專利名稱:半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體領(lǐng)域,尤其涉及一種半導(dǎo)體模塊。
背景技術(shù):
進(jìn)行大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作和整流的功率半導(dǎo)體元件(例如整流用二極管、功率M0SFET、IGBT (絕緣柵型雙極晶體管,Insulated Gate Bipolar Transistor)等等)在工作中的發(fā)熱量很大。因此,對(duì)于將這樣的功率半導(dǎo)體元件內(nèi)置在塑封材料中的半導(dǎo)體模塊,希望具有很高的散熱功率。一般情況下,在半導(dǎo)體模塊中可以使用由散熱板和引線端子構(gòu)成的引線框架(Lead Frame),并將功率半導(dǎo)體芯片安裝在該散熱板上。用由樹(shù)脂構(gòu)成的塑封材料對(duì)上述構(gòu)造進(jìn)行密封,固化后的該塑封材料成為封裝。其中,引線框架可以由導(dǎo)熱率高的銅等形成。另外,構(gòu)成引線框架的一部分的引線端子采用從塑封材料突出的方式,并且使用金屬線(wire)等將功率半導(dǎo)體芯片的電極與構(gòu)成電信號(hào)的輸入輸出端子的各引線連接。功率半導(dǎo)體芯片根據(jù)從外部施加在各引線上的電壓而工作。在實(shí)際中,該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體模塊是通過(guò)將各引線插入到印制基板上形成的通孔中并進(jìn)行焊接來(lái)使用的。或者,還可以采用這樣的方式,即:不僅各引線從塑封材料突出,而且在塑封材料的背面,使散熱板露出。在該情況下,有時(shí)背面的散熱板自身也被焊接到印制基板上來(lái)使用。目前,例如專利文獻(xiàn)I所述,在半導(dǎo)體模塊中有時(shí)混合安裝有功率元件(功率半導(dǎo)體芯片)和控制元件(控制用半導(dǎo)體集成電路);而功率元件和控制元件通過(guò)金(Au)線直接連接。但是,發(fā)明人發(fā)現(xiàn):在這樣的情況下,功率半導(dǎo)體芯片發(fā)出的熱量會(huì)傳遞到控制用半導(dǎo)體集成電路,從而導(dǎo)致控制用半導(dǎo)體集成電路的溫度上升,致使性能顯著劣化而無(wú)法再進(jìn)行正常工作。[專利文獻(xiàn)I]:日本特許2011-054773號(hào)公報(bào),三墾電氣株式會(huì)社。應(yīng)該注意,上面對(duì)技術(shù)背景的介紹或技術(shù)問(wèn)題的分析只是為了方便對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說(shuō)明,并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因?yàn)檫@些方案或分析在本實(shí)用新型的背景技術(shù)部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案或分析為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體模塊,目的在于防止功率元件發(fā)出的熱量直接傳遞到控制兀件。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面,提供一種半導(dǎo)體模塊,包括功率元件和控制元件,其特征在于,所述半導(dǎo)體模塊具有:引線框架,其具有安裝有所述功率元件的第一模具墊,安裝有所述控制元件的第二模具墊,以及外部端子;金屬線,其作為電接線;以及,樹(shù)脂封裝體,其使所述引線框架的所述外部端子突出并進(jìn)行封裝;其中,在所述引線框架上具有框架墊部,所述金屬線經(jīng)由所述框架墊部而電連接所述功率元件和所述控制元件。由此,通過(guò)在控制元件和功率元件之間設(shè)置框架墊部,并且金屬線經(jīng)由框架墊部而連接控制元件和功率元件;從而控制元件和功率元件不再直接相連,切斷了功率元件產(chǎn)生的熱量的傳遞,防止了功率元件發(fā)出的熱量直接傳遞到控制元件。根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)方面,其中,所述金屬線包括:從所述功率元件到所述框架墊部的第一金屬線,以及從所述框架墊部到所述控制元件的與所述第一金屬線材質(zhì)不同的第二金屬線。由此,采用不同的金屬線且沒(méi)有將元件之間直接相連接,所以沿金屬線的應(yīng)力不會(huì)施加到控制元件。并且,因?yàn)榻饘倬€不止一個(gè),在框架墊部可以切換到不同的金屬線,因此傳熱路徑被分散,所以可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)方面,其中,安裝有所述功率元件的第一模具墊設(shè)置于接近所述樹(shù)脂封裝體的內(nèi)表面,使得所述第一模具墊與所述框架墊部不在同一平面。由此,將安裝有功率元件的第一模具墊下沉設(shè)置,使得安裝有功率元件的第一模具墊和安裝有控制元件的第二模具墊不在同一平面,可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)方面,其中,所述引線框架還具有:絕緣層,其一面粘著到安裝有所述功率元件的所述第一模具墊的外表面;散熱板,其一面與所述絕緣層的另一面接觸,并且所述散熱板的另一面從所述半導(dǎo)體模塊的表面露出。由此,通過(guò)設(shè)置散熱板可以更好地提高散熱性能。根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)方面,其中,在所述半導(dǎo)體模塊的厚度方向上,所述框架墊部的投影區(qū)域與所述散熱板的投影區(qū)域不重合。由此,框架墊部避開(kāi)了散熱板的投影區(qū)域,可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)方面,其中,所述散熱板為金屬基板或者陶瓷基板。參照下面的描述和附圖,將清楚本實(shí)用新型的這些和其他方面。在這些描述和附圖中,具體公開(kāi)了本實(shí)用新型的特定實(shí)施方式,來(lái)表示實(shí)施本實(shí)用新型的原理的一些方式,但是應(yīng)當(dāng)理解,本實(shí)用新型的范圍不受此限制。相反,本實(shí)用新型包括落入所附權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。針對(duì)一個(gè)實(shí)施方式描述和/或例示的特征,可以在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中以相同方式或以類似方式使用,和/或與其他實(shí)施方式的特征相結(jié)合或代替其他實(shí)施方式的特征使用。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是,術(shù)語(yǔ)“包括”當(dāng)在本說(shuō)明書中使用時(shí)用來(lái)指所述特征、要件、步驟或組成部分的存在,但不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、要件、步驟、組成部分或它們的組合的存在或增加。
[0030]參照以下的附圖可以更好地理解本實(shí)用新型的很多方面。附圖中的部件不是成比例繪制的,而只是為了示出本實(shí)用新型的原理。為了便于示出和描述本實(shí)用新型的一些部分,附圖中對(duì)應(yīng)部分可能被放大或縮小。在本實(shí)用新型的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。此夕卜,在附圖中,類似的標(biāo)號(hào)表示幾個(gè)附圖中對(duì)應(yīng)的部件,并可用于指示多于一種實(shí)施方式中使用的對(duì)應(yīng)部件。在附圖中:圖1是本實(shí)用新型的半導(dǎo)體模塊的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是圖1所示的半導(dǎo)體模塊的又一示意圖;圖3是圖1所示的半導(dǎo)體模塊的加上電線的示意圖;圖4是圖1所示的半導(dǎo)體模塊的又一示意圖;圖5是圖3所示的半導(dǎo)體模塊的截面示意圖;圖6是圖5的圓圈部分的放大示意圖;圖7是圖3所示的半導(dǎo)體模塊的又一示意圖;圖8示出了圖3所示的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行封裝后的示意圖;圖9不出了產(chǎn)品成型后的一外形圖;圖10示出了產(chǎn)品成型后的又一外形圖;圖11示出了產(chǎn)品成型后的又一外形圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖,通過(guò)下面的說(shuō)明書,本實(shí)用新型的前述以及其它特征將變得明顯。在說(shuō)明書和附圖中,具體公開(kāi)了本實(shí)用新型的特定實(shí)施方式,其表明了其中可以采用本實(shí)用新型的原則的部分實(shí)施方式,應(yīng)了解的是,本實(shí)用新型不限于所描述的實(shí)施方式,相反,本實(shí)用新型包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部修改、變型以及等同物。本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體模塊,圖1是本實(shí)用新型的半導(dǎo)體模塊的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示,該半導(dǎo)體模塊100包括功率元件101和控制元件102 ;功率元件101和控制元件102的具體構(gòu)成可以參考現(xiàn)有技術(shù),此處不再贅述。