专利名称：一种功率半导体模块的制造方法
技术领域：
本发明涉及功率电子学领域，即涉及一种功率半导体模块的制造方法，其中，在一个共同的底板上配装许多子模块，这些子模块借助于由交替上下层叠的金属层和绝缘层构成的多层复合体上下彼此连接，并且其接线伸向外部。
这样一种方法例如从EP-A1-0597 144文献中业以已公知。
按照上述文献，模块由分立的子模块组成，这些子模块通过主要由平面的绝缘层、导电金属层以及散热片和其它附加元件组成的层序列进行上下彼此和伸向外部的电学和热学连接。这些不同的层在一个底板上交替层叠并且例如通过粘合而构成一个坚固的多层复合体。粘合物质通过分散作用、网印或类似方法涂覆在待粘合层的粘合面上。然后将各层带有尚在液态的粘合剂上下层叠在一起。最后进行固化。
这种方法的问题在于各个分立层带有尚在液态的粘合剂上下层叠时有可能滑动、错位，这就有可能沾污半导体器件的接触区并且使外部接点不再处于所要求的部位。
因此本发明的任务在于提出一种制造这种功率半导体模块的方法，其中，可以以简单的方法保证各个分立层无错位地制造多层复合体。
此项任务是通过本文开始所述类型的方法加以解决的，即为了构成多层复合体，将各个分立的金属层和绝缘层上下层叠，采用辅助校准装置上下彼此并且相对于底板进行调整，并且在对准的情况下上下彼此在材料上连接在一起。辅助校准装置的应用，在连接时可以使各个分立层可靠而稳定地对准而不使各层本身出现显著的改变。此外，辅助校准装置是可以去除的，这样，在制成复合体后可将其去掉而不会干扰模块的继续制造。
根据本发明的第一个优选实施例在于，辅助校准装置设置在多层复合体的侧面边缘，此外，在配装有辅助校准装置的侧面边缘的金属层要比相邻的绝缘层回缩一些，并且辅助校准装置包含有附加装置以校准在边缘侧辅助校准装置附近的回缩的金属层。由于辅助校准装置配装在边缘附近，所以多层复合体受辅助校准装置的影响很小。金属层的回缩及其通过附加装置的校准保证了在处于不同电位的各个分立层之间的边缘侧可有很高的绝缘强度(耐压强度＞1000V)，而这对功率半导体模块而言是绝对必要的。
本发明方法的另一个优选实施例的特征在于，采用了在多层复合体制成后可以去除的辅助校准装置。以此方式则在制作好的模块中没有有害的附加校准零件。
可以去除的辅助校准装置可以特别简单地加以实现，如果按照另外一种实施形式，辅助校准装置包含着若干校准销，它们可以插入底板上的相应孔中，并且如果附加装置包含若干间隔垫片，则这些间隔片可以套入校准销并且具有约等于所属金属层厚度的厚度。
但是也可以选用一种校准装置，它们与底板固定连接，从而在制作好的模块中仍然留在里面。其中，特别是底板垂直于侧壁安装，并且校准装置包含配装在侧壁内侧的若干垂直的校准片。
下面借助若干实施例并结合附图对本发明进一步加以阐述。
图1以半打开的透视图示出了带有可以去除的辅助校准装置以制造多层复合体的一个功率半导体模块的第一优选实施例；并且图2以相仿的附图示出了带有可以留在里面的辅助校准装置的一个功率半导体模块的第二种优选实施例。
在图1中以半打开的透视图再现了一个具有可以去除的辅助校准装置的、电压范围为2500V的功率半导体模块的实施例。此功率半导体模块10包含在共同底板11(铜板)上的许多相邻排列的子模块12，这些子模块通过由多个金属层13，14和15以及金属层之间的多个绝缘层16，17组成的多层复合体上下彼此并且伸向外部地进行连接。从外部的连接可以通过相应的、向上弯曲的并且与金属层13，14和15相连的多个连接片进行。子模块12本身又包含若干分立的芯片形式的半导体器件，诸如IGBT或二极管，它们彼此相连并且与多层复合体连接。
在多层复合体的横向边缘、在底板11上(在图1中未示出)有许多钻孔，在这些钻孔中插入或压入两个校准销18，19。这些校准销是用塑料(例如聚四氟乙烯、Delrin(聚甲醛树脂)或其它塑料)制成的，用于制造多层复合体所用的粘合剂不能与其粘连。这些校准销在粘合剂固定之后很容易从底板11上的钻孔中拔出来，从而不会干扰下面的模块工艺。
绝缘层16和17以其侧面边缘直接处在校准销18、19的范围内。它们在这些部位具有直径适配的若干孔或U形缺口，这样，它们可以以其边缘通过校准销18、19滑移并且由校准销18、19定位。由于这些金属层13、14和15各处应比绝缘层16、17的边缘回缩约1mm以保证在高电压(＞1000V)下的绝缘，所以它们不能被(比较细的)校准销18，19直接穿过。因此，对于金属层13-15的校准需在其边缘、在校准销18，19范围内作出若干孔或U形缺口，它们在直径上要大出2mm。这样，金属层的校准通过以穿过校准销18，19移动的间隔垫片20形式的附加装置进行。这些间隔垫片优先采用与校准销18、19相同的材料制成。它们具有与金属层大约相同的厚度并且在直径上与在金属层上的孔或U形缺口适配。这样，现在多个绝缘层16，17和金属层13-15就可以以交替地方式上下层叠和对准了。
在粘合剂固定后将校准销18，19由底板11中拔出。这样，间隔垫片20也就松开了并且也可以去除。通过去掉校准销18，19和间隔垫片20使校准范围空出，从而可以浇注模块。这样就保证了在边缘范围的绝缘。
图2示出了具有可以保留在里面的固定辅助校准装置的一个模块的另一种实施例。额定电压为4500V的功率半导体模块21的内部构造为该模块的下半部，即安装有成形的固定板条32的底部22，同时可以用作上下安装各个层的载体。底部22在横向侧面有垂直的侧壁34，35，在其内侧安装有垂直的校准片27，28。校准片27，28与(在下部安装的)散热器23(以及散热器接线24)的相应空隙和(在图2中未示出的)绝缘层适配。散热器23、绝缘层和(同样未示出的)最上层用于辅助接线端布线的导线板通过校准片直接加以校准。
金属层(带有用于子模块空隙33的金属层31示于图2)仍然与绝缘层的边缘有一定间距地进行安装。为了还能对准，采用由绝缘材料制成的扁平的板形间隔块25，26(每个金属层上有2个)作为附加装置，这些间隔块在其外边缘上就像绝缘层那样具有与在侧壁34，35上的校准片27，28相适配的空隙。间隔块25，26在其内边缘上借助于其它的校准标记引导金属层31。这样，例如(如图2所示)可以在间隔块25，26的内边缘成形校准舌29，30，它们啮入金属层31侧面边缘的相应空隙。但是反过来也成立，即在金属层边缘设置校准舌而在间隔块25，26内边缘留有相应的空隙。
间隔块25，26与相应的金属层具有大约相同的厚度并与其处在同一个平面上。它们如同校准片27，28那样，将留在模块内并且与其它部分粘合，使得在不同的电位下从金属层到金属片不形成漏电路径。同样，在此情况下也可以保证要制造的多层复合体其各个分立层直至固化都能保持对准和定位。
部件编号10，21功率半导体模块11 底板12 子模块13，14，15 金属层16，17 绝缘层18，19 校准销20 间隔片22 底部23 散热器24 散热器接线端25，26 间隔块27，28 校准片29，30 校准舌31 金属层32 固定板条33 空隙(用于子模块)34，35 侧壁
权利要求
1.一种制造功率半导体模块(10，21)的方法，其中，在一个共同的底板(11，22)上配装许多子模块(12)并且借助于由交替上下层叠的金属层(13～15，31)和绝缘层(16，17)构成的多层复合体上下彼此连接，并且其接线伸向外部，其特征在于，各个分立金属层(13～15；31)和绝缘层(16，17)上下层叠形成多层复合体，借助于辅助校准装置(18，19；27，28；29，30)上下彼此并且相对于底板(11，22)进行调整，并且在对准的情况下上彼此在材料上连接在一起。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，辅助校准装置(18，19；27，28；29，30)配装在多层复合体的侧面边缘上。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，金属层(13～15；31)在其配装有辅助校准装置(18，19；27，28；29，30)的侧面边缘相对于相邻的绝缘层(16，17)要回缩一些并且辅助校准装置(18，19；27，28；29，30)包含有附加装置(20；25，26)；这些附加装置使得在边缘侧辅助校准装置(18，19；27，28；29，30)附近的回缩金属层(13～15；31)的校准成为可能。
4.根据权利要求4所述方法，其特征在于，采用了在制成多层复合体后可以去掉的辅助校准装置(18，19)。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，辅助校准装置包含有校准销(18，19)，它们可以插入到底板(11)上相应的孔中。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，附加装置包含有间隔片(20)；此间隔片可以套在校准销(18，19)上并且具有与相应金属层(13，14，15)的厚度大致相同的厚度。
7.根据权利要求3所述方法，其特征在于，采用了与底板(22)固定相连的校准装置(27，28)。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在底板(22)上有垂直的侧壁(34，35)并且校准装置包含垂直的校准片(27，28)，这些校准片配置在侧壁(34，35)的内侧。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，附加装置包含板形间隔块(25，26)，其厚度约等于所属金属层(31)的厚度。
全文摘要
制造功率半导体模块(10)的方法，其中在一个共同的底板(11)上配装许多子模块(12)并借助由交替上下彼此层叠的金属层(13～15)和绝缘层(16，17)构成的多层复合体上下彼此相连并且接线伸向外部，为了可靠地制造多层复合体，将各分立的金属层(13～15)和绝缘层(16，17)上下层叠；借助于辅助校准装置(18，19)上下彼此并且相对于底板(11)校准，并在对准的情况下，上下彼此在材料上相连。
文档编号H01L25/18GK1163481SQ9611445
公开日1997年10月29日 申请日期1996年11月13日 优先权日1996年11月13日
发明者R·拜尔里 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司