專利名稱：功率半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體裝置，具體地說(shuō)，涉及功率半導(dǎo)體才莫塊。
技術(shù)背景功率半導(dǎo)體模塊特別用于切換高電流和高電壓。但是，才莫塊和到 才莫塊的連接中的寄生電感會(huì)由于高電流或高電壓的快速切換而導(dǎo)致 功率損失，并生成不必要的過(guò)壓。發(fā)明內(nèi)容本文提供了一種功率半導(dǎo)體裝置，它包括功率半導(dǎo)體芯片，而功 率半導(dǎo)體芯片電連接到具有至少兩個(gè)插頭類元件的一組插頭類元件，功率半導(dǎo)體芯片還包括金屬片帶狀線(sheet metal strip line),金屬片 帶狀線具有4妄收第一組插頭類元件的一組開口，其中，金屬片帶狀線 中的這組開口和該組插頭類元件建立了壓入連接(可塑針腳(compliant pin)連接)。還提供了一種功率半導(dǎo)體裝置，包括具有至少一個(gè)圖案化金屬化 層(patterned metallization layer)的半導(dǎo)體村底。該裝置還包括功率半 導(dǎo)體芯片，該芯片設(shè)置在金屬化層上，具有至少一個(gè)第一負(fù)載端子和 至少一個(gè)第二負(fù)栽端子，第一負(fù)載端子連接到第一組插頭類元件，并 且笫二負(fù)載端子連接到第二組插頭類元件。才莫塊的其它電子組件包括至少一個(gè)第一負(fù)載端子和至少一個(gè)第二負(fù)載端子，第一負(fù)載端子連接 到第三組插頭類元件，第二負(fù)栽端子連接到第四組插頭類元件。第一 金屬片帶狀線包括接收第 一組插頭類元件的第 一組開口和接收第三
組插頭類元件的第三組開口 。第二金屬片帶狀線包括接收第二組插頭 類元件的第二組開口和接收第四組插頭類元件的第四組開口 。金屬片 帶狀線中的開口和插頭類元件建立了壓入連接。金屬片帶狀線平行設(shè) 置，使得金屬片帶狀線中的相應(yīng)電流以相反方向流動(dòng)。組裝功率半導(dǎo)體裝置時(shí)，提供了電連接到功率半導(dǎo)體芯片的一組 插頭類元件。此外，提供了金屬片帶狀線，它包括適用于"l妄收該組插 頭類元件的一組開口。金屬片帶狀線^皮定位為使得開口與插頭類元件 對(duì)齊。金屬片帶狀線被壓嵌到插頭類元件上，使得插頭類元件穿入開口中，由此建立了壓入連接。本文所述功率半導(dǎo)體裝置提供了到功率半導(dǎo)體模塊且在模塊內(nèi)的易于組裝的低電感連接。


參照以下附圖和說(shuō)明，可更好地理解本發(fā)明。圖形中的組件不必 按比例畫出，而強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是示出本發(fā)明的原理。另外，在圖形中，類似的標(biāo)號(hào)指定類似的部分。在圖中圖1是一個(gè)功率半導(dǎo)體裝置的電路圖，該半導(dǎo)體裝置包括由整流 器模塊建立的第 一功率半導(dǎo)體模塊和由半橋模塊建立的第二功率半 導(dǎo)體模塊，兩個(gè)模塊通過(guò)帶狀線連接到由DC連接電容器模塊建立的 控制模塊；圖2是一個(gè)功率半導(dǎo)體裝置的電路圖，該半導(dǎo)體裝置包括由整流 器模塊建立的第 一功率半導(dǎo)體模塊和由三相半橋模塊建立的第二功 率半導(dǎo)體模塊，兩個(gè)模塊通過(guò)帶狀線連接到由DC連接電容器模塊、 控制單元和監(jiān)視單元建立的控制才臭塊；圖3a是一個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的垂直橫截面視圖，該半導(dǎo)體才莫塊包 括功率端子和承載功率半導(dǎo)體芯片的多層村底，功率端子通過(guò)連接片 電連接到功率半導(dǎo)體芯片；圖3b是圖3a所示模塊襯底上的頂視圖； 圖4是一個(gè)功率半導(dǎo)體裝置和要連接到功率半導(dǎo)體才莫塊的帶狀線的透視圖，其中，模塊的所有功率半導(dǎo)體芯片設(shè)置在連接片的一側(cè)； 圖5a是相互電連接并沿直線設(shè)置的多個(gè)功率端子的頂視圖； 圖5b是相互電連接的多個(gè)功率端子頂視圖，其中，直線包括到功率端子，大于零的中距離；圖5c是相互電連接的多個(gè)功率端子的頂視圖，其中，功率端子形成為具有圓形橫截面和頂部尖頭的粗線；圖6是功率半導(dǎo)體裝置和要連接到功率半導(dǎo)體4莫塊的帶狀線的透視圖，其中，才莫塊的功率半導(dǎo)體芯片設(shè)置在連接片的相對(duì)側(cè)；圖7是功率半導(dǎo)體裝置的橫截面視圖，半導(dǎo)體裝置包括通過(guò)使用帶狀線相互串聯(lián)的兩個(gè)相同功率半導(dǎo)體模塊；圖8a是由半橋模塊建立的功率半導(dǎo)體模塊頂視圖，其中，相互電連接的功率端子沿直線設(shè)置；圖8b是圖8a所示功率半導(dǎo)體^^莫塊沿線條B-B'的橫截面視圖； 圖8c是圖8a所示功率半導(dǎo)體模塊沿線條C-C的橫截面視圖； 圖8d是容置蓋附接到模塊的圖8a所示功率半導(dǎo)體模塊的頂視圖； 圖8e是圖8d所示功率半導(dǎo)體模塊沿線條B-B'的橫截面視圖； 圖9是通過(guò)使用連接片，電連接到村底頂部金屬層的功率端子橫截面視圖；圖IO是功率半導(dǎo)體裝置的透視圖，半導(dǎo)體裝置包括要通過(guò)使用帶 狀線相互連接的功率半導(dǎo)體才莫塊和DC連接電容器，功率半導(dǎo)體模塊 包括臺(tái)階，使得不同行的功率端子設(shè)置在不同層；圖11是一個(gè)DC連接電容器的橫截面視圖，電容器包括相互電連 接的第一電容器電極和相互電連接的第二電容器電極，其中，電容器 電極相互交替連續(xù)設(shè)置；圖12是包括一對(duì)巻繞電容器電極的DC連接電容器模塊的橫截面 視圖；圖13a和13b示出一個(gè)功率半導(dǎo)體模塊，該才莫塊包括半橋、電連
接到模塊電源端子的帶狀線和連接到模塊相位輸出的導(dǎo)電片；圖14a是包括彈簧夾的功率半導(dǎo)體模塊容置蓋的一部分的透視圖；圖14b是圖14a容置蓋和彈簧夾的頂視圖； 圖14c是圖14b的裝置沿線條G-G'的橫截面視圖； 圖15a是包括一個(gè)針腳的壓入連接透視圖，包括一個(gè)彈簧類元件 插入一個(gè)通孑L;圖15b是圖15a壓入連接的垂直橫截面視圖； 圖15c是圖15b壓入連接的水平橫截面視圖； 圖16a是一個(gè)實(shí)心針腳的透視圖；以及圖16b是根據(jù)圖15c視圖的壓入連接水平橫截面視圖，其中不使 用包括彈簧類元件的針腳，而^_使用了實(shí)心針腳。
具體實(shí)施方式
圖l是功率半導(dǎo)體裝置的電路圖，該半導(dǎo)體裝置包括通過(guò)帶狀線 裝置連接到電容器才莫塊110的第一半導(dǎo)體才莫塊100和第二半導(dǎo)體模塊 120，帶狀線裝置包括扁平導(dǎo)電片(本文也稱為帶狀線)，如帶狀線ll、 12或?qū)щ娖?1、 12。第一功率半導(dǎo)體模塊100在本示例中是整流橋 模塊，包括六個(gè)二極管3、功率輸入端子103、 104、 105和功率輸出 端子IOI、 102。每個(gè)功率輸入端子例如通過(guò)帶狀線連接到電源5的三 相之一。在提供有通過(guò)電源端子121、 122的電源的半橋配置中，第 二功率半導(dǎo)體才莫塊120包括諸如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的兩個(gè)可控 功率半導(dǎo)體芯片l和續(xù)流二極管2。但是，也可應(yīng)用其它可控功率半 導(dǎo)體芯片，如MOSFET、晶閘管等。半橋包括能夠由控制輸入124控 制的上半橋分支和能夠由控制輸入125控制的下半橋分支。包括DC 連接電容器4的電容器模塊110通過(guò)功率端子113、 114連接到帶狀 線11和12。半橋的輸出連^J妄到相位輸出功率端子123。為增大安培 容量，可并聯(lián)多個(gè)例如相同的功率半導(dǎo)體芯片，而不只是一個(gè)可控功 率半導(dǎo)體芯片1。圖2是具有多個(gè)例如相同的并聯(lián)功率半導(dǎo)體芯片的其它示范功率 半導(dǎo)體裝置電路圖。參照?qǐng)D2,第二功率半導(dǎo)體沖莫塊120包括三個(gè)半 橋A、 B、 C，而不是只一個(gè)半橋。半橋A、 B、 C的上半橋分支能夠 通過(guò)控制端子124a、 124b和124c控制，下半橋分支能夠通過(guò)控制端 子125a、 125b和125c控制。半橋A、 B、 C分別連接到功率輸出端子 13a、 13b和13c。包括控制電路131和驅(qū)動(dòng)電路132a、 132b、 132c、 133a、 133b、 133c的控制單元130連接到控制端子124a、 124b、 124c、 125a、 125b和125c?？刂齐娐?31適用于控制驅(qū)動(dòng)電路132a、 132b、 132c、 133a、 133b、 133c，以便例如接通或斷開特定的可控功率半導(dǎo) 體芯片1?？刂茊卧?30或其任何部分可集成在功率半導(dǎo)體沖莫塊120 中，或如圖2所示與才莫塊120分開設(shè)置。例如三相電動(dòng)機(jī)M的負(fù)栽150通過(guò)線路151a、 151b、 151c連接 到才莫塊120的相位輸出端子13a、 13b和13c。電流傳感器141a、 141b 和141c分別耦合到線路151a、 151b、 151c。電流傳感器141a、 141b 和141c檢測(cè)線路151a、 151b和151c中的電流。連接到控制電路131 的監(jiān)視單元140監(jiān)視電流傳感器141a、 141b、 141c的信號(hào)，并且允許 控制電路131根據(jù)線路141a、 141b、 141c中的輸出電流控制一個(gè)、一 些或所有功率半導(dǎo)體芯片1。圖3a是功率半導(dǎo)體才莫塊120的橫截面視圖，該功率半導(dǎo)體模塊包 括功率半導(dǎo)體芯片1、具有至少一個(gè)金屬層21、 23、 25和設(shè)置在相鄰 金屬層21、 23、 25之間的至少一個(gè)陶瓷層22、 24的襯底20。村底 20的頂部金屬層21具有相互近距離設(shè)置的部分21a、 21b、 21c、 21d。 附接到村底的組件通過(guò)襯底20的金屬層23、 25互連。此外，為將不 同的金屬層或不同金屬層的部分電互連，在陶瓷層22中設(shè)置了導(dǎo)孔 26。視特定電路要求而定，可選地，底部金屬層25可與頂部金屬層 21或金屬層23中一個(gè)金屬層電絕緣或兩者都電絕緣?？煽毓β拾雽?dǎo)體芯片1包括用于電連接的端"l妄區(qū)la、 lb。此類端
接區(qū)la、 lb例如可以是金屬化層，如在芯片1的半導(dǎo)體主體上的鋁和 /或銅層，并提供到如可能出現(xiàn)的漏極區(qū)、源極區(qū)、集電極區(qū)、發(fā)射極 區(qū)、陽(yáng)極區(qū)或陰極區(qū)的電連接。如果器件包括垂直結(jié)構(gòu)，則芯片l的 端接區(qū)la和lb可設(shè)置在芯片l的相對(duì)側(cè)上。備選，如果器件包括橫 向結(jié)構(gòu)，則芯片1的端接區(qū)la和lb可設(shè)置在芯片1的相同側(cè)上?？煽毓β拾雽?dǎo)體芯片1通過(guò)焊料27連接到部分21a和21c，并通 過(guò)接合線連接到部分21a和21b。除軟釬焊外，硬釬焊、過(guò)渡液相軟 釬焊(transient liquid phase soldering)、導(dǎo)電月交合或使用銀膏的低溫 連結(jié)技術(shù)(LTJT)也適用。為從外部將模塊120連接到例如電源、負(fù)載或DC連接電容器， 模塊包括能夠從功率半導(dǎo)體模塊120外部，即從模塊120的容置外部 (圖中未示出)可到達(dá)和電接觸的功率端子。此類功率端子包括作為壓 入連4婁一部分的插頭類元件41、 42、 43,例如，作為公插頭(male plug) 或母插頭(female plug)。在圖3a中，插頭類元件41、 42、 43電連 接到功率半導(dǎo)體芯片1,接線片31、 32和33電連接到部分21a、 21c 和21d。連接片31、 32、 33包括連結(jié)分支71、 72、 73,設(shè)置得相鄰 于面向襯底20的相應(yīng)連結(jié)分支71、 72、 73。如圖3a所示，功率端子 41、 42、 43和相應(yīng)的連接片31、 32、 33可選擇在一個(gè)件中形成。連 接片31、 32、 33例如可由扁平、有角度或彎曲的金屬板，或由大量 的金屬線制成，并在平行于襯底底側(cè)20b的剖面中包括例如超過(guò)5平 方毫米的橫截面面積。村底20的底側(cè)20b朝向背離功率半導(dǎo)體芯片1 。 絕緣片39設(shè)置在連接片31、 32之間。要將連結(jié)分支71、 72和73電連接到芯片1的端接區(qū)la或lb, 相應(yīng)的連結(jié)分支可直接連結(jié)到設(shè)置在背離村底10的芯片1 一側(cè)上的 端接區(qū)la，或金屬層21、 23、 25之一的一部分21a、 21b、 21c、 21d。 作為連結(jié)技術(shù)，可應(yīng)用軟釬焊、硬釬焊、過(guò)渡液相軟釬焊、焊接、接 合、導(dǎo)電膠合或使用銀膏的低溫連結(jié)技術(shù)(LTJT)。備選，連結(jié)分支71、 72、 73可直接壓在相應(yīng)端接區(qū)la上或金屬層21、 23、 25之一的相應(yīng)
部分21a、 21b、 21c、 21d上以形成壓力接觸。功率半導(dǎo)體模塊120的外部連接通過(guò)扁平導(dǎo)電片11、 12和13提 供。導(dǎo)電片11和12相互平行延伸，距離例如為0.1毫米到5毫米， 形成帶狀線裝置15。帶狀線裝置15可選擇包括設(shè)置在導(dǎo)電片11與 12之間的絕緣片19。為在外部連#~相位輸出功率端子43，應(yīng)用了扁 平導(dǎo)電片1。圖3b是沿圖3a線條A-A'到圖3a所示模塊120襯底20 上的頂視圖。正如可看到的一樣，頂部金屬層21的部分21a、 21b、 21c、 21d相互間隔設(shè)置。圖4是功率半導(dǎo)體模塊120的透視圖。模塊120包括襯底20、附 接到襯底20的功率半導(dǎo)體芯片1、 一端具有插頭類元件41而另一端 具有分支71的連接片31及一端具有插頭類元件42而另一端具有連 結(jié)分支72的連接片32。連^t妄片31、 32將連結(jié)分支71、 72連接到相 應(yīng)的插頭類元件41、 42。通過(guò)功率半導(dǎo)體芯片l的適當(dāng)設(shè)置，例如， 在平行于第一直線gl延伸的一個(gè)或多個(gè)平行行中，以及在村底20上 金屬層的適當(dāng)結(jié)構(gòu)，主電流大致在兩個(gè)平行M目反的方向中流動(dòng)。在 圖4中，電流的這些特定方向用箭頭I表示。在襯底20上，多個(gè)功率半導(dǎo)體芯片設(shè)置在村底上。每個(gè)功率半導(dǎo) 體芯片1包括第一端接區(qū)la和第二端接區(qū)(設(shè)置在功率半導(dǎo)體芯片1 的底側(cè)，因此在圖中未示出)。第一端接區(qū)la和第二端接區(qū)可以為漏 極端接區(qū)或源極端接區(qū)或集電極端接區(qū)或發(fā)射極端接區(qū)或陽(yáng)極端接 區(qū)或陰極端接區(qū)。所有第一端接區(qū)la和所有第二端接區(qū)分別相互電連 接。插頭類元件41和插頭類元件42每個(gè)的數(shù)目至少為二，以便一方 面才是供充分的機(jī)械穩(wěn)定性，并防止電流在垂直于主電流方向的方向上 流動(dòng)(4昔流)。在帶狀線裝置15中，導(dǎo)電片11和12包括分別與功率端子41和 42匹配的開口 51和開口 52(圖4中未詳細(xì)示出，因?yàn)樗鼈冸[藏在絕緣 片19和導(dǎo)電片11下)。為將帶狀線裝置15連接到具有插頭類元件41、 42的接線片31、 32,開口 51和52分別位于插頭類元件41和42的
上方，并且從上方向帶狀線裝置15施力F從而將帶狀線裝置15壓向 接線片31、 32。這使得插頭類元件41、 42穿入相應(yīng)的開口 51、 52中， 從而形成壓入連接。正如從圖4中可看到的一樣，插頭類元件41沿第一直線gl連續(xù) 設(shè)置，而該直線例如平行于村底20的底側(cè)20b延伸。插頭類元件42 沿第二直線g2連續(xù)設(shè)置，該直線與第一直線gl平行。插頭類元件41 在范圍b41內(nèi)延伸，并且插頭元件42在范圍b42內(nèi)延伸，其中兩個(gè) 范圍具有基本相同的大小。在與直線gl、 g2方向平行的方向上，導(dǎo) 電片11和12分別在范圍b201或b202內(nèi)延伸。范圍b201和b202相 等，并且與范圍b41、 b42相等以避免錯(cuò)流。在圖4中，帶狀線裝置 15右端連接到模塊120。同樣地，另一端也可包括如上所述要連接到 例如電容器或其它功率半導(dǎo)體模塊的其它電子組件(未示出)的開口 51、 52。為此，該其它電子組件可包括諸如插頭類元件41、 42的插 頭類元件。帶狀線裝置15大致與襯底20平行，并且在垂直于村底20 平面的方向上具有到功率半導(dǎo)體芯片1的距離11。此外，在其它電子 組件(未示出)旁設(shè)置的這行功率半導(dǎo)體芯片1在平行于襯底20平面且 垂直于第一直線gl方向的方向上，具有到下部導(dǎo)電片12的開口 52 和在其它電子組件(未示出)相應(yīng)插頭類元件連"l矣到帶狀線裝置15時(shí)到 該相應(yīng)插頭類元件的距離為12。圖5a和5c示出第一插頭類元件41不同示例的頂視圖。圖5a示 出圖4的插頭類元件41。第一功率端子41在范圍b41內(nèi)的直線gl上 連續(xù)設(shè)置，相互之間的距離為d41，第一插頭類元件與最后插頭類元 件之間的最大距離dmax。圖5b示出一種裝置，其中，第一功率端子 41未設(shè)置在直線gl上，而^:設(shè)置為垂直方向上到直線gl的3巨離為 dl、 d2、 d3、 d4和d5。 dl、 d2、 d3、 d4、 d5的最大距離可使得它不 會(huì)干擾平行于要連接到接線片31的帶狀線11的帶狀線12。圖5c所 示裝置不同于圖5b所示裝置，表現(xiàn)在插頭類元件41形成為具有圓狀 橫截面和頂部尖頭的粗線，以便易于將功率半導(dǎo)體模塊連接到帶狀
線。與圖4的帶狀線相比，連"t妻到圖5c插頭類元件41的導(dǎo)電片可包 括圓孔開口。帶狀線11、 12之間的距離取決于要實(shí)現(xiàn)的絕緣強(qiáng)度。 平行設(shè)置的兩個(gè)帶狀線11、 12之間的距離越小，包括帶狀線ll、 12 的帶狀線裝置15的電感就越低。在圖4中，功率半導(dǎo)體才莫塊120的所有功率半導(dǎo)體芯片1設(shè)置在 接線片31、 32的一側(cè)。在圖6中，功率半導(dǎo)體才莫塊120的功率半導(dǎo) 體芯片l設(shè)置在連接片31、 32的兩側(cè)。參照?qǐng)D4和圖6，電流I在襯 底金屬層中和在靠近襯底的區(qū)域中流動(dòng)，其中，電流I大致平行于基 本方向(cardinal direction)流動(dòng)，并且錯(cuò)流^皮保持到最小。圖7是包括兩個(gè)串聯(lián)的相同功率半導(dǎo)體才莫塊120的功率半導(dǎo)體裝 置橫截面視圖。每個(gè)功率半導(dǎo)體才莫塊120例如包括功率半導(dǎo)體芯片1 和連接至此的續(xù)流二極管2。每個(gè)才莫塊120還包括例如由金屬制成的 底板10，底板被壓在公共散熱器9上，適當(dāng)時(shí)在它們之間有導(dǎo)熱漿料。 每個(gè)模塊120可還包括容置蓋30，容置蓋30與相應(yīng)底板10 —起形成 模塊120的容置。圖8a是功率半導(dǎo)體模塊120的另一實(shí)施例的頂視圖。模塊120 包括具有陶瓷層22和頂部金屬層21的襯底20。頂部層21包括相互 間隔的部分21a、 21b、 21c、 21d、 21e和21f。模塊120包括具有上半 橋分支和下半橋分支的半橋。上半橋分支包括七個(gè)功率半導(dǎo)體芯片1 和七個(gè)續(xù)流二極管2，而上半橋分支的功率半導(dǎo)體芯片l和續(xù)流二極 管2與相應(yīng)的第二端接區(qū)lb和2b(圖8a中未示出)導(dǎo)電連結(jié)到頂部金 屬層21的部分21b。相應(yīng)地，下半橋分支的功率半導(dǎo)體芯片l和續(xù)流 二極管2與相應(yīng)的第二端接區(qū)lb和2b(圖8a中未示出)導(dǎo)電連結(jié)到頂 部金屬層21的部分21e。在上半橋分支的功率半導(dǎo)才莫塊1頂部上的第 一端接區(qū)la、 lb和續(xù)流二極管2通過(guò)接合線28連接到頂部金屬層21 的部分21c。在下半橋分支的功率半導(dǎo)才莫塊l頂部上的第一端接區(qū)la、 lb和續(xù)流二極管2通過(guò)接合線28連接到頂部金屬層21的部分21d。 上半橋分支中的功率半導(dǎo)體芯片1包括控制端接區(qū)，這些區(qū)設(shè)置在半 導(dǎo)體芯片1的頂部，并且通過(guò)接合線28b電連接到頂部金屬層21的 部分21a。相應(yīng)地，下半橋分支中的功率半導(dǎo)體芯片1包括控制端接 區(qū)，這些區(qū)設(shè)置在半導(dǎo)體芯片1的頂部，并且經(jīng)接合線28b電連接到 頂部金屬層21的部分21f。功率半導(dǎo)體才莫塊120還包括用于外部連接的功率輸入端子141、 142和功率輸出端子143。功率輸入端子141電連接到部分21d,功率 輸入端子42電連接到部分21b,并且相位輸出端子143電連接到部分 21c和21e。相應(yīng)的電連接分別通過(guò)連接片31、 32和33建立。接線片 31、 32和33包括連結(jié)分支71、 72和73,這些分支分別直接連結(jié)到 相應(yīng)的部分21c、 21b和21c/21e。備選地，特定的連結(jié)分支可直接連 結(jié)到設(shè)置在功率半導(dǎo)體芯片1和/或續(xù)流二極管2頂部的端子區(qū)la、 2a。如軟釬焊、導(dǎo)電膠合或使用銀膏的低溫連結(jié)技術(shù)(LTJT)的連結(jié)技 術(shù)可適用。接線片31、 32和33的部分61、 62和63形成平行于村底 20延伸的母線。整個(gè)第一連結(jié)分支71包括到襯底20邊緣的最小距離 d71min，并且整個(gè)第二連結(jié)分支72包括到襯底20邊緣的最小距離 d72min。整個(gè)第三連結(jié)分支73包括到襯底20邊緣的最小距離d73min。 為電連接功率半導(dǎo)體芯片l的控制端接區(qū)，提供了連接到部分21a的 端子64和連接到部分21f的端子65。圖8b和8c是沿圖8a的線條B-B'和C-C'的橫截面視圖。在這些 視圖中，也分別可看到功率半導(dǎo)體1和續(xù)流二極管2的第二端子區(qū)lb、 2b。圖8d是圖8a才莫塊的頂視圖。但是，圖8d中示出了附接到模塊 120的容置蓋30。容置蓋30包括有開口，而功率端子41、 42和43 及控制端子64、 65通過(guò)這些開口在容置蓋30上方突出。圖8e中可看 到端子41、 42、 43、 64、 65的突出，該圖是沿圖8d線條B-B'的模塊 120的橫截面視圖。圖9示出連結(jié)分支71和將連結(jié)分支71連接到功率端子41的接線 片31。分支71直接軟釬焊到村底20的頂部金屬層，襯底20包括金 屬層21、 23和設(shè)置在金屬層21與23之間的陶資層22。
圖10示出一個(gè)功率半導(dǎo)體裝置，它包括要連接到帶狀線裝置15 的功率半導(dǎo)體模塊100。功率半導(dǎo)體模塊100可包括三相整流器模塊。 用于控制才莫塊100的控制單元130附-接到容置蓋30外部。功率半導(dǎo) 體^t塊100的襯底與控制單元相對(duì)設(shè)置。模塊100包括插頭類元件41 和插頭類元件42,作為才莫塊100的端子以便其連接到具有插頭類元件44、 45的DC連4秦模塊IIO(如圖2所示)。插頭類元件45和插頭類元 件46分別相關(guān)直線g4或直線g5設(shè)置，兩條直線相關(guān)線條gl和g2 均平行。如上已經(jīng)概述的一樣，帶狀線裝置15包括相互間隔的導(dǎo)電金屬片 11、 12和設(shè)置在導(dǎo)電金屬片11、 12之間的絕緣層19。導(dǎo)電金屬片11 連接插頭類元件42和44、導(dǎo)電金屬片12從而電連"l妄功率端子41和45。 為便于組裝和提供改進(jìn)的絕緣，功率半導(dǎo)體;f莫塊100的容置蓋30 包括臺(tái)階，以便插頭類元件41與插頭類元件42位于不同的層。插頭 類元件44和插頭類元件45可以如上相關(guān)功率端子41、 42所述的類 似方式設(shè)置。在扁平導(dǎo)電片11和12中提供的開口 51和52與相應(yīng)的 插頭類元件41、 42、 44、 45—起建立了如上所述的壓入接觸。才莫塊還包括具有插頭類元件43a、 43b、 43c的三相輸出功率端子。 金屬片151a、 151b和151c通過(guò)如上所述的壓入"l妄觸，電連4妄到相應(yīng) 的三相輸出功率端子43a、 43b和43c。在此類裝置中，裝置的電感隨著通過(guò)功率半導(dǎo)體才莫塊100和帶狀 線11與12的電流上升而按比例降低。如果I皿是通過(guò)功率半導(dǎo)體才莫 塊100的最大電流，它可以是功率半導(dǎo)體才莫塊100標(biāo)稱(額定)電流的 兩倍，則裝置的電感L可能小于例如10-SVs/I皿x。電感L主要由如圖 4中所述作為在功率半導(dǎo)體;f莫塊100與電容器IIO之間距離11與12之 和的距離l確定1 = 11 + 12。比率d/b的上限例如可計(jì)算如下，其中，d是帶狀導(dǎo)電片11與12 之間的距離，b是導(dǎo)電片的寬度，例如，在圖4中，b = b42，在圖6 中，b = b201=b202:<formula>formula see original document page 17</formula>^0-4.Pi.lO-7v.s/(A.m)是真空磁導(dǎo)率，其中，Pi = 3.1415...。 圖11是如參照?qǐng)D1和2所述電容器模塊110的橫截面視圖。模塊 110包括電連接到插頭類元件44的電容器電極115和連接到插頭類元 件45的電容器電極116,其中，電容器電極115、 116交替連續(xù)設(shè)置。 容置29的內(nèi)部可裝有介電質(zhì)119，例如硅樹脂或環(huán)氧樹脂。另一個(gè)電 容器才莫塊110在圖12中示出，其中，第一電極115和第二電極116 巻繞在一起。圖13a和13b示出了功率半導(dǎo)體才莫塊120,其中，圖13b是沿圖 13a所示頂視圖的線條F-F，的模塊120的橫截面視圖。在模塊120中， 大致在導(dǎo)電片11和12中平行流動(dòng)，但具有相反方向的電流Ill和112 通過(guò)疊加產(chǎn)生了結(jié)果電流1120。連接到相位輸出端子43的導(dǎo)電片13中的電流I13，其基本方向 大致與電流1120基本方向垂直。圖14a是功率半導(dǎo)體才莫塊容置蓋30 —部分的透視圖。大致沿直線 設(shè)置的多個(gè)功率端子51延伸通過(guò)容置蓋30。功率端子包括彈簧夾51 ， 每個(gè)彈簧夾包括兩個(gè)彈簧分支51a、 51b。每個(gè)彈簧夾51通過(guò)使用連 接片31電連接到連結(jié)分支71。圖14b是容置蓋30的頂視圖，在圖中， 帶狀線裝置的導(dǎo)電片ll凈皮推壓，開口 51被推向容置蓋30，使得開口 51與彈簧夾51區(qū)配。圖14c是沿圖14b線條G-G，的橫截面視圖。在 開口 51完全推壓在彈簧夾41上后，功率半導(dǎo)體才莫塊通過(guò)帶狀線裝置 的幾乎整個(gè)寬度電連接到導(dǎo)電片，因此，減少了錯(cuò)流。作為圖14a-14c所示彈簧夾連接的備選，其它壓入連接也適用， 例如包括叉型結(jié)構(gòu)、目艮型結(jié)構(gòu)、絞型結(jié)構(gòu)(twistedstructure),栓型結(jié)構(gòu) 或鉚釘型結(jié)構(gòu)。不同于上述裝置，薄型(low profile)才莫塊也可使用， 其中，功率端子設(shè)置在功率半導(dǎo)體才莫塊容置的相對(duì)側(cè)壁上。例如，通過(guò)將尺寸大的針腳(pin)按壓到鉆通孔中，形成在鉆通
孔與連接器針腳之間的壓入連接?；咎卣魇轻樐_的橫截面必須大于 孔的直徑。這在針腳與鉆通孔處形成了材料重疊，而這必須通過(guò)針腳或孔的變形形成。變形可以是彈性或非彈性的。針腳41的上側(cè)可以 是例如圖4所示接線片31的一部分，或者可連接到該接線片。圖15a示出在可塑針腳41與帶狀線ll的通孔51之間的壓入連接 示例。針腳41包括形成彈簧類元件的兩個(gè)分路41a、 41b。在插入通 孔51時(shí)，分路41a、 41b坤皮彈性壓縮。由于壓縮原因，正如從圖15b 可看到的一才羊，張力F影響了通孔51的內(nèi)側(cè)壁，并在針腳與通孔51 之間建立了緊密的連接。通孔51可選擇通過(guò)眼狀物lla力口固。從圖 15c的水平4黃截面視圖中，可以看到由于由分路41a、 41b形成的彈簧 類元件的彈性原因，在通孔51的內(nèi)側(cè)壁51a將不存在顯著變形。備選，可使用例如圖16a所示的實(shí)心針腳，而不是可塑針腳。要 在針腳41與帶狀線11之間形成緊密連接，實(shí)心針腳41使通孔51的 側(cè)壁51a變形，這可從圖16b的水平橫截面視圖中看到。雖然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施例已公開，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明 白，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可進(jìn)行將實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一些 優(yōu)點(diǎn)的各種更改和修改。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可適當(dāng)?shù)靥娲?用執(zhí)行相同的功能的其它組件。對(duì)本發(fā)明概念的此類修改將涵蓋在隨 附權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種功率半導(dǎo)體裝置，包括功率半導(dǎo)體芯片，電連接到具有至少兩個(gè)插頭類元件的第一組插頭類元件；以及金屬片帶狀線，包括接收所述一組插頭類元件的一組開口；其中所述金屬片帶狀線中的所述一組開口和所述一組插頭類元件建立了壓入連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，還包括具有承載所述功 率半導(dǎo)體芯片的至少一個(gè)金屬化層的村底，其中所述一組插頭類元件 安裝在所述金屬化層上。
3. 如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述插頭類元件包 括針腳型結(jié)構(gòu)、叉型結(jié)構(gòu)、眼型結(jié)構(gòu)、栓型結(jié)構(gòu)或鉚釘型結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述組的所述插頭 類元件沿直線設(shè)置。
5. 如權(quán)利要求2、 3或4所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述插頭 類元件直接軟釬焊、焊接、接合或?qū)щ娔z合到所述襯底的部分所述金 屬化層。
6. 如權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述插頭類元件由 在接線片一端的梳狀結(jié)構(gòu)形成，其中所述接線片軟釬焊、焊接、接合 或?qū)щ娔z合到所述村底的部分所述金屬化層。
7. 如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，還包括具有至少兩個(gè)插 頭類元件的其它組插頭狀元件、在所述襯底上設(shè)置至少一個(gè)其它功率 半導(dǎo)體芯片，其中每個(gè)功率半導(dǎo)體芯片包括第 一 負(fù)栽端子和第二負(fù)載 端子，每個(gè)所述第一負(fù)載端子連接到所述一組插頭類元件，并且每個(gè) 所述第二負(fù)栽端子連接到其它組插頭類元件。
8. 如權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體裝置，還包括其它金屬片帶狀 線，所述其它金屬片帶狀線包括接收所述其它組插頭類元件的其它組 開口，所述其它組開口和所述其它組插頭類元件建立壓入連接，其中 所述第一金屬片帶狀線和所述其它金屬片帶狀線平行設(shè)置。
9. 如權(quán)利要求8所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述一個(gè)金屬片帶 狀線和所述其它金屬片帶狀線通過(guò)絕緣片分隔。
10. 如權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述一個(gè)金屬片 帶狀線、所述其它金屬片帶狀線和所述絕緣片浮皮i殳置并施加有電流， 使得所述金屬片帶狀線中的相應(yīng)電流以相反方向流動(dòng)。
11. 如權(quán)利要求10所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述一個(gè)金屬片 帶狀線、所述其它金屬片帶狀線和所述絕緣片被設(shè)置，使得它們的結(jié) 果電感低于單個(gè)金屬片帶狀線每一個(gè)的電感。
12. 如權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中功率半導(dǎo)體芯片 包括單個(gè)功率晶體管、晶體管半橋、三相橋或續(xù)流二極管。
13. 如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，還包括其它電子組件， 所述其它電子組件包括電連接到第三組插頭類元件的第一負(fù)載端子， 其中所述第一金屬片帶狀線包括接收所述第三組插頭類元件的第三 組開口 ，因而在所述半導(dǎo)體芯片與所述其它電子組件之間建立了壓入 連接。
14. 如權(quán)利要求13所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述其它電子組 件是阻塞電容器。
15. 如權(quán)利要求13所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述其它電子組 件是用于所述功率半導(dǎo)體芯片的控制電路。
16. —種功率半導(dǎo)體裝置，包括 半導(dǎo)體襯底，具有至少一個(gè)圖案化金屬化層； 功率半導(dǎo)體芯片，設(shè)置在所述金屬化層上，并包括至少一個(gè)第一負(fù)載端子和至少一個(gè)第二負(fù)載端子，所述第一負(fù)載端子連接到第一組 插頭類元件，所述第二負(fù)栽端子連接到第二組插頭類元件；其它電子組件，具有至少一個(gè)第一負(fù)載端子和至少一個(gè)第二負(fù)栽 端子，所述第一負(fù)載端子連接到第三組插頭類元件，所述笫二負(fù)載端 子連接到笫四組插頭類元件；第一金屬片帶狀線，包括接收所述第一組插頭類元件的第一組開 口和接收所述笫三組插頭類元件的第三組開口 ；第二金屬片帶狀線，包括接收所述第二組插頭類元件的笫二組開 口和接收所迷笫四組插頭類元件的第四組開口；其中所述金屬片帶狀線中的所述開口和所述插頭類元件建立了壓入 連接；以及所述金屬片帶狀線平行設(shè)置并施加有電流，使得所述金屬片帶狀 線中的相應(yīng)電流以相反方向流動(dòng)。
17. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述其它電子組 件是阻塞電容器。
18. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述其它電子組 件包括承栽至少一個(gè)其它半導(dǎo)體芯片的其它村底，所述其它半導(dǎo)體芯 片包括分別連接到所述第三組插頭類元件和所述第四組插頭類元件 的第一負(fù)載端子和第二負(fù)載端子。
19. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述插頭類元件 包括針腳型結(jié)構(gòu)、叉型結(jié)構(gòu)、目艮型結(jié)構(gòu)、栓型結(jié)構(gòu)或鉚釘型結(jié)構(gòu)。
20. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述插頭類元件 軟釬焊、焊接、接合或?qū)щ娔z合到所述襯底的部分所述金屬化層。
21. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述插頭類元件 由在一端包括梳狀結(jié)構(gòu)的接線片形成，其中所述接線片軟釬焊、焊接、 接合或?qū)щ娔z合到所述襯底的部分所述金屬化層。
22. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，包括至少一個(gè)其它功 率半導(dǎo)體芯片，所述其它功率半導(dǎo)體芯片i殳置在所述金屬化層上并包 括至少一個(gè)第一負(fù)載端子和至少一個(gè)第二負(fù)載端子，所述第一負(fù)栽端 子連接到所述第一組插頭類元件，所述第二負(fù)栽端子連^l妄到所述第二 組插頭類元件；其中設(shè)置在所述金屬化層上的所述功率半導(dǎo)體芯片在至少一個(gè)直線 行上i殳置，每個(gè)所述至少一個(gè)直線行在第一方向上延伸；所述其它電子組件設(shè)置在垂直于所述第一方向的第二方向上； 所述第 一金屬片帶狀線和所述第二金屬片帶狀線以所述第二方向在所述功率半導(dǎo)體才莫塊區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展，并且平行于所述功率半導(dǎo)體芯片的所述行延伸。
23. 如權(quán)利要求16所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬帶狀線 由絕緣體分隔。
24. —種組裝功率半導(dǎo)體裝置的方法，包括 提供電連接到功率半導(dǎo)體芯片的一組插頭類元件； 提供金屬片帶狀線，所述金屬片帶狀線包括配置為接收所述一組插頭類元件的一組開口；定位所述金屬片帶狀線，使得所述開口與所述插頭類元件對(duì)齊； 將所述金屬片帶狀線壓到所述插頭類元件上，使得所述插頭類元件穿入所述開口中，因而建立了壓入連接。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，包括 提供包括圖案化金屬化層的襯底；將所述功率半導(dǎo)體芯片和所述第一組插頭類元件安裝到所述金 屬化層上，以提供電連接到功率半導(dǎo)體芯片的一組插頭類元件。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是功率半導(dǎo)體裝置，提供了一種功率半導(dǎo)體裝置，它包括功率半導(dǎo)體芯片，而功率半導(dǎo)體芯片電連接到具有至少兩個(gè)插頭類元件的一組插頭類元件，并且還包括金屬片帶狀線，金屬片帶狀線具有接收第一組插頭類元件的一組開口，其中，金屬片帶狀線中的該組開口和該組插頭類元件建立了壓入連接。
文檔編號(hào)H01L25/16GK101399262SQ20081021389
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者R·巴耶勒 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份公司