电模块制造技术

本发明专利技术提供一种用于制造包括第一衬底板（１０１）、第二衬底板（１０２）和第一和第二衬底板之间的一个或者多个半导体部件（１０３－１１０）的电模块的方法。还提供使用该方法获取的电模块以及包括这样的电模块的电转换器装置。在该方法中，通过烧结实现半导体部件的第一侧到第一衬底板之间的联接（１１２），并且随后通过焊接实现半导体部件的第二侧到第二衬底板之间的联接（１１１）。由于烧结联接可以经受高温，高温焊料可以用于焊接联接，而不会损伤之前形成的烧结联接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括两个衬底板和衬底板之间的一个或者多个半导体部件的电模块。 此外，本专利技术涉及用于制造上述类型的电模块的方法。另外，本专利技术涉及电转换器装置。
技术介绍
因为在相同的工作温度下双侧冷却电模块相比单侧冷却电模块允许施加更高的 电流，所以双侧冷却电模块对于电源装置是个具有吸引力的概念。双侧冷却模块的其中一 种可能设计是其中诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和二极管的半导体部件的电端子直接联 接(bond)在导电且导热的衬底板之间的电模块。这些衬底板还具有与相关电源系统的散 热器热接触和电接触的作用。因此，衬底板和散热器构成了电源系统的干流电路的一部分。 这样的电模块的制造过程的一个关键问题是将半导体部件联接到衬底板上，这是因为这些 联接的性质会限制电模块的工作温度和可靠性。通常，上述该这种双侧冷却电模块是使用两个连续焊接步骤来完成的。在第一焊 接步骤中，使用高温焊接焊料(solder)将半导体部件联接到其中一个衬底板，并且在第二 焊接步骤中，使用低温焊料将半导体部件联接到另一个衬底板上。在第二步骤中使用低温 焊料是用来避免损坏第一步骤中形成的焊接联接。确定电模块的工作温度的上限的其中一 个因素是在第二焊接步骤中所使用的低温焊料的熔化温度。此外，当双侧冷却电模块已经 安装在相关电源系统中时，双侧冷却电模块被压在电源系统的各元件之间，并且如果电模 块的工作温度上升至接近低温联接的熔化温度时则应用到衬底板的压力可以导致将焊料 挤出。通过在使用高温焊料进行联接的单个焊接步骤中制成上述电模块的联接，由挤出焊 料和焊料熔化温度给定的限制可以上移。然而，这需要电模块的各部件的相对复杂的对准， 在许多情况中这是不便利的、技术上要求苛刻并且价格昂贵。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供用于制造包括第一衬底板、第二衬底板和第一和第 二衬底板之间的一个或者多个半导体部件的电模块的新方法。根据本专利技术的方法包括通过烧结将一个或者多个半导体部件的第一侧联接到第一衬底板，并且随后通过焊接将第二衬底板联接到一个或者多个半导体部件的第二侧。由于烧结联接可以经受高温，因而随后的焊接步骤中可以使用高温焊料。在使用 特定的烧结材料的情况下，可以获取接近1000°C的熔化温度。因此，使用上述工艺制造的电 模块的工作温度可以高于使用以高和低温焊接材料进行连续的焊接步骤制造的电模块的 工作温度。例如，微米或者甚至纳米级的银粉可以用于烧结工艺，该烧结工艺并不要求可能 对半导体部件造成损伤的压力和温度的烧结工艺中，该压力和温度。。因为焊接允许补偿半 导体部件的可能布局倾斜和通过由烧结工艺的容限差和半导体部件的厚度的容限差所引 发的半导体部件的表面高度之间的可能差异，所以焊接是用于第二联接步骤的适合工艺。 如果有必要，半导体部件的控制端子，例如绝缘栅双极晶体管的栅极，也可以使用适合工艺4在一个单独步骤中进行联接。根据本专利技术的第二方面，提供新的电模块。该电模块包括第一衬底板，第二衬底板，以及第一和第二衬底板之间的一个或者多个半导体部件；其中，一个或者多个半导体部件和第一衬底板之间的联接是烧结联接，并且一个 或者多个半导体部件和第二衬底板之间的联接是焊接联接。根据本专利技术的第三方面，提供新的电转换器装置。该电转换器装置包括根据本发 明的至少一个电模块，并且电模块的第一和第二衬底板构成该电转换器装置的干流电路的 一部分。该电转换器装置可以例如是反相器、整流器和/或频率转换器。在所附从属权利要求中描述了本专利技术的多个示例实施例。结合附图阅读以下特定示例实施例的描述，可以更好地理解在结构、操作方法方 面本专利技术的多个实施例以及其附加的目标和优点。