功率半导体模块以及功率部件制造技术

一种功率半导体模块，在同一面上配置有多个具有在绝缘体的基板的单面形成有表面电极并在另一面形成有背面电极的绝缘基板以及粘着于表面电极的表面的功率半导体元件的半导体元件基板，并且具备对邻接的半导体元件基板之间进行电连接的布线构件，以使至少所配置的多个背面电极全部露出的方式，通过模树脂对半导体元件基板以及布线构件进行了模塑，其中，模树脂在邻接的绝缘基板之间，具有从背面电极侧起的预定深度的未填充构成模树脂的树脂的凹部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及嵌入到功率电子设备的功率半导体模块的安装构造。
技术介绍
功率半导体模块通过1个功率半导体元件来处置几kW的大功率，所以由于功率半导体元件的发热而对功率半导体元件上以及功率半导体元件下接合部反复施加过大的热应力，在通过焊料等形成的接合部中产生裂纹。为了提高该功率半导体元件上以及功率半导体元件下的接合部的可靠性，利用了用热塑性或者热硬化性的树脂对模块整体进行模密封的技术。作为利用该模密封的功率半导体模块的一个方式，如图14所示，有如下功率半导体模块：对在高热传导性的陶瓷板1上形成有表面电极2a以及背面电极2b的绝缘基板10的表面电极2a接合功率半导体元件3并布线，以包括该绝缘基板的形式利用模树脂60进行模塑。在这样包括绝缘基板而进行模塑的功率半导体模块中，通过做成搭载2组在逆变器电路中通常应用的二极管和开关元件的组的2in1结构，能够在模内接线，所以能够减小电感，改善电气特性。但是，如图15所示，绝缘基板10的功率半导体元件接合面的表面电极2a被分割构图为至少2个以上，另一方面，背侧的背面电极2b未被分割，表面背面的应力平衡发生破坏，所以绝缘基板10的翘曲变大。如果绝缘基板10的翘曲大，则在用润滑油连接散热器和功率半导体模块时，为了确保密合性，需要以过大的载荷按压功率半导体模块和散热器。当这样通过过大的载荷对散热器按压功率半导体模块时，对模树脂60与陶瓷板1和表面电极2a之间施加剪切应力，产生引起模树脂的裂纹、剥离的问题。针对这样的2in1结构的模密封中的问题，提出了将绝缘基板分割为2个来抑制翘曲的方法(专利文献1)。专利文献1：日本特开2012-119618号公报
技术实现思路
关于专利文献1提出的功率半导体模块，虽然能够抑制绝缘基板的翘曲，但在受到功率半导体元件的发热所致的反复热应力的情况下，应力集中到在模内排列的绝缘基板之间，在绝缘基板之间的附近，产生模树脂和陶瓷板的剥离。其结果，存在陶瓷板沿面的绝缘性劣化，功率半导体模块的耐压降低这样的问题。本专利技术是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于得到一种对反复热应力的抵抗力强且可靠性高的功率半导体模块。本专利技术提供涉及一种功率半导体模块，在同一面上配置有多个具有在绝缘体的基板的单面形成有表面电极并在另一面形成有背面电极的绝缘基板以及粘着于表面电极的表面的功率半导体元件的半导体元件基板，并且具备对邻接的半导体元件基板之间进行电连接的布线构件，以使至少所配置的多个背面电极全部露出的方式，通过模树脂对半导体元件基板以及布线构件进行了模塑，其中，模树脂在邻接的绝缘基板之间，具有从背面电极侧起的预定深度的未填充构成模树脂的树脂的凹部。根据本专利技术，在绝缘基板之间具有凹部，从而起到能够降低施加热应力时的模树脂与绝缘基板之间的剪切应力，抑制模树脂和绝缘基板的剥离这样的以往没有的显著的效果。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的结构的侧面剖视图。图2是针对本专利技术的实施方式1的功率半导体模块而观察底面的仰视图。图3是示出本专利技术的实施方式2的功率半导体模块的结构的侧面剖视图。图4是示出本专利技术的实施方式3的功率半导体模块的结构的侧面剖视图。图5是示出本专利技术的实施方式4的功率半导体模块的结构的侧面剖视图。图6是说明本专利技术的实施方式4的功率半导体模块的效果的侧面剖视图。图7是示出本专利技术的实施方式4的功率半导体模块的其他结构的侧面剖视图。图8是观察本专利技术的实施方式5的功率半导体模块的底面的仰视图以及剖视图。图9是观察本专利技术的实施方式6的功率半导体模块的底面的仰视图。图10是观察本专利技术的实施方式6的其他功率半导体模块的底面的仰视图。图11是观察本专利技术的实施方式7的功率半导体模块的底面的仰视图。图12是示出本专利技术的实施方式8的功率部件的结构的侧面剖视图。图13是用于说明本专利技术的作用的图。图14是示出以往的功率半导体模块的结构例的侧面剖视图。图15是示出以往的功率半导体模块的其他结构例的侧面剖视图。符号说明1：绝缘体的基板；2a：表面电极；2b：背面电极；3：功率半导体元件；5：布线构件；6：模树脂；7：凹部；10：绝缘基板；20：半导体元件基板；30：散热器；70：第二凹部；77、707：尖头部；100：功率半导体模块。具体实施方式实施方式1.