一种具有三维表面轮廓的衬底的功率半导体模块及其制造方法，其具有：衬底；用于对外电连接的连接元件；和大量功率半导体构件，衬底具有电绝缘层，在电绝缘层上布置第一金属层，第一金属层自身被结构化并进而构成第一分层，在第一金属层上布置带至少一个第二分层的第二金属层，第二分层具有三维表面轮廓。制造时以具有绝缘层及具有自身结构化的进而构成第一分层的第一金属层的基础衬底开始。接着，构成第二金属层使得构成具有三维表面结构的各个分层。在将第二分层布置在所配属的第一分层上之后，将功率半导体构件布置在第二金属层上。其中对衬底进行了改进，该功率半导体模块对于内部电连接装置的简单布置方案也是行得通的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术介绍了一种具有承载功率半导体构件的衬底的特殊构造的功率半导体模 块及其制造方法。
技术介绍
在DE 103 55 925 Al中示例性地公开了一种功率半导体模块，具有平面式的衬 底，在该衬底上具有适合电路地设置的导体带，导体带构成为平面式的金属层的分层，类似 于公知的并且在多种情况下应用于功率半导体模块中的直接敷铜(DCB)衬底那样。在导体 带上布置有功率半导体构件和具有与该功率半导体构件相当的尺寸的能导电的分隔元件。 所述元件借助连接装置连接，该连接装置由箔片复合体组成，该箔片复合体由至少两个金 属箔片层连同各一个布置于其间的电绝缘箔片层组成。由DE 10 2007 054 710 Al公知的是，上面所提及的基本相同类型的连接装置在 绕过分隔元件的情况下以如下方式布置在功率半导体模块中，即，在功率半导体模块与衬 底之间的高度差通过连接装置自身变形而得到补偿。因此，所提及的现有技术的缺点在于，为了补偿在衬底与功率半导体构件之间不 同的水平高度，要么附加地设置分隔元件，要么使连接装置变形。前者要求用于设置的额外 的工序，而后者在有待连接的结构较复杂的情况下在连接装置中可能产生应力。此外，通过 已知的连接装置，只能针对小功率至中等功率令人满意地构成负载连接元件用于功率半导 体模块的对外连接。此外，示例性地由DE 10 2006 058 695 Al 或DE 10 2006 006 425 Al 公知的是，将功率半导体模块的负载连接元件构成为金属成型体，所述金属成型体与衬底的导体带材 料配合地或形状配合地连接。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下任务，S卩，提出一种具有改进的衬底的功率半导体模块及其 制造方法，该功率半导体模块如同衬底自身的扩展功能示例性地作为接合装置或者连接装 置那样，对于内部电连接装置的简单布置方案也是行得通的。该任务根据本专利技术通过具有权利要求1的特征的功率半导体模块及具有权利要 求5的特征的制造方法来解决。优选的实施方式在各从属权利要求中有所介绍。上面所提及类型的功率半导体模块形成了本专利技术的基本出发点。该功率半导体模 块具有带电绝缘层和第一金属层的衬底，第一金属层自身被结构化并且因此构成有分层。 这种衬底例如作为DCB(direct copper bonded，直接敷铜)衬底在多种情况下用于功率半 导体模块的领域中。该功率半导体模块的长处在于具有大多双侧铜遮盖部的绝缘材料体， 该铜遮盖部构成了两个平坦的主面，其中，在第一主面上以及在那里在结构化的铜遮盖部 上布置有譬如功率半导体开关、电阻和传感器的构件，而自身大多未进行结构化的第二铜 遮盖部与冷却装置相连。根据本专利技术的功率半导体模块具有衬底，在该衬底的至少一个表面上具有三维轮 廓。为此，在衬底的绝缘层的至少一个表面上布置有自身结构化的第一金属层，其中，在该 第一金属层上布置有带至少一个第二分层的第二金属层，该第二分层具有所述三维表面轮 廓。该三维表面轮廓构成至少两个平面，其中，在所述平面上设置有用于内部连接或者对外 连接的接触面。在这种情况下，特别优选的是，相应的第二分层以至少90 %的程度覆盖配属 于该第二分层的第一分层。具有绝缘层和结构化的第一金属层的结构类似于公知的DCB-衬底，但其中，在这 里该第一金属层优选薄了十倍地构造。除了衬底之外，根据本专利技术的功率半导体模块具有常见的部件，譬如用于对外电 连接的负载连接元件和辅助连接元件以及大量功率半导体构件，其中，功率半导体构件中 的至少一个布置在第二金属层的第二分层上。为了适合电路地进行内部电连接，功率半导 体模块优选还具有连接装置，如该连接装置例如在现有技术中已知的那样。