[发明专利]双包封的功率半导体模块及其制造方法

说明书

与功率半导体模块有关的一个方面。所述模块包括模块壳体、衬底、和附接到所述衬底的半导体芯片。所述半导体芯片设置在所述模块壳体中。介电的第一包封体设置在所述模块壳体中，与所述半导体芯片和所述衬底均物理接触并且具有第一弹性模量。介电的第二包封体设置在所述模块壳体中并且具有第二弹性模量。第一包封体是聚合物并且设置在所述衬底与所述第二包封体之间。所述半导体芯片设置在所述第一包封体与所述衬底之间。另外，所述第一弹性模量大于所述第二弹性模量。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体模块及其制造方法。

背景技术

功率半导体模块例如包括例如承载至少一个半导体芯片的衬底。为保护半导体芯片免受有害环境的影响、蠕变电流和电火花放电，直接接触并覆盖衬底和半导体芯片的介电硅凝胶填充在模块壳体中。硅凝胶被用作包封材料，这是因为它们与例如环氧树脂或橡胶等硬质包封化合物相比，被认为足够柔软使得在模块的热循环期间不会产生大的热机械应力。这样的热机械应力可例如劣化芯片或衬底的金属化部与结合到该金属化部的焊线之间的连接。具有多个电端子并在这些端子之间施加有高电压的功率半导体模块可包含覆盖半导体芯片并延伸到模块壳体的塑料材料围住端子的高度的包封体。包封体可形成具有大于10mm、例如20mm的厚度的层。由于其高的热膨胀系数和其大的体积，这种厚的包封层可再次引起高压和应力。为承受150℃以上的高工作温度，包封体可具有30(根据DIN ISO 2137：2007)或更低的穿透率，这意味着包封体是比较硬的，更进一步地增加了应力。因此存在对于以下的总体需要：一种功率半导体模块，所述功率半导体模块具有能够承受高工作温度而不对功率半导体模块的其他元件施加机械应力的包封体，和一种用于制造这样的功率半导体模块的方法。

发明内容

根据一个方面，功率半导体模块包括模块壳体、衬底和附接到衬底的半导体芯片。半导体芯片设置在模块壳体中。介电的第一包封体设置在模块壳体中，与半导体芯片和衬底均物理接触并且具有第一弹性模量。介电的第二包封体设置在模块壳体中并且具有第二弹性模量。第一包封体是聚合物并且设置在衬底与第二包封体之间。半导体芯片设置在第一包封体与衬底之间。另外，第一弹性模量例如在25℃的温度下大于第二弹性模量。

根据另外的方面，一种用于制造功率半导体模块的方法包括用半导体芯片覆盖衬底，并且用介电的第一包封体覆盖附接到所述衬底的半导体芯片，使得第一包封体同时与半导体芯片和衬底物理接触，并且固化第一包封体使其具有第一弹性模量。介电的第二包封体设置在第一包封体(例如以第一包封体化合物的形式)之上并固化，使得其具有第二弹性模量。第一弹性模量大于第二弹性模量。固化的第一包封体是聚合物，半导体芯片、第一包封体和第二包封体设置在模块壳体内。

附图说明

参考以下附图和描述，可以更好地理解功率半导体模块及其制造方法。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相似的附图标记在不同的视图中表示相应的部分。

图1A至图1C是示出制造根据第一示例的功率半导体模块的不同步骤的示意图。

图2A至图2C是示出制造根据第二示例的功率半导体模块的不同步骤的示意图。

图3A至图3C是示出制造根据第三示例的功率半导体模块的不同步骤的示意图。

图4A至图4E是示出制造根据第四示例的功率半导体模块100的不同步骤的示意图。

图5是示出从包封体获取的圆柱形探头的透视图的示意图。

图6A和图6B是示出用于确定图5所示示例的弹性模量的方法的不同步骤的示意图。

具体实施方式