具有超声波焊接的端子的半导体模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体模块和用于制造半导体模块的方法。
【背景技术】
[0002]除了壳体，半导体模块能够包括金属化的衬底(例如由陶瓷制成)，半导体芯片固定在所述衬底上，以及电端子，利用所述电端子半导体模块或其芯片能够与另外的元件电连接。所述通常由铜生产的这个端子能够例如借助于超声波焊接与衬底的金属层连接。
[0003]在将铜端子超声波焊接到衬底时能够形成颗粒，当所述颗粒在模块内部停留在关键位置，例如半导体芯片的接触部或者在绝缘陶瓷上时，能够导致困难。
[0004]因为这些颗粒倾向于粘附地保留在聚合材料例如聚酰亚胺上，所以颗粒在焊接过程之后从模块分离可能是困难的。
[0005]可能的是:利用合适的壳体包围围绕端子的足部范围中的颗粒，但是金属化的端子焊接位置必须对此设计地非常大，以致于包围结构能够放置在其上。如果包围结构置于绝缘陶瓷上，那么该包围结构能够减少所述绝缘陶瓷的绝缘作用。此外，移动的塑料件能够将环绕的硅胶从金属并且从陶瓷移除，这能够妨碍绝缘。
[0006]W02014000975A1举例描述了将端子元件超声波焊接到用于电子构件的衬底上的方法，其中焊接位置在焊接过程中被如下结构环绕，所述结构应该阻止能够在焊接过程中形成的颗粒污染衬底。
[0007]在JP2010040615A2中也应该阻止在焊接中形成的颗粒污染半导体设备。对此围绕焊接位置涂敷塑料。
[0008]此外建议在泡沫内执行超声波焊接，其中形成的颗粒然后在焊接之后能够与泡沫一起被冲走。这通常导致成本密集的生产进程。
[0009]US4970618描述了具有壳体的计算机磁盘，所述壳体是超声波焊接并且具有区段，当磁碟旋转时，所述区段控制气流，以便于能够阻止在超声波焊接中产生的颗粒到达磁盘上。
【发明内容】
[0010]本发明的任务是提供免于故障的、可靠的且节约成本的半导体模块。
[0011]该任务通过独立权利要求的内容来解决。本发明另外的实施方式由从属权利要求和以下的说明得到。
[0012]本发明的方面涉及半导体模块。半导体模块能够例如载有由多个变压器、二极管和/或三极管构成的桥接电路。这些能够在一个或多个半导体芯片上提供。尤其是半导体模块能够包括高功率半导体，所述高功率半导体实施用于处理大于1A和/或1000V。
[0013]根据本发明的实施方式半导体模块包括底板(例如由铜或AlSi制成);底板上的衬底，该衬底在至少一侧上具有金属部(其例如由铜制成)并且承载至少一个半导体芯片；壳体(例如由塑料制成)，所述壳体固定在底板上并且至少部分地包围衬底，以及至少一个端子(例如由铜制成)，所述端子以一末端从壳体突出并且所述端子在另一个末端具有端子足部，所述端子足部借助于超声波焊接固定在金属部的连接点上。
[0014]壳体具有保护壁，所述保护壁在端子足部周围围绕端子并且将壳体的内部空间分割成未保护区域和保护区域，其中这样构造保护壁，即在衬底和保护壁之间构成缝隙，所述缝隙实施为用于这样引导液体流(例如气流):阻挡在将端子足部超声波焊接到连接点上时形成的颗粒从未保护区域穿入保护区域。
[0015]半导体模块的壳体因此这样结构化，即在超声波焊接时能够在模块的保护区域和未保护区域之间产生持续的气流。通过该方式颗粒不能达到保护区域。此外能够利用气流将颗粒吹出半导体模块。因为没有颗粒残留在壳体中，所以半导体模块的失败率更低。
[0016]总的说来，壳体的保护壁将壳体的内部空间分成保护区域和未保护区域，其中保护壁不置于衬底上，而是空出缝隙或间隙。通过该方式，保护壁连同气流保护保护区域免于焊接中形成的颗粒。由于缝隙的原因，保护壁不必固定在衬底上，鉴于金属部或绝缘潜在的变薄这丝毫没有导致问题。保护壁能够在焊接之后保留在模块中。
[0017]要理解的是:模块能够具有刚好一个或者多个保护区域。完全一样地模块能够具有刚好一个或者多个未保护区域。
[0018]根据本发明的实施方式，壳体具有进入开口，所述进入开口通进保护区域，液体能够通过所述进入开口吹入保护区域。保护区域具有用于液体进入的开口。经由该开口能够例如在超声波焊接时布置鼓风机的排气口，所述排气口将空气或其他气体(氮气、惰性气体)吹进进入开口。
[0019]根据本发明的实施方式，进入开口由壳体嵌入件封闭。壳体能够一件式地由塑料制造并且在焊接之前与底板连接。在焊接之后进入开口能够利用嵌入件(栓塞)封闭。
[0020]根据本发明的实施方式，壳体具有排出开口，所述排出开口经由通过保护壁构成的通道通入到未保护区域中和/或到端子足部。例如可能的是:通过在排出开口抽吸产生液体流。未保护区域因此具有用于吹出颗粒的开口。该开口也能够是如下开口，即通过所述开口端子占据连接点上和/或通过超声波焊机在端子足部上。
[0021]根据本发明的实施方式，排出开口由壳体嵌入件封闭。两个开口(进入开口和排出开口)都能够通过额外的壳体嵌入件封闭。
[0022]根据本发明的实施方式，端子从排出开口突出。例如端子能够由金属带制成，所述金属带能够接触壳体的外部。
[0023]根据本发明的实施方式，壳体完全覆盖除了进入开口以外的保护区域或者完全围绕除了进入开口以外的该区域。保护区域基本上被壳体覆盖，以便于阻止吹出的颗粒再次跌进半导体模块中。
[0024]根据本发明的实施方式，壳体具有盖板，所述盖板经由壳体的侧壁固定到底板上。因此壳体能够以箱状盖住衬底。保护壁与盖板连接并且能够伸入壳体的内部空间中。因此保护壁能够构成从盖板出发到连接点的通道。
[0025]根据本发明的实施方式，在盖板中设置排出开口和/或进入开口。所述开口在模块的制造时全部从一侧(从上方)可进入的。
[0026]根据本发明的实施方式，全部半导体芯片和/或没有金属部衬底的全部暴露区域布置在保护区域中。换而言之只有连接点能够位于未保护区域中。
[0027]根据本发明的实施方式，缝隙具有0.2至4倍于端子足部的厚度，例如缝隙具有0.4至2倍于端子足部的厚度。端子足部例如能够具有I至1.5_的厚度。通过该方式能够实现:缝隙中的液体达到如下速度，该速度保证在超声波焊接中能够达到lOm/s速度的颗粒不能够穿透缝隙。
[0028]根据本发明的实施方式，多于一个端子由保护壁围绕。保护壁能够例如构成具有拉长横截面的通道。
[0029]根据本发明的实施方式，端子在从壳体突出的末端弯曲并且包围壳体。例如端子能够由金属带制造，所述金属带在焊接之前已经一次或多次弯曲，以便于构成端子足部和/或突出的末端。由此端子能够已经以其末端形状与模块焊接。
[0030]本发明的另一方面涉及用于制造半导体模块的方法，因此如同例如上文和下文描述的那样。要理解的是:方法的特征，如同上文和下文描述的那样，也能够是半导体模块的特征并且反之亦可。
[0031]根据本发明的实施方式，该方法包括:提供半导体模块，该半导体模块具有底板、底板上的衬底、以及固定在底板上的壳体；将端子的端子足部放置在衬底的连接点上，连接点由壳体的保护壁围绕，该保护壁因此在端子足部周围围绕端子，其中保护壁将壳体的内部空间分割成未保护区域和保护区域；放置超声波焊机在端子足部上并且超声波焊接端子足部到衬底上；以及在保护壁和衬底之间的缝隙中产生从保护区域到未保护区域的液体流，以致于阻挡在超声波焊接中形成的颗粒从未保护区域到达保护区域。
[0032]总的说来，在超声波焊接中产生通过缝隙的液体流，所述缝隙(连同保护壁)阻止颗粒能够穿入保护区域。用于半导体模块的制造方法通过该方式是相对有利的，原因在于能够同时制造保护壁连同壳体的剩余部分并且在焊接之后能够保留在模块中。在焊接时必须提供仅一个液体流的来源。
[0033]根据本发明的实施方式，液体流通过将液体吹入保护区域产生，例如利用鼓风机经由壳体中的进入开口，所述鼓风机在保护区域中产生更高压力，所述压力经由缝隙平衡进未保护区域。
【附图说明】
[0034]以下参考随附的附图详细地描述本发明的实施例。
[0035]图1示出通过根据本发明的实施方式的半导体模块的示意性的截面。
[0036]图2示出根据本发明的实施方式的半导体模块的示意性的俯视图。
[0037]图3示出具有液体流的来自图1的截面，以便于描述用于制造根据本发明的实施方式的半导体模块的方法。
[0038]附图中应用的附图标记和其含义以总结形式在附图标记列表中列出。原则上一致的或相似的部分设置有同样的附图标记。
【具体实施方式】
[0039]图1示出半导体模块10，其具有底板12、衬底14和壳体16，所述壳体侧面固定于底板12。壳体16包括侧壁18 (利用该侧壁所述壳体固定于底板12)和盖板20，所述盖板连同侧壁18和底板12构成内部空间22，在所述内部空间中固定衬底14和固定在衬底14上的半导体芯片24。
[0040]衬底14具有由陶瓷26制成的核芯，所述核芯在两侧上涂敷有金属部28。衬底14利用金属部28与底板12连接。金属部28在对立侧上结构化，以致于暴露陶瓷26的地带30。芯片24以该方式与金属部28连接。芯片24例如能够利用连接线3