功率半导体模块制造技术

本发明专利技术涉及一种功率半导体模块(100)。所述功率半导体模块(100)包括具有端子区域(108)的衬底(102)，至少一个电连接到端子区域(108)的功率半导体芯片(104)，以及至少两个端子(116、118)嵌入热固性聚合物中以形成端子块(114)。端子块(114)暴露出端子(116、118)中的每一个的端部(120、122)，并且每个端子(116、118)的端部(120)连接到端子区域(108)。118)的端部(120)连接到端子区域(108)。118)的端部(120)连接到端子区域(108)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块


[0001]本技术涉及功率电子器件领域。具体地，本技术涉及一种功率半导体模块以及一种制造这种功率半导体模块的方法。

技术介绍

[0002]为了简化功率半导体模块的组装过程，可以使用端子块。这种端子块可以是预加工部件，其包括嵌入到共同的树脂体中的若干端子以形成构建块。处理这种端子块可能比处理若干单个端子要容易得多。
[0003]端子块通常由热塑性树脂在注塑成型工艺中模制而成。热塑性树脂可以填充有玻璃纤维以提高树脂材料的机械强度。尽管注塑成型工艺可能比较容易执行，但热塑性材料的使用可能在热和热机械行为方面存在一些缺点。即使填料含量为30％，在热塑性材料的热膨胀和端子材料(例如铜或铜合金)的热膨胀之间也可能有严重的失配。此外，热塑性材料可能在潮湿环境中变得不稳定，尤其在高温下。由于热塑性材料通常具有比较低的玻璃化转变温度，热塑性树脂和端子之间热膨胀系数(CTE)的失配可能变得相当重要。此外，在高温下可能发生热塑性树脂的热分解。
[0004]EP 0 791 961 A2示出了一种具有树脂外壳的功率半导体模块，其中端子通过整体成型而被集成。
[0005]JP 2011
‑
060800 A示出了一种端子块结构，该端子块结构由两个端子组成，两个端子被一个或两个电绝缘层隔开。这整个结构被嵌入树脂中。

