[发明专利]半导体模块的制造方法、半导体模块以及制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及安装了半导体元件的电极层与冷却器夹着绝缘粘接层被组装在一起而成的半导体模块及其制造方法。本发明更详细地涉及降低该绝缘粘接层的剥离的半导体模块的制造方法以及制造装置。

背景技术

在混合动力汽车或电动汽车等上载置的高耐压和大电流用的电源模块在半导体元件工作时自身发热量很大。由于该原因，车载用电源模块需要具备具有高散热性的冷却构造。

作为具备冷却构造的电源模块，例如，已知在具有冷却介质流路的冷却器上层叠有绝缘树脂片材、作为电极发挥功能的金属层、半导体元件的电源模块。半导体元件通过焊料被固定在金属层上，金属层和冷却器通过绝缘树脂片材被粘接。在这样的电源模块中，从半导体元件发出的热经由热传导性优良的金属层和薄层的绝缘树脂片材而被冷却器被高效地散热。

另外，作为用于将电子部件焊接在电子电路基板上的装置，例如在专利文献1中公开了通过加热、熔化、冷却焊料而将电子部件安装在电子电路基板上的回流装置。在专利文献1中记载了：在该回流装置中，使具有多个开口部的热遮蔽部件介于远红外线加热器和被处理基板之间，从而局部地调整电子电路基板面内的加热温度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开2003-332727号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，在所述的以往的半导体模块中存在如下的问题。即，如果金属层和冷却器的热膨胀率(线膨胀系数)存在差异，则有可能由于该热膨胀率差而发生绝缘树脂片材的剥离。

例如，在所述的以往的电源模块中，在金属层由铜制成而冷却器由铝制成的情况下，铜的线膨胀系数约为17×10^-6/K，铝的线膨胀系数约为24×10^-6/K，因此在进行焊接时的高温环境下热膨胀量会产生差异。因此，在绝缘树脂片材中产生剪切应力，其结果是，发生剥离。在如专利文献1中所示的回流装置那样局部地调节电子电路基板面内的加热温度的情况下，也有可能发生这种剥离。由这种剥离产生的间隙有可能使作为绝缘粘接层发挥功能的绝缘树脂片材与金属层(或者冷却器)的粘接面积减少从而使电源模块的散热能力下降。

本发明是为了解决所述的以往的半导体模块具有问题点而作出的。即，本发明的技术问题是提供减少向绝缘粘接层的应力集中并抑制绝缘树脂层的剥离的半导体模块的制造方法。

用于解决技术问题的技术手段

一种以解决该技术问题为目的而作出的半导体模块的制造方法，所述半导体模块包括：半导体元件；金属层，半导体元件被安装在所述金属层上；冷却器，所述冷却器由具有与金属层不同的热膨胀率的原料构成；以及绝缘粘接层，所述绝缘粘接层将金属层和冷却器粘接并且使金属层和冷却器电绝缘，所述半导体模块的制造方法的特征在于，包括安装工序，在所述安装工序中，对被加热体进行加热，使得金属层和冷却器中的热膨胀率较低的部件即低热膨胀部件的温度比金属层和冷却器中的热膨胀率较高的部件即高热膨胀部件的温度高，在被加热体中，金属层和冷却器通过绝缘粘接层被粘接在一起而一体化，并且半导体元件经由焊料被载置在金属层上。

在上述的半导体模块的制造方法中，准备具有彼此不同的热膨胀率(线膨胀系数)的金属层和冷却器通过绝缘粘接层被粘接在一起并且半导体元件经由焊料被载置在金属层上的被加热体(工件)。然后，对该被加热体进行加热使焊料熔化从而将半导体元件安装在金属层上。在该被加热体被加热时，在将金属层和冷却部中的热膨胀率较低的部件作为低热膨胀部件、将金属层和冷却部中的热膨胀率较高的部件作为高热膨胀部件的情况下，以使低热膨胀部件的温度比高热膨胀部件的温度高的方式，对被加热体进行加热。具体地，将金属层加热至焊料的熔融温度，并且以使冷却器的热膨胀量与金属层的热膨胀量大致相等的方式对冷却器进行加热。即，如果冷却器为高热膨胀部件，则对冷却器进行加热使冷却器的温度低于金属层的温度。另一方面，如果冷却器为低热膨胀部件，则对冷却器进行加热使冷却器的温度高于金属层的温度。

即，在上述的半导体模块的制造方法中，为了使金属层和冷却器的热膨胀量一致，以在金属层和冷却器之间设置温度差的方式进行加热。如此，与像以往那样将金属层和冷却器加热到大致相等的温度的情况相比，在绝缘粘接层中产生的剪切应力减小，其结果是，能够期待绝缘粘接层的剥离得到抑制。