电力用半导体模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制大电流、高电压的半导体装置中所使用的电力用半导体模块。
【背景技术】
[0002] 在以混合动力汽车和/或电动汽车等为代表的使用马达的设备中，以往为了节 能而利用了电力变换装置。在该电力变换装置中，可广泛使用包含IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管）等电力用半导体元件的电力用半导体模块。 由于电力用半导体元件在控制大电流时会发热，所以为了冷却该电力用半导体元件，实际 上利用将多个翅片设置于散热基板而一体化的水冷式的电力用半导体模块的结构。
[0003] 这样的电力用半导体模块例如具备绝缘布线基板，该绝缘布线基板具有由绝缘性 薄板构成的陶瓷基板、直接接合或者钎焊于该基板的一个表面的金属电路布线层、以及直 接接合或者钎焊于另一个表面的几乎整面的金属层。在上述金属电路布线层的表面的一部 分具备焊接的电力用半导体元件，在形成于上述绝缘布线基板的背面的金属层上具备焊接 的散热基板。并且已知有在该散热基板的背面（下侧面）具备以预定的间隔一体接合的多 个翅片、和具有以易于使冷却水在形成于该多个翅片间的空间流动的间隙包围整个翅片的 收容器的结构的电力用半导体模块（专利文献1)。该电力用半导体模块具有不插入翅片保 持用的新的散热基板的结构或者在散热基板与翅片之间不夹设散热硅脂的结构。即，通过 构成为将安装了半导体元件的绝缘布线基板直接接合于与翅片一体化的散热基板，能够减 少从半导体元件至散热基板的热阻，实现散热性的改善和产品的可靠性的提高。该散热基 板一般大多由以铝或者铜为主成分的材料构成。
[0004] 在其它的文献中，记载了减少因构成半导体模块的部件间的热膨胀差所导致的应 力，实现部件的减少、半导体模块的小型化以及简单化的半导体元件冷却用散热器的相关 技术（专利文献2、3)。
[0005] 另外，在其它的文献中，记载了能够抑制散热片的翘曲，并且将翘曲抑制板材容易 地钎焊到散热片的半导体装置的相关技术（专利文献4)。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2007-36094号公报
[0009] 专利文献2:日本特开2007-173301号公报
[0010] 专利文献3:日本特开2008-270297号公报
[0011] 专利文献4:日本特开2010-182831号公报
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 在上述的具备使散热基板和翅片一体化的翅片基底的电力用半导体模块中， 作为构成绝缘布线基板的绝缘性薄板的陶瓷基板的线膨胀系数一般为3X10 6/°C~ 8X10 6/°C的程度。相对于此，构成翅片基底的散热基板的线膨胀系数例如为铝的情况下是 23X10 6/°C左右，为铜的情况下是17X10 6/°C左右，与绝缘性薄板相比较大。由于这些线 膨胀系数差，所以热循环时产生热应力，由于该热应力，设置于绝缘布线基板的金属层与翅 片基底的散热基板之间且接合金属层和散热基板的焊料层中产生裂纹，存在发生断裂的问 题。
[0014] 近年来，电力用半导体模块针对小型化和/或高耐热化的要求越发严格。作为应 对这些要求的一个对策，有对与翅片一体接合的散热基板进行薄板化。若使散热基板变薄， 则能够降低热阻，能够降低电力用半导体模块的半导体元件的温度Tj。但是，另一方面，若 使散热基板变薄，则散热基板容易变形，模块整体的翘曲变大。若翘曲大，则存在将绝缘布 线基板和散热基板进行接合的焊料层中易于发生裂纹的问题。
[0015] 因此，本发明考虑到上述的问题，其目的在于提供即便使接合于绝缘布线基板的 下侧的散热基板变薄，也能够抑制模块整体的翘曲，并且在将绝缘布线基板和散热基板进 行接合的焊料层中不易产生裂纹的电力用半导体模块。
[0016] 技术方案
[0017] 为了解决上述的课题，实现其目的，本发明涉及一种电力用半导体模块，所述电 力用半导体模块具备：绝缘布线基板；搭载于该绝缘布线基板的一个主表面上的半导体元 件；接合于该绝缘布线基板的另一个主表面的散热基板；一端固定于该散热基板的另一个 主表面且另一端为自由端的多个翅片；以及用于收容该多个翅片且使冷却液在该翅片间流 动的水套，上述多个翅片中的至少一部分翅片的上述另一端接合于上述水套而形成加强翅 片。
[0018] 优选地，上述绝缘布线基板具备绝缘性薄板、接合于该绝缘性薄板的一个主表面 的金属电路布线层以及接合于另一个主表面的金属层。
[0019] 另外，优选地，上述加强翅片包含在上述绝缘布线基板的下方，而且位于将上述绝 缘布线基板的一个边的长度设为A、将从上述绝缘布线基板的端部到上述加强翅片位置的 距离设为B时，以百分率计B/A之比率为20%以下的位置的翅片。
[0020] 另外，上述加强翅片包含在所述绝缘布线基板的下方，而且位于从上述绝缘性基 板的对置的两侧边起算向内侧相隔上述距离B的位置的至少一对翅片。
[0021] 另外，优选地，上述加强翅片的上述另一端具备接合于上述水套的区域和自由端 的区域。
[0022] 发明效果
[0023] 根据本发明，能够提供即便使接合于绝缘布线基板的下侧的散热基板变薄，也能 够抑制模块整体的翘曲，并且在将绝缘布线基板和散热基板进行接合的焊料层中不易产生 裂纹的电力用半导体模块。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明的一个实施方式的电力用半导体模块的剖面示意图。
[0025] 图2是比较实验例1的现有的电力用半导体模块的剖视图。
[0026] 图3是示出本发明的一实施方式的电力用半导体模块的绝缘布线基板的尺寸A和 从该绝缘布线基板的端部到加强翅片为止的距离B的剖视图。
[0027] 图4是包含本发明的一个实施方式的实验例1~3和比较实验例1~4,是基于热 应力模拟的B/A比率（％ )、与比较实验例1进行了比较的翘曲量的比率（％ )以及与比较 实验例1进行了比较的塑性变形幅度的比率（％ )之间的关系图。
[0028] 符号说明
[0029] 1 :绝缘布线基板
[0030] 2 :壳体
[0031] 3:键合线
[0032] 4 :半导体元件
[0033] 5 :焊料层
[0034] 6:金属电路布线层
[0035] 7 :绝缘性薄板
[0036] 8 :金属层
[0037] 9 :焊料层
[0038] 10 :翅片基底
[0039] 10a:散热基板
[0040] 10b:翅片
[0041] 10c:加强翅片
[0042] 11 :水套
[0043] 12:外部导出用电极端子
[0044] 100:电力用半导体模块
【具体实施方式】
[0045] 以下，对本发明的电力用半导体模块的实施例，参照附图进行详细说明。在以下的 实施例的说明和附图中，对相同的构成标记相同的符号，省略重复的说明。另外，为了易于 观察和理解，在实施例中说明的附图没有以正确的刻度、尺寸比描绘。本发明只要不超过其 主旨，就不限定于以下说明的实施例的记载。
[0046] 首先，对于本发明的电力用半导体模块的实施方式的整体技术思想或者考虑方 式，使用附图进行说明。图1中以剖视图示出的本发明的一个实施方式的电力用半导体模 块100,虽然在图示的范围中半导体元件4的数量示出了四个，但若包含图示范围外的半导 体元件，也可以具有例如六个IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)和六个续流二 极管（FreeWheelingDiode:FWD)而构成三相变频器电路。
[0047] 绝缘布线基板1由绝缘性薄板7、金属电路布线层6以及金属层8构成。金属电路 布线层6配置在绝缘