专利名称：竖直向上接触的半导体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种竖直向上接触的半导体，以及其制造方法。
背景技术：
在现有技术状态下，已知利用冲压格栅焊接DCB (direct copper bonds直接敷铜)，其由模塑材料覆盖，并包括横向布置在封装(即、半 导体、承载半导体及其模塑材料的引线框架)上的线路。
引线框的电连接部分地从电路的中心引出到边缘。
为了实现带电部件(键合线、半导体和印刷导体)之间的高度电绝 缘并获得非常高的机械稳定性或坚固，如果封装由硬质塑料材料围绕， 可以获得这些产品。
该制造技术包括通过转移模制将硬质塑料、坚硬的、玻璃状聚合材 料(例如Henkel Loctite Hysol)完全填充模体的体积。对于单独的半导 体部件(像ST-Microelectronics IRF-540的TO 220外壳模具)和US 2005/0067719 Al中所示的晶体管组是这种情况。
另外对于基板组， 一些产品还围绕安装的减热板，例如Mitsubishi的 DIP-IPM ( "A new Version Intelligent Power Module for High Performance Motor Control"; M. Iwasaki等；Power Semiconductor Division, Mitsubishi, Japan ) 。
( DIP指双列直插式封装(Dual Inline Package)而IPM指 智能功率模块(Intelligent Power Module ))。
这种部件组的最经常的部件形式是单列直插式封装和双列直插式封 装(SIP和DIP),例如Mitsubishi的DIP形式的DIP - IPM PS20341G 或者SIP形式的Mitsubishi SIP-IPM PS-21661 。
通常的制造技术包括利用硬质塑料材料填充两个模具半部之间的中 空部。通常，包括印刷导体和触点的冲压格栅插在两个模具半部之间。 该冲压格柵仅用于内部连接和外部连接的引导。关于此点，半导体或者放置在绝缘引线框(DCB、 IMS或者PCB)上，或者在非绝缘的沖压格 栅上。
该现有技术的缺点在于为了增加可获得功率，通常必须并联数个 SIP/DIP功率部件组。当使用一个或多个电相位时，这些并耳关的凄丈个 SIP/DIP部件组应当彼此靠近地布置。冲压格纟册触点形式的侧向延伸的触 点因而将需要模块体周围另外的空间。
并联的部件组通常通过焊接或螺紋联接连接到条形导体，已知为 轨。该联接技术需要模块体级别的另外的空间。这两因素导致相对长的 导体路径，尤其是高电流电源和高电流出口的。然而，以复杂几何形状
形成的长轨导致并联模块之间的寄生电感，这会对半导体的尺寸和可获 得的切换频率产生不利影响。
因而，由于连接对于封装侧向空间的要求，现有技术不允许紧凑的 侧向排列。从封装中心到冲压格栅边缘的印刷导体所需的另外的空间意 味着在该区域中形成连接是不可能的，并且除安装元件与电开关的交叉 之外，还存在高寄生电感的问题。
发明内容
因此，本发明的任务是提供具有改进条件的模块。
根据本发明，其由主权项的特征解决。从权项描述了有利的本发明 的实施例和制造这些模块的方法。
根据本发明，提出一种具有引线框的向上接触半导体包括基板、布 置在基板上的半导体和电触头，其中触头形成为向上的导体。方向"向 上"是与基板侧相反的方向。
具体地，接触体应设计成具有变形区域的弹性金属舌状体，其尤其 用于确保在传递模塑期间，金属舌状件弹性地靠在模具内侧，因而最后 与内侧对齐，从而没有模塑材料会阻止接触。这使得最后，嵌在模塑材 料中的金属舌状件更稳定，且接触体的上侧与模塑材料的上侧齐平。
优选的是，接触体在它们的上端具有适合容纳插头的孔，其没有模 塑材料(在模制期间，通过接触模具边缘或者被移除的型芯，盲孔保持 没有模塑材料)。然而，模塑材料也可形成靠近接触体上端的自由空间，其中设置插 入件。该模塑材料中的自由空间具有方插头尺寸，接触多个相邻接触 体。
