專利名稱：半導(dǎo)體功率組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于IGBT、MOS-FET或SIT等半導(dǎo)體功率開關(guān)元件的安裝的半導(dǎo)體功率組件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在發(fā)動(dòng)機(jī)控制、使用于電能轉(zhuǎn)換等的半導(dǎo)體功率組件中，例如，如專利文獻(xiàn)1的圖9中所公開，在一個(gè)半導(dǎo)體功率組件中，使用熔點(diǎn)高的焊錫和熔點(diǎn)低的焊錫。即，首先用熔點(diǎn)高的焊錫焊接半導(dǎo)體功率開關(guān)元件和在絕緣基板一面上形成的金屬布線圖案，同時(shí)用熔點(diǎn)低的焊錫焊接在基板另一面上形成的金屬導(dǎo)體和金屬基座。進(jìn)一步地，可以通過(guò)導(dǎo)熱性良好的潤(rùn)滑脂將該金屬基座壓接在作為散熱部件的散熱器上。
另外，專利文獻(xiàn)2中的圖2和圖4中公開了以下技術(shù)使用Pb料焊錫將半導(dǎo)體芯片與氧化鋁絕緣基板一面上的金屬布線圖案焊接，同時(shí)利用導(dǎo)熱性粘接劑使絕緣基板的另一面與散熱器(金屬背面板)直接粘接在一起。在其圖4中，重視從半導(dǎo)體芯片到橫向方向的熱排放，在半導(dǎo)體芯片正下方的絕緣基板的另一面上形成金屬導(dǎo)電材料的厚膜，使上述導(dǎo)熱性粘接劑變薄該部分量。
專利文獻(xiàn)1特開2001-110985號(hào)公報(bào)(圖9)；專利文獻(xiàn)2特開平7-7027號(hào)公報(bào)(圖2、圖4)。

發(fā)明內(nèi)容
近年來(lái)，一直希望減少對(duì)環(huán)境影響大的物質(zhì)，即減少Pb(鉛)、Cd(鎘)、Cr(鉻)等物質(zhì)。因?yàn)樵陔娮硬考陌惭b中使用的焊錫大多含有Pb，所以正在更換成實(shí)際意義上不含有Pb的所謂無(wú)Pb焊錫。在各種應(yīng)用的熔點(diǎn)比較低的焊錫中，作為一個(gè)例子，可以列舉由3.5重量％的Ag(銀)、1.5重量％的Cu(銅)、其余為Sn(錫)組成的無(wú)Pb焊錫。相對(duì)于這個(gè)來(lái)說(shuō)，目前正在應(yīng)用的高熔點(diǎn)焊錫中只有由80重量％的Au(金)、其余為Sn(錫)組成的無(wú)Pb焊錫，因?yàn)槠浜休^多的Au，因而價(jià)格變得非常高。因此，半導(dǎo)體功率組件的無(wú)Pb化因考慮到成本增加而被延遲。
在專利文獻(xiàn)1的圖9中公開的技術(shù)中，高熔點(diǎn)及低熔點(diǎn)兩種焊錫工序是必須的，但不僅不能無(wú)Pb化，而且制造工序復(fù)雜化，并且經(jīng)濟(jì)性也存在問(wèn)題。
另一方面，專利文獻(xiàn)2的圖2和4中公開的技術(shù)中，因熱循環(huán)而引起應(yīng)力變?nèi)?，使可靠性存在?wèn)題，特別是在100[A]以上的大電流容量的半導(dǎo)體功率組件中不能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造工藝更簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異、并且相對(duì)于熱循環(huán)來(lái)說(shuō)具有高可靠性的半導(dǎo)體功率組件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠無(wú)Pb化的大電流容量的半導(dǎo)體功率組件。
在本發(fā)明中，使用在絕緣層的一面上形成金屬布線圖案、在另一面上具有金屬導(dǎo)體的絕緣基板。在絕緣基板的大致整個(gè)表面上形成安裝半導(dǎo)體芯片的金屬布線圖案之后，根據(jù)布線的必要性通過(guò)蝕刻使其圖案化。為了抑制因表里兩面之間的熱膨脹而引起的彎曲，抑制因熱循環(huán)而在半導(dǎo)體芯片和半導(dǎo)體芯片下面的焊錫中產(chǎn)生的變形，在絕緣層另一面的實(shí)際整個(gè)表面上形成絕緣層另一面的金屬導(dǎo)體，同時(shí)其厚度應(yīng)當(dāng)在絕緣層一面上的金屬布線圖案的厚度以下。例如，絕緣層一面的金屬布線圖案厚度為0.3[mm]，絕緣層另一面的金屬導(dǎo)體厚度為0.2[mm]，試圖使表里兩面之間的強(qiáng)度平衡，并且抗由熱循環(huán)引起的應(yīng)力強(qiáng)。
另外，夾著該絕緣基板的絕緣層的金屬布線圖案和金屬導(dǎo)體優(yōu)選為Ag、Cu、Al或包含它們的金屬。
在本發(fā)明其一方面中，絕緣基板一面的金屬布線圖案和半導(dǎo)體芯片通過(guò)焊錫相焊接，絕緣基板另一面的金屬導(dǎo)體通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑與散熱器熱連接。
在此，上述絕緣基板優(yōu)選在絕緣層另一面的實(shí)際整個(gè)表面上形成絕緣層另一面的金屬導(dǎo)體，同時(shí)其厚度為絕緣層一面的金屬布線圖案的厚度以下。
另外，使絕緣基板一面的金屬布線圖案和半導(dǎo)體芯片相焊接的焊錫為250℃以下的低熔點(diǎn)焊錫，優(yōu)選為無(wú)Pb焊錫。
另外，可以使用高導(dǎo)熱性粘接劑使絕緣基板另一面的金屬導(dǎo)體與包含銅的金屬基座相粘接，進(jìn)一步通過(guò)導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂與散熱器熱連接 在本發(fā)明另一方面中，絕緣基板的金屬布線圖案和半導(dǎo)體芯片通過(guò)低熔點(diǎn)焊錫相焊接，絕緣基板的金屬導(dǎo)體通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑與散熱器直接粘接。
在此，上述低熔點(diǎn)焊錫優(yōu)選為無(wú)Pb焊錫。
在本發(fā)明更優(yōu)選的實(shí)施方式中，使絕緣基板另一面的金屬導(dǎo)體焊接在金屬基座或散熱器(散熱部件)上的導(dǎo)熱性粘接劑的導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，通過(guò)兩面具有金屬導(dǎo)電體的絕緣基板和高導(dǎo)熱性粘接劑的組合，能夠降低由施加到半導(dǎo)體芯片下焊錫的熱循環(huán)引起的應(yīng)力，并且確保高可靠性。而且，可以提供一種通過(guò)單一焊錫使制造工藝更簡(jiǎn)易且經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異的大電流容量的半導(dǎo)體功率組件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，半導(dǎo)體功率組件中使用的焊錫在絕緣基板的金屬布線圖案和功率半導(dǎo)體芯片之間僅為一種就可以，不必分開使用高熔點(diǎn)焊錫和低熔點(diǎn)焊錫。由此，能夠使用在現(xiàn)有功率組件中難以適用的低熔點(diǎn)焊錫，尤其是使用無(wú)Pb焊錫，可以實(shí)現(xiàn)了大電流容量半導(dǎo)體功率組件的無(wú)Pb化。
進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明其他的優(yōu)選實(shí)施方式，通過(guò)絕緣基板的金屬導(dǎo)體和散熱器(散熱部件)用導(dǎo)熱性粘接劑直接焊接在一起，故可以省略金屬基座，可以降低大電流容量半導(dǎo)體功率組件的厚度和重量。而且，能夠提高從半導(dǎo)體芯片到散熱器的散熱性，再者由于結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)易可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
更進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明其他的優(yōu)選實(shí)施方式，在使用導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上高導(dǎo)熱性粘接劑的情況下，能夠抑制從半導(dǎo)體芯片到散熱器(散熱部件)的熱阻，使其比現(xiàn)有功率組件結(jié)構(gòu)的熱阻小。
本發(fā)明其他目的和特征在下述實(shí)施例中顯而易見。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體功率組件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖1中主要部分的放大圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體功率組件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4為圖3中主要部分的放大圖。
圖5為半導(dǎo)體功率組件比較例的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)圖，該比較例用于與導(dǎo)熱粘接劑的導(dǎo)熱率相對(duì)的熱阻與本發(fā)明實(shí)施方式1的熱阻進(jìn)行比較。
圖6為表示本發(fā)明的圖1的實(shí)施方式1的第2實(shí)施例半導(dǎo)體功率組件和圖5所示的機(jī)構(gòu)的第1比較例的、相對(duì)于導(dǎo)熱粘接劑的導(dǎo)熱率的熱阻之比的圖。
圖7為表示本發(fā)明的圖1的實(shí)施方式1的第2實(shí)施例半導(dǎo)體功率組件和圖5所示的機(jī)構(gòu)的第2比較例的、相對(duì)于導(dǎo)熱粘接劑的導(dǎo)熱率的熱阻之比的圖。
圖8為表示本發(fā)明實(shí)施方式1的第3實(shí)施例的半導(dǎo)體功率組件和如圖5示出結(jié)構(gòu)的第三比較例的、相對(duì)于導(dǎo)熱粘接劑的導(dǎo)熱率的熱阻之比的圖。
1半導(dǎo)體芯片、2絕緣基板、3絕緣層(氮化硅)、22金屬布線圖案、23金屬導(dǎo)體、3低熔點(diǎn)無(wú)Pb焊錫、4散熱器、5高導(dǎo)熱性粘接劑、6樹脂殼體、71～73銅母線棒、81，82鍵合引線、9控制基板、10硅膠、11，13導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂、12銅基座。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體功率組件的剖面結(jié)構(gòu)圖、圖2為圖1中主要部分的放大圖。
作為半導(dǎo)體功率開關(guān)元件MOS-FET的芯片1安裝在絕緣基板2上。通過(guò)夾著由氮化硅制得的絕緣層21，該絕緣基板2在其一面上形成金屬布線圖案22，在其另一面上形成金屬導(dǎo)體23。使用作為250℃以下的低熔點(diǎn)焊錫的無(wú)Pb焊錫3使半導(dǎo)體芯片1焊接在絕緣基板2一面上形成的金屬布線圖案22上。使安裝了半導(dǎo)體芯片1的絕緣基板2裝配在鋁(Al)制散熱器4上。即，使用高導(dǎo)熱性粘接劑5將絕緣基板2的另一面的金屬導(dǎo)體23粘接在散熱器4上。該高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上。
通過(guò)夾著硅粘接劑111、112，使樹脂制的殼體6安裝在散熱器4上，在該樹脂制的殼體6中嵌入形成銅母線棒71～73。焊接了半導(dǎo)體芯片1的金屬布線圖案22通過(guò)鍵合引線81、82與銅母線棒72和73相連接。殼體6的上端由功率組件的控制基板9覆蓋，在殼體6的內(nèi)部填充密封劑硅膠10。
如上所述，通過(guò)夾著氮化硅絕緣層21，絕緣基板2在其一面上形成金屬布線圖案22，在其另一面上形成金屬導(dǎo)體23。這些金屬布線圖案22和金屬導(dǎo)體23為Ag、Cu、Al或含有它們的金屬。在絕緣層21的大致整個(gè)表面上形成裝配了半導(dǎo)體芯片1的金屬布線圖案22之后，根據(jù)布線的必要性通過(guò)蝕刻使其圖案化。
在此，絕緣基板2成為在實(shí)際使用上耐熱循環(huán)、實(shí)現(xiàn)表里兩面之間熱膨脹平衡、抑制焊錫23應(yīng)力變形這樣的結(jié)構(gòu)。因此，絕緣基板2另一面的金屬導(dǎo)體23形成在絕緣層21實(shí)際整個(gè)表面上，同時(shí)形成為比絕緣基板2一面的金屬布線圖案22薄。具體來(lái)說(shuō)，一面的金屬布線圖案22的厚度為0.3[mm]時(shí)，因?yàn)楦鶕?jù)布線的必要性要通過(guò)蝕刻使其圖案化，所以該金屬布線圖案22例如假定具有整個(gè)表面上形成的金屬導(dǎo)體的2/3左右的強(qiáng)度。在該假定的情況下，通過(guò)使絕緣基板2另一面的金屬導(dǎo)體23的厚度為一面金屬布線22的厚度的2/3即0.2[mm]左右，能夠?qū)崿F(xiàn)表里兩面之間的強(qiáng)度平衡，并且使熱循環(huán)應(yīng)力變強(qiáng)。由此，可以降低由在焊錫3中加入的熱循環(huán)而引起的應(yīng)力，并且提高可靠性。根據(jù)這種理由，絕緣基板2另一面的金屬導(dǎo)體23的厚度應(yīng)該為一面金屬布線圖案22的厚度以下。
根據(jù)該實(shí)施方式1，絕緣基板2具有在兩面之間平衡且能取下的金屬導(dǎo)電體22、23，通過(guò)絕緣基板2和高導(dǎo)熱性粘接劑5之間的組裝，能夠降低由在焊錫3中加入的熱循環(huán)而引起的應(yīng)力，并且確保高可靠性。
另外，這樣提供的大電流容量的半導(dǎo)體功率組件，其所使用的焊錫3只是一種，不必分開使用熔點(diǎn)不同的多種焊錫，并且制造工藝更簡(jiǎn)易，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異。因此，可以使用在現(xiàn)有功率組件中難以適用的無(wú)Pb焊錫3。
