CN113192919B - 功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率半导体模块(10)，该功率半导体模块包括基板(12)，所述基板至少部分地被封装材料(14)覆盖，其中，所述基板(12)适于通过由夹持部件(28)施加的夹持力(40)连接至散热元件(24)，并且其中，功率半导体模块(10)具有提高的生产能力以及模塑部件的改良的长期可靠性和完整性。

Description

功率半导体模块
技术领域
本发明涉及功率半导体模块。本发明尤其涉及一种功率半导体模块，该功率半导体模块具有提高的生产能力和所生产模块的质量。
背景技术
功率半导体模块在本领域中通常是众所周知。功率半导体模块可以包括基板，该基板可以承载包括一个或多个功率半导体装置的电路。为了保护功率半导体模块，功率半导体模块可以至少部分地由封装材料封装。封装可以在传递模塑过程中形成。传递模塑是一种制造过程，其中可以将封装材料压入模具中。在该过程中，封装材料不仅可以覆盖基板上的电路，而且还可以覆盖基板的边缘侧。
为了确保对功率半导体模块的保护，封装材料通常在所使用的温度范围内具有足够的机械强度、对半导体模块的部件的良好粘着性、耐化学和电阻性、高热稳定性以及耐湿性。
功率半导体模块的电路可能会产生热量，这些热量需要消散以为了维持功率半导体模块的功能。为了从功率半导体模块的基板消散热量，存在不同的冷却技术，例如使基板与可以提供冷却剂流以有效散热的冷却器接触。可以规定的是将带有平基板的模块夹持在冷却器表面上；将具有散热片的基板的模块夹持到冷却器的开口，使得散热片与冷却剂接触。
通常通过机械连接冷却器和功率半导体模块将基板附接到冷却器。夹持部件可以用于通过夹持力将功率半导体模块的基板压到冷却器上。为了给基板和冷却器之间的连接提供足够的紧密度和/或为了在冷却流体配备有具有面向基板的冷却通道的开放式冷却器的情况下提供适当的密封，可以施加夹持力。
然而，向封装材料施加夹持力可能损坏封装材料并影响功率半导体模块的完整性。
DE 20 2015 006 897 U1描述了一种互连装置，例如引线框架被连接至由封装材料封装的基板。
DE 10 2017 218 875 A1描述了一种功率模块，其包括基板、安装在基板的上表面上的电子部件以及封装电子部件和基板的封装体。封装体被设计成使得基板的上表面的一部分可以从外部接近以利用夹持装置附接功率模块。
但是，以上引用的参考文献仍然存在改进的空间，特别是在功率半导体模块的机械完整性方面。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种至少部分地克服现有技术的至少一个缺点的解决方案。本发明的特别目的是提供一种具有提高的生产能力和高质量的功率半导体模块。
通过具有独立权利要求1的特征的功率半导体模块至少部分地解决了这些目的。通过具有独立权利要求13的特征的包括功率半导体模块、散热元件和夹持部件的装置至少部分地进一步解决了这些目的。在从属权利要求、进一步的描述以及附图中给出了有利的实施例，其中，除非没有明确排除，否则所描述的实施例可以单独地或以各个实施例的任意组合来提供本发明的特征。
描述了一种功率半导体模块，该功率半导体模块包括至少部分地被封装材料覆盖的基板，其中该基板包括第一侧、与该第一侧相对的第二侧以及连接第一侧和第二侧的边缘侧，其中，基板在其第一侧被构造成具有电路，并且其中基板在其第二侧被构造成与散热元件接触，其中基板在其第一侧包括至少一个第一区域，所述第一区域位于基板的边缘侧附近并且在第一平面中行进，其中在至少一个第一区域处基板没有封装材料，并且其中基板被构造成用于通过利用夹持部件将夹持力施加到至少一个第一区域而连接到散热元件，其中基板在与第一区域相邻的边缘侧处至少部分地被封装材料覆盖，其中，实现特征a)和特征b)中至少之一，其中特征a)和特征b)被如下定义：
a)封装材料在边缘侧具有第一横截面区域，该第一横截面区域平行于第一平面行进，并且在第二平面中具有第二横截面区域，该第二平面平行于第一平面行进而且不同于所述第一平面，其中，与第二横截面区域相比，第一横截面区域更靠近第一平面，其中，第一横截面区域小于第二横截面区域，和
b)在基板通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而连接到散热元件的情况下，夹持部件具有平行于第一平面并且邻接第一平面的第三横截面区域，并且夹持部件在平行于第一平面行进并且不同于第一平面的第三平面中具有第四横截面区域，其中，第三横截面区域小于第四横截面区域。
这种功率半导体模块相对于现有技术的解决方案具有明显的优势，特别是在功率半导体模块连接至散热元件时以及因此在制造过程中功率半导体模块的机械稳定性方面。此外，可以实现基板的改进的封装以及增强的封装材料的完整性。
因此，本发明涉及一种功率半导体模块，该功率半导体模块包括基板，该基板具有：第一侧，在该第一侧可以承载电路；与第一侧相对的第二侧；连接第一侧与第二侧的边缘侧。对于功率半导体模块而言，这种布置通常是已知的。
基板在其第二侧处被构造用于与散热元件接触，以便消散由电路产生的热量。散热元件例如可以是主动冷却器，例如被冷却流体冷却，或者散热元件可以是被动冷却器，例如散热器。为了避免施加用于将基板连接到封装材料上的散热元件的夹持力并且进一步实现高稳定性布置，基板在其第一侧包括至少一个第一区域。至少一个第一区域位于基板的边缘侧附近并且在第一平面中行进。换句话说，第一平面可以由基板的第一侧上的第一区域限定。
可以规定，整个第一侧在第一平面中行进，或者仅一个或多个第一区域在第一平面中行进。
在基板的至少一个第一区域上，基板没有封装材料。换句话说，基板在该至少一个第一区域处不被封装材料覆盖并且因此不与封装材料接触。在基板的第一侧上没有封装材料的第一区域中，夹持部件的夹持力可以直接施加到基板上。换句话说，第一区域用于定位夹持部件的支撑。因此，损坏封装材料的危险被降低。因此，基板被构造成通过利用夹持部件将夹持力施加到基板的至少一个第一区域并且因此直接施加到基板而连接到散热元件。
例如，基板的边缘侧可以在垂直于第一平面和基板的第二侧的平面布置的平面中行进。毗邻至少一个第一区域的边缘侧可以至少部分地被封装材料的特别薄的部分覆盖，使得封装材料可以邻接第一平面。由于基板的边缘侧的覆盖可能归因于用于封装功率半导体模块的所应用的传递模塑过程，因此这可以导致功率半导体模块的生产能力的提高。在传递模塑过程中，可以将基板制成模具形式，并可以部分地用封装材料覆盖。由于基板和模具形式的尺寸公差，并且特别是由于在传递模塑期间不进行横向夹持的事实，在毗邻至少一个第一区域的边缘侧处的基板至少部分地被封装材料覆盖。因此封装材料的具有规定厚度和尺寸的规定层应当被提供。换句话说，在边缘侧提供封装材料可能是传递模塑过程的结果，该传递模塑过程用于封装电路并且部分地封装基板。
当在第一侧的第一区域上通过利用夹持部件将夹持力施加到基板上以将基板附接到散热元件时，夹持力不仅可以施加到没有封装材料的第一区域，还可以施加到覆盖基板的毗邻至少一个第一区域的边缘侧的封装材料。当覆盖边缘侧的封装材料邻接第一平面时，尤其是这种情况。换句话说，封装材料也可以支撑夹持部件。由于通常表现出脆性的典型封装材料的特性，通常无法避免封装材料出现破裂的危险，并且可能危及功率半导体模块的机械稳定性。
为了降低上述风险，本发明提出了两种选择，通过可比较的解决方案，这两种选择均显著降低了封装材料出现破裂的危险。
根据第一种选择，封装材料以如下方式设置在基板的毗邻第一区域的边缘侧上，使得封装材料具有第一横截面区域，该第一横截面区域平行于第一平面并且可选地邻接第一平面，并且封装材料具有第二平面中的第二横截面区域，该第二平面平行于第一平面行进并且与第一平面不同，其中，第一横截面区域小于第二横截面区域。
因此，第一横截面区域平行于第一平面并且可选地邻接第一平面，并且因此可以作为与夹持部件的接触区域。当垂直向下看基板的第一侧时，可以在基板的边缘侧看到封装材料的区域。换句话说，第一横截面区域可以是最接近第一平面并且平行于第一平面的横截面区域。第二平面平行于第一平面并且可以位于第一平面和基板的第二侧之间，或者第二平面可以对应于基板的第二侧。如果封装材料在第二平面上被切割，则封装材料的第二横截面区域可以对应于在基板的边缘侧上的封装材料的切割面区域。第二横截面区域大于第一横截面区域。
因此，该实施例可以导致这样的事实，即封装材料从第一平面到垂直于第一平面并且行进到第二侧的平面的边缘区域与封装材料从第二侧的平面到与第二侧的平面垂直且行进到第一平面的边缘区域不同。
因此可以规定，封装材料对于平行于第一平面并且位于第二侧的平面和第一平面之间的中心的平面不具有对称形式。
可以发现，当在施加夹持力时，在基板的毗邻第一区域的边缘侧上的封装材料的这种设计降低了在封装材料中出现破裂的风险。
更详细地，由于可以减小封装材料和夹持部件之间的接触区域，因此也减小了作用在脆性封装材料上的机械影响。
此外，该实施例允许由夹持部件施加到封装材料的压力接近界面封装材料/基板起作用。因此，可以将通过夹持部件分别作用在封装材料上的杠杆作用或杠杆效果减小到最小。这显著降低了封装材料中出现破裂的危险。
因此，大大降低了功率半导体模块在其制造和夹持期间损坏的危险。这允许在模块的生产过程中减少缺陷和不合格品的数量。除此之外，还显着降低了在模块的最终应用中出现的封装材料破裂部分的危险，这从而又提高了模块的适用性。
此外，功率半导体装置在工作期间被损坏的危险也被降低，从而提升了长期可靠性。
当考虑第二种选择时，可以以替代或附加的方式实现相同的优点，根据该第二种选择，提供了一种功率半导体模块，该功率半导体模块被设计为使得在基板通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而连接至散热元件的情况下，夹持部件具有平行于第一平面并邻接第一平面的第三横截面区域，并且夹持部件具有位于第三平面中的第四横截面区域，该第三平面平行于第一平面行进并且不同于第一平面，其中第三横截面区域小于第四横截面区域。
第三平面平行于第一平面，因此平行于基板的第一侧上的第一区域。第三平面可以在夹持部件的一侧上平行于基板的第一侧定位，该第三平面将压力暴露于夹持区域。换句话说，在基板的第二侧位于基板的第一侧下方的情况下，第三平面可以位于基板的第一侧上方。因此，第三横截面区域可以是夹持部件的最接近第一平面并因此与基板的第一区域接触的横截面区域。
如果夹持部件被第三平面切割，则夹持部件的第四横截面区域可以对应于夹持部件的切割面的区域。在任何情况下，与第三横截面区域相比，第四横截面区域距离第一平面更远。
