带散热鳍片的半导体模块制造技术

本发明专利技术提供一种能够基于良好的散热性能降低热阻抗，抑制多个半导体芯片间的热干涉，具有高可靠性的低成本的带散热鳍片的功率半导体模块。本发明专利技术的带散热鳍片的半导体模块(100)的金属底座(1)具有厚度较薄的顶板部(11)和厚度比该顶板部(11)厚的外周部(15)，顶板部(11)的一侧面上搭载有绝缘基板(8)，该绝缘基板(8)的上侧具有通过焊锡接合搭载了多个半导体芯片(IGBT芯片(3)、FWD芯片(4))的金属箔(5)，该绝缘基板(8)的下侧具有通过焊锡(6)与顶板部(11)的表面进行接合的金属箔(5)，金属底座(1)一侧具有将绝缘基板(8)和半导体芯片和将该半导体芯片之间进行连接所需的金属布线进行树脂封装的结构，与绝缘基板(8)相对的金属底座(1)的另一侧具有散热鳍片(10)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带散热鳍片的半导体模块
本专利技术涉及一种用于电能变换装置等的具有散热用鳍片的半导体模块。
技术介绍
图7、图8所示为现有的功率半导体模块200。图5为使用该功率半导体模块200的电能变换装置的逆变器电路图。图7为金属底座101的俯视图。金属底座101如图8(a)所示具有散热鳍片110。金属底座101上面具有3个绝缘基板108，在每个绝缘基板108上通过金属箔105焊接搭载有IGBT103和FWD104的2组半导体芯片的组合。这里，IGBT为绝缘栅双极型晶体管，FWD为续流二极管，以下说明中用IGBT、FWD来表示。图7所示的每个半导体芯片通过图中未示出的铝线的键合或布线铜片的焊接来连接布线以连接成图5所示的U、V、W相的3相逆变器电路。另外，图5中所示的M为作为示例表示的3相逆变器电路的负载，不包含在3相逆变器电路自身中。图8(a)为图7的A-A′断面图，图8(b)为图8(a)的虚线框内的放大断面图。这里的U相、V相、W相的各层的半导体芯片与绝缘基板、键合引线等一同由树脂封装(树脂封装)在金属底座上。前述图7、图8所示的功率半导体模块200，在动作过程中，IGBT(IGBT芯片)103和FWD(FWD芯片)104会产生由导通损耗和开关损耗构成的损耗，并由于该损耗使得半导体芯片发热。而由于发热，会使得半导体芯片的接合温度超过额定温度，如果继续上升的话则会导致破坏元件，因此半导体芯片必须要在冷却的同时进行动作。在半导体芯片中所产生的热量通过接合在半导体芯片背面的焊锡106及其下方的绝缘基板108传导到带散热鳍片110的金属底座101上，并由散热鳍片110部分向外部散热。为了使与金属底座101接合的绝缘基板108和半导体芯片进行良好的冷却，带散热鳍片110的金属底座101优选地可通过图中未示出的冷媒进行冷却。如上所述的与带散热鳍片110的功率半导体模块200相关的现有技术有专利文献1中所公开的技术。专利文献1中公开了用于功率半导体模块的散热用的绝缘电路基板及其冷却结构以及功率半导体装置及其冷却结构，图7及图8所示的结构为在专利文献1中公开的冷却结构基础上将U、V、W相的3相逆变器电路元件进行组合的结构。另外，公知文献中，还记载了向接合在金属底座上的半导体元件注入环氧树脂以延长键合引线的寿命的技术(专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-22914号公报(图1)专利文献2：日本特开2008-270455号公报
技术实现思路
技术问题然而，在前述图7、图8所示的功率半导体模块200动作时，在绝缘基板108上邻近设置的IGBT103和FWD104之间、相互邻近设置的绝缘基板108和绝缘基板108之间会由动作中产生的热量相互发生热干涉。由此，设置于中间部的半导体芯片的温度将容易上升。例如，前述图7、图8所示的功率半导体模块200动作时，由于所有半导体芯片都会产生热量，所以在图7所示的邻近设置的3个绝缘基板108之间发生热干涉。因此，特别是设置在中央的例如与V相对应的绝缘基板108及其上焊接的半导体芯片受到两侧的热干涉，易使半导体芯片的温度上升。这样，功率半导体模块200的动作温度就会被中央的半导体芯片所限制。另外，被焊接在金属底座101上的U、V、W相的3个绝缘基板108的温度伴随着功率半导体模块200的动作会出现反复变化从而在焊锡上出现裂缝。而由于焊锡上出现裂缝会发生功率半导体模块200无法将半导体芯片产生的热有效的传导到散热鳍片110的问题。另外，由于与U、V、W相这3相对应的半导体芯片间的温度不均匀和伴随功率半导体模块200的动作温度出现反复变化还会发生封装树脂从金属底座101的表面剥离的问题。本专利技术是考虑以上所述内容而做出的。本专利技术的目的在于为消除前述问题，提供一种能够基于良好的散热性能降低热阻抗，缓解多个半导体芯片间的热干涉且封装树脂难以从金属底座上剥离的具有高可靠性的带散热鳍片的低成本半导体模块。技术方案根据本专利技术提供的一种带散热鳍片的半导体模块能够实现前述专利技术目的，该半导体模块具有金属底座，所述金属底座由金属底座周围的外周部和被该外周部包围的顶板部构成，所述顶板部的一侧的面上通过与各个半导体芯片分别对应的多个绝缘基板设置有多个半导体芯片，所述顶板部的另一侧的面上设置有散热鳍片，在所述多个半导体芯片上连接有与半导体模块外部进行电气连接的电气布线，所述顶板部的厚度比所述外周部的厚度薄，所述顶板部的所述多个半导体芯片间有沟槽，所述多个半导体芯片连同所述沟槽一块由树脂进行封装。可选地，所述带散热鳍片的半导体模块还包括固定在所述金属底座的外周部的端子盒，并将所述端子盒内部用树脂进行封装。另外，优选地，所述带散热鳍片的半导体模块中，用于封装所述端子盒内部的树脂为环氧树脂。进一步优选地，所述带散热鳍片的半导体模块中，在所述顶板部的通过多个绝缘基板设置的多个半导体芯片的外侧还具有沟槽。可选地，所述带散热鳍片的半导体模块的所述沟槽的断面形状为V字形状、矩形形状、半圆形状中的一个形状。有益效果根据本专利技术能够提供基于良好的散热性能降低热阻抗，抑制由产品动作过程中受到的热冲击而出现焊锡裂缝，具有高可靠性的低成本的带散热鳍片的半导体模块。通过作为本专利技术示例示出优选实施方式的附图及下面的相关说明，本专利技术的上述及其它目的、特点及优点将更加清楚。附图说明图1示出在本专利技术的带散热鳍片的半导体模块的金属底座上焊接有绝缘基板及半导体芯片等的状态的俯视图。图2示出本专利技术的带散热鳍片的半导体模块上的金属底座的背面仰视图。图3示出本专利技术的带散热鳍片的半导体模块的沿图1的B-B′线的断面图。图4(a)示出本专利技术的带散热鳍片的半导体模块的沿图1的C-C′线的断面图。图4(b)为图4(a)的虚线框内的放大断面图。图5示出使用该功率半导体模块的电能变换装置的逆变器电路图。图6示出本专利技术的带散热鳍片的半导体模块的C-C′断面图，示出在绝缘基板间设置的凹陷部断面形状的不同示例的断面图。图7示出在现有的带散热鳍片的半导体模块的金属底座上焊接有绝缘基板及半导体芯片等的状态的俯视图。图8(a)示出现有的带散热鳍片的半导体模块的沿图1的A-A′线的断面图。图8(b)示出图8(a)的虚线框内的放大断面图。图9示出本专利技术的带散热鳍片的半导体模块的第二实施例的断面图。图9与实施例1的图3对应。图10示出本专利技术的带散热鳍片的半导体模块的第二实施例的断面图。图10与实施例1的图4(a)对应。符号说明1金属底座2安装孔3IGBT芯片4FWD芯片5金属箔6焊锡8绝缘基板10散热鳍片11顶板部12沟槽15外周部h1外周部厚度h2顶板部厚度h3沟槽底部厚度具体实施方式以下，参照附图来详细说明本专利技术的带散热鳍片的半导体模块(功率半导体模块)的实施例。另外，在以下对实施例的说明及附图中，相同的部件用相同的标号表示，不作重复说明。还有，为便于观察或便于理解，在实施例中进行说明的附图的比例、尺寸比未必绝对精确。在不脱离本专利技术的主旨的情况下，不局限于以下说明的实施例的记载内容。实施例1图1～图4示出本专利技术的带散热鳍片10的功率半导体模块100。图5示出电能变换装置的逆变器电路图，是功率半导体模块100的等价电路。图1为示出在金属底座1上通过焊接搭载有绝缘基板8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带散热鳍片的半导体模块，其特征在于，所述半导体模块具有金属底座，所述金属底座由其周围的外周部和被该外周部包围的顶板部构成，在所述顶板部的一侧的面上通过与各个半导体芯片分别对应的多个绝缘基板设置有多个半导体芯片，在所述顶板部的另一侧的面上设置有散热鳍片，所述多个半导体芯片上连接有与半导体模块外部进行电气连接的电气布线，所述顶板部的厚度比所述外周部的厚度薄，所述顶板部的所述多个半导体芯片间有沟槽，所述多个半导体芯片连同所述沟槽一块由树脂进行封装。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.22 JP 2012-0652531.一种带散热鳍片的半导体模块，其特征在于，所述半导体模块具有金属底座，所述金属底座由其周围的外周部和被该外周部包围的顶板部构成，在所述顶板部的一侧的面上通过与各个半导体芯片分别对应的多个绝缘基板设置有多个半导体芯片，在所述顶板部的另一侧的面上设置有散热鳍片，所述多个半导体芯片上连接有与半导体模块外部进行电气连接的电气布线，所述顶板部的厚度比所述外周部的厚度薄，所述绝缘基板之间的所述顶板部...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤宪一郎，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP