[發明專利]半導體模塊單元以及半導體模塊

有效

• 申請號: 201580001835.1
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN105531817B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 兩角朗;鄉原廣道;山田教文
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L23/36
• 分類號: H01L23/36;B23K1/00;H01L23/29;B23K101/40
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王穎;金玉蘭

本發明的目的在于提供輕小型且散熱性能優良、合格率高、容易組裝的半導體模塊單元、以及使該半導體模塊單元和冷卻器形成為一體型而成的半導體模塊。本發明的半導體模塊具備：半導體芯片(3)；絕緣電路基板(11)，其在絕緣基板(2)的一側的主面內具有與半導體芯片(3)電連接電路部件(6)，并且在絕緣基板(2)的另一側的主面內具有第一金屬部件(7)；第二金屬部件(10a)，其配置于第一金屬部件(7)的外邊緣側，并且至少一部分配置于比絕緣基板(2)靠近外側的位置；模塑樹脂部(9)，其在使第一金屬部件(7)的一部分和第二金屬部件(10a)的一部分露出的狀態下密封半導體芯片(3)、絕緣電路基板(11)和第二金屬部件(10a)；冷卻器(1)；第一接合部件(8a)，將冷卻器(1)和第一金屬部件(7)之間進行接合；第二接合部件(8b)，將冷卻器(1)和第二金屬部件(10a)之間進行接合。

技術領域

本發明涉及半導體模塊單元以及使該半導體模塊單元和冷卻器形成為一體型而成的半導體模塊。

背景技術

電力用半導體模塊單元具備如下的結構，即IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：絕緣柵雙極型晶體管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金屬氧化物半導體場效應晶體管)、FWD(Free Wheeling Diode：續流二極管)等功率半導體芯片通過焊料向具有預定的電路的絕緣電路基板接合，并將這些進行樹脂密封。這樣的電力用半導體模塊單元可用于如電動汽車、電動鐵路車輛、機床等這樣的控制大電流的用途中。由于有大電流流通的功率半導體芯片的發熱量多，所以半導體模塊單元為了使外形緊湊而要求能夠高效散熱的結構。另外，半導體模塊單元為了進一步提高散熱性而從實用性出發安裝于冷卻器而使用。以下的說明中，將在冷卻器上安裝半導體模塊單元而成的結構稱為半導體模塊。

以往，為了高效地散熱，將焊接了多個作為發熱源的功率半導體芯片的絕緣電路基板焊接在導熱性(散熱性)優良的銅等的金屬基板上。進一步地，該金屬基板的背面經由散熱油脂而與冷卻器密合，并且經由設置于金屬基板周邊的孔利用螺栓和螺母固定于冷卻器(專利文獻1)。

另外，將半導體模塊單元固定于冷卻器的作業一般在半導體模塊單元的用戶端進行。通常，散熱用的金屬基板使用銅或者銅合金作為主要材料的情況較多，冷卻器使用鋁或者鋁合金作為主要材料的情況較多。銅和鋁的導熱率分別為約390W/m·K和約220W/m·K。對此，散熱油脂的導熱率小，約為1.0W/m·K，因此關于電力用半導體模塊的散熱，存在散熱油脂的部分熱電阻變大而半導體芯片的溫度易于上升，相應地允許電流容量降低的問題。

近來，節約能源、清潔能源備受關注，風力發電、電動汽車正在成為市場的推動力。在這些用途中使用的電力用半導體模塊為了處理大電流，形成為緊湊的外形，需要盡可能高效地將在功率半導體芯片產生的熱能傳遞給冷卻器，并向體系外散熱。特別是在電動汽車用途中，為了形成為更輕小型而采用了水冷作為冷卻方式。另外，已經開發并應用了如下結構的冷卻器一體型的半導體模塊，該結構是省去前述作為熱電阻的散熱油脂和外形大且具有厚度和重量的金屬基板，將安裝了半導體芯片的金屬基板直接接合于水冷式的冷卻器的表面(專利文獻2、專利文獻3、專利文獻4)。作為將安裝了半導體芯片的絕緣電路基板與冷卻器直接接合的方法，通常是使用焊接材料的接合。還已知有利用螺栓將包圍半導體芯片和/或絕緣電路基板的周圍的樹脂框固定于冷卻器的結構(專利文獻4)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2008-288414號公報

專利文獻2:日本特開2008-226920號公報

專利文獻3:日本特開2012-142465號公報

專利文獻4:日本特開2008-218814號公報

發明內容

技術問題