半导体模块制造技术

具备：绝缘电路基板(13)，其在基板(4)的正面具备电路层(3)，在基板(4)的背面具备金属层(5)；半导体元件(1)，其与电路层(3)电连接；冷却器(11)，其具有：具备与金属层(5)接合的平面的顶板部(11a)、与顶板部(11a)对置配置的底板部(11c)、连接顶板部(11a)的周围与底板部(11c)的周围的侧壁部(11b)以及连接顶板部(11a)与底板部(11c)的散热片部(11d)，顶板部(11a)的厚度为0.5mm以上且2.0mm以下，并且顶板部(11a)和底板部(11c)的总计厚度为3mm以上且6mm以下；以及焊料层(6)，其在200℃以上且350℃以下的温度下熔融，使顶板部(11a)与金属层(5)接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用焊料接合了半导体单元与冷却器而得到的半导体模块。
技术介绍
作为与半导体模块的冷却器的变形相关的文献，已知如下专利文献。专利文献1公开了由顶板、底板以及形成在顶板与底板之间的制冷剂流通部构成的冷却器。在顶板的表面，通过铜焊接合有搭载了发热体的基板。在该冷却器中，顶板具有形成于接合有基板的接合表面的凹部，顶板与底板的厚度之比为1：3～1：10。专利文献2公开了一种散热装置，具有：绝缘基板，其在表面配置了作为发热体的半导体芯片；以及散热器，其介由形成有应力吸收空间的应力缓和部件而被设置在绝缘基板的背面，并对半导体芯片的热进行散热。该散热装置通过利用铜焊分别使绝缘基板、应力缓和部件和散热器接合而构成。在该散热装置中，散热器具有：顶板，其与应力缓和部件接合；底板，其与顶板接合，并在与顶板之间形成冷却液的流路。在该散热装置中，顶板与底板的厚度之比在1：3～1：5的范围内。并且，散热器具有在冷却液的流路中以将顶板与底板连结的方式设置的散热片，散热片通过真空铜焊接合到顶板和底板，顶板的厚度为0.8mm。专利文献3公开了通过组合多个铝材而在内部形成具备冷却水的水路的壳体的功率模块的冷却器。该冷却器以该壳体的顶板与底板的厚度的比率成为1：5～10的方式形成。在该顶板固定有用于固定功率模块的高纯度铝块，在该顶板的环绕该高纯度铝块的位置形成框状的突起或凹陷，该水路通过沿着与该功率模块的绝缘基板的长度方向正交的方向延伸的多条冷却散热片被分割成多个平行的流路。专利文献4公开了通过接合材料将在半导体模块中露出的金属板与冷却装置接合而成的半导体装置。在该半导体装置中，在冷却装置的接合材料接合面，在相当于与金属板接合的部分的周围的接合周围区域形成有凹部。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-251443号公报专利文献2：日本特开2010-171279号公报专利文献3：日本特开2008-288495号公报专利文献4：日本特开2012-142465号公报
技术实现思路
技术问题专利文献1和专利文献2通过铜焊将基板接合于冷却器。由于铜焊在约600℃的条件下进行，所以与像本申请那样在作为比铜焊低的温度即约200℃～350℃的条件下使用熔融的焊料的情况相比，在接合后回到常温时的变形大。因此，专利文献1和专利文献2不适于利用焊料接合半导体单元与冷却器而成的半导体模块。另外，专利文献3和专利文献4由于在顶板形成有框状的突起或凹陷，所以存在加工成本增加的问题。为了解决上述课题中的至少1个，本专利技术的目的在于提供在半导体单元与冷却器的接合中使用了焊料的半导体模块中，降低了焊料的塑性变形幅度和冷却器的翘曲的半导体模块。技术方案为了解决上述课题，在本专利技术的半导体模块的一个方式中，可以具备绝缘电路基板。绝缘电路基板可以具有配置于基板的正面的电路层。绝缘电路基板可以具有配置于基板的背面的金属层。半导体模块可以具备半导体元件。半导体元件可以与电路层电连接。半导体模块可以具备冷却器。冷却器可以具备顶板部。顶板部可以具有与金属层接合的平面。冷却器可以具备底板部。底板部可以以与顶板部对置的方式配置。冷却器可以具备侧壁部。侧壁部可以将顶板部的周围与底板部的周围连接。冷却器可以具备散热片部。散热片部可以将顶板部与底板部连接。顶板部的厚度可以为0.5mm以上且2.0mm以下。顶板部和底板部的总计厚度可以为3mm以上且6mm以下。半导体模块可以具备焊料层。焊料层可以在200℃以上且350℃以下的温度下熔融。焊料层可以接合顶板部与金属层。如果顶板部的厚度小于0.5mm，则在模块制造时存在顶板部容易变形，或损坏的问题。另外，如果顶板部的厚度超过2.0mm，则存在焊料的塑性变形幅度增加的问题。另外，如果顶板部和上述底板部的总计厚度小于3mm，则冷却器的翘曲量增加，如果超过6mm，则存在制造成本增加的问题。另外，如果在焊料层中使用的焊料的熔点小于200℃，则焊料难以熔融，如果超过350℃，则制造时的炉内温度高，因此制造成本增加。由于焊料层在200℃以上且350℃以下的温度下熔融，接合顶板部与金属层，所以与通过铜焊将顶板部与金属层接合的情况相比，在接合后回到常温时的变形小。因此，即便使顶板部和底板部的总计厚度变薄，也能够降低冷却器的翘曲量。因此，根据该构成，在顶板部与金属层的接合中使用了焊料层的半导体模块中，能够降低焊料的塑性变形幅度和冷却器的翘曲。如果使顶板部变薄，则顶板部的传热阻力减小，因此能够提高半导体单元的冷却性能。如果使底板部变薄，则能够降低冷却器的重量。在上述半导体模块中，更加优选顶板部和底板部的总计厚度为3mm以上且4mm以下。如果将顶板部和底板部的总计厚度的上限设为4mm以下，则能够降低冷却器的重量。在上述半导体模块中，更加优选底板部比顶板部厚。具体而言，将底板部的厚度设为顶板部的厚度的1倍以上且5倍以下。更优选该底板部的厚度为顶板部的厚度的2倍以上且小于3倍。根据该构成，由于使顶板部比底板部薄，所以容易将在半导体元件产生的热热传导到冷却器的顶板部，能够提高从半导体元件介由顶板部传热到制冷剂的效率。在上述半导体模块中，上述冷却器的材质为铝或铝合金。这些的上述半导体模块的冷却器能够适用至少2个种类的结构的变更。第一冷却器的特征在于通过挤出成型将上述顶板部、上述底板部、上述侧壁部和上述散热片部一体成型。根据该构成，由于将第一冷却器一体成型，所以能够降低组装成本。第二冷却器的特征在于，通过接合部件使上述底板部与上述侧壁部成为一体的复合部件、上述顶板部和上述散热片部一体地接合。根据第二冷却器，与进行挤出形成的第一冷却器相比，能够降低部件的制造成本。专利技术效果根据本专利技术，能够提供在半导体单元与冷却器的接合中使用了焊料的半导体模块中，降低了焊料的塑性变形幅度和冷却器的翘曲的半导体模块。附图说明图1是本专利技术的第一实施方式的半导体模块的截面图。图2是表示本专利技术的第一实施例的半导体模块的实施例1～实施例10、比较例1～比较例3的模拟结果的一览的图。图3是根据图2的结果，示出了顶板部的厚度与焊料的塑性变形幅度(％)之间的关系的图。图4是根据图2的结果，示出了顶板部和底板部的总计厚度与冷却器的翘曲量(mm)之间的关系的图。图5是本专利技术的第二实施方式的半导体模块的截面图。图6是表示焊料的塑性变形幅度相对于底板部的厚度(B)与顶板部的厚度(A)之比(B/A比)的图。图7是表示图2中示出的条件的分布的图。符号说明1：半导体元件2：焊料层3：电路层4：绝缘基板5：金属层6：焊料层7：第一冷却器7a：顶板部7b：散热片部7c：底板部8：空腔9：顶板部10：套箱10a：侧壁部10b：底板部11：散热片部12：第二冷却器13：接合部件100：半导体模块200：半导体模块具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的半导体模块的实施方式。对相同的构成要素标注相同的符号，并省略重复的说明。应予说明，本专利技术不限于下述的实施方式，可以在不改变其主旨的范围内进行适当变形而实施。图1是本专利技术的第一实施方式的半导体模块的截面图。本专利技术的第一实施方式的半导体模块100具备半导体元件1、焊料层2、电路层3、绝缘基板4、金属层5、焊料层6、第一冷却器7。第一冷却器7的顶板部7a、多个散热片部7b、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：绝缘电路基板，其具有基板、配置于所述基板的正面的电路层和配置于所述基板的背面的金属层；半导体元件，其与所述电路层电连接；冷却器，其具备：具有与所述金属层接合的平面的顶板部、与所述顶板部对置配置的底板部、连接所述顶板部的周围与所述底板部的周围的侧壁部、以及连接所述顶板部与所述底板部的散热片部，所述顶板部的厚度为0.5mm以上且2.0mm以下，并且所述顶板部和所述底板部的总计厚度为3mm以上且6mm以下；以及焊料层，其在200℃以上且350℃以下的温度下熔融，使所述顶板部与所述金属层接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.17 JP 2014-1892081.一种半导体模块，其特征在于，具备：绝缘电路基板，其具有基板、配置于所述基板的正面的电路层和配置于所述基板的背面的金属层；半导体元件，其与所述电路层电连接；冷却器，其具备：具有与所述金属层接合的平面的顶板部、与所述顶板部对置配置的底板部、连接所述顶板部的周围与所述底板部的周围的侧壁部、以及连接所述顶板部与所述底板部的散热片部，所述顶板部的厚度为0.5mm以上且2.0mm以下，并且所述顶板部和所述底板部的总计厚度为3mm以上且6mm以下；以及焊料层，其在200℃以上且350℃以下的温度下熔融，使所述顶板部与所述金属层接合。2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述顶板部和所述底板部的总计厚度为3mm以上且4mm以下。3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述底板部比所述顶板部厚。4.根据权利要求1或2所述的半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤辽一，山田教文，乡原广道，
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