具有暴露的端子区域的树脂封装功率半导体模块制造技术

功率半导体模块（10）包括具有金属化层（18）的衬底（12）；接合到衬底（12）的至少一个功率半导体芯片（14）；以及部分地封装半导体芯片（14）和衬底5（12）的模制封装（26）；其中模制封装（26）包括暴露金属化层（18）的端子区域（38、40）的至少一个窗（36）；并且其中在衬底（12）的边界（28）和窗（36）之间的模制封装（26）的边界部分（34）具有在衬底上方的高度，所述高度小于模制封装（26）的中央部分（32）的最大高度。

Resin encapsulated power semiconductor module with exposed terminal area

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有暴露的端子区域的树脂封装功率半导体模块
本专利技术涉及功率半导体模块、功率半导体模块组合件以及用于制造功率半导体模块的方法。
技术介绍
包含诸如IGBT或MOSFET之类的固态半导体开关的功率半导体模块被用在各种功率电子应用中以对电流进行开关或者整流。重要并且快速增长的应用是用于电动或混合电动载具的变换器系统。用于这样的应用的典型模块可具有高达1200V的电压额定值和几百安培的电流额定值。通常，功率半导体模块要求多个电端子，通过所述多个电端子，DC和AC负载电流被连接到外部汇流条（busbar）。诸如用于控制模块中的半导体芯片的栅极之类的辅助信号端子被连接到外部栅极驱动器电路板。功率端子优选地由铜制成，并且可能需要提供足够的横截面以承载几百安培数量级的电流。用于功率端子的常见技术方案包括到外部汇流条的螺旋连接或焊接（weld）到外部汇流条的引线框架（leadframe）端子。对于较低功率模块的负载连接以及辅助连接，可使用焊连（solder）到电路板的通孔中的引脚、压入配合（press-fit）引脚或弹簧连接。所有这些技术方案具有如下共同之处：金属连接器伸出功率半导体模块。这可导致对具有引线框架端子的传递模制（transfer-molded）功率半导体模块的若干个限制。通常，引线框架端子能够只在一个平面中，所述一个平面是模具的两个部分的密封平面并且只可附接到功率半导体模块的衬底的外围。这可限制在端子和衬底设计方面的自由，并且在需要许多端子的情况下，还可能阻止模块的进一步尺寸减小。r>此外，使用不同厚度和/或材料的多个引线框架可在密封模具方面具有挑战性。然而，对于功率和辅助连接可能需要不同的引线框架以便实现功率端子的足够横截面和用于辅助端子的压入配合连接。在功率半导体模块的一侧伸出的端子可对模块到冷却器的附接施加限制：可能需要从顶部接入基板和冷却器之间的接口，这可被引线框架端子所阻碍。另外，对于端子通常要求两个接合过程：首先，将端子接合到衬底，并且其次，将端子接合到外部汇流条。US2015/0145123A1示出具有安装到衬底的引脚的功率半导体模块，所述衬底由具有引脚插入开口的模制部分覆盖。US2015/0103498A1示出具有附接到模块的电极的功率模块包，所述电极被布置在封装构件中的开口中。DE102015112451A1示出功率模块，其具有带有开口的外壳，这提供对衬底上的半导体芯片的电极和对衬底上的金属化层的接入。DE102008001413A1示出功率模块，其具有由模制材料（moldmaterial/moldingmaterial）制成的外壳。模制材料在具有半导体芯片的衬底上方的厚度适于衬底上的功率模块的导电部分的高度。DE102008045615A1示出具有模制外壳中的窗的功率模块。传导板附接到外壳的顶部并且窗中的端子将功率模块的金属化层与传导板互连。EP3089209A1示出具有在腔体中提供的冷却体的功率模块。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供易于制造并且易于组合功率半导体模块和/或是提供具有带有低杂散电感的电连接的功率半导体模块。这些目的由独立权利要求的主题实现。根据从属权利要求和以下描述，进一步的示例性实施例是清楚的。本专利技术的第一方面涉及功率半导体模块。半导体模块可以是由一个或多个半导体芯片、其电和机械互连以及用于这些组件的外壳组成的任何装置。这里和在下文中的术语“功率”可指的是适用于多于100V和/或多于10A的处理电流的模块和/或半导体芯片。例如，功率半导体模块可用于机动应用中，诸如电动载具、混合载具、摩托车、公共车、卡车、越野工程载具和充电站。根据本专利技术的实施例，功率半导体模块包括具有金属化层的衬底、接合到衬底的至少一个功率半导体芯片以及部分地封装半导体芯片和衬底的模制封装（moldencapsulation）。衬底可以是诸如塑料或陶瓷之类的电绝缘材料的板，所述衬底在一侧上覆盖有金属化层。可以是可能的：衬底在另一侧上具有另外的金属化层。还可以是：衬底仅由一个或多个金属化层提供。例如，衬底可以是或者可包括引线框架。金属化层可被构造成提供电导体，半导体芯片连接到所述电导体。功率半导体芯片可基于Si或SiC和/或可提供一个或多个半导体元件，诸如二极管和/或半导体开关。这样的开关可以是晶体管、晶闸管、IGBT和/或MOSFET。可能的是：功率半导体模块包括具有开关的半导体芯片和具有二极管的半导体芯片，所述二极管经由金属化层的导体反向并联连接到开关。此外，功率半导体模块可包括由开关和二极管的这种组合组成的一个或多个半桥。一个或多个功率半导体芯片接合到金属化层。接合可指的是焊连、烧结和焊接。此外，一个或多个功率半导体芯片可经由接合线与金属化层并且与彼此进行连接。模制封装可以由传递模制例如用热塑性材料或用化学固化材料生成。模制材料可以是环氧树脂。模制封装可完全包围一个或多个功率半导体芯片和直接附接到一个或多个功率半导体芯片的电导体的部分。此外，衬底和金属化层可部分地由模制封装覆盖。根据本专利技术的实施例，模制封装包括暴露金属化层的端子区域的至少一个窗。换句话说，模制封装可提供开口或窗以用于直接接入可被用作端子区域的金属化层的部分，即，用于互连外部导体。一个或多个端子区域可以是只暴露到功率半导体模块的外面的金属化层的部分。端子区域可以是暴露到模制封装的外面的扁平导体。由于端子区域，功率半导体模块可电连接到具有一个单件导体的其它装置。可以省去端子并且可以省去用于将端子连接到另外的导体（如汇流条）的额外附接过程。功率半导体模块可以是在模制封装中具有开口或窗的传递模制功率半导体模块，所述开口或窗直接暴露承载功率半导体芯片的衬底的部分。另外，衬底的边界和窗之间的模制封装的边界部分具有在衬底上方的高度，所述高度小于模制封装的中央部分的最大高度。不得不注意的是：高度和最大高度可在与由金属化层定义的平面正交的方向上被确定。此外，高度和/或最大高度可相对于衬底和/或衬底的上侧被定义。可能的是：衬底的边界被嵌入模制封装的边界部分中。在这种情况下，仅在衬底上方的边界部分对衬底上方的高度有贡献。模制封装的中央部分，其封装功率半导体芯片和它的电连接，可以比边界部分更高。反之亦然，边界部分可以比中央部分更低。采用这种方式，可能的是：诸如导体带、传导条（ribbon）或接合线之类的导体可附接到端子区域并且可在低于中央部分的上侧的水平处被引导远离端子区域。这可导致功率模块的更紧凑的电连接。不得不注意的是：如“更高”、“更低”、“上部”、“顶部”、“下部”之类的术语不是相对于功率半导体模块在空间中的方位被定义，而是可相对于由衬底定义的平面被定义。功率半导体模块还包括功率端子，所述功率端子用端部（end）接合到模制封装中的窗中的端子区域。功率端子的端子部分，诸如功率端子的第二端部，在边界部分上方在平行于衬底的方向上突出（protrude），使得端子部分的在衬底上方的垂直高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体模块（10），包括：/n具有金属化层（18）的衬底（12）；/n接合到所述衬底（12）的至少一个功率半导体芯片（14）；/n部分地封装所述半导体芯片（14）和所述衬底（12）的模制封装（26），其中所述模制封装（26）包括暴露所述金属化层（18）的端子区域（38、40）的至少一个窗（36）；/n用端部（58）接合到所述端子区域（40）的功率端子（54）；/n其中所述模制封装（26）包括中央部分（32），所述中央部分（32）封装所述半导体芯片（14）；/n其中在所述衬底（12）的边界（28）和所述窗（36）之间的所述模制封装（26）的边界部分（34）具有在所述衬底（12）上方的高度，所述高度小于所述模制封装（26）的所述中央部分（32）在所述衬底（12）上方的最大高度；/n其中所述功率端子（54）的部分（56）在所述边界部分（34）上方在平行于所述衬底（12）的方向上突出，使得所述部分（56）的在所述衬底（12）上方的垂直高度小于所述模制封装（26）的所述中央部分（32）的所述最大高度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170502 EP 17169008.41.一种功率半导体模块（10），包括：
具有金属化层（18）的衬底（12）；
接合到所述衬底（12）的至少一个功率半导体芯片（14）；
部分地封装所述半导体芯片（14）和所述衬底（12）的模制封装（26），其中所述模制封装（26）包括暴露所述金属化层（18）的端子区域（38、40）的至少一个窗（36）；
用端部（58）接合到所述端子区域（40）的功率端子（54）；
其中所述模制封装（26）包括中央部分（32），所述中央部分（32）封装所述半导体芯片（14）；
其中在所述衬底（12）的边界（28）和所述窗（36）之间的所述模制封装（26）的边界部分（34）具有在所述衬底（12）上方的高度，所述高度小于所述模制封装（26）的所述中央部分（32）在所述衬底（12）上方的最大高度；
其中所述功率端子（54）的部分（56）在所述边界部分（34）上方在平行于所述衬底（12）的方向上突出，使得所述部分（56）的在所述衬底（12）上方的垂直高度小于所述模制封装（26）的所述中央部分（32）的所述最大高度。


2.根据权利要求1所述的功率半导体模块（10），
其中所述边界部分（34）的在所述衬底（12）上方的所述高度小于导体（21）在所述衬底（12）上方的最大高度，其中所述导体（21）被封装在所述模制封装（26）中并且接合到所述半导体芯片（14）和所述金属化层（18）。


3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块（10），
其中所述边界部分（34）与所述衬底（12）的所述边界（28）重叠。


4.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体模块（10）；
其中所述模制封装（26）包括至少两个窗（36），每个窗（36）暴露所述金属化层的端子区域（38、40）；
其中所述端子区域（38）中的至少一个是功率端子区域；
其中所述端子区域（40）中的至少一个是辅助端子区域。


5.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体模块（10）；
其中所述边界部分（34）提供至少两个窗（36）。


6.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体模块（10），还包括：
具有两个共面导体带（74）的两个功率端子（54）；
其中每个功率端子（54）包括从相应的导体带（74）突出的至少两个脚部（76），使得来自一个功率端子（54）的脚部（76）与来自另一个功率端子（54）的脚部（76）交替；
其中来自所述功率端子（54）的所述脚部（76）接合到端子区域（40）的行（72），所述端子区域（40）中的每个由所述模制封装（26）中的专用窗（36）提供。


7.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体模块（10），还包括：
辅助端子（48），所述辅助端子（48）用第一端部（50）接合到所述模制封装（26）中的窗（36）中的端子区域（38）并且具有在所述中央部分（32）上方突出的第二端部（52）。


8.根据前述权利要求中的一项所述的功率半导体模块（10），还包括：
电路板（64），所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F莫恩，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH