具有至少一个减小应力的适配元件的功率半导体模块制造技术

本发明专利技术提出了一种具有至少一个减小应力的适配元件的功率半导体模块，具有用于布置在冷却装置或基板上的基底的功率半导体模块。其中，基底具有绝缘材料体和布置在该绝缘材料体第一主面上的本身结构化且进而构造出导体轨迹的第一金属层。该绝缘材料体在第二主面上具有第二金属层。功率半导体构件布置在导体轨迹上且与之导电连接。在这个导体轨迹或另一导体轨迹上布置有第一适配元件并且在该第一适配元件上布置有联接元件，其中，适配元件面对第一联接元件的第一主面与该第一联接元件材料锁合且导电地连接，而第一适配元件面对所配属的导体轨迹的第二主面与该导体轨迹借助连接介质导电且材料锁合地连接。

Power semiconductor module having at least one adaptation element for reducing stress

The present invention provides a power semiconductor module having at least one adaptation element for reducing stress, having a power semiconductor module for laying a substrate on a cooling device or substrate. Wherein, the base has an insulating material body and a first metal layer arranged on the first main surface of the insulating material body to structure itself and thereby construct a conductor track. The insulating material body has second metal layers on the second main surface. The power semiconductor component is arranged on the conductor track and is electrically connected with the conductor. The first matching element and the first adapter components are arranged on the connecting element, which is arranged in the conductor tracks or another conductor track, adapter element faces a first main surface first coupling member and the first connecting element is locked and connected to conductive materials, the second main surface and the first conductor track adapter in the face of the attachment of the element and the conductor tracks connected with medium locking connection and material.

【技术实现步骤摘要】
具有至少一个减小应力的适配元件的功率半导体模块
本专利技术描述一种功率半导体模块，其具有绝缘的基底、布置在该基底上的导体轨迹、布置在该导体轨迹上的功率半导体构件和用于外部电路连接的联接元件。
技术介绍
根据通用公知的现有技术，这种功率半导体模块的联接元件由良好地导电的金属，例如铜或含铜量高的合金构成。公知的基底具有由陶瓷材料，如氧化铝、氮化铝或碳化硅构成的绝缘材料体。本领域中通常在该绝缘材料体上布置有大多由铜构成的导体轨迹。基底，也就是说由绝缘材料体和导体轨迹构成的复合体由此具有典型地在2.10-?-1范围内的膨胀系数，而联接元件具有典型为16.IO-6K-1的膨胀系数。这类功率半导体模块示例性地由 DE102009037257A1 公知。联接元件与导体轨迹的导电连接在本领域中通常是经常构造为材料锁合(stoffschlussig)的连接。在功率半导体模块的连续运行中，由参与部件的不同的膨胀系数确定的力作用到该连接上。这表明，联接元件与电路板的材料锁合的连接经常是非常稳定的。与此相对地，基底部件，也就是说导体轨迹和绝缘材料体的连接经常是负载性较差的，这导致导体轨迹连同附着在其上的联接元件从绝缘材料体大多局部限定地脱开。可比较的效应可能在制造联接元件与电路板之间材料锁合的连接时就已经出现了，例如在焊接过程中， 该焊接过程局部破坏在所配属的导体轨迹部段与绝缘材料体之间的连接。
技术实现思路
根据对这一事实的认识，本专利技术所要解决的任务是，改进上面提到类型的功率半导体模块，以避免导体轨迹从绝缘材料体在连续负载的情况下脱开。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来解决。优选实施方式在各从属权利要求中进行描述。本专利技术从具有用于布置在冷却装置或基板上的基底的功率半导体模块出发。因此，两种原则上公知的功率半导体模块类型包括在其中。一方面，本领域常用的设计方案具有本身作为功率半导体模块的一部分的热分配的基板，其中，该基板用于将功率半导体模块固定在不属于该功率半导体模块的冷却装置上。而另一方面，功率半导体模块的现代的变型方案没有这种基板。在这种设计方案中，功率半导体模块直接用其基底固定在不属于该功率半导体模块的冷却装置上。根据本专利技术的功率半导体模块的基底具有带第一金属层和第二金属层的绝缘材料体，其中，该第一金属层布置在绝缘材料体面对功率半导体模块内部的第一主面上，而该第二金属层布置在背对功率半导体模块内部的第二主面上。第一金属层本身是结构化的并且进而构成基底的第一导体轨迹。功率半导体构件布置在第一导体轨迹上并且与该第一导体轨迹导电连接。此外，基底的该第一导体轨迹或另一第一导体轨迹上布置有第一适配元件，并且在该适配元件上布置有联接元件。在这种情况下，第一适配元件面对联接元件的第一主面与该联接元件材料锁合且导电地连接。该材料锁合的连接构成第一连接方式，其原则上视专业技术而定地(fachspezifisch)构造。在这种情况下，第一适配元件面对导体轨迹的第二主面借助连接介质与该导体轨迹导电且材料锁合地连接，由此构成第二连接方式，这种连接方式明确地以为此必需的连接介质为前提。因此，该第二连接方式是第一连接方式的子集。具有第一适配元件的功率半导体模块的优点尤其在于，在连续运行中变化的热负载不仅具有联接元件与导体轨迹之间的唯一的连接并且进而该连接不必承担所有的负载。具体而言，负载被分配在两个连接上。如下显然不能排除在外的任选的特征可以单独地或以任意组合的方式在根据本专利技术的功率半导体模块中实现。在特别优选的设计方案中，功率半导体模块具有第二适配元件，其布置用于冷却装置或基板。在这种情况下，第二适配元件面对第二金属层的第一主面借助连接介质材料锁合地连接，其中，该连接也与第二连接方式相应。适配元件面对冷却装置或基板的第二主面与该冷却装置或基板材料锁合地连接，其中，该连接与不必以连接介质为前提的第一连接方式相应。第一连接方式的连接尤其是需要明确的连接介质的连接，也就是说钎焊连接和压力烧结连接，并且还可以是不需要这种连接介质的连接，也就是说熔焊连接(尤其是摩擦熔焊连接)或镀层连接(Plattierverbindung)(尤其是滚压镀层连接)。第二连接方式的特征总是在于，需要明确的连接介质，也就是说第二连接方式尤其构造为钎焊连接和压力烧结连接。特别优选的是，第一联接元件具有如下热膨胀系数，其以加/减基底与联接元件的热膨胀系数之差的最多30%来偏离基底与联接元件的热膨胀系数的平均值。在上面提到的针对联接角形件(α a)的热膨胀系数和基底(a s)的热膨胀系数的值的情况下，适配元件(αχ)根据以下公式:α x=l/2.( α A+ a s) ± 0.3.I α A- a s I优选具有9±4.10-?-1的热膨胀系数。例如在上面提到的值的情况下，钥特别适合。同样有利地，由两个或三个层构成的复合材料可能是有利的。在存在第二适配元件的情况下，类似的形成是有利的。在这种情况下，第二适配元件具有如下热膨胀系数，其以加/减基底与冷却装置或基板的热膨胀系数之差的最多30%来偏离基底与冷却装置或基板的热膨胀系数的平均值。在基底的热膨胀系数的上面提到的值和例如由铝构成的冷却装置的热膨胀系数为23.IO-6K-1的情况下，适配元件优选具有13.5 + 10.IO-6K-1的热膨胀系数。对此，例如铜特别适合(在其余的特性如导热能力方面也特别合适)。在针对各自的适配元件根据上面提到的两个值域来选择材料时，适配元件的厚度相对较小地确定。例如在导体轨迹为300 μ m的情况下，第一适配元件可以在该厚度范围内来选择，并且特别是也可以更薄地，尤其是最厚为导体轨迹厚度的一半地来选择。在该设计方案的框架内，通过间接且非直接地构造的连接特别有效地防止了导体轨迹从绝缘材料体由于尤其是在制造期间的负载或由于运行中的连续热负载所引起的脱开。如果各自的适配元件的材料不满足上面提到的条件，那么当各自的适配元件具有至少与基底所配属的金属层厚度的三倍相应的厚度时，可以实现可比较的作用。这意味着例如在导体轨迹厚度为300 μ m的情况下,第一适配元件的最小厚度为900 μ m。在该设计方案中，同样可以有效地防止由于热膨胀所导致的导体轨迹从绝缘材料体的脱开。优选地，每个联接元件具有各自所配属的第一适配元件。在这种情况下，这个第一适配元件各自的侧向延伸尺寸(Ausdehnung)应该最大是关于联接元件的接触面的侧向延伸尺寸的一倍半。当第一适配元件紧邻着配属的导体轨迹的边缘区域或角区域布置时，这尤其是有利的。备选的但同样优选的是，第一适配元件本身被改进为在联接元件与功率半导体构件背对基底的第一接触面之间的内部连接装置。对于第二适配元件来说特别有利的是，其具有比基底所配属的第二金属层的延伸尺寸更大的侧向延伸尺寸。这在第二适配元件是冷却装置集成的组成部分的情况下特别适用。【附图说明】对本专利技术有利的细节和特征的进一步阐释由接下来对图1至图4所示的根据本专利技术的布置方式的实施例或对其中部分的实施例的描述得出。其中:图1示出根据本专利技术的功率半导体模块的第一实施方式的侧视截面图；图2示出根据本专利技术的功率半导体模块的第二实施方式的侧视截面图；图3示出根据本专利技术的功率半导体模块的第三实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块，其具有用于布置在冷却装置（42）或基板（40）上的基底（2），其中，所述基底（2）具有绝缘材料体（20）、第一金属层（22）和第二金属层（24），其中，所述第一金属层（22）布置在所述绝缘材料体面对所述功率半导体模块的内部的第一主面上，并且所述第一金属层（22）是本身结构化的并进而构造出第一导体轨迹（220、222），所述第二金属层（24）布置在所述绝缘材料体背对所述功率半导体模块的内部的第二主面上，其中，功率半导体构件布置在导体轨迹（220、222）上且与之导电连接，并且其中，在此导体轨迹（220、222）或另一导体轨迹（220、222）上布置有第一适配元件（50），并且在所述适配元件（50）上布置有联接元件（60），其中，所述适配元件（50）面对所述第一联接元件（60）的第一主面（500）与所述第一联接元件（60）材料锁合且导电地连接，由此构造成第一连接方式，而所述第一适配元件（50）面对配属的导体轨迹（220、222）的第二主面（502）与所述配属的导体轨迹（220、222）借助连接介质（70）导电且材料锁合地连接，由此构造成第二连接方式。

【技术特征摘要】
2012.07.09 DE 102012211952.31.一种功率半导体模块，其具有用于布置在冷却装置(42)或基板(40)上的基底(2)，其中，所述基底(2)具有绝缘材料体(20)、第一金属层(22)和第二金属层(24)，其中，所述第一金属层(22)布置在所述绝缘材料体面对所述功率半导体模块的内部的第一主面上，并且所述第一金属层(22)是本身结构化的并进而构造出第一导体轨迹(220、222)，所述第二金属层(24)布置在所述绝缘材料体背对所述功率半导体模块的内部的第二主面上，其中，功率半导体构件布置在导体轨迹(220、222)上且与之导电连接，并且其中，在此导体轨迹(220,222)或另一导体轨迹(220、222)上布置有第一适配元件(50)，并且在所述适配元件(50 )上布置有联接元件(60 )，其中，所述适配元件(50 )面对所述第一联接元件(60 )的第一主面(500)与所述第一联接元件(60)材料锁合且导电地连接，由此构造成第一连接方式，而所述第一适配元件(50)面对配属的导体轨迹(220、222)的第二主面(502)与所述配属的导体轨迹(220、222)借助连接介质(70)导电且材料锁合地连接，由此构造成第二连接方式。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，布置有用于冷却装置(42)或基板(40)的第二适配元件(52)，其中，所述第二适配元件(52)面对所述第二金属层(24)的第一主面(520)与所述第二金属层(24)借助连接介质(72)通过第一连接方法材料锁合地连接，而所述适配元件(52)面对所述冷却装置(42)或所述基板(40)的第二主面(522)与所述冷却装置(42)或所述基板(40)通过第二连接方法材料锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔海因茨·奥古斯丁，约瑟夫·菲尔藤巴赫尔，乌尔里希·扎格鲍姆，于尔根·温迪施曼，彼得·贝克达尔，
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：