[发明专利]半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的半导体模块。

背景技术

例如由DE 10 2004 021 927 A1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(umgieβen)。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0.3W/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。

发明内容

本发明的任务在于，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。根据本发明的另一目标应提高半导体模块的功率。

本发明的任务通过权利要求1的特征来解决。本发明的适当构造方案由权利要求2至9的特征得出。

根据本发明的措施而设置为：浇铸料具有由陶瓷前驱体聚合物形成的基质(Matrix)。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℃的工作温度。

在本发明的范围内，“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。

在本发明的范围内，“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℃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。

根据本发明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500μm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、AlN、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。

根据本发明的有利构造方案，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。