可消除機(jī)械應(yīng)力的大功率半導(dǎo)體組件制造技術(shù)

一種可消除機(jī)械應(yīng)力的大功率半導(dǎo)體組件（１），包括一個(gè)基片（４）和管殼（６），具有一個(gè)與基片（４）連接的套管（２ａ，２ｂ）和至少一個(gè)插入該套管（２ａ，２ｂ）中的導(dǎo)電銷（３），該導(dǎo)電銷用來實(shí)現(xiàn)與一塊印刷電路板（５）的電連接，而該印刷電路板則與管殼（６）連接。通過導(dǎo)電銷（３）在套管（２ａ，２ｂ）中的軸向自由度可避免在溫度變化過程中由于不同的材料性能所引起的機(jī)械應(yīng)力。（*該技術(shù)在2021年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種具有一個(gè)基片和一個(gè)管殼的大功率半導(dǎo)體組件，該組件可消除在溫度變化過程中由于組件的各元件的不同材料性能所引起的機(jī)械應(yīng)力。近年來，大功率半導(dǎo)體在汽車電子、能源管理以及工業(yè)傳動(dòng)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用日益增加。這種大功率半導(dǎo)體一般組合成符合用戶特殊要求的組件。在這種大功率半導(dǎo)體組件中，單個(gè)電子元件通常焊接在一個(gè)陶瓷基片上。在有些情況中，該陶瓷基片則與一塊底板(散熱片)焊接。從而保證了電子元件在運(yùn)行中的充分散熱。圖5例如表示一個(gè)帶有集成門電路(IGBT)的雙極性晶體管組件的側(cè)視剖面圖，摘自Auerbach、Schwarzbauer、Lammers、Lenninger、Sommer在1996年慕尼黑混合微電子學(xué)國(guó)際學(xué)會(huì)(ISHM)會(huì)議上發(fā)表的題為“鋁粗線壓焊連接的可靠性(Zuverlssigkeit von Al-Dickdraht-Bondverbindungen)”一文。從該圖可以看出，一個(gè)這樣的大功率半導(dǎo)體組件15具有若干焊接在一個(gè)陶瓷基片17上的硅芯片19。而陶瓷基片17則與一塊基板18焊接。硅芯片19與鋁線20相互電連接。此外，管腳16在管殼22的兩側(cè)引出并在以后安裝時(shí)與印刷電路板(未示出)焊接。這個(gè)組件的全部元件都用硅膠24澆注進(jìn)行電絕緣，其中大功率半導(dǎo)體組件15的管殼22用一個(gè)蓋23封閉。為了保證硅芯片19通過管腳16與印刷電路板的電連接，在這個(gè)組件15中設(shè)置了另外的鋁壓焊連接線21。其中這些壓焊連接線的兩端分別焊接在硅芯片19上和管腳16的陽(yáng)臺(tái)狀段上。如圖5所示，這些鋁壓焊連接線21具有彎弓形狀。這種所謂的伸縮環(huán)或平衡段是必需的，用以避免在溫度變化時(shí)由于組件各個(gè)元件的不同材料性能所引起的有害的機(jī)械應(yīng)力影響。為了保證這種大功率半導(dǎo)體組件的可靠壓焊連接，在焊接過程中必需用昂貴的工件安裝和固定裝置來把連接頭固定在它們的位置內(nèi)。這樣就導(dǎo)致了昂貴的制造過程和誤差影響。此外，在用這種鋁壓焊連接線時(shí)，最大容許電流強(qiáng)度受到了壓焊線長(zhǎng)度和壓焊線直徑的限制。所以為了用簡(jiǎn)單的方式就能消除熱引起的機(jī)械應(yīng)力，本專利技術(shù)旨在提出一種在基片上的大功率半導(dǎo)體的接線直接連接的大功率半導(dǎo)體組件及其制造方法。這個(gè)目的是通過權(quán)利要求1的大功率半導(dǎo)體組件或通過權(quán)利要求23所述的大功率半導(dǎo)體組件的一種制造方法來實(shí)現(xiàn)的。亦即本專利技術(shù)提出了一個(gè)具有一基片和一管殼的大功率半導(dǎo)體組件，其特征是，至少一個(gè)套管與該基片連接和至少一個(gè)導(dǎo)電銷插入該套管中，該導(dǎo)電銷用來實(shí)現(xiàn)與一塊印刷電路板的電連接，而該印刷電路板則與管殼連接。為了更好的絕緣，該管殼最好用塑料制成。在本專利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該套管與該基片焊接。就這點(diǎn)而言，也可設(shè)想該套管與其他的電子元件一起在爐子運(yùn)行過程中焊接在該基片上，從而可達(dá)到大功率半導(dǎo)體組件的高效率的制造。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圍繞布置在基片表面的一個(gè)腐蝕坑設(shè)置有浸潤(rùn)面，以備焊接。此外，該基片壓有一種膏狀焊料。在入爐或焊接前，把套筒放到該膏狀焊料上。緊接著膏狀焊料在爐子中熔化，于是在浸潤(rùn)面和套管之間引起的表面張力使套管與腐蝕坑定中心。所以套管可很簡(jiǎn)便地對(duì)準(zhǔn)基片而達(dá)到很精確的位置誤差，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了大功率半導(dǎo)體組件的制造。根據(jù)本專利技術(shù)的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，導(dǎo)電銷引入與該基片連接的該套管中。這樣就由該套管和該導(dǎo)電銷形成了一個(gè)兩部分式插頭系統(tǒng)來代替在基片和印刷電路板之間的迄今為止所用的上述壓焊連接線。通過套管的一種有利的造型可使導(dǎo)電銷牢固夾緊在套管中。但在一定的外力作用下，該導(dǎo)電銷仍可軸向移動(dòng)。通過這種結(jié)構(gòu)有利于導(dǎo)電銷在其與該套管相對(duì)的一端與一塊印刷電路板連接并將大功率半導(dǎo)體組件裝在該印刷電路板上，從而又可直接減小由于溫度變化所引起的不利的機(jī)械應(yīng)力。這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，導(dǎo)電銷的可焊性一直保持到安裝在印刷電路板上為止，因?yàn)樵搶?dǎo)電銷只是在入爐后才引入該套管中。此外，由套管和導(dǎo)電銷組成的兩部分式插頭系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)基片與印刷電路板的電連接的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與迄今為止的壓焊連接比較，容許在基片和印刷電路板之間有更大的最大電流強(qiáng)度。因此迄今為止作為電流承受能力重要參數(shù)的導(dǎo)線直徑和壓焊導(dǎo)線長(zhǎng)度對(duì)本專利技術(shù)的插頭系統(tǒng)來說只起次要的作用。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)有利的實(shí)施例，套管和導(dǎo)電銷都用鍍鋅的銅或銅合金制成，從而保證了它們的良好的可焊性。就此而論，一般都需要對(duì)套管和導(dǎo)電銷進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟牧线x擇，以避免例如象在鐵和銅之間產(chǎn)生的那種有害的接觸腐蝕。根據(jù)本專利技術(shù)的又一個(gè)有利的實(shí)施例，套管由一個(gè)底段和外套段組成，其中在最簡(jiǎn)單的情況中，該外套段例如基本上為一個(gè)圓筒形。在這種情況下，即使不保持圓筒直徑的精確誤差也保證了導(dǎo)電銷的足夠夾緊。為了便于該導(dǎo)電銷插入套管，該導(dǎo)電銷可在其端段作一斜面，該斜面作入插入斜面使用。亦即通過這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)施例也可有利地保證上述的兩部分式插頭系統(tǒng)。根據(jù)本專利技術(shù)的再一個(gè)有利的實(shí)施例，套管的外套段做成漏斗形，從而更便于導(dǎo)電銷的插入。另一個(gè)解決辦法是，在這個(gè)實(shí)施例中也可把導(dǎo)電銷端部做成插入斜面。