半导体模块的制作方法

本发明涉及一种半导体模块的构造，尤其涉及有效适用于具有igbt等功率半导体芯片的半导体模块的安装构造的技术。

背景技术：

1、近年来，作为搭载于风力发电等发电系统、铁路以及电动汽车、混合动力汽车等的电力控制装置，具有igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)等功率半导体芯片的半导体模块的需求一直在扩大，能够抑制制造偏差而确保产品品质的模块构造的开发变得日益重要。

2、另一方面，具有igbt等功率半导体芯片的半导体模块根据使用的动作条件而产生热量的上升、下降。由于该热量的上升、下降，半导体模块的内部构造、安装构造受到热冲击而疲劳、劣化加剧。

3、因此，作为半导体模块的可靠性评价试验之一，进行功率循环试验(温度循环试验)，该功率循环试验评价对于因反复进行on/off而引起的电冲击及热冲击的变化的耐性。

4、在功率循环试验(温度循环试验)中，对功率半导体芯片施加大的电力，反复芯片的自发热和冷却，从而评价线膨胀系数不同的各部件对热应力的耐性。用于芯片、基板、焊料、接合线等各部件各自的界面处的接合可靠性、针对芯片、封装树脂的应变、裂纹的耐久性评价。

5、作为本技术领域的背景技术，例如有如专利文献1的技术。在专利文献1中记载了“通过使壳体的与长边方向l2平行的边的树脂部壁厚t1比与模块短边方向l1平行的边的树脂部的壁厚t2厚(l1＜l2，t1＞t2)，一边抑制作为模块的变形，一边提高作为部件的精度，而且能够确保树脂壳体108与底面金属基板205的粘接面积，也不会产生因温度循环等而引起的树脂壳体108与底面金属基板205的剥离的不良”。(专利文献1的第0032段等)

6、另外，在专利文献2中记载了“由基底板1和壳体9构成用于收纳绝缘基板3以及半导体芯片5的容器状的框体10，壳体9为了能够收纳基底板1、绝缘基板3以及半导体芯片5的接合构造而使z方向上的厚度比上述接合构造大”。(专利文献2的第0015段等)

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特开2002-164503号公报

10、专利文献2：日本特开2018-10989号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、另外，如述地，在当前的具有功率半导体芯片的半导体模块中，搭载有igbt等功率半导体芯片的陶瓷制的绝缘基板通过基板接合用焊料接合于基底上，且将树脂制的壳体通过粘接材料和固定用螺钉固定在基底的上表面的安装构造为主流。

3、树脂制的壳体包围功率半导体芯片和绝缘基板，在壳体的内部填充有作为密封材料的硅凝胶。

4、基底使用铜(cu)、碳化硅粒子强化铝复合材料(alsic)等金属材料。

5、alsic的线膨胀系数小到与陶瓷制的绝缘基板的线膨胀系数同程度，因此是能够降低对基板接合用焊料的负荷的材料，导热性也优异，因此经常用作具有功率半导体芯片的半导体模块的基底材料。

6、在基底的材质采用alsic的情况下，一般在alsic的母材的上表面以及侧面覆盖铝(al)膜来使用。覆盖alsic的al膜用于确保基底的加工性和焊料润湿性。

7、但是，al和树脂的线膨胀系数比alsic的线膨胀系数大，因此可知，在功率循环试验(温度循环试验)等的温度变动时产生应力，根据粘接于基底的树脂制壳体的粘接位置的偏差等粘接状态，有可能在覆盖alsic的al膜、作为母材的alsic产生裂纹。

8、在上述专利文献1和专利文献2中，均没有关于上述这样的使用了alsic的基底处的伴随温度变动的裂纹的问题及其解决方案的记载。

9、因此，本发明的目的在于提供一种具有功率半导体芯片的半导体模块，其为粘接于基底的树脂制壳体的粘接位置的偏差小，且能够降低壳体与基底粘接部的应力的组装品质及可靠性高的半导体模块。

10、用于解决课题的方案

11、为了解决上述课题，本发明提供一种半导体模块，其具有：基底；绝缘基板，其接合于所述基底；半导体芯片，其接合于所述绝缘基板；以及壳体，其通过粘接材料粘接于所述基底，该半导体模块的特征在于，所述基底由板状的第一材料和覆盖所述第一材料且线膨胀系数比所述第一材料的线膨胀系数大的第二材料构成，在俯视所述基底的情况下，所述第二材料具有：第一区域，其配置于所述基底的角部；以及第二区域，其配置于所述基底的外周部且宽度比所述第一区域的宽度窄，所述壳体覆盖所述基底的侧面的至少一部分，至少在所述基底的上表面通过所述粘接材料与所述基底粘接，并且，所述壳体的线膨胀系数比所述第一材料的线膨胀系数大，在将从所述基底的边的中央到所述基底的端部的长度设为l1，将从所述基底的边的中央到所述第一区域与所述第二区域的边界的长度设为l2时，l1-l2比所述基底的板厚厚，在将从所述基底的边的中央到所述基底的侧面上的粘接所述基底和所述壳体的所述粘接材料的所述基底的所述角部侧的端部的长度设为l3，且在所述基底的侧面没有所述粘接材料的情况下，在设定为l3＝0时，满足l3≥l2或l2-l3≥l1-l2。

12、发明效果

13、根据本发明，能够实现一种具有功率半导体芯片的半导体模块，其为粘接于基底的树脂制壳体的粘接位置的偏差小且能够降低壳体与基底粘接部的应力的组装品质及可靠性高的半导体模块。

14、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而变得明确。

技术特征：

1.一种半导体模块，其具有：基底；绝缘基板，其接合于所述基底；半导体芯片，其接合于所述绝缘基板；以及壳体，其通过粘接材料粘接于所述基底，

2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

9.根据权利要求3所述的半导体模块，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种具有功率半导体芯片的半导体模块，其为粘接于基底的树脂制壳体的粘接位置的偏差小且能够降低壳体与基底粘接部的应力的组装品质及可靠性高的半导体模块。该半导体模块具有：基底；绝缘基板，其接合于上述基底；半导体芯片，其接合于上述绝缘基板；以及壳体，其通过粘接材料粘接于上述基底，该半导体模块的特征在于，上述基底由板状的第一材料和覆盖上述第一材料且线膨胀系数比上述第一材料的线膨胀系数大的第二材料构成，在俯视上述基底的情况下，上述第二材料具有：第一区域，其配置于上述基底的角部；以及第二区域，其配置于上述基底的外周部且宽度比上述第一区域的宽度窄，上述壳体覆盖上述基底的侧面的至少一部分，至少在上述基底的上表面通过上述粘接材料与上述基底粘接，并且，上述壳体的线膨胀系数比上述第一材料的线膨胀系数大，在将从上述基底的边的中央到上述基底的端部的长度设为L1，将从上述基底的边的中央到上述第一区域与上述第二区域的边界的长度设为L2时，L1‑L2比上述基底的板厚厚，在将从上述基底的边的中央到上述基底的侧面上的粘接上述基底和上述壳体的上述粘接材料的上述基底的上述角部侧的端部的长度设为L3，且在上述基底的侧面没有上述粘接材料的情况下，在设定为L3＝0时，满足L3≥L2或L2‑L3≥L1‑L2。

技术研发人员：芦田喜章,川濑大助,佐佐木康二
受保护的技术使用者：株式会社日立功率半导体
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13