专利名称：功率电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率电子装置，其具有设置在基板上的电子构件。
背景技术：
在DE 102 60 851 Al中描述了一种具有功率构件的功率电子装置，该功率构件设 置在冷却体上，其中，所述功率器件通过键合弓丨线连接与电路载体电耦合。所述电路载体与 所述功率器件的冷却体被保持在一个共同的基板上。例如考虑功率半导体如功率晶体管、 功率二极管或Asic作为功率器件。原则上，在此类功率电子装置中一方面存在下述问题由于在运行期间的高放热 必须保证有效的排热。另一方面，所述构件必须具有高的机械稳定性。
发明内容
本发明的任务在于，用简单的措施提供结构紧凑的电子装置，其特征是排热良好 并且机械负载能力高。根据本发明，所述任务通过权利要求1的特征解决。从属权利要求给出符合目的 要求的进一步方案。本发明的功率电子装置具有处于基板上的电子构件，其中，该电子构件一方面包 括功率电子单元并且另一方面包括信号电子单元。具有功率电子单元和信号电子单元的所 述电子构件至少部分地被用塑料件注塑包封。所述塑料件赋予所述功率电子装置显著改善的机械稳定性，其方式是，一方面在 所述功率电子装置的不同构件之间提供固定连接并且另一方面实现了针对外部作用的机 械保护。必要时可放弃附加的壳体，这将显著节省材料和装配耗费。此外，塑料注塑包封具有热学方面的优点，其方式是，使放热的电子构件由所述塑 料注塑包封部压到冷却体上或者与冷却体连接，由此实现了电子构件在放热特别高的区域 中与排热构件的改善的热连接。此外，塑料注塑包封的优点是，电子构件在注塑包封的区域中被电隔离。注塑包封所述电子构件的塑料件优选由热固性材料构成。所述材料在硬化状态中 的特征是高硬度，所述材料能够被以模塑方法、特别是以传递模塑工艺施加到所述电子构 件上。原则上也可以考虑其他材质的塑料件。这样符合目的的是，使用由热塑性材料构 成的塑料件，所述塑料件优选被注射上，特别是以注射模塑方法注射上。根据一个优选的实 施例，所述电子构件在第一步骤中被用热固性材料注塑包封并且接着在第二步骤中施加热 塑性材料，其中，所述热塑性塑料件符合目的地也至少部分地包围所述热固性塑料件。所述 热塑性塑料件在完成装配的状态中符合目的地直接靠置在一特别是构造为用于排热的冷 却体的基体上。所述塑料注塑包封部有利地不仅延伸到功率电子单元上而且延伸到信号电子单元上。但是符合目的的可以是，仅仅是所述功率电子单元的区域、而不是信号电子单元至少 部分地被用所述热固性材料注塑包封。相反，所述热塑性塑料也至少区域地覆盖信号电子 单元。但是原则上其他的注塑包封关系也是可以的，例如将热固性材料不仅施加到功率电 子单元的区段上而且施加到信号电子单元的区段上或者将所述热塑性塑料仅仅施加到所 述功率电子单元的一个区段上或仅仅施加到所述信号电子单元的一个区段上。也可以考虑 的是，将热固性材料仅仅施加到信号电子单元的一个区段上。因为在功率电子单元的区域中发生显著更高的放热，所以可以在该部位上采取附 加的排热措施。可考虑的是，在所述电子构件的外部元件与周围的体、特别是基板或冷却体 之间安置所谓的导热膏，其中，导热膏由于其稠度在制造功率电子单元时可更易施加并且 由于其良好的导热能力而用于将热向着相邻的、接收热的体的方向相应地良好地排出。此外，可以给功率电子单元分配铜层，所述铜层一方面用于与功率电子单元的半 导体元件电接触，但是另一方面由于其高的热容而用作储热器，该储热器按照缓冲器的类 型而短时接收来自功率电子单元的峰值热并且将所述峰值热向外排出。所述电子构件内的各种器件之间、特别是功率电子单元与信号电子单元之间以及 功率电子单元的半导体元件与冲压格栅优选铜层之间的电连接能够以不同的方式实施。可 考虑的是钎焊连接、烧结连接、键合连接或者弹簧触头。在此，功率电子单元的不同元件之 间的不同或相同连接方式可彼此组合。通过按照本发明构成的功率电子装置获得了一种具有功率电子单元、信号电子单 元、至传感器、执行机构和/或插头的外部接触部、以及用于实现内部电流连接的元件的集 成式功率单元(IPU)，所述集成式功率单元的特征是在高机械强度和抵抗能力情况下的紧 凑结构方式以及同时良好的排热。
由另外的权利要求
和附图中得出另外的优点和符合目的要求的实施 例。附图中
图1示出一个功率电子装置的剖视图，其包括一个电子构件，该电子构件具有功率电 子单元和信号电子单元，其中，所述电子构件部分地由塑料注塑包封并且设置在冷却体上， 在所述电子构件的不同器件之间具有键合连接和弹簧触头连接；
图2以放大的视图示出所述功率电子单元的两个元件之间的接触区域的剖视图； 图3示出功率电子装置的相应于图1的视图，其中，功率电子单元与信号电子单元之间 的电接触实施为键合连接；
图4又示出另外的功率电子装置，其中，功率电子单元的半导体器件嵌入到两个铜层 之间并且通过烧结层或钎料层与所述铜层连接；
图5示出另一实施例变型方案中的功率电子单元区域的放大视图； 图6示出一个另外的功率电子装置，其中，功率电子单元与信号电子单元之间的电连 接通过弹簧触头进行；
