半导体模块、电力转换装置以及半导体模块的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体模块(100)等。半导体模块(100)在载置有半导体芯片(1)的层叠基板(5)与冷却器(30)之间设置有导热部(20)。导热部(20)具备框体(21)和开口部(22)，开口部(22)具有润滑脂部(22a)和空间部(22b)，润滑脂部(22a)局部地设置在开口部(22)内且与层叠基板(5)和冷却器(30)接触；空间部(22b)局部地设置在润滑脂部(22a)与框体(21)之间且该空间部设置成带状。设置成带状。设置成带状。

【技术实现步骤摘要】
半导体模块、电力转换装置以及半导体模块的制造方法


[0001]本专利技术涉及具有连接半导体的电路基板与该冷却器的导热层的半导体模块、包含该半导体模块的电力转换装置以及该半导体模块的制造方法。

技术介绍

[0002]作为电力转换用的开关器件使用的功率半导体等有时会因来自半导体芯片产生的热而遭受不良影响。为了抑制该情况，在具有功率半导体的功率半导体模块中使用用于散热的导热层、冷却器等。
[0003]例如，在功率半导体元件的功率半导体工作时产生的热经由半导体模块与冷却器(散热片)之间的导热层而传递至冷却器，由此对发热的功率半导体元件进行冷却。
[0004]在不设置导热层的情况下，由于在半导体模块与冷却器的接触面上产生翘曲或凹凸，因而存在该接触面上形成导热性低的空气层而无法对芯片产生的热进行散热的情况。因此，通常使用半固体状等的润滑脂等导热层。但是，随着工作温度Tjmax上升，在ΔTjP/C、ΔTcP/C试验时产生润滑脂的流出等(泵出现象)，热阻有时会增大。
[0005]在下述的专利文献1中公开了如下润滑脂：通过使涂布润滑脂时和涂布后的粘度变化而使得在涂布时易于涂布，在可靠性试验时及实机使用时不易发生泵出现象。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本专利第5383599号

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的课题
[0010]然而，在涂布时需要追加混合甲苯等的步骤、以及涂布后使其蒸发的步骤，因而工序增加，从而存在成本增加的课题。另外，通过将20℃下的润滑脂粘度的屈服值设定为40Pa以上且300Pa以下，能够抑制泵出现象。但是根据电路基板的尺寸大小、使用环境的不同，润滑脂所暴露的温度会发生变化。因此，需要实现对应了状况的润滑脂粘度的最佳化。
[0011]本专利技术鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种抑制润滑脂的流出等(泵出现象)、散热性能高的半导体模块及其制造方法。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]为了实现上述目的，本专利技术第一方面的半导体模块的内容如下，该半导体模块由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，该半导体模块的特征在于，具备设置于所述层叠基板与所述冷却器之间的导热部，所述导热部具备框体和开口部，该开口部具有：润滑脂部，其局部地设置于所述开口部内并填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，空间部，其局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。
[0014]在本专利技术的半导体模块中，导热部设置在层叠基板与冷却器之间，半导体元件产
生的热经由导热部而被传导至冷却器。导热部具备框体和开口部，开口部具有部分地设置于开口部内的润滑脂部。润滑脂部填充于层叠基板与冷却器之间，从而促进散热。
[0015]半导体模块例如在被搭载到逆变器上时，大多相对于重力方向平行地设置。另外，由于润滑脂部的润滑脂为半固体状，因此会产生由重力引起的润滑脂流出或泵出现象。为了防止这种情况，在润滑脂部与框体之间设置带状的空间部，能够收纳移动后的润滑脂。由此，本专利技术的半导体模块能够在防止润滑脂流出或泵出现象的同时，高度保持散热性能。
[0016]在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述开口部具有对置的两边，所述空间部以与所述两边中的一边相接并横跨所述一边的一端和另一端的方式而设置。
[0017]框体的开口部例如为矩形，具有对置的两边。空间部以与上述两边中的一边相接且不间断地横跨该一边的一端和另一端(从端部到端部)的方式而设置。本专利技术的半导体模块由于形成能够接纳润滑脂的带状的规定空间，因此能够防止润滑脂的流出。
[0018]另外，在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述半导体元件在俯视观察时从所述润滑脂部的与所述空间部相邻的端部向所述润滑脂部的中心方向分开的方式配置。
[0019]半导体元件在俯视观察时从润滑脂部的端部向润滑脂部的中心方向分开地配置，因而半导体元件不与空间部重叠。即，半导体元件在俯视观察时与润滑脂部重叠，因此能够高效地进行半导体元件(层叠基板)的散热。
[0020]另外，在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述空间部占据所述开口部的5～10％的区域。
[0021]根据上述结构，导热部的空间部能够确保足够的空间来收纳移动后的润滑脂。
[0022]另外，在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述导热部具有框体，该框体具备从所述开口部的设置有所述空间部的一侧的周缘向所述润滑脂部突出的梳状部。
[0023]根据该结构，框体的梳状部从开口部的设有空间部的一侧的周缘向润滑脂部突出。由此，受压缩而被推压展开的润滑脂沿着梳状部移动，因此实现润滑脂均匀化，不易出现润滑脂的流出。
[0024]另外，在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述框体的杨氏模量Y1比所述润滑脂部的杨氏模量Y2高。
[0025]根据该构成，框体优选由碳片等杨氏模量Y1高、导热性良好的材料构成。另外，润滑脂部的杨氏模量Y2比框体的杨氏模量低，可以使用导热性、流动性高的润滑脂。
[0026]另外，在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述杨氏模量Y1优选满足条件5GPa≤Y1≤15GPa，所述杨氏模量Y2优选满足条件1Pa≤Y2≤200Pa。
[0027]导热部通过使用满足上述条件的材料，在该导热部被按压而变形的情况下或者电路基板产生了翘曲的情况下，该导热部能够追随该翘曲，可靠地将电路基板产生的热传导至冷却器。
[0028]另外，在本专利技术第一方面的半导体模块中，优选的是，所述润滑脂部的粘度G满足条件60Pa
·
s≤G≤500Pa
·
s。
[0029]通过使润滑脂部满足上述条件，在导热部被按压而变形的情况下或者电路基板产生了翘曲的情况下，该导热部能够追随该翘曲，可靠地将电路基板产生的热传导至冷却器。
[0030]另外，本专利技术第二方面是一种电力转换装置，其特征在于，将本专利技术第一方面的任
意一个半导体模块以所述空间部成为上方的方式竖立设置。
[0031]根据该结构，在将半导体模块搭载于电力转换装置的内部时，以框体的空间部成为上方的方式竖立设置。由此，润滑脂虽然因重力而受到下垂的力，但由于润滑脂被空间部所接纳，因此能够防止润滑脂的流出。
[0032]另外，本专利技术第三方面是一种半导体模块的制造方法，所述半导体模块由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，所述半导体模块的制造方法的特征在于，至少具备：制作导热部的步骤，其中，所述导热部设置于所述层叠基板与所述冷却器之间；形成润滑脂部的步骤，其中，所述润滑脂部局部地设置于所述导热部所具有的框体的开口部内且填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，形成空间部的步骤，其中，所述空间部局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。
[0033]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体模块，由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，该半导体模块的特征在于，具备设置于所述层叠基板与所述冷却器之间的导热部，所述导热部具备框体和开口部，该开口部具有：润滑脂部，其局部地设置于所述开口部内并填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，空间部，其局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述开口部具有对置的两边，所述空间部以与所述两边中的一边相接并横跨所述一边的一端和另一端的方式而设置。3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，在俯视观察时，所述半导体元件以从所述润滑脂部的与所述空间部相邻的端部向所述润滑脂部的中心方向分开的方式配置。4.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述空间部占据所述开口部的5～10％的区域。5.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述导热部具有框体，该框体具备从所述开口部的设置有所述空间部的一侧的周缘向所述润滑脂部突出的梳状部。6.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述框体的杨氏...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤辽一，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：