功率半导体模块装置及其制造方法制造方法及图纸

本公开内容涉及功率半导体模块装置及其制造方法。一种功率半导体模块装置(100)包括：衬底(10)，包括电介质绝缘层(11)和附着到电介质绝缘层(11)的第一金属化层(111)；至少一个半导体主体(20)，安装在第一金属化层(111)上；以及第一层，包括密封剂(5)，第一层布置在衬底(10)上并且覆盖第一金属化层(111)和至少一个半导体主体(20)，其中，第一层被配置为在超过定义的阈值温度的温度下释放液体或油。定义的阈值温度的温度下释放液体或油。定义的阈值温度的温度下释放液体或油。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体模块装置及其制造方法


[0001]本公开内容涉及一种功率半导体模块装置和一种用于制造这种功率半导体模块装置的方法。

技术介绍

[0002]功率半导体模块装置通常包括位于外壳内的底板(base plate)。至少一个衬底布置在底板上。包括多个可控半导体元件(例如，半桥配置中的两个IGBT)的半导体装置被布置在至少一个衬底中的每一个上。每个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以及沉积在衬底层的第二侧上的第二金属化层。例如，在第一金属化层上安装可控半导体元件。第二金属化层通常通过焊料层或烧结层附着到底板。通常通过焊料层或烧结层将可控半导体元件安装到第一金属化层。
[0003]衬底层、金属化层、焊料层或烧结层、以及可控半导体元件通常具有不同的CTE(热膨胀系数)。当在半导体装置的操作期间产生热量时，并且当不同部件随后再次冷却时，不同材料(例如，铜、铝、焊料)的CTE之间的差异可能导致衬底层中的不期望的裂纹。这种裂纹可以从其上安装第一金属化层的第一表面到其上安装第二金属化层的第二表面延伸穿过整个衬底层。这可能对功率半导体模块的操作产生不利影响，并且在最坏的情况下甚至导致功率半导体模块装置的完全故障。
[0004]需要一种减少或甚至避免上述缺点以及其他缺点的功率半导体模块装置、以及一种允许制造具有提高的性能和可靠性的功率半导体模块装置的方法。

技术实现思路

[0005]一种功率半导体模块装置包括：衬底，包括电介质绝缘层和附着到电介质绝缘层的第一金属化层；至少一个半导体主体，安装在第一金属化层上；以及第一层，包括密封剂，第一层布置在衬底上并且覆盖第一金属化层和至少一个半导体主体，其中，第一层被配置为在超过定义的阈值温度的温度下释放液体或油。
[0006]一种方法包括：将至少一个半导体主体布置在衬底上，衬底包括电介质绝缘层和附着到电介质绝缘层的第一金属化层；以及在衬底上形成第一层，第一层覆盖第一金属化层和至少一个半导体主体，第一层包括密封剂，其中，第一层被配置为在超过定义的阈值温度的温度下释放液体或油。
[0007]参考以下附图和说明书可以更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定是按比例的，相反重点在于说明本专利技术的原理。此外，在附图中，相同的附图标记在所有不同的视图中表示相应的部件。
附图说明
[0008]图1是功率半导体模块装置的截面图。
[0009]图2是有缺陷的功率半导体模块装置的截面图。
[0010]图3示意性地示出了根据一个示例的功率半导体模块装置的截面图。
[0011]图4示意性地示出了根据一个示例的由密封剂封闭的衬底的截面图。
[0012]图5示意性地示出了图4的衬底的细节。
[0013]图6示意性地示出了根据另一示例的功率半导体模块装置的截面图。
具体实施方式
[0014]在以下具体实施方式中，参考了附图。附图示出了可以实施本专利技术的具体示例。应当理解，除非另外特别指出，否则关于各种示例描述的特征和原理可以彼此组合。在说明书以及权利要求书中，将特定元件标识为“第一元件”、“第二元件”、“第三元件”等不应理解为是列举性的。相反，这样的名称仅用于称呼不同的“元件”。即，例如，“第三元件”的存在不一定需要“第一元件”和“第二元件”的存在。本文所述的电线或电连接可以是单个导电元件，或者包括串联和/或并联连接的至少两个单独的导电元件。电线和电连接可以包括金属和/或半导体材料，并且可以永久导电(即，不可切换)。如本文所述的半导体主体可以由(掺杂的)半导体材料制成，并且可以是半导体芯片或者被包括在半导体芯片中。半导体主体具有可电连接的焊盘，并且包括具有电极的至少一个半导体元件。
[0015]参考图1，示出了功率半导体模块装置100的截面图。功率半导体模块装置100包括外壳7和衬底10。衬底10包括电介质绝缘层11、附着到电介质绝缘层11的(结构化)第一金属化层111、以及附着到电介质绝缘层11的(结构化)第二金属化层112。电介质绝缘层11设置在第一金属化层111和第二金属化层112之间。
[0016]第一金属化层111和第二金属化层112中的每一个可以由以下材料之一组成或包括以下材料之一：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，其中电介质绝缘层11是陶瓷的衬底，例如薄陶瓷层。陶瓷可以由以下材料之一组成或包括以下材料之一：氧化铝；氮化铝；氧化锆；氮化硅；氮化硼；或任何其他电介质陶瓷。可替换地，电介质绝缘层11可由有机化合物组成，并包括以下材料中的一种或多种：Al2O3、AlN、SiC、BeO、BN或Si3N4。例如，衬底10可以是例如直接铜接合(DCB)衬底、直接铝接合(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电介质绝缘层11，其例如包括(填充的)材料，例如环氧树脂或聚酰亚胺。例如，电介质绝缘层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、AlN、SiN或BN，并且可以具有约1μm至约50μm的直径。衬底10也可以是具有非陶瓷电介质绝缘层11的常规印刷电路板(PCB)。例如，非陶瓷电介质绝缘层11可以由固化树脂组成或包括固化树脂。
[0017]衬底10布置在外壳7中。在图1所示的示例中，衬底10布置在形成外壳7的底面的底板80上，而外壳7本身仅包括侧壁和盖。在一些功率半导体模块装置100中，多于一个的衬底10被布置在同一底板80上并且在同一外壳7内。底板80可以包括金属材料(例如铜或AlSiC)层。然而，其他材料也是可能的。
[0018]一个或多个半导体主体20可以布置在至少一个衬底10上。布置在至少一个衬底10上的每个半导体主体20可以包括二极管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、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)或任何其他合适的半导体元件。
[0019]一个或多个半导体主体20可以在衬底10上形成半导体装置。在图1中，仅示例性地示出了两个半导体主体20。图1中的衬底10的第二金属化层112是连续层。根据另一示例，第二金属化层112可以是结构化层。根据其他示例，第二金属化层112可以被完全省略。在图1所示的示例中，第一金属化层111是结构化层。此上下文中的“结构化层”意味着相应的金属化层不是连续层，而是包括在层的不同部分之间的凹槽。图1中示意性地示出了这种凹槽。在该示例中，第一金属化层111包括三个不同的部分。不同的半导体主体20可以安装到第一金属化层111的同一或不同部分。第一金属化层111的不同部分可以不具有电连接，或者例如可以使用诸如接合线之类的电连接3而电连接到一个或多个其他部分。半导体主体20可以例如使用电连接3彼此电连接或者电连接到第一金属化层111。代替接合线，电连接3也可以包括例如接合带、连接板或导电轨，这仅举了几个示例。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体模块装置(100)，包括：衬底(10)，包括电介质绝缘层(11)和附着到所述电介质绝缘层(11)的第一金属化层(111)；至少一个半导体主体(20)，安装在所述第一金属化层(111)上；以及第一层，包括密封剂(5)，所述第一层布置在所述衬底(10)上并且覆盖所述第一金属化层(111)和所述至少一个半导体主体(20)，其中，所述第一层被配置为在超过定义的阈值温度的温度下释放液体或油。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块装置，其中，所述密封剂(5)包括硅凝胶。3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块装置，其中，第二材料(52)均匀地分布在所述第一层的整个所述密封剂(5)中。4.根据权利要求3所述的功率半导体模块装置，其中，所述密封剂(5)被配置为在超过所述定义的阈值温度的温度下不液化，并且其中，所述第二材料(52)被配置为在超过所述定义的阈值温度的温度下液化。5.根据权利要求3或4所述的功率半导体模块装置，其中，所述第二材料(52)包括硅油、硅树脂珠和相变材料珠中的至少一种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率半导体模块装置，其中，所述第一层被配置为在120℃和更高的温度下释放液体或油。7.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块装置，其中，所述第一层的所述密封剂(5)包括以下性质中的至少一个：所述密封剂(5)包括至少55重量％或至少60重...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：