MÓDULO DE SEMICONDUCTOR DE POTENCIA Y PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACIÓN.

Módulo de semiconductor de potencia y procedimiento para su fabricación La invención describe un módulo de semiconductor de potencia y un procedimiento para su fabricación para el contacto de elementos del semiconductor, en particular transistores, tiristores o diodos entre sí o con terminales de conexión asociados. Los módulos de semiconductor de potencia de este tipo son un sujeto constante de investigación con respecto a incrementar su rendimiento, su fiabilidad y su vida útil mientras al mismo tiempo se reducen sus costes de fabricación y el tamaño constructivo. La invención se basa en las solicitudes de patente del propio solicitante DE 101 21 970 A1, así como DE 102 58 565 la cual no se ha publicado previamente. El documento DE 101 21 970 A1 revela un módulo de semiconductor de potencia que consiste en un sustrato con pistas conductoras dispuestas en el mismo y estructuradas a la manera de un circuito base, las cuales tienen elementos del semiconductor de potencia dispuestos en ellas. El contacto de estos elementos del semiconductor de potencia se efectúa por medio de una tarjeta del circuito flexible, en el que la tarjeta del circuito flexible tiene botones de contacto y taladros pasantes metalizados. El contacto por presión se efectúa por medio de un depósito de presión elástica y una placa de presión que induce la presión. La desventaja consiste en que no es posible conseguir una construcción compacta debido al radio de curvatura de la tarjeta del circuito flexible requerido para el contacto de los elementos del semiconductor de potencia y de las pistas conductoras del sustrato. Una desventaja adicional consiste en que la alineación de la tarjeta del circuito flexible con relación a los elementos del semiconductor de potencia previamente dispuestos en el sustrato es cara. El documento DE 102 58 565 revela un módulo de semiconductor de potencia en contacto por presión con dos terminales de conexión metálicos, en el que la presión es inducida a través de estos dos terminales de conexión. Una capa aislante con taladros pasantes metalizados está dispuesta entre los elementos del semiconductor de potencia y los terminales de conexión. El cableado para los terminales de control está empotrado en el interior de esta capa aislante. La desventaja de este diseño del módulo de semiconductor de potencia es que la disposición revelada no permite que se realicen topologías de circuitos complejos. También es una desventaja que debido al hecho de que tienen que estar alineadas una con relación a otra varias capas (esto es, el primer terminal de conexión, el sustrato con los elementos del semiconductor de potencia, por lo menos una capa aislante y el segundo terminal de conexión) la fabricación se convierte en muy cara. A este respecto el documento JP 63126240 revela un procedimiento de soldadura para pastillas de integración a gran escala para la conexión a un acoplamiento flexible, con una capa aislante, la cual se deformará cuando se forme la conexión. Los documentos DE 101 21 970, WO 01/24260 A1 y el artículo "Tecnología de empaquetado de electrónica de potencia de película delgada de polímero de altas prestaciones" de Filton y otros, Microelectrónica avanzada, IMAPS, Reston, VA, UA, sec. 30 nº 5, páginas 7 - 12, revelan diversos procedimientos para la fabricación de un módulo de semiconductor de potencia utilizando las siguientes etapas: - la fabricación de un laminado de hojas de por lo menos dos capas de hoja metálica y una capa de hoja eléctricamente aislante dispuesta entre cada dos capas; - la estructuración de un circuito base de por lo menos una capa de hoja metálica del laminado de hojas; - la fabricación de taladros pasantes metalizados en el circuito base entre diferentes capas de hojas metálicas; - la formación de botones de contacto en el laminado de hojas; E04025145 14-11-2011 - la producción de una conexión duradera entre los botones de contacto y los elementos del semiconductor de potencia así como los elementos de distancia; y - la conexión del compuesto que consta del laminado de hojas, los elementos del semiconductor de potencia y los elementos de distancia a las pistas conductoras del sustrato por medio de contacto por presión, soldadura o un proceso de adherencia. La presente invención se basa en el requisito de proponer un módulo de semiconductor de potencia y un procedimiento de fabricación asociado en el que el módulo de semiconductor de potencia está diseñado de una manera fiable y muy compacta y el procedimiento de fabricación permite la fabricación automática que implica únicamente un pequeño número de etapas individuales. Las dos partes del requisito se cumplen mediante un módulo de semiconductor de potencia que comprende las características de la reivindicación 1 y mediante un procedimiento de fabricación según la reivindicación 2. Desarrollos adicionales preferidos son el sujeto de las reivindicaciones subordinadas. 2   La principal idea del módulo de semiconductor de potencia según la invención se basa en la construcción conocida de un sustrato con pistas conductoras dispuestas en el mismo a la manera de un circuito base y elementos del semiconductor de potencia dispuestos en las pistas así como en una técnica adicional para conectar estos elementos del semiconductor de potencia entre sí, con las pistas conductoras o con los terminales de conexión para el contacto exterior. La técnica de conexión según la invención se basa en por lo menos un laminado de hojas que consta de dos hojas metálicas con una capa de hoja eléctricamente aislante dispuesta entre ellas, en el que por lo menos una capa de hoja metálica está estructurada a la manera de un circuito base. El módulo de semiconductor de potencia preferiblemente comprende componentes adicionales, denominados elementos de distancia. Estos elementos de distancia, a su vez, son del mismo grosor que los elementos del semiconductor de potencia, dentro de los límites tecnológicos. Las pistas conductoras del sustrato tienen tanto estos elementos de distancia como los elementos del semiconductor de potencia con su segunda superficie principal dispuesta en ellas. Las primeras superficies principales de los elementos de distancia y los elementos del semiconductor de potencia tienen por lo menos un laminado de hojas dispuesto en ellos. Este laminado de hojas comprende preferiblemente botones de contacto empotrados para el contacto con los elementos del semiconductor de potencia o los elementos de distancia. Los botones de contacto del laminado de hojas están conectados de forma duradera y fiable a los elementos de distancia o a los elementos del semiconductor de potencia utilizando soldadura por ultrasonidos. El procedimiento asociado para la fabricación de un semiconductor de potencia de este tipo consta de las siguientes etapas esenciales. En una primera etapa se fabrica un laminado de hojas que comprende por lo menos dos capas de hojas metálicas y una capa de hoja eléctricamente aislante emparedada entre cada dos pistas. Preferiblemente, las capas de hojas individuales están fijadas entre sí por medio de un proceso de adherencia. A continuación sigue la estructuración del circuito base de por lo menos una capa de hoja metálica del laminado de hojas. Sobre el circuito base se realizan taladros pasantes metalizados entre las diferentes capas de hojas metálicas. Entonces se realizan los botones de contacto, preferiblemente utilizando un proceso de estampación. El laminado de hojas se adhiere permanentemente a los elementos del semiconductor de potencia y los elementos de distancia en estos botones de contacto por medio de soldadura por ultrasonidos. Finalmente, el compuesto que consiste en el laminado de hojas, los elementos del semiconductor de potencia y los elementos de distancia se dispone en las pistas conductoras del sustrato por medio de contacto por presión, soldadura o adhesivo. Las características y los diversos diseños de la invención se explicarán ahora a título de ejemplo con referencia a las figuras 1 a 5. La figura 1 muestra un diseño de un módulo de semiconductor de potencia según la invención. La figura 2 muestra un ejemplo de una disposición del circuito diseñada para un módulo de semiconductor de potencia según la invención. La figura 3 muestra el diseño de una primera capa de hoja metálica de un módulo de semiconductor de potencia según la invención. La figura 4 muestra el diseño de una segunda capa de hoja metálica de un semiconductor de potencia según la invención. La figura 5 muestra el diseño de un sustrato de un módulo de semiconductor de potencia según la invención. E04025145 14-11-2011 La figura 1 muestra un diseño de un módulo de semiconductor de potencia según la invención en sección a lo largo de la línea A - A (véanse las figuras 4 y 5). Este módulo de semiconductor de potencia... [Seguir leyendo]

1. Un módulo de semiconductor de potencia con por lo menos un sustrato (300), pistas conductoras (310) dispuestas sobre el mismo a la manera de un circuito base, elementos del semiconductor de potencia (202, 204) dispuestos en las pistas conductoras (310), por lo menos un laminado de hojas (100) que consta de por lo menos dos capas de hojas metálicas (110, 130) con una capa de hoja eléctricamente aislante (120) emparedada entre cada dos capas, en el que el laminado de hojas (100) comprende botones de contacto (140) y taladros pasantes metalizados (122), por lo menos una de las capas de hoja metálica (110, 130) está estructurada (112, 132) a la manera de un circuito base y este laminado de hojas (100) se conecta permanentemente a los elementos del semiconductor de potencia (202, 204) por medio de soldadura por ultrasonidos, en el que el laminado de hojas (100) consta de una hoja de cobre (110) que forma la primera capa de hoja metálica con un grosor entre 10 µm y 50 µm, una hoja de plástico eléctricamente aislante (120) con un grosor entre 10 µm y 50 µm y una hoja de aluminio (130) que forma una segunda capa de hoja metálica con un grosor entre 100 µm y 400 µm y estas capas metálicas (110, 120, 130) están conectadas entre sí a través de conexiones adhesivas. 2. Un procedimiento para la fabricación de un módulo de semiconductor de potencia que comprende las siguientes etapas sucesivas: - fabricación de un laminado de hojas (100) a partir de por lo menos dos capas de hoja metálica (110, 130) y una capa de hoja eléctricamente aislante (120) emparedada entre cada dos capas, en el que este laminado de hojas (100) consta de una hoja de cobre (110) que forma la primera capa de hoja metálica con un grosor entre 10 µm y 50 µm, una hoja de plástico eléctricamente aislante (120) con un grosor entre 10 µm y 50 µm y una hoja de aluminio (130) que forma la segunda capa de hoja metálica, con un grosor entre 100 µm y 400 µm y estas capas de hojas (110, 120, 130) se conectan entre sí a través de conexiones por adhesivo; - la estructuración de un circuito base (112, 132) de por lo menos una capa de hoja metálica (110, 130) del laminado de hojas (100); - la fabricación de taladros pasantes metalizados en el circuito base (122) entre diferentes capas de hojas metálicas (110, 130); - la formación de botones de contacto (140) en el laminado de hojas (100); - la fabricación de una conexión duradera entre los botones de contacto (140) y los elementos del semiconductor de potencia (202, 204) y los elementos de distancia (206) por medio de soldadura por ultrasonidos; y - la conexión del laminado de hojas que consta del laminado de hojas (100), los elementos del semiconductor de potencia (202, 204) y los elementos de distancia (206) a las pistas conductoras (310) del sustrato (300) por medio de contacto por presión, soldadura o adherencia por medio de adhesivo. 3. El procedimiento según la reivindicación 2 en el que los botones de contacto (140) se producen mediante un proceso de estampación. 4. El procedimiento según la reivindicación 2 en el que la estructuración (112, 132) de las capas de hojas metálicas (110, 130) se lleva a cabo mediante un proceso de humedecimiento químico. 5. El procedimiento según la reivindicación 2 en el que el metalizado pasante (122) se produce entre dos capas de hojas metálicas (110, 130) por medio de perforación por láser y un subsiguiente rellenado a base de láser con material metálico. 6. El procedimiento según la reivindicación 2 en el que antes de la última etapa de fabricación mencionada componentes tales como elementos de sensor, resistencias (160), condensadores, bobinas o circuitos integrados (150) se disponen en la primera capa de hoja metálica (110) del laminado de hojas (100), esto es en el lado encarado alejado de los elementos del semiconductor de potencia (202, 204). 6 E04025145 14-11-2011   7 E04025145 14-11-2011   8 E04025145 14-11-2011   9 E04025145 14-11-2011