專利名稱：半導體模塊和半導體模塊的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體模塊和半導體模塊的制造方法，特別涉及搭載 有功率半導體元件的半導體模塊和半導體模塊的制造方法。
背景技術：
在逆變器裝置、不停電電源裝置、工作機器、產(chǎn)業(yè)用機器人等中， 與其本體裝置獨立地使用半導體模塊。該半導體模塊的主流結(jié)構是將具有規(guī)定厚度的金屬基板作為基 體，在金屬基板上搭載有功率半導體元件的封裝型的結(jié)構(例如，參照專利文獻l)。例如，圖7是將金屬基板作為基體的半導體模塊的示 意圖。該半導體模塊100，將幾毫米厚的金屬基板101作為基體，在金屬 基板101上隔著焊料層102接合有金屬箔103。而且，在金屬箔103 的上面接合有絕緣板104，在絕緣板104的上面接合有金屬箔105、 106。 進一步，在金屬箔105、 106的上面隔著焊料層107、 108接合有半導 體元件109、 110。這里，半導體元件109、 110例如為IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極晶體管)元件，F(xiàn)WD (Free Wheeling Diode:高速二極管)元件等。進一步，在半導體元件109、 110的上 面隔著焊料層lll、 U2接合有散熱體113、 114。而且，以包圍半導體 元件109、 110等的方式，從金屬基板101的上端邊緣部起固定有成形 的樹脂盒115。另外，雖然沒有圖示，在半導體元件109、 110的周圍配設有金屬 導線、引線框等，例如，半導體元件109、 110的電極和形成于絕緣板 104上的電路圖案電連接，或者，半導體元件109、 110的電極之間電連接。進一步，在樹脂盒115內(nèi)部，為了防止金屬導線等的接觸、保護 半導體元件109、 110等不受水分、濕氣、塵埃的影響，以由硅酮類材料構成的凝膠116密封。而且，在半導體模塊100的下方設置冷卻體130，使螺栓等通過設 置于樹脂盒115和金屬基板101上的孔部117，通過螺栓等的緊固使金 屬基板101緊貼在冷卻體130上。此外，因為存在因螺栓等的緊固導致孔部117附近的樹脂盒115 發(fā)生破損的情況，所以為了防止該情況，在樹脂盒115的孔部117內(nèi) 設置有增強用的金屬環(huán)118。但是，因為這種半導體模塊100以較厚的金屬基板101為基體， 所以不能夠?qū)崿F(xiàn)半導體模塊的輕量化或小型化。因此，最近，公開有不以金屬基板101為基體的小型尺寸的半導 體模塊(例如，參照非專利文獻l)。圖8是不使用金屬基板的半導體模塊的示意圖。該半導體模塊200以絕緣板104、形成于絕緣板104的下表面的金 屬箔103、和形成于絕緣板104的上表面的金屬箔105、 106為基體。 而且，在金屬箔105、 106上隔著焊料層107、 108接合有半導體元件 109、 110。并且，在這種類型的半導體模塊200中，從絕緣板104的 上端邊緣部起以包圍半導體元件109、 IIO等的方式固定有成形的樹脂 盒115。并且，在樹脂盒115內(nèi)，同樣，以由硅酮類材料構成的凝膠 116密封。根據(jù)這種半導體模塊200，因為不以較厚的金屬基板作為基體，所 以能夠?qū)崿F(xiàn)半導體模塊的輕量化、小型化，進一步，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本 化。另外，在這種類型的半導體模塊200中，因為不存在金屬基板， 所以在樹脂盒115的側(cè)部另外設置有用于安裝的金屬鉤119。而且，使 螺栓等貫通進入金屬鉤119中，通過螺栓等的緊固將半導體模塊200 固定在冷卻體130上。但是，在圖8所示的半導體模塊200的結(jié)構中，作為樹脂盒115 內(nèi)的密封材料，使用由硅酮類材料構成的軟質(zhì)的凝膠116。當利用螺栓將由這種凝膠116密封的半導體模塊200牢固地緊固 在冷卻體130上時，存在在半導體模塊200內(nèi)的絕緣板104中發(fā)生過 剩的應力，使得絕緣板104破損的情況。即，因為凝膠116為軟質(zhì)，所以不能夠抑制絕緣板104的變形(歪曲)，從而導致這種絕緣板104的破損。為了避免上述情況，必須在不使絕緣板104破損的程度的情況下， 將半導體模塊200緊固在冷卻體130上。因此，在半導體模塊200的 結(jié)構中，存在不能使金屬箔103牢固地緊貼在冷卻體130上，從而不 能得到充分的冷卻效果的問題。進一步，在半導體模塊200中，每當使半導體元件109、 110動作 時均會發(fā)熱，由于該熱也使絕緣板104變形。因此，存在下述問題， 當長時間地使用半導體模塊200時，由于反復使絕緣板104變形，從 而使得半導體元件109、 110下面的焊料層107、 108剝離。另外，在半導體模塊200中，為了確保絕緣板104的機械強度， 要使其厚度較厚(例如，約0.6mmt以上)。但是，在使用這種厚度較厚的絕緣板104的半導體模塊200中， 存在以下問題，因從半導體元件109、 110的下表面到冷卻體130的熱 傳導率有限度，所以不能夠?qū)⒏吖β实陌雽w元件組裝到半導體模 塊200內(nèi)。并且，在半導體模塊200的結(jié)構中，必須另外將安裝用的金屬鉤 119安裝在樹脂盒115上，因此在制造上耗費勞力和時間。 專利文獻l:日本特開2003-289130號公報非專利文獻l:小松，早乙女，井川，"小容量IGBT模塊"，富士 時報Vo1.78， No.4， 2005， R260 26
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，本發(fā)明的目的是提供一種能夠 實現(xiàn)搭載有功率半導體元件的半導體模塊的輕量化、小型化、低成本 化，同時具有充分的冷卻效果且能夠搭載更高功率的半導體元件的半 導體模塊和半導體模塊的制造方法。在本發(fā)明中，為了解決上述問題，提供一種半導體模塊，該半導 體模塊的特征在于，包括絕緣板；接合于上述絕緣板的第一主面的 第一金屬箔；接合于上述絕緣板的第二主面的至少一個第二金屬箔； 接合于上述第二金屬箔上的至少一個半導體元件；在上述第一金屬箔的下表面的上側(cè)包圍上述第一金屬箔、上述絕緣板、上述第二金屬箔 和上述半導體元件的樹脂盒；和填充在上述樹脂盒的內(nèi)表面與上述第一金屬箔的外周端面、以及上述絕緣板、上述第二金屬箔和上述半導 體元件的各自的外表面的一部分之間的樹脂，由上述第一金屬箔的下 表面和從上述樹脂盒露出的上述樹脂形成有能夠與外部接合體緊貼的 平坦面。另外，在本發(fā)明中，提供一種半導體模塊的制造方法，該半導體 模塊的制造方法的特征在于，具有準備具有絕緣板、接合于上述絕 緣板的第一主面的第一金屬箔、和接合于上述絕緣板的第二主面的至 少一個第二金屬箔的基板的工序；在上述第二金屬箔上安裝至少一個 半導體元件的工序；將在上述第一金屬箔的下表面的上側(cè)包圍上述第一金屬箔、上述絕緣板、上述第二金屬箔和上述半導體元件的樹脂盒載置在上述基板上的工序；使糊劑狀的樹脂流入到上述樹脂盒的內(nèi)表 面與上述第一金屬箔的外周端面、以及上述絕緣板、上述第二金屬箔 和上述半導體元件的各自的外表面的一部分之間的工序；和使流入的 上述樹脂熱固化的工序，由上述第一金屬箔的下表面和從上述樹脂盒 露出的上述樹脂形成能夠與外部接合體緊貼的平坦面。根據(jù)上述半導體模塊和半導體模塊的制造方法，在絕緣板的第一 主面上接合第一金屬箔，在絕緣板的第二主面上接合至少一個第二金 屬箔，在第二金屬箔上接合至少一個半導體元件。而且，第一金屬箔、 絕緣板、第二金屬箔和上述半導體元件在第一金屬箔的下表面的上側(cè) 被樹脂盒包圍，在樹脂盒的內(nèi)表面與第一金屬箔的外周端面、以及絕 緣板、第二金屬箔和半導體元件的各自的外表面的一部分之間填充樹 脂。而且，由第一金屬箔的下表面和從樹脂盒露出的樹脂，形成能夠 與外部接合體緊貼的平坦面。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，在半導體模塊和半導體模塊的制造方法中，在絕緣 板的第一主面上接合有第一金屬箔，在絕緣板的第二主面上接合有至 少一個第二金屬箔，在第二金屬箔上接合有至少一個半導體元件。而 且，在第一金屬箔的下表面的上側(cè)以樹脂盒包圍第一金屬箔、絕緣板、 第二金屬箔和上述半導體元件，在樹脂盒的內(nèi)表面與第一金屬箔的外周端面、以及絕緣板、第二金屬箔和半導體元件的各自的外表面的一 部分之間填充有樹脂。而且，由第一金屬箔的下表面和從樹脂盒露出 的樹脂，形成有能夠與外部接合體緊貼的平坦面。由此，能夠提供能夠?qū)崿F(xiàn)搭載有功率半導體元件的半導體模塊的 輕量化、小型化、低成本化，同時具有充分的冷卻效果且能夠搭載更 高功率的半導體元件的半導體模塊和半導體模塊的制造方法。


圖1是用于說明半導體模塊的結(jié)構的主要部位的示意圖。圖2是用于說明半導體模塊的制造方法的一個工序的圖(其一)。圖3是用于說明半導體模塊的制造方法的一個工序的圖(其二)。圖4是用于說明半導體模塊的制造方法的一個工序的圖(其三)圖5是用于說明歪曲成凸狀的基板的結(jié)構的圖。圖6是用于說明半導體模塊的變形例的主要部位的截面示意圖。圖7是以金屬基板作為基體的半導體模塊的示意圖。圖8是不使用金屬基板的半導體模塊的示意圖。符號的說明1、 2半導體模塊10絕緣板11、12金屬箔lla下表面13、17焊料層14、15半導體元件16散熱體18金屬導線20樹脂盒20a緊固部20b樹脂流入口20c蓋部20d外框部20e抵接面20f突起部21孔部22平坦面23引線框30、31環(huán)氧30a外表面40冷卻體50基板51嵌合體60下夾具60a內(nèi)表面61上夾具61a突起部具體實施方式
下面，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。 首先，說明半導體模塊的結(jié)構。圖1是用于說明半導體模塊的結(jié)構的主要部位的示意圖。這里，在圖(A)中表示半導體模塊l的主要部位的上表面示意圖，在圖(B) 中表示半導體模塊l的主要部位的截面示意圖。另外，在圖(C)中表 示半導體模塊1的主要部位的下表面示意圖。另夕卜，在圖(B)中表示圖(A)和圖(C)的A-B位置的截面圖。 進一步，在圖(A)和圖(B)中，圖示在半導體模塊1的下表面接合 有作為外部接合體的冷卻體40 (冷卻用散熱片)的狀態(tài)。但是，在圖 (C)中，為了清楚地表示半導體模塊1的下表面，沒有圖示冷卻體 40。圖示的半導體模塊l，將矩形形狀的絕緣板io、在絕緣板IO的下 表面以DCB (Direct Copper Bonding:直接銅焊接)法形成的金屬箔 11、和在絕緣板10的上表面以同樣的DCB法形成的至少一個金屬箔 12 (在圖1中，形成有2個金屬箔12)作為搭載元件用的基板，在金屬箔12的上表面隔著錫(Sn)-銀(Ag)類的無鉛焊料層13接合有至 少一個半導體元件14、 15。這里，絕緣板10，例如，由氧化鋁(A1203) 燒結(jié)體陶瓷構成，金屬箔11、 12由以銅(Cu)為主要成分的金屬構成。 另外，半導體元件M、 15，例如，相當于IGBT元件、FWD元件、功 率MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金屬氧 化物半導體場效應晶體管)等功率半導體元件。另外，以銅為主成分的散熱體16隔著相同成分的焊料層17分別 接合在配設于半導體元件14、 15的上表面的表面電極(未圖示)上。此外，在半導體模塊l中，為了縮短從半導體元件14、 15的下表 面到冷卻體40上表面的散熱路徑，使用厚度約為0.35mmt以下的絕緣 板作為絕緣板10。而且，接合在絕緣板10的主面上的金屬箔11、 12 的厚度比圖7、8所示的金屬箔103、105、106更厚，例如為0.5 0.6mm。另外，在圖1中，雖然沒有特別地圖示，但是在絕緣板10上搭載 有半導體元件14、 15以外的多個半導體元件(例如，IGBT元件、FWD 元件、功率MOSFET等)，進一步，在絕緣板10上，除金屬箔12以 外，還設置有多個電極端子等。而且，在半導體元件14、 15的周圍， 設置有金屬導線、引線框等，例如，半導體元件14、 15的電極與各金 屬箔之間，或者，半導體元件14、 15的電極之間通過金屬導線電連接。另外，在半導體模塊l中，從金屬箔ll的下表面lla起，在其上 側(cè)以包圍金屬箔11、絕緣板10、金屬箔12、半導體元件14、 15和散 熱體16的方式形成有樹脂盒20。這里，樹脂盒20的材料，例如為PPS (Polyphenylene Sulfide:聚 硫化苯)。而且，在樹脂盒20的側(cè)部，以能夠在冷卻體40上安裝半導 體模塊1的方式設置有固定螺栓用的緊固部20a。該緊固部20a具有與 樹脂盒20 —體地成形且從樹脂盒20的側(cè)面延伸出來的結(jié)構。另外，在樹脂盒20的內(nèi)表面與金屬箔11的外周端面、以及絕緣 板10、金屬箔12、半導體元件14、 15和散熱體16的各自的外表面的 一部分之間，填充(密封)有剛性較高的環(huán)氧樹脂30。但是，金屬箔 11的下表面從環(huán)氧樹脂30顯現(xiàn)出來。這種環(huán)氧樹脂30，從設置在樹脂盒20的上表面中心部的樹脂流入 口20b流入，密封半導體元件14、 15和絕緣板10等(后述)。而且，環(huán)氧樹脂30以進入到緊固部20a內(nèi)部的方式填充。并且，在緊固部20a 和填充在緊固部20a內(nèi)的環(huán)氧樹脂30上，貫通、形成有螺栓等的螺絲 部能夠通過的孔部21。而且，環(huán)氧樹脂30填充至與金屬箔11的下表面lla相同的高度。 而且，由環(huán)氧樹脂30從樹脂盒20露出的外表面30a和金屬箔11的下 表面11a形成有寬廣的平坦面22。 g卩，將環(huán)氧樹脂30的外表面30a和 金屬箔11的下表面11a合在一起而形成的平坦面22成為半導體模塊1 的底面。通過設置這種平坦面22，半導體模塊1能夠在底面與冷卻體 40牢固地緊貼在一起。其中，在上述的環(huán)氧樹脂30中，雖然含有無機 填充物，但沒有特別地將其圖示出來。另外，在半導體模塊l中，調(diào)整環(huán)氧樹脂30的熱膨脹系數(shù)，盡可 能使之與金屬箔ll、 12的熱膨脹系數(shù)匹配。例如，由銅構成的金屬箔 11、 12的熱膨脹系數(shù)約為16.5ppm/K，而填充在樹脂盒20內(nèi)的環(huán)氧樹 脂30的熱膨脹系數(shù)約為15ppm/K。由此，例如，即使在半導體模塊l 動作時金屬箔ll、 12發(fā)生伸縮，因為熱膨脹系數(shù)匹配，所以在絕緣板 10或半導體元件14、 15中不會產(chǎn)生局部的應力。另外，作為現(xiàn)有的密封材料而使用的硅酮類凝膠的熱傳導率約為 0.3W/mK，與此相對，填充在該樹脂盒20內(nèi)的環(huán)氧樹脂30的熱傳導 率調(diào)節(jié)為約1W/mK。因此，在半導體模塊1中，從半導體元件14、 15 發(fā)出的熱從冷卻體40側(cè)散熱的同時，也從環(huán)氧樹脂30側(cè)散熱。結(jié)果 是，半導體元件14、 15的發(fā)熱向半導體模塊1的上方和橫方向分散， 半導體模塊1具有較高的冷卻效果。而且，通過使螺栓等通過孔部21，使螺栓與冷卻體40緊固，從而 實現(xiàn)半導體模塊1和冷卻體40的接合。此外，為了進一步促進冷卻效果，也可以在半導體模塊1的底面 和冷卻體40的上表面之間涂敷熱混合物(未圖示)。根據(jù)這種半導體模塊1的結(jié)構，絕緣板10、金屬箔11、 12和半導 體元件14、 15的各自的外表面形成為由剛性較高的環(huán)氧樹脂30襯里 的結(jié)構。具體而言，在樹脂盒20的內(nèi)表面與金屬箔11的外周端面，以及 絕緣板10、金屬箔12和半導體元件14、 15的各個外周面的一部分之間填充有剛性較高的環(huán)氧樹脂30。而且，在環(huán)氧樹脂30從樹脂盒20 露出的外表面30a和金屬箔11的下表面lla上，形成有寬廣的平坦面 22。進一步，該平坦面22與冷卻體40的上表面抵接。另外，與樹脂盒20 —體地成形的緊固部20a從樹脂盒20的側(cè)面 延伸出，即使在緊固部20a內(nèi)部，也填充有剛性較高的環(huán)氧樹脂30。此外，根據(jù)這種半導體模塊1的結(jié)構，使螺栓等通過設置在樹脂 盒20的側(cè)部的孔部21，能夠利用螺栓等將整個半導體模塊1牢固地緊 貼在冷卻體40上。而且，通過這種牢固的緊貼，能夠?qū)⑵教姑?2和 冷卻體40的上表面牢固地緊貼在一起。結(jié)果是，半導體模塊1確保有 較高的冷卻效果。另外，因為半導體模塊1形成有寬廣的平坦面22，所以即使通過 螺栓等將整個半導體模塊1牢固地緊貼在冷卻體40上，其接觸壓也能 夠均勻地分散在平坦面22上。由此，即使通過螺栓等將整個半導體模 塊1牢固地緊固在冷卻體40上，在絕緣板10內(nèi)也不會產(chǎn)生局部的應 力，能夠抑制絕緣板10的變形，防止絕緣板10的破損。另外，即使在半導體元件14、 15的動作中產(chǎn)生的熱有使絕緣板10 變形的趨勢，如上述那樣，因為在絕緣板10內(nèi)產(chǎn)生的應力被分散到環(huán) 氧樹脂30中，所以能夠抑制半導體元件14、 15動作中的絕緣板10的 變形，能夠防止絕緣板IO的破損。進一步，因為能夠抑制絕緣板10的變形，所以也能夠防止半導體 元件14、 15下方的焊料層13剝離等。而且，在緊固部20a內(nèi)填充有剛性較高的環(huán)氧樹脂30，能夠增強 其強度。因此，即使使螺栓等直接通過孔部21，進行牢固地緊固，緊 固部20a也不會破損。由此，在孔部21內(nèi)，沒有必要設置如圖7所示 那樣的增強用的金屬環(huán)118。另外，在半導體模塊1中，不如圖7所示的半導體模塊200那樣 使用較厚的金屬基板101。結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)半導體模塊的輕量化、小 型化和低成本化。另外，在半導體模塊1中，使用比圖8所示的半導體模塊200中 的板厚更薄的絕緣板IO，還使用厚度較厚的金屬箔ll、 12。因此，半 導體模塊1確保比半導體模塊200更高的冷卻效果。結(jié)果是，在半導體模塊1中，半導體元件14、 15能夠更穩(wěn)定地動作。另外，因為半導體模塊l提高了冷卻效果，所以與半導體模塊200 相比，能夠搭載更高功率的半導體元件。具體而言，利用由逆變(inverter)部、整流(converter)部和制 動部以電路的方式構成的PIM (Power Integrated Module:功率集成模 塊)結(jié)構、和在1個組件(package)中容納有構成逆變電路的6組IGBT 和FWD的并聯(lián)連接電路的結(jié)構(6inl結(jié)構)進行比較，在半導體模塊 200的結(jié)構中，當采用PIM結(jié)構時，能夠搭載在1200V的條件下額定 電流直到15A的種類的半導體元件，當采用6inl結(jié)構時，能夠搭載在 1200V的條件下額定電流直到35A的種類的半導體元件，與此相對， 在半導體模塊1的結(jié)構中，當采用PIM結(jié)構時，能夠搭載在1200V的 條件下額定電流直到35A的種類的半導體元件，當采用6inl結(jié)構時， 能夠搭載在1200V的條件下額定電流直到50A的種類的半導體元件。而且，在半導體模塊l中，因為在樹脂盒20的側(cè)部設置有剛性較 高的孔部21，所以沒有必要如圖8所示的半導體模塊200那樣，另外 設置保護用的金屬鉤119。結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)半導體模塊的制造工序的 縮短化、低成本化。接著，說明半導體模塊1的制造方法。在以下的圖中，對于與圖1 相同的部件附與相同的標號，并省略其詳細說明。圖2是用來說明半導體模塊的制造方法的一個工序的圖。首先，如下圖所示，準備基板50，在其絕緣板IO上通過DCB法 接合有至少一個金屬箔12。然后，在各金屬箔12上隔著焊料層(未圖 示)安裝至少一個半導體元件14、 15。這里，金屬箔12的材料例如以 銅為主要成分，其厚度例如為0.5 0.6mm。然后，在各半導體元件14、 15的主電極上隔著焊料層(未圖示)接合散熱體16。進一步，以金屬 導線18將各散熱體16和各金屬箔12之間電連接。其中，在構成基板50的絕緣板10的下表面上，雖然通過DCB法 接合有被圖案形成(pattering)的金屬箔(厚度0.5 0.6mm，材料 銅)，但是，該金屬箔在圖中沒有被圖示。另外，在上圖中，表示有構成樹脂盒20的上蓋的蓋部20c。在該 蓋部20c上配置有多個外部連接端子用的引線框23，其中的至少一個相對于蓋部20c的主面在大致垂直方向上貫通。然后，在進行蓋部20c與基板50的對位后，使蓋部20c向箭形符 號方向移動，從基板50的上方將蓋部20c載置在基板50上。圖3是用于說明半導體模塊的制造方法的一個工序的圖。如下圖所示，將蓋部20c載置在基板50上后，使得多個引線框23 和基板50上的多個金屬箔12接觸。然后，對接觸的部分進行焊接， 使各個引線框23與各個金屬箔12電連接。并且，通過使引線框23和 各個金屬箔12接合，使得蓋部20c固定在基板50上。接著，如上圖所示，使構成樹脂盒20的大部分的外框部20d位于 基板50和蓋部20c的上方。如上述所述，在該外框部20d上，在其側(cè) 部整體形成并加工有緊固部20a。然后，朝箭形符號方向，使外框部20d向基板50的方向移動，從 基板50和蓋部20c的上方嵌合外框部20d。圖4是用于說明半導體模塊的制造方法的一個工序的圖。在上圖中，表示在基板50和蓋部20c上嵌合有外框部20d的狀態(tài)。 在該狀態(tài)下，在接合于絕緣板10的下表面的未圖示的金屬箔的下表面 的上側(cè)樹脂盒20 (蓋部20c、外框部20d)包圍該金屬箔、絕緣板IO、 金屬箔12、半導體元件14、 15和散熱體16。然后，如下圖所示，將該嵌合體51夾持在成形用的下夾具60、上 夾具61內(nèi)，從設置在蓋部20c中央部的樹脂流入口 20b流入熱固化性 類型的環(huán)氧樹脂31。在該階段，環(huán)氧樹脂31為糊劑狀。這里，當從樹脂流入口 20b流入環(huán)氧樹脂31時，環(huán)氧樹脂31除 了進入到樹脂盒20的內(nèi)表面與金屬箔11的外周端面、以及絕緣板10、 金屬箔12、半導體元件14、 15和散熱體16的各自的外表面的一部分 之間外，還填充到緊固部20a的內(nèi)部。其中，如該圖所示，嵌合體51 的下部與下夾具60抵接的內(nèi)表面60a成為比嵌合體51的寬度更大的 平坦面。然后，在使糊劑狀的環(huán)氧樹脂31完全流入到樹脂盒20內(nèi)后，在 環(huán)氧樹脂31的固化溫度下對嵌合體51加熱規(guī)定的時間。通過這種加熱處理，流入到樹脂盒20內(nèi)部的環(huán)氧樹脂31固化， 于是圖1所示的剛性較高的環(huán)氧樹脂30被密封在樹脂盒20的內(nèi)表面與半導體元件14、 15、絕緣板IO、金屬箔ll、 12和散熱體16的各個外表面的一部分之間。而且，因為下夾具60與嵌合體51抵接的內(nèi)表面是平坦面，所以 由金屬箔11的主面和從樹脂盒20露出的環(huán)氧樹脂31形成平坦的寬廣 的底面。此外，在環(huán)氧樹脂31的填充中，將設置在上夾具61上的圓柱狀 的突起部61a插入預先形成于緊固部20a的孔中，使突起部61a的前端 和下夾具60接觸。由此，環(huán)氧樹脂31不進入突起部61a所處的部位， 在環(huán)氧樹脂31固化后，形成圖1所示的孔部21。通過這種制造工序，完成圖l所示的半導體模塊l?？墒?，對于金屬箔11也可以采用以下結(jié)構，使金屬箔11的底面 成為向下側(cè)凸出的形狀。例如，如圖4所示的那樣，對于上夾具61與樹脂盒20的最上端 抵接的抵接面20e，調(diào)整對上夾具61的抵接面20e的按壓力，同時將 環(huán)氧樹脂31填充到樹脂盒20內(nèi)。即，調(diào)整對上夾具61的抵接面20e 的按壓力，使整個嵌合體51歪曲，同時填充環(huán)氧樹脂31，通過熱處理 使環(huán)氧樹脂31固化。在圖5中表示以上述方法制作的基板50的狀態(tài)。圖5是用于說明歪曲成凸狀的基板的結(jié)構的圖。在該圖中，只表 示由金屬箔ll、 12、絕緣板10構成的基板50，省略除此以外的部件， 例如半導體元件14、 15等。如上所述，強制地歪曲整個嵌合體51，同時注入環(huán)氧樹脂31并使 之固化，由此，在下側(cè)形成凸狀的金屬箔11。其中，彎曲的程度為金 屬箔11外端距離與金屬箔11的中心部相接的水平面約0 100pm。在將具有這種凸狀的金屬箔11的半導體模塊1載置在冷卻體40 上之后，只使金屬箔11的中心部附近和冷卻體40接觸?？墒牵饘?箔11具有作為金屬的彈性。因此，使螺栓等通過配置在半導體模塊1 的側(cè)部的孔部21，從該側(cè)部將半導體模塊1緊固在冷卻體40上，由此， 金屬箔11和冷卻體40的接觸面從中心部逐漸擴大到外側(cè)，最終使金 屬箔11的整個面牢固地緊貼在冷卻體40上。假定，如果金屬箔ll的下表面變形成為凹狀，則即使利用螺栓等進行緊固，金屬箔11的中心部也不與冷卻體40接觸。通過將這種凸狀的金屬箔11搭載在半導體模塊1上，金屬箔11 和冷卻體40牢固地緊貼在一起，能夠更加促進半導體模塊1的冷卻效果。最后，說明半導體模塊1的結(jié)構的變形例。圖6是用于說明半導體模塊的變形例的主要部位的截面示意圖。 在該圖所示的半導體模塊2中，為了利用錨固效應(anchor effect) 更牢固地使樹脂盒20和環(huán)氧樹脂30緊貼在一起，在樹脂盒20的內(nèi)表 面設置有至少一個突起部20f。該突起部20f被與樹脂盒20整體成形并加工。由此，即使在樹脂盒20和環(huán)氧樹脂30的熱膨脹系數(shù)上存在某種 程度的差別，通過突起部20f的錨固效應，也能夠可靠地使樹脂盒20 和環(huán)氧樹脂30緊貼在一起。例如，由于半導體元件14、 15的動作， 樹脂盒20和環(huán)氧樹脂30被加熱，即使在樹脂盒20和環(huán)氧樹脂30的 伸縮上產(chǎn)生差別，由于該錨固效應，也不會在樹脂盒20和環(huán)氧樹脂30 的界面上產(chǎn)生偏離。并且，也不會在樹脂盒20和環(huán)氧樹脂30的界面 處發(fā)生剝離。此外，在上述實施方式中，對半導體模塊1、 2具有散熱體16的 例子進行了說明，但不限于此。
權利要求
1.一種半導體模塊，其特征在于，包括絕緣板；接合于所述絕緣板的第一主面的第一金屬箔；接合于所述絕緣板的第二主面的至少一個第二金屬箔；接合于所述第二金屬箔上的至少一個半導體元件；在所述第一金屬箔的下表面的上側(cè)包圍所述第一金屬箔、所述絕緣板、所述第二金屬箔和所述半導體元件的樹脂盒；和填充在所述樹脂盒的內(nèi)表面與所述第一金屬箔的外周端面、以及所述絕緣板、所述第二金屬箔和所述半導體元件的各自的外表面的一部分之間的樹脂，由所述第一金屬箔的下表面和從所述樹脂盒露出的所述樹脂形成有能夠與外部接合體緊貼的平坦面。
2. 如權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于 在與所述樹脂盒整體地成形的緊固部內(nèi)填充有所述樹脂，在所述半導體模塊的側(cè)部設置有貫通所述緊固部和填充在所述緊固部內(nèi)的所 述樹脂的孔部。
3. 如權利要求1或2所述的半導體模塊，其特征在于 所述樹脂的主要成分是環(huán)氧樹脂。
4. 如權利要求1或2所述的半導體模塊，其特征在于 在所述樹脂盒的內(nèi)表面上至少形成有一個突起部。
5. 如權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于-所述第一金屬箔的主面歪曲成凸狀。
6. —種半導體模塊的制造方法，其特征在于，具有 準備具有絕緣板、接合于所述絕緣板的第一主面的第一金屬箔、和接合于所述絕緣板的第二主面的至少一個第二金屬箔的基板的工序；在所述第二金屬箔上安裝至少一個半導體元件的工序； 將在所述第一金屬箔的下表面的上側(cè)包圍所述第一金屬箔、所述絕緣板、所述第二金屬箔和所述半導體元件的樹脂盒載置在所述基板上的工序；使糊劑狀的樹脂流入到所述樹脂盒的內(nèi)表面與所述第一金屬箔的 外周端面、以及所述絕緣板、所述第二金屬箔和所述半導體元件的各 自的外表面的一部分之間的工序；和使流入的所述樹脂熱固化的工序，由所述第一金屬箔的下表面和從所述樹脂盒露出的所述樹脂形成 能夠與外部接合體緊貼的平坦面。
7.如權利要求6所述的半導體模塊的制造方法，其特征在于，具有當將所述樹脂盒載置在所述基板上時，將至少設置有一個引線框的所述樹脂盒的蓋部載置在所述基板 上，使所述引線框與所述第二金屬箔接觸的工序；使所述引線框與所述第二金屬箔電連接的工序；和 在載置有所述蓋部的所述基板上，載置所述樹脂盒的外框部的工
8.如權利要求6所述的半導體模塊的制造方法，其特征在于 在使所述樹脂熱固化后，使所述第一金屬箔的主面歪曲成凸狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體模塊和半導體模塊的制造方法，能夠提高半導體模塊的冷卻效果。在絕緣板(10)的下表面上接合金屬箔(11)，在絕緣板(10)的上表面上接合金屬箔(12)，在金屬箔(12)的上表面上接合半導體元件(14、15)。在金屬箔(11)的下表面的上側(cè)，以樹脂盒(20)包圍金屬箔(11)、絕緣板(10)、金屬箔(12)和半導體元件(14、15)，在樹脂盒(20)的內(nèi)表面與金屬箔(11)的外周端面、以及絕緣板(10)、金屬箔(12)和半導體元件(14、15)的各自的外表面的一部分之間填充有環(huán)氧樹脂(30)。而且，由金屬箔(11)的下表面和從樹脂盒(20)露出的環(huán)氧樹脂(30)形成能夠與冷卻體(40)緊貼的平坦面。
文檔編號H01L23/498GK101335263SQ20081009658
公開日2008年12月31日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者丸山力宏, 堀尾真史, 望月英司, 西澤龍男 申請人:富士電機電子技術株式會社