功率半导体模块、包括其的功率转换器及其制造方法与流程

本实施方式涉及功率半导体模块、包括该功率半导体模块的功率转换器以及功率半导体模块的制造方法。

背景技术：

1、功率半导体是决定功率电子系统的效率、速度、耐久性和可靠性的关键因素之一。

2、随着电力电子工业的最近发展，随着先前使用的硅(si)功率半导体达到其物理极限，正在积极地进行对诸如碳化硅(sic)和氮化镓(gan)之类的wbg(宽带隙)功率半导体的研究以替代si功率半导体。

3、wbg功率半导体装置具有约3倍于si功率半导体装置的带隙能量，导致低的本征载流子浓度、高的介电击穿场(约4倍至20倍)和高的热导率(约3倍至13倍)以及大的电子饱和速率(约2倍至2.5倍)。

4、由于这些特性，致使wbg功率半导体装置可以在高温、高压环境下操作，并且具有高开关速度和低开关损耗。其中，氮化镓(gan)功率半导体装置可以用于低压系统，碳化硅(sic)功率半导体装置可以用于高压系统。

5、另一方面，根据sic功率半导体相关的内部技术，在将单个功率半导体装置接合到预定散热基板的过程中存在功率半导体装置破裂的问题。

6、此外，在内部技术中，因为在将单个功率半导体装置附接到散热基板之后在模制工艺中未适当地填充模制材料，所以存在孔隙(void)的问题。

7、此外，在内部技术中，在将单个功率半导体装置接合至散热基板的过程中在功率半导体装置的电极与散热基板的导电层图案之间存在电互连缺陷的问题。

8、此外，根据内部技术，可以将各自包括多个功率半导体装置的多个半导体模块制造为一个单元模块。然而，当在最终模块测试中发生故障时，存在必须丢弃整个制造的单元模块的问题。

技术实现思路

1、本实施方式的技术目的之一是解决在将各个功率半导体装置附接到预定散热基板的过程中功率半导体装置破裂的问题。

2、此外，本实施方式的技术目的之一是解决在将各个功率半导体装置附接到散热基板之后，由于在模制工艺中未适当地填充模制材料而导致存在孔隙的问题。

3、此外，本实施方式的技术目的之一在于解决在将各个功率半导体装置接合至散热基板的过程中功率半导体装置的电极与散热基板的导电层图案之间的电互连失效的问题。

4、此外，本实施方式的技术目的之一是解决在将多个半导体模块制造为一个单元模块之后当在最终模块测试中发生故障时丢弃整个制造的单元模块的问题。

5、本实施方式的技术目的不限于本部分中描述的那些，而是包括通过本发明的描述可以理解的那些内容。

6、解决本实施方式技术问题的方案可以包括以下任一种：

7、根据实施方式的功率半导体模块可以包括第一基板和第二基板、设置在第一基板和第二基板之间的子模块、以及电连接到子模块的第一导电框和第二导电框。第一导电框和第二导电框可以被称为第一引线框和第二引线框，但不限于此。此外，子模块可以被称为功率半导体子模块，但不限于此。

8、子模块可以包括设置在第一内部导电框和第二内部导电框之间的功率半导体装置、以及设置在第一内部导电框和第二内部导电框之间并且设置在功率半导体装置的侧表面上的第一模具。第一模具可称为内模具，但不限于此。

