功率半导体模块制造技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体模块(10)，其包括支承件(12)，该支承件(12)承载至少一个功率半导体装置(14)，其中支承件(12)与功率半导体装置(14)一起至少部分地定位在壳体(20)中，其中支承件(12)和功率半导体装置(14)至少部分地由密封材料(22)覆盖，其特征在于，除了密封材料(22)之外，保护材料(24)设在壳体(20)中，其中保护材料(24)由硅胶形成，并且其中保护材料(24)至少部分地覆盖支承件(12)、功率半导体装置(14)和密封材料(22)中的至少一个。

Power Semiconductor Module

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块
本专利技术涉及一种功率半导体模块。本专利技术尤其涉及一种显示出良好长寿命可靠性的功率半导体模块。
技术介绍
包括功率半导体装置(如开关功率半导体装置)的功率半导体模块在本领域中大体是已知的。对于特定应用来说，机械地和/或关于环境因素保护功率半导体装置可能是重要的。文件DE112012006656T5描述了一种半导体装置。就此而言，电路图案结合到陶瓷基底的顶表面。冷却体结合到陶瓷基底的下表面。在电路图案上提供绝缘栅双极晶体管(IGBT)和正向变换器(FWD)。涂膜覆盖陶瓷基底和电路图案之间的接合处，以及陶瓷基底和冷却体之间的接合处。模塑树脂(mouldresin)密封陶瓷基底、电路图案、IGBT、FWD、冷却体和涂膜等。陶瓷基底具有比涂膜更高的导热率。涂膜具有低于模塑树脂的硬度，并减轻了从模塑树脂施加到陶瓷基底上的应力。电路图案和冷却体包括与模塑树脂接触而没有以涂膜覆盖的凹槽。文件DE4133199A1描述了一种使用绝缘涂覆的金属基底的半导体装置，该基底包括支承在绝缘涂覆的金属基底上的半导体元件，该金属基底由金属基底和设置在金属基底上的绝缘层制成、形成在绝缘层上并连接到半导体元件的金属箔的布线、覆盖半导体元件和布线的绝缘密封材料、以及固体绝缘体，其具有比介于布线的边缘部分和密封材料之间的密封材料更大的比电感容量。文件US2013/0161801A1描述了一种包括安装在DCB基底上的分立装置(discretedevice)的模块及一种其制造的方法。分立装置包括一个或多个半导体芯片。可通过以封装材料覆盖半导体芯片来封装半导体芯片或半导体芯片的至少部分。进一步描述了提供硅胶，其沉积在DCB基底上并覆盖分立装置。文件US2013/0056883A1描述了一种半导体装置，其包括底板、安装基底、半导体元件、支架、支架端子、壳、第一密封层和第二密封层。第一密封层在由壳包围的空间内覆盖安装基底和半导体元件。第二密封层设在由壳包围的空间内的第一密封层上，并且具有高于第一密封层的硬度的硬度。文件EP1739740A2涉及一种功率半导体，并且更具体地，涉及一种高击穿电压半导体的模块结构，在其中已经利用高电容实现了高可靠性。详细地，描述了在功率半导体中，半导体元件和铝线之间的界面涂覆有具有导电性质的第一绝缘树脂，以改善金属线的接合寿命，使得可能改善模块的寿命。进一步描述了提供第二树脂，其设在第一树脂的顶部上。然而，现有技术的解决方案仍然提供用于改进的空间，例如关于提供有效措施抵抗作用在功率半导体装置上的负面影响并因此关于长寿命可靠性。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种功率半导体模块，其克服了现有技术的至少一个缺点。更详细地说，本专利技术的一个目的在于提供一种功率半导体模块，其分别显示出高的长寿命可靠性或长期可靠性。这些目的至少部分地由根据独立权利要求1的功率半导体模块解决。在从属权利要求中、在进一步的描述中以及在附图中给出了本专利技术的有利的实施例，其中除非没有明确排除，否则不同的实施例可单独或以任何组合提供本专利技术的特征。本专利技术提供了一种功率半导体模块，包括承载至少一个功率半导体装置的支承件，其中支承件与功率半导体装置一起至少部分地位于壳体中，其中支承件和功率半导体装置至少部分地由密封材料覆盖，其中除了密封材料之外，在壳体中提供保护材料，其中保护材料由硅胶形成，并且其中保护材料至少部分地覆盖支承件、功率半导体装置和密封材料中的至少一个，其中密封材料包括至保护材料的接触区域，其中密封材料构造在所述接触区域处，其中密封材料在接触区域处由粗糙区域、至少一个突起或至少一个凹口构造。这种功率半导体模块在内部和/或外部机械和/或电子影响方面为电子电路及其功率半导体装置提供有效且长期可靠的保护。其由此可容易地形成。因此，本专利技术涉及一种功率半导体模块。功率半导体模块包括支承件，其中在本专利技术中包括可提供一个或多个支承件。详细地，可提供仅提供一个支承件，其承载一个或多个功率半导体装置或提供多于一个的支承件，其中每个支承件承载一个或多个功率半导体装置。这可允许功率半导体模块的简单且适应性的生产。关于功率半导体装置，可提供的是，分别提供多个晶体管或开关装置，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)装置、金属氧化物半导体场效应晶体管(MosFET)、二极管、和/或类似的。相应的一个或多个功率半导体装置可为本领域中已知的一个或多个电子电路的一部分。因此，取决于相应的实施例，支承件可包括多个电导体、如金属镀层(metallization，有时也称为金属化结构)，以及端子或连接器，其用于外部和内部连接功率半导体模块的不同部分。因此，端子或连接器位于导体上的相应位置上，如金属镀层上。支承件可例如是基底，如例如陶瓷基底，或其可为底板，如下面将详细描述的。进一步提供，一个或多个支承件分别与一个或多个功率半导体装置或芯片一起至少部分地位于壳体中，其中支承件和功率半导体装置至少部分地由密封材料覆盖。因此，密封材料可至少部分地覆盖功率半导体装置和支承件。这在本领域中大体上已知，并且可在外部影响方面保护功率半导体装置及其作为其一部分或至少其覆盖区域的电子电路，并且可进一步改善爬电距离。根据如上所描述的功率半导体模块，除了密封材料之外，还提供了，在壳体中提供保护材料，其中保护材料由硅胶形成，并且其中保护材料至少部分地覆盖支承件、功率半导体装置和密封材料中的至少一个。这种布置可提供优于现有技术的显著优点，因为它在基底级以及芯片级上提供电子电路的安全保护。这可能主要是由于以下事实：通过仅提供密封材料，各个部件通常不能被完全保护，因为可能难以确保支承件和功率半导体装置的所有期望位置或相应电子电路的其它部分由密封材料有效地覆盖。例如，如本领域中已知的那样，这可在密封材料形成为模塑化合物、如传递模塑化合物的情况下相关。这可能是例如由功率模块的实际设计引起的，因为这些仅仅已知用硅胶填充，硅胶可简单地倒入壳体中而不实质需要采取措施来确保完全填充壳体。然而，这些实际设计大体上不设有密封材料，因为该设计被优化用于倾倒和硬化保护材料，即硅胶。因此，在不显著改变模块的设计的情况下，有效地提供密封材料通常是困难的。因此，设计适应性可用于确保由密封材料的有效保护。然而，根据本专利技术的功率半导体模块克服了这个缺点，因为在密封材料没有完全设在相应位置处的情况下它不再是有害的。另外的保护材料、即硅胶将解决由此产生的问题。可提供的是，壳体完全填充以硅胶，即使这不是强制性的，并且根据特定应用，仅以保护材料部分地填充壳体就可足够。结果，本专利技术清楚地克服了现有技术的问题，根据其，利用实际功率模块设计不提供密封材料或仅几乎不可能提供密封材料，且因此模块设计没有显著变化。因此，尽管在改善爬电距离和/或抵抗外部影响方面显示出良好的结果，但是密封材料与由硅胶形成的保护材料组合可进一步改善以满足所需的安全要求。密封材料不同于保护材料。在如包括IGBT装置作为功率半导体装置的功率模块中，湿度应力可能是可靠性问题的风险。例如，对于海底应用，用于提供密封材料的传递模塑技术关于耐湿性显示出有前景的结果。例如，当使用环氧模塑化合物(epoxymouldcompound)(EMC)或环氧树脂作为密封材料时，可获得良好的结果。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种功率半导体模块，包括支承件(12)，所述支承件承载至少一个功率半导体装置(14)，其中所述支承件(12)与所述功率半导体装置(14)一起至少部分地位于壳体(20)中，其中所述支承件(12)和所述功率半导体装置(14)至少部分地由密封材料(22)覆盖，其中除了所述密封材料(22)之外，在所述壳体(20)中提供保护材料(24)，其中所述保护材料(24)由硅胶形成，并且其中所述保护材料(24)至少部分地覆盖所述支承件(12)、所述功率半导体装置(14)和所述密封材料(22)中的至少一个，其中所述密封材料(22)包括与所述保护材料(24)的接触区域(30)，其中所述密封材料(22)构造在所述接触区域(30))处，其中所述密封材料(22)通过粗糙区域、至少一个凸起(28)或至少一个凹口构造在所述接触区域(30)处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 EP 17154673.21.一种功率半导体模块，包括支承件(12)，所述支承件承载至少一个功率半导体装置(14)，其中所述支承件(12)与所述功率半导体装置(14)一起至少部分地位于壳体(20)中，其中所述支承件(12)和所述功率半导体装置(14)至少部分地由密封材料(22)覆盖，其中除了所述密封材料(22)之外，在所述壳体(20)中提供保护材料(24)，其中所述保护材料(24)由硅胶形成，并且其中所述保护材料(24)至少部分地覆盖所述支承件(12)、所述功率半导体装置(14)和所述密封材料(22)中的至少一个，其中所述密封材料(22)包括与所述保护材料(24)的接触区域(30)，其中所述密封材料(22)构造在所述接触区域(30))处，其中所述密封材料(22)通过粗糙区域、至少一个凸起(28)或至少一个凹口构造在所述接触区域(30)处。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，至少一个功率半导体装置(14)的至少一个终端(15)由所述密封材料(22)覆盖。3.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，至少一个功率半导体装置(14)的自由区域由所述密封材料(22)完全覆盖。4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，至少一个功率半导体装置(14)通过焊线(50)电接触，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D吉永，C帕帕多保罗斯，D特吕塞尔，F菲舍尔，S哈特曼，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH