[发明专利]具有受压凝胶的半导体电路布置结构及装配方法

说明书

本发明涉及半导体电路布置结构，以及特别地，涉及包括功率半导体模块的半导体电路布置结构。此外，本发明涉及装配这样的半导体电路布置结构的方法。半导体电路布置结构(100)包括具有装配在第一电路载体的第一表面上的至少一个电子部件的半导体模块(102)、与第一电路载体的第二表面相接触的底板以及具有盖体(112)的壳体(110)，其中，所述壳体(110)被安装成覆盖所述底板(107)上的半导体模块。所述半导体模块(102)被至少部分地涂覆电绝缘的压缩材料(118)，压缩材料(118)覆盖至少一个电子部件(104)，其中，所述盖体(112)安装成用以将机械压力沿朝向底板(107)的方向施加于压缩材料(118)。

技术领域

本发明涉及半导体电路布置结构，以及特别地，涉及包括功率半导体模块的半导体电路布置结构。必须注意的是，本发明的原理还可以被应用于封装任何其他种类的半导体电路。此外，本发明涉及装配这样的半导体电路布置结构的方法。

背景技术

功率半导体已成为日常生活的各个方面的必要部分。除其他外，功率半导体使得消费品、工业和运输技术中的变速致动装置成为可能，或者功率半导体是供电领域中的逆变器和整流器的一部分。

所有功率半导体模块的共同问题是在操作期间出现相对高的温度。因此，半导体功率器件与用于消散余热的散热器之间的良好的热接触对于所有功率模块结构而言是必要的。热连接的质量通过热阻来表示，热阻表示两个限定的点之间的对于单位热能在单位时间内的温度差。半导体功率器件与散热器之间的界面处的热阻越低，则半导体功率器件及其周围的操作温度将越低，并且因此，半导体电路布置结构的寿命将越长。为了减小热阻，需要半导体功率器件与散热器的表面之间的均匀的接触。承载半导体功率器件的基板的翘曲和不平会使热传递恶化。

因此，传统半导体电路布置结构首先使用热界面材料来填充承载半导体功率器件的基板与散热器之间的任何间隙。其次，传统电路布置结构使用各种构思来将半导体功率器件压到散热器上。

图6至图9示出第一已知半导体电路布置结构200。该封装构思由Vincotech公司以Flow 0和Flow 1的名称进行制造和销售(参见文献T.Gyetvai,“Handing instructionsfor flow 0packages”,第七版，2015年4月24日，以及T.Gyetvai,“Handing instructionsfor flow1packages”,第四版，2015年2月25日)。

如从图6可见，半导体电路布置结构200包括功率半导体模块202，该功率半导体模块202承载有多个半导体功率器件(又被称为芯片或管芯)204。半导体功率器件被装配在直接铜接合的(DCB)或厚膜(TF)印刷的电路板206上。DCB基板包括陶瓷介电绝缘体，纯铜被施用于该陶瓷介电绝缘体并且通过高温熔融和扩散处理而以高粘合强度接合至陶瓷材料。对DCB基板进行铜抛光或者在铜表面上进行镍、NiAu、Ag等的附加镀覆。所使用的主要陶瓷为氧化铝、氮化铝和氮化硅。

DCB基板206被安装在由铝制成的散热器208上。功率模块202被壳体210覆盖。壳体210借助于两个螺钉212被机械地固定在散热器208处。为了将功率模块202安全地固定在散热器208上，在箭头214所指示的单一位置处沿朝向散热器208的方向施加机械压力。如图7所示，图7为功率半导体模块202的示意图(未示出管芯204)，借助于壳体处的外围接触区域而沿外围区域216施加机械压力，并且借助于迫压销220而在中心区域218处施加机械压力。

导电销222延伸穿过壳体210中的开口以与外部印刷电路板(图中未示出)相接触。导电销222借助于压接(press-fit)连接而连接至功率半导体模块202并且导电销222具有弹性弹簧区域224以便为可压缩和可倾斜的。

将参照图8和图9来说明传统布置结构的安装过程。如图8所示，首先以使得DCB基板206变形为预弯曲的方式将功率半导体模块202附接至壳体210。这是通过将迫压销220设计成越过外围接触区域226而突出距离X来实现的。