夹持部件的这种设计减小了在基板通过作用在夹持部件上并且将基板压到散热元件上的夹持力而连接到散热元件的情况下在封装材料中出现破裂的风险。因此，可以将通过夹持部件分别作用在封装材料上的杠杆作用或杠杆效果减小到最小。
由于第三横截面区域小于第四横截面区域的事实，在基板通过作用在夹持部件上的夹持力连接至散热元件的情况下，夹持部件和覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域小于第二平面中的第二横截面区域。此外，显着减小了作用在封装材料上的杠杆作用，这再次降低了破裂的危险。
再次总结一下，在将功率半导体模块附接到散热元件时，第四横截面区域大于第三横截面区域并因此潜在地大于夹持部件与覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域，这也降低了损坏封装材料并因此损坏功率半导体模块的风险。
可能的是随着夹持部件与覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域减小，覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料的损坏风险会降低。可能的情况是在夹持部件和完全覆盖基板边缘侧的封装材料之间没有接触区域。
所描述的两个选项都可以具有以下效果：在将基板连接到散热元件的情况下，夹持部件和封装材料之间的接触区域可以很小，或者甚至可以为零，这继而可能导致在覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料上的夹持力减小。因此，在封装材料中可能出现较少的破裂，并且可以降低损害功率半导体模块的机械完整性的风险。
此外，通过减小夹持部件和覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域以及通过减小作用于远离界面基板/封装材料的压力，还减小了作用在基板的边缘侧和覆盖基板的边缘侧的封装材料之间的界面上的转矩。当将功率半导体模块附接至散热元件时，这还减小了损害功率半导体模块的机械完整性的危险。
夹持力可以由螺钉产生，该螺钉可以连接到散热元件并且可以向夹持部件施加压力。夹持部件可以将该压力传递到基板的第一区域上。因此，夹持部件和螺钉可以形成用于将功率半导体模块附接到散热元件的紧固装置。但是，夹持力的基础决不限于螺钉。
综上所述，功率半导体模块提供了显着的优点，特别是在要生产高质量模块和在功率半导体模块连接到散热元件时的机械稳定性方面。
功率半导体模块的基板可以在其第一侧包括至少一个第二区域，其中，基板在其第二区域设置有电路，并且其中，基板在所述基板的第二区域和电路中的至少一者至少部分地被封装材料覆盖。基板不仅可以包括至少一个第一区域，而且可以包括至少一个第二区域。示例性地，功率半导体模块的电路可以设置在基板上的至少一个第二区域。基板的至少一个第二区域可以紧邻基板的至少一个第一区域。至少一个第二区域也可以在基板的中心而不在基板的边缘。在基板的至少一个第二区域处，基板和/或电路可以至少部分地被封装材料覆盖。封装材料可以与电路和/或基板直接接触，并且可以在第二区域内覆盖电路和/或基板的第一侧。
因此，显而易见的是提供了一个或多个第二区域，其数量通常不受限制并且可以根据期望的需求进行选择，以用于定位功率半导体模块的有源设备，而一个或多个第一区域用于将基板固定到散热元件上。
关于第一区域的数量，该数量也通常不受限制而是可以根据期望的需要来选择。因此，可以根据期望的需要来选择与第一横截面区域相对应的横截面的夹持区域的数量。例如，可以设置四个夹持区域，其中两个夹持区域彼此相对。
关于提高机械稳定性，可以规定，覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料的第一横截面区域比第二横截面区域小至少15％，例如小至少25％，尤其小至少50％。此外，第一横截面区域可以比第二横截面区域小75％。
因此，可以提供一种功率半导体模块，其中在基板通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而连接至散热元件的情况下，第三横截面区域比第四横截面区域小至少15％，例如小至少25％，尤其小至少50％。
因此，可以提供一种功率半导体模块，其中，在基板通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而连接到散热元件的情况下，夹持部件和覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域比第二横截面区域和第四横截面区域中的至少一者小至少15％。
与第二横截面区域相比，减小夹持部件与覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域可以使得有效地降低将破裂引入到封装材料中的危险。这可以通过使封装材料的第一横截面区域小于第二横截面区域来实现。然而，由于功率半导体模块的机械稳定性的原因，可能有利的是不完全省略基板的边缘侧上的封装材料。因此，上述百分比值可以是在通过在基板的边缘侧上具有封装材料来保护基板的边缘侧与降低将功率半导体模块附接到散热元件时损坏功率半导体模块的风险之间的合理权衡。
如已经提到的那样，第二平面可以位于基板的第一侧的平面与基板的第二侧的平面之间或者对应于基板的第二侧的平面。示例性地，可以提供功率半导体模块，其中，第二平面与基板的第二侧的平面相对应。第二平面在基板的边缘侧上限定了封装材料的第二横截面区域。第二平面的位置的这种选择可以显著增强基板的边缘侧上的封装材料的稳定性。
可以通过改变在基板的毗邻第一区域的边缘侧上的封装材料厚度来实现上述减少封装材料损坏的危险。据此，可以提供一种功率半导体模块，其中，封装材料在第一平面处具有第一厚度，并且在第二平面处具有第二厚度，并且其中，第一厚度小于第二厚度。示例性地，可以在垂直于基板的边缘侧的方向上确定第一厚度和第二厚度。换句话说，当观察功率半导体模块的截面视图时，其中该截面视图沿着垂直于第一平面并且垂直于基板的边缘侧的平面，在此截面视图中能够直接示出第一厚度和第二厚度。
关于在基板的毗邻第一区域的边缘侧上的封装材料的厚度的上述变化以及因此关于第一厚度和第二厚度，可以提供功率半导体模块，其中，基板的边缘侧上封装材料可以具有以下形式中的至少一者：圆弧、一个台阶部或多个台阶部、斜面和倒角。这可能意味着第一厚度不仅可以小于第二厚度，而且连接第一厚度和第二厚度的封装材料的边界还可以具有圆弧、一个台阶部或多个台阶部、斜面和/或倒角的形式。
具有圆弧的形式可以意味着封装材料的边界的曲率可以是恒定的。换句话说，在上述截面视图中可以看出第一厚度和第二厚度可以由圆弧连接。曲率可以是正的或负的，这意味着封装材料的横截面的边界可以是凸的或凹的。
具有一个台阶部或多个台阶部的形式可以意味着连接第一厚度和第二厚度的封装材料的边界具有方向的突变。此外，方向变化可以是大约90度，例如90度+/﹣20％。换句话说，在上述截面视图中可以看出第一厚度和第二厚度可以由具有阶跃函数形式的线连接。
具有斜面的形式可以意味着连接第一厚度和第二厚度的封装材料的边界具有恒定的倾斜度。换句话说，在上述截面视图中可以看出第一厚度和第二厚度可以通过直线连接。
此外，具有斜面的形式也可以意味着第一厚度可以是零或接近零。这可能意味着在夹持部件与基板的毗邻第一区域的边缘侧上的封装材料之间的接触区域可以为零或接近零。
具有倒角的形式可以意味着连接第一厚度和第二厚度的封装材料的边界具有恒定的倾斜度。换句话说，在上述截面视图中可以看出第一厚度和第二厚度可以通过直线连接。但是，与斜面相比，具有倒角的形式可能意味着第一厚度可以不接近零。这也可以意味着在夹持部件与基板的毗邻第一区域的边缘侧上的封装材料的接触区域可以不为零。
此外，连接第一厚度和第二厚度的封装材料的边界也可以具有任何其他形式，例如只要第一厚度小于第二厚度即可的任意形式。因此，在上述截面视图中，第一厚度和第二厚度可以通过具有指数、抛物线、双曲线或上述任何可能性的混合形式的线连接。
根据另一个实施例，第二厚度，例如存在于基板的边缘侧的封装材料的最大厚度可以在0.1mm至10.0mm的范围内，例如在0.5mm至2.0mm的范围内。如果第二厚度较大，则功率半导体模块可以被更好地保护。此外，第一厚度可以为0.05mm或以上；然而，第一厚度可以小于第二厚度。
根据另一个实施例，第一厚度可以在0.05mm以下，例如在0mm与0.05mm之间。在这种情况下，可以提供功率半导体模块，其中，基板的从第一平面行进到第二侧的平面的厚度与边缘侧上的封装材料的平行厚度相比可以相同。基板的厚度可以是基板的第一平面和第二侧的平面之间的最短距离。可以垂直于基板的第一平面和第二侧测量基板的厚度。在毗邻第一区域的边缘侧上的封装材料的平行厚度可以与基板的厚度平行。相同可能意味着封装材料的平行厚度等于基板的厚度+/﹣10％，即较小的厚度。例如，相同可能意味着封装材料的平行厚度等于基板的厚度，从而允许相对较小的厚度有﹣10％的偏差。使基板的边缘侧上的封装材料的平行厚度基本与基板的厚度一样大可以增加对基板的边缘侧的保护。换句话说，这意味着基板的整个边缘侧可以被封装材料覆盖。此外，这可以通过传递模塑过程来增强功率半导体模块的生产能力。
如已经提到的那样，功率半导体模块的基板包括至少一个第一区域，其中该基板在其第一侧上在第一区域处没有封装材料。具有一个以上的第一区域对于将基板机械地连接到散热元件可以是有利的。因此，可以提供功率半导体模块，其中基板包括至少两个第一区域，例如四个第一区域。示例性地，在基板的第一侧上的两个第一区域可以彼此相对地定位，其中两个第一区域没有封装材料并且都毗邻基板的边缘侧。因此，基板可以更容易且可靠地连接至散热元件。
进一步示例性地，基板可以包括四个第一区域。对于具有大致矩形形状的基板，这四个第一区域可以被定位成使得矩形形状的每一侧都与四个第一区域之一相邻。特别地，这四个第一区域可以被定位成使得矩形形状的彼此相对的两侧与四个第一区域中的两者相邻。因此，第一区域中的一者可以在矩形形状的同一侧上与第一区域中的另一者相邻。然而，特别是如果功率模块不具有矩形形状，则可以具有任意位置的任意数量的第一区域。
为了将基板连接到散热元件，基板可以可选地包括但不必须在至少一个第一区域中具有凹部和/或孔。示例性地，基板在每个第一区域中包括凹部和/或孔。特别地，基板可以包括凹部、螺孔、安装孔和/或用于将基板固定至散热元件的任何其他装置。凹部可以具有半圆或圆的至少一部分的形状。凹部的优点在于，在两个都具有凹部的基板彼此相邻放置的情况下，两个凹部可以一起形成螺孔。因此，可以用一个螺钉将两个基板同时附接到散热元件。
如上所述，功率半导体模块可以具有大致矩形的形状或平行四边形。大致矩形的形状可以是具有圆角的矩形的形状。关于多个功率半导体模块的潜在堆叠或关于将功率半导体模块附接到散热元件或任何其他附加部件，大致矩形的形状可能是有利的。然而，根据期望的需求，功率半导体模块的其他形式，例如基板的其他形式也是可能的。
关于功率半导体模块的其他优点和技术特征，涉及包括功率半导体、夹持部件和散热元件的布置、附图和进一步的描述。
本发明进一步涉及一种包括功率半导体模块、散热元件和夹持部件的布置，其中，功率半导体模块包括基板，其中，基板通过作用在夹持部件上的夹持力并且将基板压到散热元件上而与散热元件连接，其中，如进一步描述中所述布置功率半导体模块。
在上述布置中，通过利用夹持部件在基板的第一侧上的第一区域上施加夹持力，将基板附接到散热元件。夹持部件可以与基板的第一侧上的第一区域直接接触。夹持力可以由螺纹夹具产生，该螺纹夹具可以用于将功率半导体模块向下压至散热元件并在基板的第二侧和散热元件之间提供紧密的密封。密封环可以位于散热元件的凹槽中以提供紧密的密封。
由于夹持力的高压力，因此基板的第一区域未被封装材料覆盖，以为了避免损坏封装材料。此外，为了减小因夹持力不仅施加到基板的没有封装材料的第一区域，而且还施加到覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料而发生损坏的危险，实现特征a)或b)，其中如下定义这些特征：
a)封装材料在边缘侧具有第一横截面区域，该第一横截面区域平行于第一平面并且可选地邻接第一平面，并且封装材料在第二平面中具有第二横截面区域，该第二平面平行于第一平面并且不同于第一平面，其中第一横截面区域小于第二横截面区域，以及
b)在通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而将基板连接到散热元件的情况下，夹持部件具有平行于第一平面行进并且邻接第一平面的第三横截面区域，并且夹持部件在平行于第一平面并且不同于第一平面的第三平面中具有第四横截面区域，其中，第三横截面区域小于第四横截面区域。
以上描述的布置可以使得将破裂引入到封装材料中的危险显著降低。因此，功率半导体模块的机械稳定性提高。
特征a)和特征b)都可以使得减小夹持部件与覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域。因此，可以实现特征a)或者可以实现特征b)或者可以实现特征a)和特征b)两者。
夹持部件与覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域的减小可以导致夹持力和作用在覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料上的扭矩减小和/或减小杠杆效果。继而，在封装材料中可能出现较少的破裂，并且可以减小损害功率半导体模块的机械完整性的风险。
接触区域的上述减小可以通过在功率半导体模块的描述中描述的在基板的边缘侧上的封装材料的设计来实现。此外，这可以通过在功率半导体模块的描述中也描述的夹持部件的设计来实现。
关于夹持部件的设计，第三横截面区域可以比第四横截面区域小至少15％。这可以通过改变夹持部件的厚度来实现。相应地，第一横截面区域可以比第二横截面区域小至少15％。这可以通过改变基板边缘侧的封装材料的厚度来实现。
因此，可以提供一种布置，其中，夹持部件在第一平面处可以具有第一厚度，并且在第三平面中可以具有第二厚度，并且第一厚度可以小于第二厚度。可以在垂直于基板的边缘侧的方向上确定夹持部件的第一厚度和第二厚度。
关于上述夹持部件的变化厚度，可以提供一种布置，其中，夹持部件具有圆弧、一个台阶部或多个台阶部和/或倒角的形式。换句话说，夹持部件的第一厚度不仅可以小于第二厚度，而且连接第一厚度和第二厚度的夹持部件的边界还可以具有圆弧、一个台阶部或多个台阶部和/或倒角的形式。
具有圆弧的形式可以意味着夹持的边界的曲率可以是恒定的。换句话说，在垂直于第一平面并且垂直于基板的边缘侧的平面中的截面视图中，可以看出第一厚度和第二厚度可以通过圆弧连接。曲率可以是正的或负的，这意味着夹持部件的边界可以是凸的或凹的。
具有一个台阶部或多个台阶部的形式可以意味着连接第一厚度和第二厚度的夹持部件的边界具有方向的突变。此外，方向变化可以为大约90度。换句话说，在上述截面视图中可以看出可以通过具有阶跃函数形式的线来连接第一厚度和第二厚度。
具有倒角的形式可以意味着连接第一厚度和第二厚度的夹持部件的边界具有恒定的倾斜度。换句话说，在上述截面视图中可以看出，第一厚度和第二厚度可以通过直线连接。
此外，连接第一厚度和第二厚度的夹持部件的边界还可以具有任何其他形式，例如，圆弧形，只要夹持部件的第一厚度小于第二厚度即可。因此，在上述截面视图中，第一厚度和第二厚度可以通过线连接，该线具有指数、抛物线、双曲线或上述任何可能性的混合的形式。
通常，基板可以因此被提供有封装材料，使得在基板的至少一个第一区域处，基板的第一侧没有封装材料，并且基板的毗邻第一区域的边缘侧至少部分地被封装材料覆盖，使得封装材料邻接第一平面，并且其中特征a)和特征c)中的至少一者适用：
