功率半導體模塊的制作方法
【專利摘要】目的在于提供能夠針對不同大小的基座板共用殼體，基座板的穩定性高的功率半導體模塊。本發明的功率半導體模塊具有：基座板(2)；絕緣基板(3)，其配置在基座板(2)的第1主面(2A)之上；半導體芯片(4)，其配置在絕緣基板(3)之上；殼體(1)，除了基座板(2)的與第1主面(2A)相對的第2主面(2B)之外，該殼體(1)圍繞基座板(2)、絕緣基板(3)及半導體芯片(4)；以及襯墊(6)，其在基座板(2)的外周和殼體(1)的內周之間與兩者接觸而設置。襯墊(6)具有在與基座板(2)的外周接觸時與基座板(2)的側面(2C)及第1主面(2A)接合的接合面。
【專利說明】
功率半導體模塊
技術領域
[0001 ]本發明涉及功率半導體模塊的殼體共享化技術。
【背景技術】
[0002]功率半導體模塊具有:基座板、基座板之上的絕緣基板、絕緣基板之上的半導體芯片、以及收容它們的殼體。
[0003]半導體芯片的安裝面積根據其電流容量而不同，電流容量大的半導體芯片的安裝面積大，電流容量小的半導體芯片的安裝面積小。并且，基座板負責將從半導體芯片發出的熱散出。因此，在使用電流容量小、安裝面積小的半導體芯片的功率半導體模塊中，從散熱能力的角度出發，能夠使基座板的面積也縮小。由此，能夠削減基座板的材料。
[0004]但是，相應于基座板的面積而改變殼體的大小會增加殼體的種類，殼體的生產性劣化。
[0005]因此，為了針對各種大小的基座板使用相同大小的殼體(封裝件)，提出了在基座板與殼體之間配置襯墊的方法(例如專利文獻I)。
[0006]專利文獻I:日本特開平06-188363號公報
[0007]在專利文獻I的功率半導體模塊中，基底板的側面與襯墊的側面由粘合劑接合。因此，存在接合力弱這樣的問題。
【發明內容】
[0008]本發明就是鑒于上述的問題而提出的，其目的在于提供能夠針對不同大小的基座板共用殼體，基座板的穩定性高的功率半導體模塊。
[0009]本發明的功率半導體模塊具有:基座板;絕緣基板，其配置在基座板的第I主面之上;半導體芯片，其配置在絕緣基板之上；殼體，除了基座板的與第I主面相對的第2主面之夕卜，該殼體圍繞基座板、絕緣基板及半導體芯片；以及襯墊，其在基座板的外周和殼體的內周之間與兩者接觸而設置，襯墊具有在與基座板的外周接觸時與基座板的側面及第I主面接合的接合面。
[0010]發明的效果
[0011]本發明的功率半導體模塊具有:基座板;絕緣基板，其配置在基座板的第I主面之上;半導體芯片，其配置在絕緣基板之上；殼體，除了基座板的與第I主面相對的第2主面之夕卜，該殼體圍繞基座板、絕緣基板及半導體芯片；以及襯墊，其在基座板的外周和殼體的內周之間與兩者接觸而設置，襯墊具有在與基座板的外周接觸時與基座板的側面及第I主面接合的接合面。因而，相比于襯墊僅與基座板的側面進行接合的情況，能夠提高其接合強度。
【附圖說明】
[0012]圖1是對比例的功率半導體模塊的俯視圖。
[0013]圖2是對比例的功率半導體模塊的俯視圖。
[0014]圖3是實施方式I的功率半導體模塊的俯視圖。
[0015]圖4是實施方式I的功率半導體模塊的剖視圖。
[0016]圖5是實施方式2的功率半導體模塊的剖視圖。
[0017]圖6是實施方式3的功率半導體模塊的剖視圖。
[0018]圖7是實施方式4的功率半導體模塊的剖視圖。
[0019]標號的說明
[0020]I殼體，2基座板，2A第I主面，2B第2主面，2C側面，3絕緣基板，4半導體芯片，6襯墊，7導線，8粘合劑，9控制基板，1電極，IIA、11B、11C、11D螺釘。
【具體實施方式】
[0021]〈A.對比例〉
[0022]圖1、2分別表示與本發明相對的對比例1、2的功率半導體模塊的俯視圖。各功率半導體模塊具有:基座板2;絕緣基板3，其配置在基座板2之上;半導體芯片4，其配置在絕緣基板3之上;殼體I，其圍繞基座板2、絕緣基板3及半導體芯片4。
[0023]與圖1所示的半導體芯片相比，圖2所示的功率半導體模塊的半導體芯片的電流容量小，因此面積小。盡管如此，如果使用與圖1所示的功率半導體模塊相同的殼體I及相同的基座板2，則在基座板2會出現未安裝半導體芯片4的剩余區域。圖2所示的基座板2之中，虛線框5的外側部分為剩余區域。
[0024]〈B.實施方式1>
[0025]〈B-1.結構〉
[0026]如果對應于半導體芯片4的安裝面積而縮小基座板2的面積，則能夠消除基座板2的剩余區域而削減材料。
[0027]另外，如果將襯墊配置于縮小基座板2的面積后相應產生的空間，則能夠針對各種尺寸的基座板2使用相同大小的殼體I制造功率半導體模塊。
[0028]因此，在本發明的實施方式I中，與半導體芯片4的電流容量相對應地縮小基座板2的面積，將襯墊6配置于縮小后相應產生的空間，從而能夠針對各種尺寸的基座板2使用相同大小的殼體I制造功率半導體模塊。
[0029]圖3表示實施方式I的功率半導體模塊的俯視圖，圖4表示實施方式I的功率半導體模塊的剖視圖。實施方式I的功率半導體模塊具有:基座板2;絕緣基板3，其配置在基座板2的第I主面2A之上；半導體芯片4，其配置在絕緣基板3之上;殼體I，除了基座板2的與第I主面2A相對的第2主面2B之外，該殼體I圍繞基座板2、絕緣基板3及半導體芯片4;以及襯墊6，其在基座板2的外周和殼體I的內周之間與兩者接觸而設置。
[0030]通過設置襯墊6，能夠針對基座板2使用大尺寸的殼體I制造功率半導體模塊。因而，能夠針對各種大小的基座板2使用相同大小的殼體I。由此，能夠削減基座板2的材料，并且提尚殼體I的生廣性。
[0031]如圖4所示，襯墊6具有卡掛于殼體I及基座板2的形狀。即，襯墊6相對于基座板2具有與基座板2的側面2C及第I主面2A接觸的接觸面，相對于殼體I也具有大于或等于2個接觸面。并且，襯墊6相對于殼體I及基座板2在該接觸面由粘合劑8進行接合。這樣，由于襯墊6相對于基座板2，除了其側面2C之外，還與第I主面2A進行接合，因此相比于僅與基座板2的側面2C進行接合的情況，接合強度更高。另外，由于襯墊6與殼體I也在大于或等于2個面進行接觸，因此與殼體I的接合強度也高。
[0032]雖未在圖4中示出，但也可以在襯墊6之上構成電路。但是，當在襯墊6之上未構成電路的情況下，由于襯墊6的尺寸不被電路基板的大小所限定，因此具有下述優點，S卩，能夠與基座板2的大小相對應地靈活地變更襯墊6的大小。
[0033]〈B-2.襯墊〉
[0034]襯墊6的材料使用例如樹脂。但是，如果利用線膨脹系數大的樹脂包圍基座板2的周圍，則有時會由于溫度變化引起的樹脂的膨脹或者收縮而導致模塊發生翹曲。
[0035]與此相對，如果襯墊6的材料使用線膨脹系數比樹脂小的材料，例如陶瓷等，則能夠減輕模塊的翹曲。
[0036]另外，如果襯墊6的材料使用橡膠，則在將功率半導體模塊固定于冷卻鰭片時，SP使由于熱履歷而引起模塊發生翹曲，也能夠因為橡膠材料的彈性而使功率半導體模塊密接于冷卻鰭片，因此能夠降低接觸熱阻的劣化。
[0037]另外，如果襯墊6的材料使用多孔質材料，則由于多孔質材料比樹脂輕，因此能夠實現功率半導體模塊的輕量化。
[0038]〈B-3.效果〉
