DE212020000686U1 - power semiconductor module - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitermodul (10), das ein Substrat (12) mit einer ersten Seite (14), die wenigstens einen elektrischen Schaltkreis (18) trägt, und mit einer zweiten Seite (16) umfasst, die gegenüber der ersten Seite (14) lokalisiert ist, wobei der wenigstens eine elektrische Schaltkreis (18) wenigstens teilweise durch ein Verkapselungsmaterial (20) verkapselt ist, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis (18) kommt und letzteren bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (20) wenigstens eine Epoxidvergussmasse umfasst, wobei die Epoxidvergussmasse wenigstens eine Faserkomponente umfasst, wobei die Faserkomponente eine Länge aufweist, die wenigstens 5-mal so lang wie der Durchmesser der Faserkomponente ist.

Figure DE212020000686U1_0000
Power semiconductor module (10) comprising a substrate (12) having a first side (14) carrying at least one electrical circuit (18) and having a second side (16) located opposite the first side (14), wherein the at least one electrical circuit (18) is at least partially encapsulated by an encapsulation material (20) which comes into direct contact with the electrical circuit (18) and covers the latter, characterized in that the encapsulation material (20) comprises at least one epoxy potting compound, wherein the epoxy potting compound comprises at least one fibrous component, the fibrous component having a length at least 5 times the diameter of the fibrous component.
Figure DE212020000686U1_0000

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Leistungshalbleitermodul, das durch einen Spritzpressprozess durch Verwenden einer Epoxidvergussmasse erhalten wird, die wenigstens eine Faserkomponente umfasst.The present invention relates to a power semiconductor module. More particularly, the present invention relates to a power semiconductor module obtained by a transfer molding process by using an epoxy potting compound comprising at least one fiber component.

Hintergrundbackground

Leistungshalbleitermodule sind allgemein in der Technik weithin bekannt. Zum Schutz des Leistungshalbleitermoduls kann letzteres durch ein Verkapselungsmaterial verkapselt werden. Das Verkapselungsmaterial kann in einem Spritz-press(Transfer Molding)-Prozess unter Verwendung einer Vergussmasse gebildet werden. Spritzpressen ist ein Herstellungsprozess, bei dem die Vergussmasse in eine Gießform gepresst wird.Power semiconductor modules are generally well known in the art. To protect the power semiconductor module, the latter can be encapsulated by an encapsulation material. The encapsulation material may be formed in a transfer molding process using a potting compound. Transfer molding is a manufacturing process in which the potting compound is pressed into a mold.

Um den Schutz des Leistungshalbleitermoduls sicherzustellen, besitzen Vergussmassen üblicherweise eine adäquate mechanische Festigkeit, eine gute Haftung an den Komponenten des Halbleitermoduls, eine chemische und elektrische Widerstandsfähigkeit, eine hohe thermische Stabilität und eine Feuchtigkeitsbeständigkeit in dem verwendeten Temperaturbereich.In order to ensure the protection of the power semiconductor module, potting compounds usually have adequate mechanical strength, good adhesion to the components of the semiconductor module, chemical and electrical resistance, high thermal stability and moisture resistance in the temperature range used.

Vergussmassen, die zur Verkapselung verwendet werden, umfassen oft duroplastische Polymere. Duroplastische Polymere sind Materialien mit quervernetzten Polymerketten, die keine Schmelztemperatur aufweisen, nachdem sie ausgehärtet wurden.Potting compounds used for encapsulation often include thermoset polymers. Thermoset polymers are materials with crosslinked polymer chains that do not exhibit a melting temperature after being cured.

Duroplastische Vergussmassen, die auf Epoxidharzen basieren, werden als Epoxidvergussmassen bezeichnet und können zum Verkapseln elektronischer Vorrichtungen verwendet werden. Epoxidvergussmassen können in Form komprimierter fester Pulverpellets vorliegen, die dann zu einer Flüssigkeit erwärmt und vergossen werden, um den Halbleiter oder die elektronische Vorrichtung zu verkapseln.Thermoset potting compounds based on epoxy resins are referred to as epoxy potting compounds and can be used to encapsulate electronic devices. Epoxy potting compounds can be in the form of compressed solid powder pellets, which are then heated to a liquid and potted to encapsulate the semiconductor or electronic device.

Jedoch könnte die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls, das durch Spritzpressen erhalten wird, ein Problem sein, insbesondere für große Leistungshalbleitermodule, wenn Vergussmassen verwendet werden.However, the mechanical stability of the power semiconductor module obtained by transfer molding could be a problem, especially for large power semiconductor modules when potting compounds are used.

JP 2013-197573 A beschreibt eine Halbleitervorrichtung vom Spritzpresstyp, die ein Vergussharz beinhaltet, das die Vorrichtung versiegelt. Das Dokument schlägt das Verwenden eines Verstärkungselements, das integral mit dem Inneren des Vergussharzes vergossen wird, vor, um eine Beschädigung des Vergussharzes zu verhindern. JP 2013-197573 A describes a transfer molding type semiconductor device that includes a molding resin that seals the device. The document suggests using a reinforcing member molded integrally with the interior of the molding resin to prevent the molding resin from being damaged.

US 2014/084433 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, die einen Träger umfasst. Ferner umfasst die Halbleitervorrichtung einen Halbleiterchip, der eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüber der ersten Hauptoberfläche beinhaltet, wobei eine erste Elektrode auf der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist und der Halbleiterchip auf dem Träger mit der zweiten Hauptoberfläche dem Träger zugewandt montiert ist. Ferner wird ein Verkapselungskörper bereitgestellt, der den Halbleiterchip einbettet. Die Halbleitervorrichtung umfasst ferner eine Kontaktklammer, wobei die Kontaktklammer ein integraler Teil mit einem Bondteil, der an die erste Elektrode gebondet ist, und einem Anschlussteil, der einen externen Anschluss der Halbleitervorrichtung bildet, ist. U.S. 2014/084433 A1 describes a semiconductor device that includes a carrier. Further, the semiconductor device includes a semiconductor chip including a first main surface and a second main surface opposite the first main surface, a first electrode being arranged on the first main surface, and the semiconductor chip being mounted on the carrier with the second main surface facing the carrier. Furthermore, an encapsulation body is provided which embeds the semiconductor chip. The semiconductor device further includes a contact clip, the contact clip being an integral part having a bonding part bonded to the first electrode and a terminal part forming an external terminal of the semiconductor device.

US 2013/277813 A1 beschreibt Ausführungsformen, die ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses bereitstellen. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: Anbringen wenigstens eines Chips an einem Träger, wobei der Chip mehrere Chippads auf einer Oberfläche des Chips gegenüber dem Träger beinhaltet; Abscheiden einer ersten Haftschicht auf dem Träger und auf den Chippads des Chips, wobei die erste Haftschicht Zinn oder Indium beinhaltet; Abscheiden einer zweiten Haftschicht auf der ersten Haftschicht, wobei die zweite Haftschicht ein organisches Silanmaterial beinhaltet; und Abscheiden einer Laminierungsschicht oder einer Verkapselungsschicht auf der zweiten Haftschicht und dem Chip. U.S. 2013/277813 A1 describes embodiments that provide a method for forming a chip package. The method may include: attaching at least one chip to a carrier, the chip including a plurality of chip pads on a surface of the chip opposite the carrier; depositing a first adhesion layer on the carrier and on the chip pads of the chip, the first adhesion layer including tin or indium; depositing a second adhesion layer on the first adhesion layer, the second adhesion layer including an organic silane material; and depositing a lamination layer or an encapsulation layer on the second adhesion layer and the chip.

US2018/342438 A1 beschreibt ein Halbleiterchipgehäuse, das einen elektrisch leitenden Träger und einen über dem elektrisch leitenden Träger angeordneten Halbleiterchip beinhaltet. Der Halbleiterchip weist eine erste Oberfläche, die dem elektrisch leitenden Träger zugewandt ist, und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche auf. Eine Metallplatte weist eine erste Oberfläche, die mechanisch mit der zweiten Oberfläche des Halbleiterchips verbunden ist, und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche der Metallplatte auf. Die Metallplatte überlappt vollständig mit der zweiten Oberfläche des Halbleiterchips. Die zweite Oberfläche der Metallplatte ist wenigstens teilweise an einer Peripherie des Halbleiterchipgehäuses freigelegt. US2018/342438 A1 describes a semiconductor die package including an electrically conductive carrier and a semiconductor die disposed over the electrically conductive carrier. The semiconductor chip has a first surface facing the electrically conductive carrier and a second surface opposite the first surface. A metal plate has a first surface mechanically connected to the second surface of the semiconductor chip and a second surface opposite the first surface of the metal plate. The metal plate completely overlaps the second surface of the semiconductor chip. The second surface of the metal plate is at least partially exposed at a periphery of the semiconductor die package.

Jedoch lässt die oben genannte Referenz noch Raum für Verbesserungen, insbesondere bezüglich des Schutzes des Leistungshalbleitermoduls.However, the above reference still leaves room for improvement, particularly with regard to the protection of the power semiconductor module.

Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the Invention

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Lösung zum wenigstens partiellen Überwinden wenigstens eines Nachteils des Stands der Technik bereitzustellen. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls zu verbessern.It is therefore an object of the invention to provide a solution for at least partially overcoming at least one disadvantage of the prior art. In particular, it is an aim of the present invention to improve the mechanical stability of the power semiconductor module.

Diese Ziele werden wenigstens teilweise durch das Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erfüllt. Diese Ziele werden ferner wenigstens teilweise durch die Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 15 erfüllt.These goals are at least partially met by the power semiconductor module having the features of independent claim 1 . These objects are further at least partially met by use with the features of independent claim 15.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, in der weiteren Beschreibung sowie in den Figuren gegeben, wobei die beschriebenen Ausführungsformen allein oder in beliebiger Kombination der jeweiligen Ausführungsformen ein Merkmal der vorliegenden Erfindung bereitstellen können, sofern dies nicht klar ausgeschlossen ist.Advantageous embodiments are given in the dependent claims, in the further description as well as in the figures, whereby the described embodiments alone or in any combination of the respective embodiments can provide a feature of the present invention, unless this is clearly excluded.

Beschrieben ist ein Leistungshalbleitermodul, das ein Substrat mit einer ersten Seite, die wenigstens einen elektrischen Schaltkreis trägt, und mit einer zweiten Seite umfasst, die gegenüber der ersten Seite lokalisiert ist, wobei der wenigstens eine elektrische Schaltkreis wenigstens teilweise durch ein Verkapselungsmaterial verkapselt ist, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis kommt und letzteren bedeckt, wobei das Verkapselungsmaterial wenigstens eine Epoxidvergussmasse umfasst, wobei die Epoxidvergussmasse wenigstens eine Faserkomponente umfasst, wobei die Faserkomponente eine Länge aufweist, die wenigstens 5-mal so lang wie der Durchmesser der Faserkomponente ist.Described is a power semiconductor module comprising a substrate having a first side carrying at least one electrical circuit and having a second side located opposite the first side, wherein the at least one electrical circuit is at least partially encapsulated by an encapsulation material that directly contacts and covers the electrical circuit, the encapsulating material comprising at least one epoxy potting compound, the epoxy potting compound comprising at least one fibrous component, the fibrous component having a length at least 5 times the diameter of the fibrous component.

Ein solches Leistungshalbleitermodul stellt signifikante Vorteile gegenüber Lösungen des Stands der Technik bereit, insbesondere in Bezug auf die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls.Such a power semiconductor module provides significant advantages over prior art solutions, in particular with regard to the mechanical stability of the power semiconductor module.

Die vorliegende Erfindung verweist dementsprechend auf ein Leistungshalbleitermodul, das ein Substrat mit einer ersten Seite, die wenigstens einen elektrischen Schaltkreis trägt, und mit einer zweiten Seite umfasst, die gegenüber der ersten Seite lokalisiert ist, wobei der elektrische Schaltkreis, der auf der ersten Seite des Substrats bereitgestellt ist, wenigstens teilweise durch ein Verkapselungsmaterial verkapselt ist, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis kommt und letzteren bedeckt.The present invention accordingly refers to a power semiconductor module comprising a substrate having a first side carrying at least one electrical circuit and having a second side located opposite the first side, the electrical circuit formed on the first side of the Substrate is provided, is at least partially encapsulated by an encapsulation material that comes into direct contact with the electrical circuit and covers the latter.

Das Substrat kann insbesondere ein keramisches Substrat sein, das Leistungshalbleitervorrichtungen auf einer Substratmetallisierung trägt. Die Leistungshalbleitervorrichtungen können dementsprechend zum Beispiel an einer Substratmetallisierung befestigt sein und können zusammen mit anderen Komponenten, wie etwa Anschlüssen und jeweiligen Zwischenverbindungen, einen elektrischen Schaltkreis bilden. In dieser Hinsicht umfasst das Leistungshalbleitermodul bevorzugt mehrere Leistungshalbleitervorrichtungen. Solche Leistungshalbleitervorrichtungen können allgemein so, wie in der Technik bekannt, gebildet werden und können unter anderem Transistoren bzw. Schalter, wie etwa MOSFETs und/oder IGBTs, beinhalten und/oder die mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen können Dioden auf eine nichtbeschränkende Weise umfassen.In particular, the substrate may be a ceramic substrate carrying power semiconductor devices on a substrate metallization. Accordingly, the power semiconductor devices may be attached to a substrate metallization, for example, and together with other components, such as terminals and respective interconnects, may form an electrical circuit. In this regard, the power semiconductor module preferably includes multiple power semiconductor devices. Such power semiconductor devices may be generally formed as is known in the art and may include, but are not limited to, transistors/switches such as MOSFETs and/or IGBTs and/or the plurality of power semiconductor devices may include diodes in a non-limiting manner.

Die Leistungshalbleitervorrichtungen können jeweils miteinander verbunden sein und können sich dementsprechend in elektrischem Kontakt, wie etwa zum Beispiel in galvanischem Kontakt mit den jeweiligen Bereichen der Metallisierung oder einem Leiterrahmen, befinden, wie etwa durch Löten oder Sintern der Leistungshalbleitervorrichtungen darauf.The power semiconductor devices may each be connected to one another and accordingly may be in electrical contact, such as for example in galvanic contact, with respective areas of metallization or a leadframe, such as by soldering or sintering the power semiconductor devices thereon.

Das Leistungshalbleitermodul umfasst ein Verkapselungsmaterial für wenigstens partielles Verkapseln des elektrischen Schaltkreises, welches direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis kommt und letzteren bedeckt, wobei das Verkapselungsmaterial wenigstens eine Epoxidvergussmasse umfasst.The power semiconductor module comprises an encapsulation material for at least partially encapsulating the electrical circuit, which comes into direct contact with the electrical circuit and covers the latter, the encapsulation material comprising at least one epoxy potting compound.

Mit Bezug auf das Verkapselungsmaterial, das den elektrischen Schaltkreis verkapselt, sollte angemerkt werden, dass Öffnungen zum Platzieren elektrischer Verbindungen zum externen Kontaktieren des elektrischen Schaltkreises, wie etwa Anschlüsse, darin bereitgestellt werden können, oder es kann versehen werden, dass die Anschlüsse aus dem Verkapselungsmaterial hervorstehen. Interne Verbindungen, wie etwa Drahtbondverbindungen, werden jedoch bevorzugt innerhalb des Verkapselungsmaterials platziert.With regard to the encapsulation material that encapsulates the electrical circuit, it should be noted that openings for placing electrical connections for externally contacting the electrical circuit, such as terminals, can be provided therein, or the terminals can be provided from the encapsulation material protrude. However, internal connections such as wire bonds are preferably placed within the encapsulation material.

Ferner wird angemerkt, dass die obige Beschreibung nicht ausschließt, dass die Epoxidvergussmasse und dementsprechend das Verkapselungsmaterial auch auf der zweiten Seite und/oder an den Kanten des Substrats und dementsprechend um das Substrat herum bereitgestellt werden.Furthermore, it is noted that the above description does not exclude that the epoxy potting compound and accordingly the encapsulation material are also provided on the second side and/or at the edges of the substrate and accordingly around the substrate.

Die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls wird durch das Verkapselungsmaterial verbessert, da die Epoxidvergussmasse die Faserkomponente umfasst. Das Verkapselungsmaterial wird zum Schützen des elektrischen Schaltkreises durch Verkapseln des elektrischen Schaltkreises verwendet. Mit anderen Worten wird der elektrische Schaltkreis durch das Verkapselungsmaterial beschichtet. Das Verkapselungsmaterial weist eine höhere mechanische Stabilität als Verkapselungsmaterialien auf, die in der Technik bekannt sind. Daher besteht kein Bedarf an zusätzlichen Verstärkungselementen in dem Leistungshalbleitermodul.The mechanical stability of the power semiconductor module is improved by the encapsulation material, since the epoxy potting compound includes the fiber component. The encapsulation material is used to protect the electrical circuit by encapsulating the electrical circuit. In other words, the electrical circuit is coated by the encapsulation material. The encapsulation material has a higher mechanical stability than encapsulation materials known in the art. Therefore, there is no need for additional reinforcement elements in the power semiconductor module.

Eine hohe mechanische Stabilität gibt an, dass das Leistungshalbleitermodul weniger anfällig dafür ist, beschädigt zu werden, wenn eine Kraft auf das Leistungshalbleitermodul ausgeübt wird. Die Kraft kann unter anderem eine mechanische Spannung, einen physischen Druck, eine Erschütterung, eine Scherkraft und thermische Belastung einschließen.A high mechanical stability indicates that the power semiconductor module is less prone to be damaged when a force is applied to the power semiconductor module. The force may include mechanical stress, physical pressure, shock, shear, and thermal stress, among others.

Des Weiteren wird aufgrund der verbesserten mechanischen Stabilität des Leistungshalbleitermoduls die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit, gefährlichen Gasen und Explosionen des Leistungshalbleitermoduls stark verbessert.Furthermore, due to the improved mechanical stability of the power semiconductor module, the resistance to moisture, hazardous gases and explosions of the power semiconductor module is greatly improved.

Da die Epoxidvergussmasse in dem Verkapselungsmaterial dem Leistungshalbleitermodul eine hohe mechanische Stabilität verleiht, ist es möglich, große Leistungshalbleitermodule zu produzieren. Ein großes Leistungshalbleitermodul ermöglicht die Anwendung größerer Substrate und folglich einer größeren Fläche für die elektrischen Schaltkreise. Daher kann die Strombelastbarkeit des Leistungshalbleitermoduls erhöht werden. Daher können für eine gewisse Anwendung weniger Leistungshalbleitermodule für einen gegebenen elektrischen Strom erforderlich sein.Since the epoxy potting compound in the encapsulation material gives the power semiconductor module high mechanical stability, it is possible to produce large power semiconductor modules. A large power semiconductor module allows the use of larger substrates and consequently a larger area for the electrical circuits. Therefore, the current carrying capacity of the power semiconductor module can be increased. Therefore, for a given application, fewer power semiconductor modules may be required for a given electrical current.

Abgesehen von diesen Vorteilen können große Leistungshalbleitermodule zuverlässiger in Bezug auf das Durchlaufen thermischer Zyklen sein. Die große Größe des Leistungshalbleitermoduls kann teilweise eine kleine Diskrepanz eines Wärmeausdehnungskoeffizienten des Verkapselungsmaterials und des Substrats kompensieren.Despite these benefits, large power semiconductor modules can be more reliable in terms of thermal cycling. The large size of the power semiconductor module can partially compensate for a small discrepancy in a thermal expansion coefficient of the packaging material and the substrate.

Insbesondere wenn größere Größen betrachtet werden, kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von mehr als einem Substrat in ein oder mehr als ein Verkapselungsmaterial und dementsprechend in einen gemeinsamen Vergusskörper, der aus dem Verkapselungsmaterial gefertigt ist, eingebunden wird.In particular when larger sizes are considered, provision can be made for a plurality of more than one substrate to be integrated into one or more than one encapsulation material and accordingly into a common potting body made from the encapsulation material.

Wie oben angegeben, umfasst das Leistungshalbleitermodul das Substrat mit der ersten Seite, die den wenigstens einen elektrischen Schaltkreis trägt. Es ist auch möglich, dass das Substrat mehr als einen elektrischen Schaltkreis trägt. Der elektrische Schaltkreis ist wenigstens teilweise durch das Verkapselungsmaterial verkapselt, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis kommt und letzteren bedeckt. Falls es mehr als einen elektrischen Schaltkreis gibt, kann das Verkapselungsmaterial und dementsprechend ein gemeinsamer Vergusskörper, der aus dem Verkapselungsmaterial gefertigt ist, alle elektrischen Schaltkreise oder nur manche elektrischen Schaltkreise auf dem Substrat verkapseln. Bevorzugt sind alle elektrischen Schaltkreise teilweise oder vollständig mit dem Verkapselungsmaterial und dementsprechend mit einem gemeinsamen Vergusskörper, der aus dem Verkapselungsmaterial gefertigt ist, verkapselt. Des Weiteren ist es möglich, dass das Verkapselungsmaterial auch mit dem Substrat in Kontakt kommt und das Substrat bedeckt. In diesem Fall können der elektrische Schaltkreis und das Substrat mit dem Verkapselungsmaterial verkapselt werden, das wenigstens die Epoxidvergussmasse umfasst.As stated above, the power semiconductor module includes the substrate with the first side carrying the at least one electrical circuit. It is also possible for the substrate to carry more than one electrical circuit. The electrical circuit is at least partially encapsulated by the encapsulation material, which directly contacts and covers the electrical circuit. If there is more than one electrical circuit, the encapsulation material and accordingly a common molding body made of the encapsulation material can encapsulate all electrical circuits or only some electrical circuits on the substrate. All electrical circuits are preferably partially or completely encapsulated with the encapsulation material and accordingly with a common potting body made of the encapsulation material. Furthermore, it is possible that the encapsulation material also comes into contact with the substrate and covers the substrate. In this case, the electrical circuit and the substrate can be encapsulated with the encapsulating material comprising at least the epoxy potting compound.

Die Epoxidvergussmasse umfasst eine Faserkomponente. Daher wird die mechanische Stabilität des Verkapselungsmaterials verbessert. Abgesehen davon kann die weitere Zusammensetzung des Epoxidvergussmaterials gemäß einer speziellen Verwendung des Leistungshalbleitermoduls gewählt werden und kann in der Technik bekannten Zusammensetzungen ähnlich sein.The epoxy potting compound includes a fiber component. Therefore, the mechanical stability of the encapsulation material is improved. Apart from that, the further composition of the epoxy potting material can be chosen according to a specific use of the power semiconductor module and can be similar to compositions known in the art.

Die Epoxidvergussmasse kann eine Phenolharzkomponente umfassen. Wie hier verwendet, kann die Phenolharzkomponente auf ein Monomer, Oligomer oder Polymer verweisen, das wenigstens eine Komponente, enthält die von Phenol (C6H5OH) oder substituiertem Phenol abgeleitet ist. Die Phenolharzkomponente kann durch die Reaktion von Phenol oder substituiertem Phenol mit Formaldehyd erhalten werden. Die Phenolharzkomponente kann nichtgenutzte und dementsprechend freie Hydroxylgruppen (-OH) aufweisen.The epoxy potting compound may include a phenolic resin component. As used herein, the phenolic resin component can refer to a monomer, oligomer, or polymer containing at least one component derived from phenol (C 6 H 5 OH) or substituted phenol. The phenolic resin component can be obtained by reacting phenol or substituted phenol with formaldehyde. The phenolic resin component can have unused and therefore free hydroxyl groups (-OH).

Die Phenolharzkomponente kann einen hohen Grad einer Quervernetzung durch duroplastische Aushärtung produzieren, wobei daher stark widerstandsfähige Eigenschaften gegenüber Chemikalien und Wasser erzeugt werden.The phenolic resin component can produce a high degree of crosslinking through thermoset curing, thus producing highly chemical and water resistant properties.

Die Epoxidvergussmasse umfasst eine Epoxidharzkomponente. Wie hier verwendet, kann die Epoxidharzkomponente auf ein Monomer, Oligomer oder Polymer verweisen, das wenigstens eine funktionale Epoxidgruppe enthält. Die Hydroxylgruppen der Phenolharzkomponente und die funktionale Epoxidgruppe können eine Verkettung bilden. Daher kann die Epoxidvergussmasse, wenn sie duroplastisch ausgehärtet ist, mehr Stellen aufweisen, die zur Quervernetzung verwendet werden können.The epoxy potting compound includes an epoxy resin component. As used herein, the epoxy resin component can refer to a monomer, oligomer, or polymer that contains at least one epoxy functional group. The hydroxyl groups of the phenolic resin component and the epoxy functional group can form a linkage. Therefore, when the epoxy potting compound is thermoset, it can have more sites that can be used for crosslinking.

Die Art der Phenolharzkomponente und der Epoxidharzkomponente und ihr verwendetes Verhältnis verändern die Eigenschaften der Epoxidvergussmasse, was zu einem breiten Bereich physikalischer Eigenschaften in Abhängigkeit von der Formulierung führt. Jedes spezielle Beispiel kann einen bestimmten Vorteil, wie etwa eine einfache Anwendung, eine höhere Beständigkeit gegenüber einem chemischen Angriff, Korrosion oder Temperatur, aufweisen. Daher hängt die Wahl der Formulierung von der bestimmten Anwendung ab.The nature of the phenolic resin component and the epoxy resin component and their ratio used alter the properties of the epoxy potting compound, resulting in a wide range of physical properties depending on the formulation. Each specific example may have a specific benefit, such as a simple application tion, higher resistance to chemical attack, corrosion or temperature. Therefore the choice of formulation depends on the particular application.

Die Epoxidharzkomponente kann alle Monomere, Oligomere und Polymere beinhalten, die jeweils wenigstens eine Epoxidgruppe in einem Molekül beinhalten, und Beispiele dafür beinhalten Epoxidverbindungen vom Bisphenyltyp, Epoxidverbindungen vom Bisphenoltyp, Epoxidverbindungen vom Stilbentyp, Epoxidharze vom Phenolnovolaktyp, Epoxidharze vom Resolnovolaktyp, Epoxidverbindungen vom Triphenolmethantyp, Epoxidharze vom alkylmodifizierten Triphenolmethantyp, Epoxidharze, die einen Triazinring enthalten, und dergleichen. Diese können allein oder in einem Gemisch, das wenigstens eines der zuvor genannten Beispiele umfasst, verwendet werden.The epoxy resin component may include all monomers, oligomers and polymers each containing at least one epoxy group in a molecule, and examples thereof include bisphenyl-type epoxy compounds, bisphenol-type epoxy compounds, stilbene-type epoxy compounds, phenol novolak-type epoxy resins, resol novolak-type epoxy resins, triphenolmethane-type epoxy compounds, epoxy resins of the alkyl-modified triphenolmethane type, epoxy resins containing a triazine ring, and the like. These can be used alone or in a mixture comprising at least one of the above examples.

Die Phenolharzkomponente kann Phenolnovolakharze, Kresolnovolakharze, dicyclopentadienmodifizierte Phenolharze, paraxylylenmodifizierte Phenolharze, terpenmodifizierte Phenolharze, Triphenolmethanverbindungen und dergleichen umfassen. Diese können allein oder in einem Gemisch, das wenigstens eines der zuvor genannten Beispiele umfasst, verwendet werden.The phenolic resin component may include phenolic novolac resins, cresol novolac resins, dicyclopentadiene-modified phenolic resins, paraxylylene-modified phenolic resins, terpene-modified phenolic resins, triphenolic methane compounds, and the like. These can be used alone or in a mixture comprising at least one of the above examples.

Zudem kann durch Steuern des Verhältnisses der Anzahl an Epoxidgruppen der Epoxidharzkomponente zu der Anzahl an Phenolhydroxylgruppen der Phenolharzkomponente eine Glasübergangstemperatur des ausgehärteten Verkapselungsmaterials beeinflusst werden. Die Glasübergangstemperatur des Verkapselungsmaterials gibt die Temperatur an, wenn das ausgehärtete Verkapselungsmaterial von einem amorphen starren Zustand in einen flexibleren Zustand wechselt.In addition, a glass transition temperature of the cured encapsulation material can be influenced by controlling the ratio of the number of epoxy groups of the epoxy resin component to the number of phenolic hydroxyl groups of the phenolic resin component. The glass transition temperature of the encapsulant indicates the temperature when the cured encapsulant changes from an amorphous rigid state to a more flexible state.

Wie bereits erwähnt, umfasst die Epoxidvergussmasse die Faserkomponente. Mit Bezug auf die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, wobei relativ zu dem Gewicht der Epoxidvergussmasse die Faserkomponente in einem Bereich von ≥ 10 Gew.- bis ≤ 99 Gew.-% vorliegt. Die mechanische Stabilität kann durch Variieren des Anteils der Faserkomponente an die spezielle Anwendung des Leistungshalbleitermoduls angepasst werden. Mit Bezug auf das Gewicht der Epoxidvergussmasse kann das Gewicht der Faserkomponente nur 10 Gew.-%, 15 Gew.-% oder 20 Gew.-% betragen oder es kann bis zu 85 Gew.-%, 90 Gew.-%, 95 Gew.-% oder 99 Gew.-% betragen. Gewichtsverhältnisse dazwischen sind ebenfalls möglich.As previously mentioned, the epoxy potting compound includes the fiber component. With regard to the mechanical stability of the power semiconductor module, a power semiconductor module can be provided, the fiber component being present in a range from ≧10% by weight to ≦99% by weight relative to the weight of the epoxy casting compound. The mechanical stability can be adjusted to the specific application of the power semiconductor module by varying the proportion of the fiber component. With respect to the weight of the epoxy potting compound, the weight of the fiber component can be as low as 10%, 15%, or 20% by weight, or it can be as high as 85%, 90%, 95%, % or 99% by weight. Weight ratios in between are also possible.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass innerhalb der zuvor definierten Bereiche ein Teil des Fasermaterials durch einen Füllstoff ausgetauscht wird, wie etwa durch Siliciumdioxid, so dass die zuvor definierten Bereiche auch für die Summe aus Faser und Füllstoff, insbesondere einen anorganischen Füllstoff, gültig sein können. Ein bevorzugter Füllstoff kann eine Partikelkomponente, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, umfassen.In particular, provision can be made for part of the fiber material to be replaced by a filler, such as silicon dioxide, within the previously defined ranges, so that the previously defined ranges can also apply to the sum of fibers and filler, in particular an inorganic filler . A preferred filler may include a particulate component as described in more detail below.

Die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls kann auch durch Verwenden einer speziellen Art von Faserkomponente angepasst werden. In dieser Hinsicht kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, wobei die Faserkomponente eine oder mehrere der Fasern umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Glasfaser, Kohlenstofffaser, Naturfaser, Siliciumcarbidfaser und Polymerfaser besteht. Diese können allein oder in einem Gemisch, das wenigstens eines der zuvor genannten Beispiele umfasst, verwendet werden.The mechanical stability of the power semiconductor module can also be adjusted by using a special kind of fiber component. In this regard, a power semiconductor module can be provided, wherein the fiber component comprises one or more of the fibers selected from the group consisting of glass fiber, carbon fiber, natural fiber, silicon carbide fiber, and polymer fiber. These can be used alone or in a mixture comprising at least one of the above examples.

Glasfasern umfassen zahlreiche Fasern aus Glas. Verschiedene Arten von Glas können verwendet werden. Es ist möglich, Siliciumdioxid als Quarzglas zu verwenden. Jedoch ist es auch möglich, andere Arten von Glas zu verwenden. Zum Beispiel kann E-Glas verwendet werden, das ein Aluminiumborsilicatglas ist. Des Weiteren können A-Glas, das ein Alkalikalkglas mit wenig oder ohne Boroxid ist, ein E-CR-Glas, das ein Aluminiumkalksilicat mit weniger als 1 Gew.-% Alkalioxiden und mit einer hohen Säurebeständigkeit ist, ein C-Glas, ein D-Glas, ein R-Glas und/oder ein S-Glas verwendet werden.Glass fibers include numerous fibers of glass. Different types of glass can be used. It is possible to use silica as the quartz glass. However, it is also possible to use other types of glass. For example, E-glass, which is an aluminoborosilicate glass, can be used. Furthermore, A glass, which is an alkali-lime glass with little or no boron oxide, E-CR glass, which is an alumino-lime silicate with less than 1% by weight of alkali oxides and with high acid resistance, C-glass, D -glass, an R-glass and/or an S-glass can be used.

