可消除机械应力的大功率半导体组件制造技术

一种可消除机械应力的大功率半导体组件（１），包括一个基片（４）和管壳（６），具有一个与基片（４）连接的套管（２ａ，２ｂ）和至少一个插入该套管（２ａ，２ｂ）中的导电销（３），该导电销用来实现与一块印刷电路板（５）的电连接，而该印刷电路板则与管壳（６）连接。通过导电销（３）在套管（２ａ，２ｂ）中的轴向自由度可避免在温度变化过程中由于不同的材料性能所引起的机械应力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有一个基片和一个管壳的大功率半导体组件，该组件可消除在温度变化过程中由于组件的各元件的不同材料性能所引起的机械应力。近年来，大功率半导体在汽车电子、能源管理以及工业传动技术和自动化技术中的应用日益增加。这种大功率半导体一般组合成符合用户特殊要求的组件。在这种大功率半导体组件中，单个电子元件通常焊接在一个陶瓷基片上。在有些情况中，该陶瓷基片则与一块底板(散热片)焊接。从而保证了电子元件在运行中的充分散热。图5例如表示一个带有集成门电路(IGBT)的双极性晶体管组件的侧视剖面图，摘自Auerbach、Schwarzbauer、Lammers、Lenninger、Sommer在1996年慕尼黑混合微电子学国际学会(ISHM)会议上发表的题为“铝粗线压焊连接的可靠性(Zuverlssigkeit von Al-Dickdraht-Bondverbindungen)”一文。从该图可以看出，一个这样的大功率半导体组件15具有若干焊接在一个陶瓷基片17上的硅芯片19。而陶瓷基片17则与一块基板18焊接。硅芯片19与铝线20相互电连接。此外，管脚16在管壳22的两侧引出并在以后安装时与印刷电路板(未示出)焊接。这个组件的全部元件都用硅胶24浇注进行电绝缘，其中大功率半导体组件15的管壳22用一个盖23封闭。为了保证硅芯片19通过管脚16与印刷电路板的电连接，在这个组件15中设置了另外的铝压焊连接线21。其中这些压焊连接线的两端分别焊接在硅芯片19上和管脚16的阳台状段上。如图5所示，这些铝压焊连接线21具有弯弓形状。这种所谓的伸缩环或平衡段是必需的，用以避免在温度变化时由于组件各个元件的不同材料性能所引起的有害的机械应力影响。为了保证这种大功率半导体组件的可靠压焊连接，在焊接过程中必需用昂贵的工件安装和固定装置来把连接头固定在它们的位置内。这样就导致了昂贵的制造过程和误差影响。此外，在用这种铝压焊连接线时，最大容许电流强度受到了压焊线长度和压焊线直径的限制。所以为了用简单的方式就能消除热引起的机械应力，本专利技术旨在提出一种在基片上的大功率半导体的接线直接连接的大功率半导体组件及其制造方法。这个目的是通过权利要求1的大功率半导体组件或通过权利要求23所述的大功率半导体组件的一种制造方法来实现的。亦即本专利技术提出了一个具有一基片和一管壳的大功率半导体组件，其特征是，至少一个套管与该基片连接和至少一个导电销插入该套管中，该导电销用来实现与一块印刷电路板的电连接，而该印刷电路板则与管壳连接。为了更好的绝缘，该管壳最好用塑料制成。在本专利技术的一个优选实施例中，该套管与该基片焊接。就这点而言，也可设想该套管与其他的电子元件一起在炉子运行过程中焊接在该基片上，从而可达到大功率半导体组件的高效率的制造。根据本专利技术的另一个优选实施例，围绕布置在基片表面的一个腐蚀坑设置有浸润面，以备焊接。此外，该基片压有一种膏状焊料。在入炉或焊接前，把套筒放到该膏状焊料上。紧接着膏状焊料在炉子中熔化，于是在浸润面和套管之间引起的表面张力使套管与腐蚀坑定中心。所以套管可很简便地对准基片而达到很精确的位置误差，从而进一步简化了大功率半导体组件的制造。根据本专利技术的又一个优选实施例，导电销引入与该基片连接的该套管中。这样就由该套管和该导电销形成了一个两部分式插头系统来代替在基片和印刷电路板之间的迄今为止所用的上述压焊连接线。通过套管的一种有利的造型可使导电销牢固夹紧在套管中。但在一定的外力作用下，该导电销仍可轴向移动。通过这种结构有利于导电销在其与该套管相对的一端与一块印刷电路板连接并将大功率半导体组件装在该印刷电路板上，从而又可直接减小由于温度变化所引起的不利的机械应力。这个实施例的另一个优点是，导电销的可焊性一直保持到安装在印刷电路板上为止，因为该导电销只是在入炉后才引入该套管中。此外，由套管和导电销组成的两部分式插头系统来实现基片与印刷电路板的电连接的另一个优点是，与迄今为止的压焊连接比较，容许在基片和印刷电路板之间有更大的最大电流强度。因此迄今为止作为电流承受能力重要参数的导线直径和压焊导线长度对本专利技术的插头系统来说只起次要的作用。根据本专利技术的另一个有利的实施例，套管和导电销都用镀锌的铜或铜合金制成，从而保证了它们的良好的可焊性。就此而论，一般都需要对套管和导电销进行适当的材料选择，以避免例如象在铁和铜之间产生的那种有害的接触腐蚀。根据本专利技术的又一个有利的实施例，套管由一个底段和外套段组成，其中在最简单的情况中，该外套段例如基本上为一个圆筒形。在这种情况下，即使不保持圆筒直径的精确误差也保证了导电销的足够夹紧。为了便于该导电销插入套管，该导电销可在其端段作一斜面，该斜面作入插入斜面使用。亦即通过这个简单的实施例也可有利地保证上述的两部分式插头系统。根据本专利技术的再一个有利的实施例，套管的外套段做成漏斗形，从而更便于导电销的插入。另一个解决办法是，在这个实施例中也可把导电销端部做成插入斜面。在漏斗形结构中，外套段具有若干臂，臂之间有缝隙，这样在焊接后基片进行清洗的过程中就可保证残余焊剂通过这些缝隙从套管内部流出并可彻底进行清除。根据本专利技术的又一个有利的实施例，为了组件各元件的绝缘，在大功率半导体组件的管壳中浇注了硅胶。其中，上述缝隙保证了空气从套管区域内的硅胶中排出，从而保证了可靠的绝缘。大功率半导体组件的其他的有利改进在权利要求2至22中进行了描述。本专利技术的方法是这样实施的至少一个套管放在一个涂敷在基片上的膏状焊料上；基片与套管一起加热，以使套管与基片焊接在一起；导电销插入该套管中并通过该导电销实现大功率半导体组件与印刷电路板的电连接。本专利技术方法的其他有利改进在权利要求24至28中进行了描述。下面结合附图来详细说明本专利技术，附图表示附图说明图1与一块印刷电路板连接的本专利技术大功率半导体组件的局部侧视图；图2图1大功率半导体组件的一个与基片连接的套管和一根导电销的放大图3图2所用套管的星形展开图；图4A与基片连接的套管的另一个实施例；图4B图4A套管的展开5先有技术的大功率半导体组件。图1表示具有一个基片4和一个管壳6的本专利技术大功率半导体组件1的局部图。从剖开的区域可以看出至少一个套管2a,2b与基片4连接。在这个实施例中，套管2a,2b最好与基片4焊接。此外，至少一个导电销3这样引入套管2a,2b中，即该导电销大致垂直于基片4的表面延伸。在这种情况下，没有引入套管2a,2b的导电销3的另一个自由端则用于基片4和印刷电路板5的电连接。在图1所示的本专利技术实施例中，大功率半导体组件1通过管壳6的连接装置7安装在印刷电路板5上。在这里所示的实施例中，导电销3的自由端最好与印刷电路板5焊接。此外，为了保证大功率半导体组件1可靠安装在印刷电路板5上，管壳6具有连接装置7。在本专利技术的这个实施例中，连接装置7最好是塑料套钩，这种套钩可扣入印刷电路板5中。此外，管壳6具有一个管壳上侧6a，其上至少有一个孔8。在这个实施例中，管壳上侧6a最好与管壳6构成一体。另一个办法是，管壳上侧6a也可用一个与管壳6连接的单独的元件制成。如图1所示，异电销3穿过管壳上侧6a的孔8延伸。这样，导电销3就可以管壳6引出。其次，由于导电销3穿过管壳上侧6a的孔8本文档来自技高网...

【技术保护点】
大功率半导体组件的连接装置，具有： －一个与大功率半导体组件（１）的一个基片（４）连接的套管（２ａ，２ｂ）； －一个在运行中引入该套管（２ａ，２ｂ）中的导电销（３），以便与一块印刷电路板（５）构成电连接； 其特征为： －引入的导电销通过该套管（２ａ，２ｂ）可达到夹紧； －为此，该套管（２ａ，２ｂ）具有一个最小直径的区域，其直径小于导电销（３）的直径。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M罗登克特尔，T斯托尔策，
申请(专利权)人：欧佩克欧洲功率半导体股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]