专利名称：功率半导体模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率半导体模块，所述功率半导体模块具有衬底、
壳体及桥元件(Briickenelement)，其中，衬底在第一主体面上具有用 于负载连接元件及用于功率半导体结构元件的导体轨并且在相对置的 第二主体面上具有金属层，设置所述金属层用于将热量导出到冷却结 构件上，其中，可以将壳体固定在该冷却结构件上，并且其中，桥元 件布置在壳体上并且为了对负载连接元件的接触区段进行定位而与衬 底的导体轨相关地被设置并且凭借推压元件向衬底的第一主体面推 压。
背景技术：
对于衬底例如是指DCB衬底(直接铜键合)。对这样的功率半导 体模块提出如下要求，功率半导体模块在-3(rC至15(TC的温度范围内在 很长的使用持续时间期间可靠地行使功能。这样大的温度范围引发相 应的由热膨胀引起的尺寸变化。
例如在申请人的DE 10 2006 006 424 Al中公开了开头所述类型的 功率半导体模块。在该公知类型的功率半导体模块中，冷却结构件与 固定在该冷却结构件上的壳体和设置于壳体内的桥元件一起形成第一 结构单元并且衬底与以适配于电路的方式施加在该衬底上的功率半导
体结构元件和负载连接元件一起形成第二结构单元。这两个公知的结 构单元相互之间不具有彼此在机械上刚性的连接，而是第二结构单元 可以在横向上在第一结构单元内部运动，如在该出版的现有技术的第
段所介绍的那样。在该公知的功率半导体模块中，衬底同样可以 关于壳体以由于温度而受限制的方式运动。在衬底的外部边缘与壳体 的附属的固定边缘之间的环形间隙中具有电绝缘的灌注物，以便使得
4设置在衬底的第一主体面上的导体轨相对于冷却结构件电绝缘。已硬 化的灌注物具有很高的介电常数，从而确保相应的击穿强度。然而由 于衬底的基于温度而受限制的、关于固定在冷却结构件上的壳体的可 运动性，在公知的功率半导体模块中，未可靠地消除己硬化的灌注物 的开裂，从而出现不希望的空气间隙，该空气间隙具有对应空气的相 应的介电常数S0，并且相应于已硬化的灌注物的介电常数S的击穿强度 相应地降低至对应空气的介电常数So的数值。这意味着，功率半导体模 块的寿命可能相应地缩减。
发明内容
基于对现况的认识，本发明的任务在于，完成开头所述类型的功 率半导体模块，所述功率半导体模块在结构简单的同时具有很高的运 行可靠性。
根据本发明地，该任务通过权利要求l的特征，也就是以如下方式 来解决，衬底与桥元件一起形成结构单元，将该结构单元以可以在所 有平行于衬底的第一和第二主体面的横向方向上受限制地运动的方式 布置在壳体中。由衬底和桥元件组成的结构单元可在垂直于所述横向 方向的方向上优选受限制地运动。
在根据本发明的功率半导体模块中，衬底也不是与可固定在冷却
结构件上的壳体一起形成结构单元，而是与可受限制地运动地设置在
壳体内的桥元件一起形成结构单元。沿着衬底的环形边缘和桥元件的
附属的固定边缘设置有电绝缘的灌注物，其中，已硬化的灌注物的开
裂被可靠地消除，这是因为在形成结构单元的桥元件与衬底之间消除
了由温度而引起的相对运动进而阻止形成降低击穿强度的空气间隙。
根据本发明的功率半导体模块因而在结构简单以及与此同时寿命长的 情况下具有出色的运行可靠性。
对于根据本发明的功率半导体模块被证实是适当的是，桥元件呈
5帽状地构造有环形的侧壁部、推压元件以及用于负载连接元件的接触 区段的引导井状件，并且壳体具有框架元件和盖件。桥元件的侧壁部 在此与壳体的框架元件以很小的间隙保持间隔，从而由衬底和桥式元 件组成的结构单元关于待固定或已固定在冷却结构件上的壳体的、由
于热膨胀而引起的运动毫无问题地可行，而不会与冷却结构件相关地 对功率半导体模块的击穿强度产生影响。
在根据本发明的功率半导体模块中，优选的是，桥元件的环形侧 壁部构造有为衬底环形边缘而设置的环形凸缘，该凸缘的净内部尺寸 配合于衬底的外部边缘。在此，桥元件的侧壁部的环形凸缘如此地造 型，即，衬底以设置在其第二主体面上的金属层稍微突出于该环形的 凸缘，从而确保的衬底的金属层可靠地大面积地置于冷却结构件上。
为了在桥元件与壳体之间确保上面所提及的限定的受限制的可运 动性，优选的是，桥元件的环形的侧壁部具有如下的外部尺寸，该外 部尺寸稍微小于壳体的框架元件净内部尺寸。
被证实适当的是，框架元件在其朝向盖件的面上构造有用于负载 连接元件连接区段的空隙并且所述盖件在其朝向框架元件的面上构造 有用于负载连接元件的所述连接区段的凹处。通过这样的构造方案得 到如下优点，负载连接元件可以简单而省时地装配。负载连接元件的
连接区段以接触凸片优选以可自由接近的方式突出于壳体的盖件，从 而功率半导体模块的负载连接元件毫无问题地从外部连接。
为了能够简单而省时地将根据本发明的功率半导体模块固定在冷 却结构件上，被证实适当的是，壳体的盖件和框架元件被构造有用于 固定元件的、在轴向上对齐固定孔，借助这些固定孔可以将功率半导 体模块固定在冷却结构件上。固定元件例如是指螺栓元件，借助该螺 栓元件将功率半导体模块固定在冷却结构件上，同时其中，引起桥元 件的、向衬底的第一主体面上的导体轨的挤压压力并且引起负载连接元件的接触区段向所述导体轨的接触压力。
由对根据本发明的功率半导体模块在附图中描述的实施例的下列 介绍而获知其它细节、特征以及优点。
其中
图l以分解图透视地示出功率半导体模块的构造方案， 图2以分解图示出依照图1的功率半导体模块的侧视图， 图3示出依据图2的功率半导体模块的剖切图，以及
图4示出己组装状态下的功率半导体模块的剖切图以及该功率半
导体模块的放大细节。
具体实施例方式
图1示出功率半导体模块10的构造方案，功率半导体模块10具有衬 底12、壳体14以及桥元件16。如由图4可见地，衬底12在第一主体面18 上具有导体轨20以及(未示出的)功率半导体结构元件并且在对置的 第二主体面22上具有金属层24。设置金属层24用于导出热量到未示出 的冷却结构件上。
衬底12与桥元件16—起形成结构单元26，该结构单元26在壳体14 中可以在所有平行于第一主体面18和第二主体面22的横向方向上受限 制地运动。受限制的可运动性在图4中由双箭头28表示。此外，也可以 在垂直于所述横向方向的方向上进行运动。
如由图3可见的是，桥元件16呈帽状地构造有环形的侧壁部30、指 状的推压元件32以及引导井状件34。引导井状件34被设置用于对接触 区段36进行定位，功率半导体模块10的负载连接元件38被构造有该接 触区段36。负载连接元件38的连接区段40从负载连接元件38的接触区 段36成角地伸出。
7功率半导体模块10的壳体14具有框架元件42和盖件44。从盖件44 伸出为弹性的控制-或辅助连接元件48而设置的顶端件46，该控制-或辅 助连接元件48在功率半导体模块10的已组装状态下与设置在衬底12上 的导体轨20合适地触点接通。
如由图4明显可见的是，桥元件16的环形的侧壁部30构造有凸缘 50，设置凸缘50用于衬底12在横向方向上的定位。出于该目的，环形 的凸缘50的净内部尺寸配合于衬底12的外部边缘。
为了在由桥元件16和衬底12组成的结构单元与壳体14或其框架 元件42之间确保在上面进一步介绍的和在图4中由双箭头28标明的 可运动性，桥元件16的环形侧壁部30具有外部尺寸52，该外部尺寸 52稍微小于壳体14的框架元件42的净内部尺寸54 (参见图4)。
如例如由图l可见的是，盖件14的框架元件42在其朝向盖件14 的面56上构造有用于负载连接元件38的连接区段40的空隙58。同样 地，盖件44在其朝向壳体14的框架元件42的内面60上构造有用于 负载连接元件38的连接区段40的凹处62。负载连接元件38的连接区 段40以接触凸片64以可自由接近的方式突出于壳体14的盖件44的 外部边缘。
壳体14的盖件44和框架元件42构造有在轴向上对齐的固定孔66 和68。在功率半导体模块10的已组装状态下，固定孔66和68用于接 纳未示出的固定元件，借助该固定元件可以将功率半导体模块10固定 在冷却结构件上。
在图1至4中，相同的细节部分分别以同一附图标记标出，从而 省掉结合所有附图分别详细地介绍所有细节部分。附图标记列表
10 功率半导体模块
12 衬底(属于10)
14 壳体(属于10)
16 桥元件(属于10)
18 第一主体面(属于12)
20 导体轨(在18上)
22 第二主体面(属于12)
24 金属层(在22上)
26 结构单元(由12与16组成)
28 双箭头/可运动性(26与14之间)
30 环形的侧壁部(属于16)
32 推压元件(属于16，用于12)
34 引导井状件(在16中，用于36)
36 接触区段(属于38)
38 负载连接元件(属于10)
40 连接区段(属于38)
42 框架元件(属于14)
44 盖件(属于14)
46 顶端件(在44上，用于48)
48 控制-或辅助连接元件(属于10)
50 环形的凸缘(属于30，用于12)
52 外部尺寸(属于30)
54 净内部尺寸(属于42)
56 面(属于42)
58 空隙(在56中)
60 内面(属于44)
62 凹处(在60中)
64 接触凸片(属于40)
66 固定孔(在44中)
68 固定孔(在42中)。
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权利要求
1.功率半导体模块，具有衬底(12)、壳体(14)以及桥元件(16)，其中，所述衬底(12)在第一主体面(18)上具有用于负载连接元件(38)及用于功率半导体结构元件的导体轨(20)并且在对置的第二主体面(22)上具有金属层(24)，设置所述金属层(24)用于将热量导出到冷却结构件上，所述壳体(14)能够固定在所述冷却结构件上，并且所述桥元件(16)布置在所述壳体(14)中并且为了对所述负载连接元件(38)的接触区段(36)进行定位而与所述衬底(12)的所述导体轨(20)相关地设置并且以推压元件(32)向所述衬底(12)的所述第一主体面(18)推压，其特征在于，所述衬底(12)与所述桥元件(16)形成结构单元(26)，所述结构单元(26)以在所有平行于所述衬底(12)的所述第一主体面(18)及所述第二主体面(22)的横向方向上能受限制地运动的方式布置在所述壳体(14)中。
2. 根据权利要求l所述的功率半导体模块，其特征在于，由所述 衬底(12)与所述桥元件(16)组成的所述结构单元(26)能在垂直 于所述横向方向的方向上受限制地运动。
3. 根据权利要求1或2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述 桥元件(16)呈帽状地构造有环形的侧壁部(30)、所述推压元件(32) 以及用于所述负载连接元件(38)的所述接触区段(36)的引导井状 件(34)，并且所述壳体(14)具有框架元件(42)和盖件(44)。
4. 根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述桥 元件(16)的所述环形侧壁部(30)构造有为所述衬底(12)而设置 的环形凸缘(50)，所述环形凸缘(50)的净内部尺寸配合于所述衬底(12)的外部边缘。
5. 根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述桥 元件(16)的所述环形侧壁部(30)具有外部尺寸(52)，所述外部 尺寸(52)稍微小于所述壳体(14)的所述框架元件(42)的净内部 尺寸(54)。
6. 根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述壳 体(14)的所述框架元件(42)在其朝向所述盖件(44)的面(56) 上构造有用于所述负载连接 元件(38)的连接区段(40)的空隙(58)， 并且所述壳体(14)的所述盖件(44)在其朝向所述框架元件(42) 的面(60)上构造有用于所述负载连接元件(38)的所述连接区段(40) 的凹处(62)。
7. 根据权利要求6所述的功率半导体模块，其特征在于，所述负 载连接元件(38)的所述连接区段(40)以接触凸片(64)以能自由 接近的方式突出于所述壳体(14)的所述盖件(44)。
8. 根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述壳 体(14)的所述盖件(44)和所述框架元件(42)构造有用于固定元 件的、在轴向上对齐的固定孔(66、 68)，借助所述固定孔(66、 68) 能够将所述功率半导体模块(10)固定在冷却结构件上。
全文摘要
介绍了一种功率半导体模块(10)，所述半导体模块(10)具有衬底(12)、壳体(14)和桥元件(16)。壳体(14)可以固定在冷却结构件上。桥元件(16)布置在壳体内并且以推压元件(32)向衬底(12)推压。此外，桥元件(16)为了定位负载连接元件(38)而与衬底(12)的导体轨(20)相关地设置。为了确保出色的耐电压强度或者说击穿强度，衬底(12)与桥元件(16)一起形成结构单元(26)，该结构单元(26)以在所有横向方向上可受限制地运动的方式布置在壳体(14)中。
文档编号H01L23/48GK101635287SQ20091015218
公开日2010年1月27日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者雷纳尔·波浦, 马库斯·格鲁贝尔 申请人:赛米控电子股份有限公司