半导体模块、其制造方法以及电力变换装置制造方法及图纸

得到能够抑制模块的翘曲的半导体模块、其制造方法以及电力变换装置。在基座板(1)之上设置有半导体芯片(5)。封装树脂(9)将半导体芯片(5)封装。封装树脂(9)的线膨胀系数从半导体芯片(5)朝向封装树脂(9)的上表面而连续地增加。

【技术实现步骤摘要】
半导体模块、其制造方法以及电力变换装置
本专利技术涉及半导体模块、其制造方法以及电力变换装置。
技术介绍
电力控制用半导体模块在壳体内部搭载有IGBT、MOSFET、FWDi等半导体芯片，该半导体模块被称为功率模块。就功率模块而言，为了在壳体内部使半导体芯片与配线彼此绝缘而提高可靠性，使用了封装树脂。在动作的半导体芯片产生的热经由封装树脂而散热。因此，在封装树脂的内部产生温度分布。另外，材料具有随着温度而伸缩的性质，作为材料固有的物性值而具有线膨胀系数。如果线膨胀系数大，则容易由于温度变化而变形，如果线膨胀系数小，则不易变形。由于树脂上部与芯片周边的温度差，封装树脂的上部与下部的变形量不同，因此模块的翘曲量增加。对此，提出了将封装树脂设为2层而在封装树脂的上部和下部使线膨胀系数变化的技术(例如，参照专利文献1)。专利文献1：日本特开平10-270609号公报温度分布从封装树脂的下部朝向上部而平缓地变化。因此，如果将封装树脂设为2层，则有可能在两层的界面处发生剥离，变形量不均匀。另外，还提出了在全模型(Fullmoldtype)的封装件的传递成型时使封装树脂的填料浓度连续地变化而使线膨胀系数在横向变化的方法。但是，即使使线膨胀系数在横向变化，也无法使封装树脂的上部和下部的变形量一致。因此，存在无法抑制由封装树脂的温度分布引起的模块的翘曲的问题。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到能够抑制模块的翘曲的半导体模块、其制造方法以及电力变换装置。本专利技术涉及的半导体模块的特征在于，具有：基座板；半导体芯片，其设置于所述基座板之上；壳体，其在所述基座板之上将所述半导体芯片包围；以及封装树脂，其在所述壳体内将所述半导体芯片封装，所述封装树脂的线膨胀系数从所述半导体芯片朝向所述封装树脂的上表面而连续地增加。专利技术的效果在本专利技术中，封装树脂的线膨胀系数从半导体芯片朝向封装树脂的上表面而连续地增加。由此，能够使模块动作中的封装树脂的上部和下部的变形量一致，因此即使在封装树脂产生大的温度分布，也能够抑制模块的翘曲。附图说明图1是表示实施方式1涉及的半导体模块的剖面图。图2是表示封装树脂的沿着高度方向的线膨胀系数的变化的图。图3是表示实施方式2涉及的半导体模块的剖面图。图4是表示实施方式3涉及的半导体模块的制造方法的剖面图。图5是表示实施方式4涉及的半导体模块的制造方法的剖面图。图6是表示实施方式5涉及的半导体模块的制造方法的剖面图。图7是表示实施方式6涉及的半导体模块的剖面图。图8是表示实施方式7涉及的半导体模块的剖面图。图9是表示电力变换系统的结构的框图，在该电力变换系统中应用了实施方式8涉及的电力变换装置。标号的说明1基座板，5半导体芯片，6壳体，9封装树脂，8导线，10填料，11第1树脂，13第2树脂，15滴涂器，16树脂，17板材，200电力变换装置，201主变换电路，202半导体装置，203控制电路具体实施方式参照附图，对实施方式涉及的半导体模块、其制造方法以及电力变换装置进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。实施方式1.图1是表示实施方式1涉及的半导体模块的剖面图。在基座板1之上依次设置有绝缘基板2和电极3。在电极3之上经由焊料4而设置有半导体芯片5。壳体6在基座板1之上将半导体芯片5包围。半导体芯片5的上表面电极与壳体6的端子7通过导线8连接。在壳体6内，封装树脂9将半导体芯片5等封装。封装树脂9的线膨胀系数从半导体芯片5朝向封装树脂9的上表面而连续地增加。如果将半导体芯片5的周边的封装树脂9的线膨胀系数设为α1、将封装树脂9的上表面的线膨胀系数设为α2，则α1＜α2。线膨胀系数α1为半导体芯片5的材质即Si的线膨胀系数2.0×10-6[/℃]左右。但是，如果线膨胀系数α1与基座板1的线膨胀系数相等，则能够防止封装树脂9与基座板1的界面处的剥离。基座板1的材质即Cu的线膨胀系数为16×10-6[/℃]。另一方面，线膨胀系数α2是对导线8的材料即Al的线膨胀系数23×10-6[/℃]设置余量后的30×10-6[/℃]左右。线膨胀系数α2只要小于或等于模块的结构部件的线膨胀系数的最大值即可。如果半导体芯片5动作，则半导体芯片5附近的温度T1变得高于封装树脂9的上表面附近的温度T2(T1＞T2)。因此，半导体芯片5附近的封装树脂9的变形量α1*T1和封装树脂9的上表面附近的变形量α2*T2在实际使用温度领域(Tjop～Tjmax)变得相同(α1*T1＝α2*T2)。如以上说明的那样，在本实施方式中，封装树脂9的线膨胀系数从半导体芯片5朝向封装树脂9的上表面而连续地增加。由此，能够使模块动作中的封装树脂9的上部和下部的变形量一致，因此即使在封装树脂9产生大的温度分布，也能够抑制模块的翘曲。因此，能够防止模块从散热器浮起而导致热阻增加。图2是表示封装树脂的沿着高度方向的线膨胀系数的变化的图。封装树脂9的沿着高度方向的线膨胀系数的变化在从半导体芯片5至导线8的最大高度为止不具有弯折点。弯折点是变化不平滑而弯折的点，是无法以数学方式进行微分的点。在导线8的上方，封装树脂9的线膨胀系数的变化也可以具有弯折点。由于成为热源的半导体芯片5在基座板1附近密集地配置，因此在基座板1之上，热在横向不变。因此，优选在基座板1之上，封装树脂9的线膨胀系数在横向不变。此外，在本实施方式中，如果试图使封装树脂9的线膨胀系数在横向变化，则生产率会恶化。实施方式2.图3是表示实施方式2涉及的半导体模块的剖面图。通常，填料的线膨胀系数小于封装树脂的主材料即树脂，因此，如果高密度地填充填料，则封装树脂的线膨胀系数变小，变得难以变形。另一方面，如果填料密度低，则接近主材料的线膨胀系数，封装树脂的线膨胀系数变大。因此，在本实施方式中，从半导体芯片5朝向封装树脂9的上表面而使封装树脂9中的填料10的密度连续地减小。由此，能够实现从半导体芯片5朝向封装树脂9的上表面而连续地增加的封装树脂9的线膨胀系数的分布。实施方式3.图4是表示实施方式3涉及的半导体模块的制造方法的剖面图。准备高填充了填料10的液状的第1树脂11的滴涂器12以及与第1树脂11相比填料10的填充量少的液状的第2树脂13的滴涂器14。将第1树脂11灌封于基座板1以及半导体芯片5。接下来，将第2树脂13灌封于第1树脂11之上。接下来，通过使一部分混合起来的第1树脂11和第2树脂13同时硬化，从而形成线膨胀系数连续地变化的封装树脂9。由此，制造出实施方式2涉及的半导体模块。如果是上述这样的直接灌封，则通过对硬化温度、时间、树脂粘度等硬化处理条件进行调整，从而能够与传递模塑相比使封装树脂9的线膨胀系数平缓地变化。实施方式4.图5是表示实施方式4涉及的半导体模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体模块，其特征在于，具有：/n基座板；/n半导体芯片，其设置于所述基座板之上；/n壳体，其在所述基座板之上将所述半导体芯片包围；以及/n封装树脂，其在所述壳体内将所述半导体芯片封装，/n所述封装树脂的线膨胀系数从所述半导体芯片朝向所述封装树脂的上表面而连续地增加。/n

【技术特征摘要】
20181226 JP 2018-2431161.一种半导体模块，其特征在于，具有：
基座板；
半导体芯片，其设置于所述基座板之上；
壳体，其在所述基座板之上将所述半导体芯片包围；以及
封装树脂，其在所述壳体内将所述半导体芯片封装，
所述封装树脂的线膨胀系数从所述半导体芯片朝向所述封装树脂的上表面而连续地增加。


2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
还具有与所述半导体芯片连接、被所述封装树脂封装的导线，
所述封装树脂的沿着高度方向的线膨胀系数的变化在从所述半导体芯片至所述导线的最大高度为止不具有弯折点。


3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
在所述基座板之上，所述封装树脂的线膨胀系数在横向不变。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述封装树脂的填料密度从所述半导体芯片朝向所述封装树脂的上表面而连续地减小。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体模块，其特征在于，
还具有板材，该板材被所述封装树脂封装，该板材具有低于所述封装树脂的线膨胀系数。


6.根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，
所述板材是将所述壳体的内壁间连接起来的梁构造。


7.根据权利要求1至6中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村义孝，
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