电力半导体电路装置及其制造方法

专利名称：电力半导体电路装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具备电力半导体元件的电力半导体电路装置及其制造方法，特别涉及 在电力半导体电路装置的基底板上形成有散热片的电力半导体电路装置及其制造方法。
背景技术：
以往，大多数电力半导体电路装置构成为经由润滑脂(grease)等固定在作为散 热构件的散热器上而进行冷却。润滑脂用于掩埋电力半导体电路装置与散热器的接触面的 凹凸而降低接触热电阻，但由于润滑脂的热传导率与金属类相比非常小，所以在实现装置 的进一步的高散热化时，需要不经由润滑脂而固定电力半导体电路装置和散热器。因此，为了不经由成为电力半导体电路装置的高散热化实现的障碍的润滑脂，而 使散热器的基底板和电力半导体电路装置的基底板成为一体，通过用高热传导率绝缘树脂 片将散热器的散热片热压接到电力半导体电路装置的基底板上、或者一体地形成，并在电 力半导体电路装置的基底板上搭载电力半导体元件、布线构件等电子部件，实现了电力半 导体电路装置的高散热化(例如，参照专利文献1)。专利文献1 日本特开平11-204700号公报

发明内容
在这样的电力半导体电路装置中，在通过预先用高热传导率绝缘树脂片来热压接 散热片、或者一体地形成而构成的基底板上，搭载电力半导体元件、布线构件等电子部件， 之后，通过模塑树脂加上外壳。但是，如果在搭载电力半导体元件、布线构件等电子部件之 前在电力半导体电路装置的基底板上安装了散热片，则电力半导体电路装置的基底板的热 容量变大，不仅锡焊变得困难，而且在引线键合工序中也无法使用以往的夹具，必需针对每 个基底板和散热片的形状制作特殊的夹具。而且，每当改变要制作的产品时，还需要更换夹 具等装置的重新规划。另外，由于安装了散热片，从而装置变大，所以在产品生产时可收纳 在收纳容器中的电力半导体电路装置变少，需要总是通过人、或者专用的机械来供给，生产 率大幅恶化。为了解决这些问题，可通过将电力半导体电路装置的基底板预先设为厚度较薄的 基底板，并在该基底板上搭载电力半导体元件、布线构件等电子部件，最后安装散热片来解 决。但是，在向基底板安装散热片时，如果使用了焊锡、熔接等热性的安装法，则电力半导体 装置的热容量较大，所以生产率恶化，另一方面，如果希望在所完成的电力半导体电路装置 的基底板上机械性地形成散热片，则在散热片形成时向电力半导体电路装置施加应力，而 产生对电力半导体电路装置造成损伤的问题。本发明是为了解决所述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种电力半导体电 路装置及其制造方法，可以简化制造工序，在散热片形成时，减轻向电力半导体电路装置施 加的应力，同时实现电力半导体电路装置的高散热化和生产率。根据本发明的电力半导体电路装置是在具备电力半导体元件的电力半导体电路装置中，具备搭载了至少所述电力半导体元件的基底板；以使包括所述基底板的与搭载 所述电力半导体元件的面相反的一侧的面的所述基底板的一部分表面露出的状态，对所述 基底板和所述电力半导体元件进行模塑的树脂；以及通过按压力与所述基底板接合的散热 片，在所述基底板的所述散热片接合部中加工出槽，通过挤缝(caulking)将所述散热片固 定到所述槽。另外，根据本发明的电力半导体电路装置的制造方法，在基底板的一面搭载至少 电力半导体元件，并且在所述基底板的相反的一侧的面形成接合用的槽，以使包括所述基 底板的与搭载所述电力半导体元件的面相反的一侧的面的所述基底板的一部分表面露出 的状态，通过树脂对所述基底板和所述电力半导体元件进行模塑，之后，通过挤缝将所述散 热片固定到所述基底板的所述槽中。根据本发明的电力半导体电路装置，在制造工序中不会对电力半导体电路装置造 成损伤而可以形成散热片，并且，可以简化制造工序，无需针对每个要制作的产品进行夹具 更换等装置的重新规划，而可高生产率地形成适合于电力半导体电路装置的散热规格的散 热片。所述或者其他本发明的目的、特征、效果通过以下的实施方式中的详细说明以及 附图记载将更加明确。


图1是示出本发明的实施方式1的电力半导体电路装置的剖面示意图。图2是示出本发明的实施方式1的电力半导体元件中产生的应力的降低效果的 图、和示出在试算了该降低效果时使用的条件和电力半导体电路装置的剖面的图。图3是示出本发明的实施方式2的电力半导体电路装置的剖面示意图和散热片切 割立起时的示意图。图4是示出本发明的实施方式3的电力半导体电路装置的剖面示意图和示出模塑 时的模塑模具与基底板的位置关系的图。图5是示出本发明的实施方式4的电力半导体电路装置的剖面示意图和示出模塑 时的模塑模具与基底板的位置关系的图。图6是示出本发明的实施方式5的电力半导体电路装置的剖面示意图和示出从基 底板的上表面观察的凸部的形状与配置的图。图7是示出本发明的实施方式6的功率模块(power module)的正面纵剖面图。图8是本发明的实施方式6的功率模块的分解立体图。图9是本发明的实施方式6的功率模块的侧面纵剖面图。图10是示出本发明的实施方式中的金属基底的槽以及板金制散热片的形状的纵 剖面图。图11是示出在本发明的实施方式中的金属基底的槽内挤缝接合了板金制散热片 的挤缝部的状态的纵剖面图。图12是示出在本发明的实施方式中的金属基底的槽与板金制散热片之间的间隙 中充填了高热传导性粘接剂的状态的纵剖面图。图13是示出本发明的实施方式7的功率模块的正面纵剖面图。
(附图标记说明)IOUll 电力半导体元件(功率半导体元件)；11 布线构件；12、30、40、50、60 基 底板；13 焊锡或者粘接剂；14、114 槽；15、115 模塑树脂；16、31 散热片；32 按压夹具； 33 工具；40a 台阶部；41,51 模塑模具；50a 表面；50b 背面；50c,51a 倾斜部；60a 凸 部；91、92 功率模块；112 金属框架；112a 电极端子；113 金属基底；113a —面；113b 另一面；113c 外周部；114a 底面；114b 逆锥形面；14c 锥形面；114d 间隙；115a 散热 片侧的面；115b:突起；116:板金制散热片(波纹型散热片)；116a:挤缝部；116b:从槽超 出的部分；116d 侧部凸缘；116e 孔；117 金属线；118 冲压刃；119 高热传导性粘接剂； 123 金属基板；123a 一面；123b 另一面；123c 外周部；123e 绝缘层(树脂绝缘层)。
具体实施例方式以下，参照附图，针对本发明的电力半导体电路装置(以下，还称为功率模块)及 其制造方法，说明优选的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。(实施方式1)图1是示出本发明的实施方式1的电力半导体电路装置的剖面示意图。在 图1中，例如IGBTansulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、或者 MOSFET (Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应 晶体管)那样的电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11通过焊 锡或者粘接剂13 —并粘接在由铝构成的基底板12上。通过挤压加工、或者铸造、或者压铸 (die casting)制作基底板12，并在与搭载了电力半导体元件10以及搭载有电力半导体元 件10的布线构件11的面相反侧的面、即基底板12的背面上，预先加工有槽14。如图1(a)或者图1(b)所示，以使基底板12的背面和基底板12的侧面中的一部 分的表面露出的方式，通过环氧类的模塑树脂15，对电力半导体元件10以及搭载了电力半 导体元件10的布线构件11、和基底板12进行传递模塑。在基底板12的背面加工出的槽14中，安装散热片16。该散热片16是将一个纯铝 类的板构件形成为波状而构成的，通过使散热片16变形，如图1(b)所示，通过挤缝接合安 装到基底板12的槽14中。更详细而言，以使基底板12的背面和基底板12侧面的一部分 的表面露出的方式，通过环氧类的模塑树脂15，对电力半导体元件10以及搭载了电力半导 体元件10的布线构件11、和基底板12进行了传递模塑之后，如图1 (a)的箭头所示，将散热 片16挤缝接合到基底板12的槽14中。实施方式1的电力半导体电路装置以如上所述的方式构成，但电力半导体元件10 也可以有多个，并且，也可以不经由布线构件11而通过用焊锡或者粘接剂13直接粘接到基 底板12而搭载电力半导体元件10。进而，为了与基底板12绝缘，也可以经由陶瓷基板等绝 缘构件，用焊锡或者粘接剂13，将电力半导体元件10和布线构件11粘接到基底板12上，并 将该绝缘构件粘接到基底板12上。在基底板12的背面加工出的槽14中通过挤缝接合安装的散热片16也可以不是 将一个板形成为波状而得到的，而是一个一个独立地形成。