电子功率单元和半导体功率模块的制作方法

1.本发明描述了一种电子功率单元，该电子功率单元具有基底，该基底具有平坦的绝缘模制体，该平坦的绝缘模制体在其第一主面上具有金属层并且在其第二主面上具有多个导体轨道，并且该电子功率单元具有第一紧固装置或第二紧固装置，该第一紧固装置或第二紧固装置优选地被实施为圆柱形凹口，其中所述基底布置在所述电子功率单元的基底上，并且所述第一紧固装置被配置成以便将所述基底以力配合的方式布置在冷却装置上，或者其中壳体部段具有第二紧固装置，所述第二紧固装置被实施为将所述基底布置在冷却装置上。本发明还描述了一种具有这种类型的电子功率单元的半导体功率模块。


背景技术：

2.在半导体功率模块的情况下，从根本上需要以稳健的方式配置这种半导体功率模块，特别是当将所述半导体功率模块附接到冷却装置时不在这种半导体功率模块的电子功率单元上施加可能导致机械损伤的力总是一个挑战。
3.de 100 63 714a1公开了一种半导体功率模块，该半导体功率模块包括在两侧上被金属包覆的陶瓷基底，该陶瓷基底具有至少一个半导体部件、用于产生触点所需的连接部、和壳体，其中陶瓷基底除了基本绝缘之外还提供绝缘功能。陶瓷基底具有仅部分覆盖陶瓷的第一或第二表面的金属包层，其中第一金属包层的金属边缘到陶瓷边缘的距离小于第二金属包层的金属边缘到陶瓷边缘的距离，并且这起到增加基底的基本绝缘的绝缘强度的作用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是以如此的方式提出一种电子功率单元和半导体功率模块，由此通过将所述电子功率单元紧固到冷却装置，减小力对电子功率单元的影响。
5.根据本发明，该目的通过一种电子功率单元来实现，该电子功率单元具有基底，该基底具有垂直方向并且具有平坦的绝缘模制体，该平坦的绝缘模制体在其第一主面上具有金属层并且在其第二主面上具有多个导体轨道，并且该电子功率单元具有第一紧固装置或第二紧固装置，该第一紧固装置或第二紧固装置优选地被实施为圆柱形凹口，其中所述基底以力配合或材料结合的方式布置在所述电子功率单元的基底上，并且所述第一紧固装置被实施和设置成将所述基底以力配合的方式布置在冷却装置上，或者其中替代地，壳体部段具有第二紧固装置，所述第二紧固装置被实施和设置成将所述基底以力配合的方式布置在冷却装置上，并且其中所述金属层的边缘相对于绝缘模制体的边缘向后偏移，并且其中在与所述第一紧固装置或所述第二紧固装置相邻的区域中，所述金属层的边缘的第一边缘部段与分别邻接的所述金属层的边缘的第二边缘部段和第三边缘部段相比进一步向后偏移。
6.可能有利的是，导体轨道由另一金属层实施，该另一金属层本身被结构化并且优选地以与第一主面上的金属层相同的方式实施，或者该另一金属层与所述第一主面上的金
属层的不同之处仅在于具有不同的厚度。
7.可能特别有利的是，第一边缘部段具有为金属层厚度的至少五倍、优选地至少十倍并且优选地最多五十倍的长度。
8.优选的是，在这种情况下，材料结合连接被实施为焊接或烧结连接。然后特别有利的是，第一边缘部段具有的与第一紧固装置相距的最小垂直距离，更确切地，与延伸穿过所述第一紧固装置的中央中间轴线相距的最小垂直距离为材料结合连接部的厚度的至少十倍，优选地至少二十五倍，并且优选地最大三百倍。
9.有利地，第一边缘部段具有凹形、直的或凸形延伸。特别地，有利的是，在凹形延伸的情况下的第一边缘部段描述了一个圆形段，当在垂直方向上观察时，该圆形段具有的圆形段中点在覆盖面内，优选地在被实施为圆柱形凹口的第一紧固装置或第二紧固装置的覆盖面的中央。可替代地，可能有利的是，在凹形延伸的情况下的第一边缘部段描述了一个圆形段，当在垂直方向上观察时，该圆形段具有的圆形段中点在第一紧固装置和基底的相邻边缘之间的区域中。同样地，可替代地，可能有利的是，在凹形延伸的情况下的第一边缘部段描述了一个圆形段，当在垂直方向上观察时，该圆形段具有的圆形段中点在第二紧固装置和壳体部段的相邻边缘之间的区域中。
10.此外，该目的通过一种半导体功率模块来实现，该半导体功率模块具有前述电子功率单元，该电子功率单元具有功率半导体部件，该功率半导体部件布置在基底的导体轨道中的一个导体轨道上，该半导体功率模块具有内部连接装置并且具有用于以电气方式外部连接基底的连接元件。优选的是，在这种情况下，连接元件被实施为负载连接元件和辅助连接元件，并且优选地穿过壳体向外突出。
11.如果基底以力配合或材料结合的方式布置在电子功率单元的基底上并且第一紧固装置被实施为圆柱形凹口，则可能是有利的。在这种情况下，优选的是，壳体具有与被实施为圆柱形凹口的紧固装置齐平的另一圆柱形凹口。
12.借助于这种构造，有效地减小基底的机械负载。
13.显然，在这不被排除或不被明确地排除的情况下，对于以单数形式提及的特征，特别是紧固装置或功率半导体部件，自然可能在根据本发明的电子功率单元或根据本发明的半导体功率模块中存在多个。
14.不言而喻，本发明的不同实施例，无论它们是否在电子功率单元或半导体功率模块的描述的范围内公开，都可以单独地或以任何组合实现，以便实现改进。特别地，在不脱离本发明范围的情况下，上文和下文提及和解释的特征不仅可以在所述组合中使用，而且还可以在其他组合中使用或单独使用。
附图说明
15.本发明的进一步解释、有利的细节和特征在以下对图1至图10中示意性地示出的本发明的示例性实施例或其相应部分的描述中公开。
16.图1示出根据本发明的半导体功率模块的第一基本实施例的侧视图。
17.图2示出根据本发明的半导体功率模块的第二基本实施例的侧视图。
18.图3示出根据本发明的电子功率单元的第一实施例的平面。
19.图4示出根据本发明的电子功率单元的第二实施例的平面。
20.图5示出根据本发明的电子功率单元的第三实施例。
21.图6至图10示出根据本发明的电子功率单元的第一边缘部段的实施例的变型。
具体实施方式
22.图1示出根据本发明的半导体功率模块的第一基本实施例的侧视图。其具有基底10，基底10具有绝缘模制体2并且在其第二主面22上布置有第一导体轨道40和第二导体轨道42。功率半导体部件44布置在基底10的第二导体轨道42上，并且通过其面向第二导体轨道42的接触表面以导电方式连接到基底10的第二导体轨道42。在不丧失一般性的情况下，该导电连接在这种情况下被实施为材料结合的压力烧结连接。
23.功率半导体部件44(更确切地，在垂直方向n上远离基底10的其接触表面)借助于内部连接装置12连接到第一导体轨道40。该连接装置12被实施为膜复合物，该膜复合物包括面向基底10的第一导电膜120、在膜复合物中跟随的电绝缘膜122、以及在膜复合物中进一步跟随的第二导电膜124。
24.电子功率单元1还具有连接元件14，在这种情况下更确切地是辅助连接元件，用于引导辅助电位，诸如像传感器或控制信号。该连接元件14被实施为工业标准压配合接触元件。该压配合接触元件的引脚以导电方式布置在套筒中，其中套筒以材料结合的方式连接到第一导电膜120的远离基底10的表面上的接触部段。压配合接触元件穿过仅以截面示出的半导体功率模块的壳体6的凹口62延伸穿过该壳体。
25.该第一导电膜120通过材料结合和导电连接(在这种情况下被实施为工业标准压力烧结连接)而连接到基底10的第一导体轨道40。
26.基底10还具有布置在绝缘模制体2的第一主面20上的金属层3。在第二主面22上的导体轨道40、42由另一金属层，借助于对另一金属层进行结构化，形成。绝缘模制体2在这种情况下具有300μm的厚度，而金属层分别具有350μm的厚度。这些是这种类型的基底10的典型值，并且也适用于另外的示例性实施例。
27.金属层3通过材料接合连接部8连接到电子功率单元1的基底5并且因此连接到半导体功率模块的基底5。该连接部8具有大约150μm的厚度，并且在此被实施为焊料连接。技术上同样有利的替代其的是烧结连接，特别是压力烧结连接。
28.基底5在边缘区域中，或者更确切地，在这种情况下在角部区域中具有第一紧固装置50，该第一紧固装置50在这种情况下被构造为贯通的圆柱形凹口。此外，该图示出了该凹口的中间轴线520。提供该凹口的目的是因此半导体功率模块通常以力配合方式紧固到冷却装置。
29.基本上和在工业标准上，金属层3的边缘300相对于绝缘模制体2的边缘200向后偏移，其结果是绝缘模制体2的第一主面20的外周边缘部段未被金属层3覆盖。与第一紧固装置50相邻的金属层300的边缘在第一边缘部段301中与在分别与其邻接的第二边缘部段302和第三边缘部段303(参见图3至图10)中相比进一步向后偏移。因此，这产生了绝缘模制体2的第一主面20的未被金属层3覆盖的附加部段。特别是在图9的情况下描述了这些边缘部段的另外的特征，特别是关于它们的尺寸的特征。
30.图2示出根据本发明的半导体功率模块的第二基本实施例的侧视图。与第一实施例相比，这不具有基底。相反，在这种情况下，基底10被设置为直接布置在冷却装置上。通常
但不是绝对必要的，在这种类型的实施例的情况下，基底10以力配合的方式布置在冷却装置上。
31.该图仅示出了没有功率半导体部件并且没有内部连接装置的基底10。壳体6围绕基底10的周边布置，并且在工业标准上也主要覆盖基底。该壳体在边缘区域中或在角部区域中具有第二紧固装置60，该第二紧固装置60又被构造为贯通的圆柱形凹口。此外，该图示出了该凹口的中间轴线620。提供该凹口的目的是因此将半导体功率模块紧固到冷却装置。在这种情况下，基底10被实施为与根据图1的第一实施例完全相同。
32.图3示出根据本发明的电子功率单元1的第一实施例的平面。该图在从垂直方向n看的俯视图中示出了穿过金属层3的截面。基底5布置在该金属层3下方，并且分别在角部区域中具有直径为8mm的第一紧固装置50，第一紧固装置50的其他方面如参考图1所描述的那样实施。
33.金属层3具有相对于绝缘模制体2的边缘200向后偏移的边缘300，绝缘模制体2的边缘200部分地由虚线示出。与所有第一紧固装置50相邻的分别是相对于绝缘模制体2的边缘200进一步向后偏移的第一边缘部段301。在电子功率单元1的纵向侧上邻接该第一部段301的是以工业标准方式设计的第二边缘部段302，并且在窄侧上是同样以工业标准方式设计的第三边缘部段303。因此，这些不向后偏移到与第一部段301相同的程度。
34.图4示出根据本发明的电子功率单元1的第二实施例的平面。该图示出了从垂直方向n看的基底10的俯视图，其中未示出导体轨道，并且仅说明了一个示出的功率半导体部件44。金属层3由虚线示出在绝缘模制体2的下方。进而，基底5布置在所述模制体的下方，并且在这种情况下，所述基底在窄侧上分别居中地具有第一紧固装置50。
35.金属层3又具有相对于绝缘模制体2的边缘200向后偏移的边缘300。与所有第一紧固装置50相邻的分别是第一边缘部段301，其相对于绝缘模制体2的边缘200进一步向后偏移。在电子功率单元1的相应窄侧的进一步延伸中，以工业标准方式设计的第二边缘部段302和第三边缘部段303邻接居中位于窄侧的该第一部段301。因此，这些分别不向后偏移到与第一部段301相同的程度。
36.图5示出根据本发明的电子功率单元的第三实施例，该电子功率单元具有多个(在这种情况下通过示例的方式为三个)基底10。在该图中，与第一紧固装置50直接相邻布置的每个基底10具有第一边缘部段301。这分别如参考图3描述的那样实施。
37.图6至图10示出根据本发明的电子功率单元1的实施例的变型的详细视图，特别是其中布置有第一部段301的区域的详细视图。图6至图9分别示出与图3或图5相当的基底5的角部区域。该角部区域具有第一紧固装置50，该第一紧固装置50被实施为贯穿的圆柱形凹口。其虚拟覆盖面500具有中点52，中间轴线520穿过该覆盖面500在z方向上以垂直方式延伸，参见图1。绝缘模制体2以其边缘200由虚线示出，在绝缘模制体2的第一主表面20上的金属层3(参见图1)也在此示出。相应实施例在第一边缘部段301的实施例方面不同。分别与其邻接的第二边缘302和第三边缘303部段各自以与参考图3和图5所述相同的方式构造。
38.根据图6的实施例的第一端部部段301被实施为具有直的延伸的角部区域的斜面。根据图7的实施例的第一边缘部段301被实施为凸形延伸。在这种情况下，分别仅通过示例的方式，到第二端部部段302的过渡以不连续的方式实施，而到第三边缘部段303的过渡以连续的方式实施。根据图8的实施例的第一边缘部段301被实施为具有凹形元件和凸形元件
(也可能甚至是直的元件)的曲线形延伸的示例。在这种情况下，分别仅通过示例的方式，到第二端部部段302的过渡以连续的方式实施，而到第三边缘部段303的过渡以不连续的方式实施。
39.根据图9的实施例的第一边缘部段301被实施为具有凹形延伸，在这种情况下更具体地被实施为圆形段321。在这种情况下，具有半径311的圆或圆弧段321的中点位于居中地延伸穿过第一紧固装置50的中间轴线520上。可替代地，圆弧段321的中点位于在被实施为圆柱形凹口的第一紧固装置50的覆盖面500内的任何部位处的基底5的表面上的投影中。此外，替代地，在基底5的表面上的投影中的圆形段321的中点52位于第一紧固装置50与基底5的相邻边缘504之间的区域502中。
40.图10中示出与图4相当的基底5的窄侧。第一紧固装置50布置在该窄侧的中间，第一紧固装置50又被实施为贯穿的圆柱形凹口。绝缘模制体2以其边缘200由虚线示出，在绝缘模制体2的第一主表面20上的金属层3(参见图1)也在此示出。各自以与参考图4描述的相同的方式实施的第二边缘部段302和第三边缘部段303分别邻接该第一边缘部段301。第一边缘部段301又被实施为具有凹形延伸，在这种情况下同样再次被实施为圆形段321。这同样适用于已经参考图9提到的圆或圆形段321的中点。