半導體模塊制造技術

一種半導體模塊，包括襯底(12)、半導體元件(21

【技術實現步驟摘要】
半導體模塊


[0001]本公開涉及一種半導體模塊。

技術介紹

[0002]US 10,229,895 B2公開了一種半導體模塊。該半導體模塊包括襯底和設置在襯底內部的半導體元件。半導體元件是功率元件，并且在導電的同時產生大量的熱量。

技術實現思路

[0003]在US 10,229,895 B2中描述的半導體模塊中，半導體元件(特別是功率半導體元件)被設置在半導體器件的襯底上，在上述結構中，可能難以將由半導體元件產生的熱量消散到外部，使得可能發生半導體元件溫度的過度升高。
[0004]本公開的目的是提供一種在電路板中具有內置半導體元件的半導體模塊，以抑制半導體元件的溫度升高。
[0005]根據本公開的一個方面，半導體模塊包括襯底、半導體元件和散熱板。襯底包括在電路板中。半導體元件設置在襯底內部的散熱板處。流體密封在散熱板內部。
[0006]通過采用將流體密封在散熱板內部的結構，例如，可以增強散熱板的熱傳導并為散熱板的熱傳導提供各向異性。結果，可以通過散熱板在襯底的更寬范圍內擴散由半導體元件產生的熱量，并且可以有效地抑制半導體元件的溫度升高。
附圖說明
[0007]通過參考附圖進行的以下詳細描述，本公開的其它目的、特征和優點將變得更加明顯，在附圖中：
[0008]圖1是實施例中的半導體模塊的平面圖；
[0009]圖2是沿圖1中的線II
?
II截取的橫截面圖；
[0010]圖3是示出實施例中的半導體模塊的電路構造的電路圖；r/>[0011]圖4是散熱板的透視圖；
[0012]圖5A是散熱板的平面圖；
[0013]圖5B是沿圖5A中的線VB
?
VB截取的散熱板的橫截面圖；
[0014]圖6A是根據第一修改例的散熱板的平面圖；
[0015]圖6B是沿圖6A中的線VIB
?
VIB截取的散熱板的橫截面圖；
[0016]圖7A是根據第二修改例的散熱板的平面圖；
[0017]圖7B是沿圖7A中的線VIIB
?
VIIB截取的散熱板的橫截面圖；以及
[0018]圖8示出了在單個散熱板處設置多個半導體元件的示例。
具體實施方式
[0019]在根據本說明書的以下實施例的半導體模塊中，散熱板的熱導率在平面圖中可以
具有各向異性。根據該結構，可以根據散熱板的形狀或襯底的形狀有效地擴散由半導體元件產生的熱量。
[0020]在本說明書的以下實施例中，散熱板可具有矩形外形。在這種情況下，散熱板的縱向方向上的熱導率可以高于散熱板的橫向方向上的熱導率。根據這種結構，可以將半導體元件產生的熱量均勻地擴散到整個散熱板上。
[0021]在本說明書的以下實施例中，還可以包括暴露于襯底的表面并電連接到半導體元件的多個端子。在這種情況下，多個端子可以在散熱板的橫向方向上設置成面向散熱板。根據這種結構，可以縮短連接多個端子和半導體元件的電流路徑，以減小電流路徑的阻抗。由于電流路徑的阻抗減小，抑制了電流路徑中的產熱，從而也抑制了半導體元件中的溫度升高。
[0022]在本說明書的以下實施例中，散熱板可以是熱管或蒸汽室。熱管和蒸汽室是流體被包圍在其中的傳熱構件的示例，并且這種傳熱構件可以適當地用于本說明書中描述的散熱板。
[0023]在本說明書的以下實施例中，散熱板可以由金屬或石墨制成。金屬和石墨是具有優異導熱性的材料，并且這種傳熱構件可以適當地用于本說明書中描述的散熱板。
[0024]在本說明書的以下實施例中，半導體模塊還可以包括控制半導體元件的操作的控制電路。根據這種結構，可以抑制半導體元件中的溫度升高。因此，當控制電路設置在襯底的表面時，可以避免控制電路過熱的情況。
[0025]根據本說明書的另一方面，可以減小具有內置半導體元件的半導體模塊中的電流路徑的阻抗。在本說明書的以下實施例中，半導體模塊可包括襯底、半導體元件、散熱板和多個端子。半導體元件設置在襯底中。散熱板在襯底內部設置有半導體元件。多個端子暴露于襯底的表面，并且電連接到襯底內部的半導體元件。
[0026]在本說明書的以下實施例中，散熱板可具有矩形外形。在這種情況下，多個端子可以相對于散熱板設置在散熱板的橫向方向上。根據這種結構，可以縮短連接多個端子和半導體元件的電流路徑，以減小電流路徑的阻抗。
[0027]在以下實施例中，多個端子中的至少一個在橫向方向上位于散熱板的一側以面向散熱板，并且多個端子中的至少另一個在散熱板的橫向方向上位于散熱板的另一側以面向散熱板。根據這種結構，可以有效地縮短連接多個端子和半導體元件的電流路徑，以進一步減小電流路徑的阻抗。
[0028](實施例)
[0029]下面參照附圖描述根據實施例的半導體模塊10。根據本實施例的半導體模塊10例如采用在電動車輛中的電力控制單元中，并且可以在電源和驅動電機之間轉換電力。本實施例中的電動車輛廣義地表示具有用于驅動車輪的電機的車輛，例如由外部電力充電的電動車輛、除了電機之外還具有發動機的混合動力車輛、具有燃料電池作為電源的燃料電池車輛等。然而，根據本實施例的半導體模塊10的應用可以不限于電動車輛，而可以應用于各種電氣設備。
[0030]如圖1至圖3所示，半導體模塊10包括襯底12、多個半導體元件21至26和多個散熱板31至36。襯底12也可以被稱為襯底主體或襯底體。襯底12具有板狀形狀或片狀形狀。襯底12具有上表面12a和下表面12b。下表面12b位于與上表面12a相反的一側。襯底12由絕緣體
例如環氧樹脂或其它樹脂材料制成。
[0031]圖中的X方向和Y方向是平行于襯底12的上表面12a和下表面12b的方向，并且是彼此垂直的方向。Z方向是垂直于襯底12的上表面12a和下表面12b的方向，并且是垂直于X方向和Y方向中每一個的方向。
[0032]半導體元件21至26位于襯底12內部，并且由襯底12密封。半導體元件21和22中的每一個是功率半導體元件，并且特別是開關元件。該開關元件可以是例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。半導體元件21至26分別具有上表面電極21a至26a和下表面電極21b至26b，并且分別在對應的上表面電極21a至26a和對應的下表面電極21b至26b之間導電或阻斷導電。
[0033]作為示例，在本實施例中的半導體模塊10中，多個半導體元件21至26分別被稱為第一半導體元件21、第二半導體元件22、第三半導體元件23、第四半導體元件24、第五半導體元件25和第六半導體元件26。第一半導體元件21和第二半導體元件22在襯底12內部串聯電連接。第三半導體元件23和第四半導體元件24在襯底12內部串聯電連接。第五半導體元件25和第六半導體元件26在襯底12內部串聯電連接。
[0034]散熱板31至36位于襯底12內部，并且由襯底12密封。散熱板31至36中的每一個包括板狀本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種半導體模塊，包括：襯底，其包括在電路板中；半導體元件，其被配置為設置在所述襯底內部；以及散熱板，在所述散熱板處，所述半導體元件設置在所述襯底內部，其中，流體被密封在所述散熱板內部。2.根據權利要求1所述的半導體模塊，其中所述散熱板在所述散熱板的平面圖中具有各向異性熱導率。3.根據權利要求2所述的半導體模塊，其中，所述散熱板具有矩形外形，其中，所述各向異性熱導率至少包括在所述散熱板的縱向方向上的第一熱導率和在所述散熱板的橫向方向上的第二熱導率，并且其中所述第一熱導率大于所述第二熱導率。4.根據權利要求3所述的半導體模塊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：長井彰平，
申請(專利權)人：豐田自動車株式會社未來瞻科技株式會社，
類型：發明
國別省市：