电力用半导体模块制造技术

为了抑制陶瓷基板的弯曲且防止散热效率下降，提供一种电力用半导体模块，其由安装散热器的模块框体和由模块框体保持的公共单元构成。公共单元具有陶瓷基板和封装，陶瓷基板具有配置了半导体元件的电路面及与散热器抵接的散热面，封装是使散热面露出并且用耐热性树脂密封电路面而形成的。电路面以及述散热面分别由在陶瓷基板上形成的金属层（５１）构成，形成散热面的金属层（５１）通过形成沿其周缘部延伸的槽部构成的缓冲图案（５１２）而具有散热图案（５１０）和外周图案（５１１），散热图案形成在缓冲图案（５１２）的内侧，外周图案形成在缓冲图案（５１２）的外侧。根据该结构，能够抑制陶瓷基板的弯曲且防止散热效率的下降。

【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电力用半导体模块，具体而言，尤其涉及一种在转换器(converter)、变流器(inverter)等电力转换装置中使用的半导体模块。
技术介绍
用树脂密封电力转换装置中使用的半导体元件并模块化的装置，其作 为半导体模块而公知。这种半导体模块用树脂密封陶瓷基板的芯片配置面，同时从上述陶瓷基板的背面进行散热。因此，在因陶瓷基板和树脂之 间的热膨胀率存在差值，而导致树脂的成型收縮、或因工作时的热循环而 导致基板弯曲时，成为散热效率降低、或半导体芯片剥离的原因。因此，在一般的半导体模块中，将含有半导体芯片的芯片零件软钎焊 在陶瓷基板上，这样的陶瓷基板隔着隔热片、绝缘片而粘贴在铜Cu或铁 Fe等厚的金属板上。另外，安装包围上述陶瓷基板的芯片搭载面的壳体， 向该壳体内注入硅橡胶等来保护芯片零件，之后，再填充树脂。但是，在为了保护芯片零件而使用硅橡胶的情况下，从壳体的间隙等 进入的湿气会对芯片零件带来坏影响。另外，芯片零件之间的电连接虽然 是通过金属线结合(wire bonding)、引线框架(lead frame)的软钎焊、 超音波接合而进行的，但是在其接合部因热等而劣化的情况下，如果保护 材料使用硅橡胶，则难以可靠地固定金属线或引线框架等。在这里，也提出了一种不使用硅橡胶等保护材料、而向陶瓷基板的芯 片搭载面直接填充树脂的半导体模块(例如专利文献1)。在专利文献1 中，将陶瓷基板接合到金属板上而形成模块基板，在该模块基板上安装半 导体芯片之后，向被外围壳体、框体及模块基板包围的空间中注入树脂。 如果该外围壳体具有足够的刚性，则能够使密封树脂硬化时因成型收縮而 产生的应力分散到模块基板及框体上，从而防止模块基板的弯曲，也能够 提高耐温循环性。专利文献1:日本特开平9—237869号公报现有的半导体模块通过将陶瓷基板粘贴在金属板上，从而防止陶瓷基板弯曲，也确保良好的散热特性。但是，在使用金属板的情况下，存在难以使半导体模块轻量化的问题。因此，考虑将陶瓷基板制成难以弯曲的结构，省去金属板，由此在陶瓷基板的背面直接安装散热器。此时，为了使陶瓷基板尽可能难以弯曲，优选不仅在陶瓷基板的表面形成用于安装半导体芯片的金属层，而且还在抵接于散热器的陶瓷基板的背面形成金属层，由此关于陶瓷基板的两面，使热膨胀特性变均一。在上述这样在陶瓷基板的两面上形成金属层的情况下，在将半导体芯片安装在该陶瓷基板的表面上之后，在该表面上注入树脂时，使陶瓷基板的背面紧贴平坦的模具内表面，使得树脂不会流入背面的金属层上。但是，即使在这样注入树脂的情况下，也存在少量树脂流入接触基板的背面的金属层上的情况。在流入接触基板的背面的树脂附着在该背面的金属层上时，即使只有少量，也会使散热效率显著下降。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种抑制陶瓷基板的弯曲，并且能够防止散热效率下降的电力用半导体模块。第一本专利技术的电力用半导体模块构成为具有安装散热器的模块框体和被上述模块框体保持的公共单元，上述公共单元具有陶瓷基板和封装，上述陶瓷基板具有配置了半导体元件的电路面及与上述散热器抵接的散热面，上述封装是使上述散热面露出并且用耐热性树脂密封上述电路面而形成的，上述电路面以及上述散热面分别由在上述陶瓷基板上形成的金属层构成，形成上述散热面的上述金属层通过形成沿其周缘部延伸的槽部而具有内侧图案和外侧图案，上述内侧图案形成在上述槽部的内侧，上述外侧图案形成在上述槽部的外侧。根据这种结构，由于分别形成电路面以及散热面的金属层形成在陶瓷基板的两面，因此对于陶瓷基板的两面能够使热膨胀特性均匀，能够抑制陶瓷基板的弯曲。