(57)【要約】【課題】電子構成要素用の接続装置を提供する。【解決手段】本発明は、電子構成要素と基板とを導電接続するための接続装置を記載している。この場合、接続装置は、少なくとも１つの絶縁膜と２つの導電膜とからなる膜複合材として形成される。前記膜複合材は、絶縁膜と交互にそれぞれの導電膜の層構造として形成され、この場合、少なくとも１つの導電膜が構成され、このようにして導体トラックを形成する。さらに、膜複合材の主領域の少なくとも１つの導電膜は、第１の金属を含み、かつ前記膜の厚さに比べて薄い第２の金属層を有する少なくとも１つの膜部分を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子構成要素（３ａ／ｂ、４、５、６）と少なくとも１つの基板（２）とを導電接続するための接続装置（１）であって、前記接続装置（１）が、少なくとも１つの絶縁膜（１４）と２つの導電膜（１０、１２）とからなる膜複合材として形成され、該膜複合材が、絶縁膜と交互に並ぶ導電膜の層構造に配置され、かつ少なくとも１つの導電膜が構成され、このようにして導体トラックを形成し、
前記膜複合材の主領域の少なくとも１つの導電膜（１０、１２）が、第１の金属を備え、かつ前記膜の厚さに比べて薄い第２金属の層（１０２、１２２）を有する少なくとも１つの膜部分を有する接続装置（１）。
【請求項２】
少なくとも１つの絶縁膜（１４）が、隣接する導電膜の導電接続部（１８）用の少なくとも１つのカットアウトを有する請求項１に記載の接続装置。
【請求項３】
前記膜複合材が少なくとも１つのエンボス加工バンプ（１６ａ／ｂ）を有する請求項１に記載の接続装置。
【請求項４】
前記エンボス加工バンプ（１６ａ／ｂ）が、第２金属の層（１０２、１２２）を有する膜部分に配置される請求項３に記載の接続装置。
【請求項５】
パッケージされていないパワー半導体構成要素（３ａ／ｂ）が、前記膜複合材のエンボス加工バンプ（１６ａ）にスポット溶接で接続することによって、前記膜複合材の第１の主領域に配置され、回路に従って導電接続される請求項４または５に記載の接続装置。
【請求項６】
基板（２）の導体トラック（２２）が、前記膜複合材（１）のエンボス加工バンプ（１６ｂ）に半田付け接続することによって、回路に従って電気的に導電接続される請求項４または５に記載の接続装置。
【請求項７】
パッケージされた構成要素（４）またはパッケージされていない構成要素（５）が、半田付けまたは接着接合によって前記膜複合材（１）の第２の主領域に配置される請求項１に記載の接続装置。
【請求項８】
パッケージされていない構成要素（５）が、前記膜複合材（１）の前記第２の主領域の導体トラック（１２）への細いワイヤボンディング接続部（５２）によって、回路に従って電気的に導電接続される請求項７に記載の接続装置。
【請求項９】
前記第２金属の層（１０２、１２２）が、低温ガス噴霧によって析出される請求項１に記載の接続装置。
【請求項１０】
前記第２金属の層（１０２、１２２）が、電解析出によって析出される請求項１に記載の接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子構成要素（コンポーネント）と少なくとも１つの基板とを導電接続するための接続装置であって、膜複合材として形成される接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子構成要素用の多数の接続装置が知られている。パッケージされた構成要素の場合、一例として、金属接続装置が、また半田付け方法によって金属接続装置と基板とを接続することが知られており、ここで、基板は、ある種のプリント回路基板をこの場合意味することも理解されたい。
【０００３】
ワイヤボンディング接続部は、パッケージされていない構成要素の場合に接続装置として広範囲に使用される。さらに、パワー半導体モジュールの領域のポジティブロック接続部は、いわゆる加圧接触接続部として知られている。同様に、パワー半導体モジュールの加圧接触接続されたフレキシブルプリント回路基板が接続装置として知られている。特許文献１は、この種類の接続装置を備えるパワー半導体モジュールを開示しているが、パワー半導体モジュールの正確な構造については開示していない。
【０００４】
