半导体模块制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种廉价且散热性高的半导体模块。本发明专利技术涉及的半导体模块(100)具有：中空的壳体(3)；铝合金制的基座板(2)，其具有与壳体(3)的中空的部分相对应的第1部分(2a)、与壳体(3)的主体部分相对应的第2部分(2b)，该基座板(2)经由第2部分(2b)而安装于壳体(3)的底面；陶瓷绝缘基板(7)，其设置于基座板(2)的第1部分(2a)之上；配线图案(9)，其设置于陶瓷绝缘基板(7)之上；半导体元件(10a、10b)，它们设置于配线图案(9)之上；金属配线板(12)，其连接于半导体元件(10a、10b)之上；以及封装树脂(14)，其对设置有陶瓷绝缘基板(7)、配线图案(9)、半导体元件(10a、10b)以及金属配线板(12)的壳体(3)的中空的部分进行封装。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体模块
本专利技术涉及一种半导体模块，涉及例如安装水冷套进行使用的车载用途的半导体模块。
技术介绍
对于现有的半导体模块而言，动作时的配置半导体元件等的基座板的翘曲成为问题。例如，在专利文献1中记载的功率模块通过设为在2片绝缘基板之间夹着金属层而近乎对称的构造，从而减少了基座板的翘曲。专利文献1：日本特开2014-165240号公报非专利文献1：“磯部保明、竹内桂三、《アルミ合金製熱交換器の防食技術》、デンソーテクニカルレビュー”，1999年，Vol.4，No.2，p.64-71
技术实现思路
然而，在专利文献1中记载的功率模块为了防止基座板的加热变形而需要2片陶瓷绝缘基板，存在制造成本增大的问题。本专利技术就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种廉价且散热性高的半导体模块。本专利技术涉及的半导体模块具有：中空的壳体；铝合金制的基座板，其具有与壳体的中空的部分相对应的第1部分、与壳体的主体部分相对应的第2部分，该基座板经由第2部分而安装于壳体的底面；陶瓷绝缘基板，其设置于基座板的第1部分之上；配线图案，其设置于陶瓷绝缘基板之上；半导体元件，其设置于配线图案之上；金属配线板，其连接于半导体元件之上；以及封装树脂，其对设置有陶瓷绝缘基板、配线图案、半导体元件以及金属配线板的壳体的中空的部分进行封装。专利技术的效果就本专利技术涉及的半导体模块而言，将基座板设为铝合金制。由此，能够提高基座板的耐腐蚀性和刚性。另外，由于通过提高基座板的刚性，从而能够将基座板设计得更薄，因此热阻降低，散热性提高。另外，通过使用锻造性优异的铝合金，从而在将针式鳍片一体形成于基座板的散热面侧的情况下，能够形成脱模斜度小的近乎圆柱的针体、表面面积比圆柱大的方柱针体。由此，导热性能提升，散热性提高。本专利技术的目的、特征、技术方案以及优点通过以下的详细说明和附图会变得更加清楚。附图说明图1是实施方式1涉及的半导体模块及水冷套的剖视图。图2是实施方式1涉及的半导体模块的俯视图。图3是实施方式1涉及的半导体模块的接线图。图4是表示在实施方式1涉及的半导体模块处使配线图案的厚度与绝缘基板侧铝层的厚度之比进行变化时的基座板的翘曲量的图。图5是实施方式2涉及的半导体模块的剖视图。图6是实施方式2涉及的半导体模块的俯视图。图7是实施方式3涉及的半导体模块的剖视图。图8是实施方式4涉及的半导体模块的剖视图。图9是实施方式4涉及的半导体模块的俯视图。图10是实施方式5涉及的半导体模块的剖视图。图11是实施方式5涉及的半导体模块及水冷套的剖视图。图12是前提技术涉及的半导体模块的剖视图。具体实施方式<前提技术>在对本专利技术的实施方式进行说明之前，对成为本专利技术的前提的技术进行说明。图12是前提技术中的半导体模块90的剖视图。前提技术中的半导体模块90的基板一体型基座板51是通过熔液接合(moltenmetaljoint)将陶瓷绝缘基板7和基座板2接合而形成的。基座板2是向纯铝材料23埋入作为骨材的基座板用陶瓷绝缘基板24而形成的。在基板一体型基座板51之上设置配线图案9，在配线图案9之上，通过焊料11而接合半导体元件10a、10b、金属配线板12等。壳体3内部由封装树脂14进行封装。另外，在基座板2的散热面设置多个针式鳍片2c。就前提技术中的使用了基板一体型基座板51的半导体模块90而言，为了与陶瓷绝缘基板7取得平衡，在散热面侧的基座板2内作为骨材而埋入基座板用陶瓷绝缘基板24，对由温度变化导致的翘曲进行抑制。另外，为了防止在对翘曲进行抑制时陶瓷绝缘基板7破裂，基座板2使用纯铝材料23。陶瓷绝缘基板7、基座板用陶瓷绝缘基板24、纯铝材料23通过如熔液接合这样的铸造方法而进行接合，制造出基板一体型基座板51。半导体模块90通过螺栓5而安装于水冷套4。在基座板2与水冷套4之间，为了防止冷却材料泄漏而配置O形密封环6。在前提技术中，存在向水冷套4进行螺钉紧固时的螺钉紧固扭矩的上限限制。另外，存在针式鳍片2c的尺寸及形状方面的制约(在铸造时需要大的脱模斜度等)。另外，为了防止基座板2的加热变形，需要与陶瓷绝缘基板7几乎相同大小的同种基座板用陶瓷绝缘基板24，存在成本增大的问题。以下的实施方式解决上述课题。<实施方式1>图1是本实施方式1中的半导体模块100及水冷套4的剖视图。图2是半导体模块100的俯视图。另外，图3是表示半导体模块100的半导体元件10a、10b间的配线的接线图。此外，在图2中省略了封装树脂14的图示。半导体模块100具有中空的壳体3、铝合金制的基座板2、陶瓷绝缘基板7、配线图案9、半导体元件10a、10b、以及金属配线板12。半导体模块100还具有对壳体3的中空的部分进行封装的封装树脂14。基座板2由第1部分2a、第2部分2b、以及多个针式鳍片2c构成。第1部分2a与壳体3的中空的部分相对应。第2部分2b与壳体3的主体部分相对应。经由第2部分2b，基座板2安装于壳体3的底面。针式鳍片2c是在第1部分2a的水冷套4侧的面设置的多个圆柱状的针式鳍片。第2部分2b的厚度比第1部分2a的厚度大。例如，第1、第2部分的厚度分别为0.6mm、4mm。在基座板2的第1部分2a之上，隔着第1纯铝层8而设置陶瓷绝缘基板7。陶瓷绝缘基板7为例如Si3N4、AlN等。在陶瓷绝缘基板7表面设置配线图案9。配线图案9由下层的第2纯铝层9a和上层的铝合金层9b构成。在铝合金层9b表面设有由Ni形成的镀层。在铝合金层9b之上，通过焊料11而接合半导体元件10a、10b。半导体元件10a、10b的上表面电极、以及这些电极与配线图案的铝合金层9b之间通过金属配线板12而由焊料11进行接合。金属配线板12的材料例如为铜。半导体元件10a例如为绝缘栅双极晶体管(IGBT)。另外，半导体元件10b例如为续流二极管(FWD)。半导体元件10a、10b也可以为例如以SiC、GaN等为材料的宽带隙半导体元件。在壳体3的外周部，设置有用于对半导体模块1进行固定的孔。在孔中埋入有金属制(Fe等)的衬套3a。半导体模块1通过螺栓5而紧固于水冷套4。通过由螺栓5经由衬套3a的支撑面对基座板2的第2部分2b进行按压的力，在水冷套4的槽中插入的O形密封环6被挤压变形而实现密封。作为基座板2的材料，使用耐塑性变形性高、耐腐蚀性高的铝合金(例如A3003材料、A6063材料)。基座板2的第2部分2b的厚度优选在能够与第1部分2a(厚度0.6mm)同时进行锻造加工的范围较厚，设为约4mm。在本实施方式1中，绝缘基板侧铝层是指第1纯铝层8和基座板2的第1部分2a。另外，绝缘基板侧铝层的厚度是指第1纯铝层8的厚度、基座板2的第1部分2a的厚度以及钎料的厚度之和。另外，配线图案9的厚度是指第2纯铝层9a的厚度与铝合金层9b的厚度之和。图4是表示在使配线图案9的厚度与绝缘基板侧铝层的厚度之间的比率进行变化时的与加热相对应的基座板2的翘曲量的图。在这里，加热是从25℃向250℃的加热。图4的结果是通过模拟解析而计算出的。从图4可知，如果将配线图案9的厚度设为大于或等于绝缘基板侧铝层的厚度的1.1倍而小于或等于1.45倍，则翘曲量落在±0.2mm的范围而得到抑制。由此时的陶瓷绝缘基板7的散热面侧的铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体模块，其具有：中空的壳体；铝合金制的基座板，其具有与所述壳体的所述中空的部分相对应的第1部分、与所述壳体的主体部分相对应的第2部分，该基座板经由所述第2部分而安装于所述壳体的底面；陶瓷绝缘基板，其设置于所述基座板的所述第1部分之上；配线图案，其设置于所述陶瓷绝缘基板之上；半导体元件，其设置于所述配线图案之上；金属配线板，其连接于所述半导体元件之上；以及封装树脂，其对设置有所述陶瓷绝缘基板、所述配线图案、所述半导体元件以及所述金属配线板的所述壳体的所述中空的部分进行封装。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体模块，其具有：中空的壳体；铝合金制的基座板，其具有与所述壳体的所述中空的部分相对应的第1部分、与所述壳体的主体部分相对应的第2部分，该基座板经由所述第2部分而安装于所述壳体的底面；陶瓷绝缘基板，其设置于所述基座板的所述第1部分之上；配线图案，其设置于所述陶瓷绝缘基板之上；半导体元件，其设置于所述配线图案之上；金属配线板，其连接于所述半导体元件之上；以及封装树脂，其对设置有所述陶瓷绝缘基板、所述配线图案、所述半导体元件以及所述金属配线板的所述壳体的所述中空的部分进行封装。2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，还具有第1纯铝层，该第1纯铝层设置于所述基座板的所述第1部分与所述陶瓷绝缘基板之间，所述配线图案具有：铝合金层；以及第2纯铝层，其设置于该铝合金层与所述陶瓷绝缘基板之间。3.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述基座板的所述第2部分的厚度比所述第1部分的厚度大。4.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述基座板的所述第1部分的厚度大于或等于0.5mm。5.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，所述配线图案的厚度与所述基座板及所述第1纯铝层的厚度之间的比率为(...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤肇，石原三纪夫，井本裕儿，
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