[發(fā)明專利]具有被彈性支撐的基板的功率半導(dǎo)體模塊及制備功率半導(dǎo)體模塊方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010241837.7
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101924080A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·坎沙特;O·霍爾費(fèi)爾德;T·斯托爾策
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/12
• 分類號: H01L23/12;H01L25/11;H01L21/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李娜;王忠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體模塊，在該模塊中將一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體芯片排列在一個(gè)或多個(gè)基板上。

背景技術(shù)

根據(jù)這種功率半導(dǎo)體模塊的第一供選方案，可以將基板裝配在形成模塊底座的公共金屬底板上，并且通過熱沉使得功率半導(dǎo)體芯片發(fā)出的熱經(jīng)由該普通金屬底板被散逸掉。

在功率半導(dǎo)體模塊的第二供選方案中，不存在用于基板的公共金屬底板，面向模塊外部的底面形成了模塊的底面。在這種類型的模塊中，基板被裝配以熱接觸熱沉而沒有公共底板插入其間。

為了使得在裝配到基板上的功率半導(dǎo)體芯片中形成的熱量的散逸最優(yōu)化，在基板與熱沉之間的熱交換阻力需要盡可能地平緩，這又必需一種力量以促使所述基板接觸與裝配了功率半導(dǎo)體模塊的熱沉相接觸。

在常規(guī)功率半導(dǎo)體模塊中，這種接觸壓力主要由迫使功率半導(dǎo)體模塊整體緊靠所述熱沉的力來決定，例如通過螺絲釘緊固。

然而，后面這種力一般比使基板接觸熱沉所需的力大地多。尤其是當(dāng)將基板加工為金屬化陶瓷板時(shí)，將會存在由于過大接觸壓力而使陶瓷板斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，需要提供可固定地結(jié)合到熱沉并包括基板的功率半導(dǎo)體模塊，其中基板通過被裝配到熱沉上而承受將其在熱沉方向上推進(jìn)的力，但是該力基本上獨(dú)立于迫使功率半導(dǎo)體模塊緊靠熱沉的接觸壓力。

另外還需要定義用于制備這種功率半導(dǎo)體模塊的方法。

發(fā)明內(nèi)容

如下文詳述的可裝配到熱沉上的功率半導(dǎo)體模塊包括模塊外殼和安放有至少一功率半導(dǎo)體芯片的至少一個(gè)平坦基板。模塊外殼包括底面和在正的垂直方向上與該底面間隔開的頂面。此外，基板具有背對著模塊外殼內(nèi)部的底面。為了相對于模塊外殼平行于垂直方向自由移動，基板布置于在模塊外殼底面所設(shè)置的開口中并且通過彈性結(jié)合的方式而連接到模塊外殼上。在功率半導(dǎo)體模塊未被裝配的情況下，也就是在未被裝配到熱沉或其他對象上時(shí)，基板相對于模塊外殼呈靜止位置。為了使基板在垂直方向上和/或在垂直方向的相反方向上平行于垂直方向從這個(gè)靜止位置偏離，每毫米的偏移現(xiàn)在僅需要0.1N至100N的力或0.1N至10N的力。所述的這個(gè)范圍至少適用于從該靜止位置的小偏移，例如最高0.5mm的偏移。

這導(dǎo)致基板與模塊外殼之間的機(jī)械耦合大大弱于常規(guī)功率半導(dǎo)體模塊上的。在此情形下適合作為結(jié)合物的是，例如，嵌套基板從而封閉基板邊緣與模塊外殼之間所形成的間隙的粘合劑。在此配置中，該耦合的厚度可以由間隙的寬度確定。

特別在高度撓性耦合的情況下，基板的靜止位置可以被其自重以及因此被功率半導(dǎo)體模塊的空間方位影響，可以認(rèn)為在本發(fā)明意義上的靜止位置是基本上任何由功率半導(dǎo)體模塊的任何空間方位決定的基板靜止位置。

但是特別地，當(dāng)功率半導(dǎo)體模塊被空間放置從而使得垂直方向與重力方向(指向地球中心)是相反的方向時(shí)，至少基板相對于模塊外殼的位置被認(rèn)為是靜止位置。換句話說，按通俗說法這是當(dāng)模塊外殼的底面指向下方時(shí)所形成的位置。

按照第一變型，處于靜止位置的基板的底面可以在負(fù)的垂直方向上與模塊外殼的底面間隔開，也就是，基板相對于模塊外殼的底面(稍微地)被提升，或者換句話說，當(dāng)模塊外殼的底面與基板的底面共面時(shí)，所述基板在遠(yuǎn)離模塊外殼內(nèi)部的方向上移位。

按照第二變型，處于靜止位置的基板的底面可以在正的垂直方向上與模塊外殼的底面間隔開，也就是，基板相對于模塊外殼的底面(稍微地)被降低，或者換句話說，當(dāng)模塊外殼的底面與基板的底面共面時(shí)，所述基板朝向模塊外殼內(nèi)部移位。

按照第三變型，處于靜止位置的基板的底面與模塊外殼的底面共面。

在這三個(gè)變型的每一個(gè)中，可以另外提供接觸壓力裝置以產(chǎn)生接觸壓力，當(dāng)將該功率半導(dǎo)體模塊連接到熱沉以使其冷卻時(shí)，該接觸壓力在熱沉表面的方向推動基板。作用在基板上的接觸壓力可以由接觸壓力裝置產(chǎn)生，該接觸壓力裝置直接作用于基板，和/或通過安裝在基板上的功率半導(dǎo)體芯片和/或通過直接或間接接合到基板上的接合線作用于基板。在接觸壓力裝置作用于接合線上的情況下，該接觸壓力裝置可以作用于，例如結(jié)合物上，或者例如作用于布置在兩個(gè)相鄰結(jié)合物之間的結(jié)合物環(huán)的位置處，在該位置處，結(jié)合物位置距離基板頂面的間隔最遠(yuǎn)。