半导体模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在利用销接合的半导体模块中，能够提高冷却能力的半导体模块。
【背景技术】
[0002]作为公开了利用销接合的半导体模块，已知有以下专利文献1、2的半导体模块。
[0003]专利文献I的图1公开了被穿插进印刷基板的植入销和半导体元件进行电接合的结构。
[0004]专利文献2的图7、8、11公开了半导体元件与多个柱电极通过焊料接合的内容。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:W02011/083737号公报
[0008]专利文献2:日本特开2009-64852号公报
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]专利文献1、2公开了作为抑制因长期使用导致接线框与电极之间的剥离现象的对策而提出的销接合构造的半导体模块，但是，该半导体模块的构造存在以下问题，由于只对半导体元件的单面进行冷却的构造而导致冷却能力低下，难以充分发挥半导体元件的能力。
[0011]为了解决上述的问题，本发明的目的在于，提供在利用销接合的半导体模块中，能够提高冷却能力的半导体模块。
[0012]技术方案
[0013]发明人发现在利用销接合的半导体模块中，通过将对销和半导体元件进行接合的焊料的厚度最优化，从而能够提高半导体模块的冷却能力，本发明得以实现。
[0014]为了解决上述问题，本发明的半导体模块具备:半导体元件；销，其与上述半导体元件的一个面电连接以及热连接；销布线基板，其具备销布线用绝缘基板、配置在上述销布线用绝缘基板的下表面的第一金属箔、以及配置在上述销布线用绝缘基板的上表面的第二金属箔，并且，上述第一金属箔和上述第二金属箔与上述销电接合；焊料，其将上述销和上述半导体元件接合；覆铜陶瓷基板，其具备陶瓷绝缘基板、配置在上述陶瓷绝缘基板的上表面的第三金属箔，以及配置在上述陶瓷绝缘基板的下表面的第四金属箔，上述第三金属箔与上述半导体元件的下表面接合；以及第一冷却器，其与上述第四金属箔热连接，其中，上述焊料的高度H与从上述半导体元件到上述销布线用绝缘基板的上述第一金属箔之间的距离T之比Η/T在0.2以上且0.7以下的范围内。
[0015]优选地，在本发明的半导体模块中，上述焊料的线膨胀系数小于22.0ppm/Ko
[0016]优选地，在本发明的半导体模块中，上述焊料为SnSb系焊料。
[0017]优选地，在本发明的半导体模块中，上述SnSb系焊料以质量百分比计含有13%的Sb来作为主要成分。
[0018]优选地，在本发明的半导体模块中，上述焊料为SnAg系焊料。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明，将在半导体元件产生的热量向在半导体元件表面通过焊接进行了销接合的销布线基板，以及在半导体元件背面通过焊料进行了接合的陶瓷绝缘基板这两者传导，由此能够提高冷却能力。另外，在上述销接合中，使焊料高度H与从半导体元件到第一金属箔之间的距离T之比(Η/T)在0.2以上且0.7以下，由此能够通过焊料的蓄热效果缓和导热过渡现象，并且抑制半导体元件表面的温度上升。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的一个实施方式的半导体模块的剖面示意图。
[0022]图2是表示焊料高度与半导体元件最高温度Tj的关系的图。
[0023]图3是表示焊料高度与半导体元件最高温度Tj的减少率的关系的图。
[0024]图4是表示焊料高度与作用于半导体元件的应力的关系的图。
[0025]图5是表示焊料高度比与半导体元件最高温度Tj的减少率的关系的图。
[0026]图6是焊料高度比与作用于半导体元件的应力的减少率的关系的图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照【附图说明】本发明的半导体模块的实施方式。对相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。需要说明的是，本发明不受限于下述的实施方式，在不变更其主旨的范围内可适当地进行变形来实施。
[0028]首先，对半导体模块的构造进行说明。
[0029]图1表示了本发明的半导体模块100的剖面示意图。半导体模块100具备半导体元件1、覆铜陶瓷(DCB)基板2、陶瓷绝缘基板2a、第三金属箔2b、第四金属箔2c、焊料3a、焊料3b、焊料3c、销4、销布线基板5、销布线用绝缘基板5a、第一金属箔(电路层)5b、第二金属箔5c、第一冷却器6、第一制冷剂通路6a、翅片6b、外部端子7a、外部端子7b、密封树脂8。
[0030]半导体元件I未被特别地限定，可以是例如绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor)、功率场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field EffectTransistor)、续流二极管(Free WheelingD1de)，还可以是将这些晶体管在一个半导体元件中沿纵向形成的反向阻断绝缘栅双极晶体管(Reverse Blocking-1nsulated GateBipolar Transistor)、反向导通绝缘棚.双极晶体管(Reverse Conducting-1nsulated GateBipolarTransistor)ο
[0031]销布线基板5由销布线用绝缘基板5a、第一金属箔(电路层)5b、第二金属箔5c构成，第一金属箔(电路层)5b以与半导体元件I对置的方式配置。销布线用绝缘基板5a未被特别限定，优选为介电常数低且热传导率高的材料，可以使用例如聚酰亚胺树脂和/或玻璃环氧树脂。需要说明的是，销布线用基板5并非必须是印刷基板，也可以是例如铜的薄板。第一金属箔(电路层)5b与第二金属箔5c未被特别地限定，优选为电阻低且热传导率高的材料，可以使用例如铜。
[0032]销4未被特别地限定，优选为电阻低且热传导率高金属，具体地为铜。销4的一端通过焊料3c被焊接到半导体元件I的上表面，另一端贯穿销布线基板5，并与第一金属箔(电路层)5b和第二金属箔5c接合。根据上述构造，能够将销4稳定地固定于半导体元件I和销布线基板5，在半导体元件I产生的热量经由销4向第二金属箔5c传递，能够提高半导体模块100的冷却效率。另外，对于销4而言，优选为相对于一个半导体元件I配置多个销。由此，可以在降低电阻的同时提高热传导性能。
[0033]第一冷却器6的内部为空洞，且具备多个翅片6b。翅片6b之间成为制冷剂通路6a。制冷剂未被特别地限定，例如，可以使用乙烯乙二醇水溶液、水等液体制冷剂，也可以使用空气那样的气体制冷剂，还可以使用像含氯氟烃那样的在冷却器蒸发并以气化热来冷却冷却器的可相变的制冷剂。
[0034]DCB基板2由陶瓷绝缘基板2a、第三金属箔2b、第四金属箔2c构成，在陶瓷绝缘基板2a的上表面配置有第三金属箔2b，在陶瓷绝缘基板2a的下表面配置有第四金属箔2c。DCB基板2的第三金属箔2b与半导体元件I的下表面接合。DCB是Direct Copper Bonding的缩写，在陶瓷绝缘基板上直接接合铜等金属箔。由于陶瓷绝缘基板2a是绝缘的，第三金属箔2b和第四金属箔2c被电绝缘。需要说明的是，陶瓷绝缘基板2a的材质未被特别地限定，优选为热传导率高的材料，可以使用例如Si3N4、ΑΙΝ、ΑΙ203。
[0035]焊料3a将半导体元件I的下表面和第三金属箔2b连接来进行电连接和热连接。焊料3b将DCB基板2的第四金属箔2c与第一冷却器6的外壁连接，将从半导体元件I传导至DCB基板2的热量传导至第一冷却器6。
[0036]外部端子7a、7b为使半导体元件I和外部之间导通的端子，使主电力导通。外部端子7a、7b与DCB基板2的第三金属箔2b通过焊料电连接，从上表面向外部导出。半导体模块100具备未图示的控制端子。控制端子为用于控制半导