a)封装材料在边缘侧具有第一横截面区域，该第一横截面区域平行于第一平面并且可选地邻接第一平面，并且封装材料在第二平面中具有第二横截面区域，该第二平面平行于第一平面并且不同于第一平面，其中与第二横截面区域相比，第一横截面区域更靠近第一平面，其中，第一横截面区域小于第二横截面区域，以及
c)在基板通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而连接到散热元件的情况下，夹持部件和覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料之间的接触区域小于第二平面中的第二横截面区域，该第二平面平行于第一平面并且不同于第一平面。
就这一点而言，为基板提供封装材料的步骤可以包括传递模塑过程。
示例性地，可以在传递模塑过程中将封装材料设置在基板的第一侧上以及基板的毗邻第一区域的边缘侧上。
为基板提供封装材料的步骤可能已经导致功率半导体模块，其中，基板边缘侧的封装材料具有特征a)和/或特征c)。
替代地，可以在随后的处理步骤中对基板的边缘侧上的封装材料进行后处理，以实现特征a)和/或特征c)。
在这种情况下，后处理的方法可以包括对覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料进行倒角和/或斜面加工的步骤。当将功率半导体连接到散热元件时，这可以是实现上述特征并减小损坏封装材料的风险的简便方法。覆盖基板的毗邻第一区域的边缘侧的封装材料可以被倒角和/或具有斜面，使得封装材料的第一横截面区域小于第二横截面区域。
此外，该方法可以包括提供夹持部件的步骤，该夹持部件被构造成使得在这种情况下，基板通过作用在夹持部件上并将基板压到散热元件上的夹持力而连接到散热元件，该夹持部件可以具有第三横截面区域，该第三横截面区域平行于第一平面并邻接第一平面，并且夹持部件可以在平行于第一平面并且不同于第一平面的第三平面中具有第四横截面区域，其中第三横截面区域可以小于第四横截面区域。
综上所述，本发明解决了一个重要的目的，即如何提高功率半导体模块在封装材料处，特别是在基板的边缘侧的机械稳定性，尤其是关于在将功率半导体附接到散热元件时降低损坏封装材料的危险方面以及如何提高功率半导体模块的生产能力。
关于功率半导体，夹持部件和散热元件的布置的其他优点和技术特征，参考功率半导体模块、附图和进一步的描述。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐明。实施例中公开的各个特征可以单独地或组合地构成本发明的一方面。不同实施例的特征可以从一个实施例延续到另一个实施例。
在附图中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的功率半导体模块的示意性透视图，
图2示出了图1的实施例的功率半导体模块的切口的示意性透视图，
图3示出了图1的实施例的功率半导体模块的截面视图，
图4示出了图1的实施例的功率半导体模块的示意性截面视图，和
图5示出了根据本发明的另一实施例的功率半导体模块的示意性截面视图。
具体实施方式
图1示出了功率半导体模块10的示意性透视图。图2示出了图1的功率半导体模块10的切口的详细透视图。功率半导体模块10包括基板12，该基板至少部分被封装材料14覆盖。功率半导体模块10的基板12包括第一侧16和位于第一侧16对面的第二侧18。第一侧16和第二侧18通过基板12的边缘侧20连接。基板12在其第一侧16处被构造成设有电路。在图1中，透视图阻止了基板12的第二侧18的显示。
图3示出了在功率半导体模块10附接到散热元件24的情况下功率半导体模块10的沿图1所示的垂直于基板12的第一侧16并且垂直于基板12的边缘侧20的剖视平面68a的截面视图。
基板12在其第二侧18处适于与散热元件24接触。为了将基板12附接到散热元件24，基板12的第一侧16包括至少一个第一区域26，该第一区域位于基板12的边缘侧20附近，该第一区域没有封装材料14，即未被封装材料14覆盖。在该第一区域26内，基板12限定了第一平面22。
基板12适于通过夹持部件28将箭头40所示的夹持力施加到基板12的第一侧16的第一区域26上而连接到散热元件24。夹持部件28在图1中不可见但是在图3中可见，图3示出了将基板12附接到散热元件24的原理。
为了将基板12附接至散热元件24，将夹持部件28压靠在基板12的第一区域26上。夹持力由螺钉30产生，该螺钉旋入散热元件24中。在该实施例中，密封环32可以位于散热元件24的凹槽34中以提供紧密密封。如图1至3所示，基板12的临近第一区域26的边缘侧20至少部分地被封装材料14覆盖。
图1中示出的功率半导体模块10包括四个第一区域26，其中，第一区域中的两个被定位成使得它们在图1中可见。如图1所示，两个第一区域26在基板12的一侧上彼此相邻。在两个第一区域26之间存在将两个第一区域26彼此隔开的封装材料。此外，图1的功率半导体模块10在封装材料14的外部包括多个触点72，用于电连接被封装材料14覆盖的电路。在该实施例中，触点72位于基板12的没有第一区域26的一侧上。
图2示出了基板12的第一区域26的详细视图，其中基板12的第一侧16没有封装材料14。基板12的临近第一区域26的边缘侧20被封装材料14覆盖。为了减小在施加夹持力时损坏基板12的边缘侧20上的封装材料14的风险，在平行于第一平面22并临接第一平面22的平面中的封装材料14的第一横截面区域44小于第二平面38中的封装材料14的第二横截面区域36，其中第二平面38平行于第一平面22。
此外，如图1所示，基板12在第一区域26内包括凹部66，当将功率半导体模块10附接到散热元件24时，该凹部为螺钉30提供了空间。
图4示出了在功率半导体模块10附接到散热元件24的情况下功率半导体模块10的沿垂直于第一平面22并且垂直于基板12的边缘侧20的剖视平面68b的另一截面视图。然而，散热元件24未在图4中示出。因此，在图4中，仅基板12、夹持部件28和封装材料14是可见的。由夹持部件28施加在基板12上的夹持力由箭头40表示。
在基板12通过作用在夹持部件28上并将基板12压到散热元件24上的夹持力而连接至散热元件24的情况下，夹持部件28与覆盖基板12的毗邻第一区域26的边缘侧20的封装材料14之间的接触区域42小于第二平面38内的封装材料14的第二横截面区域36。
此外，如图4所示，封装材料14在第一平面22内具有第一厚度46，而在第二平面38中具有第二厚度48，其中在垂直于基板12的边缘侧20的方向上确定第一厚度46和第二厚度48，并且其中第一厚度46小于第二厚度48。
如在图4中还可见，第一厚度46不仅小于第二厚度48，而且连接第一厚度46和第二厚度48的封装材料14的边界50具有倒角形式。这意味着封装材料14的边界50具有恒定的倾斜度。此外，在该实施例中，第一厚度46示例性地为0.5mm，第二厚度48为1mm。
图5以示意性截面图示出了功率半导体模块10的另一实施例。在该实施例中，类似于图4的实施例，在基板12通过作用在夹持部件28上并将基板12压到散热元件24上的夹持力而连接至散热元件24的情况下，夹持部件28与覆盖基板12的毗邻第一区域26的边缘侧20的封装材料14之间的接触区域42小于在第二平面38内的封装材料14的第二横截面区域36。
然而，与图4的实施例相反，在基板12的边缘侧20上的封装材料14的第一厚度46与封装材料14的第二厚度48基本相同。替代地，在平行于第一平面22的第三平面54中的夹持部件28的第四横截面区域52大于第一平面22中的第三横截面区域70。
第三平面54也平行于第一平面22，因此平行于基板12的第一侧16的第一区域26。在图5中，第三平面54位于基板12的第一侧16上方。
从图5也可以看出，夹持部件28在第一平面22中具有第一厚度56，并且在第三平面54中具有第二厚度58，并且第一厚度56小于第二厚度58。类似于图4的实施例，夹持部件28的边界60包括倒角的形式。
在所有实施例中，基板12在其第一侧16上包括第二区域62。第二区域62被封装材料14覆盖。在第二区域62处，基板12的第一侧16设置有电路。
此外，覆盖基板12的毗邻第一区域26的边缘侧20的封装材料14具有平行的厚度64，所述平行厚度64基本上等于基板12的厚度。基板12的厚度可以是第一平面22和基板的第二侧18之间的最短距离。在平行于基板12的厚度的方向上确定封装材料14在基板的边缘侧20上的平行厚度64。
尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这种图示和描述应被认为是说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解并实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。
附图标记列表
10功率半导体模块
12基板
14封装材料
16第一侧
18第二侧
20边缘侧
22第一平面
24散热元件
26基板的第一区域
28夹持部件
30螺钉
32密封环
34凹槽
36封装材料的第二横截面区域
38第二平面
40表示夹持力的箭头
42夹持部件和封装材料之间的接触区域
44封装材料的第一横截面区域
46封装材料的第一厚度
48封装材料的第二厚度
50封装材料的边界
52夹持部件的第四横截面区域
54第三平面
56夹持部件的第一厚度
58夹持部件的第二厚度
60夹持部件的边界
62基板的第二区域
64封装材料的厚度
66凹部
68剖视平面
70夹持部件的第三横截面区域
72触点

Claims (15)

1.一种功率半导体模块(10)，所述功率半导体模块包括至少部分地被封装材料(14)覆盖的基板(12)，
其中，所述基板(12)包括第一侧(16)、与所述第一侧(16)相对的第二侧(18)和连接所述第一侧(16)与所述第二侧(18)的边缘侧(20)，
其中，在所述基板的第一侧(16)，所述基板(12)被构造成设置有电路，并且其中，在所述基板的第二侧(18)，所述基板(12)被构造成与散热元件(24)接触，
其中，在所述基板的第一侧(16)，所述基板(12)包括至少一个第一区域(26)，所述第一区域(26)毗邻所述基板(12)的所述边缘侧(20)定位并且在第一平面(22)中行进，
其中，在所述至少一个第一区域(26)处，所述基板(12)没有所述封装材料(14)，并且其中，所述基板(12)被构造用于通过由夹持部件(28)将夹持力施加到所述至少一个第一区域(26)而连接到所述散热元件(24)，
