[发明专利]半导体模块及其制造方法

说明书

一种用于制造功率半导体模块装置(100)的方法包括：使无机填充物(81)与浇注材料(5)混合，由此制备包括第一浓度的无机填充物(81)的混合物，其中，所述无机填充物(81)具有高于浇注材料(5)的密度(ρ_cc)的密度(ρ_f)。所述方法还包括：将包括无机填充物(81)和浇注材料(5)的混合物填充到外壳(7)中，其中，半导体衬底(10)被布置在外壳(7)内，并且其中，至少一个半导体主体(20)被布置在半导体衬底(10)的顶表面上；执行沉淀步骤，在沉淀步骤期间，无机填充物(81)沉淀到半导体衬底(10)和所述至少一个半导体主体(20)上，由此形成包括浇注材料(5)的部分和无机填充物(81)的第一层(800)以及包括浇注材料(5)的剩余部分但没有无机填充物(81)的第二层(801)；以及使浇注材料(5)硬化。

技术领域

本公开涉及半导体模块及其制造方法。

背景技术

功率半导体模块装置常常包括被布置在外壳中的至少一个半导体衬底。包括多个可控半导体元件(例如，处于半桥构造中的两个IGBT)的半导体装置被布置在所述至少一个衬底中的每者上。每一衬底通常包括衬底层(例如，陶瓷层)、沉积在衬底层的第一侧上的第一金属化层以及沉积在衬底层的第二侧上的第二金属化层。例如，可控半导体元件被安装在第一金属化层上。第二金属化层可以任选地附接至基板。可控半导体元件通常通过焊接或烧结技术安装在半导体衬底上。

电线或电连接部用于连接功率半导体装置的不同半导体器件。这样的电线和电连接部可以包括金属和/或半导体材料。功率半导体模块装置的外壳一般在一定程度上对于气体是可渗透的。例如，一些气体(例如，含硫气体)可以与外壳内部的金属部件反应。这引起了这些部件的化学劣化，其可能导致个体部件的故障，并且最终导致整个半导体装置的故障。

因此，通常通过对部件进行包封而保护外壳内部的部件免受腐蚀。已知有不同的材料适于保护外壳内部的部件免受腐蚀。然而，这样的材料可能与衬底以及安装在衬底上的元件具有不同的热膨胀系数(CTE)。此外，用于降低CTE失配的包封材料可能在外壳内引起高的应力。

需要一种功率半导体模块，其中，保护半导体部件免受腐蚀，并且其中，降低不同部件之间的CTE失配以及内部应力，从而延长功率半导体模块装置的总寿命。

发明内容

一种用于制造功率半导体模块装置的方法包括：使无机填充物与浇注材料混合，由此制备包括第一浓度的无机填充物的混合物，其中，所述无机填充物具有高于浇注材料的密度的密度。所述方法还包括：将包括无机填充物和浇注材料的混合物填充到外壳中，其中，半导体衬底被布置在外壳内，并且其中，至少一个半导体主体被布置在半导体衬底的顶表面上；执行沉淀步骤，在沉淀步骤期间，无机填充物向下沉淀到半导体衬底和至少一个半导体主体上，由此形成包括浇注材料的部分和无机填充物的第一层以及包括浇注材料的剩余部分但没有无机填充物的第二层；以及使浇注材料硬化。

一种半导体模块装置包括：被布置在外壳内的半导体衬底；被布置在半导体衬底的顶表面上的至少一个半导体主体；被布置在半导体衬底的顶表面上的第一层，其中，第一层包括对于腐蚀性气体不可渗透的无机填充物以及填充存在于无机填充物中的任何空间的浇注材料，并且其中，无机填充物具有高于浇注材料的密度的密度；以及被布置在第一层上的第二层，其中，第二层包括浇注材料而没有无机填充物。

参考以下附图和说明书可以更好地理解本发明。附图中的部件未必是按比例绘制的，相反其重点在于说明本发明的原理。此外，在附图中，类似的附图标记贯穿不同的视图指定对应的部分。

附图说明

图1是功率半导体模块装置的截面图。

图2是另一功率半导体模块装置的截面图。

包括图3A到图3D的图3示出了根据一个示例的用于制造功率半导体模块装置的方法的步骤。