進(jìn)一步地，因?yàn)榻^緣基板2的金屬導(dǎo)體23和散熱器4通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑5直接焊接，故可以省略現(xiàn)有技術(shù)中的金屬基座，不僅降低量大電流容量半導(dǎo)體功率組件的厚度和重量，還由于結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)易而降低了生產(chǎn)成本。附加地，可以提高從半導(dǎo)體芯片1到散熱器4的散熱性。特別是如果使用導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上的高導(dǎo)熱性粘接劑5，就可以抑制從半導(dǎo)體芯片1到散熱器4之間的熱阻，使其比現(xiàn)有技術(shù)使用金屬基座的結(jié)構(gòu)的熱阻小。
而且，在該實(shí)施方式1中，雖然在絕緣基板2中使用的絕緣層21中使用氮化硅，但是也可以使用其他絕緣材料。另外，雖然圖中分別示出一根根鍵合引線(鋁布線)81、82，但是根據(jù)功率組件的規(guī)格和線的直徑，線的根數(shù)會(huì)不同。進(jìn)一步地，雖然示出了在使用作為半導(dǎo)體功率開關(guān)元件的MOS-FET的情況下的布置結(jié)構(gòu)，但是不言而喻也適用于如IGBT和SIT、或與它們反向并聯(lián)的二極管的組合那樣的任何半導(dǎo)體開關(guān)元件的情況。
實(shí)施方式2圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體功率組件的剖面結(jié)構(gòu)圖，圖4為圖3中主要部分的放大圖。
在圖3、4中，和圖1、2相同的功能部件使用相同的符號(hào)，避免重復(fù)說(shuō)明。該實(shí)施方式2與圖1、2的實(shí)施方式1不同之處在于使銅制金屬基座12和導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂13介于絕緣基板2和散熱器4之間。銅基座12中，通過(guò)使用高導(dǎo)熱性粘接劑5使絕緣基板2粘接在其表面上。而且，與實(shí)施方式1相同，用低熔點(diǎn)無(wú)Pb焊錫3使半導(dǎo)體芯片1焊接在絕緣基板2一面的金屬布線圖案22上。
如此一來(lái)，安裝了半導(dǎo)體芯片1的銅基座12夾著潤(rùn)滑脂13由殼體6固定在散熱器4上。
根據(jù)該實(shí)施方式2，與實(shí)施方式1一樣，通過(guò)具有在兩面之間取得平衡的金屬導(dǎo)電體22、23的絕緣基板2和高導(dǎo)熱性粘接劑5的結(jié)合，能夠降低由在半導(dǎo)體芯片1中加入的熱循環(huán)而引起的應(yīng)力，并且確保高可靠性。
另外，可以提供一種大電流容量半導(dǎo)體功率組件，其所使用的焊錫3僅為一種就可以了，不必分開使用熔點(diǎn)不同的多種焊錫，并且制造工藝更簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異。因此可以使用在現(xiàn)有技術(shù)的功率組件中難以適用的無(wú)Pb焊錫3。
另外，因?yàn)榭梢栽阢~基座12上嵌入絕緣基板2和半導(dǎo)體芯片1，所以進(jìn)一步可以提供一種制造工藝更簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)異的大電流容量的半導(dǎo)體功率組件。
接下來(lái)，計(jì)算出根據(jù)本發(fā)明在圖1，2的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)中從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的熱阻。其中，將半導(dǎo)體芯片1的散熱計(jì)算成從半導(dǎo)體芯片1的下面在45°方向上傳導(dǎo)的熱量。
第一實(shí)施例半導(dǎo)體芯片1的尺寸為7.7mm×7.7mm×0.2mm，無(wú)Pb焊錫3的厚度為0.11mm，其導(dǎo)熱率為30W/(mK)。而且，絕緣基板2一面的金屬布線圖案22的材料為Cu，厚度為0.4mm，導(dǎo)熱率為380W/(mK)。絕緣基板2中絕緣層21的材料為氮化硅，厚度為0.32mm，導(dǎo)熱率為62W/(mK)，另一方面，絕緣基板2另一面的金屬導(dǎo)體23的材料為Cu，厚度為0.4mm，導(dǎo)熱率為380W/(mK)。進(jìn)一步地，高導(dǎo)熱性粘接劑5的厚度為0.1mm，從散熱器4的粘接面到散熱片根部的距離為8mm，導(dǎo)熱率為151W/(mK)。
