功率模块制造技术

本发明专利技术的目的在于，得到即使与外部端子构件连接的连接件是铝制的也能够进行高温动作、并且可靠性提高的功率模块。本发明专利技术的功率模块(100)具备搭载于电路基板(基板(2))的功率半导体元件(1)以及连接到元件(1)的表面主电极(电极(14e))的适配器(10)，适配器(10)具备连接到元件(1)的表面主电极(电极(14e))的主电极布线部件(31)，主电极布线部件(31)具备连接到元件(1)的表面主电极(电极(14e))的元件连接部(311)、配置于元件连接部(311)的外侧并且连接到电路基板(基板(2))的基板连接部(312)以及配置于元件连接部(311)的外侧并且经由连接件(导线(7))连接到外部电极的连接件连接部(导线连接部(313))。

Power module

An object of the present invention is to obtain a power module that is connected with an external terminal member, is aluminum, capable of performing high temperature operations, and has improved reliability. The power module of the invention (100) have mounted on the circuit substrate (substrate (2)) of the power semiconductor element (1) and the element (1) connected to the surface of the main electrode (electrode (14e)) of the adapter (10), (10) have the adapter connected to the element (1) of the main electrode surface (electrode (14e)) of the main electrode wiring member (31), the main electrode wiring member (31) with element (1) connected to the surface of the main electrode (electrode (14e)) of the element connecting part (311), is arranged on the element connecting part (311) outside and connected to the circuit substrate (substrate (2)) substrate connection (312) and is arranged on the element connecting part (311) and the lateral connections (via wire (7) connected to the external electrode) connector connecting part (wire connection (313)).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率模块
本专利技术涉及在从发电以及供电至高效的能量利用以及再生的所有方面利用的功率模块。
技术介绍
在从产业设备至家电、信息终端的所有产品中，功率模块正在普及，关于搭载于家电的模块，要求小型轻质化，并且还要求能够对应于多品种的高生产率和高可靠性。另外，作为搭载于功率模块的功率半导体元件，动作温度高、效率优良的SiC(碳化硅)功率半导体元件成为今后的主流的可能性高。因此，同时还要求功率模块是在SiC半导体元件的高温动作中能够应用的封装体方式。在专利文献1中，记载了对纵向构造的功率MISFET(MetalInsulatorSemiconductorField-Effect-Transistor，金属绝缘体半导体场效应晶体管)进行树脂密封的半导体装置。专利文献1的半导体装置的封装体是将封装体端子配置于下部的表面安装用CSP(ChipScalePackage，芯片级封装)。专利文献1的半导体装置通过对用布线部件夹着的功率半导体元件(功率MISFET)进行树脂模塑而被封装化。在被封装化的密封体1的上部，连接于功率半导体元件的漏极电极的连接部件3DL的上表面部露出，在密封体1的下部，连接于功率半导体元件的源极电极的连接部件3SL、连接于栅极电极的连接部件3GL露出。在专利文献2中，记载了具备如下电极构造的电力用半导体装置：以降低由于外部的布线部件引起的对功率半导体元件(电力用半导体元件)施加的应力作为目的，将连接搭载于电路基板的功率半导体元件的上部电极(表面电极)与外部的布线部件的电极部件在中途连接到电路基板。现有技术文献专利文献1：日本特开2006－179735号公报(第0023段～第0048段、图5)专利文献2：日本特开2013－65836号公报(第0008段、第0013段～第0021段、图2)
