本發(fā)明涉及在引線框上搭載有多個(gè)半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體模塊，尤其涉及模塊的小型化。

背景技術(shù)：

近年來，具備IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極晶體管)、功率MOSFET等功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體模塊要求具有高絕緣性以及良好散熱性的半導(dǎo)體封裝。而且，這種半導(dǎo)體模塊正在往小型化、高密度安裝化發(fā)展。例如，可以使多個(gè)端子一體化來削減端子數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體模塊的小型化(例如參照專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2011-250491號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

然而，現(xiàn)有技術(shù)存在如下問題。

對(duì)于專利文獻(xiàn)1所揭示的半導(dǎo)體模塊，各終端上未安裝元件的空間較多，通過提高元件安裝率，小型化尚有很大余地。并且，通過使半導(dǎo)體模塊小型化來提高引線框的良品率。

本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而完成的，其目的在于，獲得一種半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊能力圖實(shí)現(xiàn)引線框的有效利用，并能減小模塊尺寸。

解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案

本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊通過在由多個(gè)終端構(gòu)成的引線框上焊接安裝電子元器件以及母線而形成，其中，引線框在所焊接安裝的元器件的焊接部附近形成有能限制引線框上的焊料流動(dòng)方向的焊料流動(dòng)抑制部。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，通過在引線框上形成由凹凸形狀、缺口或孔構(gòu)成的焊料流動(dòng)抑制部來限制焊料流動(dòng)方向，從而抑制安裝元器件的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等位置偏移，能實(shí)現(xiàn)引線框的有效利用，并獲得能使模塊尺寸小型化的半導(dǎo)體模塊。

附圖說明

圖1是以安裝于車輛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置為例來示出應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體模塊的裝置的整體電路圖。

圖2是以往的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖3是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖4是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的剖視圖。

圖5是在與本發(fā)明實(shí)施方式1的上述圖3不同的位置應(yīng)用了焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖6是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式2的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖7是應(yīng)用了與本發(fā)明實(shí)施方式2的圖6不同的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖8是以安裝于車輛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置為例來示出應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體模塊的裝置的整體電路圖。

圖9是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式3的焊料流動(dòng)抑制部的半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖10是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式4的焊料流動(dòng)抑制部的半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

圖11是應(yīng)用了與本發(fā)明實(shí)施方式4的上述圖10不同的焊料流動(dòng)抑制部的半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行說明。此外，各圖中對(duì)相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同標(biāo)號(hào)來進(jìn)行說明。

實(shí)施方式1.

圖1是以安裝于車輛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置為例來示出應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體模塊的裝置的整體電路圖。該裝置由電動(dòng)機(jī)1、控制單元2構(gòu)成，且兩個(gè)部位形成為一體。

控制單元2包含：由微機(jī)8及其周邊電路構(gòu)成的控制電路部20；電源繼電器4；以及功率電路部3，該功率電路部3具備4向電動(dòng)機(jī)繞組供電的逆變器。

控制單元2輸入電池、車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器的電源以及各種信息，利用微機(jī)8運(yùn)算方向盤輔助量，并經(jīng)由前置驅(qū)動(dòng)器9輸出到逆變器3。此外，對(duì)來自檢測電動(dòng)機(jī)1的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)傳感器7的信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)男D(zhuǎn)傳感器I/F、以及對(duì)提供給電動(dòng)機(jī)1的電流進(jìn)行測定的電流監(jiān)視器I/F10與微機(jī)相連。

電源部接受電池電力而工作，由用于抑制噪聲的扼流線圈6、平滑電容器5、以及連接或切斷電源線的繼電器4構(gòu)成，并向逆變器3供電。逆變器3與電動(dòng)機(jī)1的三相繞組相對(duì)應(yīng)地具備三組、共計(jì)六個(gè)上下臂的開關(guān)元件11～16。此外，各相分別配置有起到能連接、切斷向電動(dòng)機(jī)1的供電的繼電器作用的開關(guān)元件17～19。

這些開關(guān)元件(11～16、17～19)與各繞組相對(duì)應(yīng)而存在，因此標(biāo)注u、v、w來命名。此外，用于控制各開關(guān)元件的端子Gh、Gl、Gm分別經(jīng)由前置驅(qū)動(dòng)器9與微機(jī)8相連。

并且，為了監(jiān)視上下臂的開關(guān)元件11～16間的電壓，存在三個(gè)端子Mm，并且存在電流檢測用分流電阻22、23、24的上游監(jiān)視端子。它們的監(jiān)視值經(jīng)由電流監(jiān)視器I/F10被傳遞到微機(jī)8。另外，還存在電動(dòng)機(jī)1的各相繞組端子Mu、Mv、Mw。