9、功率半导体装置可以包括第一功率半导体装置和第二功率半导体装置，并且第一内部导电框可以包括彼此间隔开的第一-第一内部导电框和第一-第二内部导电框。

10、第一-第一内部导电框可以电连接到第一功率半导体装置的漏极，并且

11、第一第二内部导电框可以电连接到第二功率半导体装置的源极和栅极。

12、第二内部导电框可以电连接到第一功率半导体装置的栅极和源极，并且电连接到第二功率半导体装置的漏极。

13、第一基板可以包括依次设置的第一金属层、第一绝缘层和第二金属层。

14、第二金属层可以包括彼此电分离的第二-第一金属层和第二-第二金属层。

15、第二-第一金属层和第二-第二金属层中的每一个可以电连接到子模块的彼此间隔开的第一-第一内部导电框和第一-第二内部导电框中的每一个。

16、第二-第一金属层和第二-第二金属层中的每一个可以与子模块的彼此间隔开的第一-第一内部导电框和第一-第二内部导电框接触。

17、第二基板可以包括依次设置的第三金属层、第二绝缘层和第四金属层。

18、第三金属层可以电连接到子模块的第二内部导电框。

19、第三金属层可以与子模块的第二内部导电框接触。

20、第一导电框和第二导电框分别通过第一基板和第二基板与子模块电连接。

21、第一导电框可以包括电连接到第一基板的第二-第一金属层的第一-第一导电框和电连接到第二基板的第三金属层的第一-第二导电框。

22、第二导电框可以包括电连接到第一基板的第二-第二金属层的第二-第一导电框和电连接到第二基板的第三金属层的第二-第二导电框。

23、此外，功率半导体模块可以包括围绕子模块的外表面的第二模具。第二模具可称为外模具，但不限于此。

24、根据另一实施方式的功率半导体模块可以包括第一基板和第二基板、设置在第一基板和第二基板之间的子模块、电连接到子模块的第一导电框和第二导电框以及设置在子模块的外表面上的第二模具。

25、子模块可以包括设置在第一内部导电框上的功率半导体装置和设置在功率半导体装置的侧表面上的第一模具。

26、功率半导体装置可以包括第一功率半导体装置和第二功率半导体装置，并且第一内部导电框可以电连接到第一功率半导体装置、第二功率半导体装置中的每一个的源极、栅极。

27、此外，功率半导体模块可以包括设置在第一功率半导体装置和第二功率半导体装置上的第二内部导电框，并且第二内部导电框可以电连接到第一功率半导体装置或第二功率半导体装置中的每一个的漏极。

28、第一导电框和第二导电框中的每一个分别通过第一基板和第二基板电连接到子模块。

29、第一导电框可以包括电连接到第一基板的金属层的第一-第一导电框和电连接到第二基板的金属层的第一-第二导电框。

30、第二导电框可以包括电连接到第一基板的金属层的第二-第一导电框和电连接到第二基板的金属层的第二-第二导电框。

31、功率转换器可以包括如上所述的功率半导体模块中的任何一个。

32、此外，一种功率半导体模块的制造方法，该制造方法可以包括：形成第一基板；在第一基板的顶部上形成模制子模块；在模制子模块的顶部上形成第二基板；将第一导电框电连接到模制子模块；以及将第二导电框电连接到模制子模块。

33、模制子模块可以包括第一内部导电框、第二内部导电框、设置在第一内部导电框和第二内部导电框之间的半导体装置以及设置在第一内部导电框、第二内部导电框之间并且在半导体装置的侧表面上的第一模具。

34、根据该实施方式的功率半导体模块和包括其的功率转换器的技术效果可以包括以下项中的任何一个。

35、根据本实施方式的功率半导体模块和包括该功率半导体模块的功率转换器，可以解决在将各个功率半导体装置附接到散热基板的过程中功率半导体装置破裂的问题。

36、例如，在本实施方式中，多个功率半导体装置可以使用内部导电框形成为子模块，内部导电框可以在子模块状态下与散热板接合，因此具有解决功率半导体装置破裂的问题的技术效果。

37、此外，根据该实施方式，可以解决在将各个功率半导体装置附接到散热基板之后，由于模制工艺中没有适当地填充模制材料而存在孔隙的问题。

38、例如，在本实施方式中，由于可以在子模块级使用内部导电框来执行第一模制，因此存在解决内部具有孔隙的问题的技术效果。

39、此外，根据该实施方式，可以解决在将各个功率半导体装置附接到散热基板的过程中功率半导体装置的电极与散热基板的导电层图案之间的电互连故障的问题。

40、例如，实施方式可以使用内部导电框进行子模块化。因此，处于子模块状态的内部导电框可以粘附到散热基板的导电层图案。因此，存在解决功率半导体装置的电极与散热基板的导电层图案之间的电互连失败的问题的技术效果。

41、此外，根据该实施方式，可以解决在将多个半导体模块制造为一个单元模块之后当在最终模块测试中发生故障时丢弃所有制造的单元模块的问题。

42、例如，在该实施方式中，可以根据模块规范将多个功率半导体装置串行化或并行化为子模块，并且可以通过对子模块的预测试来仅丢弃失效的子模块。因此，存在可以降低成本并且可以增加批量生产的技术效果。

43、此外，根据第二实施方式的子模块可以具有确保宽的第二栅极电极区的技术效果。例如，可以确保第二栅极电极区的一侧的宽度为第一栅极区或第二栅极区的宽度的四倍或以上。因此，与内部技术相比，存在在第二栅极电极区中确保16倍或更多的栅极区的特殊技术效果。

44、本实施方式的技术效果不限于本部分中描述的技术效果，而是包括通过本发明的描述可以理解的技术效果。