其中，所述基板(12)在毗邻所述第一区域(26)的所述边缘侧(20)至少部分地被所述封装材料(14)覆盖，
其特征在于，特征a)和特征b)中的至少一者被实现，其中所述特征a)和所述特征b)定义如下：
a)在所述边缘侧(20)，所述封装材料(14)具有第一横截面区域(44)，所述第一横截面区域(44)平行于所述第一平面(22)行进，并且所述封装材料在第二平面(38)中具有第二横截面区域(36)，所述第二平面(38)平行于所述第一平面(22)行进并且不同于所述第一平面(22)，其中，与所述第二横截面区域(36)相比，所述第一横截面区域(44)更靠近所述第一平面，其中，所述第一横截面区域(44)小于所述第二横截面区域(36)，和
b)在所述基板(12)通过作用在所述夹持部件(28)上并且将所述基板(12)压到所述散热元件(24)上的所述夹持力而连接到所述散热元件(24)的情况下，所述夹持部件(28)具有平行于所述第一平面(22)并邻接所述第一平面(22)的第三横截面区域(70)，并且所述夹持部件(28)在第三平面(54)中具有第四横截面区域(52)，所述第三平面平行于所述第一平面(22)行进并且与所述第一平面(22)不同，其中，所述第三横截面区域(70)小于所述第四横截面区域(52)。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，在所述基板的第一侧(16)处，所述基板(12)包括至少一个第二区域(62)，其中，所述基板(12)在所述第二区域(62)处设有所述电路，并且其中，所述基板(12)在所述基板的第二区域(62)处和所述电路中的至少一者至少部分地被封装材料(14)覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，在所述基板(12)通过作用在所述夹持部件(28)上并且将所述基板(12)压到所述散热元件(24)的夹持力而连接到所述散热元件(24)的情况下，所述夹持部件(28)与覆盖所述基板(12)的毗邻所述第一区域(26)的所述边缘侧(20)的所述封装材料(14)之间的接触区域(42)比所述第二横截面区域(36)和所述第四横截面区域(52)中的至少一者小至少15％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述第一横截面区域(44)比所述第二横截面区域(36)小至少15％，或者其特征在于，所述第三横截面区域(70)比所述第四横截面区域(52)小至少15％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述第二平面(38)对应于所述第二侧的平面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述边缘侧(20)上的所述封装材料(14)具有以下形式中的至少一者：圆弧、一个台阶部或多个台阶部、斜面和倒角。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，从所述第一平面(22)行进到所述第二侧(18)的平面的所述基板(12)的厚度与所述边缘侧(20)上的所述封装材料(14)的平行厚度(64)相同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述基板(12)包括至少两个第一区域(26)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述基板(12)在所述至少一个第一区域(26)中包括凹部(66)和孔中的至少一者。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述特征a)被实现。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述特征b)被实现。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功率半导体模块(10)，其特征在于，所述第一横截面区域(44)邻接所述第一平面(22)。
13.一种包括功率半导体模块(10)、散热元件(24)和夹持部件(28)的布置，其中，所述功率半导体模块(10)包括基板(12)，其中，所述基板(12)通过作用在所述夹持部件(28)上并将所述基板(12)压到所述散热元件上的夹持力而连接到所述散热元件(24)，其特征在于，所述功率半导体模块根据权利要求1至12中的任一项布置。
14.根据权利要求13所述的布置，其特征在于，所述特征a)被实现、在于所述特征b)被实现，或者在于所述特征a)和所述特征b)两者都被实现。
15.根据权利要求13或14所述的布置，其特征在于，特征c)被实现，根据所述特征c)，在所述基板(12)通过作用在所述夹持部件(28)并且将所述基板(12)压到所述散热元件(24)上的所述夹持力而与所述散热元件(24)连接的情况下，所述夹持部件(28)与覆盖所述基板(12)的毗邻所述第一区域(26)的所述边缘侧(20)的所述封装材料(14)之间的接触区域(42)小于所述第二平面(38)中的所述封装材料(14)的所述第二横截面区域(36)。
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