功率半導體組件的製作方法
2023-06-06 13:26:51
專利名稱：功率半導體組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及專利權利要求1的前序部分中所述的功率半導體裝置。
製作功率半導體裝置時，為節省成本，努力實現最高可能集成度。這樣做的缺點在於高的集成度使得更難將功率半導體裝置的各個部件進行接觸連接。
提高集成度有很多方法文件DE 101 34 986 A1講授了適配器模塊的使用。文件DE 199 23 523 A1和DE 101 23 869 A1證明了提高電子裝置自身集成度的可能性。而且，DE 198 33 713 C1公開了使用特定的連接技術將一個電子部件安置在另一部件之上的實踐。DE 19933 265 A1描述了使用合成體將電子部件安置在另一部件之上的實踐。
本發明的目的是在功率半導體裝置中實現高集成度，同時以可靠的方式接觸連接功率半導體裝置的部件。
為了獲得該目的，本發明提供了專利權利要求1所述的功率半導體裝置。可以在從屬權利要求中找到本發明的概念的有利改善和發展。
該功率半導體裝置具有第一有源半導體部件和第二有源半導體部件。每個半導體部件都具有以連接腿的形式延伸出半導體部件的電接線。通過插入式連接，第一半導體部件至少部分地與第二半導體部件電連接。插入式連接藉助於將第二半導體部件的連接腿嚙合到第一半導體部件的電接線中實現。
術語「有源半導體部件」，具體而言理解成諸如電晶體之類的控制部件，也可以理解成集成電路或晶片。優選地，有源半導體部件代表功率半導體部件。
第二半導體部件的連接腿優選地嚙合到第一半導體部件的連接腿中。為此，一個優選實施例中，第二半導體部件的連接腿(至少一個連接腿)分別具有凹槽，且第一半導體部件的連接腿(至少一個連接腿)分別具有孔。凹槽和孔的尺寸以這樣的方式相互匹配當第二半導體部件的連接腿插入第一半導體部件的連接腿的相應孔中時，連接腿互鎖。這樣可以實現同樣可靠和大規模的集成接觸連接。
第二半導體部件可以例如，安置在第一半導體部件上面，也可以安置在第一半導體部件的旁邊。
本發明並不局限於僅具有兩個有源半導體部件的功率半導體裝置。而是，有源半導體部件的數目可以是任意的。例如，如果第二半導體部件安置在第一半導體部件上，另外的半導體部件可以安置在第二半導體部件上，所述另外的部件的每個連接腿都嚙合到其下的半導體部件的連接腿中。這樣可以實現包括有源半導體部件的任意所需複合層結構。
根據本發明的功率半導體裝置可以具有無源部件，其電接線或連接腿通過插入式連接與有源半導體部件的電接線或連接腿電連接。換句話說本發明的插入式連接的原理還可以應用於這樣的功率半導體裝置，它除了具有有源半導體部件，還具有無源部件，例如電容器或電阻器。這樣可以構建具有任意所需數目的有源和無源部件的功率半導體裝置，這些部件通過插入式連接彼此電連接。
已經指出，原則上，插入式連接可以位於有源半導體部件之一內部或位於無源部件之一內部和/或位於有源半導體部件或無源部件的外部。
有源半導體部件或無源部件的電接線和/或連接腿可以以這樣的方式構建通過插入式連接形成電學接觸，所述電接觸是彈性接觸、擠壓接觸，夾鉗接觸等。例如，依靠連接腿的環形形狀，連接腿可以在電接線/連接腿上施加橫向力，這樣，當連接腿插入其它連接腿或電接線時可以形成擠壓/夾鉗接觸。
因此，根據本發明的功率半導體裝置可以減小印刷電路板和基片上導電跡線的數目。而且，減小了由導線引起的損耗和幹擾。本發明的基本方案是將電子裝置的已有部件用於插入式連接或用作重新布線平面。這樣可以布置額外的模塊和導電跡線。
下面，將參考附圖，在示例性實施例中詳細描述本發明
圖1示出了根據本發明的功率半導體裝置的第一實施例的橫截面示意圖，
圖2示出了圖1所示的插入式連接的一個優選實施例，圖3示出了根據本發明的功率半導體裝置的應用實例的示意圖，圖4示出了圖3所示的功率半導體裝置的一個可能的連接圖，圖5示出了根據本發明的功率半導體裝置的第二實施例的橫截面示意圖，圖6示出了根據本發明的功率半導體裝置的第三實施例的橫截面示意圖，圖7示出了根據現有技術的第一功率半導體裝置，圖8示出了根據現有技術的第二功率半導體裝置。
圖中，相同或相互對應的裝置或裝置組使用相同的參考符號標記。
圖1所示的第一實施例1具有第一有源半導體部件2和第二有源半導體部件3，該第二有源半導體部件3位於第一有源半導體部件2上。
第一有源半導體部件2具有外殼4，其中在載體元件6上提供半導體部件5。半導體部件5通過接觸元件7接觸連接，該接觸元件7又與電接線8相連。電接線8以連接腿9的形式延伸出外殼5。