图1是示出本专利技术的实施方式1的功率半导体模块的结构的剖视图。在绝缘基板10中，对由氮化铝构成的陶瓷板等绝缘体的基板1的两面接合由铜构成的表面电极2a以及背面电极2b。该绝缘基板10是按2张1组准备的，对各个绝缘基板10的表面电极2a的表面接合作为Si的功率半导体元件3的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)以及FWD(FreeWheelingDiode，续流二极管)。将接合有功率半导体元件3的绝缘基板10称为半导体元件基板20。如图1所示，各个半导体元件基板20配置于同一面上。图1是剖视图，所以作为功率半导体元件3仅图示出IGBT。另外，在本实施方式1中，以Si半导体为例子示出功率半导体元件，但功率半导体元件在SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)系材料、金刚石等材料的宽带隙半导体中也能够应用，对功率半导体元件的种类没有制约。宽带隙半导体相比于Si半导体，能够在高温下动作，所以如果专门应用本专利技术，则效果大。通过布线构件5，对一个绝缘基板10的表面电极2a和另一个绝缘基板10上的IGBT进行布线，即对半导体元件基板之间进行电连接而构成逆变器1相量的电路。为了确保绝缘体的基板1的沿面、表面电极2a与布线构件5之间的绝缘，通过热硬化性树脂或者热塑性树脂这样的模树脂6，将半导体元件基板20和布线构件5一并地进行模密封。但是，背面电极2b从模树脂6露出。模塑方法是灌封模塑、传递模塑等即可，对方法没有制约。模密封起到提高环境压力耐性以及绝缘性的效果，并且还起到降低由反复热应力所致的功率半导体元件上下接合部的损伤而提高功率半导体模块的动作可靠性的作用。这样，构成形成逆变器1相量的电路结构的被称为2in1型的功率半导体模块100。在模塑而成的2in1型功率半导体模块100中，模树脂6的热膨胀率和绝缘体的基板1或者表面电极2a的热膨胀率不同，所以存在如下问题：在受到热冲击时，由于热膨胀率差所引起的热应力，模树脂6从绝缘体的基板1、表面电极2a剥离。在典型的例子中，模树脂6的热膨胀率是14ppm，绝缘体的基板1是5ppm，表面电极2a以及背面电极2b是17ppm左右，如果温度产生Δ70K的变化，则当在绝缘基板与绝缘基板之间填充有模树脂的情况下，在模树脂6与绝缘体的基板1或者表面电极2a之间产生例如100MPa的剪切应力，引起模树脂6剥离或者裂纹的不佳状况。因此，在本专利技术中，在应力集中的绝缘基板与绝缘基板之间的模树脂6中，形成不填充模树脂6的凹部7。图2是观察图1的功率半导体模块的底面的仰视图。如图2所示，按狭缝状形成凹部7。典型的是，凹部7被形成至比与绝缘基板上的功率半导体元件接合面相同的平面深的深度。图13是用于说明本专利技术的凹部的作用的曲线图，是示出按直至功率半导体元件接合面为止的深度进行标准化而得到的凹部的深度与对绝缘基板附近的模树脂施加的应力的关系的图。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体模块，在同一面上配置有多个具有在绝缘体的基板的单面形成有表面电极并在另一面形成有背面电极的绝缘基板以及粘着于所述表面电极的表面的功率半导体元件的半导体元件基板，并且具备对邻接的所述半导体元件基板之间进行电连接的布线构件，以使至少所配置的多个所述背面电极全部露出的方式，通过模树脂对所述半导体元件基板以及所述布线构件进行了模塑，所述功率半导体模块的特征在于，所述模树脂在邻接的所述绝缘基板之间，具有从所述背面电极侧起的预定深度的未填充构成所述模树脂的树脂的凹部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.24 JP 2014-0330791.一种功率半导体模块，在同一面上配置有多个具有在绝缘体的基板的单面形成有表面电极并在另一面形成有背面电极的绝缘基板以及粘着于所述表面电极的表面的功率半导体元件的半导体元件基板，并且具备对邻接的所述半导体元件基板之间进行电连接的布线构件，以使至少所配置的多个所述背面电极全部露出的方式，通过模树脂对所述半导体元件基板以及所述布线构件进行了模塑，所述功率半导体模块的特征在于，所述模树脂在邻接的所述绝缘基板之间，具有从所述背面电极侧起的预定深度的未填充构成所述模树脂的树脂的凹部。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述预定深度是所述绝缘基板的厚度以上。3.根据权利要求1或者2所述的功率半导体模块，其特征在于，通过狭缝形成所述凹部。4.根据权利要求1或者2所述的功率半导体模块，其特征在于，将多个狭缝配置成一列而形成所述凹部。5.根据权利要求3或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾田真之介，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP