电子模块的制造

电子模块的制造
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造电子模块、特别是功率电子模块的方法，所述方法包括至少一个半导体芯片与至少一个引线框架的触点接通，其中，半导体芯片在其上侧上并且在其下侧上分别具有至少一个电接口。本发明也涉及一种电子模块，所述电子模块借助于所述方法制造。本发明特别是能够应用在功率电子模块上，所述功率电子模块具有至少一个功率半导体芯片形式的半导体芯片。
【背景技术】
[0002]在功率(电子)模块中通常通过功率半导体芯片的上侧或下侧建立至相应的所述功率半导体芯片的电连接。典型地在上侧上建立电连接，以便产生至模块的接口的电流动。已知用于建立这种电连接的是铝导线(粗导线或细导线)，所述铝导线一方面粘合到上侧上并且另一方面粘合到模块外部的和/或内部的连接面上。也公知的是，通过(粗导线或细导线的)铜导线粘合、细带粘合和与由合金构成的导线的粘合建立所述电连接。还有其他的连接解决方案，包括例如根据Semikron公司的所谓的“SkiN”技术的、烧结的、金属化的塑料薄膜。SkiN技术的特征在于由柔性的、结构化的薄膜替代粘合导线，所述薄膜平面地烧结在电路板上，所述电路板具有固定在其上的功率电子部件。此外，公知了由粗铜构成的焊接的汇流排。此外，公知了 Siemens公司的所谓的“SiPLIT”技术。
[0003]在公知的连接技术中具有的缺点是，在使用不平坦的(例如借助于导线粘合的)连接技术中，与芯片表面连接的上部的布线层只能困难地进行冷却。平坦的连接技术的、例如“SkiN”技术或“SiPLIT”技术的应用与之相反在制造中是花费相对高的，并且此外尤其由于花费高的制造步骤、例如结构化或金属化是昂贵的。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于，至少部分地克服现有技术的缺点，并且特别是提出一种能简单地和廉价地转化的、并且能有效地冷却的用于具有至少一个电子部件、特别是功率电子部件、专门是功率半导体芯片的电子模块的连接技术。
[0005]该目的根据独立权利要求所述的特征实现。优选的实施方式特别是能够从从属权利要求中得出。
[0006]该目的通过一种用于制造电子模块的方法实现，所述方法包括至少一个半导体芯片与至少一个引线框架的触点接通，其中，半导体芯片在其一侧(下面所述侧不限制普遍性地称为“上侧”)上并且在与此相对设置的侧(下面所述侧不限制普遍性地称为“下侧”)上分别具有至少一个电接口，并且至少一个引线框架直接触点接通所述侧之一、特别是上侧的至少一个接口。
[0007]所述方法具有的优点是，相对于公知的平坦的连接技术能够简单地和廉价地制造，并且相对于非平坦的连接技术能够提供布线或电连接的非常稳定的、可靠的和能有效冷却的可能性。引线框架特别是可以替代通常非平坦的功率模块中的全部的粘合、以及例如SiPLIT中的复杂的制造过程。
[0008]至少一个半导体芯片可以是功率半导体芯片。电子模块则也可以称为功率电子模块。一个改进方案是，至少一个半导体芯片是功率开关。还有一个改进方案是，至少一个半导体芯片是IGBT、功率MOSFET、功率二极管、晶闸管、双向晶闸管等。
[0009]除了至少一个半导体芯片以外，模块的至少一个另外的部件还能够以类似的方式与引线框架连接，所述至少一个另外的部件例如是至少一个带壳的电子部件、能导电的间隔件、电阻、线圈、电容等。
[0010]引线框架可以例如由铜或铜合金构成。引线框架通常可以独立地制造并且是可操纵的电路结构。
[0011]半导体芯片在其上侧和下侧上分别具有至少一个电接口，这特别可以包括:所述半导体芯片仅仅在其上侧和下侧上分别具有至少一个电接口，也就是说，不具有侧面引出的连接管脚或小连接腿。
[0012]一个改进方案是，半导体芯片的电接口是平坦的接口或连接区域、例如接触区域或接触垫，从而所述电接口能够特别容易地触点接通。平面的接口或连接区域可以特别是理解为并非插入相应的凹部中的凸出部，也就是说，不是连接销。因此，平坦的连接区域可以特别具有或者构成平坦的接触面，然而不局限于此。平坦的连接区域也可以集成在绝缘体下方。
[0013]“直接的”触点接触特别理解为这样一种触点接触，即在所述触点接触中，引线框架和半导体芯片的接口在没有其他的连接元件的情况下、即在不使用粘合导线或类似物的情况下彼此连接。然而在直接触点接通时可以使用增附剂，例如接触膏、焊料或烧结层。增附剂特别可以作为连接层存在。
[0014]一个构造方案是，所述方法至少包括下述步骤:⑴提供(至少一个)引线框架；(ii)将(至少一个)引线框架与至少一个半导体芯片的示例性地选取的上侧触点接通；并且(iii)将至少一个部件的以及必要时引线框架的下侧与共同的电路板触点接通。
[0015]步骤(ii)特别包括至少一个连接区域在半导体的上侧处的触点接通。对于这种情况而言，即在上侧上存在多个彼此电隔离的连接区域，引线框架可以与所述连接区域中的一个或多个触点接通，特别是也可以与所有连接区域触点接通。
[0016]步骤(iii)中的共同的电路板特别可以具有板状的基底，所述基底在其上或前侧上具有至少一个结构化的能导电层(Lage)，用于与至少一个半导体的至少一个下侧触点接触。结构化的层也可以称为导体结构或下部的布线层并且例如具有至少一个导体电路。此夕卜，结构化的层可以与至少一个另外的部件连接和/或(例如通过间隔件)与引线框架连接。电路板的触点接通特别包括结构化的层的触点接通。
[0017]共同的电路板也可以称为“基底”，而电绝缘的载体则也可以称为“绝缘层”。共同的电路板可以是DCB电路板或IMS电路板。这种电路板例如由于其有效的可冷却性尤其适用于利用功率电子部件的运行。然而共同的电路板也可以是DAB( “Direct AluminumBonded(直接销粘合)”)电路板、AMB( “Active Metal Brazing(活性金属钎焊)”)电路板或者也例如是通常的FR4电路板。
[0018]因此，在步骤(iii)中，引线框架可以与电路板连接，所述引线框架具有安装在其上的作为共同可操纵的单元的至少一个电子部件。为此，可以将电路板设置在装配有至少一个电子部件的引线框架上，和/或可以将装配的引线框架安置在电路板上。
[0019]所述构造方案的优点是，至少一个半导体芯片的上侧能够以非常高的精度触点接通半导体芯片。这在多个接触区域和/或相对小的接触区域位于上侧上时特别有利。下侧在特别是仅仅一个接触区域位于此处时能够以较高的定位公差被触点接通。所述构造方案例如能够使用在IGBT芯片上，所述芯片在其下侧上具有集电极接口，在其上侧上具有发射极接口并且附加地在其上侧上具有控制接口、特别是门极接口。
[0020]控制接口例如可以中间地或中心地、特别是以“中央门极”形式布置在上侧上。所述控制接口可替换地能够布置在边侧上(“边缘门极”)或在上侧的角上(“角门极”)。
[0021]然而原则上电子模块组合的其他顺序也是可能的，例如以至少一个电子部件装配电路板，并且接着将至少一个引线框架设置到装配的电路板上。
[0022]另一个设计是，步骤(ii)至少包括下述步骤:(iia)以相应的增附剂来铺盖引线框架的预设的接触区域；并且(iib)将至少一个电子部件的至少一个接口安装在相应的接触区域上。电子部件的上侧例如可以具有多个接口区域，所述接口区域分别由一个接触区域与至少一个引线框架触点接通。这个设计实现了特别简单的安装。
[0023]另一个设计是，在步骤(ii)或(iib)中使用倒装芯片(Flip-Chip)安装技术。这实现了以至少一个电子部件简单地、可靠地和准确地装配引线框架。
[0024]还有一个设计是，步骤(iii)包括通过增附剂、特别是通过与步骤(iia)中相同的增附剂的触点接通。这实现了较统一的进而较简单的制造。例如可以将增附剂涂覆在电路板上。
[0025]增附剂例如可以借助于模板印刷方法印制。
[0026]此外，一个设计是，增附剂是烧结材料或可烧结的材料。然而原则上也可以使用其他的材料，例如焊膏、能导电的粘合剂等。
[0027]还有一个用于简单制造的优选设计是，当增附剂是烧结材料时，则共同的烧结过程的步骤(iv)连接于步骤(iii)。也就是说，在一个过程中，不仅可以实现至少一个电子部件和引线框架之间的触点接触、至少一个电子部件和电路板之间的触点接触以及-如果存在的话-实现电路板和引线框架之间的触点接触(必要时通过中间元件例如导电的间隔件)。
[0028]对于能非常简单转换的烧结过程而言优选的是，所述烧结过程是烧结压制过程或者具有这种烧结压制过程。在此，烧结材料的烧结通过施加足够高的压力实现。因此可以取消高温，这避免了对至少一个电子部件的热损坏。在烧结压制过程中，将由电路板、一个(多个)电子部件和引线框架组成的复合的单元可以给出到合适的压模中。在此，为了拉平电路板上的力差别和微小的高度差别，可以将压力补偿材料一起给入到压模中。然而烧结过程不局限于此，并且可以例如也设计为无压的烧结或者另外的具有压力的烧结。
[0029]例如银膏可以用作烧结材料，用于增附的所述银膏例如作为银烧结层存在。所述银膏特别是适用于烧结压制过程期间的烧结。替代或除银膏以外，可以使用预成型的银垫(例如所谓的“Preforms (预制体)”)。
[0030]替代烧结，增附剂也可以被简单的烘干或硬化，和/或首先在增加的而温度下液化并且接着再次凝固。这种增附剂例如可以是焊料或热导粘合剂。
[0031]此外，一个设计是，在步骤⑴和(ii)之间进行以电绝缘材料在接触区域外部铺盖引线框架的至少一个部段的步骤。因此，可以避免引线框架与能导电的平面意外地触点接通。此外，可以因此延长或者甚至避免气隙。以铺盖电绝缘材料的步骤也可以是步骤(i)和/或步骤(ii)的分步骤。
[0032]电绝缘材料可以例如作为填料、颜料、能喷射的材料、薄膜或薄层被设置或者存在。
[0033]一个改进方案是，以电绝缘材料接着在接触区域上或邻接于接触区域铺盖引线框架。当应该借助于所述接触区域使例如在电子部件的上侧上中心接口区域触点接通时，上述情况例如是有用的。通过电绝缘材料则可以避免:与接触区域连接的部段可以接触邻近所述中心接口区域的另一个接口区域(例如发射极区域)。因此此外有一个设计，即，以电绝缘材料铺盖引线框架的至少一个部段，所述至少一个部段能够定位在电子部件的上部。
[0034]电绝缘材料可以在空气中固化。所述电绝缘材料可以