功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體模塊，其具有提供更安全和可靠性能的能力。特別地，本發(fā)明涉及包含傳感器系統(tǒng)的功率半導(dǎo)體模塊，該傳感器系統(tǒng)以自承(self-sustaining)方式被設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]各種各樣的功率半導(dǎo)體模塊是已知的并被用在許多不同的電子裝置中。對這些功率電子模塊的要求是能提供合適的可靠性和安全性。
[0003]例如對于牽引應(yīng)用，功率半導(dǎo)體模塊在操作中可具有長達(dá)30年的使用壽命。因此，根據(jù)這些要求需要進(jìn)行密集認(rèn)證測試來認(rèn)證功率模塊。為了更好地明白模塊行為和故障物理過程，在認(rèn)證測試期間對多個參數(shù)的檢測是有利的。
[0004]另一方面，操作過程中對功率模塊中物理參數(shù)的監(jiān)督可被用作故障的先兆并因此可被用于進(jìn)一步的可靠性診斷和預(yù)測。這樣，在故障前就可移除和替換關(guān)鍵模塊。
[0005]已知 DE 10 2012 216 774 Al、CN 201708690 U、JP 2004087871 A 和 JP2006108256 A中提供了具有傳感器的模塊，該傳感器檢測所述模塊的參數(shù)。
[0006]此外，已知US 2011/0168223 Al、JP2003179230 A 和 JP 2008061375 是在模塊中提供了用于功率收集的熱電元件。
[0007]另夕卜在“Small-scale energy harvesting through thermoelectric,vibrat1n,and rad1frequency power convers1n，，，N.S.Hudak等人，Journal of applied Physics,American Institute of Physics，vol.103，2008中披露了從傳感器環(huán)境中收集能量的能量收集裝置。
[0008]再者，EP 1 455 391 A1公開了具有外殼和傳感器元件的半導(dǎo)體模塊，該傳感器元件設(shè)置在該外殼內(nèi)，由此該傳感器元件是溫度傳感器。
[0009]然而，功率半導(dǎo)體模塊的可靠性仍有提高的潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種功率半導(dǎo)體模塊，其具有提高的可靠性、安全性和/或易于生產(chǎn)。
[0011]這個目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的功率半導(dǎo)體模塊來完成。本發(fā)明的優(yōu)選實施例定義在了從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體模塊，其包括外殼和襯底，襯底上設(shè)置有至少一個傳導(dǎo)路徑，其還包括設(shè)置在外殼內(nèi)部和設(shè)置在傳導(dǎo)路徑上并電連接于傳導(dǎo)路徑的至少一個功率半導(dǎo)體裝置，以及用于外部接觸所述半導(dǎo)體裝置的至少一個接觸，其中模塊進(jìn)一步包括設(shè)置在外殼內(nèi)部的自承傳感器系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括用于檢測物理參數(shù)或化學(xué)物質(zhì)的傳感器、用于將傳感器提供的數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)侥K外的接收器的傳輸裝置和用于向傳感器系統(tǒng)提供所有所需能量的能量源，由此傳感器包括用于檢測電流、電壓磁場、機械應(yīng)力和濕度的至少一個傳感器。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，提可供一種功率半導(dǎo)體模塊，其使得這樣的模塊配置具有提供的模塊可靠性和持續(xù)性，這樣的模塊配置可是裝配了這種功率半導(dǎo)體模塊的電子裝置的部分和電子裝置。
[0013]對于功率半導(dǎo)體模塊，后者可包括襯底，襯底上設(shè)置有至少一個傳導(dǎo)路徑，其進(jìn)一步包含設(shè)置在傳導(dǎo)路徑上并電連接于傳導(dǎo)路徑的至少一個功率半導(dǎo)體裝置。具體來說，襯底可具有第一表面和與第一表面相對設(shè)置的第二表面。襯底至少是部分電絕緣的，其尤其意味著這個襯底的一些區(qū)域或范圍可分別是電絕緣的而另外的區(qū)域或范圍可分別不是電絕緣的而是電傳導(dǎo)的，例如通過金屬化形成的。備選地，襯底可例如是完全電絕緣的，這種情況下其可由電絕緣材料形成，例如A1N、Si3N4或A1 203。
[0014]事實上，例如就像眾所周知的那樣通過提供金屬化，傳導(dǎo)路徑或傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)可分別設(shè)置在襯底的第一表面上。這只是示例地表示傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成在了襯底的表面上。例如在襯底是完全電絕緣的情況下，這種配置是有利的，這樣就可通過在襯底的電絕緣材料表面上沉積傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)化的金屬化來形成傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。備選地，這樣的襯底可形成為部分是電絕緣的而部分是電傳導(dǎo)的。因此，電傳導(dǎo)區(qū)域或位置可分別如比地形成在襯底的第一表面，或其至少一部分上，且尤其是電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)上。
[0015]傳導(dǎo)路徑實質(zhì)上可設(shè)置在襯底的第一表面以容納一個或多個下文將要描述的功率半導(dǎo)體裝置。此外，提供有用于外部接觸所述半導(dǎo)體裝置的至少一個接觸。
[0016]具體來說，至少一個功率半導(dǎo)體裝置設(shè)置在上面描述的傳導(dǎo)路徑上并電連接于此，正如基本上從已知的功率半導(dǎo)體模塊上所知的。半導(dǎo)體模塊可通常分別提供為功率半導(dǎo)體模塊領(lǐng)域內(nèi)已知的或功率半導(dǎo)體配置。例如，功率半導(dǎo)體裝置可是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、反向?qū)щ娊^緣柵雙極晶體管(反向?qū)щ奍GBT)、雙模絕緣柵晶體管(BIGT)和/或二極管，例如肖特基二極管。進(jìn)一步地并為了讓功率半導(dǎo)體模塊及由此的功率半導(dǎo)體配置正常工作，可能需要存在多個半導(dǎo)體裝置。例如，可能需要設(shè)置多個相同或不同的功率半導(dǎo)體模塊。作為非限制性的例子，IGBT和二極管可出現(xiàn)在一個模塊中。功率半導(dǎo)體裝置可分別通過具有合適電傳導(dǎo)性的粘結(jié)劑而進(jìn)一步連接到襯底，或者連接到在其上設(shè)置的傳導(dǎo)路徑。例如，半導(dǎo)體裝置可分別通過焊料方式而固定到襯底或者襯底的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。特別地，半導(dǎo)體裝置的第一主接觸，例如IGBT的發(fā)射極可例如固定到襯底或者襯底的電傳導(dǎo)部分，而半導(dǎo)體裝置的第二主接觸，例如IGBT的集電極可例如通過引線結(jié)合方式連接到襯底的另外位置，且尤其是電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的另外部分。
[0017]另外，功率半導(dǎo)體模塊包括自承傳感器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的自承傳感器系統(tǒng)可尤其意味著這樣的傳感器系統(tǒng)，其是分別自主的或獨立的，并可獨立工作且以要求的方式工作并不需要除傳感器系統(tǒng)外的模塊組件。特別地，沒有提供為了將傳感器系統(tǒng)與不是傳感器系統(tǒng)部分的裝置連接的連接，如到模塊其他部分的線連接或插栓連接。自承傳感器系統(tǒng)尤其是這樣的系統(tǒng)，其包括了各自測量的所有所需組件。但是，這些組件沒有電集成到模塊的任何功能特征。換句話說，傳感器系統(tǒng)不是特別地功能集成在功能組件(例如尤其是模塊的電路)中。此外，為了獲得最大可能的效力沒有集成傳感器系統(tǒng)或其各個部分，而與之相反，為了不或至少不實質(zhì)上負(fù)面影響模塊的功能性和工作過程而選擇了另外的位置。
[0018]自承并由此的完全自主的傳感器系統(tǒng)的設(shè)置帶來了許多優(yōu)點。
[0019]—個優(yōu)點可從這樣的事實看到，即不是一定需要線連接或類似連接。這允許省去了多個用于外部傳感器接觸的端子，例如用于輸出信號、電源供應(yīng)等等的。因此，這樣的帶有自承傳感器系統(tǒng)的模塊的制造能夠明顯簡化。這又允許尤其是節(jié)省成本地制造這樣的模塊。此外，由于省去了額外的電導(dǎo)體(否則該電導(dǎo)體將有可能從模塊