半导体模块和电力变换装置的制作方法

1.本公开涉及半导体模块和电力变换装置。


背景技术：

2.日本特开2017-147327号公报(专利文献1)公开有具备功率半导体元件、导线、树脂层和凝胶填充材料的半导体装置。导线接合到功率半导体元件的电极。树脂层覆盖功率半导体元件的电极和导线之间的接合部。凝胶填充材料密封功率半导体元件、导线和树脂层。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1:日本特开2017-147327号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.在专利文献1所公开的半导体装置中，在半导体装置的使用中，对功率半导体元件的电极和导线之间的接合部反复施加热应力。因此，有时树脂层从功率半导体元件的电极、导线或者功率半导体元件的电极和导线之间的接合部的至少一个剥落，在功率半导体元件的电极和导线之间的接合部发生裂纹，或者导线从功率半导体元件的电极剥落。本公开是鉴于上述课题而完成的，其目的是提供具有被提高的可靠性的半导体模块和电力变换装置。
8.用于解决课题的手段
9.本公开的半导体模块具备第一功率半导体元件、导电导线和树脂膜。第一功率半导体元件包含第一电极。导电导线接合到第一电极的第一表面。树脂膜连续地形成于导电导线的长度方向上的第一电极和导电导线之间的第一接合部的第一端部、第一电极的第一表面和导电导线的第二表面。树脂膜的弹性伸长率是4.5％以上且10.0％以下。
10.本公开的电力变换装置具备主变换电路和控制电路。主变换电路具有本公开的半导体模块，并且构成为变换并输出所输入的电力。控制电路构成为将控制主变换电路的控制信号输出到主变换电路。
11.发明效果
12.树脂膜的弹性伸长率是4.5％以上，因此树脂膜能够追随第一功率半导体元件的第一电极和导电导线那样的构成半导体模块的构件的热膨胀和热收缩。树脂膜不从第一接合部的第一端部、第一电极的表面和导电导线的表面剥离。树脂膜持续缓和对第一接合部施加的热应力。树脂膜能够防止在第一接合部发生裂纹或者导电导线从第一电极剥离。半导体模块和电力变换装置的寿命变长，半导体模块和电力变换装置具有被提高的可靠性。
附图说明
13.图1是实施方式1、2的半导体模块的概要截面图。
14.图2是实施方式1、2的半导体模块的、图1所示的区域ii的概要部分放大截面图。
15.图3是实施方式1、2的半导体模块的、图1所示的区域iii的概要部分放大截面图。
16.图4是示出树脂膜的弹性伸长率的定义的图。
17.图5是示出比较例a～c的半导体模块和实施例d～g的半导体模块的功率循环寿命的图。
18.图6是实施方式3的半导体模块的概要部分放大截面图。
19.图7是实施方式4的半导体模块的概要截面图。
20.图8是示出实施方式5的电力变换系统的结构的框图。
21.(附图标记说明)
22.1、1a、1b、1c：半导体模块；10：绝缘电路基板；11：绝缘基板；12：导电电路图案；13：导电板；20：第一功率半导体元件；21：第一背面电极；22：第一前表面电极；22a：表面；23：第一保护环；25：第二功率半导体元件；26：第二背面电极；27：第二前表面电极；27a：表面；28：第二保护环；30：第一接合部；30a、30b：端部；31：第二接合部；31a、31b：端部；32：第一电极端子；32c：第一引线端子；33：第二电极端子；33c：第二引线端子；35、36、37：导电导线；35a：表面；40：树脂膜；43：粗糙面；45：壳体；46：底板；47：外围体；50、50a：密封构件；55：散热器；56：绝缘板；57：散热片；100：电源；200：电力变换装置；201：主变换电路；203：控制电路；300：负载电源。
具体实施方式
23.以下，说明本公开的实施方式。另外，对相同的结构赋予相同的附图标记，不反复进行其说明。
24.实施方式1.
25.参照图1至图3，说明实施方式1的半导体模块1。半导体模块1主要具备第一功率半导体元件20、第二功率半导体元件25、导电导线35、36、树脂膜40、第一电极端子32和第二电极端子33。半导体模块1还可以进一步具备绝缘电路基板10、壳体45和密封构件50。
26.绝缘电路基板10包含绝缘基板11。绝缘基板11包含正面以及与正面相反侧的背面。绝缘基板11例如由氧化铝(al2o3)、氮化铝(aln)或氮化硅(si3n4)那样的陶瓷材料形成。绝缘电路基板10包含导电电路图案12和导电板13。导电电路图案12设置在绝缘基板11的正面之上。导电板13设置在绝缘基板11的背面之上。导电电路图案12和导电板13例如由铜(cu)或铝(al)那样的金属材料形成。
27.第一功率半导体元件20例如是绝缘栅型双极晶体管(igbt)或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)那样的开关元件或者续流二极管那样的二极管。第一功率半导体元件20主要由硅、碳化硅、氮化镓或金刚石那样的半导体材料形成。
28.第一功率半导体元件20包含第一背面电极21和第一前表面电极22。第一背面电极21设置在第一功率半导体元件20的第一背面之上。第一背面电极21使用焊料或金属纳米粒子烧结体那样的导电接合构件(未图示)接合到导电电路图案12。第一前表面电极22设置在与第一背面相反侧的第一功率半导体元件20的第一前表面之上。第一前表面电极22和第二
背面电极例如由铝或含有si的al合金形成。
29.第一功率半导体元件20还可以进一步包含第一保护环23。第一保护环23设置在第一功率半导体元件20的第一前表面的周边区域。在俯视第一前表面时，第一保护环23包围第一前表面电极22。第一保护环23例如由与第一前表面电极22相同的导电材料形成。
30.第二功率半导体元件25例如是绝缘栅型双极晶体管(igbt)或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)那样的开关元件或者续流二极管那样的二极管。第二功率半导体元件25主要由硅、碳化硅、氮化镓或金刚石那样的半导体材料形成。
31.第二功率半导体元件25包含第二背面电极26和第二前表面电极27。第二背面电极26设置在第二功率半导体元件25的第二背面之上。第二背面电极26使用焊料或金属纳米粒子烧结体那样的导电接合构件(未图示)接合到导电电路图案12。第二前表面电极27设置在与第二背面相反侧的第二功率半导体元件25的第二前表面之上。第二前表面电极27和第二背面电极26例如由铝或含有si的al合金形成。
32.第二功率半导体元件25还可以进一步包含第二保护环28。第二保护环28设置在第二功率半导体元件25的第二前表面的周边区域。在俯视第二前表面时，第二保护环28包围第二前表面电极27。第二保护环28例如由与第二前表面电极27相同的导电材料形成。
33.第一电极端子32和第二电极端子33设置在构成壳体45的外围体47。第一电极端子32和第二电极端子33例如由铜或铝那样的金属材料形成。
34.如图1和图2所示，导电导线35接合到第一前表面电极22的表面22a。导电导线35通过导线键合法，在第一接合部30中，接合到第一功率半导体元件20的第一前表面电极22。第一接合部30是第一前表面电极22的表面22a和导电导线35的表面35a之间的接合面。如图1和图3所示，导电导线35接合到第二前表面电极27的表面27a。导电导线35通过导线键合法，在第二接合部31中，接合到第二功率半导体元件25的第二前表面电极27。第二接合部31是第二前表面电极27的表面27a和导电导线35的表面35a之间的接合面。导电导线35通过导线键合法，接合到第一电极端子32。
35.导电导线36通过导线键合法，接合到第二电极端子33和导电电路图案12。导电导线35、36例如由铜、铁、镍、钴、铝或者它们的合金形成。
36.树脂膜40具有电绝缘性。如图2所示，树脂膜40连续地形成于导电导线35的长度方向(图2的左右方向)上的第一前表面电极22和导电导线35之间的第一接合部30的端部30a、第一前表面电极22的表面22a以及导电导线35的表面35a。树脂膜40连续地形成于导电导线35的长度方向上的第一前表面电极22和导电导线35之间的第一接合部30的端部30b、第一前表面电极22的表面22a以及导电导线35的表面35a。
37.如图3所示，树脂膜40连续地形成于导电导线35的长度方向上的第二前表面电极27和导电导线35之间的第二接合部31的端部31a、第二前表面电极27的表面27a以及导电导线35的表面35a。树脂膜40连续地形成于导电导线35的长度方向上的第二前表面电极27和导电导线35之间的第二接合部31的端部31b、第二前表面电极27的表面27a以及导电导线35的表面35a。
38.如图1所示，树脂膜40也可以形成在第一接合部30和第二接合部31之间的导电导线35的整体。树脂膜40连续地形成于导电导线35的长度方向上的第一电极端子32和导电导线35之间的接合部的端部的至少一个、第一电极端子32的表面以及导电导线35的表面35a。
树脂膜40连续地形成于导电导线36的长度方向上的第二电极端子33和导电导线36之间的接合部的端部的至少一个、第二电极端子33的表面以及导电导线36的表面。树脂膜40连续地形成于导电导线36的长度方向上的导电电路图案12和导电导线36之间的接合部的端部的至少一个、导电电路图案12的表面以及导电导线36的表面。树脂膜40也可以形成在导电导线35、36的整体。
39.如图1所示，树脂膜40还覆盖第一保护环23和第二保护环28。树脂膜40接触到密封构件50和第一保护环23。树脂膜40接触到密封构件50和第二保护环28。
40.树脂膜40还可以进一步形成在从第一功率半导体元件20和第二功率半导体元件25露出的绝缘电路基板10的表面之上。树脂膜40还可以进一步形成在第一电极端子32中的接合导电导线35的部分。树脂膜40还可以进一步形成在第二电极端子33中的接合导电导线36的部分。树脂膜40还可以进一步形成在从绝缘电路基板10露出的底板46的表面。树脂膜40还可以进一步形成在处于电极端子(第一电极端子32、第二电极端子33)和底板46之间的外围体47的表面。树脂膜40例如使用分配法、电沉积法、静电涂敷法、旋涂法、浸液法或喷涂法形成。
41.树脂膜40比第一前表面电极22、第二前表面电极27和导电导线35、36更柔软。树脂膜40的弹性伸长率(elastic elongation rate)是4.5％以上且10.0％以下。树脂膜40的弹性伸长率是在jis k7161所规定的拉伸试验中根据树脂膜40的屈服点(参照图4)处的树脂膜40的应变率来定义的。另外，树脂膜40的塑性伸长率(plastic elongation rate)与树脂膜40的弹性伸长率不同。树脂膜40的塑性伸长率是在jis k7161所规定的拉伸试验中根据树脂膜40的断裂点(参照图4)处的树脂膜40的应变率来定义的。树脂膜40例如由聚酰亚胺树脂、环氧树脂或硅酮树脂形成。应用于树脂膜40的环氧树脂的一例是纳美仕公司(namics corporation)制造的u8443-14的底部填充剂。应用于树脂膜40的硅酮树脂的一例是信越有机硅公司(shin-etsu silicones)制造的ke-210的硅酮树脂。
42.对于导电导线35、36的树脂膜40的剪切粘接强度是8.0mpa以上且13.0mpa以下。对于第一功率半导体元件20的第一前表面电极22的树脂膜40的剪切粘接强度是8.0mpa以上且13.0mpa以下。对于第二功率半导体元件25的第二前表面电极27的树脂膜40的剪切粘接强度是8.0mpa以上且13.0mpa以下。在本说明书中，对于第二构件的第一构件的剪切粘接强度是在沿第一构件和第二构件之间的粘接界面的方向上且在相互相反的方向上对第一构件和第二构件施加了拉伸应力时，第一构件从第二构件剥落时的拉伸应力。剪切粘接强度根据日本产业标准(jis)k6850所规定的方法测量。
43.具有4.5％以上且10.0％以下的弹性伸长率并且具有8.0mpa以上且13.0mpa以下的剪切粘接强度的树脂膜40例如由下述化学结构式(i)所规定的聚酰亚胺树脂形成。该聚酰亚胺树脂通过使包含烷基的酸二水合物(acid dihydrate)与包含苯环、醚键和烷基的二元胺进行聚合而得到。此处，r1表示c
nh2n 1
(n是自然数)，r2表示c
mh2m 1
(m是自然数)。下述化学结构式(i)所规定的聚酰亚胺树脂的分子链长，并且分子链能够以醚键为起点旋转。因此，下述化学结构式(i)所规定的聚酰亚胺树脂柔软并且具有高剪切粘接强度。
44.[化学式1]
[0045][0046]
壳体45包含底板46和外围体47。底板46例如由铜或铝那样的金属、或者铝-碳化硅合金(alsic)或铜-钼合金(cumo)那样的合金形成。绝缘电路基板10的导电板13接合到底板46。底板46能够作为散热片发挥功能。在本实施方式的变形例中，可以省略底板46且导电板13实现本实施方式的底板46的功能。
[0047]
外围体47具有电绝缘性。外围体47例如由聚苯硫醚(pps)树脂或聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)树脂那样的电绝缘树脂形成。底板46和外围体47使用粘接剂(未图示)相互粘接。该粘接剂例如由硅酮树脂或环氧树脂形成。
[0048]
密封构件50密封第一功率半导体元件20、第二功率半导体元件25、导电电路图案12、导电导线35、36和树脂膜40。密封构件50还可以进一步密封绝缘基板11。在本实施方式中，密封构件50由硅酮凝胶那样的凝胶形成。形成密封构件50的凝胶的第二拉伸弹性模量低于形成树脂膜40的树脂材料的第一拉伸弹性模量。在本说明书中，拉伸弹性模量通过jis k7161所规定的拉伸试验测量。
[0049]
参照图5，一边与比较例对比，一边说明本实施方式的半导体模块1的作用。图5示出比较例a～c的半导体模块和实施例d～g的半导体模块1的功率循环寿命。比较例a的半导体模块具备与本实施方式的半导体模块1同样的结构，但是不包含树脂膜40。比较例b和c的半导体模块具备与本实施方式的半导体模块1同样的结构，但是比较例b和c的半导体模块包含的树脂膜40是具有不足4.5％的弹性伸长率的聚酰亚胺树脂膜。在实施例d～g的半导体模块1中，树脂膜40是具有4.5％以上的弹性伸长率的聚酰亚胺树脂膜。实施例g的半导体模块1中的树脂膜40是上述化学结构式(i)所示的聚酰亚胺树脂膜。
[0050]
半导体模块1的功率循环试验是交替地反复进行使电流流过第一功率半导体元件20或第二功率半导体元件25的第一步骤以及不使电流流过第一功率半导体元件20和第二功率半导体元件25的第二步骤，并测量半导体模块1的寿命(功率循环寿命)的试验。如图5所示，半导体模块1的功率循环寿命与树脂膜40的弹性伸长率相关。
[0051]
具体地，在半导体模块不包含树脂膜40的情况(比较例a)下或者在半导体模块包含具有不足4.5％的弹性伸长率的树脂膜40的情况(比较例b和c)下，半导体模块的功率循环寿命短。其理由如下。在半导体模块的功率循环试验期间，第一前表面电极22、第二前表面电极27和导电导线35那样的构成半导体模块的构件反复进行热膨胀和热收缩。因此，对第一前表面电极22和导电导线35之间的第一接合部30以及第二前表面电极27和导电导线35之间的第二接合部31反复地施加热应力。比较例a的半导体模块不包含树脂膜40，因此由于该热应力，在第一接合部30或第二接合部31发生裂纹，或者导电导线35从第一前表面电
极22或第二前表面电极27剥离。因此，比较例a的半导体模块的功率循环寿命最短。
[0052]
在比较例b和c的半导体模块中，树脂膜40的弹性伸长率不足4.5％，相对较小。因此，树脂膜40无法充分地追随第一前表面电极22、第二前表面电极27和导电导线35那样的构成半导体模块1的构件的热膨胀和热收缩。树脂膜40以较少的功率循环次数从第一接合部30的端部30a、30b、第二接合部31的端部31a、31b、第一前表面电极22的表面22a、第二前表面电极27的表面27a或导电导线35的表面35a剥离。树脂膜40以较少的功率循环次数，变得无法缓和对第一接合部30和第二接合部31施加的热应力。由于热应力，在第一接合部30或第二接合部31发生裂纹，或者导电导线35从第一前表面电极22或第二前表面电极27剥离。因此，比较例b和c的半导体模块的功率循环寿命长于比较例a的半导体模块的功率循环寿命，但是比较例b和c的半导体模块的功率循环寿命仍然相对较短。
[0053]
相对于此，在半导体模块1包含具有4.5％以上且10％以下的弹性伸长率的树脂膜40的情况(实施例d～g)下，随着树脂膜40的弹性伸长率增加，半导体模块1的功率循环寿命急剧增加。其理由如下。在实施例d～g的半导体模块1中，树脂膜40的弹性伸长率是4.5％以上，因此树脂膜40能够充分地追随第一前表面电极22、第二前表面电极27和导电导线35那样的构成半导体模块1的构件的热膨胀和热收缩。树脂膜40在更多的功率循环次数下不从第一接合部30的端部30a、30b、第二接合部31的端部31a、31b、第一前表面电极22的表面22a、第二前表面电极27的表面27a和导电导线35的表面35a剥离。树脂膜40在更多的功率循环次数下能够缓和对第一接合部30和第二接合部31施加的热应力。树脂膜40能够防止由于热应力而在第一接合部30或第二接合部31发生裂纹或者导电导线35从第一前表面电极22或第二前表面电极27剥离。实施例d～g的半导体模块1的功率循环寿命长。
[0054]
说明本实施方式的半导体模块1的效果。
[0055]
本实施方式的半导体模块1具备第一功率半导体元件20、导电导线35和树脂膜40。第一功率半导体元件20包含第一电极(第一前表面电极22)。导电导线35接合到第一电极(第一前表面电极22)的第一表面(表面22a)。树脂膜40连续地形成于导电导线35的长度方向上的第一电极(第一前表面电极22)和导电导线35之间的第一接合部30的第一端部(端部30a或端部30b的至少一个)、第一电极(第一前表面电极22)的第一表面(表面22a)和导电导线35的第二表面(表面35a)。树脂膜40的弹性伸长率是4.5％以上且10.0％以下。
[0056]
树脂膜40的弹性伸长率是4.5％以上，因此树脂膜40能够追随第一功率半导体元件20的第一电极(第一前表面电极22)和导电导线35那样的构成半导体模块1的构件的热膨胀和热收缩。树脂膜40不从第一接合部30的第一端部(端部30a或端部30b的至少一个)、第一电极(第一前表面电极22)的第一表面(表面22a)和导电导线35的第二表面(表面35a)剥离。树脂膜40持续缓和对第一接合部30施加的热应力。树脂膜40能够防止在第一接合部30发生裂纹或者导电导线35从第一电极(第一前表面电极22)剥离。半导体模块1的寿命变长，半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0057]
在本实施方式的半导体模块1中，对于导电导线35的树脂膜40的剪切粘接强度是8.0mpa以上且13.0mpa以下。
[0058]
对于导电导线35的树脂膜40的剪切粘接强度是8.0mpa以上，因此树脂膜40在半导体模块1的使用之中进一步地难以从导电导线35的表面35a剥离。树脂膜40持续缓和对第一接合部30施加的热应力。树脂膜40能够防止在第一接合部30发生裂纹或者导电导线35从第
一电极(第一前表面电极22)剥离。半导体模块1的寿命变长，半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0059]
对于导电导线35的树脂膜40的剪切粘接强度是13.0mpa以下，因此即使将导电导线35键合到第一功率半导体元件20的第一电极(第一前表面电极22)，第一接合部30及其周边的导电导线35的厚度也不会过度地变小。能够防止在半导体模块1的使用之中对导电导线35施加了热应力时导电导线35断开。半导体模块1的寿命变长，半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0060]
本实施方式的半导体模块1还具备密封构件50。密封构件50密封第一功率半导体元件20、导电导线35和树脂膜40。密封构件50由凝胶形成。凝胶的第二拉伸弹性模量低于形成树脂膜40的树脂材料的第一拉伸弹性模量。即使密封构件50由凝胶形成，也由于设置有树脂膜40，因此半导体模块1的寿命变长，半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0061]
在本实施方式的半导体模块1中，第一功率半导体元件20包含保护环(第一保护环23)。树脂膜40覆盖保护环(第一保护环23)，并且与密封构件50和保护环(第一保护环23)接触。
[0062]
在第一功率半导体元件20的周边区域设置有保护环(第一保护环23)，因此第一功率半导体元件20的绝缘耐压提高。进一步地，树脂膜40防止密封构件50从保护环(第一保护环23)剥离而在密封构件50和保护环(第一保护环23)之间形成空洞。因此，第一功率半导体元件20的绝缘耐压提高。半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0063]
本实施方式的半导体模块1还具备第二功率半导体元件25。第二功率半导体元件25包含第二电极(第二前表面电极27)。导电导线35接合到第二电极(第二前表面电极27)的第三表面(表面27a)。树脂膜40连续地形成于第二电极(第二前表面电极27)和导电导线35之间的第二接合部31的第二端部(端部31a或端部31b的至少一个)、第二电极(第二前表面电极27)的第三表面(表面27a)以及导电导线35的第二表面(表面35a)，并且形成于第一接合部30和第二接合部31之间的导电导线35的整体。
[0064]
树脂膜40连续地形成于第二功率半导体元件25的第二电极(第二前表面电极27)和导电导线35之间的第二接合部31的第二端部(端部31a或端部31b的至少一个)、第二电极(第二前表面电极27)的第三表面(表面27a)和导电导线35的第二表面(表面35a)。因此，树脂膜40能够追随第二功率半导体元件25的第二电极(第二前表面电极27)和导电导线35那样的构成半导体模块1的构件的热膨胀和热收缩。树脂膜40不从第二接合部31的第二端部(端部31a或端部31b的至少一个)、第二电极(第二前表面电极27)的第三表面(表面27a)和导电导线35的第二表面(表面35a)剥离。树脂膜40持续缓和对第二接合部31施加的热应力。树脂膜40能够防止在第二接合部31发生裂纹或者导电导线35从第二电极(第二前表面电极27)剥离。半导体模块1的寿命变长，半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0065]
树脂膜40形成在第一接合部30和第二接合部31之间的导电导线35的整体。因此，树脂膜40进一步地难以从导电导线35的第二表面(表面35a)剥离。树脂膜40能够防止在第一接合部30和第二接合部31发生裂纹或者导电导线35从第一电极(第一前表面电极22)以及第二电极(第二前表面电极27)剥离。半导体模块1的寿命变长，半导体模块1具有被提高的可靠性。
[0066]
实施方式2。
[0067]
参照图1至图3，说明实施方式2的半导体模块1a。本实施方式的半导体模块1a具备与实施方式1的半导体模块1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
[0068]
半导体模块1a具备密封构件50a来代替实施方式1的密封构件50。密封构件50a由热硬化树脂形成。热硬化树脂例如主要包含环氧树脂、氨基甲酸乙酯树脂、聚酰亚胺树脂或丙烯酸树脂。热硬化树脂的第三拉伸弹性模量高于形成树脂膜40的树脂材料的第一拉伸弹性模量。热硬化树脂比树脂膜40和由凝胶形成的密封构件50(实施方式1)硬。因此，由热硬化树脂形成的密封构件50a(本实施方式)比树脂膜40和由凝胶形成的密封构件50(实施方式1)更强地约束导电导线35。
[0069]
本实施方式的半导体模块1a除了实施方式1的半导体模块1的效果，还具有以下的效果。
[0070]
本实施方式的半导体模块1a还具备密封构件50a。密封构件50a密封第一功率半导体元件20、导电导线35和树脂膜40。密封构件50a由热硬化树脂形成。热硬化树脂的第三拉伸弹性模量高于形成树脂膜40的树脂材料的第一拉伸弹性模量。
[0071]
热硬化树脂比树脂膜40和由凝胶形成的密封构件50(实施方式1)硬。因此，由热硬化树脂形成的密封构件50a(本实施方式)比树脂膜40和由凝胶形成的密封构件50(实施方式1)更强地约束导电导线35。能够防止由于热应力而在第一接合部30发生裂纹或者导电导线35从第一电极(第一前表面电极22)剥离。半导体模块1a的寿命变长，半导体模块1a具有被提高的可靠性。
[0072]
实施方式3。
[0073]
参照图6，说明实施方式3的半导体模块1b。本实施方式的半导体模块1b具备与实施方式1的半导体模块1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
[0074]
如图6所示，在第一功率半导体元件20的第一前表面电极22的表面22a或导电导线35的表面35a的至少一个形成有粗糙面43。特定地，粗糙面43设置在第一功率半导体元件20的第一前表面电极22的表面22a和导电导线35的表面35a这两方。粗糙面43可以连接到第一接合部30的端部30a、30b。虽然未图示，但是可以在第二功率半导体元件25的第二前表面电极27的表面27a或导电导线35的表面35a的至少一个还形成粗糙面43。特定地，粗糙面43可以设置在第二功率半导体元件25的第二前表面电极27的表面27a和导电导线35的表面35a这两方。粗糙面43可以连接到第二接合部31的端部31a、31b。树脂膜40形成在粗糙面43之上。
[0075]
本实施方式的半导体模块1b除了实施方式1的半导体模块1的效果，还具有以下的效果。
[0076]
在本实施方式的半导体模块1b中，在第一功率半导体元件20的第一电极(第一前表面电极22)的第一表面(表面22a)或导电导线35的第二表面(表面35a)的至少一个形成有粗糙面43。树脂膜40形成在粗糙面43之上。因此，能够防止树脂膜40从第一功率半导体元件20的第一电极(第一前表面电极22)的第一表面(表面22a)或导电导线35的第二表面(表面35a)的至少一个剥离。半导体模块1b的功率循环寿命变长，半导体模块1b具有被提高的可靠性。
[0077]
实施方式4。
[0078]
参照图7，说明实施方式4的半导体模块1c。本实施方式的半导体模块1c具备与实
施方式1的半导体模块1同样的结构并且具备同样的效果，但是主要在半导体模块的类型方面不同。具体地，半导体模块1c是传递模塑类型的半导体模块。密封构件50使用传递模塑法形成。
[0079]
代替绝缘电路基板10和底板46(参照图1)，半导体模块1c具备散热器55、绝缘板56和散热片57。代替第一电极端子32和第二电极端子33(参照图1)，半导体模块1c具备第一引线端子32c和第二引线端子33c。半导体模块1c还具备导电导线37。
[0080]
第一功率半导体元件20和第二功率半导体元件25固定在散热器55的正面。例如，第一功率半导体元件20和第二功率半导体元件25使用焊料或金属纳米粒子烧结体那样的导电接合构件接合到散热器55的正面。散热器55使从第一功率半导体元件20和第二功率半导体元件25发生的热扩散。散热器55例如由铜、铝或石墨那样的具有高热导率的材料形成。
[0081]
在散热器55的背面，经由绝缘板56，设置有散热片57。散热片57例如由铜或铝那样的金属、或者铝-碳化硅合金(alsic)或铜-钼合金(cumo)那样的合金形成。
[0082]
绝缘板56将散热器55从散热片57电绝缘。绝缘板56使从第一功率半导体元件20和第二功率半导体元件25发生并且传至散热器55的热传至散热片57。绝缘板56例如由氮化硅(si3n4)、氮化铝(aln)、氧化铝(al2o3)或含锆(zr)氧化铝那样的陶瓷材料形成。
[0083]
绝缘板56例如可以是分散有粉体的树脂绝缘板。粉体可以具有比构成树脂绝缘板的母材的树脂更高的热导率。粉体例如可以是由氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)、氮化铝(aln)、氮化硼(bn)或氮化硅(si3n4)那样的陶瓷形成的陶瓷粉体。粉体也可以由金刚石(c)、碳化硅(sic)或氧化硼(b2o3)等形成。粉体例如也可以是硅酮树脂或丙烯酸树脂那样的树脂制的粉体。树脂绝缘板的母材例如是环氧树脂、聚酰亚胺树脂、硅酮树脂或丙烯酸树脂。
[0084]
在半导体模块1c中，导电导线35接合到第一功率半导体元件20的第一前表面电极22和第二功率半导体元件25的第二前表面电极27，但是不接合到第一引线端子32c。导电导线36接合到第一功率半导体元件20的第一前表面电极22和第二引线端子33c。导电导线37接合到第二功率半导体元件25的第二前表面电极27和第一引线端子32c。
[0085]
树脂膜40不仅形成在导电导线35、36上，还形成在导电导线37之上。具体地，树脂膜40连续地形成于导电导线36的长度方向上的第一前表面电极22和导电导线36之间的接合部的端部的至少一个、第一前表面电极22的表面和导电导线36的表面。树脂膜40连续地形成于导电导线36的长度方向上的第一引线端子32c和导电导线36之间的接合部的端部的至少一个、第一引线端子32c的表面和导电导线36的表面。树脂膜40连续地形成于导电导线37的长度方向上的第二前表面电极27和导电导线37之间的接合部的端部的至少一个、第二前表面电极27的表面和导电导线37的表面。树脂膜40连续地形成于导电导线37的长度方向上的第二引线端子33c和导电导线37之间的接合部的端部的至少一个、第二引线端子33c的表面和导电导线37的表面。树脂膜40也可以形成在导电导线37的整体。
[0086]
实施方式5。
[0087]
本实施方式将上述实施方式至实施方式4的半导体模块1、1a、1b、1c的任意半导体模块应用于电力变换装置。本公开不限定于特定的电力变换装置，然而以下作为实施方式5，说明将本公开的半导体模块1、1a、1b、1c的任意半导体模块应用于三相逆变器的情况。
[0088]
图8所示的电力变换系统包括电源100、电力变换装置200和负载300。电源100是直流电源，对电力变换装置200提供直流电力。电源100无特别限定，但是例如可以包括直流系
统、太阳能电池或蓄电池，也可以包括连接到交流系统的整流电路、ac/dc转换器。电源100也可以包括将从直流系统输出的直流电力变换成另外的直流电力的dc/dc转换器。
[0089]
电力变换装置200是在电源100和负载300之间连接的三相逆变器，将从电源100提供的直流电力变换为交流电力，向负载300提供交流电力。电力变换装置200如图8所示具备将直流电力变换为交流电力并输出的主变换电路201以及将控制主变换电路201的控制信号向主变换电路201输出的控制电路203。
[0090]
负载300是通过从电力变换装置200提供的交流电力驱动的三相电动机。另外，负载300不限于特定的用途，是装载于各种电气设备的电动机，例如用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁道车辆、电梯或空调设备的电动机。
[0091]
以下，详细说明电力变换装置200。主变换电路201具备开关元件(未图示)和续流二极管(未图示)。开关元件对从电源100提供的电压进行开关，由此主变换电路201将从电源100提供的直流电力变换为交流电力，并提供给负载300。主变换电路201的具体的电路结构有各种结构，但是本实施方式的主变换电路201是2电平三相全桥电路，能够包括6个开关元件和与各个开关元件反并联连接的6个续流二极管。主变换电路201的各个开关元件和各个续流二极管的至少某一个是在与上述的实施方式1至实施方式4的任意实施方式的半导体模块1、1a、1b、1c相当的半导体模块202中包含的开关元件或续流二极管。关于6个开关元件，每2个开关元件串联连接来构成上下臂，各上下臂构成全桥电路的各相(u相、v相、w相)。然后，各上下臂的输出端子即主变换电路201的3个输出端子连接到负载300。
[0092]
另外，主变换电路201具备驱动各个开关元件的驱动电路(未图示)。驱动电路可以内置于半导体模块202，也可以与半导体模块202单独地设置。驱动电路生成驱动主变换电路201包含的开关元件的驱动信号，并向主变换电路201的开关元件的控制电极提供驱动信号。具体地，根据来自控制电路203的控制信号，将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为截止状态的驱动信号输出到各个开关元件的控制电极。在将开关元件维持在导通状态的情况下，驱动信号是开关元件的阈值电压以上的电压信号(导通信号)，在将开关元件维持在截止状态的情况下，驱动信号成为开关元件的阈值电压以下的电压信号(截止信号)。
[0093]
控制电路203控制主变换电路201的开关元件，以向负载300提供期望的电力。具体地，基于应向负载300提供的电力，计算出主变换电路201的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压来调制开关元件的导通时间的脉宽调制(pwm)控制，控制主变换电路201。然后，对主变换电路201所具备的驱动电路输出控制指令(控制信号)，以对在各时间点应成为导通状态的开关元件输出导通信号，向应成为截止状态的开关元件输出截止信号。驱动电路根据该控制信号，向各开关元件的控制电极输出导通信号或截止信号作为驱动信号。
[0094]
在本实施方式的电力变换装置200中，作为构成主变换电路201的半导体模块202，应用实施方式1至实施方式4的半导体模块1、1a、1b、1c的任意半导体模块。因此，本实施方式的电力变换装置200能够实现被提高的可靠性。
[0095]
在本实施方式中，说明了对2电平三相逆变器应用本公开的例子，但是不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，设为2电平电力变换装置，但是也可以是3电平电力变换装置，还可以是多电平电力变换装置。在电力变换装置对单相负载提供电力
的情况下，也可以对单相逆变器应用本公开。在电力变换装置对直流负载等提供电力的情况下，也能够对dc/dc转换器、ac/dc转换器应用本公开。
[0096]
应用了本公开的电力变换装置不限定于负载是电动机的情况，例如也能够用作放电加工机或激光加工机的电源装置、或者感应加热烹调器或非接触供电系统的电源装置。应用本公开的电力变换装置也能够用作太阳能发电系统或蓄电系统等的功率调节器。