技术实现思路
功率模块由于处理高电压以及大电流，所以放热大，对高温动作的要求大。进一步地，预计能够改进特性的以SiC为代表的新的功率半导体元件的应用变成当务之急，它们能够进行超过250℃的高温动作。其结果，对功率模块、封装体的构造、接合部也要求高耐热性。关于功率半导体元件的背面侧(例如，集电极侧)的管芯键合(die-bonding)方法，代替以往的焊接，正在使应用纳米粉末的低温烧结现象的银烧结接合实用化，将目标定为改进耐热性。关于功率半导体元件的表面侧(发射极侧)与电路基板、外部端子的连接，作为代替铝导线(wire)的高耐热材料，研究铜导线等。但是，硬度比铝高的铜对功率半导体元件的损伤大，有可能对功率半导体元件的表面电极(发射极电极等)造成裂纹、可靠性降低等。另外，在将铜导线键合时，需要用于抑制氧化的专用装置，还原气体的供给等设备方面的复杂性无法避免。专利文献1的半导体装置的封装体是表面安装用CSP，所以，专利文献1的半导体装置能够直接进行表面安装于印刷基板等。在驱动汽车用设备、交流马达的逆变器装置等中使用的功率模块、即处理大电流的功率模块中，需要利用导线、母线而连接到外部螺纹卡止电极(screw-fastenedelectrode)等外部电极构件。在使用专利文献1的封装体的情况下，功率半导体元件的表面电极与外部电极构件的连接需要暂时在陶瓷基板(电路基板)的导体层进行中继而从导体层向外部电极构件进行导线连接、母线连接，安装面积变大，存在无法使搭载有功率半导体元件的功率模块小型化的问题。专利文献1的半导体装置还能够用导线连接在上表面部露出的连接部件3DL的露出部和外部螺纹卡止电极等，但在功率半导体元件的正上方，几乎无法期望连接中使用的导线的温度降低，在高温动作时，对导线自身要求高耐热性。在专利文献2的电力用半导体装置中，记载了将连接功率半导体元件的上部电极(表面电极)与外部的布线部件的电极部件在中途连接到电路基板的电极构造，但用长电线连接电极部件的端部与对外部电极构件进行螺纹卡止的端子，未记载用导线连接电极部件的端部与外部电极构件，或者用导线连接电极部件的端部与电线。本专利技术是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于，得到能够不在电路基板的导体层进行中继而连接外部端子构件与功率半导体元件的表面电极、并且即使与外部端子构件连接的导线等连接件是焊料、铝制的也能够进行高温动作、且可靠性提高的功率模块。本专利技术涉及一种功率模块，其特征在于，具备搭载于电路基板的功率半导体元件以及连接到功率半导体元件的表面主电极的适配器，适配器具备连接到功率半导体元件的表面主电极的主电极布线部件，主电极布线部件具备连接到功率半导体元件的表面主电极的元件连接部、配置于元件连接部的外侧并且连接于电路基板的基板连接部以及配置于元件连接部的外侧并且经由连接件连接到外部电极的连接件连接部。在本专利技术的功率模块中，连接于功率半导体元件的表面主电极的适配器的主电极布线部件在元件连接部以及基板连接部的外侧具备经由连接件连接到外部电极的连接件连接部，所以，能够不在电路基板的导体层进行中继而连接作为外部端子构件的外部电极与功率半导体元件的表面电极，即使与外部端子构件连接的连接件是焊料、铝制的，也能够进行高温动作，能够提高可靠性。附图说明图1是本专利技术的实施方式1的功率模块的剖面示意图。图2是示出图1的适配器的图。图3是本专利技术的实施方式1的功率模块的鸟瞰图。图4是示出图3的适配器内部构造的俯视图。图5是示出图4的布线部件的鸟瞰图。图6是图4的适配器的背面鸟瞰图。图7是示出图1的功率模块的制造过程的图。图8是示出图1的功率模块的制造过程的图。图9是本专利技术的实施方式2的功率模块的剖面示意图。图10是本专利技术的实施方式3的功率模块的鸟瞰图。图11是示出图10的适配器的布线部件以及陶瓷基板的导体层的鸟瞰图。图12是本专利技术的实施方式4的功率模块的剖面示意图。图13是示出图12的适配器以及功率半导体元件的图。图14是评价图12的功率模块的样品的剖面示意图。图15是示出图14的样品的测定结果的图。图16是本专利技术的实施方式5的功率模块的剖面示意图。(附图标记说明)1…功率半导体元件；1d…二极管；1i…开关元件；2…陶瓷基板(电路基板)；7…导线(连接件)；8…密封树脂；10…适配器；13…集电极电极(背面主电极)；14e…发射极电极(表面主电极)；14s…信号电极(表面信号电极)；14k…阴极电极(表面主电极)；22…导体层；22c…导体层；31…主电极布线部件；32…信号布线部件；33…主电极布线部件(背面主电极布线部件)；39…开口部；81…间隙密封件；100…功率模块；311…元件连接部；312…基板连接部；313…导线连接部(连接件连接部)；321…元件连接部(元件信号连接部)；322…基板连接部(基板信号连接部)；323…导线连接部(连接件信号连接部)；333…导线连接部(连接件连接部)。