[发明专利]功率半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及在以汽车为代表的高温环境下使用的大电流控制用半导体装置，尤其涉及半导体设备即使在接合温度为175℃～250℃下工作的情况下，接合部或构成部件的耐热性优良，且对于伴随设备的开闭的温度循环或功率循环的热疲劳寿命优良的功率半导体模块。

背景技术

由对大电流进行开关控制的MOSFET或IGBT的功率设备、和将开关时产生的逆电压断开的二极管构成的功率半导体模块，作为电力变换器用转换器装置的主要构成部件应用于从家电到车辆等广泛的领域。近年来，在汽车领域的发动机控制化急速地发展过程中，使用该电流控制仪器即功率半导体模块的环境也变得严格，设置场所为不能进行充分冷却的高温环境气体下，或处在控制的电流容量增大的方向。因此，作为功率半导体模块的性能，要求在温度变化大的使用环境中，经过长时间仍能确保正常工作的高可靠性，或经得住伴随大电流通电的从元件散出的发热量增大引起的设备的高温化的高耐热性。

作为以往的功率半导体模块构造，公知的结构是：在绝缘衬底上将导体板例如由焊锡接合形成，在该导体板上由无铅焊锡接合功率设备的镀有Ni/Au的里面电极，电路面的主电极和主电极用导体引线通过Al或Au的隆起焊盘(bump)接合，控制电极和控制电极用导体引线由Al或Au的金属线连接，由在环氧树脂中填充了二氧化硅的填充材料的模塑(mold)树脂通过转移成型(transfer mold)法，从而功率半导体模块以露出绝缘板的底面的状态被密封(专利文献1)。该功率半导体模块的冷却由在绝缘衬底下配置的冷却体进行。

此外，公知的结构是，具备：功率设备，其在一侧的主面上具有主电极，并且在另一侧的主面上具有主电极及控制电极；和两片高热传导性绝缘衬底，其以夹着该功率半导体模块的方式设置，且在各个夹着一侧的面上形成有用于与所述功率设备的电极接合的电极图案，所述功率设备的电极和所述高热传导性绝缘衬底的电极图案通过钎焊接合，外部配线连接用的端子以与所述高热传导性绝缘衬底面平行且向外部延伸的方式设置，并在两片高热传导性绝缘衬底之间填充了绝缘性树脂(专利文献2)。此外，在该设备构造中，还公开有如下构造，在高热传导性绝缘衬底上设置凸部，并将该凸部的前端部与另一侧的高热传导性绝缘衬底接合的构造。功率半导体模块的冷却由在上下的高热传导性绝缘衬底的上下配置的冷却体进行。

专利文献1：日本特开2004-247383号公报

专利文献2：日本特开平10-56131号公报

在下侧配置形成了电极图案的绝缘衬底并搭载功率设备，由模塑树脂对将导体引线与功率设备上面的主电路的电极接合的一面进行密封，在此构造中，由于功率设备发热时的散热路径偏向下侧，因此功率半导体模块内的温度分布上下不对称，此外，因为难以使设备的上下的部件的热膨胀率相同，所以在温度稳定的正常状态或过渡状态中，功率半导体模块发生弯曲变形，从而在设备与导体板的接合部发生热变形。该热变形在功率设备工作时反复发生，因而存在接合部由于热疲劳而断裂的问题。此外，如果发生弯曲变形，则存在绝缘板与冷却体之间的密接性变差，冷却性能降低，功率设备温度上升，从而导致设备的损伤或设备特性的下降的问题。