半导体组件和用于制造半导体组件的方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体组件(1)，包括具有第一载体元件导体电路(3)的载体元件(2)、半导体(4)、具有第一绝缘元件导体电路(6)的电绝缘元件(5)、以及第一间隔元件(7)，其中，半导体(4)在第一半导体侧(8)处借助于第一连接材料(9)与第一载体元件导体电路(3)以电和机械的方式连接，其中，半导体(4)在与半导体(4)的半导体侧(8)背离的第二半导体侧(10)处借助于第二连接材料(11)与布置在电绝缘元件(5)的第一绝缘元件侧(13)处的第一绝缘元件导体电路(6)以电和机械的方式连接，并且其中，第一间隔元件(7)被布置用于保持载体元件(2)和与半导体(4)的第二半导体侧(10)面对的组件元件(12)之间的间距，并分别与载体元件(2)和组件元件(12)以机械的方式连接。本发明专利技术还涉及一种用于制造半导体组件(1)的方法和一种具有至少两个半导体组件(1)的半导体组件系统(26)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体组件和用于制造半导体组件的方法
本专利技术涉及一种半导体组件，该半导体组件具有带有第一载体元件导体电路的载体元件、半导体和具有第一绝缘元件导体电路的电绝缘元件。本专利技术还涉及一种用于制造半导体组件的方法以及一种具有至少两个半导体组件的半导体组件系统。
技术介绍
半导体组件的半导体，例如在工业环境中用作电力驱动器或自动化设备的组件中的功率半导体或功率半导体模块，利用大多以印刷电路板的形式的载体元件经由布置在载体元件上的载体元件导体电路以电和机械地的形式与所提及的设备的内部周围连接。在此，半导体大多不仅在其一侧处具有与载体元件的机械和电的方式的连接。尤其在这种功率半导体模块的情况下，这些半导体的连接经常经由半导体的彼此背离的两侧接触，其中，半导体的一侧处的一部分连接经常也经由布置在设计为由陶瓷制成的衬底的电绝缘元件上的绝缘元件以电和机械的方式接触导体电路。此外，电绝缘元件通常还与冷却体连接，冷却体吸收半导体工作期间的热损失并将热损失排出到更广阔的环境中。在建立这种电和机械的方式的连接时，SMD焊接方法通常用于材料配合的机械的方式的连接，其中，连接材料(在此例如焊料)的加热和随后的冷却过程导致的结果是，例如电绝缘元件与半导体关于载体元件没有如预期那样在电绝缘元件和载体元件的相对置的表面上平行地布置，而是倾斜或者甚至在其自身的结构中扭曲。发生这种事情的原因是，在焊料熔化时，由于焊料的粘合剂和助焊剂的脱气就会导致在焊堆处的焊料体积收缩，对于高质量的要求只能不充分地评估这种体积收缩。此外，通过在焊料材料处形成的润湿力以及通过焊料材料的冷却和收缩产生待以机械和电的方式连接的结构元件的吸引的效果。一种即使在热连接过程之后(例如在SMD焊接过程之后)也保持以机械和电的方式连接的结构元件(例如半导体、载体元件和电绝缘元件)在其相对置的布置中平行并且不倾斜的可能性能够提供相应的固定工具或固定粘合剂用于固定例如待焊接的结构元件。然而，这些已知的解决方案对半导体的制造工艺提出了很高的要求，以达到所示的构件所要求的质量，在考虑到制造商的成本结构越来越有限的情况下，这是很难实现的。此外，还存在这样的风险，在运行过程中、尤其是在半导体组件过热的情况下，通过焊接过程在焊堆处产生的连接承受新的热应力，因此在没有充分固定所述组件的情况下，从现在起会第一次出现所述倾斜。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提出一种半导体组件和一种用于制造半导体组件的方法，该半导体组件阻止了或相对于现有技术改进了在对连接材料进行热处理之后半导体组件的结构元件在半导体组件内部的倾斜，其中，连接材料用于产生机械的方式的连接，并且也提供电的方式的连接。该目的通过具有权利要求1所述特征的半导体组件来实现。此外，该目的通过用于制造根据权利要求12的半导体组件的方法和根据权利要求13的半导体组件系统来实现。在从属权利要求中给出了半导体组件的有利的设计方案。本专利技术尤其基于这样的知识，即与现有技术相比，需要固定元件或间隔元件能够不费力地被引入到半导体组件的制造过程中，并且不受用于产生以机械的形式的、如以机械/电的形式的连接的连接材料的热处理的影响，并且在运行中，当半导体组件被加热时(在某些情况下只是很短的时间)超过在连续运行期间半导体组件的加热值时(例如短暂的峰值负载)永久地阻止结构元件的倾斜。为了实现该目的，提出了一种半导体组件，该半导体组件具有带有第一载体元件导体电路的载体元件、半导体、具有第一绝缘元件导体电路的电绝缘元件、第一间隔元件和至少一个另外的间隔元件，其中，半导体在第一半导体侧上借助于第一连接材料与第一载体元件导体电路以电和机械的方式连接，其中，半导体在与半导体的第一半导体侧背离的第二半导体侧处借助于第二连接材料与布置在电绝缘元件的第一绝缘元件侧上的第一绝缘元件导体电路以电和机械的方式连接，其中，第一间隔元件被布置用于保持载体元件和与半导体的第二半导体侧面对的组件元件之间的间距，并且分别与载体元件和组件元件以机械的方式连接，其中，另外的间隔元件同样被布置用于保持载体元件和与半导体的第二半导体侧面对的组件元件之间的间距，并且与载体元件和组件元件以机械的方式连接，其中，第一间隔元件和至少一个另外的间隔元件被设计为公共间隔元件，并且其中，公共间隔元件由至少两个部段组成，并且形成闭合的或至少近似闭合的框架。