逆變器3由內(nèi)置了多個(gè)開關(guān)元件的U相半導(dǎo)體模塊、V相半導(dǎo)體模塊、W相半導(dǎo)體模塊這三個(gè)半導(dǎo)體模塊構(gòu)成。這些半導(dǎo)體模塊由于內(nèi)置了多個(gè)開關(guān)元件，因此也內(nèi)置了多個(gè)連接各元器件的電路，并且具有多個(gè)端子。此外，用于向電動(dòng)機(jī)1供電的電流也較大，需要提高散熱性。因此，從在本裝置中所占的規(guī)模、品質(zhì)、成本等方面考慮，半導(dǎo)體模塊是較為重要的元器件。

下面，利用圖2及其之后的附圖對(duì)半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。特別是，在之后的說明中，利用U相半導(dǎo)體模塊進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，利用圖2，對(duì)以往的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行說明。圖2是以往的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

這里，U相半導(dǎo)體模塊是對(duì)逆變器3的U相進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的元器件。該U相半導(dǎo)體模塊采用利用密封樹脂將U相上側(cè)FET11、U相下側(cè)FET12、U相電動(dòng)機(jī)繼電器FET17、分流電阻22以及安裝了內(nèi)引線32的引線框31進(jìn)行模塑而成的結(jié)構(gòu)。此外，V相半導(dǎo)體模塊、W相半導(dǎo)體模塊也采用同樣的結(jié)構(gòu)。下面，對(duì)半導(dǎo)體模塊內(nèi)的各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。

引線框31通過使用銅或鐵類的合金材料對(duì)一塊金屬板材進(jìn)行沖壓加工、蝕刻加工或切割加工來進(jìn)行制造，并在各個(gè)部位不相互重合的情況下被拉伸。此外，沖壓加工具有量產(chǎn)性較高的優(yōu)點(diǎn)，蝕刻加工具有交貨期較短的優(yōu)點(diǎn)，切割加工具有低成本的優(yōu)點(diǎn)。

芯片安裝面上例如如圖2所示，分別搭載有U相FET11、12、17這三個(gè)作為半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片彼此，或者引線框31彼此利用銅或鐵類材料的內(nèi)引線32連接。并且，該內(nèi)引線32跨過引線框31的上方。并且，多個(gè)端子、即終端作為外部端子34在圖2中向下方伸出。

接著，對(duì)圖2所示的半導(dǎo)體模塊的制造方法進(jìn)行說明。

(步驟1)在成形模具的腔體內(nèi)放置安裝了半導(dǎo)體元件、電子元器件等的引線框31。此時(shí)，引線框31通過位于模具上的固定銷或可動(dòng)銷來定位。

(步驟2)接下來，成形模具被密封，通過將環(huán)氧樹脂等熱固化性樹脂填充到腔體內(nèi)，從而形成密封樹脂30。

(步驟3)然后，在密封樹脂30成熟固化后，最終對(duì)引線框31的不需要的區(qū)域進(jìn)行切割、沖壓，從而完成半導(dǎo)體模塊。

另外，也可以不用密封樹脂30覆蓋各部位，而采用形成外框并用硅樹脂將其中部覆蓋的結(jié)構(gòu)。

接著，對(duì)本發(fā)明的主旨即焊料流動(dòng)抑制部進(jìn)行說明。本發(fā)明的焊料流動(dòng)抑制部具有如下技術(shù)特征：通過對(duì)引線框上的焊料流動(dòng)方向進(jìn)行控制(限制)，從而抑制安裝元器件的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等位置偏移。圖3是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。此外，圖4是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的剖視圖，是用于說明圖3中所使用的焊料流動(dòng)抑制部的圖。

如圖3、圖4所示，本實(shí)施方式1中，在引線框31設(shè)置有凸形狀36(凹凸形狀36)的焊料流動(dòng)抑制部。在圖3、圖4中，舉例示出抑制分流電阻22的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等位置偏移的情況。

另一方面，圖5是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式1的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖，舉例示出了在與上述圖3不同的位置設(shè)置焊料流動(dòng)抑制部即凸形狀36的情況。圖5中，為了抑制FET12的位置偏移，在安裝有FET12的兩側(cè)設(shè)置了凸形狀36。

通過在引線框31預(yù)先形成這種位置偏移抑制部，能防止安裝在位置偏移抑制部附近的元器件與其他安裝元器件之間的干擾。并且，通過如圖5那樣對(duì)FET12的位置偏移進(jìn)行抑制，從而也能抑制內(nèi)引線32的安裝錯(cuò)誤、引線鍵合33的斷線這樣的二級(jí)錯(cuò)誤。并且，由于提高了元器件安裝到引線框31的位置精度，因此與以往相比能在引線框31上以更高密度安裝元器件，能使半導(dǎo)體模塊小型化。