根据本发明的半导体模块可以包括弹性接触体以及模塑材料中的凹 部，所述弹性接触体向上到模塑材料的上侧，而半导体^t块上侧模塑材 料中的凹部向下到引线框。
一种制造半导体模块的方法，该半导体模块设置有模塑材料，包 括，在将模塑材料注模到引线框上方的空腔期间，接触体的接触表面弹 性地靠在上模具上，以防止接触体接触表面被绝缘的模塑材料覆盖。
在用于容纳插头体的实施例中，在将模塑材料注模到引线框上方的
家腔期间，可处理-圭或者Teflon的牺牲体可以靠近至少上才莫具插入，位 于引线框和上模具之间。
在将模塑材料注模到引线框上方的空腔期间，该牺牲体可移除地围 绕一个或多个接触体，并然后在模制之后移除。
以封装技术制造的、功率模块的需要接触位于模块体的上侧或者至' 少设计有可从上侧接触的表面。模块体的上侧是功率模块与基板侧相反 的表面。关于此点，经典的冲压格栅不再靠近模具以形成连接。
连接通过位于引线框上的接触体形成，因而执行三倍功能
* 触点携带电流从引线框或者从冲压格栅通过围绕体到功率模 块的上侧
* 接触体具有在封闭模具时弹性抵靠的弹性结构，且该弹性结 构与表面对齐。该弹性确^床
-封装模制期间，引线框厚度的典型尺寸公差，接触体或者多 个沖压格栅在接触封闭上模具后被移除
-弹性结构在引线框上施加力，然后其压向下模具，因而防止 塑料到达其下方
參 接触体设计成，它们的上侧允许到相对接触的张力锁定的、 形状配合的或者的物质配合连接的形成。 -这种连接是螺紋连接(接触体然后例如具有螺母的功能) -光滑表面允许点焊、线键合或者超声波摩擦焊或者压力烧结，
_按压连接包括在相对接触侧上的销和较小的孔，在深度插入 之后，该连接形成冷焊接(例如方销在圆孔中)。
从以下优选实施例的说明可看到本发明的另外的优点和特征。图中
显示
图1显示了根据本发明的模制体的横截面，具有引线框，和带安装 的触点体的半导体；
图2显示了另一模制体的横截面，具有引线框、带不同几何形状的 安装的触点体的半导体，其允许经由螺紋或按压连接的连接；
图3显示了模制体的横截面，具有引线框、具有安装触点体的半导 体并通过牺牲体在模制体积中产生用于插头连接的自由空间；
图4显示了根据图3的模制体的俯视图5显示了根据图3的模制体，具有另外形成的空间，用于通过点 焊、线键合或超声波摩擦焊接触引线框上的表面；
图6显示了根据图5的模制体，可以沿横向方向实现接触表面；
图7显示了根据图6的模制体的俯视图，具有带安装触点体的引线 框，并利用塑性弹性牺牲体(例如Teflon)在模制体积中具有自由空 间，允许在引线框或者冲压格栅上的直接连接，并有机会到达横向方向 上的接触表面(例如超声波悍接臂、线键合模具)；
图8显示了数个在共同冷却体和共同轨道水平(总线轨道水平)上 的数个模制体的横截面；
图9显示了共同冷却体上的数个模制体模块的横截面，像图8 — 样，但具有安装的并螺紋连接的轨道水平；
图10显示了在共同的冷却体上的数个模制体模块的横截面，像图8 或9中一样，但具有另外的夹紧装置，其在模块体之间产生垂直安装力 并4吏体的导热表面压向冷却体；和
图11显示了另外的选4爭，其中在才莫制体中折叠的触点体到达其上侧 (左)或排除区域(右)。
具体实施例方式
图1显示了向上接触引线框，用于功率电子半导体，诸如陶资或金 属核心导体板或者沖压格栅导体，其必须由硬化材料封装来保护，所述
向上接触？ 1线框在封装注射期间按压向模具底部。按压防止绝热塑性材 料注射到引线框底侧下面(多重注塑)。
图1显示了由键合线连接的半导体，其下方是印刷铜导体12，绝缘
陶瓷层28，且其下方是用于散热的铜层。接触体16通过任意连接技术配 合在基板铜导体12上，并且有利地，包括在其印刷铜导体12上的足部 和其接触表面24 (模制后可以连接到)之间的直线区域20,当接触表面 24加载期间被按压时，该直线区域20可弯曲。为了不^f又避免接触表面下 的注塑，还覆盖接触表面，在模制期间这是基本的。当然，接触也可以 在另外的切割步骤中随后实现；然而这是可以避免的步骤。
以封装技术制作的功率模块的需要的触点24全部布置在模块体40 的上侧，或者制作成表面可以从上方接触。
接触体20、 28的几何变量是销连接(阳性)在模块体40上部区域 中的形成，从而具有数个触头的插座(阴性)(未显示)可以被插入。 在此情况下弹性元件不是必须的，因为需要另外的插入件(牺牲体)， 例如阻热的Teflon或者可移除的硅树脂，这一方面产生插头腔，另一方 面平衡其塑性产生的尺寸公差。在封装模制后，移除插入件并在模制体 10中形成插头体积。以此方式，可以实现单个功率连4妄和一组功率连接 和控制连接。
插入件的另一实施例是模制体体积10到引线框或者沖压格栅(其形 成印刷铜导体12)的凹部，从而通过外部触点(轨电平(railing level))或通过打线接合可产生连接。
从上方接触和数个部件组(例如用于控制三相电才几的B6-桥)插入 单个半桥中允许部件组的非常紧密的配合以及轨板的共同接触。因而， 轨板可经由非常短且非常低电感的印刷导体电接触单个模块体。如果需 要，该轨板也可携带用于控制的电部件、传感器(例如电流测量)和保 护性形状(图8和9)。一个变量是利用夹紧装置夹紧轨板，用于轨板与模块体(包括触 点)强化的、形状配合的压力接触，以及模块体与冷却体的强化的、形 状配合的压力接触。这可以防止振动，并得到电和热接触水平的安全连 接。
图1显示了模块体40的横截面，带引线框12、具有配合的接触体 16的半导体14,允许通过压力接触的连接。接触体具有有角的、Q形 状，两个足部和两个腿部通过传统的固定技术(焊接等)固定在电路载 体上，所述足部和腿部另外通过限定的弯曲以改进的方式弹性地抵靠， 并终止于上面向外的平面区域24连接两个臂，用于最初接触(在利用模 塑材料10的模制期间)模具的内表面，然后是接触元件。
图2显示了另一选择，代替与弹性腿部连接的平面区域，具有另外 的螺紋26，用于通过螺紋安装的触点连接。代替螺紋，选择性地，可以 设置孔或方孔，用于通过带角度或利用带角度孔-圓销的压力接触，其 尺寸为略超过开口以产生在凹部中牢固的保持。
图3显示了模制体40的横截面，具有引线框12、具有配合的接触体 16的半导体14,和通过塑料弹性牺牲体(例如Teflon)从体积中排除模 塑材料，以产生用于插头连接的空间。产生的空间内的销28然后可以由 插头(未显示)接触。图4是该模制体的俯视图，其中可以看到多个螺 紋或盲孔26和销28 -图3中顺序排列。
图5显示了这种塑料弹性牺牲体(例如Teflon)也可使模塑材料10 凹进，以产生用于直接连接在引线框或冲压才各栅上的连接的空间50。
进一步，图6显示了用于直接在引线框上或冲压格栅上的连接的空 间也可以在沿横向方向接触下连接，如果模塑材料10填充模制体40到 边缘。当然，模塑材料也可随后被移除，如果模制期间残留太多模塑材 料。然而，由于后续处理所需的工作，本发明的优点是通过插入件的正 确尺寸形状而免除这种后续处理。
图7显示了图6的半导体模块的俯视图，具有用于在引线框上或沖 压格栅上直接连接的空间，并有机会沿横向方向到达接触表面(例如利 用超声波焊接臂或者线键合工具)。
最后，图8显示了共同冷却体和共同轨道水平(总路线轨道水平)上的数个模制体模块的横截面。选择地，轨道水平(railing level)也可携 带用于控制的控制元件和对才莫制体中的功率部件的保护功能。选择地， 经过图1-7的螺紋、插头或夹紧连接产生接触。图9与图8相似；然 而，图8中单独显示的轨道水平90现在装上并连接到模块。图10又显 示了图9的实施例，然而，具有另外的夹紧装置94，引起^t块体之间的 竖直安装力并朝冷却体按压体的导热表面。每一夹紧装置94和轨道板之 间布置有弹性元件92以传递力。因而，产生夹紧力的均匀分配。
最后，图ll显示了另一选择，其中接触体折叠在模制体中，并直到 其上侧(左)或排除区域(右)。这些接触体也可设计为弹性的(未显 示)。关于此点，部分在半导体下方的铜层带(112)纟皮折叠以形成垂直 接触，其形成模制产生的模块的上侧上的压力或键合接触表面(114、 124)。在图11中，如在图6中一样，在右区域可见的接触表面124设 计成可以切割或者优选地通过模制期间的插入件到达。
权利要求
1.一种竖直向上的接触半导体模块，具有包括基板的引线框、布置在基板上的半导体和电触头，其特征在于，所述触头从导线层开始形成为与位于所述导线层之下的基板侧面相反的、向上指向的导电接触体(16；28)，所述触头至少部分地位于围绕所述半导体的包封式模塑材料中。
2. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述接触体设计成 具有弯曲区域的弹性金属舌状件。
3. 根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述接触体 (16; 28)嵌在模塑材料中，所述接触体(16; 28)的上侧与所述模制表面齐平地封闭。
4. 根据前述权利要求中的一项所述的半导体模块，其特征在于，所述接 触体(16)在它的上端包括适于容纳插头的盲孔，所述盲孔无模塑材 料。
5. 根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述模塑材料在接 触体(28)的上端附近形成自由空间。
6. 根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，所述模塑材料中的 所述自由空间具有直角的、接触多个相邻销状接触体(28)的插头的尺 寸。
7. 根据前述权利要求中的一项所述的半导体模块，其特征在于，弹性的 接触体(16)设置成向上到达所述模塑材料上侧，而在半导体模块上侧 的才莫塑材料中的凹部(50)设置成向下到达铜导电迹线U2; 112)。
8. 根据前述权利要求中的一项所述的半导体模块，其特征在于，部分位于所述半导体下方的铜层(112)的带(110)被折叠以形成竖直接触 部，所述竖直接触部形成由模制产生的模块上的压力接触表面或键合接触表面(114; 124)。
9. 一种制造根据前述权利要求中的一项所述的半导体模块的方法，该半 导体模块带有模塑材料，其特征在于，在将模塑材料注入引线框上方空 间期间，接触体的接触表面弹性地靠在上模具上。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在将模塑材料注入引线 框上方的空间期间，可处理的硅或者Teflon的牺牲体插在引线框和上才莫 具之间以至少靠在上模具上。
11. 根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在将模塑材料注入 引线框上方的空间期间，所述牺牲体可移除地围绕一个或数个接触体并 在模制后被移除。
12. 根据前述权利要求9-11中的一项所述的方法，其特征在于，在注 模之前，部分位于所述半导体下方的铜层(112)的条^L折叠以形成竖直 接触部，所述竖直接触部形成由模制产生的模块的上的压力接触表面或 键合接触表面(114; 124)。
全文摘要
本发明涉及一种具有引线框的竖直向上接触半导体，包括基板，布置在基板上的半导体，和电触头，该触头形成为从基板在连接平面下方一侧突起的接触体，该触头至少部分地位于围绕半导体的注入模塑材料中。
文档编号H01L23/48GK101615601SQ20091013989
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月25日
发明者M·科克, R·埃泽勒 申请人:丹福斯矽电有限责任公司