技术实现思路

[0006]本技术的一个目的是提供一种具有端子块的功率半导体模块，其结合了制造简单和热稳定性这两个优点。
[0007]该目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的示例性实施例从从属权利要求和以下描述中是清楚的。
[0008]通过用热固性树脂而不是热塑性树脂模制端子块，端子块的热机械性能可以被提高。示例性地，树脂材料的CTE与端子材料的CTE之间的失配可以被显著降低，这可以降低热机械应力，并从而延长功率半导体模块的寿命。例如，树脂材料的CTE可以通过添加适量的适当填料材料来调整。例如，用于转移成型的标准模制合成物可能具有高达90％的填料含量。此外，热固性树脂的玻璃化转变温度高于热塑性树脂的玻璃化转变温度。因此，即使在高温下，热固性树脂的CTE也可以保持在适中的水平。此外，热固性树脂在潮湿环境中可能更稳定，且不易热分解。最后，使用热固性树脂的转移成型提供了制造比较薄的结构的可能性。
[0009]简而言之，通过使用热固性树脂作为模塑料来模制端子块，通过相应地调整填料材料和含量可以轻易地调整基体材料的CTE以及热导率。填料材料还可以包括纤维以机械增强热固性树脂。此外，端子块对热、潮湿和有害气体的稳定性可以被提高。由于端子块的
不同材料之间较低的热失配，端子块可能具有明显更长的寿命。
[0010]本技术的第一方面涉及一种功率半导体模块。该功率半导体模块包括具有端子区域的衬底、至少一个功率半导体芯片、以及嵌入在热固性聚合物中的至少两个端子，该芯片可以被键合到衬底并电连接到端子区域，该热固性聚合物形成端子块。该端子块暴露出每个端子的端部，用于电连接该端部。每个端子的端部被连接(例如键合)到端子区域。例如，该端部可以被直接键合到衬底。或者，该端部可以通过引线键合被连接到衬底和/或功率半导体芯片。
[0011]例如，端子块可以暴露出端子中的每一个的第一端部和第二端部，其中第一端部可以附接到端子区域并且第二端部可以沿着端子块的外表面延伸。第二端部也可以从外壳竖直延伸。
[0012]此外，端子中的至少一个可以具有从端子块突出的脚，其中该脚可以连接到(例如键合)到端子区域。脚可以是连接到端子区域的端子的端部。通常，脚可以被视为端子的突出部分。换言之，脚和端子可以由相同的材料一体制成。
[0013]应注意到，端子区域可以由若干部分组成，这些部分与一个或多个半导体芯片的不同部分电连接。
[0014]通常，半导体模块可以是由一个或多个半导体芯片、其电气和机械互连以及这些组件的外壳组成的任何装置。功率半导体模块可以用于各种功率电子应用以切换或整流电流。如“功率半导体模块”和上文和下文提到的类似实例中的术语“功率”可以指代适用于处理超过100V和/或超过10A的电流的模块和/或半导体芯片。
[0015]功率半导体芯片可以基于硅(Si)和/或碳化硅(SiC)和/或可以提供一个或多个半导体元件，例如二极管和/或固态半导体开关。这种开关可以是晶体管、晶闸管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
[0016]功率半导体模块可以包括具有开关的半导体芯片，以及具有二极管的半导体芯片，该二极管经由金属化层的导体反并联连接到开关。此外，功率半导体模块可以包括由开关和二极管的这种组合构成的一个或多个半桥。
[0017]一个或多个功率半导体芯片和端子的相应端部可以连接(例如键合)到衬底。键合可以指钎焊、烧结和焊接，例如超声波焊接。
[0018]功率半导体模块可以具有用于将直流和交流负载电流连接到外部母线的多个电端子。除了这些电源端子外，功率半导体模块还可以具有辅助端子，例如用于控制模块中的半导体芯片的栅极，这些辅助端子可以连接到外部栅极驱动电路板。辅助端子也可以是智能功率模块的辅助发射极、辅助集电极或信号端子。端子可以由铜或铜合金制成。可选地，端子可以至少部分地涂覆有金属化层，例如镍层。
[0019]衬底可以承载功率半导体芯片并且可以提供电和热接触以及电绝缘。衬底可以是电绝缘材料(例如塑料或陶瓷)的板，其在一侧或两侧上覆盖有金属化层。金属化层可以被构造成提供可以连接功率半导体芯片的电导体。
[0020]端子区域可以由衬底的一个或多个导电部分制成。例如，端子区域可以包括所述金属化层的一部分并且可以经由金属化层电连接到功率半导体芯片。附加地或替代地，端子区域可以用夹子或通过引线键合电连接到功率半导体芯片。
[0021]热固性聚合物，也称为热固性树脂或热固性塑料，可以是通过对软固体或粘性液
体预聚物或树脂进行固化而不可逆地硬化的聚合物。固化可以由热辐射或合适的辐射引发，并且可以通过高压或与催化剂混合来促进。这种固化的结果可能是由化学交联的聚合物链组成的不熔和不溶的聚合物网络。例如，热固性聚合物可以是环氧树脂。
[0022]热固性聚合物还可以包括一种或多种填充材料。因此，术语“热固性聚合物”也可以理解为热固性聚合物和一种或多种填充材料的混合物。通常，填充材料可以以颗粒提供，例如珠子和/或纤维。
[0023]端子块可以通过转移成型产生。热固性聚合物可以至少包围端子的中心部分。每个端子的一端或两端不能用热固性聚合物封闭，以便可从端子块外部接触到它们。此外，当与衬底和/或与功率半导体模块的基板结合时，端子块可以限定一个或多个腔体。例如，腔体可以用凝胶填充。端子块还可以被配置为用于将端子脚和/或端部钎焊或焊接到衬底的固定装置，这可以允许更准确地定位端子。
[0024]根据本技术的一个实施例，功率半导体模块还可以包括外壳和基板。衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率半导体模块(100)，其特征在于，包括：具有金属化层(106)的衬底(102)，其被构造成提供端子区域(108)；至少一个功率半导体芯片(104)，其电连接到所述端子区域(108)；至少两个端子(116、118)，其嵌入热固性聚合物中，所述热固性聚合物形成端子块(114)；其中所述端子块(114)暴露出所述端子(116、118)中的每一个的端部；其中所述端子(116、118)中的每一个的所述端部被直接键合到所述端子区域(108)。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，还包括：外壳(112)；其中所述外壳(112)附接到所述衬底(102)；其中所述外壳(112)至少部分地覆盖所述衬底(102)。3.根据权利要求1所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，还包括：外壳(112)；基板(110)；其中所述衬底(102)和所述外壳(112)附接到所述基板(110)；其中所述外壳(112)至少部分地覆盖所述衬底(102)。4.根据权利要求2或3所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，其中所述端子块(114)和所述外壳(112)由所述热固性聚合物一体成型。5.根据权利要求2或3所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，还包括以下至少一个：所述端子块(114)和所述外壳(112)由不同的材料制成；以及所述端子块(114)和所述外壳(112)被制成单独的部件，所述部件中的至少一个具有用于互连所述单独的部件的连接元件。6.根据权利要求2或3任一项所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，其中所述外壳(112)的一部分(134)是由热塑性聚合物形成的。7.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，其中所述热固性聚合物具有与所述端子(116、118)的材料的热膨胀系数相适应的填料含量。8.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块(100)，其特征在于，其中所述端子(116、118)中的至少一个至少部分地...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：日立能源瑞士股份公司，
类型：新型
国别省市：