專利名稱：半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的半導(dǎo)體模塊。
背景技術(shù)：
例如由DE 10 2004 021 927 Al公知一種如下的半導(dǎo)體模塊。在此，用電絕緣的 澆鑄料將與襯底連接的半導(dǎo)體元件包鑄(umgieii en)。由此，半導(dǎo)體元件和半導(dǎo)體元件的連 接部被保護免于與灰塵或者濕氣相接觸。已知的、例如基于硅制備而成的澆鑄料具有0. 2至0. 3ff/mK的相對低的熱導(dǎo)率λ。 在半導(dǎo)體元件運行時產(chǎn)生的熱量散發(fā)效果相對不良。這限制了半導(dǎo)體模塊的功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點。尤其應(yīng)當(dāng)提供具有改善的散熱能力的 半導(dǎo)體模塊。根據(jù)本發(fā)明的另一目標(biāo)應(yīng)提高半導(dǎo)體模塊的功率。本發(fā)明的任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征來解決。本發(fā)明的適當(dāng)構(gòu)造方案由權(quán)利要求 2至9的特征得出。根據(jù)本發(fā)明的措施而設(shè)置為澆鑄料具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì) (Matrix) 0這種澆鑄料是電絕緣的。該澆鑄料具有出色的熱導(dǎo)率λ。所提出的澆鑄料的另 一個優(yōu)點是該澆鑄料的很高的溫度耐受能力，該澆鑄料承受得住高達300°C的工作溫度。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，“襯底”這一概念被理解為例如呈板的形式存在的電絕緣材 料，該絕緣材料設(shè)有導(dǎo)體電路。例如利用焊料、膠粘劑等可以將至少一個半導(dǎo)體元件裝配在 襯底上。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，“澆鑄”這一概念被理解為對事先與襯底結(jié)合的半導(dǎo)體元件隨 后以澆鑄料來包鑄。于是，澆鑄料覆蓋住半導(dǎo)體元件，也就是說，包圍住半導(dǎo)體元件的側(cè)壁 以及上側(cè)。相反地，半導(dǎo)體元件的朝向襯底的底側(cè)與澆鑄料不發(fā)生接觸或者僅部分地發(fā)生 接觸?！疤沾汕膀?qū)體聚合物”這一概念被理解為如下聚合物，該聚合物例如隨著溫度的升 高首先過渡為凝膠態(tài)并隨后過渡為熱固性狀態(tài)。在熱固性狀態(tài)下，陶瓷前驅(qū)體聚合物一般 具有高達300°C的溫度耐受能力。在繼續(xù)升溫的情況下，可以由陶瓷前驅(qū)體聚合物生成陶瓷 材料。屬于陶瓷前驅(qū)體聚合物的例如有聚硅烷、聚碳硅烷和聚有機硅氮烷。根據(jù)本發(fā)明提供的有利構(gòu)造方案設(shè)置為，利用填料以高達80體積％的填充度來 填充陶瓷前驅(qū)體聚合物。由此，可以提高陶瓷前驅(qū)體聚合物的導(dǎo)熱率和粘度。填料適當(dāng)?shù)乜梢允怯商沾刹牧闲纬傻?、具有處?.5至500 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒 尺寸的粉末。所述陶瓷材料很大程度上是惰性的。該陶瓷材料的添加不會導(dǎo)致與陶瓷前驅(qū) 體聚合物發(fā)生不希望的化學(xué)反應(yīng)。所提出的平均顆粒尺寸使得用常規(guī)的裝置來進行澆鑄料 的澆鑄成為可能。在室溫下，陶瓷材料的熱導(dǎo)率λ適當(dāng)?shù)卮笥?0W/mK，優(yōu)選大于20W/mK。根據(jù)填充度而使得被以陶瓷材料填充的陶瓷前驅(qū)體聚合物的熱導(dǎo)率值提高到2W/mK的數(shù)值之上。因此，所提出澆鑄料特別適用于制備在運行中散發(fā)相對大的熱量的功率半導(dǎo)體模塊。陶瓷材料適當(dāng)?shù)剡x自如下的組BN、SiC、Si3N4, A1N、滑石、堇青石。所述陶瓷材料 以高熱導(dǎo)率見長。此外，已被證實適當(dāng)?shù)氖?，所述陶瓷前?qū)體聚合物選自如下的組聚硅氧烷、聚硅 氮烷、聚碳硅烷。通常在半導(dǎo)體模塊中設(shè)置有至少部分地包圍半導(dǎo)體元件的殼體。這種殼體一般由 聚合物制成。殼體通常與襯底相結(jié)合，在此之前，半導(dǎo)體元件已裝配在襯底上。根據(jù)本發(fā)明的有利構(gòu)造方案，半導(dǎo)體元件與包圍半導(dǎo)體元件的殼體之間的間隙至 少部分地以澆鑄料來填充。由此，所述澆鑄料形成了半導(dǎo)體元件與殼體間的散熱橋。澆鑄料通常以低粘度的狀態(tài)來澆鑄。由此，可以充分地利用毛細力并且尤其確保 了澆鑄料與半導(dǎo)體元件間良好的熱學(xué)接觸。隨后，陶瓷前驅(qū)體聚合物例如可以通過溫度升 高、輻射處理等交聯(lián)直至預(yù)定的程度。然后，陶瓷前驅(qū)體聚合物特別是還能以凝膠態(tài)或熱固 性的形式存在。根據(jù)特別有利的另選構(gòu)造方案，根據(jù)本發(fā)明的澆鑄料的應(yīng)用使得略去通常用來制 造半導(dǎo)體模塊的殼體成為可能。包圍半導(dǎo)體元件的殼體能夠在與澆鑄料一體構(gòu)造的情況 下由以熱固性形式存在的陶瓷前驅(qū)體聚合物來形成。也就是說，與襯底結(jié)合的半導(dǎo)體元件 可以例如被以一模具(Form)包圍，接著，將澆鑄料澆鑄到該模具中并且然后轉(zhuǎn)變成熱固 性的形式。即在這種情況下，澆鑄料形成殼體。所述模具同樣可以是“消失模(verlorene Form) ”，例如是指安置在襯底上的且包圍半導(dǎo)體元件的框架。在這種情況下，框架適當(dāng)?shù)鼐?有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。在此，陶瓷前驅(qū)體基質(zhì)以熱固性的形式存在。適當(dāng)?shù)兀?所述框架具有與澆鑄料相同的材料組成。所提出的消失模也可以在填入澆鑄料之前，例如 又借助陶瓷前驅(qū)體聚合物與襯底粘合在一起。由此，實現(xiàn)了框架與襯底之間特別良好的密 封。


下面，結(jié)合附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施例。其中圖1示出第一半導(dǎo)體模塊的示意截面圖，以及圖2示出第二半導(dǎo)體模塊的示意截面圖。
具體實施例方式圖1示出第一半導(dǎo)體模塊的示意截面圖。在襯底1上，例如在直接敷銅(DCB)-襯 底上，借助焊接裝配有多個半導(dǎo)體元件2，例如功率半導(dǎo)體，諸如二極管、晶閘管、絕緣柵雙 極型晶體管(IGBTs)、場效應(yīng)二極管(MOSFETs)或傳感器元件。所述半導(dǎo)體元件2被殼體3 區(qū)段式地包圍。如在圖1中所示地，殼體3可以在邊緣圍繞襯底1。而殼體3還可以安置到 襯底1上。用標(biāo)號4來標(biāo)示澆鑄料，澆鑄料4至少區(qū)段式地覆蓋了半導(dǎo)體元件2和襯底1， 并且在邊緣連到環(huán)繞(umlaufend)的殼體壁上。這樣得到的半導(dǎo)體模塊H在散熱板5的中 間連接下，裝配到冷卻體6上。在這里，澆鑄料4由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成，例如由聚硅氧烷形成，利用填料對該陶瓷前驅(qū)體聚合物進行填充直至大約40體積％至50體積％。填料例如可以是處于1至 5 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸的SiC粉末。將填料嵌入到以凝膠態(tài)或熱固性形式存在的所述 陶瓷前驅(qū)體聚合物中。這樣形成的澆鑄料具有大于10W/mK的出色的熱導(dǎo)率。 為了制造圖1中所示的半導(dǎo)體模塊，例如可以首先將常規(guī)的殼體3倒扣(StUlpen) 到襯底1之上，使得襯底1在邊緣連到環(huán)繞的殼體壁上。接著，可以通過殼體3中的(未示 出的)穿孔來填入澆鑄料4。在此，陶瓷前驅(qū)體聚合物以低粘度的可流動形式存在。在接下 來的步驟中，澆鑄料4隨后將通過溫度升高而發(fā)生交聯(lián)，并且交聯(lián)成凝膠態(tài)或交聯(lián)成熱固 性狀態(tài)。由此，殼體3與襯底1牢固地粘合。澆鑄料4形成了從半導(dǎo)體元件2到殼體3之 間的出色的導(dǎo)熱橋以及從殼體3那里通向環(huán)境。如果殼體3也由以熱固性形式存在的所述 陶瓷前驅(qū)體聚合物形成，那么將實現(xiàn)了澆鑄料4到殼體3上的特別良好的附著。在這種情 況下，殼體3同樣具有出色的熱導(dǎo)率λ。圖2示出第二半導(dǎo)體模塊H的示意截面圖。在這里，略去了圖1中所示的殼體3。 澆鑄料4在這里取代了殼體。所述澆鑄料4根據(jù)殼體的類型而成型并且對半導(dǎo)體元件2進 行覆蓋，至少區(qū)段式地對襯底1的朝向半導(dǎo)體元件2的上側(cè)進行覆蓋以及有利地對襯底1 的環(huán)繞的邊緣進行覆蓋。呈單件澆鑄料4形式形成的殼體的制造例如可以在應(yīng)用“消失模”的情況下進行。 為此首先可以將用虛線標(biāo)記的殼體模具7放置到襯底上或者同樣可以倒扣到襯底1之上。 在此，殼體模具7適當(dāng)?shù)赜膳c澆鑄料相同的材料制成，其中，在這里，陶瓷前驅(qū)體聚合物以 熱固性的形式存在。接著，通過設(shè)置在殼體模具7中的穿孔(在這里未示出)將澆鑄料加 入，并且隨后例如通過升高溫度同樣轉(zhuǎn)變成熱固性狀態(tài)，從而澆鑄料4和殼體模具7構(gòu)成一 體式的殼體。參考標(biāo)號列表1 襯底2半導(dǎo)體元件3 殼體4澆鑄料5散熱板6冷卻體7殼體模具H半導(dǎo)體模塊
權(quán)利要求
半導(dǎo)體模塊，特別是功率半導(dǎo)體模塊，其中，與襯底(1)連接的半導(dǎo)體元件(2)被以電絕緣澆鑄料(4)包鑄，其特征在于，所述澆鑄料(4)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其中，利用填料以高達80體積％的填充度對所 述陶瓷前驅(qū)體聚合物進行填充。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，所述填料是由陶瓷材料形成的、具 有處于0. 5 μ m至500 μ m范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸的粉末。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，在室溫下，所述陶瓷材料的熱導(dǎo)率 λ大于10W/mK，優(yōu)選大于20W/mK。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，所述陶瓷材料選自如下的組BN、 SiC、Si3N4、AlN、滑石、堇青石。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物選自如下 的組聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚碳硅烷。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，將在所述半導(dǎo)體元件(2)與至少 區(qū)段式地包圍所述半導(dǎo)體元件(2)的殼體(3)之間的間隙至少部分地以澆鑄料(4)來填 充。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，所述陶瓷前驅(qū)體聚合物以凝膠狀 或熱固性形式存在。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的半導(dǎo)體模塊，其中，包圍所述半導(dǎo)體元件(2)的殼 體(3)以與所述澆鑄料(4) 一體式構(gòu)造的方式，由呈熱固性形式存在的所述陶瓷前驅(qū)體聚 合物形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體模塊，特別是功率半導(dǎo)體模塊，在所述半導(dǎo)體模塊中，與襯底(1)連接的半導(dǎo)體元件(2)被以電絕緣澆鑄料(4)包鑄。為了改善半導(dǎo)體元件(2)的散熱，澆鑄料(4)具有由陶瓷前驅(qū)體聚合物形成的基質(zhì)。
文檔編號H01L23/29GK101807564SQ201010116688
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者烏爾里?！ず諣柭? 克里斯蒂安·約布爾, 托比亞斯·非, ?？啤げ祭窢?申請人:賽米控電子股份有限公司