半导体模块制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体模块，特别是功率半导体模块，在所述半导体模块中，与衬底（１）连接的半导体元件（２）被以电绝缘浇铸料（４）包铸。为了改善半导体元件（２）的散热，浇铸料（４）具有由陶瓷前驱体聚合物形成的基质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的半导体模块。
技术介绍
例如由DE 10 2004 021 927 Al公知一种如下的半导体模块。在此，用电绝缘的 浇铸料将与衬底连接的半导体元件包铸(umgieii en)。由此，半导体元件和半导体元件的连 接部被保护免于与灰尘或者湿气相接触。已知的、例如基于硅制备而成的浇铸料具有0. 2至0. 3ff/mK的相对低的热导率λ。 在半导体元件运行时产生的热量散发效果相对不良。这限制了半导体模块的功率。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，消除现有技术的缺点。尤其应当提供具有改善的散热能力的 半导体模块。根据本专利技术的另一目标应提高半导体模块的功率。本专利技术的任务通过权利要求1的特征来解决。本专利技术的适当构造方案由权利要求 2至9的特征得出。根据本专利技术的措施而设置为浇铸料具有由陶瓷前驱体聚合物形成的基质 (Matrix) 0这种浇铸料是电绝缘的。该浇铸料具有出色的热导率λ。所提出的浇铸料的另 一个优点是该浇铸料的很高的温度耐受能力，该浇铸料承受得住高达300°C的工作温度。在本专利技术的范围内，“衬底”这一概念被理解为例如呈板的形式存在的电绝缘材 料，该绝缘材料设有导体电路。例如利用焊料、胶粘剂等可以将至少一个半导体元件装配在 衬底上。在本专利技术的范围内，“浇铸”这一概念被理解为对事先与衬底结合的半导体元件随 后以浇铸料来包铸。于是，浇铸料覆盖住半导体元件，也就是说，包围住半导体元件的侧壁 以及上侧。相反地，半导体元件的朝向衬底的底侧与浇铸料不发生接触或者仅部分地发生 接触。“陶瓷前驱体聚合物”这一概念被理解为如下聚合物，该聚合物例如随着温度的升 高首先过渡为凝胶态并随后过渡为热固性状态。在热固性状态下，陶瓷前驱体聚合物一般 具有高达300°C的温度耐受能力。在继续升温的情况下，可以由陶瓷前驱体聚合物生成陶瓷 材料。属于陶瓷前驱体聚合物的例如有聚硅烷、聚碳硅烷和聚有机硅氮烷。根据本专利技术提供的有利构造方案设置为，利用填料以高达80体积％的填充度来 填充陶瓷前驱体聚合物。由此，可以提高陶瓷前驱体聚合物的导热率和粘度。填料适当地可以是由陶瓷材料形成的、具有处于0.5至500 μ m范围内的平均颗粒 尺寸的粉末。所述陶瓷材料很大程度上是惰性的。该陶瓷材料的添加不会导致与陶瓷前驱 体聚合物发生不希望的化学反应。所提出的平均颗粒尺寸使得用常规的装置来进行浇铸料 的浇铸成为可能。在室温下，陶瓷材料的热导率λ适当地大于10W/mK，优选大于20W/mK。根据填充度而使得被以陶瓷材料填充的陶瓷前驱体聚合物的热导率值提高到2W/mK的数值之上。因此，所提出浇铸料特别适用于制备在运行中散发相对大的热量的功率半导体模块。陶瓷材料适当地选自如下的组BN、SiC、Si3N4, A1N、滑石、堇青石。所述陶瓷材料 以高热导率见长。此外，已被证实适当的是，所述陶瓷前驱体聚合物选自如下的组聚硅氧烷、聚硅 氮烷、聚碳硅烷。通常在半导体模块中设置有至少部分地包围半导体元件的壳体。这种壳体一般由 聚合物制成。壳体通常与衬底相结合，在此之前，半导体元件已装配在衬底上。根据本专利技术的有利构造方案，半导体元件与包围半导体元件的壳体之间的间隙至 少部分地以浇铸料来填充。由此，所述浇铸料形成了半导体元件与壳体间的散热桥。浇铸料通常以低粘度的状态来浇铸。由此，可以充分地利用毛细力并且尤其确保 了浇铸料与半导体元件间良好的热学接触。随后，陶瓷前驱体聚合物例如可以通过温度升 高、辐射处理等交联直至预定的程度。然后，陶瓷前驱体聚合物特别是还能以凝胶态或热固 性的形式存在。根据特别有利的另选构造方案，根据本专利技术的浇铸料的应用使得略去通常用来制 造半导体模块的壳体成为可能。包围半导体元件的壳体能够在与浇铸料一体构造的情况 下由以热固性形式存在的陶瓷前驱体聚合物来形成。也就是说，与衬底结合的半导体元件 可以例如被以一模具(Form)包围，接着，将浇铸料浇铸到该模具中并且然后转变成热固 性的形式。即在这种情况下，浇铸料形成壳体。所述模具同样可以是“消失模(verlorene Form) ”，例如是指安置在衬底上的且包围半导体元件的框架。在这种情况下，框架适当地具 有由陶瓷前驱体聚合物形成的基质。在此，陶瓷前驱体基质以热固性的形式存在。适当地， 所述框架具有与浇铸料相同的材料组成。所提出的消失模也可以在填入浇铸料之前，例如 又借助陶瓷前驱体聚合物与衬底粘合在一起。由此，实现了框架与衬底之间特别良好的密 封。附图说明下面，结合附图来详细地说明本专利技术的实施例。其中图1示出第一半导体模块的示意截面图，以及图2示出第二半导体模块的示意截面图。具体实施例方式图1示出第一半导体模块的示意截面图。在衬底1上，例如在直接敷铜(DCB)-衬 底上，借助焊接装配有多个半导体元件2，例如功率半导体，诸如二极管、晶闸管、绝缘栅双 极型晶体管(IGBTs)、场效应二极管(MOSFETs)或传感器元件。所述半导体元件2被壳体3 区段式地包围。如在图1中所示地，壳体3可以在边缘围绕衬底1。而壳体3还可以安置到 衬底1上。用标号4来标示浇铸料，浇铸料4至少区段式地覆盖了半导体元件2和衬底1， 并且在边缘连到环绕(umlaufend)的壳体壁上。这样得到的半导体模块H在散热板5的中 间连接下，装配到冷却体6上。在这里，浇铸料4由陶瓷前驱体聚合物形成，例如由聚硅氧烷形成，利用填料对该陶瓷前驱体聚合物进行填充直至大约40体积％至50体积％。填料例如可以是处于1至 5 μ m范围内的平均颗粒尺寸的SiC粉末。将填料嵌入到以凝胶态或热固性形式存在的所述 陶瓷前驱体聚合物中。这样形成的浇铸料具有大于10W/mK的出色的热导率。 为了制造图1中所示的半导体模块，例如可以首先将常规的壳体3倒扣(StUlpen) 到衬底1之上，使得衬底1在边缘连到环绕的壳体壁上。接着，可以通过壳体3中的(未示 出的)穿孔来填入浇铸料4。在此，陶瓷前驱体聚合物以低粘度的可流动形式存在。在接下 来的步骤中，浇铸料4随后将通过温度升高而发生交联，并且交联成凝胶态或交联成热固 性状态。由此，壳体3与衬底1牢固地粘合。浇铸料4形成了从半导体元件2到壳体3之 间的出色的导热桥以及从壳体3那里通向环境。如果壳体3也由以热固性形式存在的所述 陶瓷前驱体聚合物形成，那么将实现了浇铸料4到壳体3上的特别良好的附着。在这种情 况下，壳体3同样具有出色的热导率λ。图2示出第二半导体模块H的示意截面图。在这里，略去了图1中所示的壳体3。 浇铸料4在这里取代了壳体。所述浇铸料4根据壳体的类型而成型并且对半导体元件2进 行覆盖，至少区段式地对衬底1的朝向半导体元件2的上侧进行覆盖以及有利地对衬底1 的环绕的边缘进行覆盖。呈单件浇铸料4形式形成的壳体的制造例如可以在应用“消失模”的情况下进行。 为此首先可以将用虚线标记的壳体模具7放置到衬底上或者同样可以倒扣到衬底1之上。 在此，壳体模具7适当地由与浇铸料相同的材料制成，其中，在这里，陶瓷前驱体聚合物以 热固性的形式存在。接着，通过设置在壳体模具7中的穿孔(在这里未示出)将浇铸料加 入，并且随后例如通过升高温度同样转变成热固性状态，从而浇铸料4和壳体模具7构成一 体式的壳体。参考标本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体模块，特别是功率半导体模块，其中，与衬底（１）连接的半导体元件（２）被以电绝缘浇铸料（４）包铸，其特征在于，所述浇铸料（４）具有由陶瓷前驱体聚合物形成的基质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安约布尔，海科布拉姆尔，乌尔里希赫尔曼，托比亚斯非，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]