如上所述，根據(jù)實(shí)施方式1，使用在合適位置設(shè)置了具有凸形狀的位置偏移抑制部的引線框來進(jìn)行元器件安裝。由于具備這種位置偏移抑制部，因此能有效防止焊料流入安裝于位置偏移抑制部附近的元器件與其他安裝元器件之間的情況。其結(jié)果是，能提高引線框上的安裝元器件的搭載位置精度，能獲得實(shí)現(xiàn)了高安裝化、小型化的半導(dǎo)體模塊。

而且，由于能使半導(dǎo)體模塊小型化，因此引線框本身也能緊湊化，能提高良品率。而且，由于安裝精度變高，因此能削減制造時(shí)的不良品。

實(shí)施方式2.

在上述實(shí)施方式1中，對(duì)在引線框31形成凸形狀36作為位置偏移抑制部的情況進(jìn)行了說明。相對(duì)于此，在本實(shí)施方式2中，對(duì)用凸形狀36以外的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)置在引線框31的焊料流動(dòng)抑制部的情況進(jìn)行說明。因此，下文以伴隨上述不同點(diǎn)產(chǎn)生的變更部分為中心進(jìn)行說明，并省略與上述半導(dǎo)體模塊相同結(jié)構(gòu)部分的說明。

上述實(shí)施方式1所使用的凸形狀36帶有曲率半徑R，在引線框31上的可安裝元器件區(qū)域變小。為此，本實(shí)施方式2中，對(duì)能使可安裝元器件區(qū)域比上述實(shí)施方式1更大且能使半導(dǎo)體模塊進(jìn)一步小型化的焊料流動(dòng)抑制部進(jìn)行說明。

圖6是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式2的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。圖7是應(yīng)用了與本發(fā)明實(shí)施方式2的圖6不同的焊料流動(dòng)抑制部的U相半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。

本實(shí)施方式中，使用缺口37(圖6)或孔38(圖7)作為焊料流動(dòng)抑制部。并且，通過使引線框31的缺口37或孔38的加工毛邊朝向元器件安裝面?zhèn)?，從而抑制焊料流?dòng)。

由此，本實(shí)施方式2的焊料流動(dòng)抑制部設(shè)為缺口37或孔38，形成在引線框31上。其結(jié)果是，與上述實(shí)施方式1那樣形成凸形狀36的情況相比，能在不使引線框31上的可安裝元器件區(qū)域變小的情況下，抑制安裝元器件的位置偏移。

另外，考慮加工精度和可靠性來決定作為焊料流動(dòng)抑制部設(shè)置在引線框31的缺口37、孔38的寬度，優(yōu)選設(shè)為引線框31的厚度以上。

如上所述，根據(jù)實(shí)施方式2，使用在合適位置設(shè)置了由缺口或孔構(gòu)成的位置偏移抑制部的引線框來進(jìn)行元器件安裝。通過采用這種結(jié)構(gòu)，與上述實(shí)施方式1相比，能擴(kuò)大可安裝元器件區(qū)域。其結(jié)果是，能提高引線框上的安裝元器件的搭載位置精度，并能獲得與上述實(shí)施方式1相比進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高安裝化、小型化的半導(dǎo)體模塊。

另外，利用半沖裁(half blanking)工藝對(duì)上述實(shí)施方式1中說明的凸形狀36進(jìn)行加工，來代替使用缺口37或孔38作為焊料流動(dòng)抑制部，也能獲得與形成缺口37或孔38時(shí)同樣的效果。

實(shí)施方式3.

在上述實(shí)施方式1、2中，對(duì)用U相、V相、W相的各半導(dǎo)體模塊單獨(dú)進(jìn)行模塊化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明。相比于此，本實(shí)施方式3中，對(duì)將構(gòu)成逆變器3的三個(gè)半導(dǎo)體模塊進(jìn)行單模塊化的情況進(jìn)行說明。

圖8是以安裝于車輛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置為例來示出應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式3的半導(dǎo)體模塊的裝置的整體電路圖。與上述實(shí)施方式1的圖1相比，本實(shí)施方式3的圖8的結(jié)構(gòu)伴隨構(gòu)成逆變器3的三個(gè)半導(dǎo)體模塊的單模塊化的變更，電流監(jiān)視用的分流電阻(25)的數(shù)量也從三個(gè)變成一個(gè)。

此外，圖9是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式3的焊料流動(dòng)抑制部的半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖，與圖8對(duì)應(yīng)，示出了將三個(gè)半導(dǎo)體模塊單模塊化的情況。為此，利用圖8、圖9，以單模塊化的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行如下說明，并且對(duì)于與上述實(shí)施方式1、2的半導(dǎo)體模塊相同的構(gòu)成部分，省略其說明。

本實(shí)施方式3的半導(dǎo)體模塊將構(gòu)成逆變器3的所有元器件單模塊化。因此，與按照各個(gè)相單獨(dú)進(jìn)行模塊化的情況相比，一個(gè)模塊的尺寸大型化，進(jìn)而內(nèi)引線32也變大。特別是，與對(duì)各相間的同電位終端進(jìn)行連接的母線相當(dāng)?shù)膬?nèi)引線32a的長度方向尺寸相比于其他元器件有所擴(kuò)大。因此，在安裝到引線框31時(shí)，元器件旋轉(zhuǎn)時(shí)的位置偏移量變大，會(huì)妨礙模塊小型化。

為此，在上述那樣大型化的模塊所使用的引線框31中應(yīng)用本發(fā)明的焊料流動(dòng)抑制部，從而能有效抑制位置偏移。另外，圖9舉例示出了應(yīng)用缺口部37作為焊料流動(dòng)抑制部的情況。由于具備這種焊料流動(dòng)抑制部，因此在對(duì)大量元器件進(jìn)行單模塊化的情況下，也能使元器件間距離伴隨搭載位置精度的提高而變短，能制作元器件高密度安裝的半導(dǎo)體模塊。

如上所述，根據(jù)實(shí)施方式3，在對(duì)大量元器件進(jìn)行單模塊化時(shí)，使用在合適位置設(shè)置了本發(fā)明的位置偏移抑制部的引線框來進(jìn)行元器件安裝。其結(jié)果是，能提高引線框上安裝元器件的搭載位置精度，從而能縮短元器件間距離，獲得實(shí)現(xiàn)了高安裝化、小型化的半導(dǎo)體模塊。

實(shí)施方式4.

本實(shí)施方式4中，對(duì)用于實(shí)現(xiàn)與上述實(shí)施方式3的結(jié)構(gòu)相比進(jìn)一步高安裝化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖10是應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施方式4的焊料流動(dòng)抑制部的半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖，與上述圖8對(duì)應(yīng)，舉例示出了將三個(gè)半導(dǎo)體模塊單模塊化的情況。

本實(shí)施方式4的半導(dǎo)體模塊與上述實(shí)施方式3同樣，具有對(duì)構(gòu)成逆變器3的所有元器件進(jìn)行單模塊化的結(jié)構(gòu)。這里，若與上述實(shí)施方式3的圖9相比，本實(shí)施方式4的圖10的結(jié)構(gòu)具有如下不同點(diǎn)：內(nèi)引線32b與內(nèi)引線32c立體交叉。為此，利用圖10，以該不同點(diǎn)為中心進(jìn)行如下說明，并且此處，對(duì)于與上述實(shí)施方式1～3的半導(dǎo)體模塊相同的構(gòu)成部分，省略說明。

本實(shí)施方式4如圖10所示，采用使相當(dāng)于不同電位的母線的內(nèi)引線32b與內(nèi)引線32c立體交叉的結(jié)構(gòu)。像這樣同時(shí)采用本發(fā)明的焊料流動(dòng)抑制部和立體交叉結(jié)構(gòu)，與上述實(shí)施方式3相比，能使半導(dǎo)體模塊進(jìn)一步小型化。另外，圖10舉例示出了應(yīng)用缺口部37作為焊料流動(dòng)抑制部的情況。

更具體而言，能縮小圖10中從左上向右下的以陰影所示的第二可縮小區(qū)域41的部分，從而有助于半導(dǎo)體模塊的小型化。

接著，圖11是應(yīng)用了與本發(fā)明實(shí)施方式4的上述圖10不同的焊料流動(dòng)抑制部的半導(dǎo)體模塊的半完成狀態(tài)的透視圖。該圖11中，在上述圖10的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)安裝有內(nèi)引線32c的U相下側(cè)FET、V相下側(cè)FET進(jìn)一步設(shè)置了由孔38構(gòu)成的焊料流動(dòng)抑制部。

由此，通過形成孔38，能提高FET的搭載位置精度，從而能更可靠地避免內(nèi)引線32b與內(nèi)引線32c的接觸短路。其結(jié)果是，在對(duì)大量元器件進(jìn)行單模塊化時(shí)，也能在確保產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體模塊的小型化。

如上所述，根據(jù)實(shí)施方式4，在對(duì)大量元器件進(jìn)行單模塊化時(shí)，使用在合適位置設(shè)置了本發(fā)明的位置偏移抑制部的引線框并采用立體交叉結(jié)構(gòu)來進(jìn)行元器件安裝。其結(jié)果是，能提高引線框上安裝元器件的搭載位置精度，從而能縮短元器件間距離，獲得實(shí)現(xiàn)了高安裝化、小型化的半導(dǎo)體模塊。