本發(fā)明涉及一種功率模塊，該功率模塊具有引線框、安排在該引線框上的功率半導體以及圍繞該引線框和該功率半導體的灌封化合物。

功率半導體按照慣例地被塑膠(也就是說有機灌封化合物)圍繞，以便一方面以保護這些功率半導體不受環(huán)境影響，并且另一方面將它們電絕緣。為此，塑膠部分地富含用于實現(xiàn)一定功能的填充物—例如灌封化合物富含用于調(diào)節(jié)特定的熱膨脹行為的填充物。

盡管有機灌封化合物富含具有良好導熱性的填充物，但是在灌封化合物中實現(xiàn)導熱性的增加是令人失望的。

出于此原因，半導體的散熱主要經(jīng)由所謂的熱堆棧來進行嘗試，也就是說經(jīng)由功率導體與襯底的良好導熱連接以及經(jīng)由功率導體與基板或散熱片的良好熱連接。

在某種情況下經(jīng)由襯底中的陶瓷支撐層或者在其他情況下經(jīng)由特殊的電絕緣有機導熱薄膜來確保熱堆棧的電絕緣能力。

這種構(gòu)造以及制造以此方式構(gòu)造的功率模塊的過程的缺點現(xiàn)在是：由于為此目的所需的材料種類繁多，因此必須注意它們彼此之間的不同相互作用，例如化學相互作用或者還有熱機械相互作用。由于這些相互作用，通常還需要實施彼此分離的或者一個接著一個的某些工藝步驟，這在工作和時間方面都產(chǎn)生了高額的支出。

本發(fā)明的目標因此是提供一種功率模塊，該功率模塊具有圍繞功率半導體的灌封化合物，該模塊具有簡單的構(gòu)造并且確保半導體具有良好散熱。本發(fā)明的另一個目標是提供一種用于制造這種功率模塊的簡單且省時的方法。根據(jù)本發(fā)明，這些目標通過具有引線框、安排在引線框上的功率半導體、用于分散由功率半導體生成的熱量的底板以及灌封化合物(該灌封化合物圍繞引線框和功率半導體，并且將功率半導體和/或引線框連接至底板)的功率模塊、以及一種用于制造功率模塊的方法來實現(xiàn)，該方法具有以下步驟：將功率半導體連接至引線框，接下來通過利用灌封化合物對連接至引線框的功率半導體進行灌封，同時將基板物理連接至灌封化合物。

灌封化合物不僅充當封裝的裝置，從外部環(huán)境對半導體進行密封，而且還充當粘合劑，以永久的方式將包括半導體和引線框的結(jié)構(gòu)固定至基板。

本發(fā)明的基本理念是實現(xiàn)功率半導體的灌封以及通過可在單個工藝中處理的同一種材料與散熱片的連接。

所使用的灌封化合物可以是無機化合物。無機灌封化合物可以特別展現(xiàn)如例如對水泥來說眾所周知的水結(jié)合機理。如灌封化合物一樣，可考慮水泥(特別是在牙科技術(shù)中使用的牙科水泥的衍生物)作為。

通過水泥，指的是由將一種或多種粉末與一種或多種液體混合所產(chǎn)生的無機固體。這種化合物在建筑業(yè)和牙科學(其中一個示例是使用基本的金屬氧化物粉末與酸性液體混合的水泥)是眾所周知的。當混合時發(fā)生酸/堿反應，形成充當結(jié)合基質(zhì)的金屬鹽。其他的制劑也是已知的。所產(chǎn)生的固體在一系列環(huán)境變化(諸如壓力、溫度、濕度或化學物質(zhì))下通常是穩(wěn)定的，并且依附于各種其他材料。因此，其適合用于將那些材料以永久的方式進行物理連接。

灌封化合物(例如，水泥)可富含相應的電絕緣、導熱填充物，從而使得該灌封化合物實現(xiàn)灌封、散熱以及對應用于引線框和基板的功率半導體進行物理連接的功能。

水泥的物理化學特性特別使得以上提及的目的成為可能。

因此，可以按照5ppm/k至10ppm/k的數(shù)量級對熱膨脹系數(shù)進行調(diào)整。

水泥的電絕緣能力在特定應用中可能是重要的參數(shù)，如高電壓半導體(例如那些在600v或以上進行操作的那些高電壓半導體)的參數(shù)。如果水泥具有與陶瓷絕緣板(如在通常使用的包括采用例如氧化鋁(al2o3)、氮化鋁(aln)或氮化硅(si3n4)的陶瓷板的直接覆銅板(dbc)構(gòu)造中使用的板)相同數(shù)量級的電絕緣能力，這可能是一個優(yōu)勢。實際上，但當前水泥可能具有比這種陶瓷板的電絕緣能力數(shù)量級更低的電絕緣能力，

在20μm至200μm的層厚的情況下，水泥的導熱性絕對足以使引線框和基板進行充分的熱接觸。

用于分散已經(jīng)由功率半導體發(fā)出的熱量的基板可以被安排成具有高熱容量和/或可以有助于熱擴散。這里，基板可由金屬(例如，銅(cu)或鋁(al)或所謂的金屬基體材料(特別是鋁碳化硅(alsic)))制成。

除此之外，灌封物以及具有引線框、安排在引線框上的功率半導體以及用于分散由功率半導體生成的熱量的功率模塊的絕緣的制造可在一個步驟中進行，從而使得無機灌封化合物同時實現(xiàn)保護功能和熱連接功能。

因此，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種功率模塊，該功率模塊具有引線框、安排在該引線框上的功率半導體、用于分散由該功率半導體生成的熱量的基板以及圍繞該引線框和該功率半導體的灌封化合物，該灌封化合物將該功率半導體和/或該引線框物理連接至該基板。

灌封化合物優(yōu)選地為無機化合物，特別是水泥。

通常，灌封化合物優(yōu)選地展現(xiàn)了5ppm/k至10ppm/k的熱膨脹系數(shù)。

功率模塊的構(gòu)造特別使得灌封化合物展現(xiàn)了安排在引線框與基板之間的層。在這種情況下，這個安排在引線框與基板之間的層優(yōu)選地展現(xiàn)出20μm至200μm的厚度。

然而，基板優(yōu)選地被設計為散熱片，例如被設計為與空氣或水冷卻器接口對接的部件。在功率半導體中生成的熱量經(jīng)由引線框傳遞至灌封化合物，并且然后傳遞至基板，并因此傳遞至冷卻器。

一種根據(jù)本發(fā)明設計的用于制造具有引線框、功率半導體和基板的功率模塊的方法展現(xiàn)了以下步驟：將功率半導體連接至引線框，并且其后，利用灌封化合物對連接至引線框的功率半導體進行灌封，同時將基板物理連接至灌封化合物。功率半導體與引線框的連接可以通過多種已知的技術(shù)來實現(xiàn)。這些技術(shù)可以包括釬焊、銅焊或燒結(jié)。

這里，引線框和基板相對于彼此被安排為使得具有優(yōu)選地20μm至200μm的層厚的灌封化合物層被設計在引線框與基板之間，該灌封化合物為無機化合物，特別是水泥。

本發(fā)明的特別優(yōu)選設計在于該灌封化合物通常展現(xiàn)出5ppm/k至10ppm/k的熱膨脹系數(shù)。

使用在附圖中展示的本發(fā)明的具有特別優(yōu)選的設計的示例性實施例，將更加詳細地解釋本發(fā)明。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的功率模塊的示意性截面圖；以及

圖2示出了用于展示本發(fā)明方法的順序的流程圖。

圖1示出了通過根據(jù)本發(fā)明的具有特別優(yōu)選設計的功率模塊的示意性橫截面。功率模塊10展現(xiàn)出引線框20以及安排在該引線框20上的功率半導體30。顯而易見的是多個功率半導體和其他的電子部件也可以被安排在引線框20上。

引線框20和功率半導體30被優(yōu)選的無機灌封化合物50圍繞。灌封化合物50展現(xiàn)了對安排在引線框20上的功率半導體30進行機械保護和電絕緣的功能。除此之外，灌封化合物50實現(xiàn)引線框20與基板40之間的物理連接，從而使得引線框20和功率半導體30的灌封以及基板40與灌封化合物50的物理連接可以在一個工藝步驟中完成。

功率半導體30與引線框20的連接可以通過多種已知的技術(shù)來實現(xiàn)。這些技術(shù)可以包括釬焊、銅焊或燒結(jié)。灌封化合物50不僅充當封裝(因此從外部環(huán)境對半導體進行密封)的裝置，而且還充當粘合劑(以永久的方式將包括功率半導體30和引線框20的結(jié)構(gòu)固定至基板40)。

出于此目的—如圖2在此目的所需的工藝步驟的流程圖中所示的—在第一步驟100中，首先將引線框20連接至功率半導體30。在第二步驟110中，利用灌封化合物50圍繞連接至引線框20的功率半導體30，同時將基板40物理連接至灌封化合物50。

例如，這里可以設想基板40被插入到模具中并且該模具填充有灌封化合物50。支撐功率半導體30的引線框20然后被降低到液體灌封化合物50中，同時與基板保持預定的距離。在(完全地)固化灌封化合物50之后，可將成品的功率模塊10從模具中移除。

作為替代方案，基板40可被插入到模具中，支撐功率半導體30的引線框20然后被安排在基板40上方，同時保持預定的距離并且在此位置保持不動。然后僅流動的灌封化合物50被轉(zhuǎn)移到模具中并且圍繞支撐功率半導體30的引線框20流動。在灌封化合物50的(完全)固化之后，支撐功率半導體30的引線框20然后完全被灌封化合物50圍繞，基板40也被物理連接至灌封化合物50。

最后，還可以設想利用灌封化合物50(例如，通過浸入)來完全包封支撐功率半導體30的引線框20，并且在(完全)固化之前使該引線框與基板40接觸。為此，例如出于固化灌封化合物50的目的，可在基板40上降低被浸入到灌封化合物50中的引線框20。在固化灌封化合物50期間，該灌封化合物50將自身(像粘合劑一樣)連接至基板40，從而使得灌封化合物50將功率半導體30和/或引線框20物理連接至基板40。