冷却器一体型半导体模块制造技术

提供以紧凑的结构具有优异的散热性能，且与冷却器的焊料接合的可靠性高、经济性好的冷却器一体型半导体模块。该冷却器一体型半导体模块具备：绝缘基板(6)、设置于所述绝缘基板(6)的正面的电路层(5)、与所述电路层(5)电连接的半导体元件(3)、设置于所述绝缘基板(6)的背面的金属层(7)、覆盖所述绝缘基板(6)、所述电路层(5)、所述半导体元件(3)和所述金属层(7)的一部分的密封树脂(2)、配置于所述金属层(7)的下表面侧的冷却器(9)、至少配置于所述密封树脂(2)的与所述冷却器(9)相向的面的镀覆层(10)、以及将所述镀覆层(10)与所述冷却器(9)进行连接的接合部件(8)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在控制大电流、高电压的电力变换装置等中使用的电力用半导体模块。
技术介绍
在以混合动力汽车、电动汽车等为代表的使用马达的机器中，一直期望节能效果优异的电力变换装置。在该电力变换装置中广泛使用有搭载了例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等电力用(以下，称为功率)功率半导体元件的功率半导体模块。为了将向功率半导体元件通入大电流时产生的热量有效地进行散热，要求功率半导体模块为连接于冷却器、小型且散热性能优异的结构。例如，下述的专利文献1所公开的半导体模块具备在陶瓷基板的两个面配置金属层而成的绝缘电路基板。在绝缘电路基板的一侧的主表面上接合有多个功率半导体元件，在另一侧的主表面上接合有金属制的厚的散热基板。该绝缘电路基板被容纳于树脂壳体中，注入凝胶状树脂，从而构成功率半导体模块。并且，该半导体模块通过螺栓和螺母隔着散热油脂被固定于冷却器。另一方面，在下述的专利文献2中公开了在将树脂密封模块与冷却器进行焊料接合后，在焊料接合部的周围区域的缝隙中填充密封树脂而成的半导体模块。此外，在下述的专利文献3中公开了如下半导体模块，该半导体模块具备：金属块、通过焊料层接合于该金属块上的半导体元件、对上述金属块与上述半导体元件进行塑模(mold)而成的树脂塑模部，并且在上述金属块表面的镀覆区域和粗糙化区域之中，上述半导体元件搭载于镀覆区域。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2012-142465号公报专利文献3：日本特开2012-146919号公报
技术实现思路
技术问题然而，在专利文献2所记载的半导体模块中，存在如下问题：增加将树脂填充到包围焊料接合部的密封树脂下表面与冷却器之间的缝隙中的工序的问题、和/或在接合于冷却器的半导体模块有多个的情况下不容易将树脂可靠地填充到缝隙中的问题。另一方面，在专利文献3所记载的半导体模块中，由于在半导体元件与冷却板之间存在形成有镀覆区域和粗糙化区域的金属块，因此成为密封树脂与半导体元件、金属块、焊料、冷却板直接接触的结构，不仅不能称为紧凑的结构，还存在必需确保在各种界面上的粘合性的问题。因此，考虑上述问题点，本专利技术的目的在于提供一种冷却器一体型半导体模块，该冷却器一体型半导体模块以紧凑的结构具有优异的散热性能，且与冷却器的焊料接合的可靠性高、经济性好。技术方案为了解决上述课题，实现该目的，本专利技术的冷却器一体型半导体模块的特征在于，具备：绝缘基板；电路层，设置于上述绝缘基板的正面；半导体元件，与上述电路层电连接；金属层，设置于上述绝缘基板的背面；密封树脂，覆盖上述绝缘基板、上述电路层、上述半导体元件和上述金属层的一部分；冷却器，配置于上述金属层的下表面侧；镀覆层，至少配置于上述密封树脂的与上述冷却器相向的面；以及接合部件，将上述镀覆层与上述冷却器进行连接。优选地，在本专利技术的冷却器一体型半导体模块中，上述密封树脂的与上述镀覆层的界面的粗糙度以算术平均粗糙度计为5μm以上。优选地，在本专利技术的冷却器一体型半导体模块中，至少上述密封树脂的与上述冷却器相向的面是利用选自化学蚀刻、机械切削、喷砂法、激光处理中的任一方法进行粗糙化而成的面，或者是通过在传递成型用金属模具上预先形成的粗糙面来成形的面。优选地，在本专利技术的冷却器一体型半导体模块中，上述接合部件的厚度为250μm以下。优选地，在本专利技术的冷却器一体型半导体模块中，上述接合部件是组成为Sn8％Sb3％Ag的焊料。优选地，在本专利技术的冷却器一体型半导体模块中，上述镀覆层具有1μm以上且5μm以下的厚度，并含有选自铜、镍、金、银中的至少一种以上的金属。技术效果根据本专利技术，能够提供一种以紧凑的结构具有优异的散热性能，且与冷却器的焊料接合的可靠性高、经济性好的冷却器一体型半导体模块。附图说明图1是表示本专利技术的冷却器一体型半导体模块的一个实施方式的剖视图。图2是示出本专利技术的冷却器一体型半导体模块的比较例的剖视图。图3是本专利技术的冷却器一体型半导体模块的实施例与比较例的塑性应变幅的比率(％)的比较图。符号说明1：绝缘布线基板2：密封树脂3：半导体元件4：焊料层5：电路层6：绝缘基板、陶瓷基板7：金属层8、18：焊料层9：冷却器、散热片底座9a：散热片9b：制冷剂流路10：镀覆层11、20：半导体模块100、200：冷却器一体型半导体模块具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的冷却器一体型半导体模块的一个实施方式进行说明。应予说明，在以下的实施例的说明以及附图中，对同样的结构标记相同的符号，并省略重复的说明。此外，为了易于观察或易于理解，在实施例中进行说明的附图并未以正确的比例、尺寸比进行绘制。本专利技术只要未超出其主旨，就不限于以下所说明的实施例的记载。图1中，通过剖视图示出了本专利技术的冷却器一体型半导体模块的一个实施方式。冷却器一体型半导体模块100具备：具有绝缘布线基板1和半导体元件3的半导体模块11、以及热连接于半导体模块11的冷却器9。绝缘布线基板1具有绝缘基板6、配置在绝缘基板6的一侧的主表面的电路层5、配置在绝缘基板6的另一侧的主表面的金属层7，并在电路层5上通过焊料层4接合有半导体元件3，这些全部被密封树脂2所被覆。在本专利技术中，在半导体模块11的与冷却器9相向的面上设置有镀覆层10。对于半导体元件3的种类并不特别限定。例如，可以是IGBT、功率MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或FWD(FreeWheelingDiode：续流二极管)，还可以是将它们形成在一个半导体元件中的RB-IGBT(ReverseBlocking-InsulatedGateBipolarTransistor：逆阻型绝缘栅双极型晶体管)或RC-IGBT(ReverseConducting-InsulatedGateBipolarTransistor：反向导通型绝缘栅双极型晶体管)。在半导体元件3的上表面的电极膜(未图示)上导电连接有包含导电性良好的铜、铝合金等金属，并由引脚布线、引线布线和/或引线框布线等构成的电路布线(未图示)的一侧的端部。此外，该电路布线(未图示)的另一侧的端部连接于从密封树脂2引到外部的外部连接端子(未图示)。半导体元件3的下表面的电极膜(未图示)通过焊料层4热性能良好且电气性良好地连接于电路层5的所需的位置。电路层5为铜等导电性良好的金属箔等被预先接合于绝缘性的陶瓷基板等绝缘基板上表面而成的电路层。作为焊料层4的焊料的种类，可使用SnSb系、SnSbAg系的无铅焊料等。但是，优选该焊料层4的焊料的熔点比后述的焊料层8的焊料的熔点温度高，以使焊料层4在焊料层8的形成时不会再次熔融。该电路层5与预先接合于绝缘基板6的背面侧的金属层7以使它们两层间具有电气上可靠绝缘的预定的爬电距离的方式分别配置在从绝缘基板的外周边靠向内侧的位置。金属层7优选包括导电性良好的铜等。冷却器9在内部具备被多个散热片9a分隔的制冷剂流路9b。该冷却器9通过焊料层8直接接合于上述绝缘基板6的下表面侧的金属层7。与在半导体模块背面和冷却器之间存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却器一体型半导体模块，其特征在于，具备：绝缘基板；电路层，设置于所述绝缘基板的正面；半导体元件，与所述电路层电连接；金属层，设置于所述绝缘基板的背面；密封树脂，覆盖所述绝缘基板、所述电路层、所述半导体元件和所述金属层的一部分；冷却器，配置于所述金属层的下表面侧；镀覆层，至少配置于所述密封树脂的与所述冷却器相向的面；以及接合部件，将所述镀覆层与所述冷却器进行连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 JP 2014-1283331.一种冷却器一体型半导体模块，其特征在于，具备：绝缘基板；电路层，设置于所述绝缘基板的正面；半导体元件，与所述电路层电连接；金属层，设置于所述绝缘基板的背面；密封树脂，覆盖所述绝缘基板、所述电路层、所述半导体元件和所述金属层的一部分；冷却器，配置于所述金属层的下表面侧；镀覆层，至少配置于所述密封树脂的与所述冷却器相向的面；以及接合部件，将所述镀覆层与所述冷却器进行连接。2.根据权利要求1所述的冷却器一体型半导体模块，其特征在于，所述密封树脂的与所述镀覆层的界面的粗糙度以算术平均粗糙度计为5μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：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