该连接装置首 要地用于将衬底的至少一个接触面与至少一个功率半导体构件的背向该衬底的至少一个 接触面相连接。同样可以优选的是，第二金属层的至少一个第二分层在第一金属层的所配属的第 一分层边缘区域中超出该第一金属层的所配属的第一分层并且在其进一步的伸展中自身 构成了功率半导体模块的第一对外连接元件。可替选地或者附加地，可以优选的是，第二金属层的至少一个第二分层具有如下 的区段，所述区段在侧向上未超出所配属的第一分层，但该区段以一角度从该第二分层伸 出并且在其进一步的伸展中构成了功率半导体模块的第二对外连接元件。对于确定的应用方案可以优选的是，衬底的三维表面轮廓不仅设置在绝缘层的一 侧上，而且设置在绝缘层的两侧上。根据本专利技术的、用于制造依照上述说明构成的这种功率半导体模块的方法的特征 在于如下主要步骤·提供基础衬底，基础衬底具有绝缘层和设置于绝缘层上的自身结构化的第一金 属层，其中，结构化部构成了第一分层。第一分层形成了功率半导体模块的电路技术上的基 本结构。·构成具有三维表面轮廓的至少一个第二金属层，其中，这优选通过冲压-弯曲技 术或者通过折叠恒定厚度的金属体来实现。由此，由金属体，例如由厚度在100 μ m数量级 的金属箔片形成了衬底的三维结构。形成第二金属层的各第二分层优选分别地制成。但同 样可以优选的是，多个第二分层由共同的工件制成，并且在将其布置在基础衬底上之后才 分开，方式为例如到那时去除尚存的连接。·将第二金属层的至少一个第二分层与第一金属层的所配属的第一分层优选借助 加压烧结方法连接。·将至少一个功率半导体构件布置在三维第二分层的第一平面上。·在有些优选的情况下，这时还可以接有的是对第二分层的区段的进一步变形步 骤，其中，该区段在这种情况下被部分地放置于功率半导体构件上，并且因此代替附加的连 接装置，建立适合电路的内部连接，优选为负载连接。所提及的制造方法和所属的功率半导体模块的优点是，通过构造具有三维表面结构的第二金属层，既能简单地布置连接装置，同样还附加地或可替选地，衬底、更确切地说 是第二分层自身可以用作接合元件或连接元件。附图说明本专利技术的特别优选的改进方案在对实施例的相应说明中有所提及。对此，本专利技术 的解决方案结合实施例和图1至6进一步阐述。图1示出根据本专利技术的功率半导体模块的第二分层的第一构成方案的不同阶段。图2以两个视图示出根据本专利技术的功率半导体模块的第二分层的第二构成方案 的不同阶段。图3示出根据本专利技术的功率半导体模块的第二分层的第三构成方案的不同阶段。图4示出根据本专利技术的功率半导体模块的衬底的构造方案。图5在分解图中示出根据本专利技术的功率半导体模块的主要部件。图6示出另一根据本专利技术的功率半导体模块的主要部件。具体实施例方式图1示出根据本专利技术的功率半导体模块的第二分层16的第一构成方案的不同阶 段。所示出的是厚度在100 μ m数量级的呈金属箔片形式的金属体，在此特别优选的是厚度 在80 μ m与500 μ m之间的铜箔片。阴影区域160在制造过程之后构成了具有第一平面162 和第二平面164的表面三维轮廓。为此，阴影区域160绕折弯边166弯折直至该阴影区域 置于第一平面162上。对于有些应用方案而言，可以优选的是，弯折以小于180°的角度来 实施，例如用于构成负载连接元件。图2以两个视图示出根据本专利技术的功率半导体模块的第二分层16的第二构成方 案的不同阶段。在这里，能够与根据图1的介绍相当的金属体形成了出发点。其中，通过U 形冲压部170使至少一个区段自由并且在进一步的步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．功率半导体模块，具有：衬底（１０）；用于对外电连接的连接元件（１８０、１８２）；以及大量功率半导体构件（２０），其中，所述衬底（１０）具有电绝缘层（１２），在所述电绝缘层（１２）上布置有第一金属层，所述第一金属层自身被结构化并且进而构成第一分层（１４ａ／１４ｂ／１４ｃ），并且其中，在所述第一金属层上布置有带至少一个第二分层（１６ａ／１６ｂ／１６ｃ）的第二金属层，所述至少一个第二分层（１６ａ／１６ｂ／１６ｃ）具有三维表面轮廓。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆斯·施托克迈尔，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE
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