第一间隔元件有利地阻止组件元件以及例如以机械地方式固定到组织元件处的其他结构元件相对于载体元件的倾斜，通过第一间隔元件限定组件元件与载体元件之间的间距，并且第一间隔元件与半导体组件的制造和运行期间的热负荷无关，将组件元件相对于载体元件固定并且保持一定间距，其中，热负荷也能够超出用于制造电和机械的方式的连接的连接材料的热处理。根据本专利技术的半导体组件还支持半导体从彼此背对的两侧接触，一方面通过载体元件的第一载体元件导体电路，另一方面通过电绝缘元件的第一绝缘元件导体电路。电绝缘元件也能够至少部分地设置为用于对半导体进行运行冷却的冷却部件(作为冷却体)。例如，由公共间隔元件形成的框架能够有利地包围半导体。大致闭合的框架在框架中具有至少一个开口，例如，能够借助于该开口从框架外部将电连接引入框架所包围的内部空间中，或者将灌封料从框架外部引入至框架所包围的内部空间中。然而，也能够考虑地是，第一间隔元件自身形成封闭的或至少近似封闭的框架。在本专利技术未包括的替代的实施方式中，半导体组件包括具有第一载体元件导体电路的载体元件、半导体、具有第一绝缘元件导体电路的电绝缘元件以及第一间隔元件，其中，该半导体在第一半导体侧处借助于第一连接材料与第一载体元件以电和机械的方式连接，其中，半导体在与半导体的第一半导体侧背离的的第二半导体侧处借助于第二连接材料与布置在电绝缘元件的第一绝缘元件侧处的第一绝缘元件导体电路以电和机械的方式连接，其中，第一间隔元件被布置用于保持载体元件和与半导体的第二半导体侧面对的组件元件之间的间距，并且分别与载体元件和组件元件以机械的方式连接。在半导体组件的第一有利设计方案中，半导体组件包括至少一个另外的间隔元件，其中，该另外的间隔元件被布置用于保持载体元件和与半导体的第二半导体侧面对的组件元件之间的间距，并且与载体元件和组件元件以机械的方式连接。另外的间隔元件在此有利地改进了固定的稳定性以及保持了载体元件与组件元件之间的间距，并因此通过例如根据相应的需求对相应的间隔元件进行几何布置提高了防止倾翻的安全性，其中，该需求例如从半导体组件的几何上部结构导出。在半导体组件的另一有利的设计方案中，在半导体组件的运行状态中，第一间隔元件和(如果存在的)另外的间隔元件至少是无电流的或无电压的和无电流的。该设计方案的优点例如在于，间隔元件不仅必须由导电材料制成。因此，也能够将机械稳定且基本上不导电的材料(例如塑料和陶瓷)用于构造成间隔元件。在半导体组件的另一有利的设计方案中，第一间隔元件和(如果存在的)另外的间隔元件各自形成为一体的或多部件的、尤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体组件(1)，包括：/n-具有第一载体元件导体电路(3)的载体元件(2)，/n-半导体(4)，/n-具有第一绝缘元件导体电路(6)的电绝缘元件(5)，/n-第一间隔元件(7)，和/n-至少一个另外的间隔元件(24)，/n其中，/n-所述半导体(4)在第一半导体侧(8)处借助于第一连接材料(9)与所述第一载体元件导体电路(3)以电和机械的方式连接，/n-所述半导体(4)在背离所述半导体(4)的所述第一半导体侧(8)的第二半导体侧(10)处借助于第二连接材料(11)与布置在所述电绝缘元件(5)的第一绝缘元件侧(13)处的所述第一绝缘元件导体电路(6)以电和机械的方式连接，/n-所述第一间隔元件(7)被布置用于保持所述载体元件(2)与朝向所述半导体(4)的所述第二半导体侧(10)的组件元件(12)之间的间距，并且所述第一间隔元件分别与所述载体元件(2)和所述组件元件(12)以机械的方式连接，/n-所述另外的间隔元件(24)同样被布置用于保持所述载体元件(2)与朝向所述半导体(4)的所述第二半导体侧(10)的组件元件(12)之间的所述间距，并且所述另外的间隔元件与所述载体元件(2)和所述组件元件(12)以机械的方式连接，/n-所述第一间隔元件(7)和所述另外的间隔元件(24)被设计为公共间隔元件，并且/n-所述公共间隔元件由至少两个部段组成并且形成闭合的或至少近似闭合的框架。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180329 EP 18165112.61.一种半导体组件(1)，包括：
-具有第一载体元件导体电路(3)的载体元件(2)，
-半导体(4)，
-具有第一绝缘元件导体电路(6)的电绝缘元件(5)，
-第一间隔元件(7)，和
-至少一个另外的间隔元件(24)，
其中，
-所述半导体(4)在第一半导体侧(8)处借助于第一连接材料(9)与所述第一载体元件导体电路(3)以电和机械的方式连接，
-所述半导体(4)在背离所述半导体(4)的所述第一半导体侧(8)的第二半导体侧(10)处借助于第二连接材料(11)与布置在所述电绝缘元件(5)的第一绝缘元件侧(13)处的所述第一绝缘元件导体电路(6)以电和机械的方式连接，
-所述第一间隔元件(7)被布置用于保持所述载体元件(2)与朝向所述半导体(4)的所述第二半导体侧(10)的组件元件(12)之间的间距，并且所述第一间隔元件分别与所述载体元件(2)和所述组件元件(12)以机械的方式连接，
-所述另外的间隔元件(24)同样被布置用于保持所述载体元件(2)与朝向所述半导体(4)的所述第二半导体侧(10)的组件元件(12)之间的所述间距，并且所述另外的间隔元件与所述载体元件(2)和所述组件元件(12)以机械的方式连接，
-所述第一间隔元件(7)和所述另外的间隔元件(24)被设计为公共间隔元件，并且
-所述公共间隔元件由至少两个部段组成并且形成闭合的或至少近似闭合的框架。