Alternativ dazu oder zusätzlich können Kohlenstofffasern verwendet werden. Kohlenstofffasern können auf Polymeren, die oxidiert und mittels Pyrolyse karbonisiert sind, basieren, wie etwa Polyacrylnitril. Kohlenstofffasern können Kohlenstoff umfassen, der ähnlich Graphit angeordnet sein kann.Alternatively or in addition, carbon fibers can be used. Carbon fibers can be based on polymers that are oxidized and carbonized via pyrolysis, such as polyacrylonitrile. Carbon fibers can include carbon, which can be arranged similar to graphite.

Des Weiteren können als Faser der Faserkomponente Siliciumcarbidfasern verwendet werden. Siliciumcarbidfasern können Fasern sein, die hauptsächlich aus Siliciumcarbidmolekülen bestehen. Die mechanischen Eigenschaften können jenen von Kohlenstofffasern ähnlich sein.Furthermore, as the fiber of the fiber component, silicon carbide fibers can be used. Silicon carbide fibers can be fibers composed mainly of silicon carbide molecules. The mechanical properties can be similar to those of carbon fibers.

Alternativ dazu oder zusätzlich können Polymerfasern verwendet werden. Polymerfasern können auf synthetischen Chemikalien basieren, anstatt aus natürlichen Materialien zu entspringen. Diese Fasern können unter anderem Polyamid, PET und Polyester und Fasern, in denen die Basispolymere Polycarbosilane sind, beinhalten. Polycarbosilane sind Polymere, die Kohlenwasserstoffgruppen und Silangruppen umfassen.Alternatively or in addition, polymer fibers can be used. Polymer fibers can be based on synthetic chemicals rather than derived from natural materials. These fibers may include, inter alia, polyamide, PET and polyester, and fibers in which the base polymers are polycarbosilanes. Polycarbosilanes are polymers that include hydrocarbon groups and silane groups.

Es ist auch möglich, Naturfasern zu verwenden. Naturfasern können durch Pflanzen, Tiere und/oder geologische Prozesse produziert werden. Naturfasern können unter anderem Baumwollfasern, Chitinfasern, Seidenfasern, Keratinfasern und Mineralfasern, wie Asbest, einschließen.It is also possible to use natural fibers. Natural fibers can be produced by plants, animals and/or geological processes. Natural fibers may include, among others, cotton fibers, chitin fibers, silk fibers, keratin fibers, and mineral fibers such as asbestos.

Der Durchmesser der Fasern kann in einem Bereich von ≥ 0,2 µm bis ≤ 200 µm liegen. Dieser Bereich ist allgemein unabhängig von der Art der verwendeten Fasern.The diameter of the fibers can be in a range from ≧0.2 μm to ≦200 μm. This range is generally independent of the type of fibers used.

Um die Eigenschaften der Epoxidvergussmasse weiter anzupassen, kann die Epoxidvergussmasse eine Partikelkomponente umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass die Form des Partikels im Wesentlichen rund, sphärisch oder unregelmäßig ist. Ein Durchmesser des Partikels in einer Richtung ist möglicherweise nicht signifikant länger als ein Durchmesser des Partikels in einer anderen Richtung. Nicht signifikant länger kann bedeuten, dass der Durchmesser in einer Richtung dem Durchmesser in der anderen Richtung mit einer Abweichung von +/-50 % entspricht. Der maximale Durchmesser des Partikels kann in dem Bereich von 200 nm bis 50 µm liegen.To further customize the properties of the epoxy potting compound, the epoxy potting compound may include a particulate component. It can be provided that the shape of the particle is essentially round, spherical or irregular. A diameter of the particle in one direction may not be significantly longer than a diameter of the particle in another direction. Not significantly longer can mean that the diameter in one direction matches the diameter in the other direction within +/-50%. The maximum diameter of the particle can range from 200 nm to 50 μm.

Die Partikelkomponente kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Siliciumdioxidpartikeln, wie etwa kristallinen Siliciumdioxidpartikeln, Quarzglaspartikeln, sphärischen Siliciumdioxidpartikeln, Titanoxidpartikeln, Aluminiumhydroxidpartikeln, Magnesiumhydroxidpartikeln, Zirconiumdioxidpartikeln, Calciumcarbonatpartikeln, Calciumsilicatpartikeln, Talkpartikeln und Tonpartikeln besteht. Diese können allein oder in einem Gemisch, das wenigstens eines der zuvor genannten Beispiele umfasst, verwendet werden.The particle component can be selected from the group consisting of silica particles such as crystalline silica particles, fused silica particles, spherical silica particles, titanium oxide particles, aluminum hydroxide particles, magnesium hydroxide particles, zirconia particles, calcium carbonate particles, calcium silicate particles, talc particles and clay particles. These can be used alone or in a mixture comprising at least one of the above examples.

Die Partikelkomponente in der Epoxidvergussmasse kann zum Anpassen eines Wärmeausdehnungskoeffizienten der Epoxidvergussmasse verwendet werden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient gibt an, wie stark sich ein Material zusammenzieht oder ausdehnt, wenn sich die Temperatur ändert. Falls die Wärmeausdehnung der Epoxidvergussmasse nicht mit der Wärmeausdehnung des Substrats des Leistungshalbleitermoduls übereinstimmt, kann das Leistungshalbleitermodul beschädigt werden, wenn sich eine Temperatur ändert, und dementsprechend aufgrund des Durchlaufens thermischer Zyklen.The particulate component in the epoxy potting compound can be used to adjust a coefficient of thermal expansion of the epoxy potting compound. The coefficient of thermal expansion indicates how much a material will contract or expand when the temperature changes. If the thermal expansion of the epoxy potting compound does not match the thermal expansion of the substrate of the power semiconductor module, the power semiconductor module may be damaged when temperature changes and accordingly due to thermal cycling.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Epoxidvergussmasse kann durch den Anteil der Partikelkomponente, durch die Art der Partikelkomponente und/oder durch den Durchmesser der Partikelkomponente angepasst werden. Mit Bezug auf das Gewicht der Epoxidvergussmasse kann das Gewicht der Partikelkomponente in einem Bereich von 10 bis 99 Gew.-% als eine Summe zusammen mit der verwendeten Faserkomponente liegen. Dies bedeutet, dass das Gewicht der Partikelkomponente mit Bezug auf das Gewicht der Epoxidvergussmasse - zusammen mit der Faserkomponente - nur 10 Gew.-%, 15 Gew.-% oder 20 Gew.-% betragen kann oder es bis zu 85 Gew.-%, 90 Gew.-%, 95 Gew.-% oder 99 Gew.-% betragen kann. Gewichtsverhältnisse dazwischen sind ebenfalls möglich. Bevorzugt werden Siliciumdioxidpartikel, die auch als Kieselerde bezeichnet werden, verwendet. Siliciumdioxidpartikel weisen einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizient von etwa 3 ppm/°C auf. Die Phenolharzkomponente und/oder die Epoxidharzkomponente können Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 300 ppm/°C aufweisen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats des Leistungshalbleitermoduls kann in dem Bereich von 5-10 ppm/°C liegen. Daher kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Epoxidvergussmasse durch Hinzufügen von Siliciumdioxidpartikeln effektiv reduziert und daher effektiv auf den Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats angepasst werden. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Siliciumdioxidpartikeln sehr niedrig ist, ist die Menge an Siliciumdioxidpartikeln, die zum Anpassen des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Epoxidvergussmasse auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats verwendet werden können, niedriger als die Menge, die erforderlich wäre, falls ein Partikel verwendet würde, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizient als Siliciumdioxidpartikel aufweist.The coefficient of thermal expansion of the epoxy potting compound can be adjusted by the proportion of the particulate component, by the type of particulate component, and/or by the diameter of the particulate component. With respect to the weight of the epoxy potting compound, the weight of the particulate component can range from 10 to 99% by weight as a sum together with the fiber component used. This means that the weight of the particle component with respect to the weight of the epoxy potting compound - together with the fiber component - can be as low as 10%, 15% or 20% by weight, or it can be as high as 85% by weight. , 90% by weight, 95% by weight or 99% by weight. Weight ratios in between are also possible. Preference is given to using silicon dioxide particles, which are also referred to as silica. Silica particles have a very low coefficient of thermal expansion of about 3 ppm/°C. The phenolic resin component and/or the epoxy resin component can have coefficients of thermal expansion of about 300 ppm/°C. The thermal expansion coefficient of the substrate of the power semiconductor module can be in the range of 5-10 ppm/°C. Therefore, the thermal expansion coefficient of the epoxy potting compound can be effectively reduced by adding silica particles, and therefore can be effectively matched to the thermal expansion coefficient of the substrate. Because the coefficient of thermal expansion of silica particles is very low, the amount of silica particles that can be used to match the coefficient of thermal expansion of the epoxy potting compound to the coefficient of thermal expansion of the substrate is lower than the amount that would be required if a particle were used that has a higher coefficient of thermal expansion as silica particles.

Des Weiteren kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, wobei die Epoxidvergussmasse wenigstens eine Verbindung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Haftvermittlerkomponente, einer Additivkomponente, einer Aushärtungskomponente und einer Katalysatorkomponente besteht. Diese können allein oder in einem Gemisch, das wenigstens eines der zuvor genannten Beispiele umfasst, verwendet werden. Ferner können diese Komponenten Partikelverbindungen sein oder können eine weitere Form aufweisen.Furthermore, a power semiconductor module can be provided, wherein the epoxy potting compound comprises at least one compound selected from the group consisting of an adhesion promoter component, an additive component, a curing component and a catalyst component. These can be used alone or in a mixture comprising at least one of the above examples. Furthermore, these components may be particulate compounds or may have another form.

Die Haftvermittlerkomponente kann zum Anpassen der Haftung zwischen der Faserkomponente und den weiteren Komponenten der Epoxidvergussmasse und dementsprechend zum Beispiel zwischen organischen und anorganischen Komponenten verwendet werden. Zum Beispiel kann die Haftvermittlerkomponente die Neigung der Faserkomponente zum Anhaften an der Phenolharzkomponente und/oder der Epoxidharzkomponente erhöhen oder reduzieren. Des Weiteren kann die Haftvermittlerkomponente zum Anpassen der Haftung zwischen der Partikelkomponente und der Phenolharzkomponente und/oder der Epoxidharzkomponente verwendet werden. Der Haftvermittler kann zum Beispiel ein Epoxidsilan oder ein Aminosilan sein.The adhesion promoter component can be used to adjust the adhesion between the fiber component and the other components of the epoxy potting compound and accordingly, for example, between organic and inorganic components. For example, the adhesion promoter component can increase or reduce the tendency of the fibrous component to adhere to the phenolic resin component and/or the epoxy resin component. Furthermore, the adhesion promoter component can be used to adjust the adhesion between the particle component and the phenolic resin component and/or the epoxy resin component. The adhesion promoter can be, for example, an epoxy silane or an amino silane.

Zusätzlich oder alternativ zu der Haftvermittlerkomponente kann die Epoxidvergussmasse eine Additivkomponente umfassen. Eine Additivkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein solches Additiv sein, das zum Anpassen einer Farbe, einer Durchschlagfestigkeit, einer Kriechstromfestigkeit (Comparative Tracking Index), einer Brennbarkeit, einer Entflammbarkeit, einer Ioneneinfangfähigkeit und/oder des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Epoxidvergussmasse verwendet werden kann. Zum Beispiel kann ein solches Additiv zum Beispiel Siliciumdioxid umfassen und kann auch in Form eines Partikels, wie oben beschrieben, vorliegen.In addition or as an alternative to the adhesion promoter component, the epoxy casting compound can comprise an additive component. In particular, an additive component according to the present invention can be such an additive that can be used to adjust a color, a dielectric strength, a comparative tracking index, a combustibility, a flammability, an ion trapping ability and/or the coefficient of thermal expansion of the epoxy potting compound. For example, such an additive may comprise silica, for example, and may also be in the form of a particle as described above.

Die Durchschlagfestigkeit der Epoxidvergussmasse gibt zum Beispiel an, wie hoch ein elektrisches Feld sein kann, dem die Epoxidvergussmasse ohne Versagen ihrer isolierenden Eigenschaften standhalten kann.For example, the dielectric strength of the epoxy potting compound indicates how high an electrical field can be that the epoxy potting compound can withstand without losing its insulating properties.

Die Kriechstromfestigkeit (CTI: Comparative Tracking Index) kann die maximale Spannung angeben, bei der die Epoxidvergussmasse 50 Tropfen kontaminierten Wassers ohne Tracking widersteht. Tracking kann als die Bildung leitfähiger Pfade aufgrund elektrischer Beanspruchung, Feuchtigkeit und/oder Kontamination definiert sein. Beispiele für jeweilige Komponenten umfassen zum Beispiel Oxide von Aluminium, Eisen oder Magnesium.Comparative Tracking Index (CTI) can indicate the maximum voltage at which the epoxy potting compound will withstand 50 drops of contaminated water without tracking. Tracking can be defined as the formation of conductive paths due to electrical stress, moisture and/or contamination. Examples of each component include, for example, oxides of aluminum, iron, or magnesium.

Die Additivkomponente kann zum Anpassen der Brennbarkeit und/oder der Entflammbarkeit der Epoxidvergussmasse verwendet werden. Brennbarkeit ist die Fähigkeit der Epoxidvergussmasse zu verbrennen, d. h. in Luft zu brennen. Entflammbarkeit ist die Einfachheit, mit der eine brennbare Substanz entzündet werden kann, wobei ein Feuer oder eine Verbrennung oder sogar eine Explosion verursacht wird. Bevorzugt weist die Epoxidvergussmasse eine niedrige Entflammbarkeit und/oder Brennbarkeit auf. Komponenten in dieser Hinsicht können Phosphatester, bromierte Epoxide oder Antimonoxide umfassen.The additive component can be used to adjust the combustibility and/or the flammability of the epoxy potting compound. Flammability is the ability of the epoxy potting compound to burn, i. H. to burn in air. Flammability is the ease with which a combustible substance can be ignited, causing a fire or a burn or even an explosion. The epoxy potting compound preferably has low flammability and/or combustibility. Components in this regard may include phosphate esters, brominated epoxides, or antimony oxides.

Des Weiteren kann ein Ioneneinfangmittel als Additiv verwendet werden. Das loneneinfangmittel kann Halogenionen, organische Säureanionen, Alkalimetallkationen, Erdalkalimetallkationen und dergleichen einfangen, um dadurch die Menge an ionischen Fremdstoffen in der Epoxidvergussmasse zu reduzieren. Ionische Fremdstoffe können zu Korrosion des Leistungshalbleitermoduls oder von Teilen des Leistungshalbleitermoduls, z. B. den Drähten, führen. Das Ioneneinfangmittel kann die korrodierende Reaktion hemmen. Eine jeweilige Komponente kann Bismut umfassen.Furthermore, an ion trapping agent can be used as an additive. The ion trapping agent can trap halogen ions, organic acid anions, alkali metal cations, alkaline earth metal cations and the like to thereby reduce the amount of ionic impurities in the epoxy potting compound. Ionic impurities can cause corrosion of the power semiconductor module or parts of the power semiconductor module, e.g. B. the wires lead. The ion trapping agent can inhibit the corrosive reaction. Each component may include bismuth.

Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Additivkomponenten kann die Epoxidvergussmasse, falls erforderlich, ferner verschiedene andere Additive umfassen, zum Beispiel: ein Silankopplungsmittel; ein Färbungsmittel, wie etwa Industrieruß, rotes Eisenoxid oder dergleichen; ein Trennmittel, wie etwa Naturwachs, synthetisches Wachs oder dergleichen; ein Geringe-Belastung-Additiv, wie etwa ein Silikonöl, ein Gummi oder dergleichen; usw.Alternatively or in addition to the additive components mentioned above, the epoxy potting compound may further comprise various other additives, if required, for example: a silane coupling agent; a coloring agent such as carbon black, red iron oxide or the like; a release agent such as natural wax, synthetic wax or the like; a low-load additive such as a silicone oil, a gum or the like; etc.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Epoxidvergussmasse eine Aushärtungskomponente umfassen. Eine Aushärtungskomponente kann zum Anpassen der Eigenschaften der Epoxidvergussmasse an die gewünschte Anwendung verwendet werden. Unterschiedliche Klassen von Aushärtungskomponenten können verwendet werden, einschließlich unter anderem Amine, Säuren, Säureanhydride, Phenole, Alkohole und Thiole. Diese können allein oder in einem Gemisch aus zwei oder mehr verwendet werden.Additionally or alternatively, the epoxy potting compound may include a curing component. A curing component can be used to tailor the properties of the epoxy potting compound for the desired application. Different classes of curing components can be used, including but not limited to amines, acids, acid anhydrides, phenols, alcohols, and thiols. These can be used alone or in a mixture of two or more.

Die Epoxidvergussmasse kann auch eine Katalysatorkomponente umfassen. Die Phenolharzkomponente und die Epoxidkomponente können reagieren, um ein dreidimensionales Netz zu bilden. Die Reaktion kann durch eine Katalysatorkomponente unterstützt werden. Die Katalysatorkomponente kann verkapselt werden, um zu ermöglichen, dass die Katalysatorkomponente bei angehobenen Temperaturen freigesetzt wird. Daher ist es möglich, dass die Epoxidvergussmasse eine reduzierte Reaktionsfähigkeit bei Plastifizierungstemperaturen aufweist, ohne die Reaktionsfähigkeit bei Vergusstemperaturen aufzugeben.The epoxy potting compound may also include a catalyst component. The phenolic component and the epoxy component are allowed to react to form a three-dimensional network. The reaction can be supported by a catalyst component. The catalyst component can be encapsulated to allow the catalyst component to be released at elevated temperatures. Therefore, it is possible for the epoxy potting compound to exhibit reduced reactivity at plasticizing temperatures without sacrificing potting temperature reactivity.

Eine Katalysatorkomponente kann zum Beispiel ein Amin oder ein Imidazol umfassen.For example, a catalyst component may comprise an amine or an imidazole.

Das Leistungshalbleitermodul kann durch einen Spritzpressprozess unter Verwendung der Epoxidvergussmasse erhalten werden und kann dementsprechend ein spritzgepresstes Modul sein. Spritzpressen ist ein Herstellungsprozess, bei dem die Epoxidvergussmasse in eine Gießform gepresst wird. Als ein Ergebnis dieses Prozesses wird der elektrische Schaltkreis, der auf der ersten Seite des Substrats bereitgestellt ist, durch das Verkapselungsmaterial auf eine solche Weise verkapselt, dass das Verkapselungsmaterial in direkten Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis kommt. Mit anderen Worten führt der Spritzpressprozess unter Verwendung der Epoxidvergussmasse zu einer Bedeckung des elektrischen Schaltkreises mit dem Verkapselungsmaterial.The power semiconductor module can be obtained by a transfer molding process using the epoxy potting compound and can accordingly be a transfer molded module. Transfer molding is a manufacturing process in which epoxy potting compound is pressed into a mold. As a result of this process, the electrical circuit provided on the first side of the substrate is encapsulated by the encapsulation material in such a way that the encapsulation material comes in direct contact with the electrical circuit. In other words, the transfer molding process using the epoxy potting compound results in covering the electrical circuit with the encapsulating material.

In dieser Hinsicht kann vorgesehen werden, dass nur die erste oder sowohl die erste als auch zweite Seite des Substrats mit dem Verkapselungsmaterial versehen werden.In this respect it can be provided that only the first or both the first and second side of the substrate are provided with the encapsulation material.

In herkömmlichen Leistungshalbleitermodulen werden Epoxidvergussmassen, die keine Faserkomponenten, sondern nur Siliciumdioxidpartikel umfassen, in dem Spritzpressprozess verwendet. Die Siliciumdioxidpartikel weisen eine runde, sphärische oder unregelmäßige Form auf und können mit einem Gewichtsverhältnis mit Bezug auf die Epoxidvergussmasse von etwa 80-90 % verwendet werden.In conventional power semiconductor modules, epoxy potting compounds, which do not include fiber components but only silica particles, are used in the transfer molding process. The silica particles are round, spherical or irregular in shape and can be used in a weight ratio with respect to the epoxy potting compound of about 80-90%.

Jedoch kann dieser hohe Grad an nur Siliciumdioxidpartikel das Verkapselungsmaterial und daher das Leistungshalbleitermodul, das solche Epoxidvergussmassen als Verkapselungsmaterial verwendet, spröde mit Bezug auf mechanische Belastung machen.However, this high level of only silica particles can make the encapsulation material, and therefore the power semiconductor module using such epoxy potting compounds as encapsulation material, brittle with respect to mechanical stress.

Die Einführung der Faserkomponente führt zu einer starken Verbesserung der mechanischen Stabilität des Leistungshalbleitermoduls. Der Ausdruck Faserkomponente kann angeben, dass die Form der Partikel der Faserkomponente erheblich länger als breit ist. Die Faserkomponente weist eine Länge auf, die wenigstens 5-mal so lang wie der Durchmesser der Faserkomponente ist. Zum Beispiel kann der Durchmesser der Faserkomponente 3 µm betragen und kann die Länge der Faserkomponente 20 µm betragen. Der Durchmesser kann der minimale Durchmesser aller Durchmesser in jeder Richtung durch den Querschnitt der Faser sein. Die Faser kann zum Beispiel einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.The introduction of the fiber component leads to a strong improvement in the mechanical stability of the power semiconductor module. The term fibrous component may indicate that the shape of the fibrous component particles is significantly longer than it is wide. The fibrous component has a length at least 5 times the diameter of the fibrous component. For example, the diameter of the fiber component can be 3 µm and the length of the fiber component can be 20 µm. The diameter can be the minimum diameter of all diameters in any direction through the cross-section of the fiber. For example, the fiber may have a circular or oval cross-section.

Es ist einem Fachmann klar, und dies gehört zu dem allgemeinen technischen Wissen, dass im Gegensatz zu einer Faserkomponente und dergleichen, die oben angegeben ist, eine Partikelkomponente kein solches Aspektverhältnis aufweist, wie oben mit Bezug auf die Faserkomponente definiert ist. Tatsächlich weist eine Partikelkomponente eine runde, sphärische oder unregelmäßige Form mit einem Durchmesser in einer Richtung des Partikels auf, der nicht signifikant länger (+/-50 %) als ein Durchmesser in einer anderen Richtung ist.It is clear to a person skilled in the art, and this belongs to common technical knowledge, that in contrast to a fibrous component and the like given above, a particle component does not have such an aspect ratio as defined above with respect to the fibrous component. In fact, a particle component has a round, spherical, or irregular shape with a diameter in one direction of the particle that is not significantly longer (+/-50%) than a diameter in another direction.

Bevorzugt ist die Länge der Faserkomponente kleiner als eine Länge einer Angussöffnungsgröße und/oder eine Länge eines Angusskanals einer Vergussplatte. In dem Spritzpressprozess kann die feste Epoxidvergussmasse erwärmt werden, so dass sie zu einer Flüssigkeit wird, und kann dann durch Angusskanäle und Angussöffnungen einer Vergussplatte fließen, die sie in die Gussform lenkt. Spritzpressplatten für Halbleiter können Angussöffnungsgrößen in dem Bereich von 100 µm aufweisen. Faserkomponenten können auch Fasern mit einer Länge in dem Bereich von 100 µm aufweisen. Daher kann die Verwendung einer Epoxidvergussmasse, die eine Faserkomponente umfasst, bei der die Länge der Faserkomponente kleiner als die Angussöffnungsgröße und/oder die Länge des Angusskanals ist, vorteilhaft für den Spritzpressprozess sein, wobei die oben definierten Werte so verstanden werden sollen, dass sie die vorliegende Erfindung nicht beschränken.The length of the fiber component is preferably less than a length of a gate opening size and/or a length of a runner channel of a casting plate. In the transfer molding process, the solid epoxy molding compound can be heated so that it becomes a liquid and then allowed to flow through runners and gates of a molding plate, which directs it into the mold. Semiconductor transfer molding plates can have gate opening sizes in the range of 100 µm. Fiber components can also have fibers with a length in the range of 100 µm. Therefore, the use of an epoxy potting compound comprising a fibrous component in which the length of the fibrous component is less than the gate size and/or the length of the runner can be beneficial to the transfer molding process, the values defined above being understood to reflect the not limit the present invention.

Des Weiteren kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, bei dem der elektrische Schaltkreis wenigstens eine Drahtbondverbindung umfasst, wobei ein Durchmesser wenigstens eines Drahtes der Drahtbondverbindung etwa zweimal eine Größe der Faserkomponente ist, wobei diese Werte jedoch die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Die Größe der Faserkomponente umfasst die Länge der Faser und den Durchmesser der Faser. Faserkomponenten in der Spritzpressmasse können in dem Spritzpressprozess Verformungen in den Drähten der Drahtbondverbindung einführen. Jedoch können für große Leistungshalbleitermodule auch Drahtbondverbindungen mit Drähten mit einem großen Durchmesser verwendet werden. Daher kann die Gefahr einer Verformung klein sein. Folglich können durch das Vorliegen von Drahtbondverbindungen, bei denen der Durchmesser wenigstens eines Drahtes der Drahtbondverbindung etwa zweimal die Größe der Faserkomponente ist, elektrische Kurzschlüsse in dem Leistungshalbleitermodul vermieden werden.Furthermore, a power semiconductor module can be provided in which the electrical circuit comprises at least one wire bond, wherein a diameter of at least one wire of the wire bond is about twice a size of the fiber component, but these values do not limit the present invention. The size of the fiber component includes the length of the fiber and the diameter of the fiber. Fiber components in the transfer molding compound can introduce strains in the wires of the wire bond in the transfer molding process. However, wire bonds with large diameter wires can also be used for large power semiconductor modules. Therefore, the risk of deformation can be small. Consequently, electrical short circuits in the power semiconductor module can be avoided by the presence of wire bonds, in which the diameter of at least one wire of the wire bond connection is approximately twice the size of the fiber component.

Bevorzugt, aber nicht beschränkend, beträgt der Durchmesser wenigstens eines Drahtes der Drahtbondverbindung etwa zweimal die Größe der Faserkomponente. Falls zum Beispiel die Faser eine Länge von 80 µm aufweist, kann der Durchmesser des Drahtes wenigstens 160 µm betragen. Daher ist die Gefahr einer Verformung des Drahtes sehr gering, wenn die Epoxidvergussmasse verwendet wird. Etwa zweimal die Größe der Faserkomponente kann Toleranzen von +/-10 % beinhalten. Bevorzugt ist der Draht der Drahtbondverbindung ein Aluminiumdraht. Besonders bevorzugt weist der Draht einen Durchmesser in dem Bereich von 200 µm bis 400 µm oder sogar mehr auf.Preferably, but not by limitation, the diameter of at least one wire of the wire bond is about twice the size of the fiber component. For example, if the fiber is 80 µm in length, the diameter of the wire can be at least 160 µm. Therefore, the risk of wire deformation is very low when using the epoxy potting compound. Approximately twice the size of the fiber component can include tolerances of +/-10%. The wire of the wire bond connection is preferably an aluminum wire. Most preferably, the wire has a diameter in the range of 200 µm to 400 µm or even more.

Das Verkapselungsmaterial des Leistungshalbleitermoduls kommt direkt mit dem elektrischen Schaltkreis in Kontakt und bedeckt den elektrischen Schaltkreis des Leistungshalbleitermoduls. Das Verkapselungsmaterial schützt daher das Leistungshalbleitermodul. Gemäß dem Vorhergehenden kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, wobei das Leistungshalbleitermodul frei von einer Umhüllung zum Umschließen des Verkapselungsmaterials ist. Aufgrund des Verkapselungsmaterials ist es nicht erforderlich, dass das Leistungshalbleitermodul eine zusätzliche Umhüllung umfasst. Der Schutz und die mechanische Stabilität des Verkapselungsmaterials sind hoch genug, dass eine Umhüllung des Leistungshalbleitermoduls verzichtbar ist.The encapsulation material of the power semiconductor module comes in direct contact with the electric circuit and covers the electric circuit of the power semiconductor module. The encapsulation material therefore protects the power semiconductor module. According to the foregoing, a power semiconductor module can be provided, wherein the power semiconductor module is free of a can for enclosing the encapsulation material. Due to the encapsulation material, it is not necessary for the power semiconductor module to include an additional encapsulation. The protection and the mechanical stability of the encapsulation material are high enough that an encapsulation of the power semiconductor module is not necessary.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Leistungshalbleitermodul, das einen Vergusskörper umfasst, bereitgestellt wird, wobei der Vergusskörper aus dem Verkapselungsmaterial besteht. Mit anderen Worten kann das Leistungshalbleitermodul den Vergusskörper umfassen, wobei der Vergusskörper möglicherweise nur aus dem Verkapselungsmaterial zum Schutz des elektrischen Schaltkreises gebildet ist. Der Vergusskörper des Leistungshalbleitermoduls kann während des Spritzpressprozesses, wie oben beschrieben, gebildet werden.Provision can furthermore be made for a power semiconductor module, which includes a potting body, to be provided, with the potting body consisting of the encapsulation material. In other words, the power semiconductor module can include the potting body, with the potting body possibly being formed only from the encapsulation material for protecting the electrical circuit. The potting body of the power semiconductor module can be formed during the transfer molding process, as described above.

Mit Bezug auf die hohe mechanische Stabilität der Epoxidvergussmasse kann ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt werden, bei dem eine Länge des Vergusskörpers wenigstens 50 mm beträgt. Große Vergusskörper sind insbesondere anfällig für mechanische Belastung. Da jedoch die mechanische Stabilität der Epoxidvergussmasse besonders hoch ist, ist es möglich, einen großen Vergusskörper mit einer hohen Stabilität zu bilden. Eine Länge des Vergusskörpers kann auf eine Entfernung zwischen zwei beliebigen Punkten auf dem Vergusskörper verweisen. Zum Beispiel kann die Länge auf eine Körperdiagonale des Vergusskörpers, auf eine Länge einer Kante des Vergusskörpers oder auf eine beliebige Länge auf der Oberfläche des Vergusskörpers, die zwei Punkte auf dem Vergusskörper verbindet, verweisen.With regard to the high mechanical stability of the epoxy casting compound, a power semiconductor module can be provided in which the length of the casting body is at least 50 mm. Large potting bodies are particularly susceptible to mechanical stress. However, since the mechanical stability of the epoxy potting compound is particularly high, it is possible to form a large potted body with high stability. A length of the pot can refer to a distance between any two points on the pot. For example, the length may refer to a body diagonal of the molding, a length of an edge of the molding, or any length on the surface of the molding that connects two points on the molding.

Besonders bevorzugt umfasst die Länge des Vergusskörpers, die wenigstens 50 mm beträgt, eine Länge einer Kante des Vergusskörpers. Besonders bevorzugt beträgt die Länge des Vergusskörpers wenigstens 80 mm und ganz besonders bevorzugt wenigstens 100 mm. Jedoch sollen die obigen Parameter lediglich als Beispiele verstanden werden und die vorliegende Erfindung ist auch für kleinere Vergusskörper möglich und vorteilhaft.The length of the potting body, which is at least 50 mm, particularly preferably includes a length of an edge of the potting body. The length of the cast body is particularly preferably at least 80 mm and very particularly preferably at least 100 mm. However, the above parameters should only be understood as examples and the present invention is also possible and advantageous for smaller potting bodies.

Im Grunde kann der Vergusskörper eine beliebige Form aufweisen. Die Form des Vergusskörpers kann dem Substrat entsprechen. Jedoch kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Vergusskörper eine rechteckige Form aufweisen. Eine rechteckige Form kann eine genaue rechteckige Form sein, aber sie kann zum Beispiel auch die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken umfassen. Eine rechteckige Form kann mit Bezug auf das Stapeln einiger Vergusskörper oder mit Bezug auf das Anbringen des Vergusskörpers an zusätzlichen Komponenten vorteilhaft sein. Zum Beispiel kann der Vergusskörper eine rechteckige Form aufweisen, bei der eine Länge einer Kante des Vergusskörpers 100 mm +/-10 % sein kann und eine andere Länge einer Kante des Vergusskörpers 140 mm +/-10 % sein kann, wobei diese Werte jedoch lediglich Ausführungsbeispiele sind.Basically, the cast body can have any shape. The shape of the potting body can correspond to the substrate. However, in a preferred embodiment of the invention, the potting body may have a rectangular shape. A rectangular shape can be an exact rectangular shape, but it can also include the shape of a rectangle with rounded corners, for example. A rectangular shape may be advantageous with respect to stacking some potting or with respect to attaching the potting to additional components. For example, the potting body can have a rectangular shape, where a length of an edge of the potting body can be 100 mm +/-10% and another length of an edge of the potting body can be 140 mm +/-10%, but these values are only Examples are.

Gemäß dem Vorhergehenden können das Leistungshalbleitermodul und dementsprechend insbesondere der Vergusskörper dazu eingerichtet sein, an einem Kühlkörper angebracht zu werden. Es ist oft für die Funktionalität des Leistungshalbleitermoduls erforderlich, das Leistungshalbleitermodul zu kühlen. Daher kann der Vergusskörper Schraubenlöcher, Montagelöcher und/oder beliebige andere Vorrichtungen zum Befestigen des Vergusskörpers an dem Kühlkörper umfassen. Bevorzugt befinden sich die Schraubenlöcher jeweils in einer Ecke des Vergusskörpers. Falls der Vergusskörper eine rechteckige Form aufweist, kann es ein Schraubenloch in jeder Ecke des Vergusskörpers geben.According to the above, the power semiconductor module and accordingly in particular the potting body can be set up to be attached to a heat sink. It is often necessary for the functionality of the power semiconductor module to cool the power semiconductor module. Thus, the potting may include screw holes, mounting holes, and/or any other devices for attaching the potting to the heatsink. The screw holes are preferably each located in a corner of the cast body. If the potting has a rectangular shape, there may be a screw hole in each corner of the potting.

Des Weiteren kann der Vergusskörper zum Bedecken des Substrats eingerichtet sein. Das Leistungshalbleitermodul kann das Substrat umfassen, auf dem der elektrische Schaltkreis montiert sein kann. Das Substrat und der elektrische Schaltkreis auf dem Substrat können durch den Vergusskörper verkapselt sein. Daher kann der Vergusskörper auch das Substrat bedecken. Es ist auch möglich, dass der Vergusskörper die gesamte erste Seite des Substrats bedeckt. Des Weiteren ist es auch möglich, dass der Vergusskörper eine Kante des Substrats und Seitenwände des Substrats und/oder die zweite Seite des Substrats bedeckt. Jedoch ist es auch möglich, dass die zweite Seite frei von Verkapselungsmaterial ist, um das Substrat mit einer Basisplatte zu verbinden. Jedoch kann auch vorgesehen werden, dass die zweite Seite des Substrats mit einer Basisplatte verbunden ist und dass die Basisplatte auch wenigstens teilweise durch das Verkapselungsmaterial verkapselt ist.Furthermore, the potting body can be set up to cover the substrate. The power semiconductor module may include the substrate on which the electrical circuit may be mounted. The substrate and the electrical circuitry on the substrate may be encapsulated by the potting body. The potting body can therefore also cover the substrate. It is also possible for the potting body to cover the entire first side of the substrate. Furthermore, it is also possible for the potting body to cover an edge of the substrate and side walls of the substrate and/or the second side of the substrate. However, it is also possible that the second side is free of encapsulation material in order to connect the substrate to a base plate. However, it can also be provided that the second side of the substrate is connected to a base plate and that the base plate is also at least partially encapsulated by the encapsulation material.

Um das Leistungshalbleitermodul elektrisch mit weiteren Teilen zu verbinden, kann der Vergusskörper wenigstens eine Öffnung für einen Anschluss umfassen. Durch die Öffnung in dem Vergusskörper ist es möglich, den Leistungshalbleiter elektrisch mit weiteren Teilen zu verbinden, wie etwa extern mit dem elektrischen Schaltkreis zu verbinden.In order to electrically connect the power semiconductor module to other parts, the potting body can include at least one opening for a connection. The opening in the potting body makes it possible to electrically connect the power semiconductor to other parts, such as externally to the electrical circuit.

Mit Bezug auf weitere Vorteile und technische Merkmale des Leistungshalbleitermoduls wird auf die Verwendung der Epoxidvergussmasse, die Figuren und die weitere Beschreibung verwiesen.With regard to further advantages and technical features of the power semiconductor module, reference is made to the use of the epoxy casting compound, the figures and the further description.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Epoxidvergussmasse, die wenigstens eine Faserkomponente umfasst, als ein Verkapselungsmaterial zum Bilden eines Leistungshalbleitermoduls, wobei die Faserkomponente eine Länge aufweist, die wenigstens 5-mal so lang wie der Durchmesser der Faserkomponente ist, und wobei das Leistungshalbleitermodul ein Substrat mit einer ersten Seite, die wenigstens einen elektrischen Schaltkreis trägt, und mit einer zweiten Seite umfasst, die gegenüber der ersten Seite lokalisiert ist, wobei der wenigstens eine elektrische Schaltkreis wenigstens teilweise durch das Verkapselungsmaterial verkapselt ist, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis kommt und letzteren bedeckt.The present invention further relates to the use of an epoxy potting compound comprising at least one fiber component as an encapsulation material for forming a power semiconductor module, wherein the fiber component has a length which is at least 5 times the diameter of the fiber component, and wherein the power semiconductor module is a A substrate having a first side carrying at least one electrical circuit and a second side located opposite the first side wherein the at least one electrical circuit is at least partially encapsulated by the encapsulation material that directly contacts and covers the electrical circuit.

Die Verwendung einer Epoxidvergussmasse, die eine Faserkomponente umfasst, als Verkapselungsmaterial zum Bilden eines Leistungshalbleitermoduls führt zu einer Verbesserung der mechanischen Stabilität des Leistungshalbleitermoduls. Daher ist es möglich, große Leistungshalbleitermodule mit einer hohen mechanischen Stabilität zu produzieren. Des Weiteren wird der Schutz des Leistungshalbleitermoduls durch die Epoxidvergussmasse verbessert. Bevorzugt wird die Epoxidvergussmasse für Leistungshalbleitermodule verwendet, die mittels Spritzpressen in dem Spritzpressprozess produziert werden.The use of an epoxy potting compound, which includes a fiber component, as an encapsulation material for forming a power semiconductor module leads to an improvement in the mechanical stability of the power semiconductor module. It is therefore possible to produce large power semiconductor modules with high mechanical stability. Furthermore, the protection of the power semiconductor module is improved by the epoxy potting compound. The epoxy potting compound is preferably used for power semiconductor modules that are produced by means of transfer molding in the transfer molding process.

Mit Bezug auf weitere Vorteile und technische Merkmale der Verwendung der Epoxidvergussmasse wird auf den Leistungshalbleiter, die Figuren und die weitere Beschreibung verwiesen.With regard to further advantages and technical features of the use of the epoxy casting compound, reference is made to the power semiconductor, the figures and the further description.

Um das Vorhergehende zusammenzufassen, löst die vorliegende Erfindung eine wichtige Aufgabe, wie die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls verbessert wird.To summarize the foregoing, the present invention solves an important problem of how to improve the mechanical stability of the power semiconductor module.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und unter Bezugnahme auf mit diese erläutert. Einzelne Merkmale, die in den Ausführungsformen offenbart sind, können allein oder in Kombination einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellen. Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform übertragen werden.These and other aspects of the invention will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described below. Individual features disclosed in the embodiments may represent an aspect of the present invention alone or in combination. Features of the different embodiments may be carried over from one embodiment to another embodiment.

In den Zeichnungen gilt:

  • 1 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls aus 1.
In the drawings:
  • 1 shows a schematic side sectional view of a power semiconductor module according to a first embodiment of the invention, and
  • 2 FIG. 12 shows a schematic perspective view of the power semiconductor module 1 .

Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Leistungshalbleitermoduls 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Leistungshalbleitermodul 10 umfasst ein Substrat 12 mit einer ersten Seite 14 und einer zweiten Seite 16. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 12 ein keramisches Substrat 12. Die erste Seite 14 trägt wenigstens einen elektrischen Schaltkreis 18, der durch ein Verkapselungsmaterial 20 verkapselt ist, das direkt mit dem elektrischen Schaltkreis 18 in Kontakt kommt und den elektrischen Schaltkreis 18 bedeckt. Bei dieser Ausführungsform umfasst der elektrische Schaltkreis 18 eine Kupfermetallisierung 22, die sich auf dem Substrat 12 befindet. Des Weiteren umfasst der elektrische Schaltkreis 18 eine Leistungshalbleitervorrichtung 24 auf der Metallisierung 22. Die Leistungshalbleitervorrichtung 24 ist mit einem Draht 26 einer Drahtbondverbindung 28 verbunden, die die Leistungshalbleitervorrichtung 24 mit einem anderen Teil der Kupfermetallisierung 22 verbindet. Bei dieser Ausführungsform ist der Draht 26 ein Aluminiumdraht 26 und weist einen Durchmesser von 300 µm auf. Das Verkapselungsmaterial 20 umfasst wenigstens eine Epoxidvergussmasse, die wenigstens eine Faserkomponente umfasst. 1 FIG. 1 shows a schematic sectional view of a power semiconductor module 10 according to a first embodiment of the invention. The power semiconductor module 10 includes a substrate 12 having a first side 14 and a second side 16. In this preferred embodiment, the substrate 12 is a ceramic substrate 12. The first side 14 carries at least one electrical circuit 18 encapsulated by an encapsulation material 20, which comes into direct contact with the electrical circuit 18 and covers the electrical circuit 18 . In this embodiment, the electrical circuit 18 includes copper metallization 22 located on the substrate 12 . The electrical circuit 18 further includes a power semiconductor device 24 on the metallization 22 . In this embodiment, the wire 26 is an aluminum wire 26 and has a diameter of 300 µm. The encapsulation material 20 includes at least one epoxy potting compound that includes at least one fiber component.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst die Epoxidvergussmasse Glasfasern als Faserkomponente. Mit Bezug auf das Gewicht der Epoxidvergusskomponente beträgt das Gewicht der Faserkomponente 93 Gew.-%. Ferner umfasst die Epoxidvergusskomponente eine Phenolharzkomponente. Zum Anpassen des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Epoxidvergussmasse an das Substrat umfasst die Epoxidvergussmasse ferner Siliciumdioxidpartikel als eine Partikelkomponente. In this embodiment of the invention, the epoxy potting compound comprises glass fibers as the fiber component. With respect to the weight of the epoxy potting component, the weight of the fiber component is 93% by weight. Furthermore, the epoxy potting component includes a phenolic resin component. To match the coefficient of thermal expansion of the epoxy potting compound to the substrate, the epoxy potting compound further includes silica particles as a particle component.

Es ist ferner gezeigt, dass das Substrat 12 mit einer Basisplatte 30 verbunden ist, die sich auf der zweiten Seite 16 des Substrats 12 befindet.The substrate 12 is also shown bonded to a base plate 30 located on the second side 16 of the substrate 12 .

Das Leistungshalbleitermodul 10 aus 1 wird durch einen Spritzpressprozess unter Verwendung der Epoxidvergussmasse erhalten. In dem Spritzpressprozess wird die Epoxidvergussmasse in eine Gussform gepresst. Infolgedessen bedeckt die Epoxidvergussmasse den elektrischen Schaltkreis 18 sowie das Substrat 12 als Verkapselungsmaterial 20. Mit anderen Worten umfasst das Leistungshalbleitermodul 10 einen Vergusskörper 32, wobei der Vergusskörper 32 aus dem Verkapselungsmaterial 20 besteht. Der Vergusskörper 32 schützt das Leistungshalbleitermodul 10. Der Vergusskörper 32 bedeckt den elektrischen Schaltkreis 18 sowie das Substrat 12. Dementsprechend ist das Leistungshalbleitermodul 10 in 1 frei von einer Umhüllung.The power semiconductor module 10 off 1 is obtained by a transfer molding process using the epoxy potting compound. In the transfer molding process, the epoxy potting compound is pressed into a mold. As a result, the epoxy potting compound covers the electrical circuit 18 and the substrate 12 as the encapsulation material 20 . The potting body 32 protects the power semiconductor module 10. The potting body 32 covers the electrical circuit 18 and the substrate 12. Accordingly, the power semiconductor module 10 is in 1 free of an envelope.

2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 10 aus 1. Aufgrund der Faserkomponente in der Epoxidvergussmasse wird die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls 10 verbessert. Daher ist es möglich, dass der Vergusskörper 32 groß ist. Das Leistungshalbleitermodul 10 und der Vergusskörper 32 weisen eine rechteckige Form mit einer Länge 34 von 140 mm und einer Breite von 100 mm auf. Die in 1 dargestellte Schnittansicht ist parallel zu der Länge 34 des Leistungshalbleitermoduls 10. 2 FIG. 12 shows a schematic perspective view of the power semiconductor module 10. FIG 1 . Due to the fiber component in the epoxy potting compound, the mechanical stability of the power semiconductor module 10 is improved. Therefore, there is a possibility that the potting body 32 is large. The power semiconductor module 10 and the encapsulation bodies 32 have a rectangular shape with a length 34 of 140 mm and a width of 100 mm. In the 1 The sectional view shown is parallel to the length 34 of the power semiconductor module 10.

Des Weiteren umfasst, wie in 2 zu sehen ist, der Vergusskörper 32 Schraubenlöcher 36. Daher ist der Vergusskörper 32 dazu eingerichtet, an einem Kühlkörper angebracht zu werden. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Vergusskörper 32 ein Schraubenloch 36 in jeder Ecke des Vergusskörpers 32.Furthermore, as in 2 As can be seen, the potting body 32 has screw holes 36. Therefore, the potting body 32 is adapted to be attached to a heat sink. In this embodiment, the potting body 32 includes a screw hole 36 in each corner of the potting body 32.

Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung ausführlich veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung veranschaulichend oder beispielhaft und nicht beschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen zu offenbarender Ausführungsformen können von einem Fachmann, der die beanspruchte Erfindung ausführt, aus einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche verstanden und bewirkt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die reine Tatsache, dass gewisse Maßnahmen in jeweils unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen genannt sind, gibt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als den Schutzumfang beschränkend ausgelegt werden.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description are to be considered in an illustrative or exemplary rather than restrictive manner; the invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations to be disclosed may be understood and effected by one skilled in the art to practice the claimed invention from a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plural. The mere fact that certain measures are recited in respective different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Leistungshalbleitermodulpower semiconductor module
1212
Substratsubstrate
1414
erste Seitefirst page
1616
zweite Seitesecond page
1818
elektrischer Schaltkreiselectrical circuit
2020
Verkapselungsmaterialencapsulation material
2222
Kupfermetallisierungcopper metallization
2424
Leistungshalbleitervorrichtungpower semiconductor device
2626
Drahtwire
2828
Drahtbondverbindungwire bond connection
3030
Basisplattebase plate
3232
Vergusskörperpotting body
3434
Längelength
3636
Schraubenlochscrew hole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • US 2018342438 A1 [0010]US2018342438A1 [0010]

Claims (15)

Leistungshalbleitermodul (10), das ein Substrat (12) mit einer ersten Seite (14), die wenigstens einen elektrischen Schaltkreis (18) trägt, und mit einer zweiten Seite (16) umfasst, die gegenüber der ersten Seite (14) lokalisiert ist, wobei der wenigstens eine elektrische Schaltkreis (18) wenigstens teilweise durch ein Verkapselungsmaterial (20) verkapselt ist, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis (18) kommt und letzteren bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (20) wenigstens eine Epoxidvergussmasse umfasst, wobei die Epoxidvergussmasse wenigstens eine Faserkomponente umfasst, wobei die Faserkomponente eine Länge aufweist, die wenigstens 5-mal so lang wie der Durchmesser der Faserkomponente ist.Power semiconductor module (10) comprising a substrate (12) having a first side (14) carrying at least one electrical circuit (18) and having a second side (16) located opposite the first side (14), wherein the at least one electrical circuit (18) is at least partially encapsulated by an encapsulation material (20) which comes into direct contact with the electrical circuit (18) and covers the latter, characterized in that the encapsulation material (20) comprises at least one epoxy potting compound, wherein the epoxy potting compound comprises at least one fibrous component, the fibrous component having a length at least 5 times the diameter of the fibrous component. Leistungshalbleitermodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxidvergussmasse eine Phenolharzkomponente umfasst.Power semiconductor module (10) after claim 1 , characterized in that the epoxy potting compound comprises a phenolic resin component. Leistungshalbleitermodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass relativ zu dem Gewicht der Epoxidvergussmasse die Faserkomponente in einem Bereich von 10 bis 99 Gew.-% vorhanden ist.Power semiconductor module (10) after claim 1 or 2 , characterized in that relative to the weight of the epoxy potting compound, the fiber component is present in a range of 10 to 99% by weight. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Faserkomponente eine oder mehrere der Fasern umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Glasfaser, Kohlenstofffaser, Naturfaser, Siliciumcarbidfaser und Polymerfaser besteht.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the at least one fiber component comprises one or more of the fibers selected from the group consisting of glass fiber, carbon fiber, natural fiber, silicon carbide fiber and polymer fiber. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxidvergussmasse eine Partikelkomponente umfasst.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the epoxy potting compound comprises a particulate component. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxidvergussmasse wenigstens eine Verbindung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Haftvermittlerkomponente, einer Additivkomponente, einer Aushärtungskomponente und einer Katalysatorkomponente besteht.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the epoxy potting compound comprises at least one compound selected from the group consisting of an adhesion promoter component, an additive component, a curing component and a catalyst component. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (10) ein spritzgepresstes Modul ist.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the power semiconductor module (10) is a transfer-molded module. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (10) frei von einer Umhüllung zum Umschließen des Verkapselungsmaterials (20) ist.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the power semiconductor module (10) is free of an envelope for enclosing the encapsulation material (20). Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (10) einen Vergusskörper (32) umfasst, wobei der Vergusskörper (32) aus dem Verkapselungsmaterial (20) besteht.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the power semiconductor module (10) comprises a potting body (32), wherein the potting body (32) consists of the encapsulation material (20). Leistungshalbleitermodul (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (34) des Vergusskörpers (32) wenigstens 50 mm beträgt.Power semiconductor module (10) after claim 9 , characterized in that a length (34) of the casting body (32) is at least 50 mm. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergusskörper (32) eine rechteckige Form aufweist.Power semiconductor module (10) according to one of claims 9 or 10 , characterized in that the casting body (32) has a rectangular shape. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergusskörper (32) zum wenigstens partiellen Bedecken des Substrats (12) eingerichtet ist.Power semiconductor module (10) according to one of claims 9 until 11 , characterized in that the potting body (32) is set up for at least partially covering the substrate (12). Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (10) dazu eingerichtet ist, an einem Kühlkörper angebracht zu werden.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 12 , characterized in that the power semiconductor module (10) is adapted to be attached to a heat sink. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsmaterial (20) die zweite Seite (16) des Substrats (12) wenigstens teilweise bedeckt.Power semiconductor module (10) according to one of Claims 1 until 13 , characterized in that the encapsulation material (20) at least partially covers the second side (16) of the substrate (12). Verwendung einer Epoxidvergussmasse, die wenigstens eine Faserkomponente umfasst, als Verkapselungsmaterial (20) zum Bilden eines Leistungshalbleitermoduls (10), wobei die Faserkomponente eine Länge aufweist, die wenigstens 5-mal so groß wie der Durchmesser der Faserkomponente ist, und wobei das Halbleitermodul (10) ein Substrat (12) mit einer ersten Seite (14), die wenigstens einen elektrischen Schaltkreis (18) trägt, und mit einer zweiten Seite (16) umfasst, die gegenüber der ersten Seite (14) lokalisiert ist, wobei der wenigstens eine elektrische Schaltkreis (18) wenigstens teilweise durch das Verkapselungsmaterial (20) verkapselt ist, das direkt in Kontakt mit dem elektrischen Schaltkreis (18) kommt und letzteren bedeckt.Use of an epoxy potting compound, which comprises at least one fiber component, as an encapsulation material (20) for forming a power semiconductor module (10), the fiber component having a length which is at least 5 times the diameter of the fiber component, and the semiconductor module (10 ) a substrate (12) having a first side (14) carrying at least one electrical circuit (18) and having a second side (16) located opposite the first side (14), the at least one electrical circuit (18) is at least partially encapsulated by the encapsulation material (20) which comes directly into contact with and covers the electrical circuit (18).
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