涂法得到的陶瓷材料的绝缘层的情况，有如下优点。
[0127](I)绝缘耐压的提高
[0128]在气溶胶沉积法中，能够在室温(常温)下成膜，且由于以声速级的速度使亚微米级的陶瓷微粒碰撞向基板，所以使得露出了具有活性的新的表面的陶瓷微粒进行结合。此夕卜，通过等离子喷涂法也是同样的。无论在哪个方法中，都能够形成作为非常细密的电绝缘膜的陶瓷微粒层，由于膜内不含有空隙(void)，所以与通过现有的烧结法形成的陶瓷板相比每单位长度的击穿电压提高10倍左右。
[0129](2)热阻的下降
[0130]热传导率与块体(bulk)中的热传导率相同，能够确保热传导率例如在氧化铝(Al2O3)的情况下为约20W/m.K、在氮化铝(AlN)的情况下为约160?180W/m.K、在氮化硅(Si3N4)的情况下为约80W/m.K的程度。在此基础上还提高每单位长度的击穿电压，因此能够将绝缘层2形成得较薄，由此使整体的热阻变小。
[0131]基于这几点能够同时确保绝缘层2的强绝缘和低热阻。
[0132]这样，就电力变换器300而言，由于其以使在上表面安装功率半导体元件4的金属块I的底面(下表面)隔着由热传导性优良的陶瓷材料构成的绝缘层2以均匀的压力与散热器11接触的方式构成，所以能够使功率半导体元件4下部的热阻充分减小，从而成为具备优良的散热性的器件，由此，与现有结构相比能够实现小型化和低成本化。
[0133]应予说明，构成电力变换器300的主电路以外的电源电路和/或控制用的电路的电子部件8 (电感器、电阻器、电容器等)可以全部搭载于印制基板6，也可以只将一部分的部件搭载于印制基板6，同时将剩余的部件搭载于在散热器11上固定的未图示的另一个印制基板。
[0134]实施例五
[0135]图7是本发明的第五实施例的电力变换器400的主要部分剖视图。电力变换器400与图6的电力变换器300的不同点在于:将搭载了双层结构的印制基板的功率半导体模块200固定于散热器(冷却翅片)11。在电力变换器400中，通过使功率半导体模块200的底面积S比电力变换器300中的功率半导体模块100的底面积小，能够进一步将散热器11进行小型化。其结果，与图6的电力变换器300相比，电力变换器400能够进一步小型化和低成本化。此外，构成电力变换器400的主电路以外的电源电路和/或控制用的电路的电子部件中，如果有无法搭载于该双层的印制基板6和印制基板6A的电子部件时，可以以使该电子部件搭载于未图示的另一个印制基板，并将该另一个印制基板固定于散热器11的方式构成电力变换器400。
[0136]实施例六
[0137]图8是本发明的第六实施例的电力变换器500的主要部分剖视图。电力变换器500与图6的电力变换器300的不同点在于:将搭载了电力变换器500的主电路以外的电源电路和/或控制用的电路所需的电子部件8中的一部分部件的印制基板6B以空出间隔的方式层叠配置在功率半导体模块100上，并利用壳体22覆盖。
[0138]该印制基板6B与上述的印制基板6和印制基板6A同样，由利用例如玻璃环氧树脂(利用玻璃纤维强化的环氧树脂)等构成的绝缘基板6Bb和形成于该绝缘基板6Bb上的电路图案6Ba构成。如图8所示，印制基板6B的支撑结构可以为以使印制基板6B的侧面端部固定于设置在散热器11上的支撑柱23的方式进行配置的构成，但是并不限于这样的构成，例如也可以为以使印制基板6B的背面(下表面)固定于功率半导体模块100的树脂壳体9的上端部的方式进行配置的构成。
[0139]在电力变换器500中，由于如上所述将电力变换器500的主电路以外的电源电路和/或控制用的电路所需的电子部件8中的一部分部件搭载于设置在功率半导体模块100的外部的印制基板6B，所以能够将设置于功率半导体模块100的内部的印制基板6小型化，同时还能够将粘贴印制基板6的金属板5小型化，由此能够实现功率半导体模块100的小型化。
[0140]进一步地，通过将构成功率半导体模块100的印制基板6和金属板5小型化，能够提高功率半导体模块100的装配性，从而实现低成本化。
[0141]此外，进一步地，电力变换器500中的功率半导体模块100的底面积与电力变换器300中的功率半导体模块100的底面积相比变小。因此，虽然还取决于印制基板6B的支撑结构，但是可以将散热器11也与功率半导体模块100的底面积变小相匹配地进行小型化，由此，能够实现电力变换器500的小型化和低成本化。
[0142]应予说明，在图8中，虽然电力变换器500采用在功率半导体模块100上以空出间隔的方式层叠一层搭载了电子部件8的印制基板6B的构成，但是也可以采用层叠多层的构成。
[0143]本申请基于2013年4月24日申请的日本特愿2013-090971。其内容全部包含于此。
【主权项】
1.一种功率半导体模块，其特征在于，具备: 金属板，具有带凸檐贯通孔；和 带绝缘层金属块，在金属块的上表面以外的各表面和该上表面的除了元件安装区域以外的部分直接形成有由陶瓷材料构成的绝缘层， 其中，所述带绝缘层金属块以其上部侧与所述带凸檐贯通孔的凸檐抵接的方式嵌合于所述金属板的所述带凸檐贯通孔内， 并且，在所述金属块的上表面的所述元件安装区域固定有功率半导体元件， 所述功率半导体元件与隔着绝缘材料配置于所述金属板上的电路图案通过连接导体进行连接。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述带绝缘层金属块通过在上部具有凸状的阶梯部的金属块的上表面以外的各表面和该上表面的除了元件安装区域以外的部分直接形成由陶瓷材料构成的绝缘层而形成，所述带绝缘层金属块以形成于所述阶梯部的底面的绝缘层与所述带凸檐贯通孔的凸檐抵接的方式嵌合于所述金属板的所述带凸檐贯通孔内。3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述带绝缘层金属块的底面从所述金属板的背面突出。4.根据权利要求1?3中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述绝缘层的厚度为50 μ m以上且2000 μ m以下。5.根据权利要求1?4中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述绝缘层为由选自填料组中的至少一种材料构成的陶瓷层，所述填料组由氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化硼构成。6.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述绝缘层通过使用等离子喷涂法使由选自所述填料组中的至少一种材料构成的陶瓷微粒沉积而形成。7.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述绝缘层通过使用气溶胶沉积法使由选自所述填料组中的至少一种材料构成的陶瓷微粒沉积而形成。8.根据权利要求1?7中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于， 所述电路图案为固定于所述金属板上的印制基板的电路图案，并且在该电路图案上固定有电子部件。9.根据权利要求8所述的功率半导体模块，其特征在于， 在所述印制基板的上方配置有固定有电子部件的另一个印制基板。10.一种电力变换器，其特征在于，具备: 权利要求1?9中任一项所述的功率半导体模块和散热器，其中，所述功率半导体模块以所述金属块的下表面隔着所述绝缘层与所述散热器抵接的方式固定于所述散热器。11.一种功率半导体模块的制造方法，其特征在于，包括如下工序: 在金属板形成带凸檐贯通孔的工序； 在金属块的上表面以外的各表面和该上表面的除了元件安装区域以外的部分直接形成由陶瓷材料构成的绝缘层而构成带绝缘层金属块的工序； 将功率半导体元件固定于所述金属块的上表面的所述元件安装区域的工序； 将所述带绝缘层金属块以其上部侧抵接于所述带凸檐贯通孔的凸檐的方式嵌合并固定于所述金属板的所述带凸檐贯通孔内的工序； 隔着绝缘材料在所述金属板上形成电路图案的工序；以及 通过连接导体将所述功率半导体元件和所述电路图案进行连接的工序。12.根据权利要求11所述的功率半导体模块的制造方法，其特征在于， 在上部具有凸状的阶梯部的金属块的上表面以外的各表面和该上表面的除了元件安装区域以外的部分直接形成由陶瓷材料构成的绝缘层而构成所述带绝缘层金属块，并且将所述带绝缘层金属块以形成于所述阶梯部的底面的绝缘层与所述带凸檐贯通孔的凸檐抵接的方式嵌合并固定于所述金属板的所述带凸檐贯通孔内。13.根据权利要求11或12所述的功率半导体模块的制造方法，其特征在于， 所述绝缘层通过使用等离子喷涂法、气溶胶沉积法和溅射法中的任一种方法使由选自填料组中的至少一种材料构成的陶瓷微粒沉积而形成，所述填料组由氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化硼构成。
【专利摘要】通过将功率半导体元件(4)接合于在上部具有凸状的阶梯部(12)的金属块(1)的上表面以外的各表面和该上表面的除了元件安装区域以外的部分直接形成了由陶瓷材料构成的绝缘层(2)的带绝缘层金属块(3)的元件安装区域，并将该带绝缘层金属块(3)嵌合并固定于金属板(5)的带凸檐贯通孔(17)内，能够制造低成本、散热性优良的功率半导体模块(100)。此外，通过具备该功率半导体模块(100)和散热器(11)，并以使金属块(1)的下表面隔着绝缘层(2)与散热器(11)抵接的方式将功率半导体模块(100)固定于散热器(11)，能够制造低成本、小型的电力变换器(300)。
【IPC分类】H01L25/18, H02M7/48, H01L25/07, H01L23/40, H01L23/36
【公开号】CN105229785
【申请号】CN201480020428
【发明人】岡本健次
【申请人】富士电机株式会社
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年4月8日
【公告号】EP2991106A1, US9373555, US20160027709, WO2014175062A1