功率半导体模块装置及其制造方法制造方法及图纸

本公开涉及功率半导体模块装置及其制造方法。该装置包括：壳体，包括侧壁和盖；以及衬底，布置在壳体中，衬底包括介电绝缘层、布置在介电绝缘层的第一侧上的第一金属化层和布置在介电绝缘层的第二侧上的第二金属化层，其中介电绝缘层被设置在第一和第二金属化层之间。功率半导体模块装置还包括：至少一个半导体本体，安装在第一金属化层的远离介电绝缘层的第一表面上；连接元件布置在第一金属化层的第一表面上并与其电连接；接触元件，插入连接元件并与其电连接，其中接触元件在垂直于第一表面的方向上通过壳体的内部且通过壳体的盖中的开口从连接元件延伸至壳体的外部；以及硬密封，布置为与第一金属化层相邻且至少部分地填充壳体的内部。

Power Semiconductor Module Device and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
功率半导体模块装置及其制造方法
本公开涉及功率半导体模块装置和用于制造功率半导体模块装置的方法。
技术介绍
功率半导体模块装置通常包括壳体中的衬底。衬底通常包括衬底层(例如，陶瓷层)、沉积在衬底层的第一侧上的第一金属化层和沉积在衬底层的第二侧上的第二金属化层。包括一个或多个可控半导体元件(例如，半桥配置的两个IGBT)的半导体装置可被布置在衬底上。通常提供一个或多个接触元件，其允许从壳体外部接触这种半导体装置。功率半导体模块是已知的，其中接触元件被布置在衬底上并通过壳体的盖在基本垂直于衬底的主面的方向上突出。接触元件伸出壳体的部分可以机械和电气地耦合至印刷电路板。通常，印刷电路板包括开口，并且接触元件通过相应的开口插入。通常，具有包括接触元件的半导体装置的功率半导体模块是预制的，并且客户可以在预制的功率半导体模块上安装其自己定制的印刷电路板。由于在衬底上安装接触元件时出现的公差以及在印刷电路板和相应开口的制造期间出现的公差，接触元件和开口可能无法准确对齐。因此，当在将印刷电路板安装至功率半导体模块时，可能对接触元件施加很大的力。随着时间的推移，这会导致功率半导体模块损坏。需要提供增强的机械稳定性以防止损坏的功率半导体模块装置及其制造方法。
技术实现思路
一种功率半导体模块装置包括：壳体，包括侧壁和盖；以及衬底，布置在壳体中，衬底包括介电绝缘层、布置在介电绝缘层的第一侧上的第一金属化层和布置在介电绝缘层的第二侧上的第二金属化层，其中介电绝缘层被设置在第一和第二金属化层之间。功率半导体模块装置还包括：至少一个半导体本体，安装在第一金属化层的远离介电绝缘层的第一表面上；连接元件，布置在第一金属化层的第一表面上并且电连接至第一金属化层的第一表面；接触元件，插入连接元件并且电连接至连接元件，其中接触元件在垂直于第一表面的方向上通过壳体的内部并通过壳体的盖中的开口从连接元件延伸到壳体的外部；以及硬密封，布置为与第一金属化层相邻并且至少部分地填充壳体的内部。一种功率半导体模块装置包括衬底、至少一个半导体本体、连接元件和接触元件，其中衬底包括介电绝缘层、布置在介电绝缘层的第一侧上的第一金属化层和布置在介电绝缘层的第二侧上的第二金属化层，其中介电绝缘层被设置在第一和第二金属化层之间，并且至少一个半导体本体安装在第一金属化层的远离介电绝缘层的第一表面。连接元件布置在第一金属化层的第一表面上并且电连接至第一金属化层的第一表面，并且接触元件插入连接元件并且电连接至连接元件。一种用于制造这种功率半导体模块装置的方法包括：将衬底布置在壳体中，其中壳体包括壁；用密封材料至少部分地填充由壳体的壁和衬底形成的容量；硬化密封材料以形成硬密封；以及封闭壳体，其中接触元件通过壳体的内部并且通过壳体的盖中的开口在垂直于第一表面的方向上从连接元件延伸到壳体的外部。可参照以下附图和说明书更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定要按比例绘制，而是强调说明本专利技术的原理。此外，在附图中，类似的参考数字在不同的示图中指定对应的部分。附图说明图1是传统功率半导体模块装置的截面图。图2是功率半导体模块装置的示例的截面图。图3示意性地示出了不同的邵氏硬度标度。图4示意性地示出了不同的邵氏硬度标度和洛氏标度。图5示意性地示出了各种聚合物的氧传输系数。图6(包括图6A和图6B)示意性地示出了示例性功率半导体模块的各个部分。图7(包括图7A至图7C)示意性地示出了用于制造功率半导体模块的方法的示例。图8(包括图8A至图8C)示意性地示出了用于制造功率半导体模块的方法的另一示例。具体实施方式在以下详细说明中参考附图。附图示出了可以实践实施本专利技术的具体示例。应理解，除非另有特别说明，否则关于各个示例所描述的特征和原理可相互组合。在说明书和权利要求书中，特定元件被命名为“第一元件”、“第二元件”、“第三元件”等不能理解为列举性的。相反，这种命名仅仅是为了处理不同的“元件”。即，例如，“第三元件”的存在并不要求“第一元件”和“第二元件”的存在。本文所述的半导体本体可以由(掺杂)半导体材料制成，并且可以是半导体芯片或者可以包括在半导体芯片中。半导体本体具有电连接焊盘，并且包括具有电极的至少一个半导体元件。参考图1，示出了传统的功率半导体模块装置。功率半导体模块装置包括衬底10。衬底10包括介电绝缘层11、布置在介电绝缘层11的第一侧上的(结构化)第一金属化层111和布置在介电绝缘层11的第二侧上的第二金属化层212。介电绝缘层11被设置在第一和第二金属化层111、112之间。第一和第二金属化层111、112中的每一个均可由以下材料中的一种组成或者包括以下材料中的一种：铜；铜合金；铝；铝合金；在功率半导体模块装置的操作期间保持固态的任何其他金属或合金。衬底10可以是陶瓷衬底，即介电绝缘层11是陶瓷(例如，薄陶瓷层)的衬底。陶瓷可由以下材料中的一种组成或者包括以下材料中的一种：氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼或任何其他介电陶瓷。例如，衬底10可以是直接铜键合(DCB)衬底、直接铝键合(DAB)衬底或活性金属钎焊(AMB)衬底。此外，衬底10可以是绝缘金属衬底(IMS)。绝缘金属衬底通常包括介电绝缘层11，其例如包括(填充)材料，诸如环氧树脂或聚酰亚胺。例如，介电绝缘层11的材料可以填充有陶瓷颗粒。这种颗粒可以包括例如Si2O、Al2O3、A1N或BrN，并且可以具有约1μm和约50μm之间的直径。然而，衬底10还可以为具有非陶瓷介电绝缘层11的传统印刷电路板(PCB)。例如，非陶瓷介电绝缘层11可以由固化树脂组成或者包括固化树脂。一个或多个半导体本体20可布置在衬底10上。具体地，一个或多个半导体本体20可被布置在第一金属化层111的远离介电绝缘层11的第一表面上。布置在半导体衬底10上的每个半导体本体20均可以包括二极管、IGBT(绝缘栅型双极晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、JFET(结型场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)或任何其他合适的可控半导体元件。一个或多个半导体本体20可在衬底10上形成半导体装置。在图1中，仅示例性地示出了一个半导体本体20。一个或多个半导体本体20可通过导电连接层(图1中未示出)电气和机械地连接至主衬底10。例如，这种导电连接层可以是焊料层、导电粘合剂层或烧结金属粉末层(例如，烧结银粉)。图1中的半导体衬底10的第二金属化层112是连续层。在图1所示的示例中，第一金属化层111是结构化层。在本文中，“结构化层”是指第一金属化层111不是连续层，而是包括位于层的不同部分之间的凹陷。在图1中示意性示出了这种凹陷。该示例中的第一金属化层111包括两个不同的部分。不同的半导体本体20可以安装至第一金属化层111的相同部分或不同部分。也可以存在第一金属化层111的其上不安装半导体本体20的部分。第一金属化层111的不同部分可以没有电连接至一个或多个其他部分，或者可以电连接至一个或多个其他部分。衬底10可以被布置在壳体40中以形成功率半导体模块。为了便于第一金属化层111的不同部分和半导体本体20和/或布置在第一金属化层111上的任何其他元件和部件彼此的电连接以及与壳体40外的外部部件(例如，印刷电路板)的电连接，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体模块装置，包括：壳体(40)，包括侧壁和盖；衬底(10)，布置在所述壳体(40)中，所述衬底(10)包括介电绝缘层(11)、布置在所述介电绝缘层(11)的第一侧上的第一金属化层(111)和布置在所述介电绝缘层(11)的第二侧上的第二金属化层(112)，其中所述介电绝缘层(11)被设置在所述第一金属化层(111)和所述第二金属化层(112)之间；至少一个半导体本体(20)，安装在所述第一金属化层(111)的远离所述介电绝缘层(11)的第一表面上；连接元件(32)，布置在所述第一金属化层(111)的所述第一表面上并且电连接至所述第一金属化层(111)的所述第一表面；接触元件(30)，插入所述连接元件(32)并且电连接至所述连接元件(32)，其中所述接触元件(30)在垂直于所述第一表面的方向上、穿过所述壳体(40)的内部并且穿过所述壳体(40)的所述盖中的开口、从所述连接元件(32)延伸到所述壳体(40)的外部；以及硬密封件(60)，布置为与所述第一金属化层(111)相邻并且至少部分地填充所述壳体(40)的内部。

【技术特征摘要】
2018.01.30 EP 18154008.91.一种功率半导体模块装置，包括：壳体(40)，包括侧壁和盖；衬底(10)，布置在所述壳体(40)中，所述衬底(10)包括介电绝缘层(11)、布置在所述介电绝缘层(11)的第一侧上的第一金属化层(111)和布置在所述介电绝缘层(11)的第二侧上的第二金属化层(112)，其中所述介电绝缘层(11)被设置在所述第一金属化层(111)和所述第二金属化层(112)之间；至少一个半导体本体(20)，安装在所述第一金属化层(111)的远离所述介电绝缘层(11)的第一表面上；连接元件(32)，布置在所述第一金属化层(111)的所述第一表面上并且电连接至所述第一金属化层(111)的所述第一表面；接触元件(30)，插入所述连接元件(32)并且电连接至所述连接元件(32)，其中所述接触元件(30)在垂直于所述第一表面的方向上、穿过所述壳体(40)的内部并且穿过所述壳体(40)的所述盖中的开口、从所述连接元件(32)延伸到所述壳体(40)的外部；以及硬密封件(60)，布置为与所述第一金属化层(111)相邻并且至少部分地填充所述壳体(40)的内部。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块装置，其中所述硬密封件(60)具有至少40邵氏A、至少60邵氏A或至少50邵氏D的硬度。3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块装置，其中所述硬密封件(60)包括橡胶、聚氨酯和塑料中的至少一种材料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块装置，其中所述接触元件(30)在所述衬底(10)和所述壳体(40)的所述盖之间沿垂直于所述第一金属化层(111)的所述第一表面的方向具有第一长度(x1)；所述硬密封件(60)在垂直于所述第一金属化层(111)的所述第一表面的方向上具有第一厚度(x2)；并且所述硬密封件(60)的所述第一厚度(x2)在所述接触元件(30)的所述第一长度(x1)的20％和80％之间或者在所述接触元件(30)的所述第一长度(x1)的40％和60％之间。5.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块装置，其中所述接触元件(30)在所述衬底(10)和所述壳体(40)的所述盖之间沿垂直于所述第一金属化层(111)的所述第一表面的方向具有第一长度(x1)；所述硬密封件(60)在所述接触元件(30)周围的半径(r)内的区域中沿垂直于所述第一金属化层(111)的所述第一表面的方向具有第一厚度(x2)；所述硬密封件(60)在所述接触元件(30)周围的半径(r)外的区域中沿垂直于所述第一金属化层(111)的所述第一表面的方向具有第二厚度(x2)；并且所述第一厚度(x2)大于所述第二厚度(x3)。6.根据权利要求5所述的功率半导体模块装置，其中所述硬密封件(60)的所述第一厚度(x2)在所述接触元件(30)的所述第一长度(x1)的20％和80％之间或者在所述接触元件(30)的所述第一长度(x1)的40％和60％之间；并且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·罗特，O·霍尔菲尔德，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE