半导体模块的制作方法
【专利摘要】本发明提供即使是具有多个绝缘电路基板的结构，也能够容易地进行绝缘电路基板间的电连接，能够抑制绝缘电路基板的翘曲变形，能够使半导体芯片的发热良好地散出的半导体模块。半导体模块具备：多个绝缘电路基板(9)，其具备半导体芯片；树脂框体(5)，其具备与绝缘电路基板(9)间的相对的第一外边缘部接触的横档部(5a)和与除了第一外边缘部以外的多个绝缘电路基板(9)的第二外边缘部接触的框部(5c)；导电部件(7)，其横跨横档部(5a)并在绝缘电路基板(9)间进行电连接；以及上盖(8)，其具备覆盖树脂框体(5)的上部的开口的盖部(8c)和与横档部(5a)的一部分紧靠的隔壁部(8b)。
【专利说明】
半导体模块
技术领域
[0001]本发明涉及在带盖的壳体中收容使用多个绝缘电路基板形成的电路的半导体模块。
【背景技术】
[0002]作为在收容于壳体的一个基板的中央部设置遮挡板的结构，已知有专利文献I。在专利文献I中，记载了在一个基板上搭载有光接收IC和放大器1C，在光接收IC与放大器IC之间的基板中央部设置左右的切口，在该切口部分，以与基板的整个厚度部分卡合的方式插入遮挡板，为了避免设置在基板上的信号布线与遮挡板抵接，在与遮挡板的下表面的信号布线相对的部分形成有切口。在壳体和遮挡板上配置盖。
[0003]另外，在专利文献2中记载有通过在盖板的背面设置突起而从上侧按压控制电路用印刷电路基板，从而抑制上述印刷电路基板的上方向的移位，缓和在该印刷电路基板和引脚的焊接部产生的应力的功率半导体模块。
[0004]另外，作为与端子相关的文献，在专利文献3中记载有具备多个半导体芯片、键合线、树脂壳体、在树脂壳体内嵌件成型的外部导出用金属端子(以下为金属端子)的半导体模块。通过在树脂壳体的外周框将金属端子嵌件成型，从而能够扩大壳体内侧的空间，仅用键合线就能够进行绝缘电路基板、半导体芯片、端子间的布线，将金属端子不直接焊接在绝缘电路基板上的结构。在该结构中，希望将金属端子可靠地固定于树脂壳体。如果金属端子从树脂壳体中游离，则对金属端子进行引线键合时，引起连接不良的可能性变高。因此，以往，采取将金属端子弯曲成L字状，并以为了进行金属端子中的引线键合而能够可靠地支撑下端部的方式将树脂壳体部分制成阶段状，并在下端部设置向外侧突出的凸部，由此强化金属端子与树脂壳体的固定。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:日本特开2005-50974号公报
[0008]专利文献2:日本特开2000-68446号公报
[0009]专利文献3:日本特开2000-208655号公报
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]对于使用一片绝缘电路基板的半导体模块而言，如果进一步增加半导体芯片尺寸、芯片数目，则绝缘电路基板所必需的面积增大。如果绝缘电路基板的面积变得过大，则因热膨胀系数的不同所引起的应力可能导致发生绝缘电路基板的翘曲、破裂。因此，在使绝缘电路基板进一步增大的结构中，为了降低绝缘电路基板的翘曲的影响并提高绝缘电路基板与散热片的密合性，可使用将绝缘电路基板分割成多个并进行组装的结构。然而，在上述文献中没有有关将使用多个绝缘电路基板而形成的电路收容于带盖的壳体，从上方按压多个绝缘电路基板的各自的整周的边缘来进行固定的半导体模块的记载。如图6所示，不仅在树脂壳体205a的外框，在中央部也设置抑制绝缘电路基板201的周边的壁205c，在该结构中，该壁205c成为阻碍，存在无法进行绝缘电路基板201间的利用键合线的连接的问题。
[0012]另外，如果像上述专利文献3那样在金属端子的外侧具备凸部，则在由作为原材料的金属板制造金属端子时，存在金属板的每单位面积的金属端子的制造个数变少的问题。
[0013]本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供即使是具有多个绝缘电路基板的结构，也能够容易地进行绝缘电路基板间的电连接，能够抑制绝缘电路基板的翘曲变形，能够良好地释放半导体芯片的发热的半导体模块。
[0014]技术方案
[0015]为了消除上述课题，实现发明的目的，本发明的半导体模块的特征在于具备:多个绝缘电路基板，其具备半导体芯片;树脂框体，其具备抵接到与上述绝缘电路基板的外边缘部中的相邻的绝缘电路基板相对的第一外边缘部的横档部和抵接到从上述绝缘电路基板的外边缘部中除去上述第一外边缘部而得到的第二外边缘部的框部；导电部件，其横跨上述横档部并在上述绝缘电路基板间进行电连接；以及上盖，其具备覆盖上述树脂框体的上部的开口的盖部和从上述盖部的与上述电路基板相对的表面突出并抵接到上述横档部的一部分的隔壁部。
[0016]根据本发明的半导体模块，能够在不妨碍隔壁部的情况下通过横跨横档部的导电部件而在绝缘电路基板间进行电连接。另外，上盖的隔壁部按压树脂框体的横档部，横档部进一步按压绝缘电路基板的第一外边缘部，因此能够抑制绝缘电路基板翘曲。
[0017]在本发明的半导体模块中，优选上述上盖具备从上述盖部的与上述绝缘电路基板相对的表面突出并抵接到绝缘电路基板的柱状部。
[0018]根据该构成，由于上盖的柱状部按压绝缘电路基板的中央部分，所以能够抑制绝缘电路基板翘曲。应予说明，上述上盖可以粘接于上述树脂框体。根据该构成，将上盖安装到树脂框体会变得容易。另外，可以是具备将上述上盖固定于上述树脂框体的卡合部的构成。根据该构成，将上盖安装到树脂框体会变得更容易。
[0019]在本发明的半导体模块中，优选上述树脂框体具备沿着该树脂框体的内壁配设的台阶部，所述树脂框体具备金属端子，所述金属端子具备轴部、腿部以及以比上述轴部或上述腿部的宽度窄的宽度连接上述轴部和上述腿部的弯曲的铰接部，上述腿部配置在上述台阶部的上台阶面上。
[0020]根据该构成，由于铰接部的宽度比轴部的宽度和腿部的宽度中的至少一个或其两者窄并卡合到树脂框体，将从铰接部折弯的腿部固定到台阶部的上台阶面上，所以能够抑制金属端子与树脂框体的位置偏移。另外，对于金属端子与树脂框体卡合的铰接部分而言，为了成为比金属端子的整个宽度窄的形状，从而在通过冲压加工进行制造时，以窄的间距布局，能够减少端子材料的量，增加每单位面积的金属端子的制造个数。
[0021]在本发明的半导体模块中，优选上述金属端子在将上述轴部的一部分和上述腿部的一部分露出的状态下被埋设于上述树脂框体的框部。
[0022]根据该构成，由于金属端子的轴部埋设于树脂框体，仅露出作为键合线连接点的金属端子的腿部，所以引线键合操作变得容易，且能够进行可靠性高的连接。
[0023]本发明的半导体模块的制造方法是如下半导体模块的制造方法，所述半导体模块具备:多个绝缘电路基板，其具备半导体芯片;树脂框体，其具备抵接到与上述绝缘电路基板的外边缘部中的相邻的绝缘电路基板相对的第一外边缘部的横档部和抵接到从上述绝缘电路基板的外边缘部中除去上述第一外边缘部而得到的第二外边缘部的框部；导电部件，其横跨上述横档部并在上述绝缘电路基板间进行电连接；以及上盖，其具备覆盖上述树脂框体的上部的开口的盖部和从上述盖部的与上述绝缘电路基板相对的表面突出并抵接到上述横档部的一部分的隔壁部，其中，所述半导体模块的制造方法包括:第一工序，其以上述横档部抵接到上述第一外边缘部，上述框部抵接到上述第二外边缘部的方式配置上述绝缘电路基板和上述树脂框体;第二工序，上述导电部件横跨上述横档部并用上述导电部件在上述绝缘电路基板间进行电连接；以及第三工序，其以上述上盖的上述盖部覆盖上述树脂框体上部的开口，上述上盖的上述隔壁部抵接到上述横档部的一部分的方式将上述上盖固定到上述树脂框体。
[0024]根据本发明的半导体模块的制造方法，能够在不妨碍隔壁部的情况下利用横跨横档部的导体容易地在绝缘电路基板间进行连接。
[0025]有益效果
[0026]根据本发明，能够提供即使是具有多个绝缘电路基板的结构，也能够容易地进行绝缘电路基板间的电连接，能够抑制绝缘电路基板的翘曲变形，能够良好地释放半导体芯片的发热的半导体模块。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的一个实施方式的半导体模块在组装前的半导体模块的分解立体图。
[0028]图2是在图1(c)的绝缘电路基板9上放置图1(b)的树脂框体5的状态的立体图。
[0029]图3是像图2那样在搭载了半导体芯片的绝缘电路基板放置树脂框体5，并连接键合线(导电部件)7后的上表面图。
[0030]图4是在图3的B1-B2截面图中追加上盖8的截面图所示出的示意截面图。为了容易观察，省略记载半导体芯片和芯片周边的键合线7a、7b等。
[0031]图5是在适当的位置设置图4的上盖8的状态的B1-B2截面的示意截面图。与图4同样地省略记载半导体芯片和芯片周边的键合线7a、7b等。
[0032]图6是表示使用现有的多个绝缘电路基板的半导体模块的简略结构的模式截面图。
[0033]符号说明
[0034]1:半导体模块
[0035]2a、2b:半导体芯片
[0036]4a、4b:金属端子
[0037]4c:金属端子的腿部
[0038]4d:金属端子的轴部
[0039]4e:金属端子的铰接部
[0040]5:树脂框体[0041 ] 5a:横档部
[0042]5b:开口部
[0043]5c:框部
[0044]5d:树脂框体侧的卡合部
[0045]5e:台阶部
[0046]6:贯通孔
[0047]7、7a:键合线(导电部件)
[0048]8:上盖
[0049]8a:柱状部
[0050]8b:隔壁部
[0051]8c:盖部
[0052]Sd:上盖侧的卡合部
[0053]9:绝缘电路基板
[0054]9a:电路图案
[0055]200:半导体模块
[0056]201:绝缘电路基板
[0057]203:半导体芯片
[0058]204:外部导出金属端子
[0059]205a:树脂壳体
[0060]205b:上盖
[0061]205c:壁
【具体实施方式】
[0062]以下，参照附图对本发明的半导体模块的实施方式进行详细说明。应予说明，在以下的实施方式的说明和附图中，对同样的构成标记相同符号，省略重复的说明。另外，为了容易观察或理解，以下的说明所使用的附图没有以正确的比例尺，尺寸比描绘。另外，本发明只要不超出其主旨，就不受以下说明的实施方式的记载限定。
[0063]图1是本发明的一个实施方式的半导体模块的一部分在组装前的半导体模块的分解立体图。
[0064]图1(a)是上盖8的立体图。上盖8具备隔壁部8b、柱状部8a。隔壁部8b和柱状部8a配置在上盖8的与绝缘电路基板9相对的一侧。隔壁部Sb按压图1(b)中示出的树脂框体5的横档部5a的一部分。柱状部8a分别按压图1(c)中示出的各绝缘电路基板9的中央部分。
[0065]图1(b)是在框部5c中将金属端子4a、4b嵌件成型而得的树脂框体5。树脂框体5具备横档部5a、框部5 c和台阶部5e。开口部5b是被横档部5a和框部5 c包围的部分，开有贯通孔。台阶部5e沿着树脂框体5的内壁而配设，台阶部5e的上台阶面是设置金属端子4a、4b的表面。树脂框体5在未图示的散热片具备用于固定半导体模块的贯通孔6。作为树脂框体5和上盖8的材料，优选选自聚苯硫醚树脂(PPS树脂)、聚酰胺树脂(PA树脂)、丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂(ABS树脂)、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(PBT树脂)等的树脂。
[0066]图1(c)是省略了半导体芯片和键合线(导电部件)所描绘的绝缘电路基板9。作为绝缘电路基板9，可使用氧化铝、氮化铝、氮化硅等公知的绝缘性陶瓷。在各绝缘电路基板9的正面侧接合有由铜箔等构成的电路图案9a，在各绝缘电路基板9的背面侧，保留周边而在整个面接合有铜箔。如后述的图3所示，在电路图案9a上通过焊接搭载IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor:绝缘棚.双极晶体管)、FWD(Free Wheeling D1de:续流二极管)等半导体芯片2a、2b。
[0067]图2是在图1(c)的绝缘电路基板9上放置图1(b)的树脂框体5的状态的立体图。金属端子4a、4b埋入到树脂框体5中。金属端子的腿部4c从树脂框体5伸出，配置在台阶部5e的上台阶面。台阶部5e的上台阶面可以是平坦的，如图所示，可以具备与金属端子4a、4b的腿部嵌合的凹部。这样，金属端子4a、4b稳定，能够防止位置偏移。由于设置在树脂框体5的中央的开口部5b的大小稍微小于绝缘电路基板的大小，所以树脂框体5能够均等地按压绝缘电路基板9的周边并进行粘接。树脂框体5的横档部5a按压相邻的绝缘电路基板9的外边缘附近并进行粘接。
[0068]图3是像图2那样在搭载了半导体芯片的绝缘电路基板上放置树脂框体5，并连接键合线(导电部件)7后的上表面图。IGBT、FWD那样的半导体芯片2a、2b经由焊料与电路图案9a连接。接着，用于构成所要的逆变器电路等的引线键合布线7a、7b施加在半导体芯片2a、2b间、绝缘电路基板和金属端子的腿部4c之间等。此外，键合线7横跨在树脂框体5的横档部5a上而施加在相邻的绝缘电路基板9的电路图案9a面间，并进行电连接。应予说明，导电部件不限于上述键合线，也可以是扁平的板材。
[0069]图4是在图3的B1-B2截面图中追加上盖8的截面图而示出的示意截面图。为了容易观察，省略记载半导体芯片和芯片周边的键合线7a、7b等。金属端子4a、4b具备轴部4d、腿部4c、连接上述轴部4d和上述腿部4c并弯曲的铰接部4e。铰接部4e的宽度比上述轴部4d或上述腿部4c的宽度窄并卡合到树脂框体，由于从铰接部4e折弯的腿部4c固定到台阶部5e，所以能够抑制金属端子4a、4b与树脂框体5的位置偏移。
[0070]应予说明，对于本发明的金属端子4a、4b而言，为了使与树脂框体5卡合的铰接部分4e成为宽度比轴部4d或腿部4c的宽度窄的形状，在通过冲压加工进行制造时，以窄的间距进行布局，减少端子材料的量，能够增加每单位面积的金属端子的制造个数。
[0071]图4的截面图中示出的半导体模块是使金属端子4a、4b的腿部4c的一部分在树脂框体5的内侧的台阶部5e的平坦的上台阶面上露出，使轴部4d的一部分导出到外部的状态，通过一体模塑成型来保持金属端子4a、4b。然而，金属端子4a、4b不一定要一体模塑成型到树脂框体5。可以通过在模塑成型好的树脂框体嵌合金属端子而一体化。这样，使金属端子4a、4b集中到引线键合布线区域外的树脂框体5，仅使用铰接部折弯成L字状的腿部4c在树脂框体5的内侧的台阶部5e上露出，从而金属端子的轴部4d被埋设到树脂框体5，由于仅露出作为键合线连接点的金属端子的腿部，所以引线键合操作变得容易，且能够进行高可靠性的连接。
[0072]图5是将图4的上盖8设置到适当的位置的状态的B1-B2截面的示意截面图。与图4同样地省略记载半导体芯片和芯片周边的键合线7a、7b等。如图1(a)中虚线所示，上盖8在下侧具备隔壁部Sb和柱状部8a。如图4、图5所示，隔壁部Sb在使上盖8盖到树脂框体5的上部的开口时，以按压树脂框体5的横档部5a的上表面的方式配置。柱状部8a以按压绝缘电路基板9的中央附近的方式配置。
[0073]但是，如上所述，由于存在键合线7横跨树脂框体5的横档部5a而连接的位置，所以如果使隔壁部8b的下端面与横档部5a的上表面为相同尺寸，则隔壁部8b干扰键合线7。因此，在本发明中，特征是形成设置于上盖8的隔壁部Sb不干扰键合线7的形状。例如，像图3中示出的键合线7那样，在绝缘电路基板9的两端附近的位置设置键合线7时，以隔壁部Sb不与键合线7接触的方式设置，成为隔壁部Sb仅与键合线7之间的横档部5a的上表面接触的形状。这样，即使以不与键合线7接触的方式使隔壁部Sb的尺寸成为比下侧的横档部5a短的形状，隔壁部8b也能够经由横档部5a按压绝缘电路基板9。因此，多个绝缘电路基板9通过作为树脂框体5的外周的框部5c和横档部5a均等地接触各绝缘电路基板9的周边，所以能够向绝缘电路基板9给予几乎均等的按压力。多个绝缘电路基板9用粘接剂与树脂框体5的框部5c的下表面、横档部5a的下表面粘接。其结果，能够抑制半导体模块I的绝缘电路基板9的翘曲变形。散热片的与绝缘电路基板9的背面相对的表面成型为平坦面，与多个绝缘电路基板9的背面的铜箔接触。在上述平坦面形成有螺旋槽，树脂框体5用穿通贯通孔6的螺钉固定于散热片。因此，能够使半导体芯片2a、2b的发热释放到未图示的散热片。另外，对于上盖8，由于隔壁部Sb经由横档部5a按压绝缘电路基板9，所以隔壁部Sb的从上盖8起的长度比柱状部8a的从上盖8起的长度短。这也是上述实施方式的一个例子的结构特征。
[0074]如图1、图2的立体图、图3的上表面图所示，本发明的半导体模块I具备相互靠近且并列配置的多个绝缘电路基板9、与该绝缘电路基板9的周边上粘接的树脂框体5以及封闭该树脂框体5的上侧的开口的上盖8。使该上盖8盖上树脂框体5的上侧的开口的方法可以是用粘接剂与树脂框体5粘接的方法。另外，可以具备使上盖8固定于树脂框体5的卡合部。卡合部例如形成嵌合、螺纹固定、咬合等结构。能够使上盖8的柱状部8a、隔壁部Sb对绝缘电路基板9的按压力变得可靠。
[0075]本发明的半导体模块I的制造方法包括如下工序:第一工序，其以横档部5a配置在绝缘电路基板9间的相对的第一外边缘部上，树脂框体5的框部5c配置在多个绝缘电路基板9的第二外边缘部上的方式配置绝缘电路基板9和树脂框体5;第二工序，其横跨横档部5a并使用导电部件7在绝缘电路基板9间进行电连接；以及第三工序，其以成为上盖8的盖部Sc覆盖树脂框体上部的开口，上盖8的隔壁部8b紧靠横档部5a的一部分的状态的方式使上盖8固定于树脂框体5。更优选包括在第三工序中，在将上盖8盖到树脂框体5之前，向被树脂框体5和绝缘电路基板9包围的空间内部注入有机硅凝胶等进行密封的第四工序。
[0076]以上，根据所说明的实施方式的半导体模块，能够提供即使是具有多个绝缘电路基板的结构，也能够容易地进行绝缘电路基板间的电连接，能够抑制绝缘电路基板的翘曲变形，能够良好地释放半导体芯片的发热的半导体模块。
【主权项】
1.一种半导体模块，其特征在于，具备: 多个绝缘电路基板，其具备半导体芯片； 树脂框体，其具备与所述绝缘电路基板的外边缘部中的与相邻的绝缘电路基板相对的第一外边缘部抵接的横档部和与从所述绝缘电路基板的外边缘部中除去所述第一外边缘部而得到的第二外边缘部抵接的框部； 导电部件，其横跨所述横档部并在所述绝缘电路基板间进行电连接；以及上盖，其具备覆盖所述树脂框体的上部的开口的盖部和从所述盖部的与所述电路基板相对的表面突出并抵接到所述横档部的一部分的隔壁部。2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于， 所述上盖具备从所述盖部的与所述绝缘电路基板相对的表面突出并抵接到绝缘电路基板的柱状部。3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于， 所述树脂框体具备沿着该树脂框体的内壁配设的台阶部， 所述树脂框体具备金属端子，所述金属端子具备轴部、腿部以及以比所述轴部或所述腿部窄的宽度连接所述轴部和所述腿部的弯曲的铰接部， 所述腿部配置在所述台阶部的上台阶面上。4.根据权利要求1?3中任一项所述的半导体模块，其特征在于， 所述金属端子在所述轴部的一部分和所述腿部的一部分露出的状态下被埋设到所述树脂框体的框部中。5.一种半导体模块的制造方法，其特征在于， 所述半导体模块具备:多个绝缘电路基板，其具备半导体芯片；树脂框体，其具备与所述绝缘电路基板的外边缘部中的与相邻的绝缘电路基板相对的第一外边缘部抵接的横档部和与从所述绝缘电路基板的外边缘部中除去所述第一外边缘部而得到的第二外边缘部抵接的框部；导电部件，其横跨所述横档部并在所述绝缘电路基板间进行电连接；以及上盖，其具备覆盖所述树脂框体的上部的开口的盖部和从所述盖部的与所述绝缘电路基板相对的表面突出并抵接到所述横档部的一部分的隔壁部， 所述半导体模块的制造方法包括如下工序: 第一工序，其以所述横档部抵接到所述第一外边缘部，所述框部抵接到所述第二外边缘部的方式配置所述绝缘电路基板和所述树脂框体； 第二工序，其使所述导电部件横跨所述横档部并使用所述导电部件在所述绝缘电路基板间进行电连接；以及 第三工序，其以所述上盖的所述盖部覆盖所述树脂框体上部的开口、所述上盖的所述隔壁部抵接到所述横档部的一部分的方式将所述上盖固定到所述树脂框体。
【文档编号】H01L23/08GK105940489SQ201480038707
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年12月10日
【发明人】丸山力宏, 原田孝仁
【申请人】富士电机株式会社