JP7233407B2 - 端子の脚部の下方の金属化層のディンプルを含むパワー半導体モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、パワー半導体モジュールおよびパワー半導体モジュールの製造方法に関する。
通常、パワー半導体モジュールは、基板を含み、この基板には、1つ以上のパワー半導体チップ、それらの電気接続およびいくつかの端子が接合されている。端子は、電力接続および補助接続のために使用される。基板は、セラミック層と、セラミック層の上方および下方に設けられた2つの金属化層とを含んでもよい。
本発明の目的は、製造コストを実質的に増加させることなく、信頼性が高く、強力な溶接および良好な電気特性を有する溶接端子を備えたパワー半導体モジュールを提供することである。
図面で使用された参照記号およびその意味は、参照記号の一覧に要約形式で記載されている。原則的には、図面において、同一の部分は、同一の参照記号で示される。
図1および2は、Cu、Alなどの金属材料から作られた端子12をさらに示している。端子12は、脚部28およびピン30を含み、実質的にL字形を有する。脚部28は、上方金属化層22に溶接され、基板14および/または層20、22、24と平行に設けられる。ピン30は、導電体をパワー半導体モジュール10に相互接続するために使用され、基板14および/または層20、22、24から実質的に垂直に突出する。
w/4<y<4w、l/4<x<4l
d<b<l、d<a<w
図4において、ディンプル34は、接触区域36内の脚部28の下方および接触区域36の外側の脚部28に設けられている。具体的に、ディンプルは、脚部28の全ての辺に沿って接触区域36の外側に設けられている。
1つまたは2つの金属化層22および24を含む絶縁基板14を用意する。その後、絶縁基板14の上方金属化層22および下方金属化層24の少なくとも一方に複数のディンプル34を形成する。例えば、ディンプル34は、上方金属化層22を機械加工することによって形成されてもよい。
ディンプルを形成する前または後に、例えば半田付けまたは焼結によって、半導体チップ40を上方金属化層22に接着してもよい。また、半導体チップ40を接着した後に、ワイヤボンド42を配置してもよい。
10 パワー半導体モジュール、12 端子、14 絶縁基板、16 ベースプレート、20 セラミック層、22 上方金属化層、24 下方金属化層、26 半田層、28 脚部、30 ピン、32 接続領域、34,34′ ディンプル、36 接触区域、38 縁部、40 半導体チップ、42 ワイヤボンド。
Claims (15)
- パワー半導体モジュール(10)であって、
上方金属化層(22)を有する絶縁基板(14)と、
前記上方金属化層(22)に接着された半導体チップ(40)と、
脚部(28)を介して前記上方金属化層(22)に接続され、前記半導体チップ(40)に電気的に相互接続された端子(12)とを備え、
前記上方金属化層(22)と、前記上方金属化層(22)の反対側に設けられた前記基板(14)の下方金属化層(24)との少なくとも一方は、前記脚部(28)の下方の接続領域(32)に設けられた複数のディンプル(34)を含み、
前記端子(12)の前記脚部(28)は、前記接続領域(32)において前記上方金属化層(22)に溶接され、
前記ディンプル(34)は、前記脚部(28)の縁部(36)の外側のみに設けられる、パワー半導体モジュール(10)。 - パワー半導体モジュール(10)であって、
上方金属化層(22)を有する絶縁基板(14)と、
前記上方金属化層(22)に接着された半導体チップ(40)と、
脚部(28)を介して前記上方金属化層(22)に接続され、前記半導体チップ(40)に電気的に相互接続された端子(12)とを備え、
前記上方金属化層(22)と、前記上方金属化層(22)の反対側に設けられた前記基板(14)の下方金属化層(24)との少なくとも一方の金属化層は、前記脚部(28)の下方の接続領域(32)に設けられた複数のディンプル(34)を含み、
前記端子(12)の前記脚部(28)は、前記接続領域(32)において前記上方金属化層(22)に溶接され、
前記ディンプル(34)は、前記少なくとも一方の金属化層を貫通する、パワー半導体モジュール(10)。 - パワー半導体モジュール(10)であって、
上方金属化層(22)を有する絶縁基板(14)と、
前記上方金属化層(22)に接着された半導体チップ(40)と、
脚部(28)を介して前記上方金属化層(22)に接続され、前記半導体チップ(40)に電気的に相互接続された端子(12)とを備え、
前記上方金属化層(22)と、前記上方金属化層(22)の反対側に設けられた前記基板(14)の下方金属化層(24)との少なくとも一方は、前記脚部(28)の下方の接続領域(32)に設けられた複数のディンプル(34)を含み、
前記端子(12)の前記脚部(28)は、前記接続領域(32)において前記上方金属化層(22)に溶接され、
前記接続領域(32)は、前記脚部(28)の最大直径の少なくとも1/4で、前記脚部(28)の下方から突出し、
前記脚部(28)の縁部(36)の外側のディンプル(34)と前記脚部の前記縁部(36)との最大距離は、前記脚部(28)の最大直径の1/4未満である、パワー半導体モジュール(10)。 - パワー半導体モジュール(10)であって、
上方金属化層(22)を有する絶縁基板(14)と、
前記上方金属化層(22)に接着された半導体チップ(40)と、
脚部(28)を介して前記上方金属化層(22)に接続され、前記半導体チップ(40)に電気的に相互接続された端子(12)とを備え、
前記上方金属化層(22)と、前記上方金属化層(22)の反対側に設けられた前記基板(14)の下方金属化層(24)との少なくとも一方は、前記脚部(28)の下方の接続領域(32)に設けられた複数のディンプル(34)を含み、
前記端子(12)の前記脚部(28)は、前記接続領域(32)において前記上方金属化層(22)に溶接され、
前記パワー半導体モジュール(10)は、ベースプレート(16)を備え、前記絶縁基板(14)は、前記下方金属化層(24)と共に前記ベースプレート(16)に接合され、
前記ディンプル(34)は、セラミック基板(20)と前記ベースプレート(16)との間の前記下方金属化層(24)に設けられる、パワー半導体モジュール(10)。 - 前記ディンプル(34)は、前記脚部(28)の下方と、前記脚部(28)の縁部(36)の下方と、前記脚部(28)の縁部(36)の外側とのうち、少なくとも一方に設けられる、請求項2から4のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- 前記ディンプル(34)は、前記脚部(28)の下方のみに設けられる、請求項2から4のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- 前記ディンプル(34)は、前記上方金属化層(22)および前記下方金属化層(24)の各々の厚さよりも小さい深さを有する、請求項1~6のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- 隣接するディンプルの間の距離は、前記ディンプルの直径の3倍未満である、請求項1~7のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- 前記ディンプル(34)は、規則的なパターンで設けられる、請求項1~8のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- 前記ディンプル(34)は、前記脚部(28)の縁部(36)に沿って、前記脚部(28)の少なくとも3辺に設けられる、請求項1~9のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- 前記絶縁基板(14)は、AlN、Al2O3およびSiNの少なくとも1つから作られたセラミック層(20)を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール(10)。
- パワー半導体モジュール(10)の製造方法であって、
絶縁基板(14)を用意するステップと、
前記絶縁基板(14)の上方金属化層(22)および下方金属化層(24)の少なくとも一方に複数のディンプル(34)を形成するステップとを含み、前記ディンプル(34)は、前記パワー半導体モジュール(10)の端子(12)用の接続領域(32)に形成され、
半導体チップ(40)を前記上方金属化層(22)に接着するステップと、
前記接続領域(32)において前記端子(12)の脚部(28)を前記上方金属化層(22)に溶接するステップとを含み、
前記ディンプル(34)は、前記脚部(28)の縁部(36)の外側のみに設けられる、方法。 - パワー半導体モジュール(10)の製造方法であって、
絶縁基板(14)を用意するステップと、
前記絶縁基板(14)の上方金属化層(22)および下方金属化層(24)の少なくとも一方の金属化層に複数のディンプル(34)を形成するステップとを含み、前記ディンプル(34)は、前記パワー半導体モジュール(10)の端子(12)用の接続領域(32)に形成され、
半導体チップ(40)を前記上方金属化層(22)に接着するステップと、
前記接続領域(32)において前記端子(12)の脚部(28)を前記上方金属化層(22)に溶接するステップとを含み、
前記ディンプル(34)は、前記少なくとも一方の金属化層を貫通する、方法。 - パワー半導体モジュール(10)の製造方法であって、
絶縁基板(14)を用意するステップと、
前記絶縁基板(14)の上方金属化層(22)および下方金属化層(24)の少なくとも一方に複数のディンプル(34)を形成するステップとを含み、前記ディンプル(34)は、前記パワー半導体モジュール(10)の端子(12)用の接続領域(32)に形成され、
半導体チップ(40)を前記上方金属化層(22)に接着するステップと、
前記接続領域(32)において前記端子(12)の脚部(28)を前記上方金属化層(22)に溶接するステップとを含み、
前記接続領域(32)は、前記脚部(28)の最大直径の少なくとも1/4で、前記脚部(28)の下方から突出し、
前記脚部(28)の縁部(36)の外側のディンプル(34)と前記脚部の前記縁部(36)との最大距離は、前記脚部(28)の最大直径の1/4未満である、方法。 - パワー半導体モジュール(10)の製造方法であって、
絶縁基板(14)を用意するステップと、
前記絶縁基板(14)の上方金属化層(22)および下方金属化層(24)の少なくとも一方に複数のディンプル(34)を形成するステップとを含み、前記ディンプル(34)は、前記パワー半導体モジュール(10)の端子(12)用の接続領域(32)に形成され、
半導体チップ(40)を前記上方金属化層(22)に接着するステップと、
前記接続領域(32)において前記端子(12)の脚部(28)を前記上方金属化層(22)に溶接するステップとを含み、
前記パワー半導体モジュール(10)は、ベースプレート(16)を備え、前記絶縁基板(14)は、前記下方金属化層(24)と共に前記ベースプレート(16)に接合され、
前記ディンプル(34)は、セラミック基板(20)と前記ベースプレート(16)との間の前記下方金属化層(24)に設けられる、方法。
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