[发明专利]具有至少一个减小应力的适配元件的功率半导体模块

说明书

技术领域

本发明描述一种功率半导体模块，其具有绝缘的基底、布置在该基底上的导体轨迹、布置在该导体轨迹上的功率半导体构件和用于外部电路连接的联接元件。

背景技术

根据通用公知的现有技术，这种功率半导体模块的联接元件由良好地导电的金属，例如铜或含铜量高的合金构成。公知的基底具有由陶瓷材料，如氧化铝、氮化铝或碳化硅构成的绝缘材料体。本领域中通常在该绝缘材料体上布置有大多由铜构成的导体轨迹。基底，也就是说由绝缘材料体和导体轨迹构成的复合体由此具有典型地在2·10^-6K^-1范围内的膨胀系数，而联接元件具有典型为16·10^-6K^-1的膨胀系数。这类功率半导体模块示例性地由DE102009037257A1公知。

联接元件与导体轨迹的导电连接在本领域中通常是经常构造为材料锁合（stoffschlüssig）的连接。在功率半导体模块的连续运行中，由参与部件的不同的膨胀系数确定的力作用到该连接上。这表明，联接元件与电路板的材料锁合的连接经常是非常稳定的。与此相对地，基底部件，也就是说导体轨迹和绝缘材料体的连接经常是负载性较差的，这导致导体轨迹连同附着在其上的联接元件从绝缘材料体大多局部限定地脱开。

可比较的效应可能在制造联接元件与电路板之间材料锁合的连接时就已经出现了，例如在焊接过程中，该焊接过程局部破坏在所配属的导体轨迹部段与绝缘材料体之间的连接。

发明内容

根据对这一事实的认识，本发明所要解决的任务是，改进上面提到类型的功率半导体模块，以避免导体轨迹从绝缘材料体在连续负载的情况下脱开。

该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的功率半导体模块来解决。优选实施方式在各从属权利要求中进行描述。

本发明从具有用于布置在冷却装置或基板上的基底的功率半导体模块出发。因此，两种原则上公知的功率半导体模块类型包括在其中。一方面，本领域常用的设计方案具有本身作为功率半导体模块的一部分的热分配的基板，其中，该基板用于将功率半导体模块固定在不属于该功率半导体模块的冷却装置上。而另一方面，功率半导体模块的现代的变型方案没有这种基板。在这种设计方案中，功率半导体模块直接用其基底固定在不属于该功率半导体模块的冷却装置上。

根据本发明的功率半导体模块的基底具有带第一金属层和第二金属层的绝缘材料体，其中，该第一金属层布置在绝缘材料体面对功率半导体模块内部的第一主面上，而该第二金属层布置在背对功率半导体模块内部的第二主面上。

第一金属层本身是结构化的并且进而构成基底的第一导体轨迹。功率半导体构件布置在第一导体轨迹上并且与该第一导体轨迹导电连接。此外，基底的该第一导体轨迹或另一第一导体轨迹上布置有第一适配元件，并且在该适配元件上布置有联接元件。在这种情况下，第一适配元件面对联接元件的第一主面与该联接元件材料锁合且导电地连接。

该材料锁合的连接构成第一连接方式，其原则上视专业技术而定地（fachspezifisch）构造。

在这种情况下，第一适配元件面对导体轨迹的第二主面借助连接介质与该导体轨迹导电且材料锁合地连接，由此构成第二连接方式，这种连接方式明确地以为此必需的连接介质为前提。因此，该第二连接方式是第一连接方式的子集。

具有第一适配元件的功率半导体模块的优点尤其在于，在连续运行中变化的热负载不仅具有联接元件与导体轨迹之间的唯一的连接并且进而该连接不必承担所有的负载。具体而言，负载被分配在两个连接上。

如下显然不能排除在外的任选的特征可以单独地或以任意组合的方式在根据本发明的功率半导体模块中实现。

在特别优选的设计方案中，功率半导体模块具有第二适配元件，其布置用于冷却装置或基板。在这种情况下，第二适配元件面对第二金属层的第一主面借助连接介质材料锁合地连接，其中，该连接也与第二连接方式相应。适配元件面对冷却装置或基板的第二主面与该冷却装置或基板材料锁合地连接，其中，该连接与不必以连接介质为前提的第一连接方式相应。

第一连接方式的连接尤其是需要明确的连接介质的连接，也就是说钎焊连接和压力烧结连接，并且还可以是不需要这种连接介质的连接，也就是说熔焊连接（尤其是摩擦熔焊连接）或镀层连接（Plattierverbindung）（尤其是滚压镀层连接）。第二连接方式的特征总是在于，需要明确的连接介质，也就是说第二连接方式尤其构造为钎焊连接和压力烧结连接。