术语“包括”用在此处是开放性限制，并不排除也不要求未在此处记载的特征的存 在。在从属权利要求中引用的特征除非明确指示否则可以相互自由组合。附图说明现在参考以下附图结合例子详细解释本专利技术的示例实施例及其益处，其中图Ia示出根据本专利技术的实施例的电模块的侧视图；图Ib示出图Ia中所示电模块的剖视图，该剖面沿着图Ia的线A-A获得；图2a示出根据本专利技术实施例的电转换器装置；图2b示出图2a中所示电转换器装置的细节，并且图3示出根据本专利技术实施例用于制造电模块的方法的流程图。具体实施例方式图Ia示出根据本专利技术的实施例的电模块的侧视图并且图Ib示出图Ia中所示电 模块沿A-A的剖视图。电模块包括第一衬底板101、第二衬底板102和第一衬底板101和第 二衬底板102之间的一个或者多个半导体部件103、104、105、106、107、108、109和110。衬 底板101和102由铜、铝、钼、金属基质合成物或者其它导电且导热材料制成。它们可以被 涂覆以使得表面适合用于所选出的联接工艺。当使用电模块时，衬底板和散热器一起形成 干流路径的一部分。半导体部件103-110的每一个可以例如但不必须是以下的其中一个 绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)、栅极可关断半导体闸流管(GTO)、半导体 闸流管，或者二极管。例如，可能的是半导体部件103-106是绝缘栅双极晶体管(IGBT)并 且半导体部件107-110是和IGBT反平行的二极管。半导体部件和衬底板101之间的联接是烧结联接并且半导体部件和衬底板102之 间的联接是焊接联接。局部放大图120示出衬底板101和半导体部件104之间的烧结联接 112和衬底板102和半导体部件104之间的焊接联接111。由于烧结联接能够经受高温，可 以在形成烧结联接之后使用高温焊料来制成焊接联接。在使用特定的烧结材料的情况下， 可以获取甚至接近1000°C的熔化点。例如，微米或者甚至纳米级的银粉可以用在烧结中。因此图Ia和Ib中所示电模块的工作温度可以高于以首先使用高温焊料、随后使用低温焊 料的连续焊接步骤制造出的相应电模块的工作温度。根据本专利技术示例实施例的电模块包括用于半导体部件的控制信号的一个或者多 个配线结构。每个配线结构113包括绝缘层114和绝缘层上的金属带115。金属带可以是 例如铜或者铝的。配线结构与半导体部件可以联接到衬底板101的同一侧上。配线结构优 选是DCB (直接铜联接)衬底，因为DCB衬底可以经受高于300°C温度，并且因此这从电模块 的制造角度出发是非常有益的。DCB衬底可以通过烧结或者焊接联接到衬底板101。如果 使用烧结，当半导体部件通过烧结联接到衬底板101时，DCB衬底优选结合同样的制造步骤 联接到衬底板101。相反如果使用焊接，当半导体部件通过焊接联接到衬底板102时，DCB 衬底优选结合同样的制造步骤联接到衬底板101。对于另一个例子，配线结构可以是在衬底板101和102已经联接到半导体部件之 后使用粘合剂接附到衬底板101的PCB (印刷电路板)。由于衬底板101和102之间的间隙 相对窄，所以PCB的接附需要某些特定的工具和/或装置。例如，可以使用丝焊来将半导体 部件上的栅极触点连接到配线结构。在根据本专利技术实施例的电模块中，一个或者多个半导体部件包括一个或者多个绝 缘栅双极晶体管(IGBT)。每个绝缘栅双极晶体管的集电极侧联接到衬底板101且每个绝缘 栅双极晶体管的发射极侧联接到衬底板102。一个或者多个半导体部件还可以包括和IGBT 反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电模块，包括第一衬底板（１０１）、第二衬底板（１０２）和第一衬底板和第二衬底板之间的一个或者多个半导体部件（１０３－１１０），所述一个或者多个半导体部件和第二衬底板之间的联接（１１１）是焊接联接，其特征在于所述一个或者多个半导体部件和第一衬底板之间的联接是烧结联接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C黑德尔利，柳春雷，S基辛，B阿戈斯替尼，F怀尔德奈尔，
申请(专利权)人：ABB研究公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]