[发明专利]激光焊接机及使用其的激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及在组装功率半导体模块的工序中用于接合上下分开的引线框的激光焊接机及使用其的激光焊接方法。

背景技术

近年来，对于构成用于电动汽车的电动机控制、电梯控制等中的逆变器电路的功率半导体模块，希望使其小型化并使其大电流容量化。随之而来的是，流过安装于功率半导体模块的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等功率半导体芯片的电流会更加高电流密度化且其发热量也会增大，因此，现有的采用铝线连接结构的半导体模块需要修改其散热设计。

如图4所示那样，在专利文献1中揭示了安装有IGBT芯片的现有的半导体模块。图4是表示安装有IGBT芯片的现有半导体模块的基本组装结构部分的截面图。在该半导体模块中，在作为冷却体的矩形的Cu(铜)基底200上通过焊料201而接合有矩形的绝缘基板202，并进一步在矩形的绝缘基板202的上表面上接合有IGBT芯片204。在Cu基底202的上表面的周边端203，以包围IGBT芯片204和绝缘基板202的方式嵌合并接合着树脂壳体205的内侧下端部。该树脂壳体205内，在相对的侧壁面上通过与树脂壳体一体成形而组装有发射极用端子206及集电极用端子207作为外部导出端子。该发射极用端子206与集电极用端子207分别通过铝线208、209与形成在绝缘基板202的表面上的未图示的电路图案210、214进行电连接。还利用铝线213连接该电路图案210和IGBT芯片上表面上的发射电极(未图示)，芯片背面侧的集电极电极(未图示)与不同的电路图案214电连接。

更具体而言，在IGBT芯片204的上表面的发射极电极通过焊料211与散热器212相接合。该散热器212是用于提高IGBT芯片204通电时所产生的热量的散热性的金属板，与形成于IGBT芯片204的表面的发射极电极进行电连接。上述的铝线213的一端接合连接至散热器212的上表面，该铝线213的另一端接合连接至形成于绝缘基板202上的电路图案210。由此，隔着散热器将铝线接合连接至芯片上表面，从而能力图实现大电流容量化(专利文献1)。

同样的，专利文献2揭示了以下结构：即，作为用于提高半导体芯片的上表面的散热性的单元，例如如图5所示那样，采用将由热传导性良好的铜板等构成、且由厚度不同的异形板构成的引线框用作为表面端子板，以代替上述与芯片表面相连接的铝线。

专利文献3中揭示了以下方法：即，在焊接接合至半导体芯片上的散热器(散热板)上，进一步使用多个由铜板等构成的引线框来代替铝线，并利用激光焊接来使其相互接合以获得所要的端子结构。

揭示了以下结构：即，将引线框分为作为散热器(散热板)发挥作用的电极板和布线构件这两个部件，在将电极板钎焊至芯片的表面之后，使布线构件的接合部与上述电极板的延长部相重合，利用激光焊接来接合这两块板材(专利文献4)。

关于激光焊接机的焦点距离的控制方法也有记载(专利文献5)。

利用激光位移计、接触式位移计来测量并控制激光焊接机的焦点距离的方法已有记载(专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005－116702号公报(图1)

专利文献2：日本专利特开2005－64441号公报(图1)

专利文献3：日本专利特开2008－98585号公报(图5)

专利文献4：日本专利特开2008－42039号公报(图1、摘要)

专利文献5：日本专利特开1999－129084号公报(摘要)

专利文献6：日本专利特开1999-47970号公报(第0015段)

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，出于实现半导体模块的小型化、大电流容量化的观点，在使用引线框来代替铝线连接以提高芯片上表面的散热性的结构中，引线框需要具有以下两种功能：即，提高芯片上表面的散热性的功能，及连接芯片上表面与外部端子的布线功能。作为实现前者功能的引线框，优选厚度较厚的金属板，作为实现后者功能的引线框，优选容易形成复杂的布线图案的较薄的金属板。满足上述两种功能的图5的引线框需要使用局部厚度不同的异形材料，因而可能会导致引线框的生产成本变得极高。