[发明专利]功率半导体模块

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求于2007年8月16日提交的在先日本专利申请No.2007-212307的优先权，在此并入其整个内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种包含母线的功率半导体模块，该母线为导电构件并且焊接到包含例如IGBT的功率半导体元件的片状半导体器件的两侧。

背景技术

广泛使用的功率半导体元件包括IGBT(绝缘栅双极晶体管)，IEGT(注入增强晶体管)，以及MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。功率半导体元件形成为类似片状形状。功率半导体元件包括第一功率端子和在其主表面上的控制端子，以及在它的背表面上的第二功率端子。当功率半导体元件是IGBT元件时，第一功率端子为发射极电极，第二功率端子为集电极电极，以及控制端子为栅电极。

日本专利申请KOKAI公开号No.2003-10064或2002-164485公开了用于形成采用这种安装在衬底上的功率半导体元件的半导体器件的技术。根据这种技术，半导体元件的第二功率端子焊接到在衬底的表面侧上的电极，并且半导体元件的第一功率端子和控制端子采用具有铝引线的引线接合法连接到在衬底表面上的电极。

在引线接合法中，一次接合一条引线，因而需要许多接合时间。在引线接合法中，引线具有类似环形形状，因而具有长引线长度，导致增加引线电感。此外，引线的技术问题是它对振动敏感，以及具有切断或接近短路的高可能性。

因而，提供了一些方法：将铝薄片接合到半导体元件的第一功率端子；以及将半导体元件的第一功率端子与平板或导线焊接使得引出它作为电极。尤其是，半导体元件的第一功率端子由可用于焊点(solder joints)的材料形成。用于将该端子与平板或导线焊接的方法已经引起公众的注意。来自控制端子的引出(lead-out)金属线通过引线接合法连接到该端子。

在包括多个半导体器件(以下称为半导体封装体)的半导体模块中，多个半导体封装体在作为散热板的基板上呈直线排列。然后，半导体封装体衬底的背表面接合到基板上。这种半导体模块安装到功率控制器(例如反相器，转换器等)上。

然而，在上述的半导体模块中，仅仅每一个半导体封装体的一个表面与基板接触。因而，不能获得足够的散热。每一个半导体封装体的衬底背表面接合在基板上，导致与基板有关的半导体封装体的大的安装面积以及增大了半导体模块的尺寸。

为了克服以上缺点，半导体封装体呈直线排列，作为导电构件的母线被安装并夹在半导体封装体的主表面和背表面之间，以及将这些元件提供到基板上。

更详细地，提供焊料构件来覆盖半导体封装体的主表面和背表面的至少一个以及其中提供半导体封装体的母线的表面。将片状半导体封装体竖立以便其处于垂直的姿势，并且母线的侧表面对齐到主表面和背表面以便被临时保持，并且将该封装体容纳至加热炉中并在其中加热。焊料构件融化以便将半导体封装体焊接到母线。

当通过焊料构件将半导体封装体焊接到母线时仍然存在问题。即，当片状半导体封装体被竖立为垂直姿势时，所述半导体封装体的主表面和背表面以及被焊接母线的侧表面将是垂直平面。在重力的作用下，在加热炉中通过加热融化的焊料构件的一部分从半导体封装体的较低端流出直到母线的较低端。即，在加热炉中通过加热融化的焊料构件的一部分很可能展开至半导体封装体的较低端。

为了防止焊料流出，考虑降低焊料构件的数量。然而，在这种情况下，气泡可能形成在形成于半导体封装体和母线之间的焊料层中，因而不能获得安全和高可靠性的焊点。

因而，当半导体封装体竖立为垂直姿势以便被焊接到母线时，很难获得在半导体封装体和母线之间的焊料的最适宜的接合厚度，因而导致焊点结构的低可靠性。

发明内容

为了达到上述目的，提供了一种功率半导体模块，其包括：包含功率半导体元件的半导体器件，提供在功率半导体元件的一个表面上的第一电极板，提供在功率半导体元件的另一个表面上的第二电极板，以及提供在功率半导体元件和第一电极板之间的绝缘衬底；第一母线，其为通过第一焊料构件焊接到包含在半导体器件中的第一电极板的主表面的导电构件；第二母线，其为通过第二焊料构件焊接到包含在半导体器件中的第二电极板的主表面的导电构件；以及焊接控制装置，其提供到第一母线的主表面和第二母线的主表面中的每一个上，其中第一电极板焊接到第一母线，第二电极板焊接到第二母线，以及其控制第一焊料构件和第二焊料构件中的每一个的焊点厚度。