半导体模块的制作方法

1.本发明涉及半导体模块。


背景技术：

2.就以往的半导体模块而言，将散热金属板的一部分薄化而设置凹部，通过在该凹部配置绝缘基板而使半导体模块低高度化(例如，参照专利文献1)。
3.专利文献1：日本特开2019-121794号公报
4.在注入封装材料时，气泡容易混入封装剂。因此，存在下述问题，即，如果确保不了绝缘基板的电路图案和散热金属板的凹部的侧壁之间的绝缘距离，则引起绝缘不良。如果扩大散热金属板的凹部，则能够确保绝缘距离，但存在薄化部分的面积变大，散热金属板的刚性下降，应对翘曲变化的能力变差的问题。


技术实现要素：

5.本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于，得到能够低高度化并且保证绝缘性和刚性的半导体模块。
6.本发明涉及的半导体模块的特征在于，具有：散热金属板，其在上表面具有凹部；绝缘基板，其设置于所述凹部的底面，该绝缘基板具有电路图案；半导体元件，其设置于所述绝缘基板之上，与所述电路图案连接；壳体，其与所述散热金属板的所述上表面的外周部接合，将所述绝缘基板和所述半导体元件包围；壳体电极，其设置于所述壳体；导线，其将所述壳体电极和所述半导体元件连接；以及封装材料，其设置于所述壳体的内部，将所述绝缘基板、所述半导体元件和所述导线封装，所述凹部的侧壁具有锥部。
7.发明的效果
8.在本发明中，在散热金属板的凹部的底面设置绝缘基板，因此能够实现低高度化模块。另外，凹部的侧壁具有锥部，因此，能够确保散热金属板与绝缘基板的电路图案之间的绝缘距离，而不使散热金属板的薄化部分的面积变大。因此，能够保证绝缘性和刚性。
附图说明
9.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。
10.图2是将实施方式1与对比例1、2进行比较的剖视图。
11.图3是表示实施方式2涉及的半导体模块的内部的俯视图。
12.图4是表示实施方式2涉及的半导体模块的剖视图。
13.图5是表示实施方式3涉及的半导体模块的剖视图。
14.图6是表示实施方式4涉及的半导体模块的剖视图。
15.图7是表示实施方式5涉及的半导体模块的剖视图。
16.图8是表示实施方式6涉及的半导体模块的内部的俯视图。
具体实施方式
17.参照附图，对实施方式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，有时省略重复说明。
18.实施方式1
19.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。散热金属板1的一部分被薄化，在散热金属板1的上表面的中央部设置有凹部2。绝缘基板3设置于凹部2的底面。
20.绝缘基板3具有陶瓷等的绝缘板4、在绝缘板4的下表面设置的金属图案5和在绝缘板4的上表面设置的电路图案6。在凹部2的底面，绝缘基板3的金属图案5通过焊料7而与散热金属板1接合。
21.半导体元件8设置于绝缘基板3之上。半导体元件8的下表面电极通过焊料9而与电路图案6接合。壳体10与散热金属板1的上表面的外周部接合，将绝缘基板3和半导体元件8包围。壳体10具有壳体电极11。半导体元件8的上表面电极通过导线12而与壳体电极11连接。电路图案6通过导线13而与另一个绝缘基板3之上的半导体元件8连接。硅凝胶等封装材料14设置于壳体10的内部，将绝缘基板3、半导体元件8和导线12、13封装。在壳体10的上部设置有盖15。
22.凹部2的侧壁具有锥部16。凹部2的底面与锥部16所成的角度大于90
°
。因此，在散热金属板1的外周部与凹部2的底面之间构成向上方开口的正向锥状的台阶部。
23.图2是将实施方式1与对比例1、2进行对比的剖视图。在对比例1、2中，凹部2的侧壁是垂直的。在对比例1中，凹部2的底面的宽度为w1，与实施方式1相同。在对比例1中，散热金属板1与绝缘基板3的电路图案6之间的绝缘距离a比实施方式1的绝缘距离b小。
24.另一方面，在对比例2中，凹部2的底面的宽度为w2，比w1宽。因此，对比例2的绝缘距离c比对比例1的绝缘距离a及实施方式1的绝缘距离b大。但是，在对比例2中，凹部2的底面的宽度w2宽，因此，散热金属板1的薄化部分的面积变大。因此，散热金属板1的刚性下降，应对翘曲变化的能力变差。与此相对，在实施方式1中，能够确保散热金属板1与绝缘基板3的电路图案6之间的绝缘距离，而不使散热金属板1的薄化部分的面积变大。
25.如以上所说明的那样，在本实施方式中，在散热金属板1的凹部2的底面设置绝缘基板3，因此，能够实现低高度化模块。另外，凹部2的侧壁具有锥部16，因此能够确保散热金属板1与绝缘基板3的电路图案6之间的绝缘距离，而不使散热金属板1的薄化部分的面积变大。因此，能够确保刚性，并且即使在气泡混入至封装剂的情况下也能够确保绝缘性。
26.实施方式2
27.图3是表示实施方式2涉及的半导体模块的内部的俯视图。图4是表示实施方式2涉及的半导体模块的剖视图。图4是沿图3的i-ii的剖视图。
28.散热金属板1在相邻的2个绝缘基板3之间具有大于或等于1个从凹部2的底面向上方凸出的凸起部17。凸起部17的材质是与散热金属板1相同的金属。在设置有凸起部17的部分处散热金属板1的厚度增大，因此，能够提高散热金属板1的薄化部分的刚性。由此，能够实现应对翘曲变化的能力强的模块。此外，凸起部17在俯视观察时呈线状，但即使呈点状，散热金属板1的刚性也提高。
29.实施方式3
30.图5是表示实施方式3涉及的半导体模块的剖视图。在壳体10的下表面设置有凸起
18。在散热金属板1的上表面的外周部设置有凹槽19。向该散热金属板1的凹槽19插入壳体10的凸起18。由此，散热金属板1与壳体10的接合面积变大，因此，两者的密接性提高。因此，能够抑制封装材料14从散热金属板1与壳体10之间的泄漏或渗透，模块的生产率提高。
31.实施方式4
32.图6是表示实施方式4涉及的半导体模块的剖视图。壳体10具有探出至凹部2的上方的悬伸部20。悬伸部20探出至壳体10的锥部16的上方，但不限于此，还可以进一步向内侧探出。壳体电极11设置于悬伸部20之上。
33.通过在壳体10设置悬伸部20，从而无需改变通过导线连接的半导体元件8与壳体电极11的间隔，即可进一步增大绝缘基板3的电路图案6与散热金属板1之间的绝缘距离。另外，优选悬伸部20的下表面呈锥状。由此，气泡难以在悬伸部20的下表面与散热金属板1之间积存。
34.实施方式5
35.图7是表示实施方式5涉及的半导体模块的剖视图。从散热金属板1的下表面至外周部的上表面为止的高度h1比从散热金属板1的下表面至半导体元件8的上表面为止的高度h2高(h1＞h2)。由此，能够充分地确保从半导体元件8的上表面至壳体电极11为止的距离。因此，能够使绝缘基板3靠近散热金属板1的凹部2的侧面，能够最大限度地应用散热金属板1的凹部2的有效面积，因此，能够实现低高度化模块的高密度化。
36.实施方式6
37.图8是表示实施方式6涉及的半导体模块的内部的俯视图。壳体电极11具有主电极11a、11b和信号电极11c。散热金属板1的锥部16在壳体电极11的前端部的正下方与绝缘基板3之间局部地设置，没有设置于凹部2的侧壁的其它部分。由此，能够减少散热金属板1的锥部16的加工数，因此，模块的生产率提高。
38.此外，半导体元件8不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。由这样的宽带隙半导体形成的半导体元件由于耐电压性及容许电流密度高，因此能够小型化。通过使用该小型化后的半导体元件，从而组装了该半导体元件的半导体模块也能够小型化、高集成化。另外，由于半导体元件的耐热性高，因此，能够使散热器的散热鳍片小型化，能够使水冷部空冷化，因而能够使半导体模块进一步小型化。另外，由于半导体元件的电力损耗低且高效，因此能够使半导体模块高效化。
39.另外，能够在高温下使用的宽带隙半导体的市场需求高企，期望小型化、高集成化。与此相对，能够通过实施方式1-6的结构而实现模块的进一步小型化，特别地，在搭载有sic的功率模块中发挥效果。
40.标号的说明
41.1散热金属板，2凹部，3绝缘基板，6电路图案，8半导体元件，10壳体，11壳体电极，12导线，14封装材料，16锥部，17凸起部，18凸起，19凹槽，20悬伸部。