图7示出功率电子装置的在热塑性塑料件与其下的冷却体之间的连接区域的剖视图； 图8示出具有弹簧触头连接的功率电子装置的局部；
图9示出一个功率电子装置的另外的局部，描绘了信号电子单元与通往外部的插头的连接；
图10以剖视图示出一个功率电子装置的透视图，具有插上的用于与所述功率电子单 元电连接的绝缘位移元件(Schne i d-K Iemm-E 1 ementen )。
具体实施例方式在这些附图中，相同的构件设有相同的参考标号。图1中所示的功率电子装置1是具有电子构件2的集成式功率单元(IPU)，所述 电子构件包括功率电子单元3和信号电子单元4。所述功率电子单元3具有功率半导体元 件5、例如芯片，该芯片与下铜层6和上铜层7电连接。所述半导体元件5与所述下铜层6 之间的连接通过导电的连接层8进行，该连接层例如构造为钎料层或构造为能导电的烧结 层。顶部接触部(Topkontaktierung)、即所述半导体元件5与位于其上方的铜层6之间的 电连接通过多个键合引线连接9进行。功率电子单元3与信号电子单元4之间的电连接借助于弹簧触头10进行，通过所 述弹簧触头，所述下铜层及上铜层6、7通过接触面11与所述信号电子单元4的构件连接。 所述弹簧触头10构造为弯曲的弓形弹簧，其能够与相应的铜层6或7 —件式地构成。但是 必要时也可以考虑将所述弹簧触头单独地构造为独立的构件。具有功率电子单元3和信号电子单元4的电子构件2容纳在基板13上，所述基板 优选构造为冷却体并且用于排热。在所述功率电子单元3的区域中，在所述下铜层6的下侧 与所述基板13的升高的管座(Sockel)16之间具有导热膏12，所述导热膏具有良好的导热 特性并且支持从下铜层向冷却体13的热导出。由于所述冷却体13的所述升高的管座16， 在该部位上进行热学上的紧密连接。在所述信号电子单元4的区域中，一陶瓷基底14通过粘接材料层15与位于其下 的冷却体13连接，所述陶瓷基底是所述信号电子单元的半导体元件的基础载体。由于所述 信号电子单元4放热较少，所以所述粘接材料层15可以不具有特别的导热特性；但是必要 时在该部位上也可以采用具有高导热能力的导热膏。所述电子构件2被用塑料注塑包封。为此，特别是功率电子单元3被用热固性塑料 注塑包封，所述热固性塑料形成至少部分地包围所述功率电子单元3的热固性塑料件17。 所述热固性塑料件17可以作为模塑件以传递模塑工艺安置。此外，设置热塑性塑料件18，该热塑性塑料件同样至少部分地包围所述功率电子 单元3并且以随后的第二注射工艺施加；由此所述热塑性塑料件18也至少部分地包围所述 在第一注射工艺中施加的热固性塑料件17。所述信号电子单元4也可以至少部分地被所述热固性塑料件17包围，例如在背离 所述冷却体13的上侧。必要时所述热塑性塑料件18至少部分地包围所述信号电子单元4。所述塑料件17和18—方面引起所述电子构件2、特别是所述功率电子单元3的机 械保护。另一方面实现所述电子构件2至所述基板13上的固定连接。通过所述固定连接， 在基板13上的管座16与所述功率电子单元13的位于其上的构件13之间实现了面接触， 由此支持了至基板13的热连接并且改善了热导出。另一热学改善通过采用铜层6和7给出，它们作为具有高热容的内置件用作热缓 冲器并且接收由半导体元件5产生的热并且将所述热向外或向冷却体排出。
图2中以放大的视图示出一方面功率电子单元中的半导体元件5与上铜层7之间 以及另一方面半导体元件5与下铜层6之间的电接触。下铜层6处于所述半导体元件5的 紧下方并且通过连接层8、例如钎料层或导电的烧结层与该半导体元件电连接。上铜层7相 对于半导体元件5侧向错开地设置，其中，所述错开通过键合引线连接9桥接。所述键合引线连接9完全被所述热固性塑料件17注塑包封，所述半导体元件5的 上侧也是如此。所述上铜层6部分地、但至少在与所述键合引线连接9接触的区域中被用 所述热固性塑料件17注塑包封。图3中所示的功率电子装置1很大程度上相应于图1中实施例的功率电子装置， 从而就此而言可参照上述说明。但是与图1中实施例不同的是，在图3的功率电子装置中， 功率电子单元3与信号电子单元4之间的电连接构造为键合引线连接19，通过所述键合引 线连接，所述功率电子单元3的铜层6和7通过接触面11与所述信号电子单元4的半导体 器件电连接。在功率电子单元3的半导体元件5与位于其上的上铜层7之间也具有这种键 合引线连接9。图4的实施例很大程度上相应于图3中的实施例，但是不同的是，功率电子单元3 中的半导体元件5与下铜层6以及与上铜层7之间的电接触都通过能导电的连接层8、例如 钎料层或能导电的烧结层产生。为了实现这一点，所述上铜层7必须至少部分地与所述半 导体元件5的上侧重合。从图5中可得出，功率电子单元3中的半导体元件5在上侧上被热固性塑料件17 注塑包封。所述热固性塑料件17被所述热塑性塑料件18注塑包封，所述热塑性塑料件也 覆盖所述热固性塑料件17的、所述半导体5的以及所述下铜层6的侧面。所述铜层6在通 往邻接的信号电子单元4的过渡部中弯曲地构成，其中，该弯曲的区段完全嵌入到所述热 塑性塑料件18中。在图6的实施例中，功率电子单元4之间的电接触通过弹簧触头10进行，所述弹 簧触头构造为相应铜层6和7的弓形端部区段并且通过接触面11与信号电子单元4电连 接。功率电子单元3中的半导体元件5与位于其上或其下的铜层6或7之间的电接触通过 电连接层8进行，所述连接层就像前述实施例中那样要么构造为钎料层要么构造为能导电
的烧结层。在图7中示出了热塑性塑料件18在冷却体13上的固定和密封。一方面，所述固 定通过铆接环21进行，该铆接环安置在一个突出的、与所述冷却体13 —体地构成的铆钉20 上并且其径向外侧嵌入到所述热塑性塑料件18中。另一方面，在所述热塑性塑料件18上 成形上一个凸台，该凸台伸入到冷却体13中的关联槽中并且通过粘接层22与所述冷却体 粘接。图8再次示出功率电子单元3与信号电子单元4之间通过弹簧触头10的电连接， 所述弹簧触头构造为下铜层6的弯曲式端部区段。所述信号电子单元4可通过另外的弹簧 触头23与另外的结构单元、例如与插头连接。在图9中，功率电子单元3与信号电子单元4之间的连接构造为键合引线连接。信 号电子单元4与一插头件25之间的电接触同样作为键合引线连接24实现，通过所述插头 件可与另外的、未示出的构件建立接触。从图10的视图可以得出，可将绝缘位移元件26穿过覆盖功率电子装置1上侧的热塑性塑料件18而引导到该上侧中。所述绝缘位移元件26与所述功率电子单元3、特别是 与功率半导体元件触点接通。
权利要求
1.一种功率电子装置，具有设置在基板(13)上的电子构件(2)，其中，该电子构件(2) 包括功率电子单元(3)和信号电子单元(4)，其中，所述电子构件(2)至少部分地被用塑料 件(17，18)注塑包封。
2.根据权利要求1所述的功率电子装置，其特征在于，所述塑料件(17)由热固性材料 制成。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子装置，其特征在于，所述塑料件(18)由热塑性 材料制成。
4.根据权利要求2和3所述的功率电子装置，其特征在于，所述热固性塑料件(17)被 直接施加在所述电子构件(2)上并且所述热塑性塑料件(18)被施加在所述热固性塑料件 (17)上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述塑料件(17， 18)使所述电子构件(2)与所述基板(13)连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述电子构件(2) 的功率电子单元(3)与铜层(6，7)接触。
7.根据权利要求6所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率电子单元(3)设置在 两个铜层(6，7)之间。
8.根据权利要求6或7所述的功率电子装置，其特征在于，在铜层(6)与所述基板 (13)之间具有由导热膏构成的层(12)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述基板(13)与 所述铜层(6)相邻地具有升高的管座(16)，该管座以相对于所述铜层(6)的侧向间距倾斜。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率电子单 元(3)包括至少一个在电路载体(6，7)上的功率半导体(5)。
11.根据权利要求10所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率半导体(5)与所述 电路载体(6，7 )之间的电连接通过钎焊、烧结、键合或者通过弹簧触头(10 )实现。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率电子 单元(3)与所述信号电子单元(4)之间的电连接通过钎焊、键合或者通过弹簧触头(23)实 现。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，绝缘位移元件 (26)被引导穿过所述塑料件，用于与所述电子构件(2)、特别是与所述功率电子单元(3)电 连接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述基板(13) 构造为冷却体。
全文摘要
一种功率电子装置，包括设置在基板上的电子构件，该电子构件具有功率电子单元和信号电子单元。所述电子构件至少部分地被用塑料件注塑包封。
文档编号H01L23/34GK102099910SQ200980127416
公开日2011年6月15日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年7月16日
发明者迪尔曼 A., 福格勒 G., 基尔彻 J., 杜尔 J., 凯尔 S. 申请人:罗伯特·博世有限公司