半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體裝置，通過由具有功率半導(dǎo)體芯片等的多個半導(dǎo)體模塊構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置，從而作為半導(dǎo)體裝置整體能夠?qū)崿F(xiàn)容許電流的大容量化，并且，通過在該半導(dǎo)體裝置中以最優(yōu)的方式進(jìn)行接合來實(shí)施多個半導(dǎo)體模塊的端子之間的連接。所述半導(dǎo)體裝置包括：半導(dǎo)體模塊10，外部連接端子從外殼突出；總線3A、3B、3C，將并列排列的多個所述半導(dǎo)體模塊10的特定的外部連接端子16、17、18連結(jié)而進(jìn)行電連接；以及半導(dǎo)體模塊用外殼2，覆蓋并固定通過所述總線3A、3B、3C而連結(jié)的多個所述半導(dǎo)體模塊10，其中，總線3A、3B、3C和半導(dǎo)體模塊的外部連接端子16、17、18通過激光焊接而接合。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。更詳細(xì)地講，涉及一種由包括功率半導(dǎo)體芯片等的 多個半導(dǎo)體模塊構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置，以及各半導(dǎo)體模塊的端子之間的連接方式。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體模塊，例如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管）等的功率半導(dǎo)體芯片搭載在絕緣 電路基板上，并且容納在外殼中而形成的功率半導(dǎo)體模塊，通常按照每個額定容許電流制 作有專用封裝。在追求功率半導(dǎo)體模塊的大容量化的情況下，難以按照每個容許電流制作 專用芯片。因此，采用并列地配置具有預(yù)定的容許電流的多個功率半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)的封 裝。
[0003] 在硅IGBT的情況下，在幾百A至1000A級別的大容量半導(dǎo)體模塊中為并列地配置 有幾個至幾十個半導(dǎo)體芯片的封裝。而且，近年來，研發(fā)了使用SiC的半導(dǎo)體模塊來作為構(gòu) 成逆變器的半導(dǎo)體芯片。在該半導(dǎo)體芯片中使用了 SiC的半導(dǎo)體模塊中，由于SiC半導(dǎo)體 芯片的容許電流小，因此即使為幾十A至100A左右的額定封裝，也將多個SiC半導(dǎo)體芯片 并列配置。因此，如果要制作幾百A至1000A級別的大容量半導(dǎo)體模塊，則理論上需要并列 配置幾十個至幾百個SiC半導(dǎo)體芯片，因此目前尚未投入商業(yè)使用。
[0004] 另外，在按照每個容許電流進(jìn)行完整的專用封裝的半導(dǎo)體模塊中，由于組裝中僅 有一個芯片、部件不合格就會導(dǎo)致半導(dǎo)體模塊整體不合格，所以不得不廢棄該半導(dǎo)體模塊。 而且，在使用半導(dǎo)體模塊時，僅有一個芯片或部件損壞就會導(dǎo)致半導(dǎo)體模塊整體的替換。因 此，就專用封裝而言，越是大容量，半導(dǎo)體模塊的制造商的成本以及用戶的風(fēng)險就越高。
[0005] 在專用封裝的半導(dǎo)體模塊中，具有如下封裝：制作單元化至絕緣基板的中等容量 的共用部件，并將該共用部件以需要的容許電流的份額并列配置，另一方面，對應(yīng)于容許電 流來進(jìn)行關(guān)于端子和/或外殼的配置、塑形而大容量化。并列地配置了單元化至絕緣基板 的的中等容量部件的封裝至少可以避免由于至絕緣基板單元的組裝不合格所引起的半導(dǎo) 體模塊整體的不合格。然而，在后面的組裝工藝和/或使用中，若僅有一個半導(dǎo)體芯片、部 件的損壞，則導(dǎo)致半導(dǎo)體模塊整體的廢棄、替換。
[0006] 另外，有并列多個搭載少量半導(dǎo)體芯片的離散小容量小型封裝，由專用安裝工具 進(jìn)行連接而應(yīng)對大容量化的例子。在并列多個離散小容量小型封裝的情況下，雖然不會產(chǎn) 生上述問題，但是對用戶來說產(chǎn)生以下新問題：安裝的次數(shù)變多，安裝于裝置的安裝方法與 現(xiàn)有方法的差異太大等。而且，由于封裝為小型化，所以存在無法滿足絕緣距離的規(guī)定的情 況。
[0007] 專用封裝的一個示例具有如下的構(gòu)造。多個半導(dǎo)體芯片通過焊錫等連接、搭載在 絕緣電路基板上。半導(dǎo)體芯片和絕緣電路基板通過接合線等被布線，將絕緣電路基板的搭 載半導(dǎo)體芯片的面相反側(cè)的面焊接在散熱用的金屬基體上。另外，包括外部端子的總線通 過螺合和/或焊錫等連接、搭載在絕緣電路基板上。將外殼固定到放熱用的金屬基體，在該 外殼內(nèi)填充膠體等來密封半導(dǎo)體芯片?？偩€的外部端子從外殼的蓋部突出。與具有此類結(jié) 構(gòu)的專用封裝相關(guān)地，對于與工作時溫度在如200°C以上的高溫對應(yīng)的封裝，期望通過兼做 外殼的樹脂塑模代替膠體來密封半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)。然而，如果對大型的半導(dǎo)體模塊進(jìn)行 塑模成型，則產(chǎn)生由于發(fā)生樹脂裂紋或翹曲而導(dǎo)致成品率降低，材料成本增加等問題。
[0008] 另外，在總線和與其連接的部件通過螺合而連接的情況下，由于連接部的間隙而 導(dǎo)致螺合困難。另外，當(dāng)通過焊錫而接合時，由于總線由銅等熱導(dǎo)電性高的材料構(gòu)成，所以 在接合部不能獲得焊錫接合所需要的熱容量，因此存在不能充分接合的情況。另外，如果為 了進(jìn)行焊錫接合而在接合部施加很大的熱量，則熱量通過與總線接合的部件對半導(dǎo)體模塊 也產(chǎn)生熱影響。進(jìn)一步地，當(dāng)焊錫接合時，通常采用絲狀焊料等，焊錫接合之后在接合部產(chǎn) 生焊劑的殘渣。該殘渣與半導(dǎo)體模塊粘在一起難以清洗。
[0009] 已知有通過將多個半導(dǎo)體裝置用單元的外部導(dǎo)出端子與形成有布線圖案的布線 基板進(jìn)行焊錫接合，從而能夠形成各種容量的半導(dǎo)體模塊的半導(dǎo)體裝置（專利文獻(xiàn)1)。但 是，專利文獻(xiàn)1的裝置由于外部導(dǎo)出端子與布線基板進(jìn)行了焊錫接合，所以仍存在上述的 殘渣等的問題。
[0010] 已知有在作為電子部件的端子等的母材上通過電子束和/或激光等焊接引線等 的細(xì)線的方法（專利文獻(xiàn)2)。然而，專利文獻(xiàn)2并沒有記載有關(guān)端子等與引線等之間的接 合，以及通過電弧焊接將半導(dǎo)體模塊的總線和與其連接的部件，例如與外部連接端子之間 的接合。
[0011] 已知還有板狀導(dǎo)體與線材料進(jìn)行電弧焊接，尤其是通過TIG(鎢隋性氣 體：Tungsten Inert Gas)焊接來進(jìn)行接合的方法（專利文獻(xiàn)3)。然而，專利文獻(xiàn)3的方法 通過電弧焊接使半導(dǎo)體模塊的總線和與其連接的部件，例如外部連接端子接合時，通過連 接的部件對半導(dǎo)體模塊也產(chǎn)生熱影響。
[0012] 已知有使中繼端子的突舌貫穿印刷電路基板的通孔，進(jìn)行脈沖激光照射而使兩者 接合的方法（專利文獻(xiàn)4)。然而，專利文獻(xiàn)4是將比中繼端子主體部細(xì)的突舌接合的方法， 而不是與中繼端子本身接合的方法。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2011-142124號公報
[0016] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開昭63-130291號公報
[0017] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2001-219270號公報
[0018] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2002-25639號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的在于提供一種有利于解決上述問題的半導(dǎo)體裝置，通過由具有功率 半導(dǎo)體芯片等的多個半導(dǎo)體模塊構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置，從而作為半導(dǎo)體裝置整體能夠?qū)崿F(xiàn)容 許電流的大容量化，并且，通過在該半導(dǎo)體裝置中以最優(yōu)的方式進(jìn)行接合來實(shí)施多個半導(dǎo) 體模塊的端子之間的連接。
[0020] 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包括：半導(dǎo)體模塊，其將半導(dǎo)體芯片搭載在絕緣電路基板上 并設(shè)置在外殼內(nèi)，連接所述半導(dǎo)體芯片或所述絕緣電路基板的外部連接端子從所述外殼突 出；總線，其將并列排列的多個所述半導(dǎo)體模塊的特定的外部連接端子連結(jié)而進(jìn)行電連接； 以及半導(dǎo)體模塊用外殼，其具有將所述總線的一部分作為外部端子突出到外側(cè)的孔，覆蓋 并固定通過所述總線而連結(jié)的多個所述半導(dǎo)體模塊，所述總線和所述半導(dǎo)體模塊的外部連 接端子通過激光焊接而接合。
