[發明專利]功率模塊、功率半導體裝置及功率模塊制造方法

有效

• 申請號: 201780021845.0
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN108886036B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 芳原弘行;中島泰;后藤正喜;北井清文
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/28;H01L23/29;H01L25/18
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 何立波;張天舒

目的在于得到提高引線框架和金屬底座之間的絕緣性且小型化的功率模塊。本發明的功率模塊(20)具備：功率元件(4)；金屬底座(3)，其對來自功率元件(4)的熱進行散熱；引線框架(1)，其與功率元件(4)的電極電連接；以及樹脂框體(7)，其以使金屬底座(3)的一個面及引線框架(1)的一部分露出的方式對功率元件(4)進行封裝。功率模塊(20)的樹脂框體(7)具備：主體部(10)，其構成為，功率元件(4)及引線框架(1)的一部分被配置于內部，并且在底面(10b)使金屬底座(3)的一個面露出；以及肋部(11)，其在主體部(10)的底面(10b)，設置為將金屬底座(3)的外周包圍，并且設置為從主體部(10)的底面向與該底面(10b)垂直的方向凸出，主體部(10)呈以露出的金屬底座(3)的一個面為上下方向的基準而向上方凸出的形狀。

技術領域

本發明涉及功率模塊、以及具備功率模塊和散熱器的功率半導體裝置。

背景技術

從工業用設備到家電、信息終端，功率模塊廣泛用于設備的主電力的控制(功率控制)。作為功率模塊的一個例子，為將直流電力轉換為交流電力的逆變器等。由于這樣的功率模塊在大電流、高電壓下進行動作，因此不可少的是需要確保高絕緣性，并且將伴隨動作的發熱有效地排出到功率模塊的外部。

例如，在專利文獻1中公開了，用焊料將多個電力用半導體元件(功率元件)接合于散熱板并用模塑樹脂框體進行封裝的電力用半導體裝置(功率模塊)。就專利文獻1的電力用半導體裝置而言，由在模塑樹脂框體的上表面配置的壓板和經由導熱脂而與露出了散熱板(金屬底座)的底面接觸的散熱鰭片(散熱器)夾著該電力用半導體裝置，通過插入于在壓板、模塑樹脂框體及散熱板設置的貫穿孔的螺栓，從而將電力用半導體裝置固定于散熱鰭片。另外，就專利文獻1的電力用半導體裝置而言，與多個半導體元件的電極連接的板狀的配線部件(引線框架)的一端作為外部電極從模塑樹脂框體的側面凸出。半導體元件的表面電極經由導線與配線部件連接，半導體元件的背面電極經由散熱板與配線部件連接。另外，就專利文獻2的半導體模塊(功率模塊)、及專利文獻3的功率模塊而言，分別在散熱板側的表面露出的露出材料物的端部被封裝樹脂覆蓋，形成肋。

專利文獻1：日本特開2004-165406號公報(第0010～0016段、圖7)

專利文獻2：國際公開WO2015/145752A1(圖3、圖8、圖13)

專利文獻3：日本特開2003-31765號公報(圖1)

發明內容

如專利文獻1的功率模塊那樣，就與金屬底座連接的功率元件被樹脂封裝的功率模塊而言，需要將引線框架的與功率元件的表面電極連接的一端即外部電極、以及與功率元件的背面電極連接的金屬底座絕緣。由于從樹脂凸出的引線框架和從樹脂露出的金屬底座之間的絕緣距離由引線框架和金屬底座之間的樹脂的沿面距離決定，因此為了確保所需的絕緣距離，要充分地確保金屬底座的外周和樹脂的外周的距離。越是大功率的功率模塊，與處理的電力相應地需要越大的絕緣距離，為了確保大的絕緣距離，需要將引線框架和金屬底座之間的距離延長，即需要將功率模塊橫向地擴展。其結果，存在功率模塊的面積變大，功率模塊大型化的問題。

有時會成為以功率模塊的金屬底座面為基準而在功率模塊端部發生翹曲的凹陷形狀。此時，已知大型的功率模塊呈現封裝樹脂的熱收縮變大、翹曲量變大的傾向。如果功率模塊的翹曲量變大，則產生如下問題，即，功率模塊的金屬底座與散熱器接觸的面積變小，不能夠將功率元件產生的熱高效地傳導到散熱器，功率元件的芯片溫度變高。因此，對于大型的功率模塊，需要謀求特別的散熱對策。作為功率模塊的散熱對策的一個例子，考慮到如下方法，即，對功率模塊的翹曲進行按壓而進行抑制，使功率模塊的金屬底座和散熱器的接觸面積增大。為了使功率模塊的金屬底座和散熱器以大的接觸面積接觸，即為了對功率模塊的翹曲進行抑制，需要如專利文獻1的壓板那樣的按壓部件，存在將功率模塊固定于散熱器的工序變得漫長且復雜化的問題。