另外，在向基底板12安装散热 片16时，也可以使基底板12变形而进行挤缝，只要是利用两者之间的按压力的接合即可。进而，也可以在100 150°C下对散热片16进行加热，一边使散热片16软化一边进行挤缝 接合。另外，确认了在本实施方式的形状中，与在室温下进行挤缝时相比，在100 150°C下 对散热片16进行加热时，在约70%的挤缝压力下，得到与在室温进行挤缝时同样的挤缝状况。接下来，如本实施方式那样用环氧类的模塑树脂15无间隙地对电力半导体元件 10的周边进行了传递模塑的构造、和图2(a)所示的电力半导体元件10的周边是中空或者 被凝胶密封那样的中空构造下的进行挤缝时的挤缝压力与电力半导体元件10中产生的应 力的关系如图2(b)所示。另外，图2(b)的横轴表示挤缝压力(MPa)、纵轴表示电力半导体 元件10中产生的应力(MPa)，挤缝压力是在挤缝接合时散热片16的挤缝刃对基底板12进 行按压的压力。如果挤缝压力相同，则本实施方式的传递模塑构造与图2(a)所示的中空构造相 比，如图2(c)所示，在挤缝接合时的支撑构造是模塑树脂14的上表面两端的情况下，可以 将向电力半导体元件10的应力降低到约1/2。另外，在如图2(d)所示在模塑树脂15的上 表面整个面支撑的情况下，可以将向电力半导体元件10的应力降低到1/10以下。因此，根 据本实施方式的传递模塑构造，应力极小，无需担心向电力半导体元件10造成损伤地，可 向基底板12挤缝接合散热片16。另外，通过使模塑树脂15进入电力半导体元件10的间隙，可以防止在电力半导体 元件10上产生应力集中，电力半导体元件10的破坏耐受量也增加，即使在较大的挤缝压力 下，也不易对电力半导体元件10造成损伤。作为模塑材料，由于环氧类的材料较硬，所以在避免对电力半导体元件10的损伤 的方面上是优选的，最好是通过浇注、或者传递模塑、铸型法等方法用环氧树脂对电力半导 体元件10的周边进行模塑的构造，进而，为了能够在整个模塑面承受挤缝压力，优选的是 上表面为尽可能平坦的构造。另一方面，对于制造工序，由于经由将电力半导体元件10搭载到布线构件11中的 工序、将布线构件11搭载到基底板12中的工序、将布线构件11以及基底板12设置到模塑 模具(未图示)而对电力半导体元件10进行模塑的工序、在基底板12上安装散热片16的 工序，所以可以解决从工序的开始存在散热片16而在以往成为问题的、由于锡焊工序和引 线键合工序变得困难、电路装置变大而生产率下降这样的问题。通过将电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11 一并锡 焊、或者粘接到可以直接形成散热片16的基底板12，可以放弃通常在基底板12和散热片 16的接合中使用的润滑脂部，可以实现电力半导体电路装置的高散热化。进而，由于通过挤缝接合对散热片16和基底板12进行接合，所以通过与电力半导 体电路装置的散热规格对应地变更散热片16的高度和宽度，无需重新规划设备而易于制 造。在基底板12的背面挤缝接合散热片16时，使用将柔软的纯铝类的板构件加工成 波状并将多个散热片连接而形成的散热片即可。在该情况下，如图1(b)所示，相邻的散热 片16彼此相互拉伸，而对在基底板12中形成的槽14产生按压力，所以即使不使基底板12 大幅变形，也可以得到较大的强度和较低的热电阻。因此，可以实现进一步降低对以电力半 导体元件10为首的电力半导体电路装置造成的损伤的、向基底板12接合散热片16的极其优良的接合。特别，通过使散热片16的散热片彼此的间距稍微小于在基底板12中形成的 槽14的间距，可以使向在基底板12中形成的槽14的侧面按压散热片16的按压力进一步 增加。另外，为了使基底板12的背面和基底板12侧面的一部分的表面露出，在未图示的 模塑模具的配置基底板12的周边，设置在树脂流入时按压基底板12的周边的按压单元。通 过设置该按压单元，可以防止从模具的间隙流入树脂形成的模塑树脂15的飞边，不会由于 在接合部中形成模塑树脂15的飞边而引起接合部的热电阻增大、接合强度降低等，而可以 实现挤缝接合。(实施方式2)接下来，使用图3，对本发明的实施方式2的电力半导体电路装置及其制造方法进 行说明。实施方式2的电力半导体电路装置与实施方式1同样地，电力半导体元件10、搭 载了电力半导体元件10的布线构件11 一并锡焊、或者粘接在由铝构成的基底板30上。另 外，如图3(a)所示，以使基底板30的背面和基底板30的侧面中的一部分的表面露出的方 式，用环氧类的模塑树脂15，对电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构 件11、和基底板30进行了传递模塑。基底板30的与搭载有电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线 构件11的面相反侧的面、即基底板30的背面被加工成平面。在基底板30的被加工成平面 的背面，形成了散热片31。通过如图3(b)所示，使按压夹具32抵接到模塑树脂15的表面， 并用工具33等对基底板30的背面进行切割立起(切起二 t )，而形成该散热片31。另 外，散热片31也可以形成在从模塑树脂15露出的基底板30的侧面部分。在制造实施方式2的电力半导体电路装置时，在用工具33等对基底板30的背面 进行切割立起时，向按压电力半导体元件10的方向施加力，但如图2(a)或者图2(c)所示， 通过用按压夹具32等支撑模塑树脂15的上表面，可以降低在电力半导体元件10上产生的 应力。另外，通过从后面形成散热片31，可以解决由于先存在散热片31而在以往成为问题 的、由于锡焊工序和引线键合工序变得困难、或体积变大而生产率恶化这样的问题。另外，可以在常温下形成散热片31，与通过挤缝接合形成散热片31的情况相比， 可以进一步减小散热片间距，散热片31由于从基底板30切割立起，所以无需对基底板30 预先进行加工。另外，即使在散热片31的形成面中存在模塑时的飞边，由于与切割立起的 加工一起通过工具也剥离飞边，所以飞边不会导致热电阻的恶化。进而，散热片31与基底板30之间的热电阻比挤缝接合小、并且无需重新规划设备 而可以与电力半导体电路装置的散热规格对应地变更散热片31的间距和高度，所以通过 从后面形成散热片31，可以实现低热电阻化和生产率提高。(实施方式3)接下来，使用图4，对本发明的实施方式3的电力半导体电路装置及其制造方法进 行说明。实施方式3的电力半导体电路装置与实施方式1或者实施方式2同样地，如图 4(a)所示，以使基底板40的背面和基底板40的侧面中的一部分的表面露出的方式，用环氧 类的模塑树脂15，对电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11、和基底板40进行了传递模塑。基底板40的搭载有电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构 件11的搭载面形成为矩形形状，在侧面的4方向上，通过机械加工形成了台阶部40a。而 且，如图4(b)所示，通过用模塑模具41按压台阶部40a的下表面，而可密封地模塑。另外， 对于其他结构，与实施方式1相同，附加同一符号而省略其说明。在槽14中挤缝接合散热片16时，在散热片16与槽14之间的位置偏移较大的情 况下，无法进行挤缝接合，所以散热片16和槽14的对位变得重要。一般，使用布线构件的 弓I导孔等而与模塑模具41对位来进行模塑，但在实施方式3中的电力半导体电路装置中， 由于在基底板40上接合布线构件11，所以布线构件11与基底板40的位置偏移不小。在 这样的情况下，也通过用在基底板40中形成的台阶部40a对基底板40进行对位，对散热片 16进行后续加工时的定位变得容易。另外，通过对台阶部40a的下表面进行按压密封，可以用台阶部40a防止向挤缝接 合部流入模塑树脂15，可以防止向挤缝接合部流入模塑树脂15而去除模塑的飞边，所以散 热片16的形成变得容易。(实施方式4)接下来，对本发明的实施方式4的电力半导体电路装置及其制造方法进行说明。实施方式4的电力半导体电路装置与所述各实施方式同样地，如图5(a)所示，电 力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11搭载于基底板50上。以使 基底板50的与电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11的搭载面 相反侧的面、即基底板50的背面50b小于电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件 10的布线构件11的搭载面、即基底板50的表面50a的方式，在基底板50的侧面设置倾斜 部50c。而且，在模塑模具51中，形成了成为在模塑时对基底板50的倾斜部50c进行按压 密封的单元的倾斜部51a。