如圖1所示,該半導(dǎo)體模塊100還包括:引線框架103,其具有安裝有功率元件101的第一模具墊104,安裝有控制元件102的第二模具墊105,以及外部端子106 ;金屬線(圖1中未示出),其作為電接線;以及,樹(shù)脂封裝體(圖1中未示出),其使引線框架103的外部端子106突出并進(jìn)行封裝;其中,在引線框架103上具有框架墊部(Frame Tab)107,金屬線經(jīng)由框架墊部107而電連接功率元件101和控制元件102。圖2是圖1的半導(dǎo)體模塊的又一示意圖,為了清楚地示出框架墊部107,省略了其他部分。結(jié)合圖1和圖2可以看出,框架墊部107可以設(shè)置在在引線框架103的控制元件102的周圍。圖3是圖1所示的半導(dǎo)體模塊的加上電線的示意圖。如圖3所示,可將半導(dǎo)體模塊的長(zhǎng)度方向設(shè)為X方向,將半導(dǎo)體模塊的寬度方向設(shè)為Y方向,而將半導(dǎo)體模塊的厚度方向(即與X、Y方向垂直的方向)設(shè)為Z方向。如圖3所示,功率元件101和控制元件102之間并不直接連接,而是通過(guò)金屬線經(jīng)由框架墊部107而間接連接。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),圖3中僅示出了部分元件的標(biāo)號(hào)。如圖3所示,金屬線可以包括:從功率元件101到框架墊部107的第一金屬線301,以及從框架墊部107到控制元件102的第二金屬線302 ;其中,第一金屬線301和第二金屬線302的材質(zhì)不同。在具體實(shí)施時(shí),第一金屬線301可以采用細(xì)的鋁(Al)線,第二金屬線302可以采用Au線。如圖3所示,該半導(dǎo)體模塊還可以具有第三金屬線303,可以采用粗的Al線。但本實(shí)用新型不限于此,還可以采用其他的材質(zhì),例如可以采用銅線代替鋁線等等。在本實(shí)用新型中,功率元件101可以包括IGBT、快恢復(fù)二極管(FRD,F(xiàn)astRecoveryDiode)等;控制兀件102可以包括單片集成電路(MIC, Monolithic IntegratedCircuit)>陰極負(fù)載二極管(Di, Bootstrap Diode)等等。圖4是圖1的半導(dǎo)體模塊的又一示意圖,如圖4所示,功率元件101可以包括FRD1011以及IGBT1012等;控制元件102可以包括MIC 1021和Dil022等。并且,如圖4所示,電路中具有高壓電路401和低壓電路402。在本實(shí)用新型中,引線框架可以具有功率元件的安裝部(第一模具墊)、控制元件的安裝部(第二模具墊)、引線以及框體。引線框架的材質(zhì)可以是銅或者是銅合金,厚度例如可以是0.5mm。在功率元件101 (IGBT,F(xiàn)RD)和引線之間的金屬線可以是粗鋁線,例如可以是300微米。在控制元件102 (MIC,Di)和框架墊部107之間可以是細(xì)金線,例如可以是30微米。在框架墊部107與功率元件101 (IGBT)之間可以是細(xì)鋁線,例如可以是150微米。但本實(shí)用新型不限于此,可以根據(jù)實(shí)際需要確定具體的厚度或大小。由此,多個(gè)功率元件和控制功率元件的控制元件安裝在引線框架上,并且用樹(shù)脂封裝而成,在這種半導(dǎo)體模塊(IPM)的結(jié)構(gòu)中,發(fā)送從控制元件產(chǎn)生的信號(hào)的配線不直接連接到功率元件,而是通過(guò)框架墊部連接到功率元件,從而可以切斷功率元件產(chǎn)生的熱量(通過(guò)金屬電線傳熱)。此外,制造時(shí)框架墊部的一部分電浮動(dòng),因?yàn)榻饘倬€沒(méi)有將元件之間直接相連接,所以沿金屬線的應(yīng)力不會(huì)施加到控制元件。并且,因?yàn)榻饘倬€不止一個(gè),在框架墊部可以切換到不同的金屬線,因此傳熱路徑被分散,所以可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。在本實(shí)用新型中,在具體實(shí)施時(shí),安裝有功率元件101的第一模具墊可以設(shè)置于接近樹(shù)脂封裝體的內(nèi)表面,使得第一模具墊與第二模具墊不在同一平面。圖5是圖3所示的半導(dǎo)體模塊的截面示意圖。如圖5所示,安裝有功率元件101的第一模具墊104被設(shè)置在樹(shù)脂封裝體501的內(nèi)表面。在半導(dǎo)體模塊的厚度方向(Z方向)上,功率元件的安裝部可以被下沉設(shè)置;由此第一模具墊104和框架墊部107不在同一平面。如圖5所示,引線框架還可以具有:絕緣層502,其一面粘著到安裝有功率元件101的第一模具墊104的外表面;另一面與散熱板503接觸。散熱板503,其一面與絕緣層502的另一面接觸,并且散熱板503的另一面從半導(dǎo)體模塊的表面(模具表面)露出。[0065]如圖5所示,在半導(dǎo)體模塊的厚度方向(Z方向)上,框架墊部107的投影區(qū)域與散熱板503的投影區(qū)域不重合。也就是說(shuō),框架墊部107和散熱板503被錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。