[发明专利]功率半导体模块和用于制造与温度传感器一起烧结的功率半导体模块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率半导体模块，其根据主权利要求的前序部分由尤其是现有的功率导体线路上的可烧结器件的共同设置组成，所述器件例如是半导体、温度传感器、芯片的串联电阻、电阻和电容构件、并联电阻，并且本发明涉及一种用于制造与温度传感器一起烧结的这种模块的方法。目标是通过无源器件与有源器件的共同烧结来获得一种用于制造经烧结的功率半导体模块的方法。

背景技术

尤其是针对汽车应用寻求可以安全地在尽可能小的空间上切换例如在发动机启动时流动的高电流。迄今为止为此使用通过中间设置的衬底固定于底板或热沉的功率开关。内部连接利用所谓的接合线来实现。塑料外壳容纳用于将模块与外置线路进行连接的连接。

在现有技术中，功率模块此外一般由至少一个半导体(晶体管、二极管或可比较的元件)组成。为了耐用的和耐温的组件，一个/多个功率半导体优选通过银层的烧结接合到衬底上。这种低温连接在DE 10 2008 035 93 A1中作为替代方案被提及。

衬底在这种情况下可以实施为具有部分塑料包封的金属冲压网格或实施为具有用于电流和热量输送的单面或双面金属镀层的陶瓷电路板。对于功率组件所需的功能来说，需要其他的无源器件——如温度传感器、芯片串联电阻、电阻和/或电容构件和/或并联电阻——来进行电流测量。

典型地，这些器件以来自传统制造技术(粘接、钎焊)的结构形式来采用。主要的结构形式在此情况下是既可以粘接、也可以钎焊到衬底上的表面安装的SMD部件(surface mounted device(表面安装设备))。

现有技术的缺点

这种无源器件的几何形状与这些制造技术相匹配并优选使用接合粘合剂(传导粘合剂)或软焊料的弯月面形成，以形成电接触和机械固定。在此，器件通常为圆柱体形的，但至少配备有咬边(Hinterschneidung)，其在烧结的压制过程中可能导致损坏或损毁。SMD器件的接触部另一方面普遍是在两个端盖上各自环绕的金属化部。热接触的和同时无电势的安装是不可能的。

此外，在功率电子衬底情况下存在比较厚的导体线路层，该导体线路层在常用的SMD器件情况下通过(蚀刻)沟与有源器件分开。功率导体线路的沟典型地具有约60μm至1000μm的宽度并且部分地也超过该宽度。

在制造蚀刻沟时，大多产生最低尺寸沟深的沟宽。在DCB(direct copper bonded(直接铜接合))型的陶瓷电路板情况下，在例如380μm厚度的铜导体线路的结构化过程中也产生至少380μm至600μm的沟宽。

作为衬底原则上考虑所有常用的电路板：陶瓷芯电路板(DCB)、金属芯电路板(IMS，insulated metal substrate(绝缘金属衬底))、有机电路载体(例如环氧树脂芯或聚酰亚胺芯电路板)。

但这种沟宽不适于通过SMD部件和压力烧结技术的安全桥接。存在下列缺点和过程不兼容性：

-经典SMD部件的环绕的端盖金属化部要求功率导体线路的面内的特有的小岛接触面。这减少了所需的载流截面和热膨胀能力，因为热流停留在蚀刻沟上。需要附加的高成本的衬底面。

-沟宽由工艺决定地比较大并且烧结压力使桥接的器件破碎。

-在经典结构类型的温度传感器情况下，导体线路布局中的传导性良好的导体线路层所需的小岛形成是一种附加的热绝缘并且不适当地减小了响应速度和所测量的温度与晶体管温度的所力求的平行进程。

-如果将功率半导体一方面通过烧结并且将无源温度传感器通过第二步骤借助钎焊或粘接进行安装，则产生至少双倍的制造和质量成本。在对无源温度传感器钎焊的情况下，还需要“液体净化”的制造步骤，该制造步骤需要可观的能源并增加生态负担。

发明内容

为克服所述的缺点，在主权利要求中描述了一种方法，其中至少一个功率半导体与至少一个温度传感器通过烧结技术安装在衬底上。从属权利要求再现了有利的实施方式。

尤其是提出，直接在半导体上安置温度传感器，例如具有温度敏感的铂金属电阻的温度传感器。

半导体模块的确具有温度传感器，以便可以在运行期间识别极限温度的及时达到。

在达到这种极限温度(例如180℃)的情况下，处于运行中的半导体严重受到过热的威胁并可能丧失其功能。在这种情况下，一般减少所控制的电流通过半导体，以便避免热破坏。

因此，在通过温度传感器正确确定极限温度情况方面，取决于三个边界条件：

1.温度传感器必须最大可能地靠近半导体安装，和