倾斜部50c也可以设为在实施方式3的图4(b)中说明的台阶 部。另外，对于其他结构，与实施方式1相同，附加同一符号而省略其说明。如上所述，在实施方式4的电力半导体电路装置中，在基底板50的侧面，设置有散 热片16侧小于电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11的搭载面 侧的倾斜部50c，通过在模塑工序中施加的压力，倾斜部50c被模塑模具51的倾斜部51a按 压，所以可以通过简易的模具构造对树脂进行密封，消除由于模塑引起的飞边。(实施方式5)接下来，对本发明的实施方式5的电力半导体电路装置及其制造方法进行说明。在实施方式5的电力半导体电路装置中，如图6(a)、(b)所示，在基底板60的表 面、即电力半导体元件10以及搭载了电力半导体元件10的布线构件11的搭载面，与该面 垂直地形成了凸部60a。该凸部60a设置在从基底板60的各侧面的端部稍微靠近内侧的位 置，如图6(a)所示，以包括凸部60a的方式通过模塑树脂15进行了模塑。另外，基底板60 的表面的面积大于通过模塑树脂15形成的模塑部的投影面积，并且与散热片16的最端部 的位置相比，模塑树脂15的侧面处于外侧。形成于基底板60上的凸部60a也可以是凹部。 另外，对于其他结构，与实施方式1相同，附加同一符号并省略其说明。根据实施方式5的电力半导体电路装置，可以消除电力半导体电路装置的散热片 16的形成部分中的模塑树脂15的飞边。
另外，在基底板60中使用了铝时，由于模塑树脂15与铝的粘接性不佳，所以易于 剥离，但通过形成凸部60a，对基底板60的模塑树脂15的粘接力增加，可以防止由于形成散 热片16时的应力而剥离模塑树脂15。(实施方式6)图7是示出作为本发明的实施方式6中的电力半导体电路装置的功率模块的正面 纵剖面图，图8是实施方式6的功率模块的分解立体图，图9是实施方式6的功率模块的侧 面纵剖面图，图10是示出金属基底的槽以及板金制散热片的形状的纵剖面图，图11是示出 在金属基底的槽内挤缝接合了板金制散热片的挤缝部的状态的纵剖面图，图12是示出在 金属基底的槽与板金制散热片之间的间隙中填充了高热传导性粘接剂的状态的纵剖面图。如图7 图12所示，实施方式6的功率模块91具备发热的功率半导体元件111 ； 安装有功率半导体元件111，并具有电极端子11 的金属框架112 ；在一面113a上设置了 金属框架112并在另一面11 上形成了多个平行的槽114的金属基底113 ；覆盖功率半导 体元件111以及金属框架112，并且覆盖金属基底113的一面113a以及该一面113a侧的外 周部113c的模塑树脂115 ；以及以压垮弯曲形成为大致V字形的挤缝部116a的方式挤缝 接合到槽114内，以使挤缝部116a的从槽114超出的部分116b成为比槽114的底面11 低的位置的方式塑性变形的板金制散热片116。作为功率半导体元件111，有将输入交流电力变换成直流的转换器部的二极管、将 直流变换成交流的逆变器部的双极晶体管、IGBT、MOSFET、GTO等。功率半导体元件111彼此、以及功率半导体元件111与电极端子11 通过金属线 117电连接。金属基底113由热传导率较高的铝、铜等形成。功率半导体元件111与金属框架112、以及金属框架112与金属基底113被焊锡接 合，而板金制散热片116具有电位。在从功率半导体元件111到金属基底113的接合中，使 用了热传导率较高的焊锡，所以即使是较小的接合面积，散热性也高，可以实现功率半导体 元件111的小型化。在实施方式6的板金制散热片116中，使用将铝等较薄的一个带状的金属板弯曲 多次而形成为波状(矩形波状)的波纹型散热片。波纹型散热片116适合于通过1次的挤 缝工序与金属基底113进行挤缝接合，但也可以代替波纹型散热片116，而使用将1个带状 的金属板1次弯曲成大致V字形的板金制散热片116。作为模塑树脂115，使用环氧树脂等热硬化性树脂。也可以使用 PPS (polyphenylene sulfide，聚苯硫醚)、PBT (polybutyleneter印hthalate，聚对苯二 甲 酸丁二醇酯)等热可塑性树脂。在模塑树脂115的散热片侧的面11 的缘部设置突起 115b,以使在与金属基底113的挤缝接合时波纹型散热片116的对位变得容易，并在波纹型 散热片116的侧部凸缘116d中设置的孔116e内嵌入突起11 而固定。突起11 还有助 于抑制对槽114进行挤缝接合后的板金制散热片116的位置偏移。作为功率模块91的制造方法，有如下方法先进行板金制散热片116与金属基底 113的挤缝接合，在后续工序中，在金属基底113的一面113a上，安装功率半导体元件111、 金属线117以及金属框架112，并通过模塑树脂115覆盖的方法，但为了消除在安装到金属 基底113上的板金制散热片116的长度不同的情况下产生的、锡焊工序和树脂模塑工序中 的重新规划，并简化制造工序，优选如图8所示，在对功率半导体元件111、金属线117、金属框架112以及金属基底113进行了树脂模塑之后，进行金属基底113与板金制散热片116 的挤缝接合。S卩，优选通过如下工序制造实施方式6的功率模块91 将功率半导体元件111安 装到金属框架112上的工序；在另一面11 形成了多个平行的槽114的金属基底113的一 面113a上设置金属框架112的工序；通过模塑树脂115覆盖功率半导体元件111以及金属 框架112并且覆盖金属基底113的一面113a以及一面113a侧的外周部113c的工序；以及 以压垮板金制散热片116的弯曲形成为大致V字形的挤缝部116a的方式挤缝接合到槽114 内，以使挤缝部116a的从槽114超出的部分116b成为比槽114的底面IHa低的位置的方 式进行塑性变形的工序。如图8所示，在板金制散热片116与金属基底113的接合中，将模塑树脂115外表 面的平坦部(图8的ΔΔ显示部)固定到台上，对板金制散热片116的挤缝部116a施加冲 压(press)等的荷重，使挤缝部116a塑性变形而通过挤缝接合来固定。此时，即使在模塑树脂115的平坦部存在由于安装分流器等大型部件导致的凸 部、用于使模塑树脂流动变得高效的凹部，通过使用不使荷重施加到该凹凸部的避让夹具 (relief jig)，可以进行挤缝接合。接下来，参照图9，对挤缝接合后的板金制散热片116的形状进行说明。板金制散 热片116的横宽形成为大于金属基底113的横宽，而板金制散热片116的两侧缘部从槽114超出ο如果以压垮弯曲形成为大致V字形的板金制散热片116的挤缝部116a的方式塑 性变形，并挤缝接合到金属基底113的槽114内，则由于挤缝部116a的从槽114超出的部 分116b不会被压垮，所以变位到比槽114的底面11 低的位置。由此，从槽114超出的部 分116b挂到槽114的两端，即使对板金制散热片116施加了振动等，板金制散热片116也 不会沿着槽114滑动而偏移。接下来，参照图10 图12，对金属基底113的槽114的剖面形状以及板金制散热 片116的挤缝部116a的剖面形状进行详细说明。在通过冲压刃(pressing blade) 118进行板金制散热片116的挤缝部116a与金 属基底113的槽114的挤缝接合时，安装在金属基底113上的功率半导体元件111有可能 由于金属基底113的变形产生的应力而破损，需要以不使功率半导体元件111破损的程度 的较弱的冲压荷重进行挤缝接合。如图10所示，板金制散热片116的挤缝部116a弯曲形成为大致V字形。在金属 基底113的槽114中，形成有朝向开口部加宽的锥形面114c、和朝向底部加宽的逆锥形面 114b。槽114的开口部的宽度Al与底面114a的宽度A2大致相同。另外，板金制散热片 116的挤缝部116a的锥形角度与槽114的锥形面IHc的锥形角度大致相同。因此，开口部的宽度Al与底面14a的宽度A2的热膨胀量大致相同，锥形面IHc 与逆锥形面114b的热应力大致相同，热可靠性较高。通过冲压刃118，压垮弯曲形成为大致V字形的挤缝部116a，而将挤缝部116a挤 缝接合到槽114内。在金属基底113中，由于模塑后的树脂的热收缩，以使另一面11 成为凸面的方式翘曲，槽114的间距扩大。特别，虽然两端的槽114的变位较大，而在插入板金制散热片 116时，受到槽114的干扰而难以插入，但由于挤缝部116a是大致V字形，并且槽114的开 口部是锥形面114c，所以易于插入挤缝部116a。另外，大致V字形的挤缝部116a的变形能 力较高，而即使金属基底113翘曲，也可以充分地进行挤缝接合。如图11所示，大致V字形的挤缝部116a被冲压刃118压垮，而被押入到槽114的 底部的逆锥形面114b的角来进行挤缝接合。在挤缝接合之后，在槽114的角部中，产生间 隙114d。槽114的底部的逆锥形面114b使挤缝部116a易于进入，而可以以较弱的冲压荷重进行挤缝接合。另外，如果在挤缝接合时，对板金制散热片116进行加热，则板金制散热片116的 弯曲弹性降低，不会对功率半导体元件111产生应力而可以进行紧固的挤缝接合。如图12所示，在金属基底113的槽114与挤缝接合到槽114内的板金制散热片 116之间的间隙114d中，最好填充高热传导性粘接剂119。作为高热传导性粘接剂119，使 用在柔软的硅树脂(silicon resin)中添加填充物而设成高热传导率的粘接剂。通过在间隙114d中填充高热传导性粘接剂119，功率模块91的散热性提高。另 外，通过用高热传导性粘接剂119粘接板金制散热片116与金属基底113，即使在苛刻的振 动条件下，板金制散热片116也不会偏移。以上，详细说明了金属基底113的槽114的剖面形状，但槽114也可以是没有设置 锥形面IHc以及逆锥形面114b的单纯矩形形状。另外，也可以不往间隙114d填充高热传导性粘接剂119。在实施方式6的功率模块91中，通过以上说明的构造，从作为发热体的功率半导 体元件111到板金制散热片116，进行热传导率较高的金属接合，提高散热性，使昂贵的功 率半导体元件111小型化，降低成本。另外，在树脂模塑工序之后，在金属基底113上挤缝 接合板金制散热片116，所以还可以容易地制作散热片的长度不同的功率模块，可以使作业 性提高而降低制造成本。另外，挤缝部116a的从槽114超出的部分116b变位到比槽114的底面114a低的 位置，所以挂到槽114的两端，而即使对板金制散热片116施加了振动等，板金制散热片116 也不会沿着槽114滑动而偏移。(实施方式7)图13是本发明的实施方式7的功率模块的正面纵剖面图。实施方式7的功率模块92与实施方式6的功率模块91不同点在于，将实施方式 6的金属框架112以及金属基底113代替为金属基板123。S卩，实施方式7的功率模块92具备发热的功率半导体元件111 ；在一面123a上 安装功率半导体元件111，在另一面12 上形成多个平行的槽114，在一面123a与另一面 12 之间形成有由树脂构成的绝缘层12 的金属基板123 ；覆盖功率半导体元件111，并 且覆盖至金属基板123的一面123a以及该一面123a侧的外周部123c的模塑树脂115 ；以 及以压垮弯曲形成为大致V字形的挤缝部116a的方式挤缝接合到槽114内，并以使挤缝部 116a的从槽114超出的部分116b成为比槽114的底面IHa低的位置的方式塑性变形的板 金制散热片116。另外，实施方式7的功率模块92优选通过如下工序制造在形成有多个平行的槽114的另一面12 与一面123a之间形成了绝缘层12 的金属基板123的一面123a上安 装功率半导体元件111的工序；通过模塑树脂115覆盖功率半导体元件111并且覆盖金属 基板123的一面123a以及该一面123a侧的外周部123c的工序；以及以压垮板金制散热 片116的弯曲形成为大致V字形的挤缝部116a的方式挤缝接合到槽114内，并以使挤缝部 116a的从槽114超出的部分成为比该槽114的底面11 低的位置的方式塑性变形的工序。功率半导体元件111彼此、以及功率半导体元件111和由模塑树脂115保持的电 极端子11 通过金属线117电连接。金属基板123由热传导率高的铝、铜等形成。金属基板123由于具有树脂绝缘层12 ,所以与焊锡接合相比，热传导率更低，但 由于通过树脂绝缘层12 进行了绝缘，所以可以排列安装多个功率半导体元件111。在用作逆变器的情况下，实施方式6的功率模块91由于是非绝缘的，所以需要针 对每个电路，隔开空间绝缘距离地排列多个功率模块91，但实施方式7的功率模块92由于 针对每个电路进行了绝缘，所以无需隔开空间绝缘距离，而可以实现小型化。另外，绝缘层12 由于是树脂材质，且弹性率较低，所以对功率半导体元件111产 生的应力较小，可以防止由于板金制散热片116与金属基板123的挤缝接合时的金属基板 123的翘曲而使功率半导体元件111破损。(产业上的可利用性)本发明的电力半导体电路装置(功率模块)对逆变器、或者转换器等电力变换装 置是有用的。
权利要求
1.一种电力半导体电路装置，具备电力半导体元件，该电力半导体电路装置的特征在 于，具备至少搭载了所述电力半导体元件的基底板；以使包括所述基底板的与搭载所述电力半导体元件的面相反的一侧的面的所述基底 板的一部分表面露出的状态，对所述基底板和所述电力半导体元件进行模塑的树脂；以及通过按压力与所述基底板接合的散热片，在所述基底板的所述散热片接合部加工出槽，通过挤缝将所述散热片固定到所述槽。
2.一种电力半导体电路装置，具备电力半导体元件，该电力半导体电路装置的特征在 于，具备至少搭载了所述电力半导体元件的基底板；以使包括所述基底板的与搭载所述电力半导体元件的面相反的一侧的面的所述基底 板的一部分表面露出的状态，对所述基底板和所述电力半导体元件进行模塑的树脂；以及在所述基底板的所述露出的表面，对所述表面进行切割立起而形成的散热片。
3.根据权利要求1所述的电力半导体电路装置，其特征在于，所述散热片是将一个板形成为波状而得到的。
4.根据权利要求1所述的电力半导体电路装置，其特征在于，在形成于所述基底板的槽中，形成有朝向开口部加宽的锥形面和朝向底部加宽的逆锥 形面。
5.根据权利要求1所述的电力半导体电路装置，其特征在于，在所述基底板的槽与通过挤缝固定到该槽内的散热片之间的间隙中，填充有高热传导 性粘接剂。
6.根据权利要求1或2所述的电力半导体电路装置，其特征在于，在所述基底板的至少对置的二个面，形成有台阶状的阶部。
7.根据权利要求1或2所述的电力半导体电路装置，其特征在于，具备倾斜部，该倾斜部从所述基底板的搭载电力半导体元件的面一直形成到与搭载该 电力半导体元件的面相反的一侧的面。
8.根据权利要求1或2所述的电力半导体电路装置，其特征在于，使所述基底板的电力半导体元件的搭载面的面积大于通过所述树脂形成的模塑部的 投影面积。
9.根据权利要求1或2所述的电力半导体电路装置，其特征在于，在所述基底板的电力半导体元件的搭载面，形成有垂直方向的凸部或者凹部。
10.一种具备电力半导体元件的电力半导体电路装置的制造方法，其特征在于，在基底板的一面至少搭载所述电力半导体元件，并且在所述基底板的相反的一侧的面 形成接合用的槽，以使包括所述基底板的与搭载所述电力半导体元件的面相反的一侧的面 的所述基底板的一部分表面露出的状态，通过树脂对所述基底板和所述电力半导体元件进 行模塑，之后，通过挤缝将所述散热片固定到所述基底板的所述槽中。
11.根据权利要求10所述的电力半导体电路装置的制造方法，其特征在于，在通过所述树脂进行的模塑中，通过具有对所述基底板的周边进行按压的单元的模具 来进行模塑。
12.根据权利要求11所述的电力半导体电路装置的制造方法，其特征在于，在所述基底板的周边形成阶部或者锥形部。
13.根据权利要求10 12中的任意一项所述的电力半导体电路装置的制造方法，其特 征在于，一边对所述散热片进行加热，一边通过挤缝将所述散热片固定到所述基底板而形成。
14.根据权利要求1所述的电力半导体电路装置，其特征在于，所述散热片具有弯曲形成为V字形的挤缝部，以压垮该挤缝部的方式通过挤缝而被固 定到所述槽内，并且以使所述挤缝部的从所述槽超出的部分成为比该槽的底面低的位置的 方式被塑性变形。
15.一种电力半导体电路装置，其特征在于，具备发热的功率半导体元件；金属基板，在一面安装所述功率半导体元件，在另一面形成多个平行的槽，在所述一面 与另一面之间形成有绝缘层；模塑树脂，覆盖所述功率半导体元件，并且覆盖所述金属基板的所述一面以及该一面 侧的外周部；以及散热片，具有弯曲形成为V字形的挤缝部，以压垮该挤缝部的方式通过挤缝而被固定 到所述槽内，以使所述挤缝部的从所述槽超出的部分成为比该槽的底面低的位置的方式被 塑性变形。
16.一种电力半导体电路装置的制造方法，其特征在于，包括将功率半导体元件安装到金属框架的工序；在另一面形成有多个平行的槽的金属基底的一面，设置所述金属框架的工序；通过模塑树脂覆盖所述功率半导体元件以及金属框架，并且覆盖所述金属基底的所述 一面以及该一面侧的外周部的工序；以及以压垮板金制散热片的弯曲形成为V字形的挤缝部的方式，通过挤缝而固定到所述槽 内，以使所述挤缝部的从所述槽超出的部分成为比该槽的底面低的位置的方式进行塑性变 形的工序。
全文摘要
具备搭载了至少电力半导体元件(10)的基底板(12)；以使包括基底板的搭载电力半导体元件的面的相反侧的面的基底板的一部分的表面露出的状态，对基底板和电力半导体元件进行模塑的树脂(15)；通过按压力与基底板接合的散热片(16)，在基底板(12)的散热片接合部中形成槽(14)，将散热片(16)挤缝接合到槽(14)的电力半导体电路装置及其制造方法。
文档编号H01L23/29GK102047414SQ20098011900
公开日2011年5月4日 申请日期2009年6月4日 优先权日2008年6月12日
发明者三井贵夫, 五藤洋一, 木村享, 芳原弘行, 菊池正雄 申请人:三菱电机株式会社