2.根据权利要求1或2所述的半导体组件(1)，其中，所述第一间隔元件(7)和所述另外的间隔元件(24)在所述半导体组件(1)运行的状态下为至少无电流的或者为无电压且无电流的。


3.根据前述权利要求中任一项所述的半导体组件(1)，其中，所述第一间隔元件(7)和所述另外的间隔元件(24)各自被设计为一体的或多部件的、尤其层状的。


4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体组件(1)，其中，所述组件元件(12)
-是所述电绝缘元件(5)，或者
-所述组件元件是导热元件(15)，所述导热元件布置在电绝缘元件(5)的背离所述第一绝缘元件侧(13)的第二绝缘元件侧(14)处，并且所述导热元件与所述电绝缘元件(5)以机械的方式连接，或者
-所述组件元件是冷却体(16)，所述冷却体布置在所述电绝缘元件(5)的背离所述第一绝缘元件侧(13)的第二绝缘元件侧(14)处，并且所述冷却体与所述电绝缘元件(5)直接或者经由导热元件(15)以机械的方式连接。


5.根据权利要求6所述的半导体组件(1)，其中，当所述组件元件(12)是所述电绝缘元件(5)时，则所述第一间隔元件(7)和所述另外的间隔元件(24)各自具有第一高度(H1)，所述第一高度的高度值在相应的间隔元件(7、24)与所述电绝缘元件(5)和所述载体元件(2)的机械连接的紧邻区域中最大能够表现为所述电绝缘元件(5)与所述载体元件(2)之间的第一间距(A1)的间距值。


6.根据权利要求6所述的半导体组件(1)，其中，当所述组件元件(12)是导热元件(15)时，则所述间隔元件(7)和所述另外的间隔元件(24)各自具有第二高度(H2)，所述第二高度的最大高度值在相应的间隔元件(7、24)与所述导热元件(15)和所述载体元件(2)的机械连接的紧邻区域中最大能够表现为所述导热元件(15)与所述载体元件(2)之间的第二间距(A2)的间距值。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾根尼娅·奥克斯，斯特凡·普费弗莱因，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE