[发明专利]接触元件、功率半导体模块及其制造方法

说明书

本发明涉及用于具有电路载板和至少一个功率半导体元件的功率半导体模块的接触元件。更具体地，涉及具有用于接触外部电子部件的改进的接触元件的功率半导体模块。本发明还涉及制造该功率半导体模块的方法。本发明提供一种用于将功率半导体模块(122)电连接至外部电子部件的接触元件，功率半导体模块(122)包括具有至少一个导电引线的电路载板(102)，以及至少一个半导体元件(124)。所述接触元件(100)包括烧结接触部件(106，134)和至少一个接触柱(108)，所述烧结接触部件(106，134)烧结至电路载板(102)从而电连接至导电引线，所述接触柱(108)用于接触外部电子部件，并且，借助于压配合和/或形状配合连接而连所述接至烧结接触部件(106，134)。

技术领域

本发明涉及一种用于具有电路载板和至少一个功率半导体元件的功率半导体模块的接触元件。特别地，本发明涉及具有用于接触外部电子部件的改进接触元件的功率半导体模块。本发明还涉及一种制造该功率半导体模块的方法。

背景技术

功率半导体已经广泛地用于汽车电子、能量管理和工业电动机以及自动化技术。通常，这些功率半导体一起集成在功率半导体模块中，该模块根据特定应用需求而设计。诸如汽车、风力、太阳能和标准工业驱动的高功率应用需要满足高可靠性以及热、机械和电气耐用性需求的功率模块。例如，这些功率模块可以形成功率转换电路，诸如AC/DC转换器或DC/DC转换器。

因为诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOSFETs或二极管的功率半导体会产生至少暂时的高温，所以必须对功率半导体模块进行有效的热管理。用于实现快速散热的有希望的方案是使用直接敷铜(DCB)电路载板、直接敷铝衬底、或绝缘的金属衬底(IMS)，其承载了表面安装技术中的功率半导体芯片。通常，功率半导体芯片与具有结构化的铜或铝层在载板上电连接。在顶侧(与邻接电路载板表面相对的表面)上，芯片借助于线或带键合而电连接至芯片载板上的金属引线图案。特别地，带键合的使用具有高电流承载能力的优点。电路载板包括例如由氧化铝或氮化铝形成的电绝缘层。

为了在芯片与衬底之间形成可靠的和坚固的电以及机械和热接触，越来越多地用银烧结工艺替代焊接来连接芯片的金属化背面与电路载板表面。为了产生烧结的芯片/衬底连接，在两个接合部分之间设置特殊的银颗粒层，并且，通过在给定的时间对结合部施加给定的温度和压力，以产生稳定的烧结连接。由芯片与衬底之间的烧结层获得的接触强度极高，并且该烧结层显示出高负载循环能力，并且与通过焊接技术获得的精度相比，烧结技术改进了芯片相对于衬底的位置精度。由于烧结层通常远薄于通用焊接层，因而烧结层的热导率也高得多。这导致了烧结连接中的优良热特性。此外，因为烧结连接所用的银的熔点约为当今普遍使用的无铅焊料的熔点的四倍，所以烧结层还表现出比焊接层高得多的循环能力。

除了电路载板与功率半导体之间的顶侧连接之外，功率半导体模块还需要电连接至诸如印刷电路板的外部电子部件。这些所谓输入/输出(I/O)接触通常借助于焊接柱或弹簧接触形成，例如DE 10 2004 057421B4和DE 100 08572 B4中所示。然而，不仅提供弹簧接触导致机械组装复杂，而且，将接触元件焊接至电路载板的步骤导致组装过程更加复杂。特别是，焊接步骤总是需要另外的清洁和清洗步骤，这是耗时并且昂贵的。此外，当在引线键合或带键合连接之前进行组装接触柱时，存在接触柱阻碍键合机运作的问题。

发明内容

本发明针对的问题是提供一种节约成本的方式来制造接触元件以及具有高可靠性和高电流承载能力的功率半导体模块。

为实现上述目的，本发明提供一种用于将功率半导体模块电连接至外部电子部件的接触元件，所述功率半导体模块包括具有至少一个导电引线的电路载板，以及至少一个半导体元件，其中，所述接触元件包括烧结接触部件和至少一个接触柱，所述烧结接触部件烧结至所述电路载板从而电连接至所述导电引线，所述接触柱用于接触所述外部电子部件，并且，所述接触柱借助于压配合和/或形状配合连接而连接至所述烧结接触部件。