另外，在内侧图案和外侧图案之间形成有未形成金属层的槽部，因此即使存在流入金属层上而越过外侧图案的树脂，只要其量少，4就被槽部吸收，该树脂不会展开到内侧图案上。因此，能够防止因树脂附着向内侧图案表面而造成的散热效率的下降。第二专利技术的电力用半导体模块，除了上述结构外，其构成为上述槽部通过沿上述金属层的周缘部形成为环状，上述外侧图案包围上述内侧图案的外周。根据这种结构，由于外侧图案隔着槽部包围内侧图案的外周，所以即使树脂从外侧图案的某部分流入时，也能够将该树脂良好地吸收在槽部中。因此，能够防止因树脂附着向内侧图案表面而造成的散热效率的下降。专利技术效果根据本专利技术，对于陶瓷基板的两面能够使热膨胀特性均匀，能够抑制陶瓷基板的弯曲。另外，由于用槽部能够吸收流入金属层上的树脂，所以能够防止因树脂附着向内侧图案表面而造成的散热效率的下降。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的半导体模块1的一个结构例的外观图，其表示半导体模块1的上表面；图2是表示半导体模块1的一个结构例的外观图，其表示半导体模块1的下表面；图3是表示图1的半导体模块1组装时的样子的展开立体图4是表示公共模块3内部的一个结构例的图5是从下面侧所见的图4的陶瓷基板50的图6是表示树脂密封后的公共单元3的一个结构例的外观图，其表示公共单元3的上表面及下表面；图7是表示树脂密封后的公共单元3的一个结构例的外观图，其表示公共单元3的各个侧面；图8是表示收容到模块框体2之前的公共单元3的一个结构例的外观图9是只表示图1的模块主体20的外观图，其表示模块主体20的上表面；图10是只表示图1的模块主体20的外观图，其表示模块主体20的下表面；图11是从图10的A—A切线切开安装有散热器9的半导体模块1时的剖面图12是表示陶瓷基板50上产生弯曲的情况的一例的说明图；符号说明l一半导体模块；2 —模块框体；20—模块主体；200、 201 —螺母收容部；21—模块盖；210 —导向孔；22 —上面开口部；23 —下面开口部；24一安装孔；25、 26 —加强梁；27、 28 —单元抵接部；3 —公共单元；30—外部端子；31、 32—公共端子；33、 34—控制端子；35—封装；300 302一紧固孔；311、 312 —螺母收容部；4一金属板；41、 42—外部公共端子；400、 401、 402—紧固孔；50 —陶瓷基板；51、 52—金属层；53—焊料层；54 —半导体芯片；9一散热器；91一导热面；510 —散热图案；511—外周图案；512 —缓冲图案。具体实施例方式图1及图2是表示本专利技术的实施方式的半导体模块1的一个结构例的外观图，图l表示其上表面，图2表示其下表面。另外，图3是表示半导体模块1组装时的样子的展开立体图。该半导体模块l是一种使用闸流晶体管、二极管、双极晶体管等半导体元件，用来转换交流电和直流电的电力用半导体模块。在本实施方式中，对作为这种电力用半导体模块的一例，即对使用三个闸流晶体管和三个二极管来实现桥电路的模块进行说明。这种桥电路广泛应用于对三相交流电源进行全波整流而转换为直流电源的三相交流变换器中。半导体模块1以在模块框体2内收容三个公共单元3 (3a 3c)和两个金属板4 (4m及4n)的方式构成。每一个公共单元3都是内置闸流晶体管和二极管的串联电路的、具有相同结构的单元，能够互相替换使用。并且，在本说明书中，三个公共单元中相互对应的结构部分记为相同的符号，当要指出特定的公共单元的结构部分时，在上述符号上加上a c。模块框体2由形成为薄的大致箱形的树脂制造的模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力用半导体模块，其特征在于，上述电力用半导体模块具有安装散热器的模块框体和被上述模块框体保持的公共单元，上述公共单元具有陶瓷基板和封装，上述陶瓷基板具有配置了半导体元件的电路面及与上述散热器抵接的散热面，上述封装是使上述散热面露出并且用耐热性树脂密封上述电路面而形成的，上述电路面以及上述散热面分别由在上述陶瓷基板上形成的金属层构成，形成上述散热面的上述金属层通过形成沿其周缘部延伸的槽部而具有内侧图案和外侧图案，上述内侧图案形成在上述槽部的内侧，上述外侧图案形成在上述槽部的外侧。

【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：左右田修，大西祐史，稻见和则，内田稔雄，
申请(专利权)人：株式会社三社电机制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]