半导体模块及电驱动车辆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冷却能力优异的半导体模块及使用该半导体模块的电驱动车辆。
【背景技术】
[0002]作为对多个半导体元件进行冷却的装置，已知有下述专利文献I?6中记载的冷却装置。
[0003]在专利文献I中公开了一种逆变电路的冷却装置，其在箱状的壳体的顶面设有由铝等构成的传热板，在其上配置六个功率半导体，壳体内部被具备连通孔的中间板分隔为第一制冷剂室和第二制冷剂室，在第一制冷剂室的一个端部设有制冷剂入口，在第二制冷剂室的另一个端部设有制冷剂出口，上述连通孔在各冷却区域各设置六个，在接近制冷剂入口的上游侧，其开口面积小，在远离制冷剂入口的下游侧，其开口面积变大，六个功率半导体被更均匀地冷却。
[0004]在专利文献2中公开了一种半导体冷却器，其以在金属基底的与半导体芯片的搭载面相反侧的一面形成的散热片的密度沿冷却介质的流动方向变高的方式配置多个长度不同的板状翅片来抑制冷却介质和半导体芯片沿其流动方向升温的趋势，能够使配置在冷却介质流动方向上的半导体芯片的温度接近均匀。
[0005]在专利文献3、专利文献4中公开了由两个半导体芯片、两个金属块、三个散热板构成、并提高了冷却性能的半导体模块。
[0006]在专利文献5中公开了使单元集合体的背面与冷却体的密合性提高、使单元集合体的背面与冷却体的接触热阻得到了降低的半导体装置用单元。
[0007]在专利文献6中公开了对具有粘接功率半导体元件的导体层的绝缘基板的种类和材料特性、位于绝缘基板的表面和背面的导体层的材质和厚度进行规定，即使在高温环境下也维持动作稳定性，使组装性提高的功率模块。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2013-128051号公报
[0011]专利文献2:日本特开2010-153785号公报
[0012]专利文献3:日本特开2011-211017号公报
[0013]专利文献4:日本特开2011-228638号公报
[0014]专利文献5:日本特开2013-191806号公报
[0015]专利文献6:日本特开2010-10505号公报
【发明内容】
[0016]技术问题
[0017]由于专利文献I的冷却装置将壳体分隔为上下两段来设置第一制冷剂室和第二制冷剂室，所以存在装置尺寸变大的问题。
[0018]由于专利文献2的半导体冷却器需要采用改变板状翅片的设置密度的复杂结构，所以存在制造成本升高的问题。
[0019]在专利文献3和专利文献4的半导体模块中，存在无法将多个半导体元件平面配置在陶瓷基板上的问题。
[0020]在专利文献5和专利文献6中虽然记载了改良半导体模块与冷却器的连接部来提高冷却能力的方法，但未公开通过该连接部的改良而降低冷却能力的面内差异的方法。
[0021]为了解决上述的课题，本发明的目的在于提供一种降低由在半导体模块的冷却器中流动的制冷剂的流动方向引起的冷却能力的面内差异，且冷却效率良好的半导体模块。
[0022]技术方案
[0023]发明人发现可限制热扩散的速率的是陶瓷绝缘基板，并发现通过尽量使上游侧的半导体元件与下游侧的半导体元件的温度差均匀化，能够减小半导体模块的大小，从而完成了本发明。
[0024]为了解决上述课题，本发明的半导体模块的特征是具备:第一半导体元件；第二半导体元件；第一散热片，其电连接且热连接到上述第一半导体元件的下表面；第二散热片，其电连接且热连接到上述第二半导体元件的下表面；DCB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一金属箔和配置在上述陶瓷绝缘基板的下表面的第二金属箔，上述第一金属箔电接合且热接合到上述第一散热片的下表面和上述第二散热片的下表面；以及冷却器，其热连接到上述DCB基板的上述第二金属箔，在上述冷却器的制冷剂的流动方向的上游侧配置上述第一半导体元件，在下游侧配置上述第二半导体元件，使上述第二散热片的面积比上述第一散热片的面积大。
[0025]根据这样的构成，由于制冷剂随着从上游向下游流动而引起温度上升，所以第二散热片与制冷剂的温度差比第一散热片与制冷剂的温度差小，而通过使第二散热片的传热面积比第一散热片的传热面积大，从而传热量变得均等，模块整体的热效率变得良好，并能够缩小半导体模块的外形尺寸。
[0026]在本发明的半导体模块中，优选使上述第二散热片的在与上述制冷剂的流动方向正交的方向的长度比上述第一散热片的在与上述制冷剂的流动方向正交的方向的长度长。
[0027]在本发明的半导体模块中，优选使第二散热片的在制冷剂的流动方向的长度比第一散热片的在制冷剂的流动方向的长度长。
[0028]根据这样的构成，使第二散热片的传热面积比第一散热片的传热面积大，根据与上述相同的理由，模块整体的热效率变得良好，并能够减小半导体模块的外形尺寸。
[0029]在本发明的半导体模块中，可以将上述第一金属箔分割为配置在上述第一散热片的下表面的第三金属箔和配置在上述第二散热片的下表面的第四金属箔。
[0030]根据这样的构成，由于能够单独设定第一半导体元件和第二半导体元件的背面电极的连接点，所以能够在一个半导体单元中组装多个种类不同的半导体元件。
[0031]在本发明的半导体模块中，上述第一半导体元件和/或上述第二半导体元件可以由电并联连接地配置的多个半导体元件形成。
[0032]根据这样的构成，第一半导体元件或上述第二半导体元件中的任一方，或者第一半导体元件和上述第二半导体元件的两方可以由电并联连接地配置的多个半导体元件形成，能够使半导体单元大容量化。
[0033]在本发明的半导体模块中，上述第一散热片和/或上述第二散热片可以根据上述电并联连接地配置的多个半导体元件的每一个被分割。
[0034]根据这样的构成，由于第一散热片或上述第二散热片中的任一方，或者第一散热片和上述第二散热片的两方在电并联连接半导体元件时，散热片根据半导体元件被分割，所以不易引起半导体元件间的热干扰。在此，上述多个半导体元件的并联连接可以是不同种类的半导体元件的并联连接，例如可以采用将IGBT与FWD并联连接的结构。
[0035]此外，在本发明的半导体模块中，上述第一金属箔在上述电并联连接的多个半导体元件间的区域具备在从上述制冷剂的流动的下游向上游的方向突出的延伸部。
[0036]根据这样的构成，由于在远离散热片的位置延长第一金属箔，所以能够容易地将配线连接到第一金属箔。
[0037]在本发明的半导体模块中，可以在上述第一半导体元件与上述第二半导体元件之间的上述陶瓷绝缘基板上配置电极片。
[0038]根据这样的构成，由于将电极片配置在为了抑制第一半导体元件与上述第二半导体元件的相互的热干扰而设置的空置区域，所以能够有效利用空间。另外，由于将电极片配置在接近半导体元件的位置，所以能够缩短将信号从电极片取出到外部时的电流路径。
[0039]在本发明的半导体模块中，优选上述第一散热片的外形是从上述第一半导体元件端起为2mm以上且1mm以下的范围内的大小，并且第二散热片的外形是上述第二半导体元件端起为2mm以上且1mm以下的范围内的大小。
[0040]根据这样的构成，由于通过散热片能够有效地分散热，所以能够减小半导体模块的外形尺寸。
[0041]在本发明的半导体模块中，优选从上述陶瓷绝缘基板的上表面到上述第一散热片的上表面之间的距离和从上述陶瓷绝缘基板的上表面到上述第二散热片的上表面之间的距离分别为0.8mm以上且2.5mm以下，上述第一散热片的外形是从上述第一半导体元件端起为2mm以上且5mm以下的大小，并且第二散热片的外形是从上述第二半导体元件端起为2mm以上且5mm以下的大小。
[0042]此外，在本发明的半导体模块中，更优选从上述陶瓷绝缘基板的上表面到上述第一散热片的上表面之间的距离和从上述陶瓷绝缘基板的上表面到上述第二散热片的上表面之间的距离为1.5mm以上且2.0mm以下，上述第一散热片的外形是从上述第一半导体元件端起为2mm以上且5mm以下的大小，并且第二散热片的外形是从上述第二半导体元件端起为2mm以上且5mm以下的大小。
[0043]根据这样的构成，能够避免因为从陶瓷绝缘基板的上表面到散热片的上表面之间的距离小于0.8mm而导致的电极的电阻升高，通电时的温度上升的问题，以及避免当超过
2.5mm时导致的DCB基板的制造变得困难的问题，并且，由于能够使第一散热片的传热量与第二散热片的传热量均等，所以能够使热效率变得良好，能够减小半导体模块的外形尺寸。
[0044]在本发明的半导体模块中，优选上述各第一半导体元件的对置的端与端之间的距离以及上述各第二半导体元件的对置的端与端之间的距离分别为Imm以上且13mm以下。
[0045]根据这样的构成，能够避免半导体元件的对置的端与端之间的距离小于Imm时导致的半导体元件间的热干扰变大的问题，以及避