专利名称：半导体模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体模块，其执行用于驱动电动机旋转的开关操作，特别地，涉及一种安装在电路板上的半导体模块。
背景技术：
近年来，车辆的很多部分被电动机操作，由此电动机及其电子控制单元的数量增大了。已经进行用于增加车辆的有效内部空间的很多努力，以向用户提供舒适的空间。因此，保留用于电动机及其电子控制单元的空间变为问题。因此，使得电动机及其电子控制单元尺寸较小是重要的问题。例如，在引擎室的空间中或在仪表板之后布置用于车辆动力转向系统的电子控制单元。因为用于动力转向系统的电子控制单元用大电流(大约100A)驱动电动机，所以增加了在开关元件处生成的热量。因此，必须有高热辐射结构以便使得这种电子控制单元尺寸较小。例如，现有技术公开1 (日本专利公开No. 2002-083912)，现有技术公开2 (日本实用新型公开No. S57-083746)或现有技术公开3 (日本实用新型公开No. S58-187153)公开了一种半导体模块或电子控制单元的改进的结构，以改进半导体模块的热辐射性能。根据以上现有技术公开1、2或3中公开的半导体模块，具有比覆盖半导体芯片的树脂主体的表面中的一个的表面面积更大的表面面积的热辐射板(以金属或树脂制成)被固定到树脂主体，从而半导体芯片生成的热量经由该热辐射板辐射到空气中。根据以上现有技术公开1、2或3，没有公开热辐射板相对于树脂主体的详细相对尺寸的任何内容。例如，在热辐射板距树脂主体的延伸部分的尺寸小的情况下，换句话说， 当热辐射板(延伸部分)的表面面积对树脂主体的表面面积的比率极小时，热辐射效果可能十分小。另一方面，当热辐射板相对于树脂主体极大地延伸时，不仅热辐射板的重量和材料成本可能增加，而且还可能难以保持用于在印制电路板上安装半导体模块以及其它电气或电子部分和组件的空间。此外，根据以上现有技术公开1至3的半导体模块，因为电子部分和组件中的每一个是所谓的THD (通孔器件)类型，所以用于将这些部分和组件固定到电路板的可工作性以及用于量产的性能劣于所谓的SMD(表面贴装器件)类型的部分和组件。
发明内容
鉴于以上问题做出本发明。本发明的目的在于提供一种半导体模块，根据该半导体模块，更容易将电子部分和组件安装到电路板，并且该半导体模块具有高热辐射性能。例如，根据本发明的特征，半导体模块安装到电路板的表面。所述半导体模块具有半导体芯片、树脂主体以及多个端子。所述半导体芯片具有开关操作的功能。树脂主体形成为板状，以覆盖所述半导体芯片，并且在所述树脂主体的相反两侧上具有第一树脂表面和第二树脂表面。电连接到半导体芯片并且从树脂主体突出的多个端子焊接到在电路板上形成的引线图案。多个端子中的每一个分别电连接到半导体芯片的源级、漏极和栅极，使得通过这些端子不仅可以实现电流到半导体芯片的供应或该电流的切断而且还可以实现控制信号的供应。第一金属板形成为板状，并且在第一金属板的相反两侧上具有第一金属表面和第二金属表面。所述第一金属板被提供在树脂主体的第一树脂表面和第二树脂表面中的一个表面处，使得第一金属表面和第二金属表面中的一个相对于树脂主体的第一树脂表面和第二树脂表面中的一个暴露于外部，另一金属表面电连接到半导体芯片。根据该特征，来自半导体芯片的热量可以有效地传送到第一金属板，然后经由第一金属板辐射。第一金属板具有在第一金属板的板表面的方向上相对于树脂主体向外延伸的延伸部分。因此，经由延伸部分可以有效地辐射来自半导体芯片的热量。在使得第一金属板和树脂主体满足“Sm/Sr < 0. 5”的情况下，其中，“Sm”是延伸部分的表面的面积，“Sr”是树脂主体的表面的面积，可能存在第一金属板辐射热量的效果变得太小的问题。另一方面，当使得第一金属板和树脂主体满足“Sm/Sr > 1. 0”的关系时， 可能存在重量和材料成本将增加的问题，并且将难以保持用于将其它电子部分和组件安装到电路板的空间。因此，根据本发明，使得第一金属板和树脂主体满足“0.5彡Sm/Sr彡1.0”的关系。当满足“0. 5彡Sm/Sr”的关系时，第一金属板(所述延伸部分42)的表面面积以及立体体积(热质量)可以分别被保持在高于预定值的值。结果，经由第一金属板可以有效地传送来自半导体芯片的热量。换句话说，本发明的半导体模块具有高热辐射性能。当满足“Sm/Sr彡1. 0”的关系时，可以抑制重量和材料成本的可能增力卩，并且可以容易地获得将其它电子部分和组件安装到电路板的空间。根据本发明的半导体模块，安装到电路板的表面的部分和组件是SMD类型的部分和组件。因此，当与THD类型的部分和组件相比时，用于将部分和组件安装到电路板的工艺更简单，由此可工作性和生产率更高。
根据参照附图进行的以下详细描述，本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得更清楚。在附图中图IA和图IB示意性示出根据本发明第一实施例的电子控制单元，其中，半导体模块安装到电路板，其中，图IA是电子控制单元的示意性平面图，图IB是沿着图IA中的线 IB-IB取得的截面图；图2是示出应用于动力转向系统的根据本发明第一实施例的电子控制单元的示意图；图3A至图3D示意性示出本发明第一实施例的半导体模块，其中，图3A是侧视图， 图3B是顶面视图，图3C是侧视图，图3D是底视图；图4A至图4D示意性示出比较示例的半导体模块，其中，图4A是侧视图，图4B是顶面视图，图4C是侧视图，图4D是底视图；图5A至图5C示意性示出根据本发明第二实施例的半导体模块，其中，图5A是顶面视图，图5B是底视图，图5C是示出安装到电子控制单元的电路板的半导体模块的截面图；图6A至图6C示意性示出根据本发明第三实施例的半导体模块，其中，图6A是预面视图，图6B是底视图，图6C是示出安装到电子控制单元的电路板的半导体模块的截面图；图7A至图7C示意性示出根据本发明第四实施例的半导体模块，其中，图7A是顶面视图，图7B是底视图，图7C是示出安装到电子控制单元的电路板的半导体模块的截面图；图8A至图8C示意性示出根据本发明第五实施例的半导体模块，其中，图8A是顶面视图，图8B是底视图，图8C是示出安装到电子控制单元的电路板的半导体模块的截面图；图9A至图9C示意性示出根据本发明第六实施例的半导体模块，其中，图9A是顶面视图，图9B是底视图，图9C是示出安装到电子控制单元的电路板的半导体模块的截面图；以及图IOA和图IOB示意性示出根据本发明第七实施例的半导体模块，其中，图IOA是侧视图，图IOB是底视图。
具体实施例方式将参照附图通过多个实施例解释本发明。在所有实施例中对于相同或相似部分和 /或部件给出相同标号，从而省略其重复描述。将首先参照图1A、图IB和图2说明其中安装有半导体模块1的电子控制单元。如图2所示，电子控制单元(ECU) 110应用于车辆的动力转向系统100，从而ECU 110操作电动机101，电动机101基于操控扭矩信号、车辆速度信号等生成用于操控操作的辅助力。如图IA和图IB所示，E⑶110具有板构件120、印制电路板130、控制部分140、电容器150、连接器160等。板构件120以金属例如铝制成，并且形成为接近矩形形状(图1A)。印制电路板130(下文中简称为电路板)是以玻璃纤维增强的环氧树脂(例如 FR-4)制成的板。电路板130形成为与板构件120相似的几乎矩形形状，并且其外部尺寸小于板构件120的外部尺寸。电路板130通过通过螺钉191固定到板构件120使得电路板 130的表面与板构件120的表面几乎平行。该实施例的半导体模块1安装到电路板130的作为与板构件120的相反侧表面的表面。也就是说，半导体模块1是SMD类型的电子部分。在ECU 110中，安装四个半导体模块1。控制部分140包括微计算机141和定制IC 142，它们也安装到电路板130的与板构件120相反的表面。电容器150也安装到与板构件120相反的电路板130的表面。根据该实施例，三个电容器150安装在ECU 110中，其中，它们以直线对准并且以相等间隔布置。连接器160布置在电路板130上，从而连接器160的纵向方向与电路板130的侧
6部中的一个平行。连接器160具有PIG(电源电压)端子161、GND(接地)端子162、电动机端子163等(图1A)。如图2所示，引线导线102连接到连接器160。引线导线102的引线103将电池105的正侧端子电连接到PIG端子161。引线导线102的引线104将电动机 101的线圈端电连接到电动机端子163。除了以上电子部分和组件(半导体模块1、微计算机141、定制IC 142和电容器 150)之外，继电器171和172、线圈173、分路电阻器174也同样安装到与板构件120相反的电路板130的表面。连接器160的PIG端子161、GND端子162和电动机端子163经由电路板130的表面上形成的引线图案180(图1B)以及电路板130的内部中形成的引线图案(未示出)分别电连接到半导体模块1、微计算机141、定制IC 142、电容器150、继电器171和172、线圈 173以及分路电阻器174。例如，引线图案以金属薄膜(例如铜)制成。半导体模块1的端子31 (源级端)焊接到引线图案180，引线图案180连接到PIG 端子161 (图3A至图3D示出的端子31，如下所述)。半导体模块1的端子33 (栅极端)焊接到引线图案180，引线图案180连接到定制IC 142。此外，半导体模块1的第一金属板 40 (漏极端)焊接到引线图案180，引线图案180连接到板构件120或GND端子162。控制部分140(微计算机141)经由定制IC 142将控制信号传送到各个半导体模块1的端子(栅极)33，从而控制每一半导体芯片10的开关操作(图3A至图3D)。结果， 流过电动机端子163(即通过电动机101的线圈绕组)的电流受控，使得电动机101旋转。 如上，控制部分140(微计算机141以及定制IC 142)控制各个半导体模块1的开关操作， 由此控制电动机101的旋转操作。电容器150抑制由半导体模块1的开关操作生成的浪涌电压。线圈173是用于消除来自电池105的噪声的所谓的扼流圈。继电器171允许或禁止电流在PIG端子161与线圈173、电容器150与半导体模块1之间的流动。继电器172允许或禁止电流在半导体模块 1与电动机端子163之间的流动。分路电阻器174检测流过半导体模块1的电流的大小。 控制部分140(微计算机141以及定制IC 142)基于由分路电阻器174检测的电流的值精确地控制电动机101的旋转操作。由于在开关操作期间相对较大电流流过半导体模块1和分路电阻器174，所以在半导体模块1和分路电阻器174中生成热量。其温度增加到相对较高值。如图IA和图IB所示，板构件120在与其中布置有半导体模块1和分路电阻器174 的区域对应的部分具有凸起部分121，其中，凸起部分121朝向电路板130凸出。凸起部分 121形成为与其中布置有半导体模块1和分路电阻器174的区域的形状对应的矩形列形状， 如图IA中的虚线所示。如图IB所示，各个半导体模块1的第一金属板40中的每一个接触并且焊接到在电路板130上形成的引线图案180。在半导体芯片10(图3A和图3B)生成的热量经由第一金属板40和引线图案180有效地传送到电路板130。在板构件120的凸起部分121与电路板130之间提供电绝缘的热辐射片192和热辐射油脂193。例如，电绝缘的热辐射片192以包括硅并且具有较小热阻的电绝缘片材制成。热辐射油脂193例如是包括硅作为基本材料并且具有较小热阻的胶质油脂。凸起部分121与电路板130之间的空间用热辐射片192和热辐射油脂193填充，以使得电路板130中的热量(在半导体模块1生成的热量)可以有效地传送到板构件120 的凸起部分121。如上，凸起部分121充当热沉。如与第一金属板40相似的方式，半导体模块1的端子31和33接触并且焊接到电路板130上形成的引线图案180。如上，半导体模块1在多个部分焊接到引线图案，从而半导体模块1中的每一个稳定地安装在电路板130上。将参照图3A至图3D更详细地解释半导体模块1。如图3A和图:3B所示，半导体模块1具有半导体芯片10、树脂主体20、端子部分 30、第一金属板40等。例如，半导体芯片10是电场效应类型的晶体管，比如M0SFET。根据半导体芯片10， 根据待输入到半导体芯片10的栅极的控制信号允许或禁止源级与栅极之间的电流流动。 如上，半导体芯片10具有开关元件的功能。树脂主体20以板形状的树脂制成，以覆盖半导体芯片10，从而保护半导体芯片10 不受外部冲击、潮湿等影响。根据该实施例，树脂主体20形成为矩形形状。因此，树脂主体 20具有六个(第一至第六)树脂表面21至沈。第一树脂表面21和第二树脂表面22形成在彼此相对的相反侧上。端子部分30以金属制成，并且包括三个(第一至第三)端子31至33。第一端子31的一端电连接到半导体芯片10的源级，而第一端子31的另一端从树脂主体20的侧表面(第四树脂表面) 突出。第一端子31的该突出部分朝向下表面(第一树脂表面)21弯曲，然后突出部分的前端朝向与树脂主体20相反的方向进一步弯曲。第二端子32的一端经由第一金属板40 (以下解释)电连接到半导体芯片10的漏极。第二端子32的另一端从树脂主体20的侧表面M突出。第三端子33的一端电连接到半导体芯片10的栅极，而第三端子33的另一端从树脂主体20的侧表面M突出。以与第一端子31相似的方式，第三端子33的突出部分朝向下表面(第一树脂表面)21弯曲，然后突出部分的前端朝向与树脂主体20相反的方向进一步弯曲。第一金属板40以金属(例如铝)制成，并且形成为板形。第一金属板40具有彼此相对的(即在其相反侧上形成的)第一金属表面43和第二金属表面44。第一金属板40 包括主体部分41和延伸部分42。主体部分41和延伸部分42在其板表面的方向上彼此连接。也就是说，主体部分41和延伸部分42集成地形成为一个构件。在树脂主体20的下表面(第一树脂表面)21布置第一金属板40，使得第一金属板 40的下表面(第一金属表面)43连续地连接到树脂主体20的下树脂表面21。也就是说， 在与树脂主体20的下树脂表面21的平面相同的平面上布置第一金属板40的下金属表面 43。因此，除了下金属表面43之外，树脂主体20覆盖第一金属板40的主体部分41。换句话说，第一金属板40的下金属表面(第一金属表面)43相对于树脂主体20的下树脂表面 (第一树脂表面)21暴露于外部。第一金属板40的延伸部分42不被树脂主体20覆盖，并且相对于树脂主体20的侧表面(第三树脂表面)23延伸。换句话说，延伸部分42对应于第一金属板40的不被树脂主体20覆盖(暴露于外部)并且相对于树脂主体20延伸的部分。第一金属板40的上表面(第二金属表面)44(更确切地说，主体部分41的上表
将参照图3C和图3D解释半导体模块1的各个部分的尺寸。如图3C所示，“Lm”指第一金属板40的延伸部分42的长度(即相对于树脂主体 20的侧表面23向外延伸的第一金属板40的部分的长度)。“Lr”指从侧表面M到侧表面 23的树脂主体20的距离。根据该实施例，如此使得第一金属板40和树脂主体20满足“Lm/ Lr ^ 0. 75”的关系。“Sm”指延伸部分42的面积(第一金属板40的下(第一)金属表面43的部分的面积)，其由图3D中的阴影线的栅格指示。“Sr”指树脂主体20的下(第一)树脂表面21 的面积，其由图3D中的水平和垂直线的栅格指示。树脂主体20的宽度(从树脂表面25到树脂表面26的长度)几乎等于延伸部分42的宽度。因此，如此使得第一金属板40和树脂主体20满足“Sm/Sr ^ 0. 75”的关系。更确切地说，根据该实施例，“Lm” = 6. 4 (mm)，“Lr” =8. 5 (mm)。根据该实施例，第一金属板40的下金属表面43的面积(即主体部分41的面积) 小于树脂主体20的下树脂表面21的面积“Sr”。将参照图4A至图4D解释比较示例。比较示例的半导体模块200与第一实施例的半导体模块1的不同在于第一金属板 40的延伸部分42的长度。在图4C中“Lml”指根据比较示例的第一金属板40的延伸部分42的长度，其中， “ Lml ”被设置在1. 5 (mm)的值。在比较示例中，“Lml/Lr”的比率是大约0. 18(Lm/Lr 0. 18)。因此，面积比例也是大约0. 18(Sml/Sr ^ 0. 18)。“Sml”是由图4D中的阴影线的栅格指示的延伸部分42的面积。“Sr”是由图4D中的水平和垂直线的栅格指示的树脂主体 20的面积。根据比较示例，延伸部分42的面积小于第一实施例的面积。因此，半导体模块200 用于辐射半导体芯片10的热量的效果小于第一实施例的效果。当与电子控制单元的电路板上安装的半导体模块的操作温度相比时，第一实施例的半导体模块1的操作温度比比较示例的操作温度低几乎20°c。如上所述，根据第一实施例，树脂主体20形成为板状，以覆盖半导体芯片10。端子 31至33电连接到半导体芯片10，并且相对于树脂主体20突出。端子31和33焊接到电子控制单元的电路板130上形成的各个引线图案180。端子31连接到半导体芯片10的源级。 端子33连接到半导体芯片10的栅极。根据这种结构，可以经由端子31和33对半导体芯片10供应或截断电流。第一金属板40形成为板状，其下表面(第一金属表面)43相对于树脂主体20的下树脂表面21暴露于外部，其上表面(第二金属表面)44电连接到半导体芯片10。根据这种结构，来自半导体芯片10的热量可以有效地传送到第一金属板40。然后，热量可以经由第一金属板40辐射到空气。此外，根据该实施例，第一金属板40具有延伸部分42，其在板表面的方向上相对于树脂主体20延伸。由此，可以经由延伸部分42有效地辐射来自半导体芯片10的热量。 根据该实施例，第一金属板40和树脂主体被配置为满足“Sm/Sr 0. 75”的关系，其中，“Sm” 是延伸部分42的下金属表面43的面积，“Sr”是树脂主体20的下树脂表面21的面积。换句话说，当满足“0. 5彡Sm/Sr"的关系时，可以将第一金属板40 (延伸部分42)的表面面积和立体体积(热质量)分别保持在比预定值更高的这些值。因此，经由第一金属板40可以有效地辐射在半导体芯片10处生成的热量。也就是说，该实施例的半导体模块1具有高热辐射性能。此外，当满足“Sm/Sr彡1. 0”的关系时，可以抑制第一金属板40的重量和成本的可能增加。还可以容易地保持用于将电子和/或电气部分和组件安装到电路板的电路板130 上空间。根据该实施例，第一金属板40和树脂主体20被配置为满足“Sm/Sr = 0. 75”的关系。因此，经由第一金属板40进行热辐射的效果和用于抑制重量和制造成本的增加的效果相叠加。效果中的每一个可以最大地增加。根据该实施例的半导体模块1，安装到电路板130的表面的部分和组件是SMD类型的部分和组件。因此，当与THD类型的部分和组件相比时，用于将部分和组件安装到电路板 130的工艺更简单，由此可工作性和生产率更高。根据该实施例，(第一金属板40附连到的)树脂主体20的下(第一)树脂表面 21与电路板130接触。因此，第一金属板40的下(第一)金属表面43可以与电路板130 接触。第一金属板40的延伸部分42焊接到电路板130上形成的引线图案180。根据这种结构，来自半导体芯片10的热量可以经由第一金属板40和引线图案180有效地传送到电路板130。此外，根据该实施例，第一金属板40用作用于半导体芯片10的漏极的端子。端子 31和33以及第一金属板40焊接到电路板130上形成的引线图案。因此，半导体模块1可以稳定地保持在电路板130上的位置中。(第二实施例)图5A至图5C示出根据本发明第二实施例的半导体模块2。根据第二实施例，端子31和33的形状以及用于将半导体模块2安装到电路板130 的结构与第一实施例不同。根据半导体模块2，端子31和33相对于树脂主体20的侧表面M突出，并且这些突出部分中的每一个朝向第二树脂表面22弯曲。然后，突出部分的前端在远离树脂主体20 的方向上进一步弯曲，如图5C所示。图5C示出半导体模块2安装到电子控制单元110的电路板130的情况。半导体模块2被定位为使得树脂主体20的第二树脂表面22 (即与第一金属板40附连到的第一树脂表面21相反的表面)与电路板130上形成的引线图案180接触。半导体模块2的端子31和33焊接到相应引线图案180，从而半导体模块2安装到电路板130的表面。电子控制单元110具有以金属制成的覆盖构件194，从而在板构件120与覆盖构件 194之间形成容纳空间，从而在容纳空间中容纳电路板130。覆盖构件194覆盖电路板130 上安装的电子部分和组件，从而保护它们不受外部冲击、液体等。如图5C所示，半导体模块2的第一金属板40 (更确切地说，第一金属板40的第一金属表面43)与覆盖构件194接触。根据这种结构，半导体芯片10的漏极经由第一金属板 40连接到覆盖构件194。换句话说，当半导体模块2工作时，半导体模块2的接地电流经由第一金属板40流到覆盖构件194。根据以上结构，来自半导体芯片10的热量不仅经由引线图案180和电路板130传送到板构件120的凸起部分121，而且还经由第一金属板40传送到覆盖构件194。并且热量最终从板构件120和覆盖构件194辐射到空气。除了以上解释的结构之外，第二实施例与第一实施例相同。(第三实施例)图6A至图6C示出根据本发明第三实施例的半导体模块3。第三实施例的半导体模块3与第二实施例不同在于其具有一个附加元件。半导体模块3具有第二金属板50，其以金属(例如铝)制成，并且形成为板状。第二金属板50具有彼此相反(在其相反侧上)的第一金属板表面51和第二金属板表面52。 在树脂主体20的第二树脂表面22处提供第二金属板50，从而第二金属板50的第一金属板表面51 (图6C中的下表面)位于树脂主体20的第二树脂表面22的相同平面上。也就是说，第二金属板50的第一金属板表面51相对于树脂主体20的第二树脂表面22暴露于外部(图6B和图6C)。根据该实施例，第二金属板50的第二金属板表面52(图6C中的上表面)不电连接到半导体芯片10。通过与第二实施例相同的方式，当在电子控制单元110中安装半导体模块3时，树脂主体20的第二树脂表面22与电路板130接触。第二金属板50的第一金属板表面51与电路板130上形成的引线图案180接触。根据该实施例，第二金属板50的第一金属板表面和第二金属板表面51和52之间的侧表面相对于树脂主体20的侧表面23暴露于外部，其中，第二金属板50的暴露表面焊接到引线图案180。通过与第二实施例相同的方式，根据半导体模块3，来自半导体芯片10的热量不仅经由第一金属板40从覆盖构件194辐射，而且还经由第二金属板50、引线图案180和电路板130从板构件120的凸起部分121辐射。除了以上解释的结构，第三实施例的半导体模块3与第二实施例相同。由于第三实施例具有第二金属板50，因此来自半导体芯片10的热量可以不仅经由第一金属板40而且还经由第二金属板50辐射。因此，第三实施例的热辐射效应比第二实施例更高。此外，第二金属板50的第一金属板表面51与引线图案180接触，并且第二金属板 50焊接到引线图案180。根据这种结构，来自半导体芯片10的热量可以经由第二金属板50 和引线图案180有效地传送到电路板130。此外，由于半导体模块3的端子31和33以及第二金属板50焊接到引线图案180， 因此半导体模块3稳定地位于电路板130上。(第四实施例)图7A至图7C示出根据本发明第四实施例的半导体模块4。第四实施例的半导体模块4与第二实施例不同在于第一金属板40的形状。第一金属板40具有腿部分421，其在朝向树脂主体20的第二树脂表面22方向上相对于第一金属板40的延伸部分42的一端(在主体部分41的相对侧的一端)进一步延伸。腿部分421的前端在远离树脂主体20的方向上进一步弯曲。腿部分421的前端几乎位于树脂主体20的第二树脂表面22的相同平面上。通过与第二实施例相同的方式，当在电子控制单元110中安装半导体模块4时，树脂主体20的第二树脂表面22与电路板130上的引线图案180接触。腿部分421的前端焊接到引线图案180。腿部分421焊接到的引线图案180连接到GND端子162或板构件120。 因此，腿部分421(第一金属板40)可以用作用于半导体芯片10的漏极的端子。根据以上结构，第一金属板40不必如同第二实施例与覆盖构件194接触。 如上所述，根据该实施例，第一金属板40具有相对于延伸部分42的一端朝向电路板130延伸并且焊接到电路板130上形成的引线图案180的第一金属板40。因此，来自半导体芯片10的热量可以经由第一金属板40(延伸部分42和腿部分421)和引线图案180 有效地传送到电路板130。然后，热量最终从电路板130辐射到空气。此外，根据半导体模块4，由于第一金属板40的端子31和33以及腿部分421焊接到引线图案180，因此半导体模块3稳定地位于电路板130上。腿部分421可以用作用于半导体芯片10的漏极的端子。(第五实施例)图8A至图8C示出根据本发明第五实施例的半导体模块5。第五实施例的半导体模块5与第一实施例不同在于其具有一个附加元件。半导体模块5具有第二金属板60，其以金属(例如铝)制成，并且形成为板状。第二金属板60具有彼此相反(在其相反侧上)的第一金属板表面61和第二金属板表面62。 在树脂主体20的第二树脂表面22处提供第二金属板60，从而第二金属板60的第一金属板表面61位于树脂主体60的第二树脂表面22的相同平面上。换句话说，第二金属板60的第一金属板表面61相对于树脂主体20的第二树脂表面22暴露于外部。根据该实施例，第二金属板60的第二金属板表面62电连接到半导体芯片10的源级。此外，端子31经由第二金属板60电连接到半导体芯片10的源级。根据该结构，当半导体模块5工作时，相对较大电流(源级电流)流过第二金属板60。结果，在第二金属板 60处生成热量。由于第二金属板60具有特定量的热质量，因此可以有效地辐射热量。(第六实施例)图9A至图9C示出根据本发明第六实施例的半导体模块6。第六实施例的半导体模块6与第一实施例不同在于第一金属板40的结构以及用于将半导体模块6安装到电子控制单元110的电路板130的结构。第一金属板40的延伸部分42具有在垂直方向(延伸部分42的厚度方向)上通过延伸部分42的通孔422。当在电子控制单元110中安装半导体模块6时，螺钉195(固定装置)通过通孔 422插入，并且固着到(旋入)板构件120的凸起部分121。由此，半导体模块6坚固并且稳定地固定到电路板130。根据该实施例，来自半导体芯片10的热量可以经由第一金属板40 (延伸部分42) 和螺钉195传送到电路板130以及板构件120(凸起部分121)。热量最终从板构件120辐射到空气。此外，第一金属板40电连接到半导体芯片10的漏极。因此，当半导体模块6通过以金属制成的螺钉195固定到电路板130时，半导体模块6的接地电流(漏极电流)可以经由螺钉195流到板构件120的凸起部分121。(第七实施例)图IOA至图IOC示出根据本发明第七实施例的半导体模块7。
第七实施例的第一金属板40的厚度与第一实施例不同。在第七实施例的半导体模块7中，“Tm”指代第一金属板40的延伸部分42的厚度， 而“Tr”指树脂主体20的厚度。第一金属板40和树脂主体被配置为满足“Tm/Tr ^ 0. 4” 的关系(比例)。更确切地说，根据该实施例，“Tm”是1.9 (mm)，而“Tr”是4. 7 (mm)，从而 “Tm/Tr”的比率是大约0.4。除了以上解释的点之外，该实施例的半导体模块7的结构与第一实施例相同。当第一金属板40和树脂主体20被配置为满足“0. 3彡Tm/Tr"的关系时，可以使第一金属板40的立体体积(热质量)保持在比预定值更大的值。结果，可以增加第一金属板40的热辐射的效果。另一方面，当第一金属板40和树脂主体20被配置为满足“Tm/Tr彡0. 5”的关系时，可以抑制第一金属板40的重量的增加以及材料成本的增加。如上，作为第一金属板40和树脂主体20被配置为满足“Tm/Tr ^ 0. 4”的关系(比例)的结果，用于增加热辐射性能的效果以及用于抑制第一金属板的重量和材料成本的增加的效果相叠加。此外，效果中的每一个可以最大地增加。(其它实施例和修改)当第一金属板40和树脂主体20被配置为满足“0. 5彡Sm/Sr彡1. 0”的关系时， 通过任何种类的尺寸和任何种类的形状可以制成第一金属板40和树脂主体20。换句话说， 可以通过除了矩形形状之外的形状形成第一金属板40的延伸部分42以及树脂主体20。也可以通过各种方式改变第一金属板和树脂主体的厚度。然而，更优选的是使得第一金属板40和树脂主体20满足“Sm/Sr = 0. 75”的关系。更优选的是使得第一金属板40和树脂主体20不仅满足“0. 5彡Sm/Sr彡1. 0”的关系，而且还满足“0. 3彡Tm/Tr彡0. 5”的关系。此外，当满足“Tm/Tr = 0. 4”的关系时是最优选的。根据该情况，用于增加热辐射性能的效果和用于抑制用于第一金属板的重量和材料成本的增加的效果相叠加。并且效果中的每一个可以最大地增加。在以上第一实施例、第四实施例和第五实施例中，第一金属板40连接到半导体芯片10的漏极端子，端子31连接到半导体芯片10的源级端子。然而，第一金属板40可以连接到半导体芯片10的源级端子，而端子31可以连接到半导体芯片10的漏极端子。根据这种修改，当半导体模块工作时，源级电流流过第一金属板40，而接地电流(漏极电流)流过端子31。在以上实施例中，半导体模块的端子32不连接到(焊接到)电路板上形成的引线图案。然而，端子32可以连接到(焊接到)引线图案，并且用作半导体芯片的漏极端子。以上多个实施例可以彼此组合，除非任何不可行。其中安装了本发明的半导体模块的电子控制单元可以不仅应用于动力转向系统而且还应用于用于控制电动机的操作的任何其它系统。 本发明不应受限于以上实施例，而且可以在不脱离其精神的情况下通过各种方式修改。
权利要求
1.一种安装到电路板的表面的半导体模块，包括 半导体芯片(10)，其具有开关操作的功能；树脂主体(20)，其覆盖所述半导体芯片(10)，并且在所述树脂主体00)的相反两侧上具有第一树脂表面和第二树脂表面02)；多个端子(31，33)，其电连接到所述半导体芯片(10)，从所述树脂主体OO)突出，并且焊接到所述电路板(130)上形成的引线图案(180)；以及第一金属板(40)，形成为板状，并且在所述第一金属板00)的相反两侧上具有第一金属表面G3)和第二金属表面G4)，所述第一金属板GO)被提供在所述树脂主体00)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中的一个表面处，使得所述第一金属表面和第二金属表面G4)中的一个相对于所述树脂主体00)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中的一个暴露于外部，并且所述第一金属表面和第二金属表面G4)中的另一个表面电连接到所述半导体芯片(10)，所述第一金属板GO)具有在所述第一金属板GO)的表面方向上相对于所述树脂主体(20)向外延伸的延伸部分(42)，其中，所述第一金属板^))和所述树脂主体00)满足“0. 5彡Sm/Sr彡1. O”的关系， 其中，“Sm”是所述第一金属板00)的第一板金属表面G3)和第二板金属表面G4)中的覆盖所述延伸部分0 的一个表面的面积，“Sr”是所述树脂主体00)的第一树脂表面(21)和第二树脂表面0 中的提供有所述第一金属板GO)的一个表面的面积。
2.如权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一金属板GO)和所述树脂主体00) 满足“Sm/Sr = 0. 75”的关系。
3.如权利要求1所述的半导体模块，其中，所述第一金属板GO)和所述树脂主体00)满足“0. 3彡Tm/Tr彡0. 5”的关系， 其中，“Tm”是所述第一金属板GO)的延伸部分0 的厚度，“Tr”是所述树脂主体 (20)的厚度。
4.如权利要求3所述的半导体模块，其中，所述第一金属板GO)和所述树脂主体00)满足“Tm/Tr = 0. 4”的关系。
5.如权利要求1或3所述的半导体模块，其中，所述延伸部分0 具有在所述延伸部分0 的厚度方向上穿过的通孔022)。
6.如权利要求1或3所述的半导体模块，还包括第二金属板(50，60)，形成为板状，并且在所述第二金属板(50，60)的相反两侧上具有第一金属板表面(51，61)和第二金属板表面(52，62)，其中，所述第二金属板(50，60)提供在所述树脂主体00)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中的另一个表面处，使得所述第一金属板表面(51，61)和所述第二金属板表面(52,6 中的一个表面相对于所述树脂主体00)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中另一个表面暴露于外部。
7.如权利要求6所述的半导体模块，其中，所述第二金属板(60)的第一金属板表面(61)和第二金属板表面(6 中的另一个表面电连接到所述半导体芯片(10)。
8.如权利要求6所述的半导体模块，其中，所述树脂主体00)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中另一个表面与所述电路板(130)形成接触，以及所述第二金属板(50)焊接到在所述电路板(130)上形成的引线图案(180)。
9.如权利要求1或3所述的半导体模块，其中，所述树脂主体OO)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中另一个表面与所述电路板(130)形成接触，以及所述延伸部分G2)具有腿部分G21)，所述腿部分021)延伸到所述电路板(130)并焊接到在所述电路板(130)上形成的引线部分(180)。
10.如权利要求1或3所述的半导体模块，其中，所述树脂主体OO)的第一树脂表面和第二树脂表面0 中所述一个表面与所述电路板(130)形成接触，以及所述第一金属板GO)的所述延伸部分0 焊接到在所述电路板(130)上形成的引线部分(180)。
全文摘要
本发明涉及一种半导体模块。树脂主体(20)形成为覆盖半导体芯片(10)的板状。多个端子(31，33)电连接到所述半导体芯片(10)，并且从所述树脂主体(20)突出，使得突出的端子(31，33)焊接到在所述电路板(130)上形成的引线图案(180)。金属板(40)形成为板状并且提供在所述树脂主体(20)的一个树脂表面(21)。金属板(40)的一个金属表面(43)暴露于外部，而另一金属表面(44)电连接到所述半导体芯片。金属板(40)具有延伸部分(42)。金属板(40)和树脂主体满足“0.5≤Sm/Sr≤1.0”的关系，其中，“Sm”是所述延伸部分(42)的面积，“Sr”是所述树脂主体(20)的面积。
文档编号H01L23/367GK102420199SQ201110294109
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者大多信介 申请人:株式会社电装