半導(dǎo)體模塊以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體模塊以及半導(dǎo)體裝置，例如涉及處理大電流的電力用途的半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，電力用途的半導(dǎo)體模塊不斷大容量化。由于大容量的半導(dǎo)體模塊的配線長度變長，因此寄生電感變大。如果使這樣的半導(dǎo)體模塊以通斷損耗小的較快通斷速度進(jìn)行動(dòng)作，則浪涌電壓會(huì)變大。因此，需要低電感的半導(dǎo)體模塊。在專利文獻(xiàn)I中，通過將2片絕緣基板重疊且使電流路徑平行地進(jìn)行配線而降低了電感。
[0003]專利文獻(xiàn)I:日本特開2013-45974號(hào)公報(bào)
[0004]通常，在電力用途的半導(dǎo)體模塊的使用方面，優(yōu)選使P電極和N電極統(tǒng)一地在相同方向從封裝體中引出。在專利文獻(xiàn)I中，為了將P電極和N電極統(tǒng)一，形成了N側(cè)(GND)從散熱器的正上方通過的結(jié)構(gòu)。另外，上橋臂的配線和AC電極等電位且由大于或等于2個(gè)部件所構(gòu)成。另外，下橋臂的配線和N電極同樣也等電位且由大于或等于2個(gè)部件所構(gòu)成。
[0005]如果構(gòu)成半導(dǎo)體模塊的部件個(gè)數(shù)變多，則組裝性由于制造工序數(shù)增加而變差。特別是，問題在于不適用于使大于或等于2個(gè)半導(dǎo)體元件進(jìn)行并聯(lián)而構(gòu)成的大容量產(chǎn)品。另夕卜，由于是將2片絕緣基板重疊的構(gòu)造，因此散熱性惡化也是問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種在實(shí)現(xiàn)低電感的同時(shí)提高組裝性和散熱性的半導(dǎo)體模塊以及半導(dǎo)體裝置。
[0007]本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體模塊具有:串聯(lián)連接的第1、第2半導(dǎo)體元件;絕緣基板;第I金屬圖案，其形成在所述絕緣基板的第I主面;第2金屬圖案，其形成在所述絕緣基板的第2主面?zhèn)?第I電極板;第2電極板；以及第3電極板，所述第1、第2半導(dǎo)體元件分別具有上表面電極和下表面電極，所述第I半導(dǎo)體元件的所述下表面電極與所述第I金屬圖案相接合，所述第I半導(dǎo)體元件的所述上表面電極與所述第I電極板相接合，所述第I金屬圖案與所述第3電極板相接合，所述第2半導(dǎo)體元件的所述上表面電極與所述第3電極板相接合，所述第2半導(dǎo)體元件的所述下表面電極與所述第2金屬圖案電連接，所述第2金屬圖案與所述第2電極板相接合，所述第I電極板的一端和所述第2電極板的一端在相同側(cè)引出。
[0008]發(fā)明的效果
[0009]在本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體模塊中，可以使AC電極和N電極的配線分別作為單一的第3電極板、單一的第I電極板而構(gòu)成。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)AC電極、N電極的配線長度的縮短和配線的簡化。從而，可以削減構(gòu)成半導(dǎo)體模塊的部件個(gè)數(shù)。
[0010]另外，通過使第1、第3電極板不經(jīng)由導(dǎo)線等部件而直接與半導(dǎo)體元件相接合，從而可以在制造工序中提高產(chǎn)量。即，與使用導(dǎo)線鍵合的配線方式相比，能夠有助于組裝性的提
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[0011]通常，在通過導(dǎo)線連接而實(shí)現(xiàn)的配線中，配線電阻變大，因此由焦耳熱引起的配線的發(fā)熱成為問題。在本發(fā)明中，通過利用第I至第3電極板進(jìn)行配線，從而能夠降低配線電阻，由焦耳熱引起的發(fā)熱的影響變得微小。并且，因?yàn)槟軌蚱诖齺碜缘贗至第3電極板的散熱，因此能夠有助于削減原本作為課題的熱阻。
[0012]另外，在本發(fā)明中，通過將第I電極板、和與第2電極板相連接的第2金屬圖案平行地進(jìn)行配線，能夠?qū)崿F(xiàn)PN電極間的電感的進(jìn)一步降低。
【附圖說明】
[0013]圖1是實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊的剖視圖。
[0014]圖2是實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊的俯視圖。
[0015]圖3是實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊的接線圖。
[0016]圖4是實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體裝置的接線圖。
[0017]圖5是實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體模塊的剖視圖。
[0018]圖6是實(shí)施方式3所涉及的半導(dǎo)體模塊的剖視圖。
[0019]標(biāo)號(hào)的說明
[0020]I第2電極板，2第I電極板，3第3電極板，4金屬部件，5、5a第I陶瓷基板，6第2陶瓷基板，7第3金屬圖案，8第I金屬圖案，9第2金屬圖案，9a延伸區(qū)域，10散熱器，1a鰭片，11第2半導(dǎo)體元件，12第2續(xù)流二極管，13第I半導(dǎo)體元件，14第I續(xù)流二極管，15、16、17、18、19、20、21、22焊料，23凝膠，24、24a、24b殼體，25接合部。
【具體實(shí)施方式】
[0021]〈實(shí)施方式1>
[0022]圖1、圖2分別是本實(shí)施方式I中的半導(dǎo)體模塊100的剖視圖與俯視圖。另外，圖3是半導(dǎo)體模塊100的接線圖。
[0023]如圖1所示，半導(dǎo)體模塊100具有:作為開關(guān)元件的第1、第2半導(dǎo)體元件13、11;絕緣基板(即第I陶瓷基板5);第I金屬圖案8，其形成在絕緣基板(即第I陶瓷基板5)的第I主面(即上表面)；以及第2金屬圖案9，其形成在絕緣基板(即第I陶瓷基板5)的第2主面(下表面)側(cè)。
[0024]半導(dǎo)體模塊100還具有:與N電極相對應(yīng)的第I電極板2、與P電極相對應(yīng)的第2電極板1、以及與AC電極相對應(yīng)的第3電極板3。
[0025]半導(dǎo)體模塊100還具有:第3金屬圖案7，其在絕緣基板(即第I陶瓷基板5)的第I主面與第I金屬圖案8分開形成。
[0026]半導(dǎo)體模塊100還具有第2陶瓷基板6和配置在其背面的散熱器10。散熱器10設(shè)置有多個(gè)鰭片10a。
[0027]半導(dǎo)體模塊100還具有:第I續(xù)流二極管14，其與第I半導(dǎo)體元件13并聯(lián)連接；以及第2續(xù)流二極管12，其與第2半導(dǎo)體元件11并聯(lián)連接。
[0028]在第I陶瓷基板5的上表面形成有第1、第3金屬圖案8、7。另外，在第2陶瓷基板6的上表面形成有第2金屬圖案9。在第2陶瓷基板6的下表面設(shè)置有散熱器10。
[0029]在本實(shí)施方式I中，例如，第I半導(dǎo)體元件13、第2半導(dǎo)體元件11分別為絕緣柵雙極晶體管(下面，也記載為IGBT)。此外，第1、第2半導(dǎo)體元件13、11分別為例如寬帶隙半導(dǎo)體元件(例如，SiC半導(dǎo)體元件、GaN半導(dǎo)體元件等)。第1、第2半導(dǎo)體元件13、11分別具有上表面電極和下表面電極作為主電極。另外，第1、第2續(xù)流二極管14、12具有上表面電極和下表面電極。
[0030]如圖1所示，第I半導(dǎo)體元件13的下表面電極以及第I續(xù)流二極管14的下表面電極，利用焊料19、21與第I金屬圖案8相接合。另外，第I半導(dǎo)體元件13的上表面電極以及第I續(xù)流二極管14的上表面電極，利用焊料20、22與第I電極板2相接合。
[0031]第I金屬圖案8與第3電極板3例如利用焊料而接合。另外，第2半導(dǎo)體元件11的上表面電極以及第2續(xù)流二極管12的上表面電極，利用焊料16、18與第3電極板3相接合。
[0032]第2半導(dǎo)體元件11的下表面電極以及第2續(xù)流二極管12的下表面電極，利用焊料
15、17與第3金屬圖案7相接合。
[0033]第3金屬圖案7和第2金屬圖案9利用板狀的金屬部件4而電連接。另外，第2金屬圖案9和第2電極板I例如利用焊料而接合。
[0034]第I電極板2的一端和第2電極板I的一端在殼體的相同側(cè)(即殼體24b側(cè))引出。另夕卜，第3電極板3的一端在殼體24a側(cè)引出。
[0035]此外，電極板與金屬圖案之間的接合(例如第2電極板I與第3金屬圖案7之間的接合)，不局限于焊料接合，也可以是例如利用超聲波實(shí)現(xiàn)的直接接合。
[0036]同樣地，半導(dǎo)體元件、續(xù)流二極管的電極與金屬圖案或者電極板之間的接合，雖然是利用焊料實(shí)現(xiàn)的接合，但是也可以是利用其他方法實(shí)現(xiàn)的接合，例如利用超聲波實(shí)現(xiàn)的直接接合。
[0037]如圖1以及圖2所示，本實(shí)施方式I中的半導(dǎo)體模塊100是2合I構(gòu)造，即上下2個(gè)橋臂的半導(dǎo)體元件搭載于I個(gè)殼體。作為AC電極的第3電極板3與第I金屬圖案8是相同電位。作為N電極的第I電極板2與GND是相同電位。第2金屬圖案9、金屬部件4、第3金屬圖案7以及作為P電極的第2電極板I是相同電位。
[0038]在殼體24收容有第1、第2半導(dǎo)體元件13、11、第1、第2續(xù)流二極管14、12、第1至第3電極板2、1、3以及第I至第3金屬圖案8、9、7。殼體24內(nèi)部利用凝膠23進(jìn)行封裝。凝膠23也可以是樹脂。
[0039]圖4是本實(shí)施方式I中的半導(dǎo)體裝置的接線圖。本實(shí)施方式I中的半導(dǎo)體裝置是在I個(gè)殼體容納了 3個(gè)半導(dǎo)體模塊100的結(jié)構(gòu)。例如，通過如圖4所示那樣設(shè)為6合I構(gòu)造，從而能夠?qū)雽?dǎo)體裝置利用于3相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
[0040]〈效果〉
[0041]本實(shí)施方式I中的半導(dǎo)體模塊100具有:串聯(lián)連接的第1、第2半導(dǎo)體元件13、11;絕緣基板(即第I陶瓷基板5);第I金屬圖案8，其形成在絕緣基板的第I主面;第2金屬圖案9，其形成在絕緣基板的第2主面?zhèn)?第I電極板2;第2電極板I;以及第3電極板3，第1、第2半導(dǎo)體元件13、11分別具有上表面電極和下表面電極，第I半導(dǎo)體元件13的下表面電極與第I金屬圖案8相接合，第I半導(dǎo)體元件13的上表面電極與第I電極板2相接合，第I金屬圖案8與第3電極板3相接合，第2半導(dǎo)體元件11的上表面電極與第3電極板3相接合，第2半導(dǎo)體元件11的下表面電極與第2金屬圖案9電連接，第2金屬圖案9與第2電極板I相接合，第I電極板2的一端和第2電極板I的一端在相同側(cè)引出。
[0042]因此，在本實(shí)施方式I的半導(dǎo)體模塊100中，如圖1所示，通過使P電極在第I陶瓷基板5的第2主面?zhèn)鹊牡?金屬圖案9處進(jìn)行配線，從而能夠使AC電極和N電極的配線分別作為單一的第3電極板3、單一的第I電極板2而構(gòu)成。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)AC電極、N電極的配線長度的縮短和配線的簡化。因此，可以削減構(gòu)成半導(dǎo)體模塊100的部件個(gè)數(shù)。
[0043]另外，通過使第1、第3電極板2、3不經(jīng)由導(dǎo)線等部件而直接與半導(dǎo)體元件相接合，從而可以在制造工序中提高產(chǎn)量。即，與使用導(dǎo)線鍵合的配線方式相比，能夠有助于組裝性的提尚。
[0044]通常，在通過導(dǎo)線連接而實(shí)現(xiàn)的配線中，配線電阻變大，因此由焦耳熱引起的配線的發(fā)熱成為問題。在本實(shí)施方式I中，通過利用第I至第3電極板2、1、3進(jìn)行配線，從而能夠降