功率模块、功率半导体装置及功率模块制造方法制造方法及图纸

目的在于得到提高引线框架和金属底座之间的绝缘性且小型化的功率模块。本发明专利技术的功率模块(20)具备：功率元件(4)；金属底座(3)，其对来自功率元件(4)的热进行散热；引线框架(1)，其与功率元件(4)的电极电连接；以及树脂框体(7)，其以使金属底座(3)的一个面及引线框架(1)的一部分露出的方式对功率元件(4)进行封装。功率模块(20)的树脂框体(7)具备：主体部(10)，其构成为，功率元件(4)及引线框架(1)的一部分被配置于内部，并且在底面(10b)使金属底座(3)的一个面露出；以及肋部(11)，其在主体部(10)的底面(10b)，设置为将金属底座(3)的外周包围，并且设置为从主体部(10)的底面向与该底面(10b)垂直的方向凸出，主体部(10)呈以露出的金属底座(3)的一个面为上下方向的基准而向上方凸出的形状。

Manufacturing Method of Power Module, Power Semiconductor Device and Power Module

The aim is to obtain a miniaturized power module that improves the insulation between the lead frame and the metal base. The power module (20) of the present invention includes: a power element (4); a metal base (3), which dissipates heat from the power element (4); a lead frame (1), which is electrically connected with the electrode of the power element (4); and a resin frame (7), which exposes one side of the metal base (3) and a part of the lead frame (1) to the power element. Parts (4) are encapsulated. The resin frame (7) of the power module (20) has: the main body (10), which is composed of a part of the power element (4) and the lead frame (1) arranged internally, and exposes one face of the metal base (3) on the bottom (10b); and the rib (11), which is arranged on the bottom (10b) of the main body (10), and is surrounded by the outer circumference of the metal base (3). The main part (10) is arranged to protrude from the bottom face of the main part (10) in the direction perpendicular to the bottom face (10b), and the main part (10) is in the shape of protruding upward with one surface of the exposed metal base (3) as the datum in the upper and lower directions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率模块、功率半导体装置及功率模块制造方法
本专利技术涉及功率模块、以及具备功率模块和散热器的功率半导体装置。
技术介绍
从工业用设备到家电、信息终端，功率模块广泛用于设备的主电力的控制(功率控制)。作为功率模块的一个例子，为将直流电力转换为交流电力的逆变器等。由于这样的功率模块在大电流、高电压下进行动作，因此不可少的是需要确保高绝缘性，并且将伴随动作的发热有效地排出到功率模块的外部。例如，在专利文献1中公开了，用焊料将多个电力用半导体元件(功率元件)接合于散热板并用模塑树脂框体进行封装的电力用半导体装置(功率模块)。就专利文献1的电力用半导体装置而言，由在模塑树脂框体的上表面配置的压板和经由导热脂而与露出了散热板(金属底座)的底面接触的散热鳍片(散热器)夹着该电力用半导体装置，通过插入于在压板、模塑树脂框体及散热板设置的贯穿孔的螺栓，从而将电力用半导体装置固定于散热鳍片。另外，就专利文献1的电力用半导体装置而言，与多个半导体元件的电极连接的板状的配线部件(引线框架)的一端作为外部电极从模塑树脂框体的侧面凸出。半导体元件的表面电极经由导线与配线部件连接，半导体元件的背面电极经由散热板与配线部件连接。另外，就专利文献2的半导体模块(功率模块)、及专利文献3的功率模块而言，分别在散热板侧的表面露出的露出材料物的端部被封装树脂覆盖，形成肋。专利文献1：日本特开2004-165406号公报(第0010～0016段、图7)专利文献2：国际公开WO2015/14752A1(图3、图8、图13)专利文献3：日本特开2003-31765号公报(图1)
技术实现思路
如专利文献1的功率模块那样，就与金属底座连接的功率元件被树脂封装的功率模块而言，需要将引线框架的与功率元件的表面电极连接的一端即外部电极、以及与功率元件的背面电极连接的金属底座绝缘。由于从树脂凸出的引线框架和从树脂露出的金属底座之间的绝缘距离由引线框架和金属底座之间的树脂的沿面距离决定，因此为了确保所需的绝缘距离，要充分地确保金属底座的外周和树脂的外周的距离。越是大功率的功率模块，与处理的电力相应地需要越大的绝缘距离，为了确保大的绝缘距离，需要将引线框架和金属底座之间的距离延长，即需要将功率模块横向地扩展。其结果，存在功率模块的面积变大，功率模块大型化的问题。有时会成为以功率模块的金属底座面为基准而在功率模块端部发生翘曲的凹陷形状。此时，已知大型的功率模块呈现封装树脂的热收缩变大、翘曲量变大的倾向。如果功率模块的翘曲量变大，则产生如下问题，即，功率模块的金属底座与散热器接触的面积变小，不能够将功率元件产生的热高效地传导到散热器，功率元件的芯片温度变高。因此，对于大型的功率模块，需要谋求特别的散热对策。作为功率模块的散热对策的一个例子，考虑到如下方法，即，对功率模块的翘曲进行按压而进行抑制，使功率模块的金属底座和散热器的接触面积增大。为了使功率模块的金属底座和散热器以大的接触面积接触，即为了对功率模块的翘曲进行抑制，需要如专利文献1的压板那样的按压部件，存在将功率模块固定于散热器的工序变得漫长且复杂化的问题。另外，能够在专利文献2的功率模块的端部形成肋等而增加封装树脂量，但如果将肋的宽度增大，则存在功率模块大型化的问题。另一方面，以功率模块的金属底座面为基准，功率模块发生翘曲。特别地，如果模块变大，则由于受到树脂的收缩率的影响而变得显著。难以如专利文献3那样在位于功率模块的端部处的底面部对翘曲量进行控制。因此，需要严格管理封装树脂和框架材料的线膨胀差，在制造上的裕量很少。本专利技术就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于得到提高引线框架和金属底座之间的绝缘性且小型化的功率模块。本专利技术的功率模块的特征在于具备：功率元件；金属底座，其对来自功率元件的热进行散热；引线框架，其与功率元件的电极电连接；以及树脂框体，其以使金属底座的一个面及引线框架的一部分露出的方式对功率元件进行封装，树脂框体具备：主体部，其构成为，功率元件及引线框架的一部分被配置于内部，并且在底面使金属底座的一个面露出；以及肋部，其在主体部的底面，设置为将金属底座的外周包围，并且设置为从主体部的底面向与该底面垂直的方向凸出，主体部呈以露出的金属底座的一个面为上下方向的基准而向上方凸出的形状。专利技术的效果就本专利技术的功率模块而言，由于主体部呈以露出的金属底座的一个面为上下方向的基准而向上方凸出的形状，该功率模块具备肋部，该肋部在树脂框体的主体部的底面，设置为将金属底座的外周包围，并且设置为从主体部的底面向与该底面垂直的方向凸出，因此能够提高引线框架和金属底座之间的绝缘性且小型化。附图说明图1是本专利技术的实施方式1涉及的功率模块的剖视图。图2是从金属底座侧观察图1的功率模块的斜视图。图3是从金属底座侧观察图1的功率模块的仰视图。图4是图1的功率模块的肋部的放大图。图5是说明对比例的功率模块的绝缘距离的图。图6是本专利技术的实施方式2涉及的功率模块的剖视图。图7是本专利技术的实施方式3涉及的功率模块的剖视图。图8是本专利技术的实施方式4涉及的功率模块的斜视图。图9是从金属底座侧观察图8的功率模块的仰视图。图10是本专利技术的实施方式5涉及的功率半导体装置的剖视图。图11是表示图10的功率半导体装置的主要部分的图。图12是图10的功率半导体装置的斜视图。图13是本专利技术的实施方式7涉及的功率半导体装置的斜视图。图14是本专利技术的实施方式7涉及的其它功率半导体装置的斜视图。图15是本专利技术的实施方式1涉及的其它功率模块的剖视图。图16是从金属底座侧观察图15的功率模块的斜视图。图17是表示本专利技术的实施方式1涉及的中间制造部件的图。图18是说明本专利技术的实施方式1涉及的功率模块的制造方法的图。图19是本专利技术的实施方式1涉及的模具的剖视图。图20是本专利技术的实施方式1涉及的其它模具的剖视图。图21是图20的模具主体及模具盖的剖视图。图22是说明功率模块的翘曲量的图。图23是说明功率模块的正方向的翘曲量的图。图24是说明功率模块的负方向的翘曲量的图。图25是本专利技术的实施方式6涉及的功率半导体装置的剖视图。图26是本专利技术的实施方式8涉及的功率模块的从金属底座侧观察的仰视图。图27是本专利技术的实施方式9涉及的功率模块的从金属底座侧观察的仰视图。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涉及的功率模块的剖视图。图2是从金属底座侧观察图1的功率模块的斜视图，图3是从金属底座侧观察图1的功率模块的仰视图。图4是图1的功率模块的肋部的放大图。图5是说明对比例的功率模块的绝缘距离的图，是与图4对应的部分的放大图。图1是从A方向观察图2的由虚线所示的切断面的剖视图，与图2上下反转。此外，在图3中，省略了引线框架1的端子部22。功率模块20具备引线框架1、金属底座3、功率元件4、绝缘片5、以及树脂框体7。作为功率元件4，存在将输入交流电力转换为直流电力的转换器部所使用的二极管、将直流电力转换为交流电力的逆变器部所使用的双极晶体管、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)、MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor)、GTO(GateTurn-Offthyristor)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块，其具备：功率元件；金属底座，其对来自所述功率元件的热进行散热；引线框架，其与所述功率元件的电极电连接；以及树脂框体，其以使所述金属底座的一个面及所述引线框架的一部分露出的方式对所述功率元件进行封装，该功率模块的特征在于，所述树脂框体具备：主体部，其构成为，所述功率元件及所述引线框架的一部分被配置于内部，并且在底面使所述金属底座的一个面露出；以及肋部，其在所述主体部的所述底面，设置为将所述金属底座的外周包围，并且设置为从所述主体部的所述底面向与该底面垂直的方向凸出，所述主体部呈以露出的所述金属底座的一个面为上下方向的基准而向上方凸出的形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.04 JP 2016-0748871.一种功率模块，其具备：功率元件；金属底座，其对来自所述功率元件的热进行散热；引线框架，其与所述功率元件的电极电连接；以及树脂框体，其以使所述金属底座的一个面及所述引线框架的一部分露出的方式对所述功率元件进行封装，该功率模块的特征在于，所述树脂框体具备：主体部，其构成为，所述功率元件及所述引线框架的一部分被配置于内部，并且在底面使所述金属底座的一个面露出；以及肋部，其在所述主体部的所述底面，设置为将所述金属底座的外周包围，并且设置为从所述主体部的所述底面向与该底面垂直的方向凸出，所述主体部呈以露出的所述金属底座的一个面为上下方向的基准而向上方凸出的形状。2.一种功率模块，其具备：功率元件；金属底座，其对来自所述功率元件的热进行散热；引线框架，其与所述功率元件的电极电连接；以及树脂框体，其以所述金属底座的一个面及所述引线框架的一部分露出的方式对所述功率元件进行封装，该功率模块的特征在于，所述树脂框体具备：主体部，其构成为，所述功率元件及所述引线框架的一部分被配置于内部，并且在底面使所述金属底座的一个面露出；以及肋部，其在所述主体部的所述底面，设置为将所述金属底座的外周包围，并且设置为从所述主体部的所述底面向与该底面垂直的方向凸出，所述肋部构成为，所述主体部的所述底面和距离所述主体部的所述底面最远的端部之间的高度即肋部高度，比宽度方向的剖面中的与所述主体部的所述底面连接的连接宽度大。3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述肋部构成为，沿宽度方向且与所述主体部的所述底面垂直的剖面的形状呈与所述主体部的所述底面连接的连接宽度比从所述底面凸出的端部的端部宽度大的锥形状。4.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述肋部具备：肋基座部，其与所述主体部的所述底面连接；以及凸部，其设置于所述肋基座部的从所述主体部的所述底面凸出的端部，并且设置为向与所述主体部的所述底面垂直的方向凸出。5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述肋基座部构成为，沿宽度方向且与所述主体部的所述底面垂直的剖面的形状呈与所述主体部的所述底面连接的连接宽度比从所述底面凸出的端部即肋基座部端部的宽度大的锥形状，所述凸部构成为，沿宽度方向且与所述主体部的所述底面垂直的剖面的形状呈与所述肋基座部连接的连接宽度比从所述肋基座部端部凸出的端部即凸部端部的宽度大的锥形状。6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块，其特征在于，所述肋部具有多个肋，至少1个所述肋构成为，所述主体部的所述底面和该肋的距离所述主体部的所述底面最远的端部之间的高度即肋高度，比其它肋的所述肋高度低。7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述肋构成为，所述肋高度比宽度方向的剖面中的与所述主体部的所述底面连接的连接宽度大。8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率模块，其特征在于，所述树脂框体呈所述主体部的所述底面具有长边及短边的四边形，所述肋部具有多个肋，多个所述肋中的2个是在所述底面的所述长边的外周侧配置的长边肋，多个所述肋中的另外2个是在所述底面的所述短边的外周侧配置的短边肋，所述长边肋的宽度方向的与所述主体部的所述底面连接的连接宽度，比所述短边肋的宽度方向的与所述主体部的所述底面连接的连接宽度大。9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率模块，其特征在于，作为所述引线框架的从...

【专利技术属性】
技术研发人员：芳原弘行，中岛泰，后藤正喜，北井清文，
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