在漏斗形結(jié)構(gòu)中，外套段具有若干臂，臂之間有縫隙，這樣在焊接后基片進(jìn)行清洗的過程中就可保證殘余焊劑通過這些縫隙從套管內(nèi)部流出并可徹底進(jìn)行清除。根據(jù)本專利技術(shù)的又一個(gè)有利的實(shí)施例，為了組件各元件的絕緣，在大功率半導(dǎo)體組件的管殼中澆注了硅膠。其中，上述縫隙保證了空氣從套管區(qū)域內(nèi)的硅膠中排出，從而保證了可靠的絕緣。大功率半導(dǎo)體組件的其他的有利改進(jìn)在權(quán)利要求2至22中進(jìn)行了描述。本專利技術(shù)的方法是這樣實(shí)施的至少一個(gè)套管放在一個(gè)涂敷在基片上的膏狀焊料上；基片與套管一起加熱，以使套管與基片焊接在一起；導(dǎo)電銷插入該套管中并通過該導(dǎo)電銷實(shí)現(xiàn)大功率半導(dǎo)體組件與印刷電路板的電連接。本專利技術(shù)方法的其他有利改進(jìn)在權(quán)利要求24至28中進(jìn)行了描述。下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本專利技術(shù)，附圖表示附圖說明圖1與一塊印刷電路板連接的本專利技術(shù)大功率半導(dǎo)體組件的局部側(cè)視圖；圖2圖1大功率半導(dǎo)體組件的一個(gè)與基片連接的套管和一根導(dǎo)電銷的放大圖3圖2所用套管的星形展開圖；圖4A與基片連接的套管的另一個(gè)實(shí)施例；圖4B圖4A套管的展開5先有技術(shù)的大功率半導(dǎo)體組件。圖1表示具有一個(gè)基片4和一個(gè)管殼6的本專利技術(shù)大功率半導(dǎo)體組件1的局部圖。從剖開的區(qū)域可以看出至少一個(gè)套管2a,2b與基片4連接。在這個(gè)實(shí)施例中，套管2a,2b最好與基片4焊接。此外，至少一個(gè)導(dǎo)電銷3這樣引入套管2a,2b中，即該導(dǎo)電銷大致垂直于基片4的表面延伸。在這種情況下，沒有引入套管2a,2b的導(dǎo)電銷3的另一個(gè)自由端則用于基片4和印刷電路板5的電連接。在圖1所示的本專利技術(shù)實(shí)施例中，大功率半導(dǎo)體組件1通過管殼6的連接裝置7安裝在印刷電路板5上。在這里所示的實(shí)施例中，導(dǎo)電銷3的自由端最好與印刷電路板5焊接。此外，為了保證大功率半導(dǎo)體組件1可靠安裝在印刷電路板5上，管殼6具有連接裝置7。在本專利技術(shù)的這個(gè)實(shí)施例中，連接裝置7最好是塑料套鉤，這種套鉤可扣入印刷電路板5中。此外，管殼6具有一個(gè)管殼上側(cè)6a，其上至少有一個(gè)孔8。在這個(gè)實(shí)施例中，管殼上側(cè)6a最好與管殼6構(gòu)成一體。另一個(gè)辦法是，管殼上側(cè)6a也可用一個(gè)與管殼6連接的單獨(dú)的元件制成。如圖1所示，異電銷3穿過管殼上側(cè)6a的孔8延伸。這樣，導(dǎo)電銷3就可以管殼6引出。其次，由于導(dǎo)電銷3穿過管殼上側(cè)6a的孔8本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
大功率半導(dǎo)體組件的連接裝置，具有： －一個(gè)與大功率半導(dǎo)體組件（１）的一個(gè)基片（４）連接的套管（２ａ，２ｂ）； －一個(gè)在運(yùn)行中引入該套管（２ａ，２ｂ）中的導(dǎo)電銷（３），以便與一塊印刷電路板（５）構(gòu)成電連接； 其特征為： －引入的導(dǎo)電銷通過該套管（２ａ，２ｂ）可達(dá)到夾緊； －為此，該套管（２ａ，２ｂ）具有一個(gè)最小直徑的區(qū)域，其直徑小于導(dǎo)電銷（３）的直徑。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M羅登克特爾，T斯托爾策，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：歐佩克歐洲功率半導(dǎo)體股份有限兩合公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：DE[德國(guó)]