半导体模块单元以及半导体模块制造技术

本发明专利技术的目的在于提供轻小型且散热性能优良、合格率高、容易组装的半导体模块单元、以及使该半导体模块单元和冷却器形成为一体型而成的半导体模块。本发明专利技术的半导体模块具备：半导体芯片(3)；绝缘电路基板(11)，其在绝缘基板(2)的一侧的主面内具有与半导体芯片(3)电连接电路部件(6)，并且在绝缘基板(2)的另一侧的主面内具有第一金属部件(7)；第二金属部件(10a)，其配置于第一金属部件(7)的外边缘侧，并且至少一部分配置于比绝缘基板(2)靠近外侧的位置；模塑树脂部(9)，其在使第一金属部件(7)的一部分和第二金属部件(10a)的一部分露出的状态下密封半导体芯片(3)、绝缘电路基板(11)和第二金属部件(10a)；冷却器(1)；第一接合部件(8a)，将冷却器(1)和第一金属部件(7)之间进行接合；第二接合部件(8b)，将冷却器(1)和第二金属部件(10a)之间进行接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体模块单元以及使该半导体模块单元和冷却器形成为一体型而成的半导体模块。
技术介绍
电力用半导体模块单元具备如下的结构，即IGBT( Insulated Gate BipolarTransistor:绝缘棚.双极型晶体管)、M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)、FWD(Free Wheeling D1de:续流二极管)等功率半导体芯片通过焊料向具有预定的电路的绝缘电路基板接合，并将这些进行树脂密封。这样的电力用半导体模块单元可用于如电动汽车、电动铁路车辆、机床等这样的控制大电流的用途中。由于有大电流流通的功率半导体芯片的发热量多，所以半导体模块单元为了使外形紧凑而要求能够高效散热的结构。另外，半导体模块单元为了进一步提高散热性而从实用性出发安装于冷却器而使用。以下的说明中，将在冷却器上安装半导体模块单元而成的结构称为半导体模块。以往，为了高效地散热，将焊接了多个作为发热源的功率半导体芯片的绝缘电路基板焊接在导热性(散热性)优良的铜等的金属基板上。进一步地，该金属基板的背面经由散热油脂而与冷却器密合，并且经由设置于金属基板周边的孔利用螺栓和螺母固定于冷却器(专利文献I)。另外，将半导体模块单元固定于冷却器的作业一般在半导体模块单元的用户端进行。通常，散热用的金属基板使用铜或者铜合金作为主要材料的情况较多，冷却器使用铝或者铝合金作为主要材料的情况较多。铜和铝的导热率分别为约390W/m.K和约220W/m.K。对此，散热油脂的导热率小，约为1.0W/m.K，因此关于电力用半导体模块的散热，存在散热油脂的部分热电阻变大而半导体芯片的温度易于上升，相应地允许电流容量降低的问题。近来，节约能源、清洁能源备受关注，风力发电、电动汽车正在成为市场的推动力。在这些用途中使用的电力用半导体模块为了处理大电流，形成为紧凑的外形，需要尽可能高效地将在功率半导体芯片产生的热能传递给冷却器，并向体系外散热。特别是在电动汽车用途中，为了形成为更轻小型而采用了水冷作为冷却方式。另外，已经开发并应用了如下结构的冷却器一体型的半导体模块，该结构是省去前述作为热电阻的散热油脂和外形大且具有厚度和重量的金属基板，将安装了半导体芯片的金属基板直接接合于水冷式的冷却器的表面(专利文献2、专利文献3、专利文献4)。作为将安装了半导体芯片的绝缘电路基板与冷却器直接接合的方法，通常是使用焊接材料的接合。还已知有利用螺栓将包围半导体芯片和/或绝缘电路基板的周围的树脂框固定于冷却器的结构(专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-288414号公报专利文献2:日本特开2008-226920号公报专利文献3:日本特开2012-142465号公报专利文献4:日本特开2008-218814号公报
技术实现思路
技术问题然而，在通过焊接使安装了半导体芯片的绝缘电路基板与冷却器直接接合的方法中，为了将绝缘电路基板焊接到冷却器，需要将热容量大的冷却器加热到焊接材料的熔融温度以上(250?350°C的程度)。相应地，焊接作业所需要的时间变长，生产效率降低。另外，使用助焊剂对前述的冷却器进行焊接的情况下，必须清洗附着在体积大且重的冷却器上的助焊剂，作业效率降低。进一步地，在将安装了多个半导体芯片的绝缘电路基板向冷却器焊接后，利用引线键合连接半导体芯片和/或绝缘电路基板上的电路的情况下，需要在冷却器被接合的状态下进行引线键合作业。然而，此时引线键合连接所需要的超声波的传播易于变得不充分，因此有可能产生接合不良。并且，若为了避免该接合不良而加强超声波功率，则担心对半导体芯片的损害会变大。这样，为了使半导体模块轻小型化而省去散热油脂和散热用金属基板、在冷却器上直接接合绝缘电路基板后在绝缘电路基板上接合半导体芯片的结构存在易于引起合格率的降低和组装成本的增大的问题。另外，对于先制造树脂密封成型而成的无散热用金属基板的半导体模块单元、然后将半导体模块单元直接焊接到冷却器而形成半导体模块的结构，是从半导体模块单元的底面的一部分露出的绝缘电路基板背面的金属面与冷却器的表面被焊接的结构。半导体模块单元的底面的上述焊接部与冷却器相接的面积比前述的散热用金属基板小，进而接合部的周围的树脂部不与冷却器粘合，由此导致产生从焊接部的外周起劣化易于扩大的问题。另外，在利用螺栓将包围半导体芯片和/或绝缘电路基板的周围的树脂框固定于冷却器的结构中，由于产生了拧紧螺栓的作业，所以具有增加组装成本的缺点。本专利技术的目的在于提供轻小型且散热性能优良、合格率高、容易组装的半导体模块单元、以及使该半导体模块单元和冷却器形成为一体型而成的半导体模块。技术方案为了实现上述目的，本专利技术的半导体模块的特征在于，具备:半导体元件;绝缘电路基板，其在绝缘基板的一侧的主面内具有与上述半导体元件电连接的电路部件，并且在上述绝缘基板的另一侧的主面内具有第一金属部件;第二金属部件，其配置于上述第一金属部件的外边缘侧，并且至少一部分配置在比上述绝缘基板靠近外侧的位置;模塑树脂部，其在使上述第一金属部件的一部分和上述第二金属部件的一部分露出的状态下密封上述半导体元件、上述绝缘电路基板和上述第二金属部件;冷却器;第一接合部件，将上述冷却器和上述第一金属部件之间进行接合;第二接合部件，将上述冷却器和上述第二金属部件之间进行接合。根据本专利技术，能够提供轻小型型且散热性能优良、合格率高、容易组装的半导体模块单元以及使该半导体模块单元和冷却器形成为一体型而成的半导体模块。在本专利技术的半导体模块中，优选上述第一金属部件和第二金属部件分离。根据这样的构成，第二接合部件的龟裂不易传播到分离的第一接合材，能够形成机械强度优良的接合部。或者，在本专利技术的半导体模块中，优选上述第一接合部件和第二接合部件的各自的边界在冷却器的主面上连接。根据这样的构成，由于能够最大限度地扩大接合面积，所以能够使第一金属部件和第二金属部件与冷却器的接合稳固。或者，在本专利技术的半导体模块中，优选上述第二金属部件覆盖了上述模塑树脂部的侧面的至少一部分。根据这样的构成，第二金属部件和模塑树脂部的密合面积增大，不仅得到与冷却器的接合部的加强效果，还得到加强模塑树脂部的外形的效果。在本专利技术的半导体模块中，优选上述第二金属部件具有对上述模塑树脂部的外形进行加强的框状。根据这样的构成，由于在模塑树脂部的各边配置有第二金属部件，所以能够抑制模塑树脂部的外形变形。在本专利技术的半导体模块中，优选上述第二金属部件在与上述模塑树脂部相接的面设置有凹凸。根据这样的构成，能够提高第二金属部当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体模块，其特征在于，具备：半导体元件；绝缘电路基板，其在绝缘基板的一侧的主面内具有与所述半导体元件电连接的电路部件，并且在所述绝缘基板的另一侧的主面内具有第一金属部件；第二金属部件，其配置于所述第一金属部件的外边缘侧，并且至少一部分配置在比所述绝缘基板靠近外侧的位置；模塑树脂部，其在使所述第一金属部件的一部分和所述第二金属部件的一部分露出的状态下密封所述半导体元件、所述绝缘电路基板和所述第二金属部件；冷却器；第一接合部件，将所述冷却器和所述第一金属部件之间进行接合；以及第二接合部件，将所述冷却器和所述第二金属部件之间进行接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：两角朗，乡原广道，山田教文，
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