[发明专利]具有烧结的金属连接的功率半导体模块及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有衬底、至少一个功率半导体器件和至少一个引线框元件的功率半导体模块。本发明还涉及这种功率半导体模块的制造方法。

具体地，本发明涉及这种功率半导体模块(下面称其为“功率模块”)的装配和互连技术。为此，如通常已知的，实质上两个重要的电连接必须被闭合，即一方面半导体器件(也称为“芯片”)和衬底以及其它内部器件之间的连接，以及另一方面与外部环境的电连接。

背景技术

通常，现代的功率模块涉及必须从半导体元件消散由所需的高功率引起的大量废热的问题。另外，对于所有电连接需要获得高稳定性和载流能力。同时，制造成本应尽量低。

第一已知的封装功率半导体器件的设置将结合图4在下面详细解释。在该设置中，已知的功率半导体模块400包括其上装配有功率半导体器件404的衬底402。通常，该在先解决方法的衬底402是直接铜接合(DCB)衬底，并且半导体器件404在接触点406焊接到DCB衬底。在第二加工步骤，销408焊接到DCB衬底402以获得与外部的接触。为了最终组装，这些销408连接到印刷电路板(PCB)上的相应的导体线路，或者可替换地，注入或者插入到壳体。为此，应用压入接触(press-in contact)以及另外的焊接步骤。通过螺丝连接412实现机械连接到印刷电路板410。通过另一螺丝连接414或者卡扣式夹子(snap-in clip)，该设置连接到散热器416。在盎格鲁撒克逊(anglo-saxon)语中使用术语直接铜接合(DBC)衬底，顺便提及，也是经常被使用的。

这个已知设置的优点是关于电路配置有很高的灵活性。并且，易于实现小数量的制造。然而，该解决方案涉及每件制造成本相对高的缺点。其原因是当芯片初始焊接到陶瓷衬底时必须实施大量复杂的装配步骤，其同时保证与系统的其余部分电绝缘，并且，在第二步骤中，连接销408焊接到DCB衬底402。

另一个已知的设置示于图5。作为图4所示设置的连接销408的替换物，该图中所示的功率模块500提供有引线框指状物506。这里不同的半导体器件504装配在DCB衬底502上且以本身已知的方式焊接到DCB衬底502的铜结构505。朝着外部的所需连接同样由焊接到相应铜结构的引线框506制造。相比于图4的设置，制造图5的设置的工艺管理被简化到引线框元件506和器件504能同时地装配的效果。然而，该已知的设置仍需要分离的接合步骤以制造半导体器件504和相应的引线框元件506之间的电连接。此外，该设置仅适于相对简单的布局。最后，该已知的替换物展示相对大的复杂性以及比图4的设置小的灵活性。

此外，参照图6和7进行解释，完全放弃绝缘衬底并且替代地直接连接器件到引线框也是已知的。这种功率模块例如通过以下内容可以知道：H.Kawafuji等：“DIP-IPM der 4.Generation-Transfer-Mold-DIP-IPM für 5bis35A/1200V mit neuartiger ”，http://www.elektronikpraxis.vogel.de/leistungselektronik/articles/150931/，of11/06/2008。为了热消散而提供散热器，其设置在引线框的相反侧。由转移模制(transfer mold)制造的环氧树脂的塑性包装封装该设置并且电绝缘朝向外部的散热器。

为了改进图6的设置的非常不令人满意的热消散，在依据图7的设置中提供薄的、电绝缘、更高热传导的薄膜于引线框706和散热器716之间。因此，可以抛弃在外部的金属化散热器的封装，其允许向外部的更多的热消散。

依据图6和7的已知的功率半导体模块600、700具有对于大量产品的制造非常有成本效率的优势。

然而，这些现有的解决方案具有热条件仍不令人满意和关于电绝缘的构造设计相对复杂的缺点。最后，模块600、700的制造需要相对昂贵的工具。

发明内容

因此，本发明的一个目的是改进前述类型的功率半导体模块以使制造简化，优化热消散以及电绝缘，同时增加载流能力。

该目的通过独立权利要求的主题实现。发明的功率半导体模块和发明的制造方法的有利的实施例限定于从属权利要求中。

为了允许具有增加的特定操作温度的新的芯片的利用，通过使用它们的最大可能使用的参数，已知由金属烧结方法、具体地通过银烧结方法替换常规芯片焊接方法。