[发明专利]功率半导体模块和用于制造功率半导体模块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体模块领域、其构造和制造方法。

背景技术

现代功率半导体模块除了包括功率电子半导体元件(尤其是功率半导体开关)外还包括作为主要构件的集成电路(ICs)。其例如用于接通功率半导体开关或者用于测量电流或者温度。在这种情况下通常被称为“智能功率半导体模块”(“智能功率模块”，缩写：IPM)。这种IPM包括通常附加于功率电子器件所需的驱动电路(栅极驱动器)等。功率半导体模块中的常见工作电压能够处于从几百伏到几千伏的范围。这些高电压施加在集成电路(例如栅极驱动器)的外部触点(高电压触点)上，所以这些集成功能块需要有效的绝缘。因此分别根据应用且由此附带的标准，必须维持集成电路的高电压触点和处于低电位的通电部分之间的间距(所谓的空气间隙和漏电间隙)，从而确保了充分绝缘。多个供以高电压的集成功能块的彼此绝缘同样确定相互间隔。如果在电路板(印刷电路板)上布置多个这种集成电路，那么电路板上的功能块的横向间距需要很大的需求空间。而追求越来越紧凑的模块需要减少电路板表面积。

在维持相等的绝缘的情况下(即在维持相等的漏电间隙的情况下)确保所需电路板表面积的可能性在于，通过具有小间隔(间隔＝导线间距)或者BGA(BGA＝球栅阵列)的壳体来使用常规的SMD(SMD＝表面贴装器件)集成电路壳体。

当然，该方法需要额外的绝缘层，这些芯片壳体必须通过该绝缘层被遮盖，这将产生一个额外的操作步骤。此外在集成电路之下实现制作绝缘层只能是昂贵的。由该方法获得的电路板上的表面积相比于起始位置只是微小的且因此与该绝缘要求的明显更高的费用(附加的绝缘层)相对。

发明内容

基于本发明的任务在于，提供一种在功能性相同的情况下具有降低的空间需求的功率半导体模块以及一种相应的制造方法。通过根据本发明功率半导体模块和用于制造功率半导体模块的方法实现该任务。

本发明的一个方面涉及一种功率半导体模块。根据本发明的一个示例该功率半导体模块具有电路板，所述电路板在包括布置在所述电路板的顶面上的结构化的第一金属结构(Metallisierung)和至少一个第二金属结构，所述第二金属结构在垂直的方向处于第一金属结构下方、平行于所述第一金属结构布置并与所述第一金属结构绝缘。在所述电路板的所述顶面上布置至少一个无壳体的半导体芯片，所述半导体芯片具有多个接触电极，所述多个接触电极又通过多条焊线与第一金属结构的相应的接触片在所述电路板的所述顶面上相连接。接触电极和相应的接触片的第一部分在运行期间是高电压接通的。所有高电压接通的接触片通过内层连接与第二金属结构导电地连接。绝缘层完全覆盖该芯片和围绕该芯片的电路板的分隔区域，其中，所有高电压接通的接触片和内层连接被绝缘层完全覆盖。所述多个接触电极和相应的接触片的第二部分在运行时处于低电压。

本发明的第二个方面涉及一种用于制造功率半导体模块的方法。根据本发明的一个示例该方法包括为电路板提供顶面和底面，其中，在该顶面和底面上布置结构化的金属结构，以及为至少一个布置在电路板的顶面上的无壳体的半导体芯片提供多个接触电极，所述多个接触电极通过多条焊线与结构化的金属结构的相应接触片在电路板的顶面上相连接。所述接触电极和所述相应的接触片的第一部分在运行时是高电压接通的，并且所有高电压接通的接触片通过内层连接与所述结构化的金属结构在所述底面上在内层中导电地连接。如此施加绝缘层，以使得其完全覆盖芯片和围绕所述芯片的所述电路板的分隔区域，其中，所有高电压接通的接触片和内层连接被该绝缘层完全覆盖。

附图说明

下文根据附图中所示的示例进一步阐述本发明。附图中所示的图不一定按照比例绘制且也不意味着限制本发明。相反重点在于，阐述本发明所基于的原理。

图1A示出了带有功率半导体衬底和控制电路板的功率半导体模块的一个实施例的纵剖图；

图1B示出了带有功率半导体衬底和控制电路板的功率半导体模块的另一个实施例的纵剖图；

图2示出了包括多个其上以标准的SMD技术布置有具有壳体的半导体芯片的控制电路板的示例的俯视图；

图3说明了相比于图2的示例的空间节省，由此实现了，使用具有无壳体的驱动器集成电路和附加的绝缘的控制电路板；

图4A示出了通过具有根据图2的标准SMD驱动器的控制电路板(水平的绝缘间距)的部分的截面图；

图4B示出了通过根据图3的控制电路板(在垂直方向上通过该电路板绝缘)的部分的剖视图；以及