由此,通過(guò)設(shè)置散熱板,可以更好地提高散熱性能。并且,框架墊部避開(kāi)了散熱板的投影區(qū)域,可以防止熱量的傳遞,例如熱量從散熱板經(jīng)過(guò)模具樹(shù)脂的傳遞。圖6是圖5的圓圈部分的放大示意圖,如圖6所示,安裝有功率元件的第一模具墊104、絕緣層502和散熱板503可以依次疊加。值得注意的是,為了描述清楚,圖6僅是示意性示出了相關(guān)部件,但本實(shí)用新型不限于此。例如,在具體實(shí)施時(shí)還可以將圖中部件分為更細(xì)的層。圖7是圖3所示的半導(dǎo)體模塊的又一示意圖,主要示出了散熱板503在半導(dǎo)體模塊的設(shè)置。并且,如圖7所示,電路中具有高壓電路401和低壓電路402。圖8示出了如圖3所示的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行封裝后的示意圖。圖9示出了產(chǎn)品成型后的一外形圖,示出了產(chǎn)品的正面;圖10示出了產(chǎn)品成型后的又一外形圖,示出了產(chǎn)品的側(cè)面;圖11示出了產(chǎn)品成型后的又一外形圖,示出了產(chǎn)品的背面。在本實(shí)用新型中,散熱板503可以為金屬基板,尺寸例如可以是45*13*0.8 (mm),樹(shù)脂封裝體501可以為環(huán)氧樹(shù)脂,尺寸例如可以為60*30*7 (mm)。但本實(shí)用新型不限于此,散熱板503也可以是陶瓷基板。例如陶瓷基板的一面可以用銅箔與引線框架焊接;另一面從模具表面露出(露出的表面可以附著有銅)。在具體實(shí)施時(shí),如果準(zhǔn)備散熱板,制造工序可以相同。此外,在具體實(shí)施時(shí),在引線框架上也可以安裝熱檢測(cè)用傳感器。由上述實(shí)施例可知,通過(guò)在控制元件和功率元件之間設(shè)置框架墊部,并且金屬線經(jīng)由框架墊部而連接控制元件和功率元件;從而控制元件和功率元件不再直接相連,切斷了功率元件產(chǎn)生的熱量的傳遞,防止了功率元件發(fā)出的熱量直接傳遞到控制元件。此外,因?yàn)榻饘倬€沒(méi)有將元件之間直接相連接,所以沿金屬線的應(yīng)力不會(huì)施加到控制元件。并且,因?yàn)榻饘倬€不止一個(gè),在框架墊部可以切換到不同的金屬線,因此傳熱路徑被分散,所以可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。此外,將安裝有功率元件的第一模具墊下沉設(shè)置,使得安裝有功率元件的第一模具墊和安裝有控制元件的第二模具墊不在同一平面,可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。此外,通過(guò)設(shè)置散熱板,可以更好地提高散熱性能。并且,框架墊部避開(kāi)了散熱板的投影區(qū)域,可以進(jìn)一步防止熱量的傳遞。以上參照附圖描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。這些實(shí)施方式的許多特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)該詳細(xì)的說(shuō)明書是清楚的,因此所附權(quán)利要求旨在覆蓋這些實(shí)施方式的落入其真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這些特征和優(yōu)點(diǎn)。此外,由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到很多修改和改變,因此不是要將本實(shí)用新型的實(shí)施方式限于所例示和描述的精確結(jié)構(gòu)和操作,而是可以涵蓋落入其范圍內(nèi)的所有合適修改和等同物。在此公開(kāi)了本實(shí)用新型的特定實(shí)施方式。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)至IJ,本實(shí)用新型在其他環(huán)境下具有其他應(yīng)用。實(shí)際上,還存在許多實(shí)施方式和實(shí)現(xiàn)。所附權(quán)利要求絕非為了將本實(shí)用新型的范圍限制為上述具體實(shí)施方式
