[發(fā)明專利]功率模塊及其制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111230694.4
• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN114497024A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯文·馬蒂亞斯;拉斐爾·M·施內(nèi)爾;尚塔爾·I·T·托克爾
• 申請（專利權(quán)）人: 瑞士SEM技術(shù)股份公司
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L23/48;H01L21/50;H01L21/60
• 代理公司: 北京寰華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11408
• 代理人: 何尤玉;郭仁建

本發(fā)明公開一種功率模塊及其制造方法。此功率模塊包括可插入到襯底(12)上的套管(32)中的壓配合引腳(34)，用于端子的電氣和機(jī)械連接。所述襯底(12)擱置在底板(10)上。潛在對準(zhǔn)框架(33)確保所有元件的準(zhǔn)確性。電源端子和信號端子的所述電氣和機(jī)械連接是通過多個(高電流)或單個壓配合連接來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)插入所述引腳(34)時，它們通過克服摩擦力緊密地配合在這些套管(32)中，并且在建立配合之后，對于每個單個引腳配合，建立表面上方的電接觸。

背景技術(shù)

在工業(yè)應(yīng)用或電動汽車中，每年以數(shù)百萬個單元應(yīng)用千瓦級或以上的功率模塊。它們用于處理電流并確保連接的機(jī)械支撐。此類模塊內(nèi)置于電動汽車的逆變器、電梯等工業(yè)應(yīng)用的驅(qū)動器、風(fēng)扇控制器等中。這些模塊的高效生產(chǎn)與客戶要求的熱特性和電氣特性以及可靠性水平一樣高。關(guān)鍵是信號和電源端子與內(nèi)部導(dǎo)電層的電氣連接。目前，每年制造大約1000萬個此類功率模塊，并且此制造過程仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。預(yù)期產(chǎn)品使用壽命為大約10至15年。

典型的功率模塊包括凸形彎曲底板，其上附接有具有絕緣層的集成襯底以及具有附接芯片(例如，IGBT、二極管、MOSFET等)的導(dǎo)電頂側(cè)金屬板；以及用于電氣連接的引線鍵合、用于外部匯流條附接和外部控制的電源端子和信號端子。用于超過150A的高電流的電源端子和信號引腳通過多條平行鍵合線焊接、熔接或連接到頂部襯底金屬化層。這通常確保低電阻。

這種功率模塊的大規(guī)模生產(chǎn)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性、技術(shù)上繁重且持久的成本戰(zhàn)，因?yàn)槭袌錾弦恢痹谶M(jìn)行關(guān)于便士的爭奪戰(zhàn)。目前，生產(chǎn)需要具有多個焊接步驟的手動處理操作。它們總是具有重新熔化先前產(chǎn)生的焊料層的某種潛力，這會對可靠性產(chǎn)生不利影響。固定裝置很復(fù)雜，無法將所有材料保持在適當(dāng)位置。一些端子可能會機(jī)械地屏蔽襯底并限制可接近性。總而言之，所述生產(chǎn)方法相當(dāng)?shù)托А＿@是為這種功率模塊尋找更好的設(shè)計和生產(chǎn)工藝解決方案的起點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)建功率模塊，所述功率模塊允許改進(jìn)組裝，從而使組裝更容易、更快速和更經(jīng)濟(jì)，并確保所有端子的電氣連接和機(jī)械連接更牢固且更好，同時確保巨大的性能增益，例如為碳化硅芯片調(diào)適的更低電阻損耗和更低內(nèi)部雜散電感。此外，本發(fā)明的任務(wù)是基于特定設(shè)計為此種功率模塊提供一種更有效的生產(chǎn)工藝，所述生產(chǎn)工藝確保較長的使用壽命并建立安全的電氣觸點(diǎn)，并且最重要的是，所述生產(chǎn)工藝對制造線來說更經(jīng)濟(jì)，從而避免手動操作。

所述問題通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊來解決。所述功率模塊由兩個復(fù)雜部分組成，所述復(fù)雜部分在單個處理步驟中接合并用膠水密封。頂部部分是外殼組合件，所述外殼組合件由具有例如三個模制電源端子和例如四個信號端子的塑料殼體組成，所述外殼組合件根據(jù)此62mm寬的模塊的所建立工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供外部電氣連接。在外殼內(nèi)部，電源端子的面向下端形成多個平行壓配合引腳，并且信號端子形成僅一個壓配合引腳。在操作期間，每個電源端子將承載遠(yuǎn)高于150A的電流。因此，建議使用多個引腳來提高導(dǎo)電性并減少流過每個壓配合引腳的電流以提高可靠性。信號引腳將承載低于1A的電流且要求較低，因此可以由更薄的材料制成，這需要不同的壓配合設(shè)計。所有這些壓配合引腳朝向底部部分面向下且具有僅0.05mm的相同高度和公差，這表明它們必須完全對齊，也必須完全配合。端子優(yōu)選地由硬度60HV的銅制成。

制造過程由權(quán)利要求13表征。模擬顯示極低導(dǎo)通電阻，所述導(dǎo)通電阻比具有相同輪廓的現(xiàn)有技術(shù)模塊的導(dǎo)通電阻低兩倍。與現(xiàn)有技術(shù)模塊相比，內(nèi)部雜散電感也低兩倍。隨著襯底區(qū)域的高效利用，在此功率模塊占地面積上可以實(shí)現(xiàn)全球最高的額定電流。

現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊以及根據(jù)本發(fā)明的功率模塊將通過示例的方式在附圖中示出，并且它們將在以下沿著這些附圖進(jìn)行描述。

附圖說明：

附圖示出：

圖1：在等距視圖中現(xiàn)有技術(shù)功率模塊的實(shí)例；

圖2：通過具有典型層的典型現(xiàn)有技術(shù)功率模塊的截面圖；

圖3：圖1實(shí)現(xiàn)的功率模塊的現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部；