CN103180942B - 半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体模块，所述半导体模块具有：半导体装置、第一导电部件、第二导电部件、筒体以及罩。半导体装置具有半导体基板、第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极被形成在半导体基板的一个表面上，所述第二电极被形成在与所述一个表面相反的半导体基板的表面上。第一导电部件与第一电极相接。第二导电部件与第二电极相接。筒体包围半导体装置，且被固定在第一导电部件上，并且在外周面或内周面上形成有第一螺纹槽。罩上形成有第二螺纹槽。罩通过使第二螺纹槽卡合于第一螺纹槽从而被固定在筒体上。半导体装置和第二导电部件通过被夹于第一导电部件和罩之间从而被固定。第二导电部件具有延伸部，所述延伸部贯穿存在于与罩相比靠第一导电部件侧的筒体的外周壁，从而从筒体的内侧被引出至外侧。

Description

半导体模块
技术领域
本说明书所公开的技术涉及一种半导体模块。
背景技术
当半导体装置发热时，半导体装置及其周边的部件（焊锡、配线等）会发生热膨胀。由于各个部件的热膨胀率各自不同，因此在半导体装置上被施加有应力。这种应力会缩短半导体装置的寿命。
发明内容
发明所要解决的课题
为了降低上述的应力，研究出一种在不使用由焊锡等焊料进行的接合的条件下，将半导体装置连接在导电部件上的方法。例如，在日本专利公开公报H9-252067号（以下，称为专利文献1）中，公开了一种如下的半导体模块，所述半导体模块通过将半导体装置和各个电极板层叠，并对其进行加压，从而对半导体装置和各个电极进行了连接。但是，在该半导体模块中，第一电极以从半导体装置起向下侧延伸的方式而配置，而第二电极以从半导体装置起向上侧延伸的方式而配置。由此，当第一电极和第二电极分离时，会产生第一电极和第二电极之间的阻抗变大的问题。因此，在本说明书中，提供一种通过加压而使半导体装置和导电部件连接，并且各个导电部件之间的阻抗较小的半导体模块。
用于解决课题的方法
本说明书所公开的半导体模块具有：半导体装置、第一导电部件、第二导电部件、筒体以及罩。半导体装置具有半导体基板、第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极被形成在半导体基板的一个表面上，所述第二电极被形成在与所述一个表面相反的半导体基板的表面上。第一导电部件与第一电极相接。第二导电部件与第二电极相接。筒体包围半导体装置，且被固定在第一导电部件上，并且在外周面或内周面上形成有第一螺纹槽。罩上形成有第二螺纹槽，且所述罩通过使第二螺纹槽卡合于第一螺纹槽从而被固定在筒体上。半导体装置和第二导电部件通过被夹于第一导电部件和罩之间从而被固定。第二导电部件具有延伸部，所述延伸部贯穿存在于与罩相比靠第一导电部件侧的筒体的外周壁，从而从筒体的内侧被引出至外侧。
在该半导体模块中，第二导电部件的延伸部贯穿筒体的外周壁而从筒体的内侧被引出至外侧。因此，能够在筒体的外侧，沿着第一导电部件而配置延伸部。因此，在该半导体模块中，第一导电部件和第二导电部件之间的阻抗较小。此外，延伸部贯穿存在于与罩相比靠第一导电部件侧的筒体的外周壁。即，延伸部不贯穿罩而贯穿筒体的外周壁。因此，能够以旋转罩的方式而将其安装在筒体上（即，使第二螺纹槽卡合于第一螺纹槽）。因此，能够容易地组装该半导体模块。
上述的半导体模块可以采用如下方式，即，在半导体基板的所述一个表面上还形成有第三电极。在这种情况下，优选为，半导体模块还具有第三导电部件，所述第三导电部件与第三电极相接，且贯穿存在于与罩相比靠第一导电部件侧的筒体的外周壁，从而从筒体的内侧被引出至外侧。
此外，由于在上述的任意一种半导体模块中，对于半导体装置的配线（例如，第二导电部件、第三导电部件）贯穿筒体的外周壁而被引出至外侧，因此无需在第一导电部件以及罩上设置配线的引出结构。因此，能够将冷却器连接在第一导电部件以及罩上，从而适当地对半导体装置进行冷却。因此，上述的任意一种半导体模块优选为，在第一导电部件的、与半导体装置相反一侧的表面上，连接有第一冷却器，在罩的、与半导体装置相反一侧的表面上，连接有第二冷却器。
此外，上述的任意一种半导体装置优选为，在第三导电部件与第一导电部件之间配置有绝缘部件，且第三导电部件通过被夹于第三电极与绝缘部件之间从而被固定。
根据这种结构，由于第三导电部件和第三电极通过加压而被连接，因此降低了在第三电极附近被施加于半导体装置上的应力。
附图说明
图1为第一实施例的半导体模块10的纵剖视图。
图2为沿图1的箭头标记A1观察半导体模块10时的俯视图，且为省略了电极板40a和冷却器62、72的图示的图。
图3为第二实施例的半导体模块100的纵剖视图。
图4为改变例的半导体模块的纵剖视图。
图5为改变例的半导体模块的纵剖视图。
具体实施方式
（第一实施例）
图1、图2所示的半导体模块10为，将半导体装置20收纳在壳体40和罩50内的组件。
壳体40由金属构成。壳体40具有电极板40a和筒体40b。电极板40a被形成为大致平面状。筒体40b被形成为，中心轴以垂直于电极板40a的方式而延伸的圆筒形状。筒体40b的下端与电极板40a连接。即，筒体40b的中心孔的下端通过电极板40a而被堵塞。电极板40a的一部分40e被引出至与筒体40b的外周面相比靠外侧的位置处。在筒体40b的外周面上形成有螺纹槽40c。在螺纹槽40c的下侧（电极板40a侧）的筒体40b上，形成有贯穿孔40d、40f。
在电极板40a上设置有：金属板84、半导体装置20、金属板82、汇流条30、绝缘板80以及三个引脚90。金属板84、半导体装置20、金属板82以及绝缘板80被设置于筒体40b的内侧。汇流条30以及引脚90以贯穿筒体40b的外周壁的方式而设置。
金属板84被装置于电极板40a上。金属板84由锡、银（銀膏）等的比较柔软的金属构成。
在金属板84上设置有半导体装置20。半导体装置20具有由SiC构成的半导体基板24。在半导体基板24上形成有MOSEFT（MOS FET Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：MOS场效应晶体管）。在半导体基板24的下表面上形成有MOSFET的源电极26和多个MOSFET的栅电极28。如图2所示，半导体基板24为长方形。多个栅电极28沿着半导体基板24的一个长边而排列。如图1所示，在半导体基板24的上表面上形成有MOSFET的漏电极22。半导体装置20以源电极26与金属板84接触的方式而被装载在金属板84上。各个栅电极28不与金属板84接触。
金属板82被设置在半导体装置20上。金属板82由锡等的比较柔软的金属构成。金属板82与半导体装置20的漏电极22接触。
三个引脚90分别与栅电极28连接。各个引脚90穿过被形成在筒体40b的外周壁上的贯穿孔40f，而从栅电极28延伸至筒体40b的外侧。贯穿孔40f内的引脚90被绝缘体92覆盖。各个引脚90经由绝缘体92而被固定在壳体40上。各个引脚90通过绝缘体92而与壳体40绝缘。
汇流条30由被弯曲了的金属板构成。汇流条30具有第一部分30a、第二部分30b以及第三部分30c。第一部分30a被装载于金属板82上。第二部分30b从第一部分30a起朝向电极板40a侧延伸。第三部分30c从第二部分30b起沿着电极板40a而延伸。第三部分30c穿过被形成在筒体40b的外周壁上的贯穿孔40d，而从筒体40b的内侧延伸至外侧。贯穿孔40d内的汇流条30被绝缘体32覆盖。汇流条30通过绝缘体32而与壳体40绝缘。
绝缘板80被装载于汇流条30的第一部分30a上。
罩50由金属构成。在罩50的外表面上施加有绝缘涂层。罩50具有圆筒形状的侧壁部50b、和对该侧壁部50b的中心孔的一端进行闭塞的平板部50a。即，罩50具备杯形形状。在侧壁部50b的内周面上形成有螺纹槽50c。罩50的螺纹槽50c卡合于壳体40的螺纹槽40c。即，使用螺纹槽40c、50c，从而使罩50被结合于壳体40上。罩50的平板部50a的下表面与绝缘板80相接。即，通过罩50的平板部50a和壳体40的电极板40a，从而夹持着由金属板84、半导体装置20、金属板82、汇流条30的第一部分30a以及绝缘板80构成的层叠体。罩50以较高的转矩而被结合于壳体40上。因此，所述层叠体通过平板部50a和电极板40a而被加压。通过该压力，从而使构成所述层叠体的各个部件相对于罩50和壳体40而被固定。另外，壳体40的电极板40a与金属板84的接触部分、金属板84与半导体装置20的源电极26的接触部分、半导体装置20的漏电极22与金属板82的接触部分、以及金属板82与汇流条30的第一部分30a的接触部分均未通过焊锡等的焊料而被接合。因此，当从壳体40上取下罩50时，能够使所述层叠体的各个部件相互分离。
在罩50的平板部50a的上表面上固定有绝缘板70。在绝缘板70的上表面上固定有冷却器72。冷却器72为液体循环式的冷却器。另外，在罩50与绝缘板70的接触部分、以及绝缘板70与冷却器72的接触部分上涂布有润滑油。由此，降低了冷却器60与罩50之间的热阻。此外，在壳体40的电极板40a的下表面上固定有绝缘板60。在绝缘板60的下表面上固定有冷却器62。冷却器62为液体循环式冷却器。另外，在电极板40a与绝缘板60的接触部分、以及绝缘板60与冷却器62的接触部分上涂布有润滑油。由此，降低了电极板40a与绝缘板60之间的热阻。
如以上所说明的那样，在该半导体模块10中，对于位于半导体基板24的下表面侧的源电极26的配线通过壳体40的电极板40a而构成。此外，对于位于半导体基板24的上表面侧的漏电极22的配线通过汇流条30而构成。汇流条30贯穿筒体40b的外周壁而被引出至筒体40b的外侧。由此，电极板40a的延伸部40e与汇流条30的第三部分30c以相互接近、且大致平行的方式而配置。因此，这些部件之间的阻抗与现有的半导体模块相比而被降低。即，在该半导体模块10中，对于源电极26的配线与对于漏电极22的配线之间的阻抗被降低。
此外，由于汇流条30的第三部分30c被配置于电极板40a的延伸部40e的附近，因此能够容易地设置对于这些部件的外部的配线。即，假设对于漏电极22的配线部件被引出至半导体模块10的上侧时，则必须在远离电极板40a的位置处对对于漏电极22的外部配线进行连接。相对于此，由于在本实施例的半导体模块10中，第三部分30c被配置于延伸部40e的附近，因此能够容易地设置对于该第三部分30c的外部的配线。
此外，在半导体模块10中，作为对于栅电极28的配线的引脚90也贯穿筒体40b的外周壁而被引出至筒体40b的外侧。即，除了通过电极板40a而構成的配线之外的全部的配线，均贯穿与罩50相比靠电极板40a侧的筒体40b的外周壁而从筒体40b的内侧被引出至外侧。因此，在电极板40a以及罩50上，未形成用于将配线从壳体40和罩50的内侧引出至外侧的结构。因此，实现了将电极板40a的下表面和罩50的上表面设为平坦形状的结构。由于电极板40a的下表面是平坦的，因此冷却器62将被良好地连接于电极板40a。因此，能够通过冷却器62而有效地对半导体装置20进行冷却。此外，由于罩50的上表面是平坦的，因此冷却器72将被良好地连接于罩50。因此，能够通过冷却器72而有效地对半导体装置20进行冷却。即，根据该半导体模块10，能够从两个表面有效地对半导体装置20进行冷却。
此外，在该半导体装置10中，半导体装置20通过压力而被固定，并且半导体装置20与金属板82、84未通过焊接等而被接合。因此，在由于半导体装置20发热而导致半导体装置20和金属板82、84发生了热膨胀时，在半导体装置20上不易被施加有应力。因此，该半导体模块10的寿命较长。
接下来，对半导体模块10的制造方法进行说明。首先，准备绝缘体92与三个引脚90成为一体的部件，并将该部件的各个引脚90与半导体装置20的各个栅电极28接合。然后，将金属板84装载于壳体40的筒体40b内的电极板40a上。然后，将被相互连接在一起的引脚90和半导体装置20设置于金属板84上。此时，在将引脚90插入筒体40b的贯穿孔40f的同时，将半导体装置20装载于金属板84上。在将半导体装置20装载于金属板84上时，使源电极26与金属板84接触。然后，在半导体装置20上装载金属板82。然后，将汇流条30与绝缘体32成为一体的部件设置于金属板84上。在此，在将汇流条30的第三部分30c插入筒体40b的贯穿孔40d的同时，将汇流条30的第一部分30a装载于金属板82上。然后，将绝缘板80装载于汇流条30的第一部分30a上。然后，通过使罩50的螺纹槽50c与壳体40的螺纹槽40c卡合，从而将罩50固定在壳体40上。当通过使罩50绕其中心轴进行旋转而使罩50向下侧移动时，罩50的平板部50a将与绝缘板80接触。此后，当进一步使罩50旋转时，盖体50的平板部50a将朝向下侧而对绝缘板80进行加压。即，被夹于罩50的平板部50a与壳体40的电极板40a之间的层叠体（即，金属板84、半导体装置20、金属板82、汇流条30的第一部分30a以及绝缘板80）在其层叠方向上被加压。由此，使层叠体的各个部件相对于壳体40以及罩50而被固定。
另外，金属板84与邻接的源电极26以及壳体40的电极板40a相比较为柔软。因此，当层叠体被加压时，金属板84的上表面将按照源电极26的表面形状而发生塑性变形，从而金属板84将紧贴于源电极26。同样地，当层叠体被加压时，金属板84的下表面将按照电极板40a的表面形状而发生塑性变形，从而金属板84将紧贴于电极板40a。由此，源电极26和电极板40a被切实地电连接。
此外，金属板82与邻接的漏电极22以及汇流条30相比较为柔软。因此，当层叠体被加压时，金属板82的下表面将按照漏电极22的表面形状而发生塑性变形，从而金属板82将紧贴于漏电极22。同样地，当层叠体被加压时，金属板82的上表面将按照汇流条30的表面形状而发生塑性变形，从而金属板82将紧贴于汇流条30。由此，漏电极22和汇流条30被切实地电连接。
在将罩50固定在壳体40上之后，经由绝缘板70而将冷却器72安装在罩50上。然后，经由绝缘板60而将冷却器62安装在电极板40a上。由此，完成了图1所示的半导体模块10。
在该半导体模块10中，作为对于半导体装置20的配线的汇流条30和引脚90仅贯穿筒体40b，而不贯穿罩50。因此，在组装时能够使罩50自由地旋转。因此，能够使螺纹槽40c和螺纹槽50c卡合，从而将罩50安装在壳体40上。此外，通过该螺纹结构，能够对所述层叠体进行加压从而进行固定。因此，能够容易地组装该半导体模块10。
另外，在第一实施例的半导体模块10中，对于技术方案中的各个结构要素以如下方式而对应。通过壳体40的电极板40a和金属板84，从而构成了技术方案中的第一导电部件。通过筒体40b，从而构成了技术方案中的筒体。通过罩50，从而构成了技术方案中的罩。通过汇流条30和金属板82，从而构成了技术方案中的第二导电部件。通过引脚90，从而构成了技术方案中的第三导电部件。
（第二实施例）
接下来，对图3所示的第二实施例的半导体模块100进行说明。另外，在第二实施例的半导体模块100中，引脚90与栅电极28的连接结构与第一实施例的半导体模块10不同，其他结构与第一实施例的半导体模块相同。另外，在关于第二实施例的半导体模块100的以下的说明中，对与构成第一实施例的半导体模块10的各个部件相对应的部件，标记了与第一实施例相同的参考符号。
在第二实施例的半导体模块100中，各个引脚90未被接合于栅电极28，而仅仅是与栅电极28接触。此外，在第二实施例的半导体模块100中，在位于与栅电极28对置的位置处的电极板40a的上表面上，设置有绝缘块88。引脚90通过绝缘块88和栅电极28而被夹持并固定。由此，使引脚90与栅电极28电连接。
接下来，对第二实施例的半导体模块100的制造方法进行说明。首先，准备壳体40，并将金属板84和绝缘块88装载于筒体40b内的电极板40a上。然后，设置绝缘体92与三个引脚90成为一体的部件。此时，将该部件插入贯穿孔40f，并且将各个引脚90的、筒体40b的内侧的端部装载于绝缘块88上。然后，将半导体装置20装载于金属板84上。此时，使源电极26与金属板84接触，并且使各个栅电极28与各个引脚90的、绝缘块88上的部分接触。之后，以与第一实施例相同的方式，对金属板82、汇流条30、绝缘板80进行设置，之后，将罩50固定在壳体40上。当旋转罩50而对层叠体进行加压时，其压力也被施加于被夹在栅电极28与绝缘块88之间的引脚90上。通过该压力，从而使引脚90相对于栅电极28而被固定。之后，通过以与第一实施例相同的方式来安装冷却器62、72，从而完成了第二实施例的半导体模块100。
如上文所述，在第二实施例的半导体模块100中，各个引脚90通过压力而被固定在栅电极28上。即，各个引脚90不与栅电极28接合。因此，在引脚90与栅电极28的接点周围，对半导体装置20的应力被降低。由此，进一步提高了半导体装置20的可靠性。
另外，虽然在上文所述的第二实施例中，绝缘块88由与电极板40a不同的其他部件构成，但是绝缘块88也可以预先被固定在电极板40a上。
此外，在上文所述的第一实施例以及第二实施例中，罩50经由绝缘板70而被固定在冷却器72上。但是，也可以采用如下方式，即，在罩50的表面上形成有绝缘膜，罩50经由该绝缘膜而被固定在冷却器72上。同样地，在第一实施例以及第二实施例中，电极板40a经由绝缘板60而被固定在冷却器62上。但是，可以采用如下方式，即，在电极板40a的表面上形成有绝缘膜，且电极板40a经由该绝缘膜而被固定在冷却器62上。此外，也可以采用如下方式，即，如图4所示，在罩50上覆盖绝缘性的盖74，从而经由盖74而将罩50固定在冷却器72上。此外，也可以采用如下方式，即，如图5所示，通过绝缘性的树脂76来覆盖壳体40和罩50的周围整体，并将冷却器62、72固定在树脂76上。
此外，虽然在上文所述的第一实施例以及第二实施例中，筒体40b以及罩50为金属制，但是这些部件也可以由绝缘体构成。
以上，虽然对实施方式进行了详细说明，但这些仅仅为示例，并不对专利的权利要求进行限定。在专利的权利要求所记载的技术中，包括对以上所例示的具体例进行了各种改变、变更的内容。
本说明书或者附图中所说明的技术要素为，以单独的方式或者通过各种组合而发挥技术方面的有用性的要素，并且不限定于申请时的权利要求中所记载的组合。此外，本说明书或者附图中所例示的技术为，能够同时达成多个目的技术，并且达成其中一个目的本身也具有技术上的有用性。

Claims (5)

1.一种半导体模块，具有：
半导体装置，其具有半导体基板、第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极被形成在半导体基板的一个表面上，所述第二电极被形成在与所述一个表面相反的半导体基板的表面上；
第一导电部件，其与第一电极相接；
第二导电部件，其与第二电极相接；
筒体，其包围半导体装置，且被固定在第一导电部件上，并且在外周面或内周面上形成有第一螺纹槽；
罩，其上形成有第二螺纹槽，且其通过使第二螺纹槽卡合于第一螺纹槽从而被固定在筒体上，
半导体装置和第二导电部件通过被夹于第一导电部件和罩之间从而被固定，
第二导电部件具有延伸部，所述延伸部贯穿存在于与罩相比靠第一导电部件侧的筒体的外周壁，从而从筒体的内侧被引出至外侧，
第二导电部件与筒体被绝缘分离，
罩与第二导电部件被绝缘分离。
2.如权利要求1所述的半导体模块，其中，
在第二导电部件与筒体之间设置有用于对此两者进行绝缘分离的绝缘体，
在罩与第二导电部件之间设置有用于对此两者进行绝缘分离的绝缘板。
3.如权利要求1或2所述的半导体模块，其中，
在半导体基板的所述一个表面上还形成有第三电极，
所述半导体模块还具有第三导电部件，所述第三导电部件与第三电极相接，且贯穿存在于与罩相比靠第一导电部件侧的筒体的外周壁，从而从筒体的内侧被引出至外侧，
第三导电部件与筒体被绝缘分离。
4.如权利要求1所述的半导体模块，其中，
在第一导电部件的、与半导体装置相反一侧的表面上，经由第一冷却器用绝缘板或第一冷却器用绝缘膜而连接有第一冷却器，
在罩的、与半导体装置相反一侧的表面上，经由第二冷却器用绝缘板或第二冷却器用绝缘膜而连接有第二冷却器。
5.如权利要求3所述的半导体模块，其中，
在第三导电部件和第一导电部件之间配置有绝缘块，且在第三导电部件与筒体之间配置有用于对第三导电部件与筒体进行绝缘分离的绝缘体，
第三导电部件通过被夹于第三电极和绝缘块之间从而被固定。
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