功率半导体模块制造技术

本发明专利技术公开了一种功率半导体模块，该功率半导体模块包括：基板；半导体，该半导体设置在该基板的顶侧上；以及封装体，该封装体形成于该半导体和该基板上，其中，该封装体在其顶侧具有开口，该半导体和该基板的端子触点通过这些开口暴露于外部并且可从外部触及。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块
技术介绍

本专利技术涉及一种功率半导体模块。相关技术的说明借助于压力接触使功率模块与相关联印刷电路板接触是公知的。在这些模块的情况下，整合在模块或其壳体盖件中的压力接触弹簧向下到达DCB(DirectCopperBond，直接敷铜)基板的端子区域。未设想功率半导体的直接接触。初始地，借助于引线键合使接触区域与DCB基板的端子区域电接触。然后，借助于压力接触弹簧关于印刷电路板而从那里建立电连接。压力接触弹簧被制成具有足够长度以便能够补偿由于功率模块的基于陶瓷的基板与有机印刷电路板之间的热膨胀而产生的公差。一方面，上述安排具有增大的空间要求，因为必须使半导体首先与和半导体并排放置的基板端子电接触，并且借助于压力接触弹簧将外部触点引离那里。此外，必须提供具有很长的弹簧行程的压力接触弹簧以便能够补偿功率模块的陶瓷基板与有机印刷电路板之间的相对热机械移动的必要性导致壳体的相对较大体积。因此，通过功率模块的面积要求和体积来测量的功率密度相对较小，并且还受限于这样一种事实：不具有底板的这种基于DCB的模块通常具有有限的热能力或热力学能力。为了能够使用充分的热传播效果，一般而言，许多小半导体而不是几个大半导体被安装在基板上。
技术实现思路
已经做出了本专利技术以克服或减轻现有技术中的以上缺点中的至少一个方面。根据本专利技术的方面，提供了一种功率半导体模块，该功率半导体模块包括：基板；半导体，该半导体设置在该基板的顶侧上；以及封装体，该封装体形成于该半导体和该基板上，其中，该封装体在其顶侧具有开口，该半导体和该基板的端子触点通过这些开口暴露于外部并且可从外部触及。这种结构允许直接触及半导体和基板，而无需介入可能增加不想要的方面(比如，电阻)的导体。该结构还将不仅允许电触点而且允许物理压力触点，从而允许例如将力直接施加到基板或半导体上。在本领域，这种力被称为将这种功率半导体模块牢固地安装到例如冷却表面上由此允许热量被有利地传导远离功率半导体模块的一种手段。能够将压力直接施加到半导体的一个表面上可以增强半导体的相对表面与冷却表面之间的接触，并且因此直接促进热量传导远离半导体。施加压力的替代性、较不直接手段很可能具有以下缺点：力并非笔直地垂直于半导体与冷却表面之间的交界面。在实施例中，该半导体和该基板的暴露于外部并且可从外部触及的这些端子触点与电路板压力接触。在实施例中，该半导体的暴露于外部并且可从外部触及的端子触点在其上设置有支承表面。在实施例中，该支承表面是基于铜的支承表面并且通过该支承表面与该半导体之间的顶侧连接层连接至该半导体，该顶侧连接层是通过将该支承表面银烧结到该半导体上而形成的银烧结层。银烧结是指半导体领域的公知连接技术，借此，例如包括呈粉末、纳米粉末、薄片形式或其他形式的银糊浆被涂敷到待接合表面中的一个或多个上。然后，这些表面在某些温度和/或压力条件下被结合在一起，并且产生了烧结层。这在本领域被已知为能够形成高度可靠的连接。有益地，铜层的厚度可以在20μm与300μm之间，优选地在35μm与105μm之间，并且甚至更有益地在35μm与70μm之间。在实施例中，该半导体的控制端子和第一电源端子连接至该基板的对应接触区域。在实施例中，可通过该封装体中的这些开口中的第一开口从外部触及该基板的连接至该控制端子的接触区域；并且可通过该封装体中的这些开口中的第二开口从外部触及该半导体的第二电源端子的端子触点。在实施例中，该控制端子和该第二电源端子设置在该半导体的顶侧上，并且该第一电源端子设置在该半导体的面向该基板的底侧上；并且该控制端子通过键合线连接至该基板的对应接触区域，并且可通过该封装体中的该第一开口从外部触及该基板的通过该键合线连接至该控制端子的该接触区域。在实施例中，该半导体通过该半导体与该基板之间的底侧连接层连接至该基板。在实施例中，该底侧连接层是通过将该半导体银烧结到该基板上而形成的银烧结层。在实施例中，该第二电源端子设置在该半导体的顶侧上，该控制端子和该第一电源端子设置在该半导体的面向该基板的底侧上；并且该控制端子和该第一电源端子通过该半导体与该基板之间的底侧连接层连接至该基板的对应接触区域，并且可通过该封装体中的该第一开口从外部触及该基板的通过该底侧连接层连接至该控制端子的接触区域。在实施例中，该底侧连接层是通过将该半导体银烧结到该基板上而形成的银烧结层。在实施例中，该功率半导体模块进一步包括底板以及形成于该底板的顶侧上的绝缘膜，其中，该基板设置在该绝缘膜的顶侧上。合适的绝缘膜具有足够高的电气安装特性，但具有良好的导热性。多种材料是适合的，例如，填充的环氧树脂或如聚酰胺等材料。在实施例中，该封装体由与该基板和该底板的材料热机械适配的材料制成。在实施例中，该封装体是模制于该基板和该半导体上的模制化合物。在实施例中，该基板的位于该基板的外围处的接触区域可从该功率半导体模块的外围触及。在实施例中，该封装体中的这些开口以这些开口彼此偏移的方式安排。本专利技术的目的是提出一种模块构造，该模块构造使得模块与印刷电路板的可能分布在表面区域上的柔性外部接触成为可能，并且同时热机械上尽可能最佳地适配于印刷电路板。这旨在降低模块的空间要求及其体积要求两者，以便最终节约成本。旨在通过选择热机械地适配于印刷电路板的材料来使附加费用节省成为可能。根据本专利技术的实施例，在具有有机高导热性绝缘膜和金属底板的基于引线框架的基板上构造了模制功率模块。如果引线框架以及由铝或优选地铜以及热机械地适配于引线框架的材料组成的底板被用作模制化合物(例如，具有高填充物含量的环氧树脂模制化合物)，则自动获得功率模块的热机械行为与印刷电路板之间的高度相似性。这进而已经实现了上述目的的一部分。对于压力接触来说，不需要特别的补偿功能。压缩弹簧仅需要能够补偿很小的热机械引起的公差，并且因此可以以节省空间的方式来配置。在实施例中，半导体的接触端子可以由压力接触支承表面保护，使得压力接触可以在半导体上直接接触。当半导体被直接压力接触(例如，通过压力接触弹簧)时，这为半导体提供了保护。这使得功率模块内的半导体与放置在外部的印刷电路板之间的新颖的弹性压力接触解决方案成为可能。支承表面可以例如是通过银烧结键合到半导体的接触端子上的基于铜的支承表面。使用可能被有机托架围绕的保护性(例如，烧结到上面的)金属层来覆盖端子(尤其是功率半导体的电源端子)本身已经表示了半导体的一种壳体(封装体)。所以，如果由支承表面保护的多个半导体被安排在上述基板上，则可以想到的是，随后施加的外壳将使半导体的表面区域的由支撑表面保护的一部分暴露，从而使得半导体因此将受不利环境影响的支配。当在实践中体现时，可能的是，尤其是断路器的控制端子的面积相当小。代替同样使这些小面积半导体端子暴露，以便随后使这些半导体端子与印刷电路板直接电接触，可能有利的是，采用习惯做法并且借助于引线键合触点使这些半导体端子与基板电接触并且将端子从基板引导至外部。为此目的，将使得基板的相应表面元件没有模制化合物。可替代地，可以想到将基板的端子引导至外部。可以采用任何期望的方式来设计这些端子(也就是说，还能够被压力接触)。在实施例中，如果颠倒地发生半导体开关的接触，也就是说，包括控制端子、辅助端子以及电源端子的第一主侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块，包括：基板(120，220)；半导体(110，210)，该半导体设置在该基板(120，220)的顶侧上；以及封装体(140，240)，该封装体形成于该半导体(110，210)和该基板(120，220)上，其中，该封装体(140，240)在其顶侧处具有开口(141，142，241，242)，该半导体(110，210)和该基板(120，220)的端子触点通过这些开口暴露于外部并且可从外部触及。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.30 DE 102015112451.31.一种功率半导体模块，包括：基板(120，220)；半导体(110，210)，该半导体设置在该基板(120，220)的顶侧上；以及封装体(140，240)，该封装体形成于该半导体(110，210)和该基板(120，220)上，其中，该封装体(140，240)在其顶侧处具有开口(141，142，241，242)，该半导体(110，210)和该基板(120，220)的端子触点通过这些开口暴露于外部并且可从外部触及。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，该半导体(110，210)和该基板(120，220)的暴露于外部并且可从外部触及的这些端子触点与电路板压力接触。3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块，其中，该半导体(110，210)的暴露于外部并且可从外部触及的端子触点在其上设置有支承表面(130，230)。4.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其中，该支承表面(130，230)是基于铜的支承表面并且通过该支承表面(130，230)与该半导体(110，210)之间的顶侧连接层(160，260)连接至该半导体(110，210)，其中，该顶侧连接层(160，260)是通过将该支承表面(130，230)银烧结到该半导体(110，210)上而形成的银烧结层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率半导体模块，其中，该半导体(110，210)的控制端子(111，211)和第一电源端子(113，213)连接至该基板(120，220)的对应接触区域，其中，可通过该封装体(140，240)中的这些开口中的第一开口(141，241)从外部触及该基板(120，220)的连接至该控制端子(111，211)的接触区域，其中，可通过该封装体(140，240)中的这些开口中的第二开口(142，242)从外部触及该半导体(110，210)的第二电源端子(112，212)的端子触点。6.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其中，该控...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·奥斯特瓦尔德，罗纳德·艾泽勒，霍尔格·乌利齐，
申请(专利权)人：丹佛斯硅动力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE