功率半导体模块及其制造方法与流程

本申请要求于2014年10月16日提交的韩国专利申请第10-2014-0139723号的优先权权益，通过引用将其全部内容结合于此。

技术领域

本公开内容涉及功率半导体模块，并且更具体地，涉及通过夹形端子直接连接内部器件的功率半导体模块以及用于制造功率半导体模块的方法。

背景技术：

功率半导体模块包括具有高电流密度的功率器件以及具有低耐热性的绝缘结构，从而实现大功率和抗热的高辐射功率半导体模块。

通常，诸如可控硅整流器(SCR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者其结合的功率半导体被装配在非绝缘封装件内。

即，形成封装型装置的背面的金属片(tab，薄片)通过焊接和/或引线接合与封装型装置中的半导体芯片(die)电耦接。焊接是通过将热量施加至焊料以使其熔融来将金属片接合至半导体芯片。引线接合是通过焊接具有线状的Au、Al、Cu等将金属片接合至半导体芯片。

然而，功率半导体模块具有大约为30V至1000V的相对较高的电压，并且因此被设计为比其他电子半导体器件(诸如，逻辑器件和/或存储器件)以更高的电压工作。

进一步地，功率半导体模块用在温度相对较高的地方，诸如，引擎室或者工厂，因此，当功率半导体模块工作在这样的环境时产生更多热辐射。

因此，将产生几瓦特或者几千瓦特的功率使得增加环境温度的有源装置之间的耐热性最小化非常重要。

进一步地，由于焊接和/或引线接合，会增加材料成本和工序成本。

技术实现要素：

本发明涉及通过夹形端子直接连接内部器件的功率半导体模块以及用于制造功率半导体模块的方法。

可以通过以下描述来理解本公开内容的其他目的和优点，并且所述目的和优点通过参考本发明构思的实施方式而变得清晰可见。并且，对于本公开内容所属领域中的技术人员显而易见的是，本公开内容的目的和优点可以通过要求保护的方法及其组合来实现。

本发明构思的一方面提供了通过夹形端子直接连接内部器件的功率半导体模块以及用于制造功率半导体模块的方法。

根据本发明的实施方式，功率半导体模块包括第一器件以及以预定间隔与第一器件隔开的第二器件。第一装配端子被固定地布置在第一器件与第二器件之间以成为第一连接端子。第二装配端子被固定地装配为接触第一器件与第二器件的外表面以成为第二连接端子。

第一装配端子和第二装配端子可以具有夹子形状。

功率半导体模块可进一步包括具有保护性外表面的保护部分以使用密封材料支撑连接端子。

功率半导体模块可进一步包括插入第一装配端子与第二装配端子之间的绝缘构件。

功率半导体模块可进一步包括附接至第一装配端子的内侧和第二装配端子的外侧的绝缘构件。

第一装配端子的一个端部(tip，末端)可具有直线形状。

第一装配端子的一个端部可具有形状。

第一装配端子的一个端部的宽度可宽于第一装配端子的其他部分的宽度。

第一装配端子的一个端部或者第二装配端子的两个端部可具有锯齿形状。

第一装配端子的一个端部或者第二装配端子的两个端部可具有弯曲形状。

第一器件和第二器件可以是场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及功率整流二极管中的任意一种或者其组合。

可在通过模具使第一装配端子和第二装配端子被按压的状态下，注入密封材料并凝结。

密封材料可以是热固性树脂。

根据本发明构思的另一实施方式，一种用于制造功率半导体模块的方法包括：放置第一器件，并以与第一器件隔开预定间隔的方式放置第二器件。作为另一个连接端子的第一装配端子被固定地装配为将第一装配端子放置在第一器件与第二器件之间。作为一个连接端子的第二装配端子被固定地装配为允许第二装配端子接触第一器件的外表面与第二器件的外表面。

该方法可进一步包括使用密封材料形成用于保护性外表面的保护部分以支撑装配端子。

该方法可进一步包括将绝缘构件插入第一装配端子与第二装配端子之间。

该方法可进一步包括将绝缘构件附接至第一装配端子的内侧和第二装配端子的外侧。

形成保护部分的步骤可包括使用模具按压第一装配端子和第二装配端子，并且通过该模具注入密封材料以凝结密封材料。

附图说明

图1是示出了根据本发明构思的第一示例性实施方式的功率半导体模块的内部连接的示图。

图2是示出了装配端子被装配为如图1中所示并且使用密封材料被最终固定的状态的示图。

图3是示出了根据本发明构思的第二示例性实施方式的输入端子被更改的功率半导体模块的结构的示图。

图4是示出了根据本发明构思的第三示例性实施方式的输入端子被更改的功率半导体模块的结构的示图。

图5是示出了根据本发明构思的第四示例性实施方式的用于增加装配端子与器件之间的接触强度的功率半导体模块的结构的示图。

图6是示出了根据本发明构思的第五示例性实施方式的用于增加装配端子与器件之间的接触强度的功率半导体模块的结构的示图。

图7是示出了根据本发明构思的第六示例性实施方式的用于增加装配端子与器件之间的接触强度的功率半导体模块的结构的示图。

图8是示出了根据本发明构思的第七示例性实施方式的在绝缘层附接至装配端子的状态下功率半导体模块的内部连接的示图。

图9是示出了根据本发明构思的第八示例性实施方式的使用模具进一步增强装配端子与器件之间的接触强度的状态的示图。

图10是示出了根据本发明构思的示例性实施方式的使用装配端子制造功率半导体模块的过程的流程图。

具体实施方式

由于本发明可以进行各种修改并且具有多个示例性实施方式，所以将在附图中示出并且在具体实施方式中详细描述特定的示例性实施方式。然而，应当理解，本发明不限于特定的示例性实施方式，而是包括包含于本发明构思的精神和范围内的所有修改、等同物以及替代物。

贯穿附图，相同的参考标号将用于描述相同的部件。

可以将说明书中使用的术语，“第一”、“第二”等用于描述不同部件，但是该部件不被解释为局限于所述术语。术语被用于区分一个部件与另一个部件。

因此，第一部件可称为第二部件，并且第二部件可称为第一部件。术语“和/或”包括多个项的组合或者多个项中的任何一个。

应当理解的是，除非另有说明，在说明书中使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本领域的技术人员所理解的相同含义。

应当理解，词典所定义的术语与相关技术的上下文中的含义相同，并且除非上下文另有清楚说明，否则它们不应理想地或者过度地被正式定义。

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明构思的示例性实施方式的功率半导体模块和用于制造功率半导体模块的方法。

图1是示出了根据本发明构思的第一示例性实施方式的功率半导体模块的内部连接的示图。参照图1，功率半导体模块100包括第一器件131以及以与第一器件131具有预定间隔布置的第二器件132。第二装配端子112被固定地装配为接触第一器件131与第二器件132的外表面，并且因此成为一个连接端子。第一装配端子111被固定地装配为使第一器件131与第二器件132之间接触，并且因此成为另一个连接端子。

第一装配端子111和/或第二装配端子112由导电材料制成并且具有夹形。因此，第一装配端子111和/或第二装配端子112利用预定力固定第一器件131和第二器件132同时利用弹性力使第一器件131和第二器件132接触。

第一器件131和第二器件132为功率半导体。功率半导体可以是场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及功率整流二极管或者其结合中的任意一个。

功率半导体模块100可应用于绿色汽车的逆变器系统。绿色汽车的实例可包括混合电动车辆(HEV)、插电式混合电动车辆(PHEV)、电动车辆(EV)、社区电动车辆(NEV)、燃料电池车辆(FCV)、洁净柴油车辆(CDV)等。

绝缘构件120被布置在第一装配端子111与第二装配端子112之间。绝缘构件120阻断由导电材料制成的第一装配端子111与第二装配端子112之间的导电性并且使它们之间绝缘。

图1示出了当使第一器件131和第二器件132接触时，第一装配端子111和第二装配端子112均与第一器件131和第二器件132装配。然而，第一装配端子111和第二装配端子112可以被同时装配，并且可以首先装配第二装配端子112，然后装配第一装配端子111。进一步地，第一装配端子111和第二装配端子112可以按照相反顺序被装配。

对于绝缘构件120，可以使用诸如环氧树脂、酚醛树脂和聚亚胺脂的高分子绝缘材料。

为了便于理解，图1示出了两个器件和两个装配端子，但是本发明构思的示例性实施方式不限于此。因此，可以使用至少两个器件和至少两个装配端子实现功率半导体模块。

图2是示出了装配端子被装配为如图1中所示并然后使用密封材料被最终固定的状态的概念图。参照图2，第一装配端子111和第二装配端子112、第一器件131和第二器件132以及绝缘构件120被首先装配并且被 固定，如图1中所示。然后，使用密封材料形成保护部分210。保护部分210形成功率半导体模块100的保护性外表面。

对于密封材料，主要使用环氧树脂，但是本发明构思的示例性实施方式不限于此。因此，可以使用热固性树脂，诸如，酚醛树脂、聚酯树脂以及三聚氰胺树脂、硅等。

进一步地，为了形成与其他电子元件连接的输出端子，第二装配端子112的一个端部部分被暴露为用密封材料覆盖。进一步地，为了形成与其他电子元件连接的输入端子，第一装配端子111的一个端部部分也被暴露为用密封材料覆盖。

图3和图4示出了输入端子的各种形状。即，图3是示出了根据本发明构思的第二示例性实施方式的输入端子被更改的功率半导体模块的结构的示图。参照图3，第一装配端子311的输入端子311-1具有直线形状。第二装配端子312具有半椭圆形状。

图4是示出了根据本发明构思的第三示例性实施方式的输入端子被更改的功率半导体模块的结构的示图。参照图4，第一装配端子411的输入端子411-1具有形状，并且第二装配端子412具有半椭圆形状。

图5至图7不同地示出了增加装配端子与器件之间的接触强度的接触部分的形状。即，图5是示出了根据本发明构思的第四示例性实施方式的用于增加装配端子与器件之间的接触强度的功率半导体模块的结构的示图。参照图5，作为第一装配端子511的右端部部分的接触部分511-1的形状所具有的宽度宽于其他部分的宽度，并且第二装配端子512具有半椭圆形状。

图6是示出了根据本发明构思的第五示例性实施方式的用于增加装配端子与器件之间的接触强度的功率半导体模块的结构的概念图。参照图 6，第一装配端子611的接触部分611-1的两侧具有锯齿形状，并且第二装配端子612的接触部分612-1的内侧具有锯齿形状。

图7是示出了根据本发明构思的第六示例性实施方式的用于增加装配端子与器件之间的接触强度的功率半导体模块的结构的示图。参照图7，第一装配端子711的接触部分711-1的两侧具有弯曲形状，并且第二装配端子712的接触部分712-1的仅内侧具有弯曲形状。

图8是示出了根据本发明构思的第七示例性实施方式的在绝缘层附接至装配端子的状态下功率半导体模块的内部连接的示图。参照图8，第一装配端子811的内侧与第一绝缘构件811-1附接，并且第二装配端子812的外侧与第二绝缘构件812-1附接。

在这种情况下，与图1中示出的结构不同，绝缘构件811-1和绝缘构件812-1附接至装配端子811和装配端子812，因此简化过程。

图9是示出了根据本发明构思的第八示例性实施方式的使用模具更加增强装配端子与器件之间的接触强度的状态的示图。参照图9，将初始装配的第一装配端子111和第二装配端子112以及第一器件131和第二器件132插入下模具框架901和上模具框架902中。在此状态下，通过按压下模具框架901和上模具框架902使第一装配端子111和第二装配端子112以及第一器件131和第二器件132另外处于次接触状态。在次接触状态下，分别通过下模具框架901和上模具框架902注入密封材料910。经过预定时间之后，注入的密封材料被硬化(或者凝结)。因此，可以保证最终的固定力。

图10是示出了根据本发明构思的示例性实施方式的使用装配端子制造功率半导体模块的过程的流程图。以预定间隔布置第一器件131、第二器件132和/或绝缘构件120等(步骤S1010)。作为输出端子的第二装配端子112被固定地装配为与第一器件131和第二器件132的外表面接触。 作为输入端子的第一装配端子111被固定地装配为实现第一器件131与第二器件132之间的接触(步骤S1020)。进一步地，可以相反装配顺序并且可以同时执行该装配。

使用密封材料形成用于保护性外表面的保护部分210以保持固定的装配状态(步骤S1030)。形成保护部分的步骤(S1030)可进一步包括使用模具按压第一装配端子和第二装配端子并且通过模具注入密封材料以凝结该密封材料。

根据本发明构思的示例性实施方式，可以通过夹形端子在内部器件之间直接连接而不需要异质粘合剂。进一步地，根据本发明构思的示例性实施方式，不需要额外的接合材料和/或焊接工序以及引线接合工序，并且因此，减少工序成本并且提高了空间效率。

此外，使用金属夹子形状，并且因此，可以实现双面冷却结构，从而改善性能。

上述示例性实施方式仅仅是允许本发明构思所属技术领域的普通技术人员(在下文中，称为“本领域中的技术人员”)易于实践本公开内容的示例。本发明构思不限于上述示例性实施方式和附图，并且因此，本发明构思的范围不限于上述示例性实施方式。因此，对本领域中的技术人员显而易见的是，在不偏离由所附权利要求所限定的本公开内容的精神和范围的前提下，可以进行替代、修改和变形，并且这些替代、修改和变形也可以属于本公开内容的范围。