表面。在下一个步骤中必须在要布置所述一个或多个电子结构元件的侧上使得相应的电路布局结构化，通常在遮掩过程和随后的剥蚀过程中。随后，所述一个或多个半导体结构元件——通常以芯片形式——通过烧结过程或钎焊过程固定在结构化的铜层、即金属层上并发生接触。随后，在另一个过程步骤中，所述一个或多个结构元件在其上侧相应地通过钎焊、键合或烧结互相接触或与金属结构接触。最后，在最后的步骤中这样制造的构造通过大面积的钎焊过程在相对置的铜层上固定冷却体，该冷却体例如由铜、铝硅铜(AlSiCu)或类似材料制成。制造过程因此需要多个不同的步骤并且特别需要花费多地制造和处理DCB基板。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，提供一种相应简化地构造的功率模块。为了实现所述目的，在开头所述类型的电子功率模块中根据本专利技术规定，载体由半导体材料制成并且同时用作冷却体。在根据本专利技术的功率模块中，载体具有双重功能。一方面该载体用作基板，在基板上布置有所述一个或多个半导体结构元件，另一方面该载体同时用作冷却体。因此仅使用一个构件来用于装配和冷却，这和现有技术不同，在现有技术中如所描述的那样以花费多的方式需要将DCB基板制造为要装配的载体部件，并且还要制造单独的附加的冷却体。由于所述一个或多个半导体结构元件被直接构造在半导体载体上，因此还得到在功率模块的使用寿命方面的优点，这是因为在总体构造内材料的不同更少，从而在运行时出现明显更小的热机械应力。在现有技术中如所描述的那样，DCB基板由陶瓷载体以及两侧的铜层组成，所述铜层和要使用的接触件——如焊料等——以及特别是和冷却体相比又具有不同的膨胀系数。由于取消了DCB基板，因此得到更少的具有不同的热膨胀系数的平面或层，并且热膨胀系数也可以更好地彼此协调。总体构造的热阻也可以被优化，这是因为如所述的那样使用更少的由不同材料制成的层。作为制造载体的半导体材料优选地使用硅，硅在半导体技术中广泛使用并且硅在过程技术方面在很长时间以来可以被没有问题地加工。但也可以使用和所述半导体材料不同的其它半导体材料、例如GaN或GaAs。根据第一个专利技术变型方案，可以在载体上涂覆有至少一个绝缘层，在该至少一个绝缘层上涂覆有至少一个能导电的金属层，至少一个半导体结构元件与所述至少一个金属层接触。载体因此配设有绝缘层，以便使得载体与所述一个或多个半导体结构元件电隔离。随后向绝缘层上涂覆和构造能导电的金属层，该能导电的金属层用于接触所述一个或多个半导体结构元件。作为绝缘层特别优选地使用氧化层，该氧化层直接在由半导体材料制成的冷却体上产生。由于优选地使用硅，因此氧化层适宜地是SiO2层，其制造是半导体技术中的常见过程。通过该绝缘层可以特别为高压范围内的应用——即当施加了几百伏的电压时——实现载体相对于有源半导体结构元件的绝缘。当然可能的是，多个半导体结构元件被布置在如所述那样被相应结构化的金属层上并且与该金属层接触或互相接触，使得功率模块最终可以任意地配置。作为对绝缘层和金属层的涂覆的备选，可以考虑，在载体自身上通过相应的掺杂形成能导电的结构，至少一个电子结构元件与所述能导电的结构接触。在这个专利技术变型方案中，能导电的结构也就在载体自身中通过引入相应的掺杂元件产生。也就是说，载体局部地被充分导电地装备。所述一个或多个半导体结构元件在这种情况下在没有绝缘层或金属层中间连接的情况下被直接放置在载体上并且与能导电的结构相应接触。也在此存在以下可能性：多个半导体结构元件与能导电的结构接触。为了连接所述一个或多个半导体结构元件，在使用相应的烧结材料或钎焊材料的情况下对于金属层或载体自身使用烧结过程或钎焊过程。在结构元件的顶侧上的所述一个或多个半导体结构元件的接触可以通过钎焊、键合或烧结实现。作为半导体结构元件可以在一定程度上使用对于功率模块的结构化必需的或必要的各种任意的半导体结构元件，例如IGBT或二极管裸芯片，其中，该列举不是穷尽的。如所描述的那样，载体同时也用作冷却体。为了能实现尽可能高效的散热，冷却体根据本专利技术的一个改进方案为了形成冷却结构在背侧被结构化/具有某种结构。冷却结构优选地以连接片或肋片的形式产生，从而通过这种结构化可以产生明显增大的表面，通过该表面进行散热。本专利技术的另一个突出优点还在于，由于应用由半导体材料制成的载体，因此能实现，在载体自身中通过掺杂形成至少一个另外的电子结构元件，即电子结构元件直接集成在载体中。也就是说，通过引入相应的掺杂元件，可以形成相应的构件、如电流传感器或温度传感器、二极管和类似构件。在这种情况下，载体也就还承担了除接纳半导体结构元件和冷却之外的第三功能，即作为用于集成地形成一个或多个另外的电子结构元件的基板。附图说明本专利技术的其它优点和细节由下面描述的实施例以及根据附图得出。其中：图1示出第一个实施方式的电子功率模块的原理图，图2示出第二个实施方式的电子功率模块的原理图，和图3示出第三个实施方式的电子功率模块的原理图。具体实施方式图1示出电子功率模块1，包括由半导体材料、例如硅制成的载体2。该载体2用作用于接纳结构元件的基板并且同时用作冷却体。该载体在其下侧配设有表面结构3、在此为凸出的肋片或连接片4。在多功能的、因为也用作冷却体的载体2上涂覆有绝缘层5，该绝缘层在此例如被设计为全表面产生的氧化层，在由硅制成的半导体载体2中因此被设计为SiO2层。在绝缘层5上还涂覆有例如通过遮掩和蚀刻被结构化的另外的金属层，例如由Cu或Al制成。通过相应的连接层7、例如钎焊层或烧结层，多个半导体结构元件8与该金属层接触。该半导体结构元件8例如是IGBT或二极管裸芯片。通过另一个连接层9、例如又是钎焊层或烧结层，相应的连接线路10——所述连接线路可以是铜箔或银箔——与半导体结构元件8接触，所述连接线路10根据预先规定的电路被相应地引导。因此例如在左侧示出的连接线路10与在右侧示出的金属层6连接。最后，在金属层6上设有相应的接口11，功率模块1可以与该接口相应地连接。可以看到，根据本专利技术的功率模块1的构造相对简单，特别是因为不需要制造单独的、用作半导体结构元件的载体DCB基板并且在其上还额外布置冷却体。更确切地说，在此如所描述的那样，由半导体材料制成的载体2一方面用作原本的电路的结构基板(Aufbausubstrat)或半导体结构元件，另一方面该载体同时用作冷却体。图2示出根据本专利技术的电子功率模块1的另一个实施方式，其中，对于相同的构件使用相同的附图标记。在此又设有载体2，该载体同时也是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子功率模块，其包括：被布置在载体上的至少一个半导体结构元件；以及与半导体结构元件热接触的冷却体，其特征在于，载体(2)由半导体材料制成并且同时用作冷却体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 DE 102015015699.31.一种电子功率模块，其包括：被布置在载体上的至少一个半导体结构元件；以及与半导体结构元件热接触的冷却体，其特征在于，载体(2)由半导体材料制成并且同时用作冷却体。2.根据权利要求1所述的电子功率模块，其特征在于，半导体材料是硅。3.根据权利要求1或2所述的电子功率模块，其特征在于，在载体(2)上涂覆有至少一个绝缘层(5)，在该至少一个绝缘层上涂覆有至少一个能导电的金属层(6)，至少一个半导体结构元件(8)与所述至少一个金属层接触。4.根据权利要求3所述的电子功率模块，其特征在于，绝缘层(5)是氧化层、特别是SiO2层，该氧化层直接在由半导体材料制成的载体(2)上产生。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·阿佩斯迈尔，G·费特尔，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE