功率模块的制作方法

1.本发明涉及功率模块的构造，特别涉及有效应用于对模块内部的相互连接配线使用板状的引线框的功率模块的技术。


背景技术：

2.现有的功率模块一般构造为，将搭载有功率半导体芯片的绝缘基板软钎焊于底板，将功率半导体芯片的电极面和安装于绝缘基板、壳体的金属电路层、金属端子通过基于铝线的引线接合连线。
3.但是，在引线接合构造的情况下，随着大容量化，需要连接大量的电线。因此，近年来，正在普及如下的构造：将引线框的内部引线部分延伸至功率半导体芯片的正上方，且直接通过焊料接合于功率半导体芯片表面的内部配线构造。
4.通过将大量的电线置换成一根金属引线，能够得到封装体内部配线的省空间化、接合强度的提高、内部配线电阻或自感应的降低、进一步地功率半导体芯片相对于配线接合部的长期可靠性的提高等的大量优点。
5.作为本技术领域的背景技术，例如，具有专利文献1那样的技术。专利文献1公开了“一种半导体装置，其具备基板、配置于上述基板上的半导体元件、连接于上述半导体元件的上表面且形成电路的电极板、以及至少埋入上述半导体元件和上述电极板的密封树脂，上述半导体装置的特征在于，上述电极板具有接合于上述半导体元件的上表面的接合部和从上述接合部沿相对于上述基板平行的方向延伸的配线部，上述配线部具有至少一个侧缘部和配置于比上述侧缘部靠内侧的内侧部，在至少一个上述侧缘部，上述配线部的下表面与上述基板的距离比上述内侧部大”。
6.另外，专利文献2公开了“一种功率模块，其特征在于，具备：配置于基板上的半导体元件；具有用于连接上述半导体元件彼此、上述半导体元件和外部端子、或者上述基板和上述外部端子的两个以上的连接部的板状的电极板；在上述电极板的相邻的上述连接部间的上述基板面侧以凸型设有倾斜度的树脂成形部；以及密封上述连接部的周边的密封树脂部”。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：国际公开第2019/194272号
10.专利文献2：日本特开2019－197842号公报


技术实现要素：

11.发明所要解决的课题
12.但是，在采用了上述的将引线框的内部引线部分直接通过焊料接合于功率半导体芯片表面的内部配线构造的情况下，树脂密封时，引线框水平配置，而且在模制树脂的流缓慢的部位，树脂中含有的空气成为气泡而滞留，在该状态下固化的情况下，成为树脂中的孔
隙，可能使功率模块的绝缘性、长期可靠性降低。
13.在上述专利文献1中记载了如下的结构：使主端子60的短边方向的两侧缘部向从陶瓷基板10分离的方向屈曲，形成为截面为v字状(图3等)、或者进一步地，在主端子60的中央的最低的部分(v字的顶点部)设置开口，防止气泡残存于v字的顶点部的接近水平的微小部分(图6等)。
14.如专利文献1那样，使主端子60的截面为v字状的形状、即向下凸的形状中，树脂中的气泡向两方向分离，并向树脂表面侧移动，因此存在微小的气泡残存于树脂中的问题。
15.另外，在上述专利文献2中记载了通过采用设有底面具有凸型的v字截面的树脂成形部601、602的结构(图2等)，制造时进入到下表面的气泡在该情况下不能停留，而是朝向端部移动，排出到外部的情况。
16.与专利文献1同样地，专利文献2的树脂成形部601、602也是向下凸的形状，因此存在微小的气泡残存于树脂中而成为孔隙的可能性。
17.因此，本发明的目的在于，提供一种功率模块，其对模块内部的相互连接配线使用板状的引线框，该功率模块可抑制因树脂密封时产生的气泡而产生的孔隙的生成的可靠性高。
18.用于解决课题的方案
19.为了解决上述课题，本发明的特征在于，具备：底板；配置于上述底板上的基板；配置于上述基板上的功率半导体芯片；成为相互连接配线的板状的引线框；连接于上述底板，并内装上述基板、上述功率半导体芯片以及上述引线框的壳体；以及填充于上述壳体内，密封上述基板、上述功率半导体芯片以及上述引线框的密封树脂，上述引线框的至少一部分具有向上凸的形状，在上述向上凸的形状的顶部设有上下贯通上述引线框的开口。
20.发明的效果
21.根据本发明，在对模块内部的相互连接配线使用板状的引线框的功率模块中，能够实现可抑制因树脂密封时产生的气泡而产生的孔隙的生成的可靠性高的功率模块。
22.上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明更明确。
附图说明
23.图1是表示本发明的实施例1的功率模块的概略结构的剖视图。
24.图2是图1的a部放大图(立体图)。
25.图3是适应性表示本发明的作用效果的图。
26.图4是表示图1的变形例的图(变形例1)。
27.图5是表示图1的变形例的图(变形例2)。
28.图6是表示图1的变形例的图(变形例3)。
29.图7是表示本发明的实施例2的引线框的图。
30.图8是表示图7的变形例的图(变形例4)。
31.图9是表示图7的变形例的图(变形例5)。
32.图10是表示图7的变形例的图(变形例6)。
33.图中，1—功率模块，2—壳体，3—底板，4—主端子(输入输出端子)，5—电极端子(传感器端子、控制端子、辅助端子)，6、12—基板，7、13—绝缘层，8、14—金属电路层，9、
15—金属层，10—焊料，11、16—功率半导体芯片，17—引线框，18—开口部，19—密封树脂，20—树脂表面，21—气泡，22—切口，23—突出部(电阻值补偿部)，24—狭缝。
具体实施方式
34.以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。此外，在各图中，对同一结构表示同一符号，对于重复的部分，省略其详细的说明。
35.【实施例1】
36.参照图1～图6，对本发明的实施例1的功率模块进行说明。图1是表示本实施例的功率模块1的概略结构的剖视图。图2是图1的a部放大图，为了易于理解形状，以立体图示出。图3是概念性地表示本发明的作用效果的图。另外，从图4至图6，是表示图1的三个变形例(变形例1～变形例3)的图。
37.如图1所示，本实施例的功率模块1具备内装功率半导体芯片、电路基板的树脂制的壳体2。壳体2起到功率模块1的保护盖的作用。
38.另外，功率模块1具备金属制的底板3、配置于底板3上的基板6、12、配置于基板6、12上的功率半导体芯片11、16以及由相互连接配线构成的多个板状的引线框17。
39.壳体2通过未图示的粘接剂、螺钉等连接固定于底板3，内装基板6、12、功率半导体芯片11、16以及多个引线框17。
40.基板6由绝缘层7、配置于绝缘层7的上表面(表面)的金属电路层8以及配置于绝缘层7的下表面(背面)的金属层9构成，通过利用焊料10接合金属层9和底板3，配置于底板3上。另外，通过利用焊料10接合金属电路层8和功率半导体芯片11，功率半导体芯片11配置于基板6上。
41.同样地，基板12由绝缘层13、配置于绝缘层13的上表面(表面)的金属电路层14以及配置于绝缘层13的下表面(背面)的金属层15构成，且通过利用焊料10接合金属层15和底板3，配置于底板3上。另外，通过利用焊料10接合金属电路层14和功率半导体芯片16，功率半导体芯片16配置于基板12上。
42.此外，在本实施例中，作为内置于功率模块1的功率半导体芯片，以igbt(insulated gate bipolar transistor)为前提进行说明，但本发明不限于此，也能够应用于二极管、功率mosfet(metal
‑
oxide
‑
semiconductor field effect transistor)等。
43.从而，功率半导体芯片11和功率半导体芯片16也可以均为igbt，也能够在功率半导体芯片11为igbt，且功率半导体芯片16为二极管的情况下应用本发明。
44.功率半导体芯片11和功率半导体芯片16均通过焊料10接合于共通的引线框17。引线框17为一个板状的配线，作为将功率半导体芯片11和功率半导体芯片16彼此相互连接的相互连接配线发挥功能。此外，从底板3的上表面到功率半导体芯片11的上表面的高度和从底板3的上表面到功率半导体芯片16的上表面的高度大致相同，连接功率半导体芯片11和功率半导体芯片16彼此的引线框17大致水平配置。
45.另外，基板6上的金属电路层8通过焊料10和与电极端子5电连接的另一引线框17接合。电极端子5是配置于壳体2的传感器端子、控制端子、辅助端子等外部端子。
46.连接于功率半导体芯片11和功率半导体芯片16的引线框17利用焊料10接合于基板12上的金属电路层14，再接合于与主端子4电连接的另一引线框17。主端子4是配置于壳
体2的输入输出端子等外部端子。
47.在壳体2内填充有密封基板6、12、功率半导体芯片11、16以及引线框17的密封树脂19。
48.在此，如图1的a部所示，功率半导体芯片16与基板12上的金属电路层14间的引线框17具有向上凸的形状，而且在向上凸的形状的顶部设有上下贯通引线框17的开口部18。
49.如图2所示，该开口部18作为大致圆形的开孔设于引线框17。此外，上述的向上凸的形状也可以如图2那样使引线框17弯曲来形成，也可以如图1那样形成为引线框17从顶部向不同的两个方向具有倾斜。
50.使用图3，对本发明的作用效果进行说明。如上述地，在将引线框17(内部引线)直接通过焊料10接合于功率半导体芯片11、16的表面的情况下，树脂密封时，在引线框17的下部侧、特别是引线框17水平配置且密封树脂19的流缓慢的部位的部位的引线框17的下部侧，树脂中含有的空气成为气泡21并滞留，在该状态下固化的情况下，成为树脂中的孔隙，存在功率模块的绝缘性、长期可靠性降低的可能性。
51.因此，在本实施例的功率模块1中，如图3所示，在引线框17设置向上凸的形状，而且在凸的形状的顶部设置上下贯通引线框17的开口部18，从而在向壳体2内填充密封树脂19时，将在引线框17的下方产生的气泡21通过气泡21本身的浮力沿向上凸的形状引导至开口部18，并经由开口部18排出到密封树脂19的表面。
52.由此，能够抑制因树脂密封时产生的气泡21而引起的孔隙的生成。
53.此外，在图1中，将引线框17的向上凸的形状及开口部18设于连接基板12上的金属电路层14和功率半导体芯片16的引线框17，但也可以如图4所示的变形例1那样，在连接功率半导体芯片11和功率半导体芯片16的引线框17设置向上凸的形状及开口部18。
54.由此，能够保证多个功率半导体芯片彼此间的密封树脂19的绝缘性及长期可靠性。
55.另外，也可以如图5所示的变形例2那样，在连接功率半导体芯片16和主端子4的引线框17设置向上凸的形状及开口部18，也可以如图6所示的变形例3那样，设于连接基板6上的金属电路层8和电极端子5的引线框17。
56.也能够基于功率模块1的构造设计阶段中的模拟、不良解析结果，在容易生成孔隙的部位的引线框17选择性地设置凸的形状及开口部18。
57.【实施例2】
58.参照图7～图10，对本发明的实施例2的功率模块进行说明。图7～图10表示设于引线框17的向上凸的形状及开口的变化。图7是表示本实施例的向上凸的形状及切口22的图。另外，图8至图10是表示图7的三个变形例(变形例4～变形例6)的图。
59.如图7所示，设于引线框17的开口也可以是切口22。通过替代实施例1的图2所示的大致圆形的开孔(开口部18)而设置切口22，能够更简便地在引线框17形成开口。
60.另外，在如图7那样设有切口22的情况下，引线框17的电阻值上升，考虑对功率模块1的动作产生障碍的情况。该情况下，也可以如图8所示，在切口22的附近设置突出部23。该突出部23为补偿因设置切口22而引起的引线框17的电阻值上升的量的电阻值补偿部。
61.同样地，如图9所示，也可以在开口部18(大致圆形的开孔)的附近设置多个突出部23。该多个突出部23为补偿因设置开口部18而引起的引线框17的电阻值上升的量的电阻值
补偿部。
62.另外，也可以替代开口部18(大致圆形的开孔)、切口22而如图10所示地设置大致矩形的狭缝24。
63.此外，本发明不限于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述的实施例是为了帮助对本发明的理解而详细说明的例子，并非限定于必须具备说明的全部的结构。另外，可以将某实施例的结构的一部分置换成另一实施例的结构，另外，也可以对某实施例的结构添加其它实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，可以进行其它结构的追加、删除、置换。