功率半导体模块及其制造方法与流程

本发明涉及一种功率半导体模块，所述功率半导体模块由于其结构构成而特别紧凑地构建，并且还在热机械特性良好的情况下可以相对容易且便宜地制造。根据本发明的功率半导体模块优选地被应用在功率电子装置中使用的所谓的功率模块中。

背景技术：

1、从de 10 2020 134 563 a1中已知一种功率半导体模块，其具有电路载体，在电路载体的上侧上布置有半导体器件。在背离器件的电路载体的一侧上，又布置有用于接触其他器件的、可压缩的连接触点。

2、以类似的方式和方法，us2017/0105311 a1提出布置在电子器件上侧上的、柱形的接触元件，所述接触元件可以与为另一电路载体的组成部分的其他器件的下侧接触。通过接触元件的不同高度，可以实现两个电路载体的平行布置。

技术实现思路

1、根据本发明的功率半导体模块具有的优点是：可以在布置在半导体芯片两侧且彼此平行的两个电路载体与半导体芯片之间实现特别简单且有利的接触。在此，实现了具有良好热机械性能的特别紧凑的结构，并且可以避免附加的或单独的键合连接等。此外，各个部件或组件之间的与制造相关的高度公差可以得到很好的补偿。

2、本发明基于如下思想：特别是使用以所谓的电镀方法制造的柱形的连接触点作为半导体器件上的触点，所述连接触点由于其基于晶圆的制造工艺而在各个柱之间和在芯片之间具有非常小的差异，并且还在横向方向上可以非常精确地定位在芯片上。各个柱的高度中的差异非常小，使得在生产所谓的功率模块的范围内可以忽略所述差异。此外，本发明基于以下思想：各个柱的直径由于其生产方法而非常小(通常在几百μm的范围内)，使得半导体器件或芯片的表面中的局部耦合输入的热机械应力和/或机械应力非常小。这又实现使用具有非常高的导热性和导电性的材料，例如铜，所述材料对于功率模块的功能是非常有利的，并且在替代构型中，例如毫米尺寸的块中，由于铜和常用的半导体材料、例如硅或碳化硅之间的热膨胀系数差异强会导致半导体器件损坏。此外，本发明基于以下思想：由于使用电镀方法来制造连接触点，实现借助于横截面非常小的连接触点来接触栅极或控制触点。该接触取代目前所使用的键合线，并且由此在制造功率模块时完全避免了键合线的材料组、引线键合工艺，并且在工艺复杂性减小的同时附加地增加长期稳定性和可靠性。此外，本发明基于如下思想：通过为两个电路载体的并行布置提供附加的可压缩的间隔元件的方式来补偿功率模块的制造工艺内的剩余的生产公差。

3、在上述说明的背景下，因此在根据本发明的功率半导体模块中提出所述功率半导体模块具有：第一电路载体，所述第一电路载体以其上侧与至少一个电子器件连接；第二电路载体，在背离第一电路载体的一侧上与至少一个器件连接且平行于第一电路载体布置，其中电子器件经由多个柱形的连接触点与第二电路载体彼此连接；和布置在两个电路载体之间的且将两个电路载体连接的且可压缩的至少一个间隔元件。

4、根据本发明的功率半导体模块的有利改进形式在下文中列出。

5、特别优选的是：间隔元件构成为以增材方法制造的、由金属粉末构成的间隔元件。由此，可以以特别简单的方式一方面实现具体适配于电路载体之间的相应的几何形状，另一方面这种增材制造方法实现不同的几何形状，进而还实现构成可不同程度压缩的间隔元件以及构成电接地接触。

6、还优选的是：功率半导体模块至少局部地由绝缘体遮盖。绝缘料通常由所谓的模塑料或塑料构成，所述模塑料或塑料是电绝缘的并防止对功率半导体模块有害的介质(例如液体或湿气)进入。

7、最后描述的建议的一个优选的设计方案提出：第二电路载体的背离第一电路载体的一侧没有绝缘料。由此以特别简单的方式实现第二电路载体的上侧例如与冷却体的热联接。

8、如果连接触点由铜构成，则可以由此实现连接触点的特别低的电阻。

9、还优选的是：至少一个连接触点构成为栅极触点，即用于接触或操控晶体管。

10、考虑到尽可能简单或便宜的以及优化公差的生产，还有利的是：器件与连接触点一起构成为在晶圆生产范围内预制的组件。在此，通常在构成连接触点之后通过从晶圆中锯切来将器件分离或配置成组件。

11、此外，本发明还包括一种用于制造所描述的根据本发明的功率半导体模块的方法，其中该方法至少具有以下步骤：首先，提供第一电路载体。然后，将至少一个器件与第一电路载体连接和/或将间隔元件与第一电路载体连接。最后，将第二电路载体与连接触点和间隔元件连接。在电路载体、至少一个器件、连接触点以及间隔元件之间的所描述的连接可以借助于从现有技术中已知的接触方法来进行，例如通过烧结方法或通过焊接方法来进行。

12、所描述的方法的一个优选的改进形式提出：在将第二电路载体与连接触点和间隔元件连接之后，功率半导体模块至少局部地以绝缘料遮盖。

13、该方法的另一优选的设计方案提出：通过从晶圆切割，器件与连接触点一起作为预制的组件被制造。在此，器件上的连接触点优选地以电镀方法被制造。

14、本发明的其他的优点、特征和细节从优选实施方式的以下描述以及根据附图中得出。

技术特征：

1.一种功率半导体模块(10)，具有：

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，

3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块，

4.根据权利要求3所述的功率半导体模块，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率半导体模块，

6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率半导体模块，

7.一种用于制造根据权利要求1至6中任一项所述的功率半导体模块(10)的方法，至少包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，

9.根据权利要求7或8所述的方法，

10.根据权利要求9所述的方法，

技术总结本发明涉及一种功率半导体模块(10)，具有：第一电路载体(12)，与第一电路载体(12)的上侧连接的至少一个电子器件(14)，在背离第一电路载体(12)的一侧上与至少一个器件(14)连接的且平行于第一电路载体(12)布置的第二电路载体(18)，其中电子器件(14)经由多个柱形的连接触点(16)与第二电路载体(18)彼此连接。技术研发人员：J·梅克巴赫,C·比霍夫,M·哈特曼受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12