冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊制造技術(shù)

提供以緊湊的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的散熱性能，且與冷卻器的焊料接合的可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊。該冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊具備：絕緣基板(6)、設(shè)置于所述絕緣基板(6)的正面的電路層(5)、與所述電路層(5)電連接的半導(dǎo)體元件(3)、設(shè)置于所述絕緣基板(6)的背面的金屬層(7)、覆蓋所述絕緣基板(6)、所述電路層(5)、所述半導(dǎo)體元件(3)和所述金屬層(7)的一部分的密封樹(shù)脂(2)、配置于所述金屬層(7)的下表面?zhèn)鹊睦鋮s器(9)、至少配置于所述密封樹(shù)脂(2)的與所述冷卻器(9)相向的面的鍍覆層(10)、以及將所述鍍覆層(10)與所述冷卻器(9)進(jìn)行連接的接合部件(8)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種在控制大電流、高電壓的電力變換裝置等中使用的電力用半導(dǎo)體模塊。
技術(shù)介紹
在以混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等為代表的使用馬達(dá)的機(jī)器中，一直期望節(jié)能效果優(yōu)異的電力變換裝置。在該電力變換裝置中廣泛使用有搭載了例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：絕緣柵雙極型晶體管)等電力用(以下，稱(chēng)為功率)功率半導(dǎo)體元件的功率半導(dǎo)體模塊。為了將向功率半導(dǎo)體元件通入大電流時(shí)產(chǎn)生的熱量有效地進(jìn)行散熱，要求功率半導(dǎo)體模塊為連接于冷卻器、小型且散熱性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)。例如，下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的半導(dǎo)體模塊具備在陶瓷基板的兩個(gè)面配置金屬層而成的絕緣電路基板。在絕緣電路基板的一側(cè)的主表面上接合有多個(gè)功率半導(dǎo)體元件，在另一側(cè)的主表面上接合有金屬制的厚的散熱基板。該絕緣電路基板被容納于樹(shù)脂殼體中，注入凝膠狀樹(shù)脂，從而構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊。并且，該半導(dǎo)體模塊通過(guò)螺栓和螺母隔著散熱油脂被固定于冷卻器。另一方面，在下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了在將樹(shù)脂密封模塊與冷卻器進(jìn)行焊料接合后，在焊料接合部的周?chē)鷧^(qū)域的縫隙中填充密封樹(shù)脂而成的半導(dǎo)體模塊。此外，在下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了如下半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊具備：金屬塊、通過(guò)焊料層接合于該金屬塊上的半導(dǎo)體元件、對(duì)上述金屬塊與上述半導(dǎo)體元件進(jìn)行塑模(mold)而成的樹(shù)脂塑模部，并且在上述金屬塊表面的鍍覆區(qū)域和粗糙化區(qū)域之中，上述半導(dǎo)體元件搭載于鍍覆區(qū)域。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2008-288414號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2012-142465號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2012-146919號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問(wèn)題然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載的半導(dǎo)體模塊中，存在如下問(wèn)題：增加將樹(shù)脂填充到包圍焊料接合部的密封樹(shù)脂下表面與冷卻器之間的縫隙中的工序的問(wèn)題、和/或在接合于冷卻器的半導(dǎo)體模塊有多個(gè)的情況下不容易將樹(shù)脂可靠地填充到縫隙中的問(wèn)題。另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3所記載的半導(dǎo)體模塊中，由于在半導(dǎo)體元件與冷卻板之間存在形成有鍍覆區(qū)域和粗糙化區(qū)域的金屬塊，因此成為密封樹(shù)脂與半導(dǎo)體元件、金屬塊、焊料、冷卻板直接接觸的結(jié)構(gòu)，不僅不能稱(chēng)為緊湊的結(jié)構(gòu)，還存在必需確保在各種界面上的粘合性的問(wèn)題。因此，考慮上述問(wèn)題點(diǎn)，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊，該冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊以緊湊的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的散熱性能，且與冷卻器的焊料接合的可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好。技術(shù)方案為了解決上述課題，實(shí)現(xiàn)該目的，本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊的特征在于，具備：絕緣基板；電路層，設(shè)置于上述絕緣基板的正面；半導(dǎo)體元件，與上述電路層電連接；金屬層，設(shè)置于上述絕緣基板的背面；密封樹(shù)脂，覆蓋上述絕緣基板、上述電路層、上述半導(dǎo)體元件和上述金屬層的一部分；冷卻器，配置于上述金屬層的下表面?zhèn)龋诲兏矊樱辽倥渲糜谏鲜雒芊鈽?shù)脂的與上述冷卻器相向的面；以及接合部件，將上述鍍覆層與上述冷卻器進(jìn)行連接。優(yōu)選地，在本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊中，上述密封樹(shù)脂的與上述鍍覆層的界面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計(jì)為5μm以上。優(yōu)選地，在本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊中，至少上述密封樹(shù)脂的與上述冷卻器相向的面是利用選自化學(xué)蝕刻、機(jī)械切削、噴砂法、激光處理中的任一方法進(jìn)行粗糙化而成的面，或者是通過(guò)在傳遞成型用金屬模具上預(yù)先形成的粗糙面來(lái)成形的面。優(yōu)選地，在本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊中，上述接合部件的厚度為250μm以下。優(yōu)選地，在本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊中，上述接合部件是組成為Sn8％Sb3％Ag的焊料。優(yōu)選地，在本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊中，上述鍍覆層具有1μm以上且5μm以下的厚度，并含有選自銅、鎳、金、銀中的至少一種以上的金屬。技術(shù)效果根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，能夠提供一種以緊湊的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的散熱性能，且與冷卻器的焊料接合的可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊。附圖說(shuō)明圖1是表示本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊的一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖。圖2是示出本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊的比較例的剖視圖。圖3是本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊的實(shí)施例與比較例的塑性應(yīng)變幅的比率(％)的比較圖。符號(hào)說(shuō)明1：絕緣布線基板2：密封樹(shù)脂3：半導(dǎo)體元件4：焊料層5：電路層6：絕緣基板、陶瓷基板7：金屬層8、18：焊料層9：冷卻器、散熱片底座9a：散熱片9b：制冷劑流路10：鍍覆層11、20：半導(dǎo)體模塊100、200：冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊具體實(shí)施方式以下，參照附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)予說(shuō)明，在以下的實(shí)施例的說(shuō)明以及附圖中，對(duì)同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略重復(fù)的說(shuō)明。此外，為了易于觀察或易于理解，在實(shí)施例中進(jìn)行說(shuō)明的附圖并未以正確的比例、尺寸比進(jìn)行繪制。本專(zhuān)利技術(shù)只要未超出其主旨，就不限于以下所說(shuō)明的實(shí)施例的記載。圖1中，通過(guò)剖視圖示出了本專(zhuān)利技術(shù)的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊的一個(gè)實(shí)施方式。冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊100具備：具有絕緣布線基板1和半導(dǎo)體元件3的半導(dǎo)體模塊11、以及熱連接于半導(dǎo)體模塊11的冷卻器9。絕緣布線基板1具有絕緣基板6、配置在絕緣基板6的一側(cè)的主表面的電路層5、配置在絕緣基板6的另一側(cè)的主表面的金屬層7，并在電路層5上通過(guò)焊料層4接合有半導(dǎo)體元件3，這些全部被密封樹(shù)脂2所被覆。在本專(zhuān)利技術(shù)中，在半導(dǎo)體模塊11的與冷卻器9相向的面上設(shè)置有鍍覆層10。對(duì)于半導(dǎo)體元件3的種類(lèi)并不特別限定。例如，可以是IGBT、功率MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或FWD(FreeWheelingDiode：續(xù)流二極管)，還可以是將它們形成在一個(gè)半導(dǎo)體元件中的RB-IGBT(ReverseBlocking-InsulatedGateBipolarTransistor：逆阻型絕緣柵雙極型晶體管)或RC-IGBT(ReverseConducting-InsulatedGateBipolarTransistor：反向?qū)ㄐ徒^緣柵雙極型晶體管)。在半導(dǎo)體元件3的上表面的電極膜(未圖示)上導(dǎo)電連接有包含導(dǎo)電性良好的銅、鋁合金等金屬，并由引腳布線、引線布線和/或引線框布線等構(gòu)成的電路布線(未圖示)的一側(cè)的端部。此外，該電路布線(未圖示)的另一側(cè)的端部連接于從密封樹(shù)脂2引到外部的外部連接端子(未圖示)。半導(dǎo)體元件3的下表面的電極膜(未圖示)通過(guò)焊料層4熱性能良好且電氣性良好地連接于電路層5的所需的位置。電路層5為銅等導(dǎo)電性良好的金屬箔等被預(yù)先接合于絕緣性的陶瓷基板等絕緣基板上表面而成的電路層。作為焊料層4的焊料的種類(lèi)，可使用SnSb系、SnSbAg系的無(wú)鉛焊料等。但是，優(yōu)選該焊料層4的焊料的熔點(diǎn)比后述的焊料層8的焊料的熔點(diǎn)溫度高，以使焊料層4在焊料層8的形成時(shí)不會(huì)再次熔融。該電路層5與預(yù)先接合于絕緣基板6的背面?zhèn)鹊慕饘賹?以使它們兩層間具有電氣上可靠絕緣的預(yù)定的爬電距離的方式分別配置在從絕緣基板的外周邊靠向內(nèi)側(cè)的位置。金屬層7優(yōu)選包括導(dǎo)電性良好的銅等。冷卻器9在內(nèi)部具備被多個(gè)散熱片9a分隔的制冷劑流路9b。該冷卻器9通過(guò)焊料層8直接接合于上述絕緣基板6的下表面?zhèn)鹊慕饘賹?。與在半導(dǎo)體模塊背面和冷卻器之間存本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備：絕緣基板；電路層，設(shè)置于所述絕緣基板的正面；半導(dǎo)體元件，與所述電路層電連接；金屬層，設(shè)置于所述絕緣基板的背面；密封樹(shù)脂，覆蓋所述絕緣基板、所述電路層、所述半導(dǎo)體元件和所述金屬層的一部分；冷卻器，配置于所述金屬層的下表面?zhèn)龋诲兏矊樱辽倥渲糜谒雒芊鈽?shù)脂的與所述冷卻器相向的面；以及接合部件，將所述鍍覆層與所述冷卻器進(jìn)行連接。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2014.06.23 JP 2014-1283331.一種冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備：絕緣基板；電路層，設(shè)置于所述絕緣基板的正面；半導(dǎo)體元件，與所述電路層電連接；金屬層，設(shè)置于所述絕緣基板的背面；密封樹(shù)脂，覆蓋所述絕緣基板、所述電路層、所述半導(dǎo)體元件和所述金屬層的一部分；冷卻器，配置于所述金屬層的下表面?zhèn)龋诲兏矊樱辽倥渲糜谒雒芊鈽?shù)脂的與所述冷卻器相向的面；以及接合部件，將所述鍍覆層與所述冷卻器進(jìn)行連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻器一體型半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述密封樹(shù)脂的與所述鍍覆層的界面的粗糙度以算術(shù)平均粗糙度計(jì)為5μ...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：山田教文，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：富士電機(jī)株式會(huì)社，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP