本发明涉及一种半导体模块。
背景技术：
在现有技术中，例如，如日本特开2016-158373号公报公开的那样，已知将双头螺栓用作固定部件的功率用半导体装置。
专利文献1：日本特开2016-158373号公报
本申请的发明人参与了使用双头螺栓但与上述现有技术的结构不同的结构的半导体模块的开发。本申请的发明人参与了开发的模块结构具有：壳体，其具备壳体盖、壳体框及底面部；内部电极，其配置于壳体内；以及板状凸部，其从壳体框的内壁凸出，与该内部电极重叠。在内部电极和板状凸部设置有贯通孔，双头螺栓被螺纹固定于内部电极的贯通孔。双头螺栓头部通过粘接剂固定于板状凸部。在该模块结构中，双头螺栓的头部从壳体盖的贯通孔露出，能够经由该贯通孔将外部连接端子固定于双头螺栓。
在这样的模块结构中发现如下问题。在相对于双头螺栓对外部连接端子进行装拆时会施加使双头螺栓的螺钉部扭转的力，由此双头螺栓有松动的风险。在该情况下，担心双头螺栓会脱落。
技术实现要素：
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够抑制双头螺栓伴随着外部连接端子的装拆而脱落的半导体模块。
另外，在上述模块结构中，需要在双头螺栓头部的周围涂敷粘接剂的操作。在该操作中，由于产生粘接剂的滴流而不能够很好地对双头螺栓头部涂敷粘接剂，这成为使操作性降低的原因。其结果，存在使半导体模块的组装性降低的问题。
本发明的另一目的在于提供一种提高了组装性的半导体模块。
第一技术方案涉及的半导体模块具备：
底面部，其构成容纳半导体器件的壳体的底面，在上表面安装有所述半导体器件；
内部电极，其具备电极板部和连接部，在所述电极板部设置有在厚度方向将所述电极板部贯通的第一贯通孔，该电极板部设置于所述底面部的上方，该连接部用于将所述电极板部和所述半导体器件电连接；
壳体框，其具备板状凸部及环状的框部，该板状凸部从所述框部的内壁以板状凸出，所述框部的下端部与所述底面部的周缘部连接，所述板状凸部叠放于所述电极板部之上，在所述板状凸部设置有与所述第一贯通孔连通的第二贯通孔；
双头螺栓，其在一端具有螺钉部，在另一端具有头部，该螺钉部具有第一螺纹牙，该头部比所述螺钉部直径大且具有前端变细的形状，在所述头部设置有在内壁具有第二螺纹牙的螺钉收容孔，所述螺钉部被螺纹固定于所述第一贯通孔；以及
壳体盖，其具有平板部和筒部，该平板部安装于所述框部的上端部，且在所述头部的正上方设置有第三贯通孔，该筒部从所述平板部的所述第三贯通孔的周围向下方凸出，将所述头部的侧面包围，越向下方内径越大，
在所述头部和所述筒部之间的间隙设置有粘接剂。
第二技术方案涉及的半导体模块具备：
底面部，其构成容纳半导体器件的壳体的底面，在上表面安装有所述半导体器件；
内部电极，其具备电极板部和连接部，在所述电极板部设置有在厚度方向将所述电极板部贯通的第一贯通孔，该电极板部设置于所述底面部的上方，该连接部用于将所述电极板部和所述半导体器件电连接；
壳体框，其具备板状凸部及环状的框部，该板状凸部从所述框部的内壁以板状凸出，所述框部的下端部与所述底面部的周缘部连接，所述板状凸部叠放于所述电极板部之上，在所述板状凸部设置有与所述第一贯通孔连通的第二贯通孔；
双头螺栓，其在一端具有螺钉部，在另一端具有比所述螺钉部直径大的头部，该螺钉部具有第一螺纹牙，在所述头部设置有在内壁具有第二螺纹牙的螺钉收容孔，所述螺钉部被螺纹固定于所述第一贯通孔；
壳体盖，其安装于所述框部的上端部，在所述头部的正上方设置有第三贯通孔；以及
筒部，其设置于所述壳体盖和所述板状凸部中的至少一方，通过该筒部的内周面和所述板状凸部的表面形成在所述头部的周围放入粘接剂的容器，该筒部与所述第三贯通孔连通，
在所述筒部和所述头部之间填充有所述粘接剂。
发明的效果
根据第一技术方案，即使双头螺栓试图向上方拔出，也会通过筒部按压双头螺栓头部。因此，能够抑制双头螺栓伴随着外部连接端子的装拆而脱落。
根据第二技术方案，在组装了双头螺栓后，能够在抑制粘接剂滴流的同时从头部侧注入粘接剂。由于能够顺利地进行粘接剂的注入操作，因此能够提高组装性。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的半导体模块的剖面图。
图2是本发明的实施方式1涉及的双头螺栓的斜视图。
图3是本发明的实施方式1的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图4是本发明的实施方式2涉及的半导体模块的剖面图。
图5是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图6是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图7是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图8是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图9是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图10是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图11是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块的剖面图。
图12是本发明的实施方式3涉及的半导体模块的剖面图。
图13是与本发明的实施方式相对的对比例涉及的半导体模块的剖面图。
标号的说明
2端子固定螺钉
2a螺纹牙
4外部连接端子
4a孔部
10、210、310、410半导体模块
11壳体
12基座板
13基板
14底面部
15电极板部
15a第一贯通孔
16连接部
17内部电极
20壳体框
21框部
22第二板状凸部
23第二贯通孔
24第一板状凸部
30、60、130、230、260壳体盖
31、61、231平板部
32、62、232第三贯通孔
34、134、225c、225d、234、234a、234b、234c、234d筒部
40、50、140双头螺栓
42螺钉部
43、53、143头部
45螺钉收容孔
64、334上筒部
70、90粘接剂
134a第一内周部
134b第二内周部
134c第三内周部
143a第一部分
143b第二部分
143c第三部分
225、225a、225b下筒部
380垫圈
具体实施方式
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1涉及的半导体模块10的剖面图。图1是将半导体模块10的侧面附近的一部分切断而对内部结构进行图示的图。半导体模块10具备壳体11。壳体11在内部容纳半导体器件(未图示)。壳体11具备底面部14、壳体框20、以及壳体盖30。在壳体11内设置有内部电极17和双头螺栓40。在以下说明中，为了方便，以如下方式设定出上下方向。如图1所示，将壳体11的壳体盖30侧设为“上”，将壳体11的底面部14侧设为“下”。
底面部14构成壳体11的底面。具体而言，作为一个例子，底面部14具备基座板12和在该基座板12上叠放的基板13。在基板13的表面设置有未图示的金属图案。在该金属图案安装有未图示的半导体器件。未图示的半导体器件为功率用半导体器件，为igbt或mosfet等开关器件。半导体器件的材料既可以是si，也可以是sic及gan等所谓的宽带隙半导体。基板13的上表面还相当于底面部14的上表面。
内部电极17具备电极板部15和连接部16。电极板部15与底面部14平行地设置于底面部14的上方。连接部16的一端与电极板部15的一端连接，连接部16的另一端与基板13之上的金属图案连接。连接部16将电极板部15和在底面部14的上表面安装的半导体器件电连接。在电极板部15设置有在厚度方向将电极板部15贯通的第一贯通孔15a。
壳体框20具备环状的框部21、第一板状凸部24、以及第二板状凸部22。框部21的下端部与底面部14的周缘部连接。第一板状凸部24及第二板状凸部22从框部21的内壁以板状凸出。第一板状凸部24及第二板状凸部22分别具有朝向壳体11上方的表面及朝向壳体11下方的背面。
第一板状凸部24叠放于电极板部15之上，第二板状凸部22叠放于电极板部15之下。第一板状凸部24的背面与电极板部15接触。在第一板状凸部24及第二板状凸部22设置有与第一贯通孔15a连通的第二贯通孔23、25。此外，也可以省略第二板状凸部22。
图2是本发明的实施方式1涉及的双头螺栓40的斜视图。双头螺栓40具备螺钉部42及头部43。螺钉部42设置于双头螺栓40的一端，在其表面具有第一螺纹牙。头部43设置于双头螺栓40的另一端，比螺钉部42直径大且具有前端变细的形状。在头部43设置有在内壁具有第二螺纹牙的螺钉收容孔45。
如图1所示，双头螺栓40的螺钉部42被螺纹固定于在电极板部15设置的第一贯通孔15a。由此，在第一板状凸部24、电极板部15、以及第二板状凸部22重叠的状态下，双头螺栓40固定于壳体框20。
如图1所示，壳体盖30具备平板部31和筒部34。平板部31安装于框部21的上端部。壳体11被平板部31覆盖。在平板部31处的双头螺栓40的正上方设置有第三贯通孔32。筒部34从平板部31的第三贯通孔32的周围向下方凸出。筒部34将头部43的侧面包围，越向下方内径越大。如后所述，第三贯通孔32用于通过端子固定螺钉2将外部连接端子4固定于双头螺栓40的螺钉收容孔45。
在头部43的侧面和筒部34的内周面之间设置有间隙。在该间隙涂敷有粘接剂90，通过粘接剂90将头部43的侧面和筒部34的内周面粘接。粘接剂90也充满筒部34的下端和第一板状凸部24的表面之间的间隙。其结果，通过粘接剂90将双头螺栓40固定于壳体框20及壳体盖30这两者。
如图1所示，在半导体模块10的使用时，通过端子固定螺钉2将外部连接端子4螺纹固定于螺钉收容孔45。在端子固定螺钉2插入至外部连接端子4的孔部4a的状态下，端子固定螺钉2的螺纹牙2a被拧入螺钉收容孔45。外部连接端子4经由双头螺栓40及内部电极17，作为一个例子而与安装于基板13的半导体器件(未图示)的控制电极电连接。关于控制电极，如果半导体器件为igbt或mosfet则其是栅极，如果半导体器件为双极晶体管则其是基极。
在实施方式1中，将双头螺栓40的头部43设为以呈锥形状的方式前端变细。并且，筒部34的内径越向下方越以锥形状变大，以使得与头部43的侧面的间隔保持恒定。根据这样的结构，即使双头螺栓40试图向上方拔出，也能够通过筒部34按压头部43。因此，能够抑制在外部连接端子4的装拆时双头螺栓40由于通过端子固定螺钉2施加的力而松动或脱落。由于通过粘接剂90将头部43的锥形状的侧面和筒部34的锥形状的内周面粘接，因此与头部43及筒部34为具有恒定直径的圆筒的情况相比较，能够得到大的粘接面积。因此，能够将双头螺栓40和壳体盖30牢固地粘接。并且，双头螺栓40由壳体框20及壳体盖30这两者被牢固地固定，能够将由于外部连接端子4的过度拧紧导致的应力分散到壳体框20和壳体盖30。因此，能够抑制对双头螺栓40进行支撑的壳体框20的破损。
图3是本发明的实施方式1的变形例涉及的半导体模块10的剖面图。在变形例中，代替双头螺栓40而使用双头螺栓140。如双头螺栓140所示，也可以将头部143设为以呈阶梯状的方式前端变细。具体而言，头部143也可以具备：具有不同的直径的第一部分143a、第二部分143b、以及第三部分143c。第一部分143a、第二部分143b、以及第三部分143c从螺钉部42侧起按该顺序排列，并且直径按该顺序变小。
并且，如图3所示，壳体盖30也可以置换为具备筒部134的壳体盖130。筒部134的内径越向下方越阶梯状变大，以使得与头部143的侧面的间隔保持恒定。具体而言，筒部134也可以具备：具有不同的内径的第一内周部134a、第二内周部134b、以及第三内周部134c。从筒部134的根部侧起朝向下方将第三内周部134c、第二内周部134b、以及第一内周部134a按该顺序排列，并且内径按该顺序变大。
通过将双头螺栓140的头部143设为以呈阶梯状的方式前端变细而扩大粘接面积，并且通过在筒部134的侧面设置由台阶产生的凹凸而扩大粘接面积。另外，由于筒部134的剖面系数增加，因此筒部134的强度也提高。因此，能够抑制壳体盖30的破损。
图13是与本发明的实施方式相对的对比例涉及的半导体模块410的剖面图。在图13的对比例中，代替壳体盖30而具备壳体盖60，代替双头螺栓40而具备双头螺栓50。双头螺栓50的头部53的直径是恒定的。关于双头螺栓50，除了这一点之外，具备与实施方式1涉及的双头螺栓40相同的结构即螺钉收容孔45及螺钉部42。头部53的直径比螺钉部42的直径大。此外，在图13中，为了方便，以头部53的直径稍微比第二贯通孔25的内径大的方式进行了图示，但实际上头部53的直径也可以比第二贯通孔25的内径充分地大。
壳体盖60具备平板部61和筒部64。筒部64从壳体盖60的第三贯通孔62的周围向下方凸出，将头部53的侧面包围。在筒部64的前端和第一板状凸部24的表面之间存在间隙。在图13所示的对比例中，双头螺栓50通过螺纹固定而固定于壳体框20。双头螺栓50的头部53通过粘接剂90而固定于壳体盖60。并且，壳体盖60和壳体框20是通过粘接剂70固定的。筒部64的下端部远离第一板状凸部24的表面，在两者之间存在大的间隙。
在图13的对比例中，头部53及筒部64均是具有恒定直径的筒状。如果与图13的对比例进行比较，则实施方式1涉及的半导体模块10具备锥形状的头部43及筒部34或台阶状的头部143及筒部134。因此，与图13的情况相比，在实施方式1中扩大了双头螺栓40、140的头部43、143及壳体盖30、130之间的粘接面积。由此，能够使粘接强度提高，并且能够抑制双头螺栓40、140的松动。另外，能够使将外部连接端子4与双头螺栓40、140连接时的力还向壳体11侧分散。
实施方式2.
图4是本发明的实施方式2涉及的半导体模块210的剖面图。实施方式2涉及的半导体模块210构成为，代替实施方式1中的具有筒部34的壳体盖30而具备具有筒部234的壳体盖230，将双头螺栓40置换为双头螺栓50，除这一点之外，具备与实施方式1涉及的半导体模块10相同的结构。因此，在以下说明中以实施方式1、2的区别为中心进行说明，对彼此相同或相对应的结构标注相同标号并省略说明。
筒部234从壳体盖230的平板部231的第三贯通孔232的周围向下方凸出。筒部234将头部53的侧面包围并且向下方延伸，下端与第一板状凸部24的表面接触。
实施方式2中的筒部234在与第三贯通孔232连通这一点上与实施方式1相同，与实施方式1不同的是在头部53的周围形成“放入粘接剂90的容器”。放入粘接剂90的容器由筒部234的内周面及第一板状凸部24的表面构成。在筒部234和头部53之间的间隙填充有粘接剂90。由于筒部234的下端与第一板状凸部24的表面接触，因此粘接剂90不会漏出到筒部234的外部。
根据实施方式2，在将双头螺栓50组装于壳体框20后，能够从头部53侧将粘接剂90注入。由于抑制了粘接剂90的滴流，因此能够顺利地进行粘接剂90的注入操作，提高组装性。通过由筒部234将双头螺栓50的头部53包围，从而能够在它们之间可靠地填充粘接剂90，因此还能够提高粘接强度。
此外，如果粘接剂90进入第一贯通孔15a，则在粘接剂90为绝缘性的情况下，粘接剂90介于双头螺栓50和内部电极17之间而妨碍电导通。因此，优选在拧紧双头螺栓50后放入粘接剂90。
如果将实施方式2与图13所示的对比例进行比较，则首先，在图13的对比例中，在从双头螺栓50的头部53侧注入粘接剂90时，在上筒部64的下端部和第一板状凸部24的表面之间存在大的间隙。由于从该间隙漏出粘接剂90，粘接剂90的填充性变差。其结果，操作效率降低，生产率变低。就这一点而言，由于实施方式2涉及的半导体模块210能够抑制粘接剂90的泄漏并且使涂敷粘接剂90时的填充性及注入性提高，因此能够使组装变得容易。
以下，对实施方式2中的筒部的变形例进行说明。实施方式2中的“筒部”设置在壳体盖230和第一板状凸部24中的至少一方即可。
图5是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。也可以将图4的筒部234变形为图5所示的筒部234a。在本变形例中，将壳体盖230置换为图13的对比例涉及的壳体盖60。筒部234由筒部64和下筒部225构成。此处，“筒部64”与已经作为对比例而在图13示出的相同，但在实施方式2中，从其是与下筒部225一起构成1个筒部234的部位这一含义来讲，将筒部64称为“上筒部64”。
下筒部225从第一板状凸部24的表面向上方延伸，将头部53的侧面包围。在图5的变形例中，下筒部225的前端与上筒部64的前端接触。在图5的变形例中，在盖上壳体盖60前，能够向螺纹固定于下筒部225内的头部53和下筒部225的内周面之间的间隙涂敷粘接剂90。在盖上壳体盖60后，也可以进一步对上筒部64和头部53之间的间隙涂敷粘接剂90。
图6是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。也可以将图5的筒部234a变形为图6的筒部234b。筒部234b具备：上筒部64，其设置于壳体盖60；以及下筒部225a，其从第一板状凸部24的表面向上方延伸，将上筒部64的外周包围。在图6的变形例中，上筒部64的下端部外周和下筒部225a的上端部内周接触。由于通过将下筒部225a和上筒部64重叠，从而能够使粘接剂90不会泄漏到筒部234b之外，因此能够使粘接剂90的填充性提高。能够在盖上壳体盖60前对螺纹固定于下筒部225a内的头部53和下筒部225a之间的间隙涂敷粘接剂90这一点与图5的变形例是相同的。
图7是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。也可以将图6的筒部234b变形为图7的筒部234c。筒部234c是将图6的下筒部225a变形为下筒部225b而得到的。将下筒部225b设置得比下筒部225a长，下筒部225b的前端延伸至上筒部64的根部。另外，将下筒部225b的内径设为比上筒部64的外形大，在下筒部225b和上筒部64之间形成被粘接剂90填充的间隙。图7的变形例是在头部53的周围形成有双重筒部的结构。
图8是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。也可以代替图4的筒部234而设置图8所示的筒部225c。筒部225c从第一板状凸部24的表面向上方延伸，将头部53的侧面包围，前端与壳体盖260接触。壳体盖260具有第三贯通孔62。但是，壳体盖260与壳体盖30、60等不同，不具有向第三贯通孔62的下方延伸的筒部，第三贯通孔62周围平坦。这样的结构也能够在盖上壳体盖260前向螺纹固定于筒部225c内的头部53和筒部225c的内周面之间的间隙涂敷粘接剂90。此外，由于壳体盖260与粘接剂90不接触，因此没有通过粘接剂90进行固定，但只要通过粘接剂70将壳体框20的框部21和壳体盖260粘接即可。另外，也可以与粘接剂70一起或代替该粘接剂70，通过未图示的其它螺钉部件而固定于壳体框20，或者通过在壳体框20和壳体盖260之间设置卡合部而将它们卡合，从而进行固定。
也可以提供具备实施方式1和实施方式2这两者的特征结构的半导体模块210。图9是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。在图9涉及的变形例中，由上筒部334及下筒部225a构成筒部234d。与图5所示的变形例相同地，在图9中也是下筒部225a的上端部与上筒部334的下端部接触。另外，不使用双头螺栓50而是使用实施方式1涉及的双头螺栓40。双头螺栓40的头部43具有越向另一端，前端越变细的锥形形状。上筒部334越向下方其内径越大，以保持与头部43的间隔。此外，如实施方式1的变形例(参照图3)所示，也可以将具备以呈阶梯状的方式前端变细的头部143的双头螺栓140与实施方式2组合，在该情况下，例如，也可以将图9的变形例中的上筒部334的内周面如图3所示的筒部134那样设为阶梯状。
图10是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。图10所示的筒部234a是在图4所示的筒部234的基础上将下方部分的直径以阶梯状增大而得到的。筒部234a的上方部分为具有“第一内径”的筒状，筒部234a的下方部分为具有与第一内径不同的“第二内径”的筒状。此处，设为第一内径<第二内径。此外，筒部234a的剖面形状为与图6的筒部234b类似的剖面形状。由此，能够将筒部234a的剖面设为具有凹凸的轮廓形状。通过使筒部234a的剖面形状具有凹凸，从而会扩大粘接面积。并且，由于筒部234a的剖面系数增加，因此会提高筒部234a的强度。
此外，作为图10的其它变形例，也可以将筒部234a的内径的大小颠倒。即，也可以设为第一内径>第二内径。
图11是本发明的实施方式2的变形例涉及的半导体模块210的剖面图。图11所示的筒部225d是在图8所示的筒部225c的基础上将上方部分的直径以阶梯状减小而得到的。筒部225d的下方部分为具有“第三内径”的筒状，筒部225d的上方部分为具有与第三内径不同的“第四内径”的筒状。此处，设为第三内径>第四内径。此外，筒部225d的剖面形状为与图6的筒部234b类似的剖面形状。由此，能够将筒部225d的剖面设为具有凹凸的轮廓形状。通过使筒部225d的剖面形状具有凹凸，从而会扩大粘接面积。并且，由于筒部225d的剖面系数增加，因此会提高筒部225d的强度。
此外，作为图11的其它变形例，也可以将筒部225d的内径的大小颠倒。即，也可以设为第三内径<第四内径。
实施方式2中的筒部225c、225d、234、234a～234d只要是在双头螺栓50的头部53的周围形成“放入粘接剂90的容器”的结构即可。优选该“放入粘接剂90的容器”具有筒部225c、225d、234、以及筒部234a～234d完全不会使粘接剂90泄漏的完全密闭性。然而，该“放入粘接剂90的容器”只要能够确保不向筒部225c、225d、234、234a～234d的外侧泄漏出大量的粘接剂90这一程度的实质上的密闭性、即粘接剂流动妨碍性即可。这是因为该“放入粘接剂90的容器”是用于抑制粘接剂90滴流的结构。例如，作为实施方式2的其它变形例，也可以在筒部225c、225d、234、234a～234d设置用于在投入粘接剂90时确保空气的排出路径的“空气排出用贯通孔”。空气排出用贯通孔也可以设置为在厚度方向将筒部225c、225d、234、234a～234d贯通的小口径的贯通孔。
实施方式3.
图12是本发明的实施方式的变形例涉及的半导体模块310的剖面图。也可以进一步具备垫圈380，垫圈380嵌套于螺钉部42，被头部53和第一板状凸部24夹着。双头螺栓40通过粘接剂90而固定于壳体框20和壳体盖60这两者。如果安装了垫圈380，则由于垫圈380向头部53的外侧凸出而产生台阶。通过该台阶的存在而增大双头螺栓40周围和粘接剂90的接触面积。其结果，使双头螺栓40的固定更牢固。并且，还能够通过垫圈380而使双头螺栓40的中心轴接近于垂直。
虽未图示，但也可以在实施方式1涉及的图1及图3的半导体模块10追加垫圈380。另外，虽未图示，但也可以在实施方式2涉及的图4～图11的半导体模块210追加垫圈380。