具有两种不同灌封材料的半导体功率模块及其制造方法技术

一种半导体功率模块(10)包括：绝缘内插器(1)，包括：设置在下金属层(1A)、第一上金属层(1B)和第二上金属层(1C)之间的绝缘层；半导体晶体管管芯(2)，设置在第一上金属层(1B)上；电连接器(3)，连接半导体晶体管管芯(2)与第二上金属层(1C)；壳体(4)，包围绝缘内插器(1)和半导体晶体管管芯(2)；第一灌封材料(5)，至少覆盖半导体晶体管管芯(2)和电连接器(3)的选择性部分；以及第二灌封材料(6)，施加在第一灌封材料(5)上；其中，第一灌封材料(5)和第二灌封材料(6)彼此不同。材料(6)彼此不同。材料(6)彼此不同。

【技术实现步骤摘要】
具有两种不同灌封材料的半导体功率模块及其制造方法


[0001]本公开涉及一种半导体功率模块及其制造方法。

技术介绍

[0002]在半导体封装中，热量可能由半导体管芯生成。对于高功率半导体封装，由半导体管芯或芯片生成的热量可能非常高，因此需要将热量有效地从半导体封装散发到环境中。为了散发过多的热量，可以采用底侧冷却或顶侧冷却形式的单侧冷却或包括底侧冷却和顶侧冷却的双侧冷却。所有这些变体包括从半导体管芯到应用于半导体封装的一个或多个热沉的垂直热流。
[0003]用于高达6500V的高电压应用和高达2000A及以上的高电流应用的半导体功率模块基于半导体设备(如，IGBT、二极管或其他半导体设备(例如，SiC MOSFET、GaN或GaAs半导体))，所述半导体设备使用金属线接合部和/或电源端子安装在陶瓷衬底上，以控制客户应用中的半导体设备。如果模块没有基板或安装在基板上的衬底不止一个，则模块组件使用连接到衬底的塑料壳体。电绝缘由衬底的陶瓷和主要基于硅胶或其他有机材料(例如环氧树脂或丙烯酸酯)的灌封材料(potting material)确保。
[0004]在功率模块的操作期间，不同的部件(线接合部、电源端子)可以被加热到高达200℃，使得该温度水平也被施加到灌封材料。灌封材料对一定水平的温度应用具有限制，因为如果应用使用200℃或更高温度，聚合物会非常快速地降解，从而导致更高的重量损失效应、断裂伸长率的降低、以及由于氧化效应而增加的硬度，这导致灌封材料中形成裂纹，从而具有更高的电绝缘失效的风险。
[0005]可以在灌封材料中施加特殊添加剂(如，热稳定剂)，以减少老化效应，但通常在200少C时，降解效应足够强以降低客户应用期间功率模块的绝缘性能。
[0006]第一代IGBT半导体功率设备的操作温度在几十年前被规定为125几十，并且现在从一代芯片到下一代芯片不断增加，使得最近的技术使用175技C操作，并且很快就会应用200会应。电源端子和线接合部加热到比半导体操作温度高约25高约，使得对于芯片处的175的C，线接合部处于200合C的操作水平，并且在芯片处的200部半，线接合部将接近225部半，这是灌封材料无法做到的。
[0007]对于这些和其他原因，需要本公开。

技术实现思路

[0008]本公开的第一方面涉及一种半导体功率模块，包括：绝缘内插器，包括设置在下金属层、第一上金属层和第二上金属层之间的绝缘层；设置在第一上金属层上的半导体晶体管管芯；连接半导体晶体管管芯与第二上金属层的电连接器；包围绝缘内插器和半导体晶体管管芯的塑料壳体；第一灌封材料，至少覆盖半导体晶体管管芯和电连接器的选择性部分；以及施加在第一灌封材料上的第二灌封材料；其中，第一灌封材料和第二灌封材料彼此不同。
[0009]本公开的第二方面涉及一种用于制造半导体功率模块的方法，该方法包括：提供绝缘内插器，绝缘内插器包括设置在下金属层、第一上金属层和第二上金属层之间的绝缘层；在第一上金属层上设置半导体晶体管管芯；用电连接器连接半导体晶体管管芯与第二上金属层；用塑料壳体包围绝缘内插器和半导体晶体管管芯；用第一灌封材料覆盖半导体晶体管管芯和电连接器的选择性部分；以及将第二灌封材料到第一灌封材料上，其中第一灌封材料和第二灌封材料彼此不同。
附图说明
[0010]包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了实施例并且与描述一起用于解释实施例的原理。其他实施例和实施例的许多预期优点将容易理解，因为它们通过参考以下具体实施方式变得更好理解。
[0011]附图的元件相对于彼此不必成比例。相同的附图标记表示对应的相似部分。
[0012]图1以截面侧视图示出了根据第一方面的半导体功率模块的示例。
[0013]图2示出了描绘与其他材料相比的示例性第一灌封材料的重量损失的图，该重量损失取决于功率模块的操作时间。
[0014]图3示出了描绘与另一种材料相比的示例性第一灌封材料的热重分析(TGA)的图。
[0015]图4示出了用于说明根据第二方面的制造半导体功率模块的方法的流程图。
具体实施方式
[0016]在下面的具体实施方式中，参考了附图，这些附图形成了本说明书的一部分，并且在附图中通过说明的方式示出了其中可以实践本公开的特定实施例的方式。在这点方面，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”等的方向性术语是参考所描述的(一个或多个)图的取向使用的。因为实施例的部件可以以许多不同的取向定位，所以方向性术语用于说明的目的并且绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下具体实施方式不应被理解为限制意义，并且本公开的范围由所附权利要求限定。
[0017]应当理解，本文描述的各种示例性实施例的特征可以彼此组合，除非另有特别说明。
[0018]如在本说明书中采用的，术语“接合”、“附接”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/电耦合”并不意在表示元件或层必须直接接触在一起；中间元件或层可以分别提供在“接合”、“附接”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/电耦合”的元件之间。然而，根据本公开，上述术语还可以可选地具有特定含义，即元件或层直接接触在一起，即，分别在“接合”、“附连”、“连接”、“耦合”和/或“电连接/电耦合”的元件之间没有设置中间元件或层。
[0019]此外，关于形成或位于表面“上方”的零件、元件或材料层使用的词语“上方”在本文中可以用于表示零件、元件或材料层“间接地”位于(例如，放置、形成、沉积等)隐含表面上，其中一个或多个附加零件、元件或层布置在隐含表面与零件、元件或材料层之间。然而，关于形成或位于表面“上方”的零件、元件或材料层使用的词语“上方”还可以可选地具有特定含义，即零件、元件或材料层“直接地”位于(例如，放置、形成、沉积等)隐含表面上，例如，与隐含表面直接接触。
[0020]图1示出了半导体功率模块的示例。
[0021]如图1所示的半导体功率模块10包括：绝缘内插器1，绝缘内插器1包括设置在下金属层1A、第一上金属层1B和第二上金属层1C之间的绝缘层；设置在第一上金属层1B上的半导体晶体管管芯2；连接半导体晶体管管芯2与第二上金属层1C的电连接器3；包围绝缘内插器1和半导体晶体管管芯2的壳体4。壳体4可以例如是塑料壳体。在图1的实施例中，电连接器3由接合线3给出。替代地，也可以使用夹子或带子作为电连接器。
[0022]图1的半导体功率模块还包括：覆盖半导体晶体管管芯2和接合线3的第一灌封材料5、以及施加到第一灌封材料5上的第二灌封材料6，其中第一灌封材料5和第二灌封材料6彼此不同。
[0023]图1的半导体功率模块还可以优选地包括金属基板7，其中在基板7的上主表面上通过焊料接合层8安装有内插器1，并且在基板7的下主表面上通过导热和电绝缘膏安装有热沉9。冷却介质12流过热沉9。
[0024]第一灌封材料5优选地以涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体功率模块(10)，包括：
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绝缘内插器(1)，包括设置在下金属层(1A)、第一上金属层(1B)和第二上金属层(1C)之间的绝缘层；
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半导体晶体管管芯(2)，设置在所述第一上金属层(1B)上；
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电连接器(3)，连接所述半导体晶体管管芯(2)与所述第二上金属层(1C)；
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壳体(4)，包围所述绝缘内插器(1)和所述半导体晶体管管芯(2)；
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第一灌封材料(5)，至少覆盖所述半导体晶体管管芯(2)和所述电连接器(3)的选择性部分；以及
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第二灌封材料(6)，施加到所述第一灌封材料(5)上；其中，所述第一灌封材料(5)和所述第二灌封材料(6)彼此不同。2.根据权利要求1所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)完全覆盖所述半导体晶体管管芯(2)和所述电连接器(3)。3.根据权利要求1或2所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)的量少于所述第二灌封材料(6)的量。4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)包括比所述第二灌封材料(16)更高的温度稳定性。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体功率模块(10)，其中所述第二灌封材料(6)包括比所述第一灌封材料(5)更高的蠕流能力。6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)包括比所述第二灌封材料(6)更高的热导率。7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)包括比所述第二灌封材料(6)更高的杨氏模量。8.根据前述权利要求中任一项所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)包括无机填充的硅树脂。9.根据前述权利要求中任一项所述的半导体功率模块(10)，其中所述第一灌封材料(5)和所述第二灌封材料(6)中的一者或两者填充有选自包含Al2O3、BN、AlN、Si3N4、金刚石或任何其他导热颗粒的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：