基于以上數(shù)值，計(jì)算出各部件的熱阻。第i組部件的導(dǎo)熱率為Ci，厚度為ti，平均剖面面積為Si，第i組部件的熱阻Rthi由下式得出。
Rthi＝ti/(Si·Ci)從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的熱阻Rth可以通過(guò)用于求各部件熱阻Rthi之和的下式求得。
Rth＝∑Rthi比較例圖5為用于驗(yàn)證根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體功率組件的效果的比較例結(jié)構(gòu)圖。作為絕緣基板，與本發(fā)明相同，使用在絕緣層21一面上形成金屬布線圖案22、在另一面上形成金屬導(dǎo)體23的絕緣基板2。不同之處在于首先半導(dǎo)體芯片1和絕緣基板2一面的金屬布線圖案22通過(guò)高熔點(diǎn)含Pb焊錫31焊接。而且，絕緣基板2另一面的金屬導(dǎo)體23和銅基座12通過(guò)低熔點(diǎn)含Pb焊錫32焊接。13為導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂。
計(jì)算出該比較例結(jié)構(gòu)中從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的熱阻。與第一實(shí)施例相同，將半導(dǎo)體芯片1的散熱計(jì)算成從半導(dǎo)體芯片1的下面在45°方向上傳導(dǎo)的熱量。
第一比較例半導(dǎo)體芯片1的尺寸為7.7mm×7.7mm×0.2mm，含Pb焊錫31、32的厚度為0.11mm，其導(dǎo)熱率為30W/(mK)。而且，銅基座12的厚度為3mm，導(dǎo)熱率為380W/(mK)。進(jìn)一步地，導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂13的厚度為0.1mm，導(dǎo)熱率為1W/(mK)。其他各部件的材料、厚度、導(dǎo)熱率與第一實(shí)施例的數(shù)值相同。
基于以上數(shù)值，計(jì)算出從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器的散熱片根部的熱阻Rth。計(jì)算方法與第一實(shí)施例相同。

圖6中示出在第一實(shí)施例和第一比較例中計(jì)算出的功率組件的熱阻結(jié)果。
圖6中，橫軸表示第一實(shí)施例中高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率，縱軸表示各導(dǎo)熱率中第一實(shí)施例的熱阻與第一比較例結(jié)構(gòu)的熱阻之比。
根據(jù)圖6判斷出如果高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率為大約5W/(mK)以上，那么第一實(shí)施例的熱阻比第一比較例結(jié)構(gòu)的熱阻小。
第二實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明圖1、2的實(shí)施方式1的功率組件，計(jì)算出半導(dǎo)體芯片1的芯片尺寸為9mm×9mm×0.2mm時(shí)從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的阻抗Rth。其他各部件的材料、厚度、導(dǎo)熱率及計(jì)算方法與第一實(shí)施例相同。
第二比較例根據(jù)圖5的比較例結(jié)構(gòu)的功率組件，計(jì)算出半導(dǎo)體芯片1的芯片尺寸為9mm×9mm×0.2mm時(shí)的從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的阻抗Rth。其他各部件的材料、厚度、導(dǎo)熱率及計(jì)算方法與第一實(shí)施例相同。
圖7為在第二實(shí)施例和第二比較例中計(jì)算出的功率組件的熱阻結(jié)果。
圖7中，橫軸表示第二實(shí)施例中高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率，縱軸表示各導(dǎo)熱率中第二實(shí)施例的熱阻與第二比較例結(jié)構(gòu)的熱阻之比。
根據(jù)圖7判斷出如果高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率為大約2W/(mK)以上，那么第二實(shí)施例的熱阻比第二比較例結(jié)構(gòu)的熱阻小。
第三實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明圖1、2實(shí)施方式1結(jié)構(gòu)的功率組件，計(jì)算出半導(dǎo)體芯片1的芯片尺寸為7mm×9mm×0.2mm時(shí)從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的阻抗Rth。各部件的材料、厚度、導(dǎo)熱率及計(jì)算方法與第一實(shí)施例相同。

第三比較例根據(jù)圖5中比較例結(jié)構(gòu)的功率組件，計(jì)算出半導(dǎo)體芯片1的芯片尺寸為7mm×9mm×0.2mm時(shí)從半導(dǎo)體芯片1的下面到散熱器4的散熱片根部的阻抗Rth。其他各部件的材料、厚度、導(dǎo)熱率及計(jì)算方法與第一實(shí)施例相同。
圖8為在第三實(shí)施例和第三比較例中計(jì)算出的功率組件的熱阻結(jié)果。
圖8中，橫軸表示第三實(shí)施例中高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率，縱軸表示各導(dǎo)熱率中第三實(shí)施例的熱阻與第三比較例結(jié)構(gòu)的熱阻之比。
根據(jù)圖8，判斷出如果高導(dǎo)熱性粘接劑5的導(dǎo)熱率為大約2W/(mK)以上時(shí)，第三實(shí)施例的熱阻比第三比較例結(jié)構(gòu)的熱阻小。
以上，根據(jù)第1～3實(shí)施例，絕緣基板2在絕緣層21兩面上具有金屬導(dǎo)體層22、23，通過(guò)在絕緣基板2和散熱器4的連接中使用高導(dǎo)熱性粘接劑5，可以降低從半導(dǎo)體芯片1到散熱器4的散熱面的熱阻。而且，通過(guò)這樣，使連續(xù)額定電流為100[A]以上的半導(dǎo)體功率組件可以實(shí)現(xiàn)無(wú)Pb化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體功率組件，具有絕緣基板、設(shè)置在該絕緣基板一面上的金屬布線圖案、安裝在該金屬布線圖案上的功率半導(dǎo)體元件以及與上述絕緣基板另一面熱連接的散熱器，其特征在于上述絕緣基板夾著絕緣層，在其一面上形成上述金屬布線圖案，在另一面上層疊金屬導(dǎo)體，通過(guò)焊錫焊接上述功率半導(dǎo)體元件和上述絕緣基板的上述布線圖案，并且通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑使上述絕緣基板另一面的上述金屬導(dǎo)體與上述散熱器熱連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述焊錫為250℃以下的低熔點(diǎn)焊錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述焊錫為無(wú)Pb焊錫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述金屬導(dǎo)體在上述絕緣基板另一面的實(shí)際整個(gè)表面上形成，并且其厚度為上述絕緣基板一面的上述布線圖案的厚度以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述絕緣基板另一面的上述金屬導(dǎo)體通過(guò)上述高導(dǎo)熱性粘接劑與上述散熱器直接粘接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述絕緣基板另一面的上述金屬導(dǎo)體與上述散熱器的熱連接就是通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑使上述金屬導(dǎo)體連接在銅基座上，使該銅基座夾著導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂安裝在上述散熱器上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述高導(dǎo)熱性粘接劑的導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上。
8根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述金屬布線圖案和上述金屬導(dǎo)體由Ag、Cu、Al或包含它們的金屬形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述功率半導(dǎo)體組件的連續(xù)額定電流為100[A]以上。
10.一種半導(dǎo)體功率組件，具有絕緣基板、設(shè)置在該絕緣基板一面上的金屬布線圖案、安裝在該金屬布線圖案上的功率半導(dǎo)體元件以及與上述絕緣基板另一面熱連接的散熱器，其特征在于上述絕緣基板夾著絕緣層，在其一面上形成金屬布線圖案，在另一面上層疊金屬導(dǎo)體，通過(guò)250℃以下的低熔點(diǎn)焊錫焊接上述功率半導(dǎo)體元件和上述絕緣基板的上述布線圖案，并且通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑使上述絕緣基板另一面的上述金屬導(dǎo)體與上述散熱器直接相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述焊錫為無(wú)Pb焊錫。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述金屬導(dǎo)體在上述絕緣基板另一面的實(shí)際整個(gè)表面上形成，同時(shí)其厚度為上述絕緣基板一面的上述布線圖案的厚度以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述高導(dǎo)熱性粘接劑的導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述金屬布線圖案和上述金屬導(dǎo)體由Ag、Cu、Al或包含它們的金屬形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述功率半導(dǎo)體組件的連續(xù)額定電流為100[A]以上。
16.一種半導(dǎo)體功率組件，具有絕緣基板、設(shè)置在該絕緣基板一面上的金屬布線圖案、安裝在該金屬布線圖案上的功率半導(dǎo)體元件以及與上述絕緣基板另一面熱連接的散熱器，其特征在于上述絕緣基板夾著絕緣層，在其一面上形成金屬布線圖案，在另一面上層疊金屬導(dǎo)體，通過(guò)250℃以下的低熔點(diǎn)焊錫焊接上述功率半導(dǎo)體元件和上述絕緣基板的上述布線圖案，并且上述絕緣基板另一面的上述金屬導(dǎo)體通過(guò)高導(dǎo)熱性粘接劑與包含銅的金屬基座相連接，通過(guò)導(dǎo)熱性潤(rùn)滑脂使該金屬基座的另一面與上述散熱器相連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述焊錫為無(wú)Pb焊錫。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述金屬導(dǎo)體在上述絕緣基板另一面的實(shí)際整個(gè)表面上形成，并且其厚度為上述絕緣基板一面的上述布線圖案的厚度以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述高導(dǎo)熱性粘接劑的導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于上述功率半導(dǎo)體組件的連續(xù)額定電流為100[A]以上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大電流容量的半導(dǎo)體功率組件，其提高了相對(duì)于半導(dǎo)體芯片熱循環(huán)的可靠性，并且通過(guò)無(wú)Pb焊錫化以及使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)易而使經(jīng)濟(jì)生優(yōu)異。絕緣基板(2)夾著絕緣層(21)，在其一面上形成金屬布線圖案(22)，在另一面上形成金屬導(dǎo)體(23)，使用低熔點(diǎn)無(wú)Pb焊錫(3)將半導(dǎo)體芯片(1)焊接在絕緣基板(2)一面的金屬布線圖案(22)上。使用導(dǎo)熱率為2W/(mK)以上的高導(dǎo)熱性粘接劑(5)使絕緣基板(2)另一面的金屬導(dǎo)體(23)與散熱器(4)粘接。本發(fā)明不必使用現(xiàn)有技術(shù)中熔點(diǎn)不同的兩種焊錫，實(shí)現(xiàn)了無(wú)Pb焊錫化，同時(shí)使到達(dá)散熱器(4)的熱阻降低，實(shí)現(xiàn)了可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)B23K35/26GK1832157SQ200510048388
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者橋元慶太, 諏訪時(shí)人, 瀨戶貞至, 重田哲, 藤野伸一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所