[0039]實施方式I的功率半導體模塊具有:基座板2;絕緣基板3，其形成在基座板2的第I主面2A之上;半導體芯片4，其形成在絕緣基板3之上;殼體I，除了基座板2的與第I主面2A相對的第2主面2B之外，該殼體I覆蓋基座板2、絕緣基板3及半導體芯片4;以及襯墊6，其在基座板2的側面2C和殼體I之間與兩者接觸而設置，襯墊6具有與基座板2的側面2C及第I主面2A接合的接合面。因而，相比于襯墊6僅與基座板2的側面2C進行接合的情況，能夠提高襯墊6與基座板2的接合強度。
[0040]另外，由于襯墊6在上述接合面通過粘合劑8與基座板2進行接合，因此與基座板2高強度地接合。
[0041]另外，由于襯墊6與殼體I在大于或等于2個面進行接合，因此與僅在I個面進行接合的情況相比，能夠提高襯墊6與殼體I的接合強度。
[0042]另外，在襯墊6由陶瓷構成的情況下，由于陶瓷是線膨脹系數比樹脂小的材料，因此能夠減輕由于溫度變化引起的功率半導體模塊的翹曲。
[0043]另外，在襯墊6由橡膠構成的情況下，在將功率半導體模塊固定于冷卻鰭片時，SP使由于熱履歷而引起功率半導體模塊發生翹曲，也能夠因為橡膠材料的彈性而使功率半導體模塊密接于冷卻鰭片，因此能夠降低接觸熱阻的劣化。
[0044]另外，在襯墊6由多孔質材料構成的情況下，能夠使功率半導體模塊輕量化。
[0045]〈C.實施方式2>
[0046]〈C-1.結構〉
[0047]圖5表示實施方式2的功率半導體模塊的剖視圖。實施方式2的功率半導體模塊為智能功率模塊(IPM)，其在實施方式I的功率半導體模塊的結構的基礎上，還具有電極10及控制基板9。電極10通過導線7與半導體芯片4鍵合，控制基板9與電極10電連接。
[0048]控制基板9是搭載了半導體芯片4的驅動電路等控制電路的基板。控制基板9在殼體I的內部被設置于半導體芯片4的上方，實施方式2的功率半導體模塊是所謂的2層構造的IPM0
[0049]這樣，如果將控制基板9設置于半導體芯片4的上方，則無需在襯墊6的上表面設置控制基板9。因此，能夠任意地選擇襯墊6的大小，而不受控制電路的安裝面積的限制。因而，能夠從散熱性及成本的角度出發使基座板2的面積最優化，根據基座板2的面積和殼體I的大小而決定襯墊6的大小。
[0050]〈C-2.效果〉
[0051]實施方式2的功率半導體模塊在殼體I內部，在半導體芯片4的上方還具有半導體芯片4的控制基板9，因此能夠任意地選擇襯墊6的大小，而不受控制電路的安裝面積的限制。
[0052]〈D.實施方式3>
[0053]〈D-1.結構〉
[0054]圖6表示實施方式3的功率半導體模塊的剖視圖。關于實施方式3的功率半導體模塊，除了襯墊6的與殼體I及基座板2接合的接合面具有凹凸形狀之外，與實施方式I的功率半導體模塊相同。在圖6中，將襯墊6的接合面的具有凹凸形狀的部分以6A、6B、6C、6D表不。
[0055]根據這樣的結構，粘合劑8在襯墊6的接合面形成凹凸形狀，從而粘合劑8進入凹凸形狀的部分，因此能夠增加粘合面積。因此，提高襯墊6與基座板2及殼體I的粘合力。
[0056]此外，在圖6中，僅在襯墊6的水平方向(圖6的左右方向)的接合面形成有凹凸形狀，但也可以在襯墊6的垂直方向(圖6的上下方向)的接合面、例如在與基座板2的側面2C接合的接合面形成凹凸形狀。如果襯墊6的與基座板2接合的接合面之中，在至少I個面形成有凹凸形狀，則會取得提高襯墊6與基座板2的接合力的效果。
[0057]〈D-2.效果〉
[0058]在實施方式3的功率半導體模塊中，由于襯墊6在與基座板2接合的接合面之中的至少I個面具有凹凸形狀，因此粘合劑8進入凹凸形狀的部分，粘合面積增加，能夠提高襯墊6與基座板2的粘合力。
