CN116387295A - 电力用半导体装置以及电力用半导体装置的制造方法 - Google Patents

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福优
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Abstract

本发明提供电力用半导体装置以及电力用半导体装置的制造方法。电力用半导体装置具有：多个功率模块，具有控制端子；散热板，装配多个功率模块；以及控制用基板，粘结控制端子，多个功率模块具有接近控制端子的第1突起部和远离控制端子的第2突起部，散热板在与第1突起部对应的位置，具有与第1突起部卡合，形成为比第1突起部的外径大的内径的第1凹部，在与第2突起部对应的位置，具有与第2突起部卡合，具有比第2突起部的外径大的短径且形成为长孔状的第2凹部。

Description

电力用半导体装置以及电力用半导体装置的制造方法
本申请是申请号为201780081888.8，发明名称为“电力用半导体装置以及电力用半导体装置的制造方法”，申请日为2017年11月30日的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具备防止功率模块的误装配的机构的电力用半导体装置以及电力用半导体装置的制造方法。
背景技术
近年来，电力用半导体装置不仅在一般工业以及电力铁道，而且还广泛使用于汽车。而且，将引擎和马达这两方作为驱动源的混合动力汽车以及仅将马达作为驱动源的电动汽车等汽车中的电动化的比例提高。
在电动化的车辆中，为了对汽车的燃料效率提高做出贡献，要求在限定的空间中使各零件小型化以及轻量化。特别在混合动力汽车中，需要使引擎和马达在引擎室内共存，所以配置周边的零件的空间窄，各零件的布局受到制约。因此，如果能够使电力用半导体装置小型化，则能够在引擎室的窄的空间中，提高各零件的布局的自由度，还能够实现车辆自身的小型化。这样，强烈要求车载用的电力用半导体装置小型化(参照例如专利文献1)。
而且，在车载用的电力用半导体装置中，综合多个种类的电力变换器而实现省空间化以及低成本化成为趋势。例如，在使用2台马达并高效地监管驱动能量和再生能量的系统中，需要用于分别驱动2台马达的2个直流-交流变换电路。进而，需要通过将来自电池的输入电压抑制得低并且使用升压转换器进行升压而得到期望的系统电压以及电流的升压转换器电路。将这些3个电路收纳于同一基板内，设为功能综合型的电力用半导体装置。
作为构成电力用半导体装置的零件，可以举出功率模块、控制用基板、电容器、冷却器、电抗器。在这些零件之中，决定电力用半导体装置的尺寸的主要的零件是功率模块和控制用基板。在将2个直流-交流变换电路和1个升压转换器电路装配到1个控制用基板的情况下，在各个电路中使用的功率模块使用同一结构在控制用基板上进行各电路的装配时不会发生误装配，优选。
在该情况下，需要与要求在3个电路中要求的输出电压中的最大的输出电压的电路的功率模块符合，但在其他电路中，使用必要以上大的功率模块，控制用基板也为了装配该功率模块而浪费地变大。因此，通过根据在3个电路的各个中要求的输出电压使用不同的功率模块，使控制用基板小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-259791号公报
发明内容
然而，在收纳于1个控制用基板的3个电路中分别装配不同的功率模块的情况下，存在将某1个电路用的功率模块错误地装配到其他电路的担心。
本发明是为了解决如上述的课题而完成的，得到一种能够防止装配于同一控制用基板上的多个种类的功率模块的误装配的电力用半导体装置以及电力用半导体装置的制造方法。
本发明所涉及的电力用半导体装置具有：多个功率模块，安装有控制端子；散热板，装配多个功率模块；以及控制用基板，形成有粘结控制端子的粘结部，多个功率模块具有第1突起部和第2突起部，第1突起部形成于比第2突起部更接近控制端子的位置，散热板在装配有功率模块时的与第1突起部对应的位置，具有与第1突起部卡合的第1凹部，散热板在装配有功率模块时的与第2突起部对应的位置，具有与第2突起部卡合的第2凹部，第1凹部形成为比第1突起部的外径大的内径，第2凹部形成为具有比第2突起部的外径大的短径的长孔状。
根据本发明所涉及的电力用半导体装置，在向1个控制用基板装配多个不同的功率模块的情况下，能够防止功率模块的误装配。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的电力用半导体装置的俯视图。
图2是构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的散热板的俯视图。
图3是沿着图1的III-III线的电力用半导体装置的剖面图。
图4A是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第1功率模块的俯视图。
图4B是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第1功率模块的正面图。
图4C是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第1功率模块的背面图。
图4D是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第1功率模块的侧面图。
图5A是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第2功率模块的俯视图。
图5B是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第2功率模块的正面图。
图5C是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第2功率模块的背面图。
图5D是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第2功率模块的侧面图。
图6A是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第3功率模块的俯视图。
图6B是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第3功率模块的正面图。
图6C是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第3功率模块的背面图。
图6D是示出构成实施方式1所涉及的电力用半导体装置的第3功率模块的侧面图。
图7是示出本发明的电力用半导体装置的制造方法中的制造步骤的图。
图8A是示出电力用半导体装置的制造方法中的空隙去除工序的步骤的图。
图8B是示出电力用半导体装置的制造方法中的空隙去除工序的步骤的图。
图8C是示出电力用半导体装置的制造方法中的空隙去除工序的步骤的图。
图8D是示出电力用半导体装置的制造方法中的空隙去除工序的步骤的图。
图8E是示出电力用半导体装置的制造方法中的空隙去除工序的步骤的图。
图9是说明电力用半导体装置的制造方法中的空隙去除工序的图。
图10是本发明的实施方式2中的电力用半导体装置的剖面图。
图11是图10的部分放大图。
图12是示出本发明的电力用半导体装置的X方向和Y方向的俯视图。
图13A是实施方式3的电力用半导体装置的俯视图。
图13B是示出图13A的电力用半导体装置的剖面的图。
(附图标记说明)
1：电力用半导体装置；10：功率模块(第1功率模块)；20：功率模块(第2功率模块)；30：功率模块(第3功率模块)；11、21、31：控制端子；12、22、32：突起部(第1突起部)；13、23、33：突起部(第2突起部)；40：安装孔(粘结部)；50：控制用基板；60：散热板；60a、60c、60e：凹部(第1凹部)；60b、60d、60f：凹部(第2凹部)；70：粘结层；71、72：焊料(焊料材料)；80：粘结材料；90：导引部件；100：块。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的电力用半导体装置的优选的实施方式。
实施方式1
图1是实施方式1所涉及的电力用半导体装置1的俯视图。图2是构成电力用半导体装置1的散热板60的俯视图、图3是沿着图1的III-III线的电力用半导体装置1的剖面图。另外，图4A～图4D分别是功率模块10的俯视图、正面图、背面图以及侧面图。同样地，图5A～图5D分别是功率模块20的俯视图、正面图、背面图以及侧面图，图6A～图6D分别是功率模块30的俯视图、正面图、背面图以及侧面图。
如图1所示，电力用半导体装置1具有1张控制用基板50、1个散热板60以及多个功率模块10、20、30。此外，在图1中，为了使功率模块10、20、30的配置易于观察，以将控制用基板50拆下的状态示出。
如图1所示，在控制用基板50的装配面，形成有被连接功率模块10的作为马达驱动电路的直流-交流变换电路50a、被连接功率模块20的作为马达驱动电路的直流-交流变换电路50b以及被连接功率模块30的升压转换器电路50c这3个电路。另外，在控制用基板50中，具有被粘结各功率模块10、20、30的控制端子11、21、31的多个安装孔40。