。另外,任意對(duì)于“用于……的裝置”的引用都是為了描 繪要素和權(quán)利要求的裝置加功能的闡釋,而任意未具體使用“用于……的裝置”的引用的要素都不希望被理解為裝置加功能的元件,即使該權(quán)利要求包括了“裝置”的用詞。盡管已經(jīng)針對(duì)特定優(yōu)選實(shí)施方式或多個(gè)實(shí)施方式示出并描述了本實(shí)用新型,但是顯然,本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解說(shuō)明書和附圖時(shí)可以想到等同的修改例和變型例。尤其是對(duì)于由上述要素(部件、組件、裝置、組成等)執(zhí)行的各種功能,除非另外指出,希望用于描述這些要素的術(shù)語(yǔ)(包括“裝置”的引用)對(duì)應(yīng)于執(zhí)行所述要素的具體功能的任意要素(即,功能等效),即使該要素在結(jié)構(gòu)上不同于在本實(shí)用新型的所例示的示例性實(shí)施方式或多個(gè)實(shí)施方式中執(zhí)行該功能的公開(kāi)結(jié)構(gòu)。另外,盡管以上已經(jīng)針對(duì)幾個(gè)例示的實(shí)施方式中的僅一個(gè)或更多個(gè)描述了本實(shí)用新型的具體特征,但是可以根據(jù)需要以及從對(duì)任意給定或具體應(yīng)用有利的方面考慮,將這種特征與其他實(shí)施方式的一個(gè)或更多個(gè)其他特征相結(jié)合。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體模塊,包括功率元件(101)和控制元件(102),其特征在于,所述半導(dǎo)體豐吳塊具有: 引線框架(103),其具有安裝有所述功率元件(101)的第一模具墊(104),安裝有所述控制元件(102)的第二模具墊(105),以及外部端子(106); 金屬線(301,302,303),其作為電接線;以及, 樹(shù)脂封裝體(501),其使所述引線框架(103)的所述外部端子(106)突出并進(jìn)行封裝;其中,在所述引線框架(103)上具有框架墊部(107),所述金屬線(301,302)經(jīng)由所述框架墊部(107)而電連接所述功率元件(101)和所述控制元件(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,所述金屬線(301,302)包括:從所述功率元件(101)到所述框架墊部(107)的第一金屬線(301 ),以及從所述框架墊部(107)到所述控制元件(102)的與所述第一金屬線(301)材質(zhì)不同的第二金屬線(302)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,安裝有所述功率元件(101)的第一模具墊(104)設(shè)置于接近所述樹(shù)脂封裝體(501)的內(nèi)表面,使得所述第一模具墊(104)與所述框架墊部(107)不在同一平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,所述引線框架(103)還具有: 絕緣層(502),其一面粘著到安裝有所述功率元件(101)的所述第一模具墊(104)的外表面; 散熱板(503),其一面與所述絕緣層(502)的另一面接觸,并且所述散熱板(503)的另一面從所述半導(dǎo)體模塊的表面露出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,所述引線框架(103)還具有: 絕緣層(502),其一面粘著到安裝有所述功率元件(101)的所述第一模具墊(104)的外表面; 散熱板(503),其一面與所述絕緣層(502)的另一面接觸,并且所述散熱板(503)的另一面從所述半導(dǎo)體模塊的表面露出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,在所述半導(dǎo)體模塊的厚度方向上,所述框架墊部(107)的投影區(qū)域與所述散熱板(503)的投影區(qū)域不重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,在所述半導(dǎo)體模塊的厚度方向上,所述框架墊部(107)的投影區(qū)域與所述散熱板(503)的投影區(qū)域不重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,所述散熱板(503)為金屬基板或者陶瓷基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于,所述散熱板(503)為金屬基板或者陶瓷基板。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體模塊,包括功率元件和控制元件,所述半導(dǎo)體模塊具有引線框架,其具有安裝有功率元件的第一模具墊,安裝有控制元件的第二模具墊,以及外部端子;金屬線,其作為電接線;以及樹(shù)脂封裝體,其使引線框架的外部端子突出并進(jìn)行封裝;其中,在引線框架上具有框架墊部,金屬線經(jīng)由框架墊部而電連接功率元件和控制元件。通過(guò)本實(shí)用新型,控制元件和功率元件不再直接相連,可以切斷功率元件產(chǎn)生的熱量的傳遞,防止功率元件發(fā)出的熱量直接傳遞到控制元件。
文檔編號(hào)H01L23/495GK202977407SQ20122067464
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者古原健二 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社