與此類似，第二有源半導體部件3具有外殼10，其中安置有載體元件11和位於載體元件之上的半導體部件12。半導體部件12通過接觸元件13接觸連接，接觸元件13又與電接線14連接。電接線14以連接腿15的形式延伸出外殼10，並通過相應的孔插入到第一有源半導體部件2的外殼4內，並且嵌入到電接線8中，結果是，在連接腿15和電接線8的端部之間產生電學連接。這樣第一有源半導體部件2的裝置元件(電接線8)用於接觸連接第二有源半導體部件3。這樣，一方面可以增加集成度，另一方面，減小了導線引入的損耗和幹擾。
連接腿15的端部嵌入到電接線14內的連接部分以插入式連接的形式實現，在圖2中可以發現這種插入式連接的一個優選實施例。該實施例中，每個電接線8具有孔16，連接腿15的端部可以穿過該孔。而且，可以在連接腿15的端部提供凹槽17，它可以與孔16的輪廓相嚙合並由此在有源半導體部件2、3之間提供穩定的插入式連接。
一個優選實施例中，第二有源半導體部件3是控制晶片(IC)且第一有源半導體部件2是功率半導體部件，例如功率電晶體。
圖3中，第一到第三有源半導體部件2、3和17彼此相連以形成功率半導體裝置22(橋電路)。本發明可以以兩種方式應用於半導體裝置22一方面，延伸出第二有源半導體部件3的連接腿18可以基於插入式連接與延伸出第一有源半導體部件2的連接腿19電連接；與此類似，延伸出第三有源半導體部件17的連接腿20可以基於插入式連接與延伸出第一有源半導體部件2的連接腿21電連接。本發明的插入式連接可以以同樣簡單、可靠和大規模集成的方式將半導體部件2、3和17連接在一起。例如，圖3所示的功率半導體裝置用於連接電機或開關式電源，各個部件可以通過單獨的IC或多個IC控制和調整。
另一方面，通過插入式連接，可以將其它半導體部件插入到半導體裝置22上。使用圖4舉例證明這點。
圖4示出了圖3所示的功率半導體裝置的一種可能的連接圖。該實施例中，接觸區域24中的一些不需要接觸連接半導體裝置22，例如用參考符號25標記的接觸區域。根據本發明，因此接觸區域25可以用於接觸連接設置在所述接觸區域之上的有源半導體部件(例如控制晶片或其它半導體功率部件)(此處未示出)。例如，可以在接觸區域25中提供孔，安置在上面的有源半導體部件的連接腿可以通過所述孔插入，以形成與接觸區域25的電學連接。這樣可以使用功率半導體裝置22的導電跡線(它們已經存在，但並不需要與該功率半導體裝置接觸連接)，並由此節省空間、增加集成密度以及獲得電學性能的提高。
圖5示出了根據本發明的功率半導體裝置的第二實施例30。該實施例中，第一、第二和第三有源半導體部件2、3和17彼此堆疊，第三有源半導體部件17的連接腿31以插入式連接的形式，嚙合到第二有源半導體部件3的連接腿32中。而且，第二有源半導體部件3的連接腿32以插入式連接的形式嚙合到第一有源半導體部件2的連接腿33中。因為上面的有源半導體部件的連接腿每個都嚙合到其下的半導體部件的連接腿中，這樣僅連接腿33需要焊接到印刷電路板34上。
因為連接腿31、32具有環形形式，當連接腿31嚙合到連接腿32中時，連接腿31有可能向連接腿32施加橫向力。類似地，對於連接腿32嚙合到連接腿33中，情況相同。這樣可以在連接腿31、32和33之間以簡單的形式獲得穩定的電學夾鉗接觸。一般而言，連接腿之間的電學接觸的質量可以通過連接腿31～33的特定幾何形狀優化。
圖6所示的第三實施例40示出了第一、第二和第三有源半導體部件2、3和17，第一和第二有源半導體部件2、3彼此並排安置，並且第三有源半導體部件17藉助於嚙合到第一有源半導體部件2的連接腿33中的第三有源半導體部件17的連接腿31，以及嚙合到第二有源半導體部件3的連接腿32中的第三有源半導體部件17的另一連接腿31，連接這兩個半導體部件2、3。例如，第三有源半導體部件17是控制晶片，第一和第二有源半導體部件2、3可以是功率部件，例如，電晶體。然而，本發明不受此限制。
圖7示出了根據現有技術的有源半導體部件50，孔52製作在所述部件的外殼(模製成分和引線框)51中。在安裝半導體部件50時需要這些孔，即它們總是存在，且根據本發明，可用於將半導體部件(此處未示出)的連接腿(該半導體部件位於所述連接腿上)插入到半導體部件50的外殼51中。這樣，穿過孔52的電接線(此處未示出)可以與上述半導體部件的連接腿(該半導體部件位於所述連接腿上)相接觸。因此，在該特定情況下，沒有必要為了實現如圖1所示的插入式連接而製作額外的孔。根據本發明，當使用外殼51時，孔52還可以設置在模製成分的其它區域中和引線框的其它區域中，或連接腿的其它區域中。
圖8示出了根據現有技術的功率半導體裝置。該實施例中，在印刷電路板53上提供第一、第二和第三有源半導體部件2、3、17。這種情況下，在第一有源半導體部件2上提供第三有源半導體部件17，且第二有源半導體部件3安置在第一有源半導體部件2的旁邊。該實施例中，第一和第二有源半導體部件2、3是功率半導體部件且第三有源半導體部件17是控制晶片。半導體部件17通過電接線54與第一和第二有源半導體部件2、3連接，以及與印刷電路板53的接觸區域55相連接。而且，第一有源半導體部件2通過電接線56與接觸區域55相連，第二有源半導體部件3通過電接線57與接觸區域55相連。
可以清楚地看出，有源半導體部件2、3和17的設計規則必須彼此極其匹配，這具有這樣缺點，不能充分地使用印刷電路板53上的可用空間。此外，該實施例中，有源半導體部件2、3不能被不同的控制晶片驅動，因為，考慮到第二有源半導體部件3的小的尺寸，尤其是，任何半導體部件，例如控制晶片，不能在有源半導體部件2、3上找到空間。根據本發明的功率半導體裝置避免了這些缺點。根據本發明，因為使用了現有裝置元件，控制晶片17的幾何結構很大程度上獨立於半導體部件2、3的幾何結構，因此即使比下面的半導體部件大，半導體部件仍可以堆疊在下面的半導體部件上。
參考符號列表1 第一實施例2 第一有源半導體部件3 第二有源半導體部件4 外殼5 半導體元件6 載體元件7 接觸元件8 電接線9 連接腿10 外殼11 載體元件12 半導體部件13 接觸元件14 電接線15 連接腿16 孔17 第三有源半導體部件17a 凹槽18-21 連接腿22 功率半導體部件23 半導體元件24，25 接觸元件30 第二實施例
31-33 連接腿34 印刷電路板40 第三實施例50 有源半導體部件51 外殼52 孔53 印刷電路板54 電接線55 接觸區域56，67 電接線
權利要求
1.一種功率半導體裝置(1，30，40)，具有第一(2)有源半導體部件和第二(3)有源半導體部件，它們的電接線(8，14)以連接腿(9，15)的形式延伸出所述半導體部件，第一半導體部件(2)通過插入式連接至少部分地電連接到第二半導體部件(3)，其中藉助於將第二半導體部件(3)的連接腿(15)嚙合到第一半導體部件的電接線(8)中提供所述插入式連接。
2.權利要求1所述的功率半導體裝置(30，40)，其中第二半導體部件(3)的連接腿(32)嚙合到第一半導體部件(2)的連接腿(33)中。
3.權利要求1或2所述的功率半導體裝置(1，30，40)，其中第二半導體部件的至少一個連接腿(15)具有凹槽(17a)，且第一半導體部件的至少一個連接腿(8)具有孔(16)，凹槽的尺寸和孔的尺寸以這樣的方式相互匹配當第二半導體部件的連接腿插入到第一半導體部件的連接腿中的孔中時，所述連接腿互鎖。
4.權利要求1到3之一所述的功率半導體裝置(1，30)，其中第二半導體部件位於第一半導體部件之上。
5.權利要求4所述的功率半導體裝置(30)，其中另外的半導體部件(17)安置在第二半導體部件(32)之上，這些部件的連接腿(31，32)每一個都嚙合到它們下面的半導體部件的連接腿(32，33)中。
6.權利要求1到3之一所述的功率半導體裝置(40)，其中第二半導體部件(3)安置在第一半導體部件(2)旁邊。
7.前述權利要求之一所述的功率半導體裝置(1，30，40)，其中該功率半導體裝置具有無源部件，無源部件的電接線或連接腿通過插入式連接與有源半導體部件(2，3)的電接線或連接腿電連接。
8.前述權利要求之一所述的功率半導體裝置(1，30，40)，其中插入式連接位於有源半導體部件(2，3)之一內部或位於無源部件之一內部和/或位於有源半導體部件或無源部件外部。
9.前述權利要求之一所述的功率半導體裝置(1，30，40)，其中有源半導體部件(2，3)的或無源部件的電接線和/或連接腿以這樣的方式配置通過插入式連接形成電接觸，所述電接觸是彈性接觸、擠壓接觸、夾鉗接觸等。
全文摘要
一種功率半導體組件(1，30，40)，具有第一有源半導體部件(2)和第二有源半導體部件(3)，它們的電接線(8，14)以連接腿(9，15)的形式引出半導體部件。第一半導體部件(2)通過插入式連接至少部分地電連接到第二半導體部件(3)。該插入式連接藉助於將第二半導體部件(3)的連接腿(15)嚙合到第一半導體部件的電接線(8)內實現。
文檔編號H01L23/495GK1954427SQ200580015153
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月4日 優先權日2004年5月11日
發明者R·奧特雷姆巴 申請人:英飛凌科技股份公司