功率半导体装置的制作方法

1.本发明涉及一种功率半导体装置，该功率半导体装置具有基体、布置在该基体上的至少一个基底，并且具有功率半导体部件，该功率半导体部件被布置在所述至少一个基底上并且被导电地连接到所述至少一个基底。


背景技术：

2.de 10 2016 112 77 a1公开了一种具有基底的功率半导体装置，该功率半导体装置具有基底，具有布置在基底上并且被导电地连接到基底的功率半导体部件，具有导电的dc电压母线和电容器，该电容器的电容器端子被导电地连接到dc电压母线。为了安装电容器，功率半导体装置具有电容器安装装置，该电容器安装装置具有用于接纳电容器的接纳装置，电容器被布置在该接纳装置中，其中，被导电地连接到所述母线的导电母线连接元件从dc电压母线在基底的方向上延伸，该导电母线连接元件压靠在基底的导电导体迹线上，使得母线连接元件与基底的这些导体迹线导电地压力接触。基底被布置在散热器上，该散热器经由基底冷却功率半导体部件。这种布置结构的缺点在于：dc电压母线未被散热器冷却，或者仅很小程度地被散热器冷却。


技术实现要素：

3.本发明的目的是创建一种功率半导体装置，该功率半导体装置的dc电压母线被可靠地冷却。
4.该目的通过一种功率半导体装置来实现，该功率半导体装置具有基体，具有布置在该基体上的至少一个基底，具有布置在该至少一个基体上并且被导电地连接到该至少一个基底的功率半导体部件，并且该功率半导体装置具有布置在基体上的导热且不导电的导热体并且具有导电的dc电压母线，其中，被导电地连接到所述母线的导电母线连接元件从dc电压母线在所述至少一个基底的方向上延伸，其中，被导热地连接到dc电压母线的至少一个导热元件从dc电压母线在导热体的方向上延伸，功率半导体装置被设计成使得dc电压母线压在基体的方向上，并且由此将母线连接元件压靠在所述至少一个基底的导电导体迹线上，结果是，母线连接元件与所述至少一个基底的这些导体迹线导电地压力接触，并且还导致所述至少一个导热元件压靠在导热体上，使得dc电压母线经由所述至少一个导热元件和导热体而被导热地联接到基体。
5.证明有利的是，功率半导体装置包括被导电地连接到dc电压母线的电容器，其中，为了安装电容器，功率半导体装置具有电容器安装装置，该电容器安装装置具有用于接纳电容器的接纳装置，电容器的至少一部分被布置在该接纳装置中，功率半导体装置被设计成使得电容器安装装置将dc电压母线压在基体的方向上，并且由此将母线连接元件压靠在所述至少一个基底的导电导体迹线上，结果是，母线连接元件与所述至少一个基底的这些导体迹线导电地压力接触，并且还导致所述至少一个导热元件压靠在导热体上，使得dc电压母线经由所述至少一个导热元件和导热体而被导热地连接到基体。电容器安装装置将dc
电压母线可靠地压在基体的方向上。
6.关于这点，证明有利的是，功率半导体装置具有压力生成器件，该压力生成器件在基体的方向上在电容器安装装置上施加压力，从而导致电容器安装装置将dc电压母线压在基体的方向上。因此，通过功率半导体装置本身以简单的方式生成压力。
7.关于这点，证明有利的是，压力生成器件形成为至少一个螺钉。这使得能够以特别简单的方式设计压力生成器件。
8.证明有利的是，导热体被设计为导热垫或陶瓷板。如果导热体被设计为陶瓷板，则可以以特别简单的方式设计导热体。如果导热体被形成为导热垫，则可以通过导热垫的弹性性质来补偿由于温度变化而引起的导热元件的长度变化，使得在导热元件中的温度变化的情况下，导热元件被非常可靠地导热地联接到导热体。
9.此外，证明有利的是，dc电压母线具有导电的正电势轨和导电的负电势轨，该正电势轨和负电势轨通过布置在正电势轨与负电势轨之间的不导电绝缘层彼此电绝缘。这导致dc电压母线的紧凑设计。
10.关于这点，证明有利的是，相应的母线连接元件与正电势轨或负电势轨一体地形成。这导致功率半导体装置的紧凑设计。
11.另外，证明有利的是，相应的导热元件与正电势轨或负电势轨一体地形成。这确保相应的导热元件与dc电压母线的良好的导热联接。
12.此外，证明有利的是，功率半导体装置具有多个导热元件，其中，导热元件中的第一组导热元件与正电势轨一体地形成，并且导热元件中的第二组导热元件与负电势轨一体地形成。这确保相应的导热元件与dc电压母线的良好的导热联接。
13.此外，证明有利的是，所述至少一个导热元件形成为片材金属元件并且包括第一区段和第二区段，该第一区段在基体的表面区域的法线方向上延伸，该第二区段相对于第一区段弯曲并且垂直于基体的面对导热体的表面区域的法线方向延伸。这确保了导热元件与基体的非常良好的热联接。
14.此外，证明有利的是，功率半导体装置包括第一基底和第二基底，导热体在垂直于基体的面对导热体的表面区域的法线方向的方向上布置在第一基底与第二基底之间。这导致了功率半导体装置的对称设计。
15.此外，证明有利的是，基体是散热器的一体部分或者被设计为意图用于布置在散热器上的基板。
附图说明
16.以下参考下面列出的附图描述本发明的示例性实施例。在附图中：
17.图1示出了根据本发明的功率半导体装置的设计的剖视图。
具体实施方式
18.图1示出了根据本发明的功率半导体装置1的设计的剖视图。
19.根据本发明的功率半导体装置1具有：基体2a；至少一个基底3、3'，该至少一个基底3、3'被布置在基体2a上；以及功率半导体部件4，该功率半导体部件4被布置在所述至少一个基底3、3'并且被导电地连接到所述至少一个基底3、3'。所述至少一个基底3、3'可以借
助于布置在基体2a与所述至少一个基底3、3'之间的焊料或烧结层以材料接合的方式而被连接到基体2a。可替代地是，导热膏可以被布置在所述至少一个基底3与基体2a之间。功率半导体部件4优选地是借助于布置在功率半导体部件4与所述至少一个基底3、3'之间的焊料或烧结层而被导电地连接到所述至少一个基底3、3'。在示例性实施例中，功率半导体装置1具有第一基底3和第二基底3'。
20.例如，如示例性实施例中那样，基体2a可以是散热器2的一体部分。散热器2可以具有冷却翅片2b或冷却销，该冷却翅片或冷却销优选地是延伸远离散热器2的基体2a。散热器2可以被实现为空气散热器或水散热器。可替代地是，基体2a也可以被设计为基板(没有冷却翅片2b或冷却销)，该基板旨在布置在散热器(例如，空气散热器或水散热器)上。基体2a优选地是由金属构成的。
21.基底3包括绝缘体3a(例如，陶瓷体)和导电的、结构化的第一导体层3b，该第一导体层3b被布置在绝缘体3a的主侧上并且被连接到绝缘体3a，该第一导体层3b由于其结构而形成导电导体迹线3b'。基底3优选地是包括导电的，优选地是非结构化的第二导体层3c，绝缘体3a被布置在结构化的第一导体层3b与第二导体层3c之间。基底3可以例如以直接铜接合基底(dcb基底)、活性金属钎焊基底(amb基底)或绝缘金属基底(ims)的形式实现。
22.功率半导体开关4优选地为晶体管的形式，诸如igbt(绝缘栅双极晶体管)或mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)或晶闸管的形式。
23.功率半导体装置1还包括布置在基体2a上的导热且不导电的导热体9。导热体9优选地是借助于布置在导热体9与基体2a之间的粘合层而被连接到基体2a。导热体9优选地是被设计为导热垫或陶瓷板。导热垫也被称为间隙垫。导热垫优选地是包括弹性聚合物材料(诸如硅树脂或硅橡胶)，并且优选地是包括导热填充材料(诸如陶瓷颗粒)。
24.功率半导体装置1还包括导电的dc电压母线5，其中，被导电地连接到dc电压母线5的导电母线连接元件5a'和5b'从dc电压母线5在所述至少一个基底3或3'的方向上延伸。dc电压母线5具有导电的正电势轨5a和导电的负电势轨5b，该正电势轨和负电势轨借助于布置在正电势轨5a与负电势轨5b之间的不导电绝缘层5c(例如，塑料膜)彼此电绝缘。
25.被导电地连接到dc电压母线5的导电母线连接元件5a'和5b'从dc电压母线5在所述至少一个基底3、3'的方向上延伸。相应的母线连接元件5a'或5b'优选地是设计为与正电势轨5a或负电势轨5b成为一体。
26.另外，被导热地连接到dc电母线5的至少一个导热的导热元件7、7'从dc电压母线5在导热体9的方向上延伸。在最简单的情况下，通过所述至少一个导热元件7、7'与dc电压母线5机械接触，所述至少一个导热元件7、7'可以被导热地连接到dc电压母线5。所述至少一个导热元件7、7'优选地是由金属制成的。图1示出了两个导热元件7和7'。如示例性实施例中那样，相应的导热元件7或7'优选地是与正电势轨5a或负电势轨5b一体地形成的。功率半导体装置1优选地是包括多个导热元件7、7'，其中，导热元件7、7'中的第一组导热元件7与正电势轨5a一体地形成，并且导热元件7、7'中的第二组导热元件7'与负电势轨5b一体地形成。
27.所述至少一个导热元件7、7'优选地是形成为片材金属元件并且包括第一区段7a、7a'和第二区段7b、7b'，该第一区段在基体2a的面对导热体9的表面区域2c的法线方向n上延伸，该第二区段相对于第一区段7a、7a'弯曲并且垂直于基体2a的面对导热体9的所述表
面区域2c的所述法线方向n延伸。第二区段7b，7b'与导热体9机械接触。
28.功率半导体装置1被设计成使得dc电压母线5压在基体2a的方向上，并且由此将母线连接元件5a'、5b'压靠在所述至少一个基底3、3'的导电导体迹线3b'上，结果是，母线连接元件5a'、5b'与所述至少一个基底3、3'的这些导体迹线3b'导电地压力接触，并且还导致所述至少一个导热元件7、7'压靠在导热体9上，使得dc电压母线5经由所述至少一个导热元件7、7'和导热体9而被导热地联接到基体2a。
29.这导致dc电压母线5被基体2a冷却，该基体2a经由导热体9和所述至少一个导热元件7、7'从dc电压母线5移走热量。因此，在本发明中，功率半导体部件4和dc电压母线5两者都借助于基体2a冷却。
30.在示例性实施例中，功率半导体装置1包括电容器6，该电容器6被导电地连接到dc电压母线5。相应的电容器6的第一电容器端子6c被导电地连接到正电势轨5a，并且相应的电容器6的第二电容器端子6d被导电地连接到负电势轨5b，例如借助于钎焊、烧结或焊接连接。功率半导体装置1具有电容器安装装置8，以用于安装电容器6，该电容器安装装置8优选地是具有用于接纳电容器6的杯形的接纳装置8a，相应的电容器6的至少一部分被布置在相应的接纳装置8a中。应当注意的是，电容器安装装置8还可以仅具有布置有电容器6的单个接纳装置8a。电容器安装装置8优选地是由塑料制成的，特别是作为塑料注塑成形件。
31.功率半导体装置1优选地是被设计成使得电容器安装装置8在基体2a的方向上压着dc电压母线5，并且由此将母线连接元件5a'和5b'压靠在所述至少一个基底3、3'的导体迹线3b'上，结果是，母线连接元件5a'、5b'与所述至少一个基底3、3'的这些导体迹线3b'导电地压力接触，并且还导致所述至少一个导热元件7、7'压靠在导热体9上，使得dc电压母线5经由所述至少一个导热元件7、7'和导热体9而被导热地联接到基体2a。
32.例如由硅树脂或硅橡胶制成的弹性变形元件11优选地是被布置在电容器安装装置8与dc电压母线5之间。
33.功率半导体部件4优选地是相互电连接起来，以形成半桥电路，该半桥电路可以例如用于对电压和电流进行整流和反转。功率半导体装置1优选地是包括电容器6作为电能存储单元，该电能存储单元缓冲在功率半导体装置1上出现的dc电压。因此，电容器6优选地是用作dc链路电容器，但是它们也可以用于不同的目的。
34.功率半导体装置1优选地是具有压力生成器件10，该压力生成器件10在基体2a的方向上在电容器安装装置8上施加压力，从而导致电容器安装装置8在基体2a的方向上压着dc电压母线5，这在图1中由箭头d示出。压力生成器件10优选地是形成为至少一个螺钉。作为示例性实施例的一部分，电容器安装装置8借助于所述至少一个螺钉10而被直接旋拧至基体2a。然而，电容器安装装置8也可以例如借助于所述至少一个螺钉10经由至少一个机械插入的元件而被间接旋拧至基体2a。如果基体2a被设计为布置在散热器上的基板，则电容器安装装置8可以借助于所述至少一个螺钉10而直接或间接地旋拧至散热器。
35.当然，除非固有地排除之外，否则在根据本发明的功率半导体模块中，以单数形式提及的特征也可以以多于一个的形式存在。特别应当注意的是，根据本发明的功率半导体装置当然也可以包括布置在基体2a上的多于一个的导热体9，其中，至少一个导热的导热元件7、7'在该多于一个的导热体9的方向上延伸。如果在基体2a上存在多于一个的基底3、3'，则基底3、3'可以在垂直于基体2a的面对导热体9的所述表面区域2c的所述法线方向n的方
向上与导热体9交替布置。