專利名稱：功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法，尤其是涉及用于混合動力車及電動車的功率半導(dǎo)體模塊及其制造方法。
背景技術(shù)：
從節(jié)省能量的觀點考慮，汽車要求高燃油效率化，且以電動機(jī)驅(qū)動的電動車、組合電動機(jī)驅(qū)動及引擎驅(qū)動的混合動力車備受關(guān)注。用于汽車的大容量的車載電動機(jī)在電池的直流電壓下難以驅(qū)動及控制。于是，用于將直流電壓升壓且進(jìn)行交流控制而利用了功率半導(dǎo)體芯片的開關(guān)的電力轉(zhuǎn)換裝置不可或缺。這樣使用的功率半導(dǎo)體芯片由于通電而大幅發(fā)熱，因此，要求高的散熱能力。在專利文獻(xiàn)I中，公示有一種能夠從功率半導(dǎo)體芯片的兩面進(jìn)行冷卻的半導(dǎo)體裝置。專利文獻(xiàn)I中，公開有一種在電連接設(shè)于功率半導(dǎo)體芯片的表面的主電極時，為了確保針對所述主電極分別設(shè)置的控制電極進(jìn)行的、使用了金屬導(dǎo)線的電連接的耐電壓，插入間隔片且確保其空間的構(gòu)造。但是，在功率半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生的熱，由于向間隔片或引線架怎樣進(jìn)行傳熱的不同，功率半導(dǎo)體芯片的散熱效率會有不同。另外，間隔片或引線架有必要考慮金屬導(dǎo)線的確保耐電壓而形成。專利文獻(xiàn)1:日本國專利第3525832號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體模塊，其兼具提高用于功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體元件的散熱效率和確保功率半導(dǎo)體元件的周邊部件的耐電壓的功能。本發(fā)明的第一方面的功率半導(dǎo)體模塊，具備:功率半導(dǎo)體兀件，其在一個主面上形成有多個控制電極；第一導(dǎo)體板，其與所述功率半導(dǎo)體元件的所述一個主面介由第一焊錫材料接合；和第二導(dǎo)體板，其與所述功率半導(dǎo)體元件的另一個主面介由第二焊錫材料接合，在所述第一導(dǎo)體板形成有從該第一導(dǎo)體板的基部突出且在上表面具有第一突出面的第一突出部，在所述第一導(dǎo)體板的所述第一突出面形成有具有與所述功率半導(dǎo)體元件的所述一個主面相對的第二突出面的第二突出部，所述第一焊錫材料設(shè)置在所述功率半導(dǎo)體元件和所述第一導(dǎo)體板之間，避開所述多個控制電極，進(jìn)而，在從所述功率半導(dǎo)體元件的所述一個主面的垂直方向投影的情況下，所述第二突出部以所述第二突出面的規(guī)定邊的投影部與形成于所述第一導(dǎo)體板的基部和所述第一突出部間的臺階部的投影部重疊的方式形成，所述功率半導(dǎo)體元件的所述多個控制電極沿所述第二突出面的所述規(guī)定邊形成。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在第一方面的功率半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選為，所述功率半導(dǎo)體元件配置為，所述功率半導(dǎo)體元件的所述控制電極與未形成有所述第一突出部的所述第一導(dǎo)體板的基部的表面相對，并且沿著所述第二突出面的所述規(guī)定邊配置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在第二方面的功率半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選為，未形成所述第一突出部的所述第一導(dǎo)體板的基部的表面相對于所述第二突出面比所述第一突出面更遠(yuǎn)地形成。本發(fā)明的第四方面，為一種功率半導(dǎo)體模塊的制造方法，其中該功率半導(dǎo)體模塊具有與功率半導(dǎo)體元件的一個主面相對的第一導(dǎo)體板和與所述功率半導(dǎo)體元件的另一個主面相對的第二導(dǎo)體板，該功率半導(dǎo)體模塊的制造方法具有:第一工序，在所述第一導(dǎo)體板的一個面形成具有第一突出面的第一突出部的情況下，以該第一突出面的相對的規(guī)定的2邊與所述第一導(dǎo)體板的相對的規(guī)定的2邊分別重疊的方式通過拉制形成；和第二工序，在形成形成于所述第一突出面并且具有第二突出面的第二突出部的情況下，通過沖壓所述第一突出面的一部分形成所述第二突出面。本發(fā)明第五方面的功率半導(dǎo)體模塊的制造方法，在第四方面的功率半導(dǎo)體模塊的制造方法中，優(yōu)選為，所述第一工序包括在所述第一突出面上凃敷與焊錫材料接合的金屬鍍層的工序。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以兼具提高用于功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體元件的散熱效率、和確保功率半導(dǎo)體元件的周邊部件的耐電壓的效果。


圖1是表示混合動力車的控制模塊的圖；圖2是表示圖1所示的逆變器電路140的電路的構(gòu)成的電路圖；圖3 Ca)是本實施方式的功率模塊300U的立體圖。圖3 (b)是在截面D切斷本實施方式的功率模塊300U且從方向E看時的截面圖；圖4 Ca)是從圖3 Ca)所示狀態(tài)除去螺栓309及第二密封樹脂351的功率模塊300U的立體圖，圖4 (b)是在截面D切斷功率模塊300U且從方向E看時的截面圖，圖4(c)是翅片305被加壓且彎曲部304A變形前的功率模塊300U的截面圖；圖5 (a)是從圖4 (a)所示狀態(tài)再除去模塊盒304的功率模塊300U的立體圖，圖5 (b)是在截面D切斷功率模塊300U且從方向E看時的截面圖；圖6是從圖5 (a)所示的狀態(tài)再除去第一密封樹脂348及配線絕緣部608的功率模塊300U的立體圖；圖7是用于說明模塊一次密封體302的組裝工序的圖；圖8是用于將功率半導(dǎo)體元件(IGBT328和二極管156等)和導(dǎo)體板的配置與圖3 圖7所示的功率模塊300U聯(lián)系起來說明的電路圖；圖9 (a)是二極管156的立體圖，圖9 (b)是IGBT328的立體圖；圖10是放大圖7所示的模塊一次密封體302的IGBT328及二極管156的附近的分解立體圖；圖11是將圖10所示的導(dǎo)體板318上下反轉(zhuǎn)的立體圖；圖12是從圖10所示的C截面的截面方向看到的截面圖；圖13是圖12的代替方案，是從圖10所示的C截面的截面方向看到的截面圖；圖14是圖10 圖13所示的導(dǎo)體板318的制造工序的說明圖15是第二實施方式的模塊一次密封體302的分解立體圖；圖16是導(dǎo)體板318的其它的制造工序的說明圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置可應(yīng)用于混合動力的汽車及純粹的電動車，但是，作為代表例，使用圖1和圖2說明將本發(fā)明實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于混合動力車時的控制結(jié)構(gòu)和電力轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)。圖1是表示混合動力車的控制模塊的圖。引擎(engine) EGN及電動發(fā)電機(jī)MGl(Motor Generator)產(chǎn)生車輛行駛用扭矩。另外，電動發(fā)電機(jī)MGl不僅產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩，而且具有將從外部向電動發(fā)電機(jī)MGl施加的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電力的功能。電動發(fā)電機(jī)MGl例如為同步電機(jī)或感應(yīng)電機(jī)，如上所述，根據(jù)運轉(zhuǎn)方法的不同，既可作為電動機(jī)也可作為發(fā)電機(jī)工作。在將電動發(fā)電機(jī)MGl安裝在汽車上的情況下，期望以小體積獲得高輸出，因此優(yōu)選的是使用了釹等磁鐵的永磁鐵型同步電機(jī)。此外，永磁鐵型的同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)相比，轉(zhuǎn)子的發(fā)熱較少，從這一點出發(fā)作為汽車用也是優(yōu)異的。引擎EGN的輸出側(cè)的輸出扭矩通過動力分配機(jī)構(gòu)TSM傳遞到電動發(fā)電機(jī)MG1。來自動力分配機(jī)構(gòu)TSM的旋轉(zhuǎn)扭矩或電動發(fā)電機(jī)MGl產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩通過變速器TM和差動齒輪DEF傳遞到車輪。另一方面，在再生制動運轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)扭矩從車輪傳遞到電動發(fā)電機(jī)MGl0電動發(fā)電機(jī)MGl基于從車輪供給而來的旋轉(zhuǎn)扭矩產(chǎn)生交流電力。所產(chǎn)生的交流電力如后所述的那樣通過電力轉(zhuǎn)換裝置200轉(zhuǎn)換為直流電力，對高電壓用的電池136充電。充電至電池136的電力被再次作為行駛能量使用。下面針對電力轉(zhuǎn)換裝置200進(jìn)行說明。逆變器電路140通過直流連接器138電連接到電池136上。電池136與逆變器電路140彼此之間進(jìn)行電力的發(fā)送和接收。在電動發(fā)電機(jī)MGl作為電動機(jī)工作的情況下，逆變器電路140基于從電池136經(jīng)直流連接器138供給的直流電力而產(chǎn)生交流電力，并將其經(jīng)由交流端子188供給到電動發(fā)電機(jī)MGl。電動發(fā)電機(jī)MGl和逆變器電路140構(gòu)成的結(jié)構(gòu)作為第一電動發(fā)電單元工作。此外，本實施方式中，利用電池136的電力使第一電動發(fā)電單元作為電動單元工作，因而能夠僅利用電動發(fā)電機(jī)MGl的動力驅(qū)動車輛。進(jìn)而，本實施方式中，通過將第一電動發(fā)電單元作為發(fā)電單元，使它在引擎EGN的動力或來自車輪的動力下工作而發(fā)電，能夠?qū)﹄姵?36充電。此外，電池136進(jìn)而也作為用于驅(qū)動圖1中省略圖示的輔助設(shè)備用電動機(jī)的電源使用。輔助設(shè)備用電動機(jī)例如是驅(qū)動空調(diào)的壓縮機(jī)的電動機(jī)、或者驅(qū)動控制用油壓泵的電動機(jī)。從電池136對輔助設(shè)備用功率模塊供給直流電力，在輔助設(shè)備用功率模塊中產(chǎn)生交流電力供給到輔助設(shè)備用電動機(jī)。輔助設(shè)備用功率模塊與逆變器140具有基本同樣的電路結(jié)構(gòu)和功能，控制對輔助設(shè)備用電動機(jī)供給的交流的相位、頻率、電力。另外，電力轉(zhuǎn)換裝置200具備用于使供給到逆變器電路140的直流電力平滑化的電容器模塊500。電力轉(zhuǎn)換裝置200具備通信用的連接器21，用于從上級的控制裝置接受指令或者對上級的控制裝置發(fā)送表示狀態(tài)的數(shù)據(jù)?；诮?jīng)連接器21接收到的指令，電力轉(zhuǎn)換裝置200的控制電路172計算電動發(fā)電機(jī)MGl的控制量，進(jìn)而，對是作為電動機(jī)運轉(zhuǎn)還是作為發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)進(jìn)行運算?？刂齐娐?72基于運算結(jié)果產(chǎn)生控制脈沖，對驅(qū)動電路174供給上述控制脈沖。驅(qū)動電路174基于所供給的上述控制脈沖產(chǎn)生用于控制逆變器電路140的驅(qū)動脈沖。接著，用圖2說明逆變器電路140的電路結(jié)構(gòu)。其中，以下使用絕緣柵雙極型晶體管作為功率半導(dǎo)體元件，以下簡記作IGBT。作為上臂工作的IGBT328與二極管156和作為下臂工作的IGBT330與二極管166構(gòu)成上下臂串聯(lián)電路150。逆變器電路140中，與要輸出的交流電力的U相、V相、W相這3相對應(yīng)地，具備該上下臂串聯(lián)電路150。這3相在本實施方式中與電動發(fā)電機(jī)MGl的電樞繞組的3相的各相繞組對應(yīng)。3相各自的上下臂串聯(lián)電路150，從串聯(lián)電路的中點部分即中間電極169輸出交流電流。該中間電極169通過連接交流端子159和交流端子188之間的交流匯流條802，連接至電動發(fā)電機(jī) MG1。上臂的IGBT328的集電極153通過正極端子157與電容器模塊500的正極側(cè)的電容器端子506電連接。此外，下臂的IGBT330的發(fā)射極通過負(fù)極端子158與電容器模塊500的負(fù)極側(cè)的電容器端子504電連接。如上所述，控制電路172經(jīng)連接器21從上級的控制裝置接收控制指令，基于它產(chǎn)生控制脈沖供給到驅(qū)動電路174。該控制脈沖是用于對構(gòu)成逆變器電路140所包括的各相的串聯(lián)電路150的上臂或下臂的IGBT328和IGBT330進(jìn)行控制的控制信號。驅(qū)動電路174基于上述控制脈沖，將用于對構(gòu)成各相的串聯(lián)電路150的上臂或下臂的IGBT328和IGBT330進(jìn)行控制的驅(qū)動脈沖供給到各相的IGBT328和IGBT330。IGBT328和IGBT330基于來自驅(qū)動電路174的驅(qū)動脈沖而進(jìn)行導(dǎo)通或切斷動作，將從電池136供給的直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力。該轉(zhuǎn)換后的電力被供給到電動發(fā)電機(jī)MGl。IGBT328具備集電極153、信號用發(fā)射極155和柵極電極154。IGBT330具備集電極163、信號用發(fā)射極165和柵極電極164。二極管156電連接在集電極153與發(fā)射極155之間。此外，二極管166電連接在集電極163與發(fā)射極165之間。作為開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件，也可以使用金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管(以下簡記作M0SFET)，該情況下不需要二極管156和二極管166。作為開關(guān)用功率半導(dǎo)體元件，IGBT適合直流電壓比較高的情況，MOSFET適合直流電壓比較低的情況。電容器模塊500具備正極側(cè)的電容器端子506、負(fù)極側(cè)的電容器端子504、正極側(cè)的電源端子509和負(fù)極側(cè)的電源端子508。來自電池136的高電壓的直流電力，經(jīng)直流連接器138被供給到正極側(cè)的電源端子509和負(fù)極側(cè)的電源端子508，從電容器模塊500的正極側(cè)的電容器端子506和負(fù)極側(cè)的電容器端子504，對逆變器電路140供給。另一方面，通過逆變器電路140從交流電力轉(zhuǎn)換得到的直流電力，從正極側(cè)的電容器端子506和負(fù)極側(cè)的電容器端子504供給到電容器模塊500，從正極側(cè)的電源端子509和負(fù)極側(cè)的電源端子508經(jīng)直流連接器138對電池136供給，蓄積在電池136中?？刂齐娐?72具備用于對IGBT328和IGBT330的開關(guān)時序進(jìn)行運算處理的微型計算機(jī)。對微型計算機(jī)輸入的信息，包括對電動發(fā)電機(jī)MGl要求的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，從串聯(lián)電路150對電動發(fā)電機(jī)MGl供給的電流值，和電動發(fā)電機(jī)MGl的轉(zhuǎn)子的磁極位置。目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值基于從未圖示的上級控制裝置輸出的指令信號而得到。電流值基于電流傳感器180的檢測信號而檢測出。磁極位置基于從設(shè)置在電動發(fā)電機(jī)MGl上的解析器(resolver)等旋轉(zhuǎn)磁極傳感器(未圖示)輸出的檢測信號而檢測出。本實施方式中，列舉了電流傳感器180檢測3相的電流值的情況作為例子，但也可以檢測2相的電流值，并通過運算來求出3相的電流?？刂齐娐?72內(nèi)的微型計算機(jī)，基于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值計算電動發(fā)電機(jī)MGl的d、q軸的電流指令值，基于該計算出的d、q軸的電流指令值與檢測出的d、q軸的電流值的差值計算d、q軸的電壓指令值，將該計算出的d、q軸的電壓指令值基于檢測出的磁極位置轉(zhuǎn)換為U相、V相、W相的電壓指令值。然后，微型計算機(jī)根據(jù)基于U相、V相、W相的電壓指令值的基本波(正弦波)與載波(鋸齒波)的比較而生成脈沖狀的調(diào)制波，將該生成的調(diào)制波作為PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號輸出到驅(qū)動電路174。驅(qū)動電路174在驅(qū)動下臂的情況下，將由PWM信號放大而得的驅(qū)動信號輸出到對應(yīng)的下臂的IGBT330的柵極電極164。此外，驅(qū)動電路174在驅(qū)動上臂的情況下，將PWM信號的基準(zhǔn)電位的電平偏移至上臂的基準(zhǔn)電位電平后對PWM信號放大，將其作為驅(qū)動信號，分別輸出到對應(yīng)的上臂的IGBT328的柵極電極154。此外，控制電路172內(nèi)的微型計算機(jī)進(jìn)行異常檢測(過電流，過電壓，過熱等)，保護(hù)串聯(lián)電路150。因此，對控制電路172輸入傳感器信息。例如，從各臂的信號用發(fā)射極155和信號用發(fā)射極165對對應(yīng)的驅(qū)動部(IC)輸入各IGBT328和IGBT330的發(fā)射極上流過的電流的信息。由此，各驅(qū)動部(IC)進(jìn)行過電流檢測，在檢測到過電流的情況下使對應(yīng)的IGBT328、IGBT330的開關(guān)動作停止，保護(hù)對應(yīng)的IGBT328、IGBT330以避免過電流。從設(shè)置在串聯(lián)電路150上的溫度傳感器(未圖示)對微型計算機(jī)輸入串聯(lián)電路150的溫度信息。此外，串聯(lián)電路150的直流正極側(cè)的電壓的信息被輸入微型計算機(jī)。微型計算機(jī)基于這些信息進(jìn)行過熱檢測和過電壓檢測，檢測到過熱或過電壓的情況下使所有IGBT328、IGBT330的開關(guān)動作停止。使用圖3 圖7說明在逆變器電路140中使用的功率模塊(功率半導(dǎo)體模塊)300U、300V.300W (參照圖2)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。上述功率模塊300U 300W均為相同的結(jié)構(gòu)，作為代表說明功率模塊300U的構(gòu)造。另外，圖8是用于將功率半導(dǎo)體元件(IGBT328及二極管156等)和導(dǎo)體板的配置與圖3 圖7所示的功率模塊300U相關(guān)聯(lián)地說明的電路圖。圖3 Ca)是本實施方式的功率模塊300U的立體圖。圖3 (b)是在截面D切斷本實施方式的功率模塊300U并從方向E看時的截面圖。圖4是表示為了幫助理解，而從圖3所示的狀態(tài)去除了螺栓309及第二密封樹脂351的功率模塊300U的圖。圖4 Ca)是立體圖，圖4 (b)是與圖3 (b)同樣在截面D切斷且從方向E看時的截面圖。另外，圖4 (c)是表示對翅片305加壓而彎曲部304A變形前的截面圖。圖5是表示從圖4所示的狀態(tài)進(jìn)一步去除了模塊盒304的功率模塊300U的圖。圖5 (a)是立體圖，圖5 (b)是與圖3 (b)、圖4 (b)同樣在截面D切斷且從方向E看時的截面圖。圖6是從圖5所示的狀態(tài)進(jìn)一步去除了第一密封樹脂348及配線絕緣部608的功率模塊300U的立體圖。圖7是用于說明模塊一次密封體302的裝配工序的圖。構(gòu)成上下臂串聯(lián)電路150的功率半導(dǎo)體元件(IGBT328、IGBT330、二極管156、二極管166)如圖5 圖7所示，通過導(dǎo)體板315及導(dǎo)體板318，或通過導(dǎo)體板320及導(dǎo)體板319從兩面被夾持固定。如圖5所示，導(dǎo)體板315等在其散熱面露出的狀態(tài)下通過第一密封樹脂348密封，向該散熱面熱壓接絕緣片材333 (參照圖4 (C))。如圖5所示，第一密封樹脂348具有多面體形狀(在此為大致長方體形狀)。通過第一密封樹脂348密封的模塊一次密封體302向模塊盒304中插入并夾持絕緣片材333，被熱壓接于作為CAN型冷卻器的模塊盒304的內(nèi)面(參照圖4 (b))。在此，如圖4 (a)所示，CAN型冷卻器為在一面具有插入口 306和在另一面具有底的設(shè)為筒形狀的冷卻器。如圖3所示，在模塊盒304的內(nèi)部殘存的空隙充填有第二密封樹脂351。模塊盒304由具有電傳導(dǎo)性的部件例如鋁合金材料(Al、AlS1、AlSiC、Al — C等)構(gòu)成，且在無接縫的狀態(tài)下一體成形。模塊盒304為除了插入口 306以外不設(shè)開口的構(gòu)造，插入口 306通過凸緣304B包圍其外周。另外，如圖3 (a)及圖3 (b)所示，具有比其它面寬的面的第一散熱面307A及第二散熱面307B以分別相對的狀態(tài)配置，以與這些散熱面相對的方式配置各功率半導(dǎo)體元件(IGBT328、IGBT330、二極管156、二極管166)。連接該相對的第一散熱面307A和第二散熱面307B的3個面，構(gòu)成以比該第一散熱面307A及第二散熱面307B更窄的寬度密閉的面，在剩余的一邊的面形成插入口 306。模塊盒304的形狀未必是正確的長方體，角也可以構(gòu)成如圖3(a)所示的曲面。通過使用這種形狀的金屬制的盒，即使將模塊盒304插入水及油等冷卻劑流入的流路(未圖示)內(nèi)，也能夠由凸緣304B確保對于冷卻劑的密封，因此，能夠以簡單的構(gòu)成防止冷卻介質(zhì)向模塊盒304的內(nèi)部侵入。另外，在相對的第一散熱面307A和第二散熱面307B上分別均勻地形成有翅片305。另外，在第一散熱面307A及第二散熱面307B的外周形成有厚度極端薄的彎曲部304A。由于彎曲部304A極端地薄，其厚度達(dá)到通過對翅片305加壓能夠簡單地變形的程度，因此，插入模塊一次密封體302后的生產(chǎn)性得到提高。如上所述，通過介由絕緣片材333在模塊盒304的內(nèi)壁熱壓接導(dǎo)體板315等，能夠減少導(dǎo)體板315等和模塊盒304的內(nèi)壁間的空隙，能夠使功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱效率良好地向翅片305傳遞。另外，絕緣片材333具有一定程度的厚度和柔軟性，由此，由絕緣片材333能夠吸收熱應(yīng)力的產(chǎn)生，在溫度變化激烈的車輛用的電力轉(zhuǎn)換裝置中使用的情況變得良好。如圖3 Ca)所示，在模塊盒304的外面設(shè)有用于與電容器模塊500電連接的金屬制的直流正極配線315A及直流負(fù)極配線319A，在其前端部分別形成有直流正極端子315B(157)和直流負(fù)極端子319B (158)。另外，設(shè)有用于向電動發(fā)電機(jī)MGl供給交流電力的金屬制的交流配線320A，在其前端形成有交流端子320B(159)。本實施方式中，如圖6及圖8所示，直流正極配線315A與導(dǎo)體板315連接,直流負(fù)極配線319A與導(dǎo)體板319連接,交流配線320A與導(dǎo)體板320連接。如圖3 Ca)所示，在模塊盒304的外面還設(shè)有用于與驅(qū)動電路174電連接的金屬制的信號配線324U及324L，在其前端部分別形成有信號端子325U (154、155)和信號端子325L(164、165)。在本實施方式中，如圖6所示，信號配線324U與IGBT328連接，信號配線324L 與 IGBT330 連接。如圖5所示，直流正極配線315A、直流負(fù)極配線319A、交流配線320A、信號配線324U及信號配線324L通過由樹脂材料成形的配線絕緣部608在彼此絕緣的狀態(tài)下，作為輔助模型體(mold)600 —體地成型。配線絕緣部608也作為用于支承各配線的支承部件發(fā)揮作用，其中使用的樹脂材料，具有絕緣性的熱硬化性樹脂或熱可塑性樹脂是適合的。由此，能夠確保直流正極配線315A、直流負(fù)極配線319A、交流配線320A、信號配線324U及信號配線324L間的絕緣性，高密度配線成為可能。輔助模型體600在模塊一次密封體302和連接部370中進(jìn)行了金屬接合后，通過貫通設(shè)于配線絕緣部608的螺紋孔的螺栓309固定于模塊盒304 (參照圖3)。在連接部370的模塊一次密封體302和輔助模型體600的金屬接合中，例如可以使用TIG熔接等。直流正極配線315A和直流負(fù)極配線319A在將配線絕緣部608夾于中間的相對的狀態(tài)下彼此層疊，成為大致平行延伸的形狀。通過設(shè)定為這種的配置及形狀，在功率半導(dǎo)體元件開關(guān)動作時瞬間流動的電流向相對且逆方向流動。由此，電流形成的磁場成為彼此相抵的作用，通過該作用而成為低電感應(yīng)化。另外，交流配線320A及信號配線324U、324L也朝向與直流正極配線315A及直流負(fù)極配線319A同樣的方向延伸。如圖3 (b)所示，模塊一次密封體302和輔助模型體600通過金屬接合連接的連接部370通過第二密封樹脂351在模塊盒304內(nèi)密封。由此，在連接部370和模塊盒304間能夠穩(wěn)定地確保必要的絕緣距離，因此，與未密封的情況相比較，能夠?qū)崿F(xiàn)功率模塊300U的小型化。如圖6所示，在連接部370的輔助模型體600側(cè)，輔助模塊側(cè)直流正極連接端子315C、輔助模塊側(cè)直流負(fù)極連接端子319C、輔助模塊側(cè)交流連接端子320C、輔助模塊側(cè)信號連接端子326U及輔助模塊側(cè)信號連接端子326L排列配置成一列。另一方面，在連接部370的模塊一次密封體302側(cè)，沿著具有多面體形狀的第一密封樹脂348的一個面，元件側(cè)直流正極連接端子315D、元件側(cè)直流負(fù)極連接端子319D、元件側(cè)交流連接端子320D、元件側(cè)信號連接端子327U及元件側(cè)信號連接端327L排列配置成一列。這樣，在連接部370中各端子成為排列為一列的結(jié)構(gòu)，由此，容易進(jìn)行傳遞模塑(transfer mold)體的模塊一次密封體302的制造。在此，關(guān)于將模塊一次密封體302從第一密封樹脂348向外側(cè)延伸的部分按照其種類作為一個端子看時的各端子的位置關(guān)系進(jìn)行敘述。在以下的說明中，將由直流正極配線315A (含有直流正極端子315B和輔助模塊側(cè)直流正極連接端子315C)及元件側(cè)直流正極連接端子31 構(gòu)成的端子稱為正極側(cè)端子，將由直流負(fù)極配線319A (含有直流負(fù)極端子319B和輔助模塊側(cè)直流負(fù)極連接端子319C)及元件側(cè)直流負(fù)極連接端子319D構(gòu)成的端子稱為負(fù)極側(cè)端子，將由交流配線320A (含有交流端子320B和輔助模塊側(cè)交流連接端子320C)及元件側(cè)交流連接端子320D構(gòu)成的端子稱為輸出端子，將由信號配線324U (含有信號端子325U和輔助模塊側(cè)信號連接端子326U)及元件側(cè)信號連接端子327U構(gòu)成的端子稱為上臂用信號端子，將由信號配線324L (含有信號端子325L和輔助模塊側(cè)信號連接端子326L)及元件側(cè)信號連接端子327L構(gòu)成的端子稱為下臂用信號端子。上述的各端子均從第一密封樹脂348及第二密封樹脂351通過連接部370突出，來自其第一密封樹脂348的各突出部分(元件側(cè)直流正極連接端子315D、元件側(cè)直流負(fù)極連接端子319D、元件側(cè)交流連接端子320D、元件側(cè)信號連接端子327U及元件側(cè)信號連接端子327L)如上所述沿著具有多面體形狀的第一密封樹脂348的一個面排列成一列。另外，正極側(cè)端子和負(fù)極側(cè)端子從第二密封樹脂351以層疊狀態(tài)突出，向模塊盒304外伸出。