具体实施方式实施方式1.图1是本专利技术的实施方式1的功率模块的剖面示意图，图2是示出图1的适配器的图。图3是本专利技术的实施方式1的功率模块的鸟瞰图，图4是示出图3的适配器内部构造的俯视图。图5是示出图4的布线部件的鸟瞰图，图6是图4的适配器的背面鸟瞰图。图7以及图8是示出图1的功率模块的制造过程的图。功率模块100具备功率半导体元件1、作为搭载有功率半导体元件1的电路基板的陶瓷基板2、具有连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块，具备搭载于电路基板的功率半导体元件以及连接到所述功率半导体元件的表面主电极的适配器，所述功率模块的特征在于，所述适配器具备连接到所述功率半导体元件的所述表面主电极的主电极布线部件，所述主电极布线部件具备连接到所述功率半导体元件的所述表面主电极的元件连接部、配置于所述元件连接部的外侧并且连接于所述电路基板的基板连接部以及配置于所述元件连接部的外侧并且经由连接件连接到外部电极的连接件连接部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.25 JP 2015-0347341.一种功率模块，具备搭载于电路基板的功率半导体元件以及连接到所述功率半导体元件的表面主电极的适配器，所述功率模块的特征在于，所述适配器具备连接到所述功率半导体元件的所述表面主电极的主电极布线部件，所述主电极布线部件具备连接到所述功率半导体元件的所述表面主电极的元件连接部、配置于所述元件连接部的外侧并且连接于所述电路基板的基板连接部以及配置于所述元件连接部的外侧并且经由连接件连接到外部电极的连接件连接部。2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述主电极布线部件的所述连接件连接部实质上与所述电路基板平行地配置。3.根据权利要求1或者2所述的功率模块，其特征在于，所述主电极布线部件的所述连接件连接部配置于与所述元件连接部的相反侧面相同的高度或者比所述元件连接部的相反侧面低的高度。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的功率模块，其特征在于，所述适配器具备连接到所述功率半导体元件的表面信号电极的信号布线部件，所述信号布线部件具备：元件信号连接部，连接到所述功率半导体元件的所述表面信号电极；基板信号连接部，配置于所述元件信号连接部的外侧并且连接于所述电路基板；以及连接件信号连接部，在与配置有所述元件信号连接部以及所述基板信号连接部的面相反的一侧的相反侧面，配置于所述元件信号连接部的外侧并且经由连接件连接到外部电极。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的功率模块，其特征在于，所述电路基板具备连接到所述功率半导体元件的背面主电极的导体层，所述适配器具备经由所述导体层连接到所述功率半导体元件的所述背面主电极的背面主电极布线部件，所述背面主电极布线部件在与针对所述导体层的连接面相反的一侧的相反侧面具备经由连接件连接到外部电极的连接件连接部。6.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述电路基板具备连接到所述功率半导体元件的背面主电极的导体层，所述适配器具备经由所述导体层连接到所述功率半导体元件的所述背面主电极的背面主电极布线部件，所述背面主电极布线部件在与针对所述导体层的连接面相反的一侧的相反侧面具备经由连接件连接到外部电极的连接件连接部。7.根据权利要求1至3中的任一项所述的功率模块，其特征在于，将作为所述功率半导体元件的开关元件以及二极管搭载于所述电路基板，关于所述适配器的所述主电极布线部件，将所述主电极布线部件连接到所述开关元件以及所述二极管的各表面主电极。8.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，将作为所述功率半导体元件的开关元件以及二极管搭载于所述电路基板，关于所述适配器的所述主电极布线部件，将所述主电极布线部件连接到所述开关元件以及所述二极管的各表面主电极。9.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，将作为所述功率半导体元件的开关元件以及二极管搭载于所述电路基板，关于所述适配器的所述主电极布线部件，将所述主电极布线部件连接到所述开关元件以及所述二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤野纯司，小川翔平，坂元创一，
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