[0059]〈E.實施方式4>
[0060]〈E-1.結構〉
[0061]圖7表示實施方式4的功率半導體模塊的剖視圖。在實施方式I?3的功率半導體模塊中，襯墊6與殼體I及基座板2通過粘合劑8而接合，但在實施方式4的功率半導體模塊中，利用螺釘11A、11B、11C、11D進行上述接合。除了這點之外的實施方式4的功率半導體模塊的結構與實施方式I的功率半導體模塊的結構相同。
[0062]螺釘11A、11B、11C、IID的頭部厚度優選較薄。另外，由于有時在基座板2的附近流過大電流，因此優選用于將襯墊6與基座板2接合的螺釘11B、11C為絕緣性螺釘。
[0063]通過利用螺釘進行接合，與粘合劑8相比，能夠將襯墊6相對于基座板2及殼體I更牢固地進行固定。
[0064]此外，在圖7中利用螺釘進行襯墊6與殼體I及基座板2雙方的接合，但也可以為，利用螺釘進行襯墊6與基座板2的接合，利用粘合劑進行襯墊6與殼體I的接合。在這種情況下，也能夠提高襯墊6與基座板2的接合強度。
[0065]〈E-2.效果〉
[0066]在實施方式4的功率半導體模塊中，襯墊6在與基座板2接合的接合面通過絕緣性螺釘11B、11C與基座板2進行接合。從而，與粘合劑8相比，能夠將襯墊6更牢固地固定于基座板2。另外，能夠確保絕緣性。
[0067]此外，本發明可以在其發明的范圍內，將各實施方式自由地進行組合，或對各實施方式進行適當變形、省略。
【主權項】
1.一種功率半導體模塊，其具有: 基座板； 絕緣基板，其配置在所述基座板的第I主面之上； 半導體芯片，其配置在所述絕緣基板之上； 殼體，除了所述基座板的與所述第I主面相對的第2主面之外，該殼體圍繞所述基座板、所述絕緣基板及所述半導體芯片；以及 襯墊，其在所述基座板的外周和所述殼體的內周之間與兩者接觸而設置， 所述襯墊具有在與所述基座板的所述外周接觸時與所述基座板的側面及所述第I主面接合的接合面。2.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊在所述接合面通過粘合劑與所述基座板進行接合。3.根據權利要求2所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊在所述接合面之中的至少I個面具有凹凸形狀。4.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊在所述接合面通過絕緣性螺釘與所述基座板進行接合。5.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 在所述殼體內部，在所述半導體芯片的上方還具有所述半導體芯片的控制基板。6.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊與所述殼體在大于或等于2個面進行接合。7.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊由陶瓷構成。8.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊由橡膠構成。9.根據權利要求1所述的功率半導體模塊，其中， 所述襯墊由多孔質材料構成。
【文檔編號】H01L23/10GK106057743SQ201610237132
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】木村義孝, 米山玲, 后藤亮, 山下秋彥
【申請人】三菱電機株式會社