功率半导体次级组件及功率半导体组件制造技术

功率半导体次级组件（１），它具有：许多半导体芯片（２，２１，２２），它们有至少两个电极即一个第一主电极（３）及一个第二主电极（４）并且承受由一个接触片（８）施加于两个主电极（３，４）之一上的接触力地以另一个主电极（４，３）安置在一基板（５）上；一个第一主接线端（７），它在电气方面与基板（５）相互作用并且与至少一个第一半导体芯片（２１）一个第一主电极（４）电连接；一个第二主接线端（６），它与至少一个以第一主电极（４）放置在该基板（５）上的第二半导体芯片（２２）的一个第二主电极（３）电连接并且在电气方面与相应的接触片（８）相互作用；其特征在于，第一半导体芯片（２１）及第二半导体芯片（２２）在第一主接线端（７）与第二主接线端（６）之间是电串联的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率电子学领域。它尤其涉及根据权利要求1前序部分的功率半导体次级组件以及功率半导体组件。一个如欧洲专利EP762496所述的压封组件通常有许多个并联的半导体芯片，它们以其第一主电极安置在基板上。半导体芯片的第二主电极通过许多接触片被接通。基板与第一主接线端相连，接触片与第二主接线端相连。主接线端可以成圆盘形并且可以通过凸缘相连。因此，就是说，压力触点成压在单芯片上铜片形式。目前，压封组件的单个半导体芯片被分成许多组并被组合成预制单元(次级组件)。在这种情况下，半导体芯片相互并联，如在一个次级组件中有许多IGBT芯片和二极管芯片。一组压封组件长达几米。为了能使上述压力作用于这样的长度上，必须采取费事的预防措施。因此，人们追求在这组中提高单位长度的最高反向电压，以便用较少的压封组件就足以应付给定电压。通过提高单个压封组件的反向电压，可以降低组高度和与之相关的成本。不幸的是，几乎不可能用目前的技术来超过功率半导体芯片的上述最高反向电压。通过具有权利要求1特征的本专利技术的功率半导体次级组件及具有权利要求13特征的功率半导体组件，实现这个目的。本专利技术的功率半导体次级组件在两个主接线端之间有至少两个半导体芯片，它们有两个主电极，其中通过一接触片对一个主电极施加接触力，半导体芯片因而以另一主电极压在一基板上。这两个半导体芯片在功率半导体次级组件的这两个主接线端之间是电串联的。由于两个半导体芯片象在传统压封组件中那样并列于基板上，所以，没有增大本专利技术功率半导体次级组件的结构高度。而通过这种电串联，提高了功率半导体次级组件的最高反向电压。在一第一实施形式中，绝缘层被设置在其中一个半导体芯片与基板之间以及另一个半导体芯片与相应的接触片之间。这两个半导体芯片在由此绝缘的电极处与一条接线导电相连。这样一来，产生了简单的串联，其中电流经过第一接触片和其中一个半导体芯片从一主接线端流经接线和另一个半导体芯片地到达基板和与之相连的另一主接线端。在第一实施形式的第一个有利的变型方案中，接线有两个导电板，它们通过一个位于其间的连接层导电相连。这两个板基本上是平的。取决于位于不同平面内的两个半导体芯片主电极的两板高度差通过导电连接层被跨接。在第一实施形式的第二个有利的变型方案中，基板在与其绝缘的半导体芯片区域中是比较厚的，从而这两个半导体芯片的通过接线相连的主电极基本上位于一个平面内。由此一来，接线仍然可以被设计成基本上是平的。在第二实施形式中，在一个半导体芯片与基板之间的绝缘层加长延伸到另一个也由此与基板绝缘的半导体芯片处。另外，这个半导体芯片与第一实施形式相比是被颠倒过来(倒装芯片)，所以设置在绝缘层上的接线把两个半导体芯片的串联电极连起来。另一条接线从倒装半导体芯片的、通过一绝缘层与相应接触片绝缘的第二电极起引向基板。例如，黄铜焊接可被用作接线。它们易于安装并且容易买到。另外，金属线编织物、金属线或金属薄膜尤其可被用于超过1000安培的强电流。在第三实施形式中，一个电绝缘层染被设置在其中一个半导体芯片的主电极与基板之间。另外，一个第二电绝缘层被设置在其中一个主接线端与接通另一个半导体芯片的其中一个主电极的接触片之间。这一个半导体的这个绝缘电极又通过一条接线与另一个半导体的绝缘接触片相连。在第三实施例的有利的变型方案中，该接线有两个导电板，它们被设置在主电极与绝缘层之间或者接触片与绝缘层之间，接线还有一个导电连接这两个板的附加接触片。接线只由坚固的金属件制成。通过简单的笔直的金属绝缘件，可以实现串联。由此一来，在装配时产生了优势。在本专利技术的功率半导体次级组件和/或本专利技术的功率半导体组件中，可实现简单的电路，如由IGBT和两个串联二极管形成的并联电路。从相应的从属权利要求中得到了其它实施例。图中使用的符号及其含义列于符号一览表中。原则上，在图中用相同符号表示相同部件。许多个且通常为至少两个的半导体芯片被焊接到基板5上。半导体芯片最好为IGBT芯片或二极管芯片，或者是这类芯片的组合。但是，这些芯片基本上具有至少两个主电极3、4，它们通过相应的主接线端6、7被接通。在IGBT芯片的情况下，也设有第三电极即一栅极，它通过一条未示出的接线与一控制接线端相连。在这种情况下，接线例如被接到相应芯片的栅极上。半导体芯片是由一组多层如钎焊接层或用于改善短路特性(短路失效模式，SCFM)的层构成的部件，如欧洲专利EP989611所详细描述的那样。在图中，分别象征性地示出了半导体芯片和直接置于其上的SCFM层16。在所示例子中，功率半导体组件1有三个半导体芯片、一个IGBT2并且与之并联地有两个串联二极管21和22。