通過設(shè)為這種構(gòu)成，在用第一密封樹脂348密封功率半導(dǎo)體元件、制造模塊一次密封體302時的合模時，能夠防止向功率半導(dǎo)體元件和該端子的連接部分產(chǎn)生過大的應(yīng)力及模型的間隙。另外，通過在層疊的正極側(cè)端子和負(fù)極側(cè)端子中分別流動的相反方向的電流，產(chǎn)生彼此相抵消方向的磁通，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)低電感化。在輔助模型體600側(cè)，輔助模塊側(cè)直流正極連接端子315C、輔助模塊側(cè)直流負(fù)極連接端子319C在與直流正極端子315B、直流負(fù)極端子319B相反側(cè)的直流正極配線315A、直流負(fù)極配線319A的前端部分別形成。另外，輔助模塊側(cè)交流連接端子320C在交流配線320A中在與交流端子320B相反側(cè)的前端部形成。輔助模塊側(cè)信號連接端子326U、326L在信號配線324U、324L中在與信號端子325U、325L相反側(cè)的前端部分別形成。另一方面，在模塊一次密封體302側(cè)，元件側(cè)直流正極連接端子315D、元件側(cè)直流負(fù)極連接端子319D、元件側(cè)交流連接端子320D分別形成于導(dǎo)體板315、319、320上。另外，元件側(cè)信號連接端子327U、327L通過接合線371與IGBT328、330分別連接。下面，使用圖7說明模塊一次密封體302的裝配工序。如圖7所不,直流正極側(cè)的導(dǎo)體板315及交流輸出側(cè)的導(dǎo)體板320、兀件側(cè)信號連接端子327U及327L在與共通的連接桿(tie bar)372連接的狀態(tài)下，以它們成為大致同一平面狀的配置的方式進(jìn)行一體加工。在導(dǎo)體板315上固定有上臂側(cè)的IGBT328的集電極和上臂側(cè)的二極管156的陰極電極。在導(dǎo)體板320上固定有下臂側(cè)的IGBT330的集電極和下臂側(cè)的二極管166的陰極電極。在IGBT328、330及二極管156、166上，將導(dǎo)體板318和導(dǎo)體板319配置為大致同一平面狀。在導(dǎo)體板318上固定有上臂側(cè)的IGBT328的發(fā)射極電極和上臂側(cè)的二極管156的陽極電極。在導(dǎo)體板319上固定有下臂側(cè)的IGBT330的發(fā)射極電極和下臂側(cè)的二極管166的陽極電極。各功率半導(dǎo)體元件與各導(dǎo)體板介由金屬接合部160分別固定。各功率半導(dǎo)體元件為板狀的扁平構(gòu)造，該功率半導(dǎo)體元件的各電極形成為表背面。如圖7所示，功率半導(dǎo)體元件的各電極通過導(dǎo)體板315和導(dǎo)體板318、或?qū)w板320和導(dǎo)體板319夾持。即，導(dǎo)體板315和導(dǎo)體板318介由IGBT328及二極管156成為大致平行地相對的層疊配置。同樣，導(dǎo)體板320和導(dǎo)體板319介由IGBT330及二極管166成為大致平行地相對的層疊配置。另外，導(dǎo)體板320和導(dǎo)體板318介由中間電極329連接(參照圖8)。通過該連接將上臂電路和下臂電路電連接，形成上下臂串聯(lián)電路。如上所述，在導(dǎo)體板315和導(dǎo)體板318間夾持IGBT328及二極管156，并且，在導(dǎo)體板320和導(dǎo)體板319間夾持入IGBT330及二極管166，將導(dǎo)體板320和導(dǎo)體板318介由中間電極329連接。之后，通過接合線371連接IGBT328的控制電極328A和元件側(cè)信號連接端子327U，并且，通過接合線371連接IGBT330的控制電極330A和元件側(cè)信號連接端子327L(參照圖6)。組裝到該狀態(tài)后，將含有功率半導(dǎo)體元件及接合線371的部分用第一密封樹脂348密封(參照圖5)。這時，從上下用模具按壓，通過傳遞模塑體將第一密封樹脂348向模具內(nèi)充填進(jìn)行成形。通過第一密封樹脂348密封后，切除圖7所示的連接桿372，分別分離元件側(cè)直流正極連接端子315D、元件側(cè)交流連接端子320D、元件側(cè)信號連接端子327U、327L。而且，將在一邊側(cè)排列成一列的元件側(cè)直流正極連接端子315D、元件側(cè)直流負(fù)極連接端子319D、元件側(cè)交流連接端子320D、元件側(cè)信號連接端子327U、327L的各端部分別向同一方向彎折。由此，如圖5所示，使模塊一次密封體302和輔助模型體600金屬接合時的作業(yè)容易、且提高生產(chǎn)性，并且，能夠提高金屬接合的可靠性。圖9 Ca)是二極管156的立體圖，圖9 (b)是IGBT328的立體圖。如圖9 Ca)所示，續(xù)流二極管(FWD)等二極管芯片具有芯片的表面和背面各異的主電極。在二極管156的背面?zhèn)刃纬捎信c芯片主面大致同一面積的陰極電極156a。另一方面,在二極管156的表面?zhèn)刃纬捎斜汝帢O電極156a更小的面積的陽極電極156b。另外,在二極管156的表面?zhèn)鹊耐庵懿啃纬捎凶o(hù)圈156c。在二極管156的表面?zhèn)?在陽極電極156b的外周部的空白部全域設(shè)有以聚酰亞胺(PI)為基礎(chǔ)的鈍化膜156d，確保二極管156的表背面的主電極間的耐電壓。另一方面，如圖9 (b)所示，IGBT328在芯片的表面和背面具有各異的主電極，并且在表面?zhèn)染哂卸鄠€控制電極。在IGBT328的背面?zhèn)刃纬捎凶鳛橹麟姌O的集電極328a。在IGBT328的表面?zhèn)刃纬捎凶鳛橹麟姌O的發(fā)射極電極328b。作為控制電極的柵電極328c形成于IGBT328的表面?zhèn)?。另外，在IGBT328的表面?zhèn)鹊耐庵懿啃纬捎凶o(hù)圈328d。另外，在IGBT328的表面?zhèn)?，在發(fā)射極電極328b的外周部及柵電極328c的外周部的空白部全域設(shè)有以聚酰亞胺(PI)為基礎(chǔ)的鈍化膜328e，確保集電極328a和發(fā)射極電極328b以及柵電極328c間的耐電壓。圖10是放大了圖7所示的模塊一次密封體302的IGBT328及二極管156的附近的分解立體圖。圖11是將圖10所示的導(dǎo)體板318上下反轉(zhuǎn)的立體圖。圖12是從圖10所示的C截面的截面方向看的截面圖。圖13是圖12的代替方案,是從圖10所示的C截面的截面方向看的截面圖。如圖10及圖11所示，在導(dǎo)體板318的配置有IGBT328的側(cè)，形成有從導(dǎo)體板318的基部318m朝向該IGBT328突出的第一突出部318h。同樣，在導(dǎo)體板318的配置有二極管156的側(cè)形成有從導(dǎo)體板318的基部318m朝向該二極管156突出的第一突出部318i。如圖11所示，在第一突出部318h的上表面形成第一突出面318f。另外，在從圖11的箭頭A方向投影的情況下，第一突出部318h以第一突出面318f的邊SI的投影部與導(dǎo)體板318的邊S2的投影部重疊的方式形成。另外，二極管156側(cè)的第一突出部318i也是同樣的構(gòu)成，在第一突出部318i的上表面形成第一突出面318d。如圖11所示，在第一突出面318f上形成有朝向IGBT328突出的第二突出部318j。同樣，在第一突出面318d上形成有朝向二極管156突出的第二突出部318k。如圖11所示，在第二突出部318j的上表面形成與IGBT328的發(fā)射極電極328b相對的第二突出面322a。另外，在從圖11的箭頭A方向投影的情況下，第二突出部318j以第二突出面322a的邊S3的投影部與形成于導(dǎo)體板318的基部318m和第一突出部318h間的臺階部S4的投影部重疊的方式形成。二極管156側(cè)的第二突出部318k也是同樣的構(gòu)成，在第二突出部318k的上表面形成與二極管156的陽極電極156b相對的第二突出面322b。在第一突出部318h和導(dǎo)體板318的基部318m的一邊之間形成有導(dǎo)體板表面318c。另外，在第一突出部318h和第一突出部318i間形成有導(dǎo)體板表面318e。此外，在第一突出部318i和導(dǎo)體板318的基部318m的另一邊之間形成有導(dǎo)體板表面318g。如圖12所示，第二突出面322a經(jīng)由金屬接合部160與IGBT328的發(fā)射極電極328b接合。另外，第二突出面322b經(jīng)由金屬接合部160與二極管156的陽極電極156b接合。在此，IGBT328以多個柵電極328c與第二突出面322a不相對的方式且沿第二突出面322a的邊S3的方式配置。多個柵電極328c與作為導(dǎo)體板318的基部318m的表面的導(dǎo)體板表面318c相對配置。另外，金屬接合部160以不配置在柵電極328c的周邊的方式,配置于IGBT328的發(fā)射極電極328b和第二突出面322a間。即，金屬接合部160避開柵電極328c，設(shè)置于IGBT328的發(fā)射極電極328b和第二突出面322a之間。另外，金屬接合部160由焊錫材料等構(gòu)成。在IGBT328的柵電極328c上未形成鈍化膜。如圖12所示，該柵電極328c通過金屬制的導(dǎo)線371與元件側(cè)信號連接端子327U (參照圖6)電連接。確保與該導(dǎo)線371的絕緣狀態(tài)的必要的部件為金屬接合部160、導(dǎo)體板318的第二突出部318j及導(dǎo)體板表面318c等。于是，在本實施方式中，第二突出面322a的邊S3和導(dǎo)體板表面318c的距離比第二突出面322a的另一邊和第一突出面318f的距離及第二突出面322a的另一邊和導(dǎo)體板表面318e的距離更大。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠防止IGBT328的柵電極328c及導(dǎo)線371的耐電壓的降低。進(jìn)而，通過上述結(jié)構(gòu)，使從IGBT328向?qū)w板318傳遞的熱能夠高效地在導(dǎo)體板318內(nèi)傳導(dǎo)，因此，能夠提高IGBT328的散熱效率。S卩，如圖11所示，第一突出面318f以在高度方向與第二突出面322a最近的距離形成，其次，導(dǎo)體板表面318e以在高度方向與第二突出面322a近的距離形成。在高度方向形成為與第二突出面322a最遠(yuǎn)的距離的面為導(dǎo)體板表面318c。由此，能夠大幅促進(jìn)向圖11所示的熱的傳導(dǎo)方向B的熱傳導(dǎo)。另外，在圖12中，用點線箭頭表示來自IGBT328的熱以45°擴(kuò)展時的擴(kuò)散路徑。導(dǎo)體板表面318e與導(dǎo)體板表面318c相比與第一突出面318f更接近地形成，因此，表示了傳遞路徑擴(kuò)展區(qū)域A’的部分。因此，能夠防止耐電壓的低下，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅的散熱性的提聞。因此，根據(jù)本實施方式，在第一突出部318h和第二突出部318 j間能夠確保用于傳導(dǎo)作為功率半導(dǎo)體元件的IGBT328的熱的傳熱路徑。同樣，在第一突出部318i和第二突出部318k間能夠確保用于傳導(dǎo)作為功率半導(dǎo)體元件的二極管156的熱的傳熱路徑。另外，根據(jù)本實施方式，在第一導(dǎo)體板318的表面和作為IGBT328的控制電極的柵電極328c間能夠確保充分的絕緣距離。另外，在制造如圖11所示的導(dǎo)體板318的情況下，如后所述，從生產(chǎn)性的觀點考慮優(yōu)選通過拉制金屬部件的工序進(jìn)行。由此，能夠防止耐電壓的低下，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅的散熱性的提高，另外能夠提高導(dǎo)體板318的生產(chǎn)性。圖13是表不導(dǎo)體板318的其它實施例的截面圖。導(dǎo)體板318優(yōu)選以導(dǎo)體板表面318c與IGBT328的柵電極328c不相對的方式減小表面積而形成。原因是用于確保安裝導(dǎo)線371的夾具的插入空間及導(dǎo)線371的配置空間。另外，圖10 圖13所示的導(dǎo)體板318通過第一突出面318f和導(dǎo)體板表面318c以及導(dǎo)體板表面318e設(shè)置多個臺階，因此，圖3 (b)所示的第一密封樹脂348與導(dǎo)體板318強(qiáng)固地固定。在使用汽車的環(huán)境溫度即一 45°C 125°C的溫度循環(huán)過程中，金屬接合部160的變形所導(dǎo)致的裂紋的產(chǎn)生可能會導(dǎo)致電力轉(zhuǎn)換裝置的可靠性降低。但是，通過本實施方式，用于保護(hù)導(dǎo)體板318、金屬接合部160及IGBT328的第一密封樹脂348在導(dǎo)體板318上被強(qiáng)固地固定，因此，結(jié)果是能夠抑制金屬接合部160及IGBT328的變形，能夠使電力轉(zhuǎn)換裝置的可靠性提高。
圖14是圖10 圖13所示的導(dǎo)體板318的制造工序的說明圖。圖14 (a)是表示通過拉制法制作的板材料的圖。拉制面Fl是通過后述的工序形成第二突出面322a及第一突出面318f的面。拉制面F2是通過后述的工序形成第二突出面322b及第一突出面318d的面。拉制面F3是通過后述的工序形成導(dǎo)體板表面318c的面。拉制面F4是通過后述的工序形成導(dǎo)體板表面318e的面。拉制面F5是通過后述的工序形成導(dǎo)體板表面318g的面。通過圖14(a)的拉制法形成設(shè)有臺階的導(dǎo)體板表面，由此，與軋制等其它的制作法相比，能夠提高拉制面Fl F5的厚度精度。另外，在IGBT328及二極管156的表面主電極的寬度及長度彼此各異的情況下，可分別變更拉制面Fl及F2的寬度。而且，即使在IGBT328及二極管156的厚度彼此各異的情況下，也能夠用第一突出部318h及318i的厚度分別調(diào)整其差值，不損害生產(chǎn)性，且能夠高精度地調(diào)整。圖14 (b)是表示對通過圖14 (a)的拉制法制作的板材料施加了沖壓工序后的導(dǎo)體板318的圖。拉制面Fl及F2以殘留與圖14 (b)的第二突出面322a及322b對應(yīng)的部分的方式，對與第一突出面318f及318d對應(yīng)的部分通過沖壓工序施加壓力以凹進(jìn)去。由此，即使IGBT328及二極管156的表面主電極的寬度及長度各異，也能夠?qū)Ω鞑课环謩e變更沖壓加工的面積，因此，不損害生產(chǎn)性，且可進(jìn)行高精度地調(diào)整。這樣，在加工平板材料后通過另外的工序制作突出部，由此，與通過切削、蝕刻來對平板材料進(jìn)行削除以制作突出部比較，能夠制作生產(chǎn)性和面方向的位置精度及厚度方向的精度優(yōu)異的導(dǎo)體板。另外，為了確保導(dǎo)體板318和第一密封樹脂348 (參照圖3)的密接性，優(yōu)選對導(dǎo)體板318實施化學(xué)蝕刻的粗化處理、噴砂處理、陽極氧化處理、沖壓的凹凸形成處理、表面包覆處理(例如，以聚酰亞胺為基礎(chǔ)的物質(zhì)的包覆〕等處理。通過該處理，與未處理的情況相比能夠?qū)?dǎo)體板面和樹脂的密接強(qiáng)度(剪切強(qiáng)度，剝離強(qiáng)度)提高2 3倍以上。另外，優(yōu)選將實施上述的粗化處理等的定時設(shè)在圖14 (a)所示的拉制工序后且圖14 (b)所示的沖壓工序前。由此，沿圖14 (a)的拉制方向D容易地一并實施粗化處理等，因此，生廣性大幅提聞。另外，在與圖14 (b)的沖壓面相當(dāng)?shù)牡谝煌怀雒?18f、318d，在沖壓工序時同時實施凹凸加工，由此，能夠進(jìn)一步提高導(dǎo)體板318和第一密封樹脂348 (參照圖3)的密接性。圖14 (C)是通過電子顯微鏡放大了圖14 Ca)的拉制面Fl的概念圖。可知沿拉制方向D存在寬度2 μ m、長度10 數(shù)百μ m的壓痕331。研究了以Sn —Ag系及Sn — Cu系的Sn為基礎(chǔ)的焊錫的濕潤擴(kuò)展(濡広力5.9)方向。其結(jié)果,焊錫向相對于壓痕331的形成方向垂直的方向的濕潤擴(kuò)展小。即，可知在與拉制方向D垂直的方向上，焊錫難以濕潤擴(kuò)展，來自第二突出面322a的焊錫溢出和泄露難以產(chǎn)生。利用該現(xiàn)象，導(dǎo)體板318的拉制方向D與沿IGBT328的柵電極328c排列方向的邊(圖11的邊S3)成為同方向。由此，能夠防止從第二突出面322a向柵電極328c側(cè)的焊錫的溢出和泄露，能夠使成品率提聞。另外，在以Cu或Al為基礎(chǔ)的導(dǎo)體板318表面實施I μ m以上的厚度的Ni鍍層(電解鍍層、無電解鍍層、濺射膜)，使用含有3 7質(zhì)量％的Cu的Sn基焊錫，在接合導(dǎo)體板318和功率半導(dǎo)體元件后，在焊錫和Ni鍍層的接合界面生成以Cu6Sn5為基礎(chǔ)的層。
該Cu6Sn5層通過使用環(huán)境下的溫度上升產(chǎn)生的、作為抑制Sn和Ni的相互擴(kuò)散的阻擋層發(fā)揮功能。由此，抑制Ni鍍層的消耗，能夠長時間維持接合初期狀態(tài)的可靠性高的接合結(jié)構(gòu)，因此，功率模塊的可靠性提高。另一方面，在Cu (導(dǎo)體板)上直接接合以Sn為基礎(chǔ)的焊錫后，在接合初期，在Sn(焊錫)和Cu (導(dǎo)體板)的接合界面形成Cu6Sn5層，但是，在接合溫度及接合保持時間變長時，在上述Cu6Sn5層和Cu (導(dǎo)體板)的界面生成脆的Cu3Sn層。測定剪切強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的結(jié)果是，因Cu3Sn層的形成而產(chǎn)生強(qiáng)度降低。另外，在該狀態(tài)下在進(jìn)行考慮了使用環(huán)境的一 45°C 125°C (在各溫度保持30分鐘)的熱循環(huán)試驗時，產(chǎn)生Cu3Sn層的成長，隨著熱循環(huán)數(shù)的進(jìn)行而產(chǎn)生了強(qiáng)度降低。這樣，在導(dǎo)體板的表面凃敷Ni鍍層，由Sn — 3 7Cu焊錫構(gòu)成金屬接合部160，由此，容易維持初期的健全的接合狀態(tài)，因此，與在Cu (導(dǎo)體板)上直接接合以Sn為基礎(chǔ)的焊錫的情況相比，能夠提供可靠性更高的功率模塊。另外，在以Al為基礎(chǔ)的導(dǎo)體板318表面，實施Cu鍍層或Ni鍍層，在使用以Sn為基礎(chǔ)的焊錫接合導(dǎo)體板318和功率半導(dǎo)體元件的情況下，對能夠降低空隙率的功率模塊的制造方法進(jìn)行說明。近年來，為了環(huán)境保護(hù)，尋求使用不含Pb的焊錫的電氣制品。尤其是，在使用以Sn為基礎(chǔ)的焊錫進(jìn)行接合的情況下，溶融開始溫度比Pb基焊錫的溶融開始溫度300°C附近更低，例如為200°C左右。隨之，即使通過熔劑(flux)及氫等將接合氛圍氣設(shè)為還原氛圍氣，在Sn基焊錫的溶融開始時Cu及Ni鍍層表面也殘存自然氧化皮膜。Cu及Ni的氧化皮膜的還原與粒內(nèi)比較從粒界開始，因此，Sn的濕潤擴(kuò)展不均一且卷入氣體，在溶融的Sn中卷入通過Cu及Ni的氧化皮膜還原而生成的氣體，由此可知，與使用以Pb為基礎(chǔ)的焊錫的情況下比較，空隙率上升。關(guān)注在焊錫溶融開始前進(jìn)行存在于接合面的氧化皮膜的還原，在導(dǎo)體板突出面的Cu及Ni鍍層上進(jìn)一步實施Ag鍍層。其結(jié)果可知，即使還原氛圍氣(氫等)、非活性氛圍氣(氮等)任一氛圍氣，在Sn基焊錫溶融開始前氧化皮膜也會被還原，也能夠抑制起因于上述的濕潤擴(kuò)展的不均一的氣體的卷入、伴隨溶融后的氧化皮膜還原的氣體的卷入、在接合后存在的空隙與未實施Ag鍍層的情況相比較降低20%。同樣，即使實施Au鍍層也可獲得與Ag同樣的效果。這樣，通過在Cu及Ni鍍層上實施Ag及Au鍍層，能夠進(jìn)一步降低接合部的空隙率，提高功率模塊的散熱性及壽命。另外，通過從Ni鍍層上鍍Au及Ag，用Sn — 3 7Cu焊錫進(jìn)行接合，能夠制成對溫度上升的耐性高的接合界面。另外，通過在圖14 (a)所示的拉制工序后且圖14 (b)所示的沖壓工序前進(jìn)行上述的鍍層處理法和上述的粗化處理方法，生產(chǎn)性大幅提高。如圖16所示，相對于導(dǎo)體板318，在搭載有IGBT328及二極管156的與第二突出面322a及322b對應(yīng)的部分，掩蔽點狀鍍層或除了該面以外的面，對與第二突出面322a及322b對應(yīng)的部分實施鍍層處理。之后在實施了上述的粗化處理后，進(jìn)行圖14 (b)所示的沖壓工序。由此，在導(dǎo)體板318為拉制材料的狀態(tài)下，能夠一并處理上述的鍍層處理和粗化處理，因此，能夠提供比間歇處理的生產(chǎn)性更高的制造方法。另外，在Ni鍍層后的導(dǎo)體板的粗化、Ag鍍層后的導(dǎo)體板的粗化時，通過選擇僅在導(dǎo)體板318的面產(chǎn)生反應(yīng)的粗化液，能夠提供不需要掩蔽鍍層面且能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)性的制造方法。另外，在圖14 (a)的拉制面Fl及F2上，也可以沿拉制的方向D條紋狀地實施鍍層面。由此，可比點狀的掩蔽更容易掩蔽。另外，與點狀鍍層相比可進(jìn)行高速處理。而且，對導(dǎo)體板318的其它的拉制面F3 F5粗化處理。在粗化處理時，通過選擇粗化液，能夠省略對鍍層面的掩蔽。而且，在進(jìn)行圖14 (b)的沖壓加工，制作第二突出面322a及322b時，在第一突出面318f及318g上殘存鍍層。由此，在焊錫溢出時，在鍍層的方向(拉制方向D)能夠避開焊錫。尤其是在Ag鍍層的情況下，不僅壓痕的效果，而且包覆金屬種類不同導(dǎo)致的效果也增加，因此，其效果變大。圖15是第二實施方式的模塊一次密封體302的分解立體圖。與第一實施方式的不同之處為在導(dǎo)體板315也經(jīng)由與導(dǎo)體板318同樣的工序形成同樣的突出部等。在導(dǎo)體板315上分別形成有:第一突出部315h、第一突出部3151、第二突出部315j、第二突出部315k、第二突出面352a、第二突出面352b、第一突出面315f、第一突出面315d、導(dǎo)體板表面315c、導(dǎo)體板表面315e、導(dǎo)體板表面315g。另外，第二突出面352a與未形成有IGBT328的柵電極328c的集電極328a相對，因此，需要形成為比第二突出面322a大。因此，第一突出部315h的寬度形成為比第一突出部318h的寬度更大。通過如本實施方式那樣構(gòu)成，在第二突出面322a和第二突出面352a間，IGBT328介由金屬接合部160分別與第二突出面322a及第二突出面352a接合。另外，在第二突出面322b和第二突出面352b間，二極管156介由金屬接合部160分別與第二突出面322b及第二突出面352b接合。導(dǎo)體板315、318、IGBT328及二極管156通過樹脂密封，因此，樹脂和導(dǎo)體板315及導(dǎo)體板318通過多個臺階密接且降低金屬接合部160的變形。另外，能夠抑制導(dǎo)體板315的散熱性的大幅受損。另外，通過第一實施方式及第二實施方式說明的導(dǎo)體板318為IGBT328和二極管156分別為I個情況，但是，也可以沿第一突出部318h的形成方向形成兩個第二突出部318j，再沿第一突出部318i的形成方向形成兩個第二突出部318k，相對于一個導(dǎo)體板31B分別連接兩個IGBT328和二極管156。另外，在上述實施方式中，將臺階部S4制作為作為基部318m和第一突出部318h的邊界的棱線(角部)(參照圖11)，但是，本發(fā)明不限于此。也可以將棱線附近的部位制作為臺階部。也可以將基部318m的導(dǎo)體板表面318c整體以及含有第一突出部318h及第二突出部318j的垂直面整體的部分制作為臺階部。在以含有第一突出部318h及第二突出部318j的垂直面整體的方式制作臺階部的情況下，只要至少臺階部的垂直面的一部分與第二突出面322a的邊S3重疊即可。因此，即使在基部318m和第一突出部318h的邊界不是作為角部而是作為彎曲部形成的情況下，也能夠使用本發(fā)明。在上述中，說明了各種實施方式及變形例，但是，本發(fā)明不限于這些內(nèi)容。在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)考慮的其它的方式也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如下的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請的公開內(nèi)容作為引用文獻(xiàn)編入此說明書。日本國專利申請2010年第220252號(2010年9月30日申請)
權(quán)利要求
1.一種功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備: 功率半導(dǎo)體元件，其在一個主面上形成有多個控制電極； 第一導(dǎo)體板，其與所述功率半導(dǎo)體元件的所述一個主面介由第一焊錫材料接合；和 第二導(dǎo)體板，其與所述功率半導(dǎo)體元件的另一個主面介由第二焊錫材料接合， 在所述第一導(dǎo)體板形成有從該第一導(dǎo)體板的基部突出且在上表面具有第一突出面的第一突出部， 在所述第一導(dǎo)體板的所述第一突出面形成有具有與所述功率半導(dǎo)體元件的所述一個主面相對的第二突出面的第二突出部， 所述第一焊錫材料設(shè)置在所述功率半導(dǎo)體元件和所述第一導(dǎo)體板之間，避開所述多個控制電極， 進(jìn)而，在從所述功率半導(dǎo)體元件的所述一個主面的垂直方向投影的情況下， 所述第二突出部以所述第二突出面的規(guī)定邊的投影部與形成于所述第一導(dǎo)體板的基部和所述第一突出部間的臺階部的投影部重疊的方式形成， 所述功率半導(dǎo)體元件的所述多個控制電極沿所述第二突出面的所述規(guī)定邊形成。
2.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于: 所述功率半導(dǎo)體元件以所述功率半導(dǎo)體元件的所述控制電極與未形成所述第一突出部的所述第一導(dǎo)體板的基部的表面相對，并且沿著所述第二突出面的所述規(guī)定邊的方式配置。
3.如權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于: 未形成所述第一突出部的所述第一導(dǎo)體板的基部的表面相對于所述第二突出面比所述第一突出面更遠(yuǎn)地形成。
4.一種功率半導(dǎo)體模塊的制造方法，該功率半導(dǎo)體模塊具有與功率半導(dǎo)體元件的一個主面相對的第一導(dǎo)體板和與所述功率半導(dǎo)體元件的另一個主面相對的第二導(dǎo)體板，該功率半導(dǎo)體模塊的制造方法的特征在于，具有: 第一工序，在所述第一導(dǎo)體板的一個面形成具有第一突出面的第一突出部的情況下，以該第一突出面的相對的規(guī)定的2邊與所述第一導(dǎo)體板的相對的規(guī)定的2邊分別重疊的方式通過拉制形成；和 第二工序，在形成形成于所述第一突出面并且具有第二突出面的第二突出部的情況下，通過沖壓所述第一突出面的一部分形成所述第二突出面。
5.如權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在于: 所述第一工序包括在所述第一突出面上涂覆與焊錫材料接合的金屬鍍層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體模塊，具備在一個主面上形成有多個控制電極的功率半導(dǎo)體元件；與功率半導(dǎo)體元件的一個主面介由第一焊錫材料接合的第一導(dǎo)體板；和與功率半導(dǎo)體元件的另一個主面介由第二焊錫材料接合的第二導(dǎo)體板。在第一導(dǎo)體板形成有從該第一導(dǎo)體板的基部突出且在上表面具有第一突出面的第一突出部。在第一導(dǎo)體板的第一突出面形成有具有與功率半導(dǎo)體元件的一個主面相對的第二突出面的第二突出部。第一焊錫材料設(shè)置在功率半導(dǎo)體元件和第一導(dǎo)體板之間，且避開多個控制電極。在從功率半導(dǎo)體元件的一個主面的垂直方向投影時，第二突出部以第二突出面的規(guī)定邊的投影部與形成于第一導(dǎo)體板的基部和第一突出部間的臺階部的投影部重疊的方式形成。功率半導(dǎo)體元件的多個控制電極沿著第二突出面的規(guī)定邊形成。
文檔編號H01L25/18GK103081104SQ20118004118
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者井出英一, 平光真二, 寶藏寺裕之, 露野圓丈, 中津欣也, 德山健, 松下晃, 高木佑輔 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會社