如在图2中双点划线所示，散热板60被分成3个区域A～C。区域A是装配6个功率模块10的区域。另外，区域B是装配4个功率模块20的区域。而且，区域C是装配6个功率模块30的区域。在各区域A～C中，形成有对各功率模块10、20、30进行定位的多个凹部60a～60f。
凹部60a、60c、60e被形成为圆筒状，凹部60b、60d、60f被形成为用2根直线将2个半圆之间连接的形状的长孔。将凹部60b、60d、60f形成为长孔的理由在于，为了对应散热板60或者功率模块10、20、30热膨胀所致的尺寸的变化以及散热板60或者功率模块10、20、30的制造误差所致的尺寸的偏差。
散热板60由综合地考虑与功率模块的线膨胀系数的差、导热率、重量、成本等的材料形成。在作为功率模块10、20、30例如使用在Si3N4、A1N的绝缘材料的两面贴合Cu、Al的电极材料的两面图案粘贴陶瓷基板的情况下，成为实用上使用的图案厚(0.3mm～1.0mm)内的线膨胀系数的差为7～12ppm/K的低热膨胀材料。因此，在重视散热板60和功率模块10、20、30的线膨胀系数的差的情况下，优选AlSiC或者CuMo等复合材料。另一方面，在作为功率模块10、20、30的主材料使用Cu和树脂绝缘材料的情况下，大致以Cu(16.8ppm/K)为目标，所以在散热部件中优选Cu、Al。但是，线膨胀系数的差以外的主要原因也应考虑，所以并非仅上述组合是优选的。
图3是沿着图1的III-III线的电力用半导体装置1的剖面图。此外，在图1中，以将控制用基板50拆下的状态示出，但在图3中，以组装控制用基板50的状态示出。另外，在此，以功率模块10被粘结到散热板60的部分为例子进行说明，但关于功率模块20以及30被粘结到散热板60的部分，尺寸以外的结构也相同。
如图3所示，在功率模块10安装有朝向功率模块10的上方突出的控制端子11。而且，在控制端子11的上部粘结有控制用基板50。在设置于图1所示的控制用基板50的安装孔40插入控制端子11，将控制用基板50通过粘结材料80粘结到控制端子11。
功率模块10在安装有控制端子11的一侧的端部，具有向功率模块10的底面侧突出的形成为圆柱状的突起部12。另外，功率模块10在与形成有突起部12的端部相反的一侧的端部，具有向功率模块10的底面侧突出的形成为圆柱状的另一个突起部13。在散热板60设置有与突起部12对应的凹部60a和与突起部13对应的凹部60b。功率模块10是通过在散热板60的凹部60a、60b分别插入突起部12、13而定位的。并且，功率模块10通过粘结层70被粘结到散热板60。
在此，在粘结层70以及粘结材料80中，使用具有粘结功能、散热性高、且长期劣化少的焊料或者导电性粘接剂等材料，但还能够利用具有更高温下的耐久性的Ag烧结材料、Cu烧结材料、CuSn烧结材料等。另外，在粘结层70的材料是导电性粘接剂的情况下，在散热板60、功率模块30的被粘接面中不需要特别的表面处理，但在用焊料、烧结材料等进行金属接合的情况下，由于与Al系材料的接合困难，所以通过实施电解Ni镀敷、无电解NiP镀敷、Sn镀敷等表面处理，能够得到良好的接合状态。
功率模块10、20、30是针对分别连接的电路50a～50c使用最佳的功率芯片而构成的。因此，在功率模块10、20、30之间几乎无电力的互换性。因此，当未在决定的位置装配决定的种类的功率模块时，作为电力用半导体装置1，产生电力的过与不足。
因此，在实施方式1所涉及的电力用半导体装置1中，设置有防止各功率模块10、20、30的误装配的机构。以下，说明实施方式1所涉及的功率模块10、20、30的误装配防止机构。
如图2所示，在散热板60的区域A形成有6个凹部60a、60b的对。另外，在区域B形成有4个凹部60c、60d的对。而且，在区域C形成有6个凹部60e、60f的对。
如图4A以及图4D所示，功率模块10具有8根控制端子11。控制端子11是功率芯片的栅极驱动以及向电流传感器及芯片内置的温度传感器的信号线。各控制端子11以在将功率模块10装配到散热板60时相对散热板60的装配面垂直地突出的方式，安装于功率模块10。这些控制端子11被分别插入到图1所示的控制用基板50的安装孔40，相对控制用基板50被焊接。
另外，功率模块10具有形成于被安装有控制端子11的一侧的端面的圆柱状的突起部12和形成于相反侧的端面的圆柱状的突起部13。突起部12被插入到图2所示的散热板60的凹部60a，突起部13被插入到散热板60的凹部60b。凹部60a的内径比突起部12的外径稍微更大地形成。另一方面，凹部60b的短径比突起部13的外径更大地形成，长径被形成为突起部13能够在凹部60b中稍微移动的大小。
突起部12与凹部60a之间的间隙小，突起部13与凹部60b的间隙大。将突起部12插入到间隙小的凹部60a的理由在于，使安装于突起部12的附近的各控制端子11的位置与控制用基板50的各安装孔40的配置符合地定位。
这样，通过在散热板60凹部60a、60b插入功率模块10的突起部12、13，能够使功率模块10定位到散热板60。而且，能够使功率模块10的控制端子11相对控制用基板50的安装孔40定位。关于功率模块20以及功率模块30也是同样的。
如图5A以及图5D所示，功率模块20具有8根控制端子21。控制端子21与功率模块10的控制端子11同样地，是功率芯片的栅极驱动以及向电流传感器及芯片内置的温度传感器的信号线。各控制端子21与功率模块10的控制端子11同样地，以在将功率模块20装配到散热板60时相对散热板60的装配面垂直的方式被安装到功率模块20。这些控制端子21与功率模块10的控制端子11同样地，分别插入到形成于图1所示的控制用基板50的多个安装孔40，相对控制用基板50被焊接。
另外，功率模块20具有形成于被安装有控制端子21的一侧的端面的圆柱状的突起部22和形成于相反侧的端面的圆柱状的突起部23。突起部22被插入到图2所示的散热板60的凹部60c，突起部23被插入到散热板60的凹部60d。
凹部60c的内径比突起部22的外径稍微更大地形成。另一方面，凹部60d的短径比突起部23的外径更大地形成，长径被形成为突起部23能够在凹部60d中稍微移动的大小。通过这样形成凹部60c、60d并将功率模块20的突起部22、23组装到散热板60，功率模块20相对散热板60定位。
如图6A以及图6D所示，功率模块30具有4根控制端子31。控制端子31与控制端子11、21同样地，是功率芯片的栅极驱动以及向电流传感器及芯片内置的温度传感器的信号线。各控制端子31以在将功率模块30装配到散热板60时相对散热板60的装配面垂直的方式安装于功率模块30。这些控制端子31被分别插入到图1所示的控制用基板50的安装孔40，相对控制用基板50被焊接。
另外，功率模块30具有形成于被安装有控制端子31的一侧的端面的圆柱状的突起部32和形成于相反侧的端面的圆柱状的突起部33。突起部32被插入到图2所示的散热板60的凹部60e，突起部33被插入到散热板60的凹部60f。
凹部60e的内径比突起部32的外径稍微更大地形成。另一方面，凹部60f的短径比突起部33的外径更大地形成，长径被形成为突起部33能够在凹部60f中稍微移动的大小。通过这样形成凹部60e以及60f并将功率模块30的突起部32以及33组装到散热板60，功率模块30相对散热板60定位。
如图1、图6C、图6D所示，形成于功率模块30的突起部32以使连接突起部32和突起部33的直线D3的方向相对连接功率模块10的突起部12和突起部13的直线D1的方向以及连接功率模块20的突起部22和突起部23的直线D2的方向不平行的方式，相互偏置地配置。该偏置被设定为直线D3和直线D1、D2形成的角度成为5°以上。
另外，图5C所示的功率模块20的突起部22和突起部23的距离L2被设定为比图4C所示的功率模块10的突起部12和突起部13的距离L1长。
如图2所示，形成于散热板60的区域A的一对凹部60a、60b的配置与形成于功率模块10的一对突起部12、13的配置对应。另外，形成于区域B的一对凹部60c、60d的配置与形成于功率模块20的一对突起部22、23的配置对应。而且，形成于区域C的一对凹部60e、60f的配置与形成于功率模块30的一对突起部32、33的配置对应。
而且，功率模块10的突起部12、13设为不适合于区域B的凹部60c、60d以及区域C的凹部60e、60f而无法插入。另外，功率模块20的突起部22、23设为不适合于区域A的凹部60a、60b以及区域C的凹部60e、60f而无法插入。而且，功率模块30的突起部32、33设为不适合于区域A的凹部60a、60b以及区域B的凹部60c、60d而无法插入。
这样，在实施方式1所涉及的电力用半导体装置1中，使各功率模块10、20、30具有的2个突起部的位置关系相互不同。而且，通过使形成于散热板60的各区域A～C的各凹部60a～60f的配置对应于装配到各区域A～C的功率模块10、20、30的各突起部的位置关系，能够防止将各功率模块10、20、30错误地装配到应装配的区域以外的区域。
此外，在实施方式1中，由6个功率模块10、4个功率模块20、以及6个功率模块30形成电力用半导体装置1，但功率模块的种类以及数量不限于此。另外，在实施方式1中，在各功率模块中分别形成有一对突起部，但不限于此。例如，也可以将设置于各功率模块的突起部设为3个以上。
另外，在实施方式1中，使设置于功率模块的突起部成为圆柱状，使设置于散热板的凹部成为圆筒状以及长孔状，但不限于此。例如，也可以使突起部的顶端成为半球状，也可以使突起部成为棱柱状，使凹部成为矩形孔或者和长孔。此外，在使突起部成为棱柱状的情况下，优选对顶端实施倒角。
而且，在实施方式1中，通过使功率模块30的突起部32、33的配置偏置，使功率模块20的突起部22、23之间的距离与其他功率模块10、30的突起部间的距离不同，防止功率模块的误装配，但不限于此。例如，也可以通过使各功率模块的突起部的数量或者形状不同，防止误装配。
进而，在实施方式1中，在功率模块30中安装有4根控制端子31，在功率模块10以及20中安装有8根控制端子11以及21，但控制端子的数量不限于此，能够根据电力用半导体装置1的规格或者功率模块的使用，适宜地变更。
另外，形成于功率模块10、20、30的各突起部优选由能够注塑成形且耐热性高的树脂材料成形。特别，在粘结层70中使用无铅焊料的情况下，焊料的熔点成为220℃～240℃程度，所以鉴于焊接工艺中的温度偏移，粘结层70优选具有260℃以上的耐热性。例如，优选PPS(聚苯硫醚)、液晶聚合物树脂、氟系树脂等。另外，在用金属系的烧结材料接合时，在约250℃～300℃的范围中处理的情况多，所以通过选择具有更高的耐热性的材料，抑制突起部的热变形。
接下来，说明本发明的电力用半导体装置1的制造方法。图7是示出电力用半导体装置1的组装步骤的图。另外，图8A～图8E是说明电力用半导体装置1的制造方法中的空隙去除工序的图。
图9是示出将功率模块10和散热板60粘结的粘结层70的温度T和粘结层70的气氛的气压P的经时变化的图表。在图9中，横轴是时间t，纵轴是粘结层70的温度T和粘结层70的气氛的气压P。图形中的实线表示粘结层70的温度T的变化，虚线表示粘结层70的气氛的气压P的变化。另外，图形中的单点划线表示粘结层70的熔融温度Tm。
此外，在此，以功率模块10为例子进行了说明，但关于功率模块20以及30也是同样的。
如图7所示，首先，在散热板60的装配面中的装配功率模块10的位置，涂敷作为粘结层70的膏状的焊料71。
接下来，使功率模块10的接近控制端子11的突起部12向散热板60的凹部60a对准插入。接下来，将功率模块10的另一个突起部13的顶端插入到散热板60的凹部60b。
功率模块10的突起部12和突起部13的距离由于热膨胀而变化，并且由于制造误差偏移。但是，凹部60b成为长孔，所以能够吸收该变化以及偏差。
接下来，将功率模块10整体相对散热板60轻轻地按压，在功率模块10与散热板60之间使焊料71无间隙地遍布。
在此，进行去除在焊料71中产生的被称为空隙的气泡的空隙去除工序。如果空隙留在焊料71中，则切断功率模块10的散热路径，所以需要去除。使用图8以及图9说明该空隙去除工序。
首先，在图8A的状态下，如图9所示，将焊料71的温度T加热至焊料71的熔融温度Tm以上，使焊料71熔融。于是，如图8B所示，在熔融的焊料71中出现空隙Vo。
接下来，如图9所示，对电力用半导体装置1进行真空吸引，使熔融的焊料71的气氛减压。此外，开始减压的定时也可以是对焊料71加热之前。随着减压，被捕捉到熔融的焊料71内的空隙Vo的内压相对外部相对地变高，空隙Vo如图8C所示变大。此时，功率模块10由于变大的空隙Vo，从散热板60浮上。
然后，继续减压直至熔融的焊料71的气氛成为至少10kPa以下。于是，如图8D所示，空隙Vo进一步变大，到达至焊料71的层的端部。然后，空隙Vo的内部与熔融的焊料71的外部连通，空隙Vo内的空气被排斥到熔融的焊料71之外。此时，从散热板60浮上的功率模块10如图8E所示再次沉入。
如果功率模块10的举动稳定，则如图9所示，停止减压，使熔融的焊料71的气氛返回到大气压。在此，在熔融的焊料71内的空隙Vo未被完全排斥的情况下，在使熔融的焊料71从减压下返回到大气压时，呈现残存的空隙Vo收缩的举动。通过收缩能够极力减小空隙Vo的尺寸。另一方面，在空隙收缩的过程中，由于空隙Vo的位置移动而在功率模块10中产生浮起或者由于空隙Vo收缩而在功率模块10中发生沉入。此时，由于形成于功率模块10的突起部和设置于散热板的凹部，即使在功率模块10中发生浮沉，也能够使功率模块10的位置偏移留在最小限。
然后，停止熔融的焊料71的加热。以上，空隙去除工序结束。
接下来，如果熔融的焊料71凝固，则向各功率模块10、20、30的多个控制端子11、21、31组装控制用基板50。具体而言，将控制用基板50相对控制端子11、21、31按下直至各控制端子11、21、31从控制用基板50的各安装孔40的突出量成为能够焊接的长度。
接下来，将从控制用基板50突出的各控制端子11、21、31的上部焊接到控制用基板50。通过以上，电力用半导体装置1的制造结束。
在空隙去除工序中，功率模块10呈现从散热板60浮上然后沉入这样的举动。在使功率模块10的对角线的长度成为55mm、使焊料71的层的厚度成为0.050～0.500mm程度的情况下，在该空隙去除工序中，为了使得功率模块10的突起部12、13不从散热板60的凹部60a、60b脱落，优选使突起部12以及13从功率模块10的底面起的高度形成为1.5mm～3.0mm程度。此外，突起部12以及13的高度与功率模块10的对角线的长度成比例地决定。
接下来，使用图10以及图11说明本发明的电力用半导体装置1的实施方式2。
实施方式2
在实施方式2中，在控制用基板50安装有导引部件90的点与实施方式1不同。其他结构与实施方式1相同。
如图10所示，在实施方式2所涉及的控制用基板50中，安装有将控制端子11的顶端引导到控制用基板50的安装孔40的导引部件90。此外，在此以在功率模块10的控制端子11安装控制用基板50的情况为例子进行说明，但关于功率模块20以及30的控制端子21以及31也同样地安装。
导引部件90由液晶聚合物树脂、氟系树脂等具有高耐热性的绝缘性的树脂材料形成。导引部件90通过耐热性的粘接剂等被固定到控制用基板50的电路面的背面。
图11是图10的E部放大图。导引部件90由长方体的块材料形成，如图11所示，在导引部件90的中央部设置有锥状的贯通孔。锥状的贯通孔的开口部中的小的一方的内径被形成为控制端子11能够通过的大小。而且，导引部件90被固定成使内径小的一方的开口部与控制用基板50的安装孔40符合。
在将控制用基板50安装到控制端子11时，使控制端子11的顶端沿着导引部件90的内径大的一方的开口部，引导至控制用基板50的安装孔40。如果控制端子11的顶端向控制用基板50的电路面侧突出，则用焊料等粘结材料80固定控制用基板50和控制端子11。
这样，根据实施方式2的电力用半导体装置1，在控制用基板50安装有将控制端子11引导到安装孔40的导引部件90。由此，能够迅速地将多个控制端子11定位而插入到控制用基板50的多个安装孔40。因此，能够提高电力用半导体装置1的生产性。
此外，在实施方式2中，使导引部件90成为在长方体的块材料中设置有剖面为圆形的锥状的贯通孔的形状，但不限于此。例如，导引部件90也可以设为在圆柱状的材料中设置有锥状的贯通孔的形状，锥状的贯通孔的剖面形状也可以是多边形。
实施方式3
使用图12、图13A、图13B说明本发明中的实施方式3。图12是示出本发明的电力用半导体装置的X方向和Y方向的俯视图。图13A是实施方式3的电力用半导体装置的俯视图。而且，图13B是示出图13A的电力用半导体装置的剖面的图。
作为焊接的方法，除了使用如实施方式1的含有焊剂的焊料71以外，还有在直至焊料熔融的期间使处理室处于还原气氛下，在焊料材料中不包含还原作用的方法。还原气氛需要同时实现低氧浓度和氧化还原作用，优选设为H2、HCOOH、N2等的气氛，使氧浓度成为10ppm以下。
在使用这样的方法的情况下，焊料能够以确保预定的分量的大块(Bulk)状的方式供给。作为大块的方式，能够根据焊接部的必要的体积、形状分开使用薄板的片状、球状、立方体状、长方体状等。
大块状的焊料并非如含有焊剂的焊料含有残渣成分，所以无需在焊接之后对产品进行洗净。进而，能够抑制焊接设备的污染所致的清扫等维护频度。另一方面，大块状的焊料是金属的块儿，所以无粘接性且在焊料自身中无定位功能。在焊料未被定位时，在焊接之前的搬送工序中，例如，由于搬送轨道之间的接缝部中的颠簸、搬运工件时的加减速中的加速度，大块状的焊料有时偏离预定的位置。于是，无法在必要的场所填充必要的量的焊料而有可能成为焊接不良。
如图12所示，功率模块10、20、30分别具有第1突起部以及第2突起部，所以虽然能够限制大块状焊料的X方向的位置偏移，但无法限制Y方向的位置偏移。另外，在大块状焊料之中用特别薄的片状的焊料接合大面积时，片状的焊料翘曲，在散热板60与焊料或者焊料与功率模块10之间形成空气的层，成为均热化的阻碍主要原因。
在此，薄的片状的焊料是指厚度为0.100mm～0.500mm程度的材料。另外，大面积的接合意味着1边为10mm～60mm程度的焊料接合面。
在焊接的加热工艺中未实现充分的均热化时，焊料更偏向在2个被接合面中的焊料超过熔点的一方润湿扩展。因此，焊料不扩展到必要的场所而有可能成为焊接不良。
为了解决这样的Y方向的焊料的位置偏移和使用片状的焊料的情况的均热化这样的2个课题，在实施方式3中，如图13A所示，沿着散热板60的长度方向，在功率模块10、20、30的上部，配置有导热率高的金属制的块100。
而且，通过金属制的块100，在功率模块10、20、30的上部形成传热路径。进而，如图13B所示，使突起部101从金属制的块100向下方突出，限制片状的焊料72的Y方向的位置。金属制的块100能够装卸地安装到散热板60。而且，金属制的块100通过至少设置于两端部的定位销102和设置于散热板60的未图示的定位孔，被定位到散热板60上。此外，也可以将定位销102设置于散热板60侧，在金属制的块100侧设置定位孔。
由此，能够使焊接的质量稳定，并且能够使电力用半导体装置1的生产性提高。另外，通过跨越排成一列的多个功率模块10、20、30而配置金属制的块100，能够实现被搬送到炉内的大型的电力用半导体装置1的均热化。

Claims (16)

1.一种电力用半导体装置，具有：
多个种类的功率模块，安装有控制端子；
散热板，装配所述多个种类的功率模块；以及
控制用基板，形成有粘结所述控制端子的粘结部，
其中，
所述多个种类的功率模块分别具有圆柱状的第1突起部和第2突起部，该第1突起部设置于安装有所述控制端子的一侧的端部，该第2突起部设置于与形成有所述第1突起部的端部相反的一侧的端部，
所述第1突起部和所述第2突起部的位置关系针对所述功率模块的每个种类而不同，
所述散热板具有与所述第1突起部对应的圆筒状的第1凹部和与所述第2突起部对应的形成为长孔状的第2凹部，
所述多个种类的功率模块以将所述第1突起部插入到所述第1凹部并将所述第2突起部插入到所述第2凹部的方式安装到所述散热板，
所述第1凹部的内径比所述第1突起部的外径更大地形成，所述第2凹部的短径比所述第2突起部的外径更大地形成，所述第2凹部的长径被形成为所述第2突起部能够在所述第2凹部中移动的大小。
2.根据权利要求1所述的电力用半导体装置，其中，
所述多个种类的功率模块具有：
第1功率模块；以及
第2功率模块，种类与所述第1功率模块不同，
所述第1功率模块中的从所述第1突起部至所述第2突起部的第1距离与所述第2功率模块中的与所述第1距离对应的第2距离不同。
3.根据权利要求1所述的电力用半导体装置，其中，
所述多个种类的功率模块具有：
第1功率模块；以及
第3功率模块，种类与所述第1功率模块不同，
装配有所述多个种类的功率模块时的所述第1功率模块中的相对形成有所述第1突起部的位置的形成有所述第2突起部的第1方向与所述第3功率模块中的与所述第1方向对应的第2方向不同。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力用半导体装置，其中，
所述第1突起部以及所述第2突起部的从所述功率模块的底面起的高度是1.5mm以上，
所述第1凹部以及所述第2凹部的深度方向的尺寸大于所述第1突起部以及所述第2突起部的高度。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力用半导体装置，其中，
所述第1突起部以及所述第2突起部由软化温度为270℃以上的树脂材料形成。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力用半导体装置，其中，
所述控制用基板具有将所述控制端子引导到所述粘结部的导引部件。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力用半导体装置，其中，
所述多个种类的功率模块分别通过由大块状的焊料材料形成的粘结层粘结到所述散热板。
8.一种电力用半导体装置的制造方法，其中，
所述电力用半导体装置具有：
多个种类的功率模块，设置有控制端子；
散热板，装配所述多个种类的功率模块；以及
控制用基板，形成有粘结所述控制端子的粘结部，
所述电力用半导体装置的制造方法具有：
在所述多个种类的功率模块的各自中的安装有所述控制端子的一侧的端部设置圆柱状的第1突起部，并且在与形成有所述第1突起部的端部相反的一侧的端部以与所述第1突起部的位置关系针对所述功率模块的每个种类而不同的方式设置第2突起部，设置所述散热板中的与所述第1突起部对应的圆筒状的第1凹部和与所述第2突起部对应的长孔状的第2凹部，向所述散热板的所述第1凹部和所述第2凹部之间配置大块状的焊料材料的工序；
将所述第1突起部向所述第1凹部对准插入并且将所述第2突起部插入所述第2凹部，通过所述第1突起部以及所述第2突起部限制所述第1凹部以及所述第2凹部排列的方向的所述焊料材料的位置偏移，并且在所述焊料材料之上配置所述功率模块的工序；
将所述焊料材料加热而熔融的工序；以及
进行真空吸引直至所述焊料材料的气氛成为10kpa以下的工序，
所述第1凹部的内径比所述第1突起部的外径更大地形成，所述第2凹部的短径比所述第2突起部的外径更大地形成，所述第2凹部的长径被形成为所述第2突起部能够在所述第2凹部中移动的大小。
9.根据权利要求8所述的电力用半导体装置的制造方法，其中，
在将所述焊料材料加热而熔融的工序之前，具有如下工序：跨越多个所述功率模块来配置具有向下方突出的多个突起部的金属制的块，通过所述多个突起部限制与所述第1凹部以及第2凹部排列的方向垂直的方向的所述焊料材料的位置偏移。
10.一种电力用半导体装置，具有：
多个种类的功率模块，安装有控制端子；
散热板，装配所述多个种类的功率模块；以及
控制用基板，形成有粘结所述控制端子的粘结部，
其中，
所述多个种类的功率模块分别具有圆柱状的第1突起部和第2突起部，该第1突起部设置于安装有所述控制端子的一侧的端部，该第2突起部设置于与形成有所述第1突起部的端部相反的一侧的端部，
所述第1突起部和所述第2突起部的位置关系针对所述功率模块的每个种类而不同，
所述散热板具有与所述第1突起部对应的圆筒状的第1凹部和与所述第2突起部对应的形成为长孔状的第2凹部，
所述多个种类的功率模块以将所述第1突起部插入到所述第1凹部并将所述第2突起部插入到所述第2凹部的方式安装到所述散热板，
所述多个种类的功率模块具有：
第1功率模块；
第2功率模块；
第3功率模块，种类与所述第1功率模块和所述第2功率模块不同，
所述第1功率模块中的从所述第1突起部至所述第2突起部的第1距离与所述第2功率模块中的与所述第1距离对应的第2距离不同，
装配有所述多个种类的功率模块时的所述第1功率模块中的相对形成有所述第1突起部的位置的形成有所述第2突起部的第1方向与所述第3功率模块中的与所述第1方向对应的第2方向不同。
11.根据权利要求10所述的电力用半导体装置，其中，
所述第1突起部以及所述第2突起部的从所述功率模块的底面起的高度是1.5mm以上，
所述第1凹部以及所述第2凹部的深度方向的尺寸大于所述第1突起部以及所述第2突起部的高度。
12.根据权利要求10所述的电力用半导体装置，其中，
所述第1突起部以及所述第2突起部由软化温度为270℃以上的树脂材料形成。
13.根据权利要求10所述的电力用半导体装置，其中，
所述控制用基板具有将所述控制端子引导到所述粘结部的导引部件。
14.根据权利要求10所述的电力用半导体装置，其中，
所述多个种类的功率模块分别通过由大块状的焊料材料形成的粘结层粘结到所述散热板。
15.一种电力用半导体装置的制造方法，其中，
所述电力用半导体装置具有：
多个种类的功率模块，设置有控制端子；
散热板，装配所述多个种类的功率模块；以及
控制用基板，形成有粘结所述控制端子的粘结部，
所述电力用半导体装置的制造方法具有：
在所述多个种类的功率模块的各自中的安装有所述控制端子的一侧的端部设置圆柱状的第1突起部，并且在与形成有所述第1突起部的端部相反的一侧的端部以与所述第1突起部的位置关系针对所述功率模块的每个种类而不同的方式设置第2突起部，设置所述散热板中的与所述第1突起部对应的圆筒状的第1凹部和与所述第2突起部对应的长孔状的第2凹部，向所述散热板的所述第1凹部和所述第2凹部之间配置大块状的焊料材料的工序；
将所述第1突起部向所述第1凹部对准插入并且将所述第2突起部插入所述第2凹部，通过所述第1突起部以及所述第2突起部限制所述第1凹部以及所述第2凹部排列的方向的所述焊料材料的位置偏移，并且在所述焊料材料之上配置所述功率模块的工序；
将所述焊料材料加热而熔融的工序；以及
进行真空吸引直至所述焊料材料的气氛成为10kpa以下的工序，
所述多个种类的功率模块具有：
第1功率模块；
第2功率模块；
第3功率模块，种类与所述第1功率模块和所述第2功率模块不同，
所述第1功率模块中的从所述第1突起部至所述第2突起部的第1距离与所述第2功率模块中的与所述第1距离对应的第2距离不同，
装配有所述多个种类的功率模块时的所述第1功率模块中的相对形成有所述第1突起部的位置的形成有所述第2突起部的第1方向与所述第3功率模块中的与所述第1方向对应的第2方向不同。
16.根据权利要求15所述的电力用半导体装置的制造方法，其中，
在将所述焊料材料加热而熔融的工序之前，具有如下工序：跨越多个所述功率模块来配置具有向下方突出的多个突起部的金属制的块，通过所述多个突起部限制与所述第1凹部以及第2凹部排列的方向垂直的方向的所述焊料材料的位置偏移。
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