在功率半导体模块中的衬底的柔性连接制造技术

技术编号:8272406 阅读:159 留言:0更新日期:2013-01-31 04:53
本发明专利技术描述了一种具有至少两个衬底(1)的功率半导体模块,所述衬底相互隔有距离地被布置,分别具有至少一个器件(21,22,23,24)或分别具有至少一个接触面(20),并且借助至少一个层(32)相互电和机械连接。所述至少一个层(32)在此这样被施加在待连接的衬底(1)上,使得所述至少一个层至少部分地覆盖所述衬底,所述至少一个器件(21,22,23,24)和/或至少一个接触面(20)仅仅分别与衬底(1)之一具有直接连接,并且所述至少一个器件(21,22,23,24)和/或至少一个接触面(20)布置在相应的衬底(1)和所述至少一个层(32)之间。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有至少两个衬底以及用于电和机械连接所述衬底的多层系统的功率半导体模块。
技术介绍
在常用的功率半导体模块中,大多在平坦的冷却体或底板上的层面中布置多个载体衬底。这些冷却体或底板理想地是完全平的,或者最大具有带有几米半径的极小的弯曲。这些衬底大多数借助金属连接被安置在冷却体或底板上并且借助键合线或焊接的铜(Cu)夹片(Clip)相互连接。处于衬底上的功率半导体例如IGBT、二极管、FET、晶闸管……例如借助由铝制成的键合线、所谓的铝(Al)粗线键合或Cu夹片被接触。 这些衬底不仅能相互电连接,而且能视应用而定地也被连接到其它组件例如驱动器上。为此,可能需要大量的单连接。这例如是焊接连接或利用短键合线的连接,它们相对于机械负荷和接触是非常敏感的。将不同的衬底相互连接的另外的可能性是使用柔性电路板。但是在此情况下需要或者焊接过程或者夹持技术,在所述焊接过程中必要时可以将衬底和PCB上的已经制造的连接再次熔化。这种夹持技术不仅需要很多位置,而且在使用陶瓷衬底的情况下还带来断裂危险的缺点。在US 2009/0231822A1中记载了借助多层布置、所谓的多层层连接衬底上的功率半导体和驱动电路。这种多层层的应用使得上面描述的焊接和夹持技术成为多余的。类似的行动被记载在US 5 637 922和W003/030247中。在已知的方法中,不同的层仅仅被用于接触在唯一衬底上的功率构件和控制电路。DE 196 17 055 Cl公开了一种特定的实施方式,其中传导覆层(Lage)由绝缘的预制体(Preform)组成。在DE 10 2004 019 431 Al中记载了一种装置,其由电路板和电路载体板组成,其中电路载体板被布置在电路板的内覆层的凹槽中,并且由电路板的外覆层牢固地固定并保持在凹槽中。借助多层层在功率半导体之间以及在电路载体板和电路板之间建立接触。在所有这些情况下,仅衬底和电路板的平坦的布置是可能的。然而在许多应用中,仅仅小的和/或不平坦的安装空间可用。平坦布置仅仅在很少情况下可以面积优化地利用这样的安装空间。DE 100 26 743 Cl记载了用于容纳电路装置的衬底的装置,其能够在空间中实现三维布置,以便提供用于导热的附加接触面。在载体衬底上施加接触衬底层。在该载体衬底中然后可以引入空隙、折断或中断,以便将载体衬底的由此形成的此外通过接触衬底连接的部分段能够相对弯曲。然后,器件被如此施加在接触衬底上,使得它们能够在两侧上分别由载体衬底接触,以便保证最佳的散热。为此目的,仅仅特定的角度、尤其是90°是有利的。目前,用于容纳电子器件的电路装置的衬底主要由陶瓷的载体衬底构成。但是陶瓷具有低的断裂韧性。在为了制造空隙、折断或中断而加工该衬底时以及在接着弯曲时,该衬底由此可能容易地被无意地损坏。
技术实现思路
本专利技术的任务是,提供具有至少两个衬底的功率半导体模块,其中能够在空间中实现衬底以任意角度的灵活的三维布置。该任务通过按照权利要求I的功率半导体模块解决。本专利技术的示例性的实施方式和改进方案是从属权利要求的主题。本专利技术的实施例涉及具有至少两个衬底的功率半导体模块,所述衬底相互隔有距离地被布置,分别具有至少一个器件或分别具有至少一个接触面,并且借助至少一个层相互电和机械地连接,其中所述至少一个层这样被施加在待连接的衬底上,使得其至少部分地覆盖所述衬底,其中所述至少一个器件和/或至少一个接触面仅仅分别与衬底之一具有直接连接,并且其中所述至少一个器件和/或至少一个接触面布置在相应的衬底和所述至少一个层之间。·附图说明本专利技术下面借助图被进一步阐述,在图中示出实施例。这些图用于阐述基本原理,从而仅仅为理解基本原理所需要的特征被示出。图I示出了两个衬底以及用于连接衬底的层的三维视图。图2示出了具有两个衬底的装置的截面图,所述衬底基本被布置在一个层面中,并且通过层相互连接。图3示出了具有两个平行地相叠布置的衬底的装置的截面图,所述衬底通过层相互连接。图4示出了具有三个衬底的装置的截面图,所述衬底并排地布置在一个层面中并且借助多层层相互连接。图5示出了具有三个衬底的装置的截面图,所述衬底借助多层层相互连接并且不布置在一个层面中。具体实施例方式在图中,只要没有另外说明,相同的附图标记以相同或类似的含义表示相同或相应的特征。图I以透视图示出了两个相互隔有距离地布置的衬底I1, 12。衬底I可以是在有机或无机基底上的任意的电路载体。这样的衬底例如是PCB (印刷电路板(Printed CircuitBoard))衬底、DCB (直接铜键合(Direct Copper Bonding))衬底、IM (绝缘金属(InsulatedMetal))衬底、HTCC (高温共烧陶瓷(High Temperature Cofired Ceramics))衬底、LTCC(低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics))衬底和AMB(活性金属钎焊(ActiveMetal Brazing))衬底。在陶瓷衬底的情况下,例如在其正面和背面施加金属层。在图I中所示的衬底I1是这样的陶瓷衬底并且在两个相对的侧上分别具有金属层11,12,它们后面被称为第一和第二金属层。在第二金属层12上在所示的例子中施加半导体器件21。该半导体器件21例如是功率半导体器件,例如IGBT、二极管、FET或晶闸管。尽管在图I中仅仅示出了一个半导体器件21,然而应指出,在金属层12上也可以布置多个器件。半导体器件可以或者直接被接触或者通过印制导线与接触面连接。在图I中所示的例子中,第二衬底I2具有接触面20。但是该衬底I2可以代替地或附加地也具有至少一个器件(未示出)。为了接触或者相互连接部件(例如按照图I的部件21)和/或接触面(例如按照图I的接触面20),存在具有传导和非传导层的层装置,其被施加到衬底上。这些层例如可以分别由聚酰亚胺基或环氧化物基的膜(非传导层)组成或由金属、例如铜、碳(Karbon)、钯、铝或银(传导层),其例如在真空下被层压到表面上。这样的膜是足够稳定的,以便分别被层压到两个相互隔有距离地布置的衬底上并且将所述衬底越过在衬底之间的间隙连接。在图I中与衬底I1,12隔有距离地示出了单个这样的膜32,以便使得在衬底上的处于其下的组件可见。在层压状态中,该膜32将在一个衬底I上的功率器件21与在另一衬底I上的接触面20电连接。同时,膜将两个衬底I1,12彼此机械连接。通过这种方式和方法也能够将多于两个的衬底I1,12相互连接。 具有多个器件的电路可以是如此复杂的,使得单个传导层是不够的,而必须相叠地施加多个层。在此情况下,不仅使用绝缘的而且使用传导的层,以便相互连接所希望的组件。首先,例如施加绝缘层。在施加绝缘层之后,可以通过打开在膜中的相应的窗口来使得在表面上的每个待接触的接触面露出。这样被露出的接触面可以接着例如与由金属制成的层平面地接触。通过这种方式和方法,可以相继地施加多个传导的和非传导的层,并且可以实现复杂的连接结构。图2示出了具有两个衬底I1, I2的装置的截面图。衬底之一 I1在相互相对的侧上用第一和第二金属层11、12涂层。在该例子中,两个半导体器件2^、212处于第二金属层12上。在该例子中,功率半导体器件本文档来自技高网
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【技术保护点】
功率半导体模块,具有至少两个衬底(1),所述衬底-相互隔有距离地被布置,-分别具有至少一个器件(21,22,23,24)或分别具有至少一个接触面(20),并且-借助至少一个层(32)相互电和机械连接,其中-所述至少一个层(32)这样被施加在待连接的衬底(1)上,使得所述至少一个层至少部分地覆盖所述衬底,?所述至少一个器件(21,22,23,24)和/或至少一个接触面(20)仅仅分别与衬底(1)之一具有直接连接,并且?所述至少一个器件(21,22,23,24)和/或至少一个接触面(20)布置在相应的衬底(1)和所述至少一个层(32)之间。

【技术特征摘要】
2011.07.29 DE 102011080153.71.功率半导体模块,具有至少两个衬底(I),所述衬底 一相互隔有距尚地被布置, 一分别具有至少一个器件(21,22,23,24)或分别具有至少一个接触面(20),并且 一借助至少一个层(32)相互电和机械连接, 其中 一所述至少一个层(32)这样被施加在待连接的衬底(I)上,使得所述至少一个层至少部分地覆盖所述衬底, -所述至少一个器件(21,22,23,24)和/或至少一个接触面(20)仅仅分别与衬底(I)之一具有直接连接,并且 -所述至少一个器件(21,22,23,24)和/或至少一个接触面(20)布置在相应的衬底(I)和所述至少一个层(32 )之间。2.根据权利要求I所述的功率半导体模块,其中所述至少一个器件(21,22,23,24)借助金属层(12)被固定在衬底(I)上。3.根据权利要求I或2之一所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:O霍尔费尔德O基尔施
申请(专利权)人:英飞凌科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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