第一主电极4由芯片2、21和22的底面形成。第二主电极3相应地由芯片顶面形成。IGBT2以第一主电极4置于基板5上并且它与第一主接线端7导电互连。IGBT2的第二主电极3通过一接触片8与第二主接线端6导电互连。对本专利技术而言，接触片8的精确构造和作用是不重要的。假设可以按照半导体芯片距一容纳接触片的主接线端之间的距离来单独调节接触片的位置。在这种情况下，接触片例如可以承受一个弹簧件的压力或可以通过钎焊层被固定位。两个二极管中的第一二极管21也以第一主电极4置于基板5上。第二二极管22也以第一主电极4置于基板5上，但是，它通过一第一绝缘层10与基板5电绝缘。当第二二极管22的第二主电极3通过接触片8与主接线端6导电互连时，一第二绝缘层11被设置在第一二极管21的第二主电极3和位于其上的接触片8之间。这两个电绝缘的主电极现在通过一条接线9导电互连。这样，在两个主接线端7和6之间产生二极管21和22的串联。为了对外接通，一个接到接线上的接线端65可以象IGBT的控制接线端那样从未示出的次级组件外壳中引出。例如，接线9可以由金属焊接或金属缆线、金属线编织物或金属薄膜构成。特别适合的金属是铜。图2表示本专利技术功率半导体次级组件的第一实施例的第一优选变型方案。只示出了两个串联的二极管，当然，可以象在先前实施例中那样并联其它的半导体芯片。代替直接接线，在第二二极管22的第一主电极4与第一绝缘层10之间以及在第一二极管21的第二主电极3和第二绝缘层11之间设置导电连接板93、94，连接板93和94大致相互平行地设置并且在两个二极管之间的一个区域中重叠。为了导电连接这两个连接板，一个最好由铜或其它良导电材料构成的连接层95被设置在它们之间的重叠区域内。为改善连接板93、94与连接层95的接触，这些连接板可以被焊接在一起，借助低温粘接(LTB)被连接起来和/或可如图2所示地通过一接触片81承受更高的接触力。在这种情况下，接触片8、81都有一样的长度是特别有利的，这被证明对制造和装配是有利的。可以更容易地制造和安装带平直板的接线并且它与弯曲的且近似于S形的接线相比有更小的感应系数。另外，扁平接线比弯曲接线更易于电绝缘。图3表示本专利技术功率半导体次级组件的第一实施例的第二优选变型方案。与前两个图所示的变型方案不同，基板5有这样的结构，即其中一个半导体芯片(在这里是第一二极管)与另一半导体芯片相比位于另一个更深的水平面上。该基板配备有一阶梯面，从而设置于下级阶梯上的二极管、上方的第二主电极3及位于其上的层16连同设置于第一绝缘层10上的第二二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.功率半导体次级组件(1)，它具有许多半导体芯片(2，21，22)，它们有至少两个电极即一个第一主电极(3)及一个第二主电极(4)并且承受由一个接触片(8)施加于两个主电极(3，4)之一上的接触力地以另一个主电极(4，3)安置在一基板(5)上；一个第一主接线端(7)，它在电气方面与基板(5)相互作用并且与至少一个第一半导体芯片(21)一个第一主电极(4)电连接；一个第二主接线端(6)，它与至少一个以第一主电极(4)放置在该基板(5)上的第二半导体芯片(22)的一个第二主电极(3)电连接并且在电气方面与相应的接触片(8)相互作用；其特征在于，第一半导体芯片(21)及第二半导体芯片(22)在第一主接线端(7)与第二主接线端(6)之间是电串联的。2.如权利要求1所述的功率半导体次级组件，其特征在于，一个第一电绝缘层(10)被设置在第二半导体芯片(22)的第一主电极(4)与基板(5)之间，一个第二电绝缘层(11)被设置在第一半导体芯片(21)的第二主电极(3)与相应的接触片(8)之间，第二半导体芯片(22)的第一主电极(4)与第一半导体芯片(21)的第二主电极(3)通过一条接线(9，91，…，95)导电互连。3.如权利要求2所述的功率半导体次级组件，其特征在于，第二半导体芯片(22)的第一主电极(4)与第一半导体芯片(21)的第二主电极(3)基本上位于一个平行于基板(5)的平面内，接线(9)基本上成扁平状并且延伸于该平面内。4.如权利要求2或3所述的功率半导体次级组件，其特征在于，基本扁平的基板(5)在半导体芯片(21，22)区域内有不同的厚度，从而使第一、第二半导体芯片的第一主电极(4)位于平行于基板(5)的分开的平面内。5.如权利要求1所述的功率半导体次级组件，其特征在于，第一半导体芯片(21)以第二主电极(3)放置在基板(5)上，在基板(5)上，一个第一电绝缘层(10)设置在基板(5)与第二半导体芯片(22)的第一主电极(4)之间以及基板(5)与第一半导体芯片(21)的第二主电极(3)之间，一个第二电绝缘层(11)设置在第一半导体芯片(21)的第一主电极(4)与相应的接触片(8)之间，第二半导体芯片(22)的第一主电极(4)与第一半导体芯片(21)的第二主电极(3)通过一条接线(91)导电互连，第一半导体芯片(21)的第一主电极(4)通过一条接线(92)和基板(5)导电互连。6.如权利要求2-5之一所述的功率半导体次级组件，其特征在于，接线(9，9...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·比伦加，F·茨维克，A·哈米迪，L·梅森克，S·考夫曼，P·埃尔纳，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：