[發(fā)明專利]功率模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580071608.6
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN107112318B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 福本晃久;根岸哲;山本圭;筱原利彰;西川和康
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/29;H01L23/48;H01L25/18
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 孫蕾

功率模塊(PM)具備功率半導(dǎo)體元件(4)、布線材料(2)、電路基板(6)、外部端子(8)、接合材料(5、7)以及密封樹脂(1)。以從位于功率半導(dǎo)體元件(4)與布線材料(2)之間的接合材料(5)的端面起遍及位于該端面和與該端面隔開距離的布線材料(2)的規(guī)定部位之間的布線材料(2)的表面的方式，在接合材料(5)的端面以及布線材料(2)的表面與密封樹脂(1)之間連續(xù)地形成有間隙部(3)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率模塊，特別涉及利用樹脂密封功率半導(dǎo)體元件的 功率模塊。

背景技術(shù)

在控制電力的功率模塊中，例如，搭載有二極管、絕緣柵雙極晶 體管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)或者金屬氧化膜場 效應(yīng)晶體管(MOSFET：MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor)等功率半導(dǎo)體元件。

在這些功率半導(dǎo)體元件中，將電極分別形成于對置的兩個面。將 電路基板或者布線材料等電連接到該電極，利用密封樹脂對該功率半 導(dǎo)體元件進行絕緣密封，從而制造功率模塊。

例如通過經(jīng)由焊錫等接合材料將功率半導(dǎo)體元件接合到電路基 板上而進行功率半導(dǎo)體元件與電路基板的電連接。另外，例如在大電 流用的功率模塊的情況下，通過經(jīng)由焊錫等接合材料將板狀的布線材 料接合到功率半導(dǎo)體元件的電極而進行功率半導(dǎo)體元件與布線材料 的電連接。

該板狀的布線材料和功率半導(dǎo)體元件的線膨脹系數(shù)大不相同。例 如，作為板狀的布線材料而被頻繁地使用的銅的線膨脹系數(shù)約是 17ppm/℃(17μm/℃/m)。另一方面，作為功率半導(dǎo)體元件而被頻繁 地使用的硅的線膨脹系數(shù)約是3ppm/℃(3μm/℃/m)。當(dāng)半導(dǎo)體模塊 的周圍的溫度(環(huán)境溫度)或者功率半導(dǎo)體元件自身的溫度發(fā)生變動 時，該兩者的線膨脹系數(shù)之差導(dǎo)致對將板狀的布線材料與功率半導(dǎo)體 元件連接的接合材料施加熱應(yīng)力。當(dāng)向接合材料反復(fù)施加熱應(yīng)力時， 接合材料產(chǎn)生裂紋，存在損害功率模塊的功能的問題。

為了解決這樣的問題，采用如下方法：將固化性的密封樹脂用作 功率模塊的絕緣密封，利用密封樹脂以機械的方式約束功率半導(dǎo)體元 件、接合材料以及板狀的布線材料，從而增強接合材料。利用密封樹 脂的絕緣密封通過以下方式進行：用固化前的密封樹脂填滿完成與電 路基板以及布線材料等的連接的功率半導(dǎo)體元件的周圍，并使樹脂從 該狀態(tài)開始固化。

作為其一個例子，存在如下方法：在將完成與電路基板以及布線 材料等的連接的功率半導(dǎo)體元件設(shè)置于金屬模具內(nèi)，之后將固化前的 密封樹脂灌入到該金屬模具，一邊施加壓力一邊使密封樹脂固化。另 外，作為另一例子，存在如下方法：將接合有功率半導(dǎo)體元件的電路 基板接合到底板，將具有包圍功率半導(dǎo)體元件周圍的形狀的殼體粘接 到底板之上，之后將固化前的密封樹脂灌入到殼體內(nèi)部，使密封樹脂 固化。

然而，一般來說，密封樹脂的線膨脹系數(shù)比功率半導(dǎo)體元件的線 膨脹系數(shù)大，所以，在環(huán)境溫度、或功率半導(dǎo)體元件自身的溫度變動 時，在密封樹脂與功率半導(dǎo)體元件之間的界面處產(chǎn)生剪切應(yīng)力。在密 封樹脂相對功率半導(dǎo)體元件的粘合力弱時，有可能密封樹脂從功率半 導(dǎo)體元件剝離，功率半導(dǎo)體元件的電極間的絕緣性降低。

作為防止這樣的功率半導(dǎo)體元件與密封樹脂之間的剝離的方法， 例如在專利文獻1以及專利文獻2中提出如下方法：針對完成電路基 板與布線材料等的連接的功率半導(dǎo)體元件形成與密封樹脂的粘合力 強的聚酰亞胺的被膜，利用密封樹脂從聚酰亞胺被膜的上方進行密 封。

進一步地，在專利文獻2中提出使密封樹脂從位于遠離功率半導(dǎo) 體元件以及接合材料的部位的布線材料的表面的部分剝離的方法。在 該方法中，使遠離接合材料的部位的密封樹脂剝離而緩和應(yīng)力，從而 抑制密封樹脂從接合材料的表面以及功率半導(dǎo)體元件的表面剝離。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻1：日本特開2006－179538號公報