具有改善的密封的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，具有：衬底，用于导热地固定在冷却体处；至少一个半导体组件，布置在衬底上；至少一个连接元件，导电地与半导体组件连接，连接元件在其自由端处具有接触部段；电绝缘的壳体，其中至少部分地容纳有衬底和至少一个半导体组件，并且壳体具有用于连接元件的至少一个通孔；其中至少一个连接元件布置为贯穿通孔，并且其中在壳体外侧上设置有与壳体外侧邻接并且围绕连接元件的层，层由与壳体材料相比可塑性或弹性形变的材料制成；其中接触部段布置为超出层和壳体外侧。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及功率半导体模块。功率半导体模块是使用在功率电子电路中的半导体组件组。功率半导体模块通常用于车辆、太阳能以及工业应用中，如逆变器和整流器。包含在功率半导体模块中的半导体组件通常是IGBT(绝缘栅双极晶体管)-半导体芯片或者MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)-半导体芯片。IGBT-和MOSFET-半导体芯片具有变化的额定电压和功率。一些功率半导体模块在半导体封装中还具有用于过压保护的额外的半导体二极管(即，续流二极管)对于高功率应用，功率半导体模块通常具有集成在单一衬底上的多个半导体组件。衬底通常包括绝缘陶瓷衬底，如Al2O3,AlN,Si3N4或其他适合的材料，以将半导体组件电绝缘。至少陶瓷衬底的上侧或者通过纯的或者通过电镀的Cu，Al或其他适合的材料而被金属涂覆，以为半导体组件提供电和机械的接触。金属层通常借助直接敷铜法(DCB)、直接敷铝法(DAB)或者活跃金属焊接法(AMB)而被键合到陶瓷衬底。为了保护半导体组件，通常将半导体组件放置在由塑料制成的电绝缘壳体中，其例如被构造成圆顶形的并倒置在半导体组件及其衬底之上，以通过金属的、衬底支撑的、用于导热的安装部封闭设置在冷却体处的电路板，使得半导体组件被布置在圆顶形壳体限定的空腔体积中。尝试实现壳体的密封构造。其中的问题在于电连接元件，其必须通过壳体的通孔而被导出，因为其具有布置在壳体外侧用于电接触以及(如果适用)同时的机械固定的接触部段。连接元件通常被构造成金属成型件。连接元件在另一端与布置在模块中的半导体组件和/或衬底的接触面导电连接，例如通过插头接触或弹簧接触，或者通过焊接。为了保护布置在模块中的半导体组件中，以及为了确保足够的电绝缘，部件(尤其是半导体组件)通过软灌封胶(例如，硅凝胶，属于冷硫化的双组份硅弹性体的组)被覆盖在壳体中并由此被保护。为此，在制造工艺的最后将模块例如利用硅凝胶填充。然而，湿气或腐蚀性气体可能进入壳体中，尽管有硅凝胶，但湿气或腐蚀性气体仍可能前进至半导体组件并与半导体组件或在半导体组件处引起不希望的化学反应。为了气密密封，可以在壳体中引用例如附加的环氧树脂层，其包围硅凝胶并将位于底部的元件密封。在公开文本DE102008045721A1和DE102011056848A1中通过如下方式解决了湿气进入壳体的问题，即在为电连接元件提供的通孔中提供附加的密封装置。伴随着这些为电连接元件提供的通孔，用于气密密封的这些通孔也存在问题，这些通孔在模块安装中被提供，例如这些通孔通常出现在利用硅凝胶灌注模块内部的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于实现一种功率半导体模块，其中使得功率电子部件有效地免受湿气的有害影响并具有相对较低的生产成本，同时避免了上面提及的隔离失效的问题。这一目的通过根据权利要求1的功率半导体模块实现。同样有利的组装方法是从属的方法权利要求的主题。应当意识到，在权利要求中单独列出的特征可以以任意技术上有意义的方式彼此进行组合并形成本专利技术另外的实施例。说明书附加地尤其与附图结合地示出本专利技术的特征并描述本专利技术。本专利技术涉及功率半导体模块，以下简称为模块。该本专利技术的模块具有导热地固定到冷却体的衬底，例如，绝缘陶瓷衬底，例如，Al2O3,AlN,Si3N4。优选地，模块包括金属板，其设置有用于安装到冷却体的平坦表面。金属板另外具有例如一个或多个用于螺丝固定到冷却体的通孔。例如，上面所述的陶瓷衬底是金属涂覆的并且与金属板焊接的。功率半导体模块具有至少一个布置在衬底上的半导体组件。这例如涉及半导体开关，如IGBT、MOSFET、或二极管、或其组合。优选地设置有多个半导体组件，例如两个或三个半导体组件。根据本专利技术，模块具有至少一个与半导体组件导电连接的连接元件。根据本专利技术，连接元件具有接触部段。优选地，接触部段被构造为以便焊接在电路板焊盘中。例如，该连接部段是金属成型件，例如，基本上由铜制成。接触部段例如被构造为销状。接触部段的概念是广义解释的，并总体上涉及用于在至少一个半导体组件与在下面解释的壳体的外侧之间提供电流和/或功率的电导体。根据半导体组件的功能性设计，连接部段涉及负载连接元件或控制连接元件，其中，通常但并不是必须地，根据电流负载来表示(impliziert)所涉及的连接元件的不同的结构设计。优选地，控制连接元件的概念表示，所涉及的控制连接元件与已有的负载连接元件的不同之处至少在于具有较小的导电截面。根据本专利技术，设置有衬底以及至少一个半导体组件至少部分地、优选全部设置在其中的电隔离壳体。本专利技术的“电隔离”的含义为壳体的材料成分具有特定的大于1010Ω·cm的电阻。优选地，材料还具有大于1kV/mm、更为优选地大于10kV/mm的介电强度。优选地，材料具有较低的吸水性。例如，壳体材料涉及热塑料，优选地玻璃纤维加强的热塑料。根据本专利技术，壳体具有至少一个用于连接元件的通孔。优选地，通孔设置在壳体的上侧，其中壳体的上侧是指，与为了相邻的装置的、在冷却体处预定的模块侧相对的一侧。这里，“上侧”并不应限制性地理解为在模块的预期用途的情况下壳体的上侧在重力场中必须是向上的，而是根据本专利技术可以任意定向。例如，设置有具有圆形或者狭缝形截面的通孔。例如，通孔具有套筒形延伸部，其伸入到通过壳体限定的空腔体积中，即，壳体的内部。根据本专利技术，至少一个连接元件被布置成贯穿通孔。其可以形状配合地容纳在通孔中。优选地，在连接元件和通孔的壁之间存在间隙。优选地，间隙小于0.25mm，更为优选地小于0.15mm。根据本专利技术，在壳体的外侧上设置有与壳体外侧相邻且包围连接元件的层，该层由与壳体材料相比可塑性或弹性形变材料制成。其优选地至少适用于被设计用于半导体组件的操作的一定的温度范围，例如，适用于-10℃到150℃的温度。塑性或弹性可形变性的差异例如分别根据DINENISO868,DINISO7619-1或ASTMD2240来确定。例如，层的材料涉及热塑料，如聚酯，聚甲醛，聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚对苯二甲酸丁二醇酯，丙烯腈丁二烯苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚碳酸酯，苯乙烯-丙烯腈共聚物，聚苯醚，或它们的组合。例如，壳体的材料同样涉及热塑料，优选地由玻璃纤维加强的热塑料制成。与壳体的热塑料相比，这一具有更强塑性或弹性可形变性的层例如由对特定热塑料和/或有关相应增塑剂含量的差异(即，有关玻璃纤维比例)的选择所导致。例如，在层材料方面涉及弹性体，如天然橡胶，丙烯腈-丁二烯橡胶，苯乙烯-丁二烯橡胶，氯丁橡胶，丁二烯橡胶或EPDM橡胶或它们的组合。优选地，在层材料方面涉及具有小于65、更优选地小于60、最优选地小于55，例如50的邵氏A硬度的弹性体或硅氧烷。根据本专利技术，其中接触部段布置为使得其超出层和壳体侧面，以使得能够例如与位于外部，也即壳体外侧的导线电接触。本专利技术中的围绕的布置的含义表示，将本专利技术的实施例实现为，使得层围绕连接元件接触，并且完全覆盖过渡件以及在通孔和连接元件之间的可能存在间隙。通过这一覆盖，优选地实现密封或者(如果存在)对现有密封件的支持。与壳体材料相比可塑性或弹性形变的层由此用作壳体的外部覆盖，根据本专利技术，连接元件被布置为伸出该层。由此，形成(如果存在)附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块(1)，具有：衬底(2)，用于导热地固定在冷却体处；至少一个半导体组件(3)，布置在所述衬底(2)上；至少一个连接元件(7)，导电地与所述半导体组件(3)连接，所述连接元件(7)在其自由端处具有接触部段(4)；电绝缘的壳体(5)，在所述壳体中至少部分地容纳有所述衬底(2)和所述至少一个半导体组件(3)，并且所述壳体(5)具有用于所述连接元件(7)的至少一个通孔(6)；其中所述至少一个连接元件(7)被布置为贯穿所述通孔(6)，并且其中在壳体外侧上设置有与所述壳体外侧邻接并且围绕所述连接元件(7)的层(10)，所述层由与壳体材料相比可塑性或弹性形变的材料制成；其中所述接触部段(4)被布置为超出所述层(10)和所述壳体外侧。

【技术特征摘要】
2015.08.10 DE 102015113111.01.一种功率半导体模块(1)，具有：衬底(2)，用于导热地固定在冷却体处；至少一个半导体组件(3)，布置在所述衬底(2)上；至少一个连接元件(7)，导电地与所述半导体组件(3)连接，所述连接元件(7)在其自由端处具有接触部段(4)；电绝缘的壳体(5)，在所述壳体中至少部分地容纳有所述衬底(2)和所述至少一个半导体组件(3)，并且所述壳体(5)具有用于所述连接元件(7)的至少一个通孔(6)；其中所述至少一个连接元件(7)被布置为贯穿所述通孔(6)，并且其中在壳体外侧上设置有与所述壳体外侧邻接并且围绕所述连接元件(7)的层(10)，所述层由与壳体材料相比可塑性或弹性形变的材料制成；其中所述接触部段(4)被布置为超出所述层(10)和所述壳体外侧。2.根据前述权利要求所述的功率半导体模块(1)，其中还设置有在所述壳体外侧区域中的敞开的、与第一通孔(6)相邻的至少一个另外的平行的通孔(6)，所述至少一个另外的平行的通孔(6)由所述层(10)覆盖。3.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中设置有形状一致的、平行的多个通孔(6)，所述多个通孔(6)随后被布置成规则的网格(9)。4.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中所述层(10)的成分具有至少一种硅氧烷，如聚硅氧烷。5.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中所述层(10)的成分具有至少一种聚酰亚胺，例如聚(4,4'-氧二亚苯基-均苯四酸)。6.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中所述层(10)的成分具有至少一个聚合物。7.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中所述层(10)由非导电材料制成。8.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块(1)，其中所述层(10)借助粘合剂附...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·施瓦策尔，M·布施屈勒，U·M·G·施瓦策尔，
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：德国;DE