半导体模块及半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体模块及半导体装置，该半导体模块及半导体装置例如在车载用的电动机控制中进行使用。
【背景技术】
[0002]当前，为了提高粘接性和散热性，将半导体模块隔着脂状物(grease)安装在散热器处。此时，为了抑制翘曲、确保与脂状物之间的密接性，使用按压板和螺钉，将半导体模块向散热器进行安装。例如，公开了下述技术，即，在半导体模块的中央部设置通孔，使螺钉穿入通孔中，利用盘状的弹簧板对半导体模块进行按压并固定(参照专利文献I)。
[0003]另外，散热器大多使用螺钉而安装于冷却套。例如，公开了下述半导体模块，S卩，绝缘基板软钎焊于散热器，半导体芯片固定于该绝缘基板，壳体粘接在散热器的周边部(参照专利文献2)。
[0004]专利文献1:日本特开2008 - 198644号公报
[0005]专利文献2:日本特开2009 - 188176号公报
【发明内容】
[0006]但是，存在脂状物的热导率低、散热性差的问题。另外，为了进行稳定的散热，需要对半导体模块的翘曲进行校正，并固定于散热器，导致部件的个数增多。并且，在专利文献I中，必须在半导体模块的中央部设置通孔，导致模块内部的布局的自由度降低。
[0007]另外，如果能够如专利文献2所示，使绝缘基板和散热器一体化，则不需要脂状物，但由于利用粘接剂将树脂壳体固定于散热器，因此导致大型化。并且，由于在壳体内部使用柔软的胶体，因此如果不进行使散热器加厚、使材质采用高强度的材料(例如Cu)等对策，则模块会变形、破损。
[0008]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种半导体模块及半导体装置，该半导体模块及半导体装置能够确保散热性，提高模块内部的布局的自由度，抑制模块的变形、破损。
[0009]本发明所涉及的半导体模块的特征在于，具有:散热器，其具有固定面、和作为与所述固定面相反的面的散热面；散热片，其设置于所述散热面的中央部；绝缘材料，其设置于所述散热器的所述固定面上；导电材料，其设置于所述绝缘材料上；半导体芯片，其设置于所述导电材料上；金属框架，其与所述半导体芯片连接；以及模塑树脂，其以使所述散热片露出至外部的方式覆盖所述散热器、所述绝缘材料、所述导电材料、所述半导体芯片、以及所述金属框架，设置将所述散热器的外周部和所述模塑树脂的外周部贯穿的孔，使螺钉穿入所述孔中，从而将所述半导体模块安装于冷却套。
[0010]发明的效果
[0011]根据本发明，能够确保散热性，提高模块内部的布局的自由度，抑制模块的变形、破损。
【附图说明】
[0012]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的半导体模块的剖视图。
[0013]图2是表示图1的半导体模块的散热器的散热面的图。
[0014]图3是本发明的实施方式I所涉及的半导体模块的俯视图。
[0015]图4是本发明的实施方式I所涉及的半导体模块的内部图。
[0016]图5是本发明的实施方式I所涉及的半导体模块的电路图。
[0017]图6是表示将图1的半导体模块固定在作为冷媒流路的冷却套处的状态的剖视图。
[0018]图7是表示图1的半导体模块的金属图案和散热器的制造方法的剖视图。
[0019]图8是表示使导电材料的厚度相对于散热器的厚度的比率变化时由于加热所引起的、散热器的翘曲量的模拟解析结果的图。
[0020]图9是表示模塑树脂的厚度和产生应力之间的关系的图。
[0021]图10是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体模块的剖视图。
[0022]图11是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体模块的俯视图。
[0023]图12是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体模块的俯视图。
[0024]图13是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体模块的内部图。
[0025]图14是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体模块的变形例I的俯视图。
[0026]图15是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体模块的变形例2的俯视图。
[0027]图16是表示本发明的实施方式4所涉及的半导体模块的剖视图。
[0028]图17是表示本发明的实施方式5所涉及的半导体模块的剖视图。
[0029]图18是表示本发明的实施方式5所涉及的半导体模块的俯视图。
[0030]图19是表示本发明的实施方式6所涉及的半导体模块的剖视图。
[0031]图20是表示本发明的实施方式6所涉及的半导体模块的俯视图。
[0032]图21是表示本发明的实施方式7所涉及的半导体模块的剖视图。
[0033]图22是表示本发明的实施方式8所涉及的半导体模块的剖视图。
[0034]图23是表示本发明的实施方式8所涉及的半导体模块的内部图。
[0035]图24是表示图22的半导体模块的金属图案和散热器的制造方法的剖视图。
[0036]图25是表示本发明的实施方式9所涉及的半导体模块的内部图。
[0037]图26是表示本发明的实施方式10所涉及的半导体装置的剖视图。
[0038]图27是表示本发明的实施方式10所涉及的半导体装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0039]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体模块进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
[0040]实施方式I
[0041]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的半导体模块的剖视图。半导体模块I具有散热器2。散热器2的大小约80mmX 80mm左右、厚度为3mm左右，由Al或Cu制成。散热器2具有固定面2a(上表面)、作为与固定面2a相反的面的散热面2b (下表面)。散热片3设置于散热面2b的中央部。
[0042]绝缘材料4在未隔着焊料等钎料的状态下设置于散热器2的固定面2a上。绝缘材料4例如是由A1N、Si3N4制成的绝缘基板。为了降低热阻，优选使绝缘材料4的厚度为最小限度的厚度，例如0.635mm。
[0043]在作为绝缘基板的绝缘材料4上设置有作为金属图案的导电材料5。使导电材料5的厚度为散热器2的厚度的I倍?1.5倍左右。但是，为了提高散热性，优选绝缘材料4的厚度比导电材料5和散热器2的厚度薄。
[0044]半导体芯片6设置于导电材料5上，半导体芯片6的下表面电极通过焊料等导电性接合材料7而与导电材料5接合。金属框架9通过焊料等导电性接合材料8而与半导体芯片6的上表面电极连接。
[0045]模塑树脂10以使散热片3露出至外部的方式，覆盖散热器2、绝缘材料4、导电材料5、半导体芯片6、导电性接合材料7、8、以及金属框架9。设置有孔11，该孔11贯穿散热器2的外周部和模塑树脂10的外周部。在本实施方式中，模塑树脂10的上表面的高度是恒定的。
[0046]图2是表示图1的半导体模块的散热器的散热面的图。散热片3设置于散热面2b的中央部。散热器2的外周部成为利用模塑树脂10进行封装的封装部。孔11设置于该封装部。散热器2和散热片3的材质既可相同、也可不同。例如，为了提高散热性，作为散热片3的材质，也可以使用与散热器2相比热导率较高的材质。
[0047]图3、图4及图5是本发明的实施方式I所涉及的半导体模块的俯视图、内部图、及电路图。在内部图中省略了模塑树脂10。半导体模块是6inl构造，S卩，将6个开关元件安装于I个模块的构造。
[0048]IGBT 12a?12f和正向二极管13a?13f相当于图1的半导体芯片6。金属框架9a?e分别相当于U电极、V电极、W电极、P电极、N电极。
[0049]IGBT 12a?12c和正向二极管13a?13c的下表面与导电材料5a连接。IGBT12d?12f和正向二极管13d?13f的下表面与导电材料5b?5d连接。金属框架9a?c分别与IGBT 12a?12c和正向二极管13a?13c的上表面连接，且分别与导电材料5b?5d连接。金属框架9d与导电材料5a连接。金属框架9e与IGBT 12d?12f和正向二极管13d?13f的上表面连接。
[0050]图6是表示将图1的半导体模块固定在作为冷媒流路的冷却套处的状态的剖视图。通过将螺钉14穿入半导体模