特許文献２は、中間絶縁層を有する第１および第２の導電膜の膜複合材を備えるパワー半導体構成要素用の接続装置を開示している。パワー半導体構成要素は、超音波溶接によって第１の導電層に永続的に確実に電気接続される。その場合、パワー半導体構成要素と基板の導体トラックとのモジュール内部の回路に従った接続部は、金属接触要素によって形成され、その金属接触要素の厚さは、パワー半導体構成要素の厚さに合わせられる。前記接触要素は、パワー半導体構成要素と同一の方法で超音波溶接によって接続装置に接続される。
【０００５】
その場合、パワー半導体構成要素と接触要素とを超音波溶接で接続するための導電膜は、エンボス加工バンプを有するアルミニウムを含むが、この理由は、パワー半導体構成要素の金属化によって、アルミニウムが優れた溶接接続部を形成し、さらに、前記金属化部が最終アルミニウム層を備えるからである。
【０００６】
その場合、前記アルミニウム層との半田付け接続が不可能であるかまたは極めて限られた範囲でしか可能でない場合には不利である。より高い比導電率を有しかつ半田付け可能である銅による対応する層の構造は、この文献では開示されていないが、この理由は、この層が、パワー半導体構成要素に溶接接続するのに適切ではないからである。
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２２１９７０Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３５５９２５Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、一例として、パッケージされていないパワー半導体構成要素、およびパッケージされているかまたはパッケージされていない集積回路のような電子構成要素用の接続装置であって、溶接接続および半田付け接続の両方に適応し、かつ簡単に、迅速に実行可能であるようにまたフレキシブルに複数の構成要素を接続する接続装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明の概念は、別々に配置しかつ回路に従って接続すべき複数の構成要素を有するインテリジェントパワー半導体モジュールの要件に基づいているが、それに限定されない。この種類のパワー半導体モジュールでは、パッケージされていないパワー半導体構成要素は、互いに接続すべきであり、および／またはこのパッケージされていないパワー半導体構成要素が配置される基板の導体トラックに接続すべきである。さらに、制御接続部および補助接続部は、パッケージされるかまたはパッケージされないようにパワー半導体モジュールに配置されるドライバコンポーネントおよび別の電子構成要素に接続しなければならない。その上、一例として、温度測定および／または電流測定用のセンサは、割り当てられた評価ユニットに接続すべきである。負荷接続部の、およびパワー半導体構成要素の必要なすべての制御接続部および補助接続部の、ならびにドライバコンポーネントの外部接続部も接続すべきである。
【００１１】
本発明による接続装置は、少なくとも１つの絶縁膜と２つの導電膜とからなる膜複合材として構成される。前記膜複合材は、導電膜から始まり、その次に、絶縁膜および導電膜のそれぞれが交互に積層する層構造を有する。少なくとも１つの導電膜は、本質的に構成され、このようにして、互いに電気的に絶縁される導体トラックを形成する。
【００１２】
第１の金属材料を含みかつ膜複合材の主領域に配置される少なくとも１つの導電膜は、少なくとも１つの膜部分を有し、この場合、第２の金属材料層は前記膜部分に配置される。本発明によれば、前記第２の金属材料層の層厚は、第１の金属材料膜の層厚に比べて薄い。
【００１３】
この接続装置の特に好ましい発展形態は、例示的な実施形態のそれぞれの詳細な説明に記載されている。さらに、図１〜図３の例示的な実施形態を参照して、本発明の解決策についてさらにより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、基板２と構成要素３ａ／ｂ、４、５とを有する構造の本発明による第１の接続装置１の断面図を示している。基板２は、接続装置１に対向する基板２の側面に、互いに電気的に絶縁される導体トラック２２を有する。この種類の基板２は、好ましくは、銅からなる金属導体トラック２２をセラミック担体２０に有するいわゆるＤＣＢ（直接銅接合）基板としてパワー半導体モジュールに使用するために形成される。互いに電気的に絶縁される導体トラックを形成する他の任意の基板も適切であり、この場合、図示したように、基板に配置された構成要素の下にある全領域にわたって、前記導体トラックを形成する必要がない。しかし、この形成は、構成要素から熱を放散しなければならない場合に好ましい。
【００１５】
基板２の導体トラック２２に配置された構成要素３ａ／ｂは、この場合、パワーダイオード３ｂおよびパワートランジスタ３ａであり、ここで、このことは、これらの構成要素に限定することを意味しない。これらのパワー半導体構成要素３ａ／ｂは、接続装置１に対向する本パワー半導体構成要素の側面に、少なくとも１つの接触領域３２、３４、３６を有する。このことは、パワーダイオード３ｂがアノード３６である場合の、およびパワートランジスタ３ａがエミッタ３２であり、さらにはベース３４である場合のことである。従来技術によれば、パワー半導体構成要素３ａ／ｂの接触領域はアルミニウム層として形成される。
【００１６】
第１の構造では、接続装置１は、５０〜４００μｍの層厚を有する第１の金属膜１０、ここではアルミニウム膜と、１０〜８０μｍの層厚を有する隣接するプラスチック膜１４と、２０〜１００μｍの層厚を有する第２の金属膜１２、ここでは銅膜とを備える。第１の膜の厚さは、第２の膜の厚さの少なくとも２倍ある。
【００１７】
第１の金属膜１０をパワー半導体構成要素３ａ／ｂの接触領域３２、３４、３６に導電接続するために、膜複合材１は第１のエンボス加工バンプ１６ａを有する。前記エンボス加工バンプ１６ａは、超音波溶接法によって、割り当てられた接触領域３２、３４、３６に接続される。
【００１８】
第１の金属膜１０を基板２の導体トラック２２に導電接続するために、膜複合材１は、より深部に形成された第２のエンボス加工バンプ１６ｂを有する。前記第２のエンボス加工バンプ１６ｂの領域において、１〜２０μｍの好ましい厚さを有する銅からなる層は、アルミニウム膜１０に堆積される。この場合、このことが、ガルバニック法によってまたは低温ガス噴霧によって行われることが好ましい。前記第２のエンボス加工バンプ１６ｂの銅表面は、半田付け方法によって基板２の銅導体トラック２２に接続される。
【００１９】
接続装置１のプラスチック膜１４は、第１の導電層１０と第２の導電層１２との間にめっき貫通孔１８用のカットアウトを有する。これによって、第１の層の電位が第２の層に印加される。このことは、一例として、パワートランジスタ３ａのゲート電位について示されている。
【００２０】
２つの集積回路４、５は、本明細書の一例として、第２の金属膜１２に配置される。ここで、個々のレジスタ、キャパシタ、コイルまたは他のセンサのような別の構成要素を配置することが好ましいかもしれない。別形態では、この種類の構成要素を基板２の導体トラック２２に配置し、回路に従って接続することも可能である。図面は、半田付け方法によって、第２の膜１２の割り当てられた導体トラックに接続するための接触装置４０を有する本明細書においてはＳＭＤ構成要素の形態の第１の集積回路４を示している。第２の集積回路５は、パッケージされていない構成要素としてこの図に示されており、接着接合法によって第２の導電層１２に接続される。電気接続部は、構成要素５の個々の接触領域５０と、第２の層１２の割り当てられた導体トラックとの細いワイヤボンディング接続部５２として形成される。
【００２１】
ボンディングワイヤ５２に接続される前記導体トラックの部分に、金層構造の第２の金属層を配置することが好ましいかもしれない。
【００２２】
外部接続部、一例として、ねじ接続部を膜複合材全体の丸形カットアウトとして形成することが可能である。本例では、主領域の少なくとも１つの導電膜層の前記カットアウトの周囲に同心に第２の金属層を配置することが好ましい。この場合、前記層は、少なくとも１００μｍの厚さを有し、かつ低温ガス噴霧によって堆積されることが好ましい。
【００２３】
明確に図示されていない第２の構造では、接続装置１は、３０〜３００μｍの層厚を有する第１の金属膜、ここでは銅膜と、１０〜８０μｍの層厚を有する隣接するプラスチック膜と、３０〜３００μｍの層厚を有する同様に銅からなる第２の金属膜とを備える。
【００２４】
この構造において、パワー半導体構成要素の接触領域に溶接接続するように機能する第１の層の部分は、アルミニウムからなる第２の層と共に形成される。この手段のみによって、永久的な耐久性を有する接続を実現することが可能である。半田付け方法によって基板の導体トラックに接続するためのエンボス加工バンプは、この場合、第２の金属層を必要としない。
【００２５】
図２と図３においても、本明細書に記載されている３層構造であることが前提となっている。
【００２６】
本発明による接続装置の別形態は、一例として、それぞれが同一の金属からなる同一の層厚の２つの層を有する金属層を有する。さらに、本発明によれば、５層の層配列を形成することが有利であるかもしれず、この場合、中央金属層は、好ましくは、スクリーン面として特に薄く形成され、動作中には規定電位にある。
【００２７】
図２は、本発明による第２の接続装置１の膜複合材の第１の主領域の平面図を示している。この図面は、プラスチック膜構造の絶縁層１４と、膜複合材の第１の形成部におけるアルミニウムからなる第１の導電層１０とを示している。このアルミニウム層１０は、本質的に構成され、膜複合材のこの部分に、互いに電気的に絶縁される３つの導体トラックを形成する。これらの導体トラック１０の各々は、パッケージされていない半導体構成要素、ここではパワーダイオードを基板の導体トラックに超音波溶接で接続するかまたは半田付け接続するための２群のエンボス加工バンプ１６ａ／ｂを有する。この構造の代替実施形態は、パワー半導体構成要素だけでなく、接続すべき多数の異なるパッケージされていない構成要素にも適切である。
【００２８】
第１の構造では、第１群のエンボス加工バンプ１６ａは、構成要素を、それと同様にアルミニウムから形成されることが好ましい接触領域にスポット溶接で接続するために適切である。第２群のエンボス加工バンプ１６ｂの部分には、電解堆積によってまたは低温ガス噴霧によって堆積されたより薄い銅層１０２と共に、アルミニウム層が配置される。この銅層１０２は、基板の導体トラックに半田付け接続するために特に適切である。
【００２９】
第２の実施形態（図示せず）では、第２の導電層は銅を含む。このことは、銅が、構成要素からの熱損失をなくすために高い熱伝導率を有し、さらに、高い電流搬送能力のために低い抵抗率を有するので特に好ましい。この場合、溶接接続用の適切な表面を設けるためにアルミニウムからなる第２の層を有する構成要素にスポット溶接で接続するためのエンボス加工バンプ群を形成する必要がある。
【００３０】
図３は、第２の接続装置１に配置されたパッケージされていない構成要素１を有する構造の本発明による第２の接続装置１の第２の主領域の平面図を示している。この図面は、プラスチック膜構造の絶縁層１４と、銅からなる第２の導電層１２とを示している。この銅層１２は、第１の金属層（図２の１０を参照）に比べて本質的により細かく構成され、この部分において、パワー半導体構成要素を駆動するための構成要素５、ここでは駆動回路を接着接合で接続するための領域を形成する。銅層は、さらに、前記駆動回路を接続する多数の導体トラック１２を形成する。次に、前記導体トラックは、互いに電気的に絶縁され、かつここでは一例としてキャパシタ６の形態で示したような別の構成要素用の別の接触領域を有する。前記導体トラックは、さらに、０．５〜５μｍの厚さを有するここでは金層層の構造の別の金属層１２２が設けられる部分を有する。金被覆を有するこれらの部分は、駆動回路５の接触領域５０と導体トラック１２との細いワイヤボンディング接続部５２用の好ましい接触領域である。また、膜複合材の第１の導電層へのめっき貫通孔１８が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】基板と構成要素とを有する構造の本発明による第１の接続装置の断面図である。
【図２】本発明による第２の接続装置の第１の主領域の平面図である。
【図３】パッケージされていない構成要素を有する構造の本発明による第２の接続装置の第２の主領域の平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  接続装置
２  基板
３ａ  パワー半導体構成要素
３ｂ  パワー半導体構成要素
４  構成要素
５  構成要素
６  キャパシタ
１０  第１の金属膜
１２  第２の金属膜
１４  、絶縁膜、プラスチック膜
１６ａ  第１のエンボス加工バンプ
１６ｂ  第２のエンボス加工バンプ
１８  導電接続部、めっき貫通孔
２０  セラミック担体
２２  金属導体トラック
３２  接触領域
３４  接触領域
３６  接触領域
４０  接触装置
５０  接触領域
５２  細いワイヤボンディング接続部
１０２  より薄い銅層
１２２  別の金属層
【図１】
2007281452.tif 000003
【図２】
2007281452.tif 000004
【図３】
2007281452.tif 000005