用于接触半导体的方法和用于半导体的接触组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于接触半导体（10）的方法以及一种用于半导体（10）的接触组件（1），其中，所述半导体（10）在至少一个第一面处通过形成具有预定厚度的第一焊接层（30）与第一接触副（20）面式地相连接。根据本发明，在所述半导体（10）上施加聚酰亚胺层（14）作为限制介质，其预定了所述半导体（10）的至少一个焊接面（12）的尺寸和/或形状。
【专利说明】用于接触半导体的方法和用于半导体的接触组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据独立权利要求1所述的类型的用于接触半导体的方法以及一种根据独立权利要求5所述的类型的用于半导体的接触组件。
【背景技术】
[0002]在其中接通高功率的所谓的高功率应用中，用于建立接触组件的结构元件通常作为没有壳体的构件、所谓的“bare-dies”焊接在基质、例如直接敷铜技术基质(DBC)、绝缘金属衬底技术基质(MS)等上和/或电路板上和/或冲制格栅或类似者上。半导体在至少一个第一面处通过构造带有预定厚度的第一焊接层与至少一个第一接触副面式地相连接。在此问题是，在没有侧向引导的情况下半导体可能在焊接层上漂移，使得半导体不能保持原来的位置，而是在基质上侧向地运动。可通过合适的措施防止该侧向的运动。在接触副和接触副之间，这些措施彼此不同。
[0003]此外，半导体在以上阐述的高功率应用中不仅焊接在面对第一接触副的接触面上，而且也通过构造带有第二接触面的第二焊接层与第二接触副接触。在此，第一接触面通常通过金属卡子和/或金属桥、但是在一些情况中也通过特有的DBC接触。在此，下侧通常是用于储存热或散热的绝缘的金属块，但是也可为其它基质。
[0004]在公开文献DE10332695A1中例如描述了用于将结构元件固定在至少一个支架处的组件。在所描述的组件中，在结构元件的焊接部位上设置焊接层，其中，焊接部位布置在面对相应的支架的表面上。此外，在支架的表面处设置用于容纳焊接过量部和/或焊接限制部的相应的支架的至少一个凹口。在此，具有凹口的支架表面面对结构元件的焊接部位。
[0005]在专利文献US4，935，803中描述了一种用于构件的接触组件。在所描述的接触组件中，构件在至少一个第一面处通过构造第一焊接层与至少一个第一接触副面式地相连接，其中，第一接触副实施成电接触压板。此外，构件在第二面处通过构造至少一个第二焊接层与第二接触副面式地相连接。通过凸形的压板形状，防止了第一焊接层的偏移并且实现了压板在构件上的自动对中。
【发明内容】
[0006]相对地，带有根据独立权利要求1或6所述的特征的根据本发明的用于接触半导体的方法以及根据本发明的用于半导体的接触组件具有的优点是，在半导体上施加有耐焊接的层作为限制介质，该耐焊接的层预定了半导体的至少一个焊接面的尺寸和/或形状，并且防止了在焊接过程期间半导体的漂移和/或侧向的折断。防止用焊料将所述层润湿的材料、例如聚酰亚胺适合作为耐焊接的层。聚酰亚胺是高功率塑料，其最重要的结构特征是酰亚胺族。以有利的方式，仅仅芳香族的聚酰亚胺通常不可熔化并且在化学上也相对于多种溶剂非常稳定。由于耐热性、少的气体析出、耐辐射性、绝缘性能和通常的溶剂不会附着在聚酰亚胺层上的性能，聚酰亚胺溶剂非常好地适合用作用于限制在半导体上的焊接面的涂覆介质。[0007]本发明的实施例以有利的方式防止了半导体在焊接时的侧向漂移和/或扭转并且特别是在双侧焊接半导体时相对于其它已知的解决方案提供了优点。耐焊接的层以有利的方式保护了半导体的这样的区域，即，该区域不应与焊剂接触并且用于通过在耐焊接的层中形成凹口而简单地且快速地形成焊接面。以有利的方式，仅仅必须准备待固定的半导体并且利用耐焊接的层将其进行预处理，而接触副不必具有附加的限制部和/或漂移保护措施。优选地，耐焊接的覆层已经是半导体壳体的组成部分。
[0008]本发明的重要想法基于，通过耐焊接的层可将被施加的焊剂在一定的焊接区域之内保持在半导体上。
[0009]根据本发明的用于接触半导体的方法的实施方式使半导体在至少一个第一面处通过形成具有预定厚度的第一焊接层与至少一个第一接触副面式地相连接。根据本发明，在半导体上施加耐焊接的层、例如聚酰亚胺层作为限制介质，其预定了半导体的至少一个焊接面的尺寸和/或形状。
[0010]此外，提出了 一种用于半导体的接触组件，其在至少一个第一面处通过形成具有预定厚度的第一焊接层与至少一个第一接触副面式地相连接。根据本发明，在半导体上施加耐焊接的层、例如聚酰亚胺层作为限制介质，其预定了半导体的至少一个焊接面的尺寸和/或形状。
[0011]本发明的实施方式以有利的方式使半导体与第一接触副的第一接触面面式地相连接，从而在均匀的电流分布时可实现小的电阻力并且实现在半导体上高的功率密度。
[0012]通过在从属权利要求中阐述的措施和改进方案，实现了在独立权利要求1中给出的用于接触半导体的方法和在独立权利要求6中给出的根据本发明的用于接触半导体的接触组件的有利改进方案。
[0013]特别有利地，在至少一个第一接触副的至少一个接触面和耐焊接的层的边缘之间的侧向距离根据焊接层的厚度进行选择。通过该距离可以有利的方式预定其中半导体可能漂移的最大公差范围。当在焊接过程期间施加了过多的焊剂时，这是特别有利的。
[0014]在根据本发明的用于接触半导体的方法的有利设计方案中，第一接触副的至少一个接触面的边缘可被倒圆。该边缘的倒圆优选地可通过在第一接触副的与所述接触面相对的一侧上进行模压来实现。所述至少一个第一接触面的倒圆的几何形状以有利的方式即使在半导体和第一接触副严重倾覆时也能够避免在半导体的棱边和第一接触副之间的机械接触。因此，可以有利的方式保护在边缘区域中的关键的有效结构。此外，通过相应地造型，第一接触副的至少一个待接触的接触面能够与半导体的至少一个焊接面相匹配，并且在理想情况中与该焊接面相符。由此，在焊接过程中作用的焊剂的附着力能够防止半导体的旋转和/或漂移。这提供了成本适宜的解决方案，因为以有利的方式不需要附加的措施、例如焊接终止漆或填平部(Dimpel)。此外，至少一个第一接触副的接触面可如此实施，使得焊剂在半导体上流到限制的耐焊接的层并且在第一接触副的接触面上流到接触面的棱边。由此，可以有利的方式利用整个可供使用的接触面用于接触，从而可得到在电流分布、电阻和导热方面的显著优点。此外，可以有利的方式减小在半导体的棱边处的机械应力并且可避免半导体的损坏。
[0015]在根据本发明的用于接触半导体的方法的另一有利设计方案中，可使半导体在第二面处通过构造至少一个第二焊接层与第二接触副面式地相连接。这以有利的方式实现了待接触的半导体在基质、例如直接敷铜技术基质(DBC)、绝缘金属衬底技术基质(MS)等上和/或电路板上和/或冲制格栅和/或导热元件上的固定。
[0016]特别有利的是，在至少一个第一接触副的至少一个接触面和耐焊接的层的边缘之间的距离相当于焊接层厚度的两倍至四倍。优选地，焊接层的厚度约为50至ΙΟΟμπι，并且对应的侧向距离优选地在100至400 μ m的范围中。
[0017]在根据本发明的用于半导体的接触组件的有利设计方案中，半导体在第二面处通过形成第二焊接层与第二接触副面式地相连接。在此，第一接触副例如可实施成压板和/或金属卡子和/或桥，其中，半导体通过第一接触副与至少一个组件电连接。第二接触副例如可实施成基质和/或电路板和/或冲压格栅和/或导热元件。通过与实施成压板和/或桥的第一接触副接触，半导体可以有利的方式以小的接触电阻与其它组件相连接以传递高功率。因此，半导体例如可与电流源和/或电压源和/或其它半导体构件相连接。同时，半导体可与不同的第二接触副相连接，由此以有利的方式实现了材料选择与实际情况的匹配。因此，例如可选择具有绝缘的和/或冷却的和/或蓄热的和/或导热的性能的材料。通过根据本发明的接触组件的实施方式，半导体能够以有利的方式与具有良好的导热能力的第一接触副和实现高的热导出的第二接触副组合在一起。这以有利的方式提高了半导体的使用寿命和/或可靠性。
[0018]在根据本发明的用于半导体的接触组件的另一有利设计方案中，带有第二接触副的第二焊接层基本上平行于带有第一接触副的第一焊接层伸延。这以有利的方式实现了夹心结构，在其中，半导体布置在例如实施成压板的第一接触副和例如实施成基质的第二接触副之间。通过利用附着力，能够在预定的位置在没有倾覆和/或漂移的情况下接触和固定半导体。
[0019]在根据本发明的用于半导体的接触组件的另一有利设计方案中，第一接触副可具有连续的接触面或多个接触面。以这种方式，能够以有利的方式利用在半导体上的附加的棱边，其保证了在焊接过程期间半导体更少的旋转和/或漂移。
[0020]通常，所谓的闸极指叉位于大的半导体上。在此，该闸极指叉为金属条带，其从闸极开始在放射面上延伸、但是与此绝缘。该闸极指叉用于，实现比通过半导体结构更快速地将闸极信号传递到电芯处。优选地，闸极指叉与半导体边缘一样向上通过耐焊接的层、例如聚亚酰胺层绝缘。通过闸极指叉能够将上部的半导体面分割成多个附加的焊接面，其可用作附加的漂移保护。为此，被分割的面例如通过在压板中的槽同样复制在压板的面中，从而在焊料湿润时产生了多个附加的单个焊接面。由此，可提高焊料作用在此处的边缘长度，并且可进一步减小半导体在焊接过程期间漂移的风险。为了如此接触功率结构元件，可使用金属夹子，其通过模压的结构覆盖半导体的整个面。同时，金属夹子的边缘结构通过模压部防止了半导体的棱边的机械负载。
[0021 ] 备选地，在半导体上构造由耐焊接的材料、例如聚酰亚胺条带制成的附加的条带，其相应于以上描述的闸极指叉将上部的半导体面分割成多个附加的焊接面，但是不具有电功能。该聚酰亚胺条带以有利的方式提供了在焊接过程中半导体的旋转和/或漂移保护。
[0022]耐焊接的层可通常一方面如此实施，使得其完全地在边缘包围半导体的至少一个焊接面，其中，例如形成矩形的或圆形的焊接面。以这种方式，当使第一接触副的接触面与半导体的被包围边缘的焊接面的形状和大小匹配时，通过来自边缘包围的附着力在任意方向上都防止了半导体的漂移。出于相同的原因，同样半导体不可能旋转。
[0023]在本发明的改进方案中，耐焊接的层仅仅表示半导体的至少一个焊接面的边缘的一部分。例如，耐焊接的层构造成两个彼此平行的间隔开的条带区段的形式，其中，在两个条带区段之间设置至少一个焊接面。耐焊接的层至少在其邻接焊接面的区域中表示限制介质，并且以这种方式确定了至少一个焊接面的尺寸和/或形状。以这种方式，当使第一接触副的接触面与半导体的预定的焊接面的形状和大小相匹配时，通过至少在耐焊接的层与焊接面的邻接部的方向上的附着力防止电路板的漂移。通常，电路板的旋转同样是不可能的。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]在附图中并且在以下描述中详细解释本发明的实施例。在附图中相同的附图标记表示具有相同或相似功能的组件或元件。
[0025]图1示出了根据本发明的接触组件的第一实施例的示意性的立体图；
[0026]图2示出了根据本发明的接触组件的第二实施例的示意性的立体图；
[0027]图3示出了根据本发明的接触组件的第三实施例的示意性的截面图；
[0028]图4示出了放大的局部图，其示出了在第一接触元件的接触面和图3中的示意性的截面图的聚酰亚胺层之间的侧向距离。
【具体实施方式】
[0029]如可从图1至4中看出的那样，所示出的接触组件1、1’、1’ ’的实施例包括半导体
10、10’、10’ ’，其在至少一个第一面处通过形成具有预定的厚度LD的第一焊接层30、32’、34’、36’、30’ ’与至少一个第一接触副20、20’、20’ ’、60’ ’面式地相连接。
[0030]根据本发明，聚酰亚胺层14、14’、14’’作为限制介质被施加在半导体10、10’、10’’上，其预定了半导体10、10’、10’’的至少一个焊接面12、12’、12’’的尺寸和/或形状。第一焊接层30、32’、34’、36’、30’ ’、80’ ’通过聚酰亚胺层14、14’、14’ ’、18’以有利的方式在焊接面12、12’、12’’的预定区域之内被保持在半导体10、10’、10’’上。
[0031]所不出的实施例适合用于闻功率应用、特别是用于在其中必须接通闻功率的应用，和半导体开关、例如Power-Mos-FET(功率金属氧化物半导体场效应晶体管)和/或IGBT(带有绝缘门电极的双极晶体管)。
[0032]如还可从图1和2中看出的那样，聚酰亚胺层14、14’、18’包围在半导体上的至少一个焊接面12、12’，其中，以下参考图4详细描述的侧向距离A定义成在聚酰亚胺层14、14’、18’的内棱边和第一接触副20、20’的接触面20.2、22.2’ ,24.2’ ,26.2’的外棱边之间的最短距离。聚酰亚胺尤其好地适合用作限制介质，因为该材料能承受高的温度并且例如可以薄膜的形式轻易地施加。此外，通常的焊剂不会附着在聚酰亚胺上。
[0033]如还可从图1至4中看出的那样，半导体10、10’、10’’在所示出的实施例中在第二面处通过形成第二焊接层50、50’、50’’与第二接触副40、40’、40’’面式地相连接。在此，第一接触副20、20’、20’ ’和/或第三接触副60’ ’实施成金属压板和/或金属夹子和/或金属桥。第一和/或第三接触副20、20’、20’’使半导体10、10’、10’’与至少另一组件70’’、90’’电连接，其中，第一和/或第三接触副20、20’分别通过焊接层72’’、92’’与组件70’’、90’’相连接、如可从图3中看出的那样。第二接触副40、40’、40’’实施成基质和/或电路板和/或冲压格栅和/或导热元件。此外，带有第二接触副40、40’、40’’的第二焊接层50、50’、50’ ’基本上平行于带有第一接触副20、20’、20’ ’、60’ ’的第一焊接层30、32’、34’、36’、30’ ’ 伸延。
[0034]如还可从图2中看出的那样，第二接触副40’在所示出的实施例中此外具有绝缘层40.1’并且实施成用于热储存或散热的绝缘金属块。
[0035]如还可从图1中看出的那样，第一接触副20具有连续的接触面20.2，其中，第一接触副20的至少一个接触面20.2的边缘被实施成倒圆的。所述边缘的倒圆尤其地可通过在第一接触副20的与接触面20.2相对的一侧上引入模压部20.4来实现。以这种方式，接触面20.2可简单地且快速地与半导体10的焊接面12的尺寸相匹配，在其中模压部20.4在形状和大小上与半导体的焊接面12相符。通过接触面20.2的形状，在利用出现的附着力的情况下可以有利的方式防止半导体10在焊接过程、尤其在双侧的焊接过程期间的漂移和/或打滑。通过压板支承部的形状并且通过焊接层30的附着力，对于半导体10来说其不可能在焊接过程期间旋转或漂移。如还可从图1中看出的那样，实施成压板的第一接触副20如此实施，即，焊料如此分布在半导体10上，S卩，其流到限制的聚酰亚胺层14，焊料不附着在聚酰亚胺层14上。在实施成压板的第一接触副30处，焊料流到压板支承部的棱边。
[0036]如还可从图2中看出的那样，第一接触副20’具有多个接触面22.2’、24.2’、26.2’。在所示出的实施例中，半导体10’具有多个焊接面12’，其通过所谓的闸极指叉(Gatefinger) 16’分离。在此,其为从闸极起通过在放射面上延伸的但是与该放射面绝缘的金属条带。闸极指叉16’比其通过半导体结构实现更快速地将闸极信号带到电芯。闸极指叉16’通常向上利用聚酰亚胺覆盖部18’或聚酰亚胺层绝缘。第一接触副20’具有带有多个接触面22.2’ ,24.2’ ,26.2’的对应的导体结构22’、24’、26’，以用于接触半导体10’的通过闸极指叉16’分离的焊接面12’。在此，第一接触面26.2’通过研磨和/或蚀刻和/或弯曲与对应于放射面的第一导体结构26’相匹配。此外，没有两侧地倒圆第一导体结构26’的棱边。第二导体结构24’具有直角平行六面体的形状，其中，接触面22.4’的棱边未被倒圆。第三导体结构22’具有两个倒圆的棱边，其通过模压部20.4’构造在与接触面22.2’相对的一侧上。所描述的导体结构22’、24’、26’是可能的实施例，其中，用于独立的导体结构22’、24’、26’的其它形状和制造方法也是可行的。同样，接触面20.2’、22.4’、22.6可变化。此外，可构造更多或更少的闸极指叉16’和相应地更多或更少的对应的导体结构22’、24，、26，。
[0037]在本发明的备选的未示出的实施形式中，在半导体10’上构造有附加的聚酰亚胺条带，其相应于以上描述的闸极指叉16’将上部的半导体面分割成多个附加的焊接面，但是不具有电功能。
[0038]在半导体10’上的附加的棱边以有利的方式实现更好地保护以防在焊接过程期间的旋转和/或漂移。为此，半导体10’的第一面被分割成多个附加的焊接面12’。为此，被分割的面12’例如通过在金属压板中的槽同样复制在半导体10’上，从而在湿润焊料时产生单个的焊接面12’。由此，可提高焊接可作用在该处的边缘长度并且进一步减小了半导体10’的漂移风险。
[0039]如可从图3中看出的那样，在所示出的实施例中，半导体10’’的第一面同样通过聚酰亚胺层14’’分割，其中，以简单的方式产生的由至少两个接触副20’’、60’’构成的焊接面12’’通过具有预定厚度LD的焊接层30’’、80’’面形地相连接。在所示出的实施例中，半导体10’’通过第一接触副20’’并且通过第四焊接层72’’与第一组件70’’相连接，并且通过第三接触副60’’和第五焊接层92’’与第二组件90’’相连接。g卩，半导体10’’通过第一和/或第三接触副20’ ’、60’ ’例如与电流源和/或电压源和/或其它半导体构件相连接。
[0040]如还可从图4中看出的那样，如此施加聚酰亚胺层14’ ’，即，在至少一个第一接触副20’’的至少一个接触面20.2’’和聚酰亚胺层14’’的边缘之间的侧向的距离A相当于焊接层厚度LD的两倍至四倍。在图4中示出的实施例中，焊接层30’’的厚度LD例如约为50至100 μ m，并且侧向的距离A优选地在100至400 μ m的范围中。
[0041]在用于接触半导体10、10’、10’’的对应的方法中，半导体10、10’、10’’在至少一个第一面处通过构造带有预定厚度LD的第一焊接层30、32’、34’、36’、30’’、80’’与至少一个第一接触副20、20’、20’’、60’’面式地相连接。根据本发明，在半导体10、10’、10’’上施加聚酰亚胺层14、14’、14’’、18’作为限制介质，其预定了半导体10、10’、10’’的至少一个焊接面12、12’、12’’的尺寸和/或形状。在此，在至少第一接触副20、20’、20’’、60’’的至少一个接触面20.2、22.2’ ,24.2' ,26.2' ,20.2"和聚酰亚胺层14、14’、14’’、18’的边缘之间的侧向距离A根据焊接层30、32’、34’、36’、30’ ’、80’ ’的厚度LD选择。第一接触副20、20’、20’ ’、60’ ’的至少一个接触面20.2、22.2’ ,24.2’ ,26.2’ ,20.2’ ’的边缘被倒圆，其中，边缘的倒圆尤其地通过在第一接触副20、20’、20’ ’、60’ ’的与接触面20.2,22.2’ ,24.2’、
26.2' ,20.2’’相对的一侧上引入模压部20.4、20.4’来实现。此外，半导体10、10’、10’’在第二面处通过构造至少一个第二焊接层50、50’、50’ ’与第二接触副40、40’、40’ ’面形地相连接。
【权利要求】
1.一种用于接触半导体的方法，其中，所述半导体(10、10’、10〃)在至少一个第一面处通过形成具有预定厚度(LD)的第一焊接层(30、32’、34’、36’、30〃、80〃)与至少一个第一接触副(20、20’、20〃、60〃)面式地相连接，其特征在于，在所述半导体(10、10’、10〃)上施加耐焊接的层(14、14’、14"、18’ )作为限制介质，所述耐焊接的层预定了所述半导体(10、10’、10")的至少一个焊接面(12、12’、12〃)的尺寸和/或形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置聚酰亚胺层(14、14’、14〃、18’)作为耐焊接的层。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，在所述至少一个第一接触副(20,20'、20〃、60〃)的至少一个接触面(20.2,22.2’ ,24.2’ ,26.2’ ,20.2〃)和所述耐焊接的层(14、14’、14〃、18’ )的边缘之间的侧向距离(A)根据所述焊接层(30、32’、34’、36’、30〃、80")的厚度进行选择。
4.根据权利 要求1或3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一接触副(20、20’、20〃、60〃)的至少一个接触面(20.2,22.2’ ,24.2’ ,26.2’ ,20.2〃)的边缘被倒圆，其中，所述边缘的倒圆特别是通过在所述第一接触副(20、20’、20〃、60〃)的与所述接触面(20.2、22.2’ ,24.2’ ,26.2’、20.2〃)相对的一侧上引入模压部(20.4、20.4’)来实现。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述半导体(10、10’、10")在第二面处通过形成至少一个第二焊接层(50、50’、50〃)与第二接触副(40、40’、40〃)面式地相连接。
6.一种用于半导体的接触组件，其中，所述半导体(10、10’、10")在至少一个第一面处通过形成具有预定的厚度(LD)的第一焊接层(30、32’、34’、36’、30〃)与至少一个第一接触畐lj(20、20’、20〃、60〃)面式地相连接，其特征在于，在所述半导体(10、10’、10〃)上施加有耐焊接的层(14、14’、14"、18’ )作为限制介质，所述耐焊接的层预定了所述半导体(10、10’、10")的至少一个焊接面(12、12’、12〃)的尺寸和/或形状。
7.根据权利要求6所述的接触组件，其特征在于，所述耐焊接的层是聚酰亚胺层(14、14， 、14"、18，)。
8.根据权利要求6或7所述的接触组件，其特征在于，所述耐焊接的层(14、14’、14"、18’ )如此施加，使得在所述至少一个第一接触副(20、20’、20〃、60〃)的至少一个接触面(20.2,22.2’ ,24.2’ ,26.2’ ,20.2")和所述耐焊接的层(14、14’、14〃、18’ )的边缘之间的侧向距离(A)相当于焊接层厚度(LD)的二至四倍，优选地，所述焊接层(30、32’、34’、36’、30")的厚度(LD)约为50至100 μ m，并且所述侧向的距离(A)优选地位于100至400 μ m的范围中。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的接触组件，其特征在于，所述半导体(10、10’、10〃)在第二面处通过形成第二焊接层(50、50’、50〃)与第二接触副(40、40’、40〃)面式地相连接。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的接触组件，其特征在于，所述第一接触副(20、20’、20〃、60〃)为压板和/或金属卡子和/或桥，其中，所述半导体(10、10’、10〃)通过所述第一接触副(20、20’、20〃、60〃)与至少一个组件(70〃、90〃)电连接，并且其中，所述第二接触副(40、40’、40")为基质和/或电路板和/或冲压格栅和/或导热元件。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的接触组件，其特征在于，所述第一接触副(20,20'、 20〃、60〃)具有连续的接触面(20.2,20.2〃)或多个接触面(22.2’ ,22.4’ ,22.6’)。
【文档编号】H01L21/60GK103959449SQ201280057174
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2011年11月21日
【发明者】E·聚斯克, E·盖尼兹, G·布劳恩 申请人:罗伯特·博世有限公司