[0021] 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的另一形態(tài)包括：半導(dǎo)體模塊，其將半導(dǎo)體芯片搭載在絕緣 電路基板上并設(shè)置在外殼內(nèi)，連接所述半導(dǎo)體芯片或所述絕緣電路基板的外部連接端子從 所述外殼突出；總線，其將并列排列的多個所述半導(dǎo)體模塊的特定的外部連接端子連結(jié)而 進(jìn)行電連接；印刷基板，其將多個所述半導(dǎo)體模塊的與總線所連結(jié)的外部連接端子不同的 特定的外部連接端子連結(jié)而進(jìn)行電連接；以及半導(dǎo)體模塊用外殼，其具有將所述總線的一 部分作為外部端子突出到外側(cè)的孔，覆蓋并固定通過所述總線而連結(jié)的多個所述半導(dǎo)體模 塊，所述印刷基板和所述半導(dǎo)體模塊的外部連接端子通過激光焊接而接合。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，通過具有功率半導(dǎo)體芯片等的多個半導(dǎo)體模塊的外部 連接端子由總線和/或印刷基板連結(jié)而構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置，從而作為半導(dǎo)體裝置整體能夠 實(shí)現(xiàn)容許電流的大容量化，并且，由于多個半導(dǎo)體模塊的外部連接端子與總線和/或印刷 基板之間的連接通過激光焊接進(jìn)行，所以不會對半導(dǎo)體芯片造成熱影響，由于不需要進(jìn)行 焊劑清洗而能夠減少工序。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1A和圖1B是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的立體圖。
[0024] 圖2是圖1A和圖1B的半導(dǎo)體裝置的分解圖。
[0025] 圖3A和圖3B是構(gòu)成本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的功率半導(dǎo)體模塊的立 體圖。
[0026] 圖4是功率半導(dǎo)體模塊的示意性剖視圖。
[0027] 圖5是構(gòu)成本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的總線的立體圖。
[0028] 圖6A和圖6B是示出總線和端子之間的接合形態(tài)的圖。
[0029] 圖7A和圖7B是示出總線和端子之間的接合形態(tài)的圖。
[0030] 圖8A和圖8B是示出總線和端子之間的接合形態(tài)的圖。
[0031] 圖9A和圖9B是示出印刷基板和端子之間的接合形態(tài)的圖。
[0032] 圖10A和圖10B是示出印刷基板和端子之間的接合形態(tài)的圖。
[0033] 圖11A和圖11B是示出印刷基板和端子之間的接合形態(tài)的圖。
[0034] 圖12是構(gòu)成本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體模塊用外殼的立體 圖。
[0035] 圖13A和圖13B是示出將功率半導(dǎo)體模塊裝入到半導(dǎo)體模塊用外殼內(nèi)的期間的狀 態(tài)的立體圖。
[0036] 圖14是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的組裝說明圖。
[0037] 圖15是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0038] 圖16是沿著圖15的半導(dǎo)體裝置的A-A線截取的剖視圖。
[0039] 圖17是沿著圖15的半導(dǎo)體裝置的B-B線截取的剖視圖。
[0040] 符號說明：
[0041] 1 :半導(dǎo)體裝置
[0042] 2 :半導(dǎo)體模塊用外殼
[0043] 3A、3B、3C:總線
[0044] 4:印刷基板
[0045] 1〇 :功率半導(dǎo)體模塊
[0046] 11 :半導(dǎo)體芯片
[0047] 12A、12B :絕緣電路基板
[0048] 16、17、18 :外部連接端子
[0049] 19A、19B、19C、19D :外部連接端子
[0050] 20 :外殼
[0051] 30A、30B、30C :外部端子
[0052] 40A、40B、40C、40D :外部端子

【具體實(shí)施方式】
[0053] 以下，參照附圖具體地說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方式。
[0054] 圖1A和圖1B示出了本發(fā)明的一個實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置1的立體圖。圖1A是 從斜上方向觀察的半導(dǎo)體裝置1的上面的圖，圖1B是從斜下方向觀察的半導(dǎo)體裝置1的底 面的圖。從圖1B可知，半導(dǎo)體裝置1包括并列配置的多個（圖示的示例中為四個）功率半 導(dǎo)體模塊10和覆蓋并固定這些功率半導(dǎo)體模塊10的半導(dǎo)體模塊用外殼2。如圖1A所示， 半導(dǎo)體裝置1具有從短邊側(cè)的側(cè)面觀察呈凸?fàn)畹拇笾麻L方體的形狀。在圖示的示例中，在 俯視半導(dǎo)體裝置1時觀察到的長方形的平面形狀中，功率半導(dǎo)體模塊10的長邊方向?yàn)榘雽?dǎo) 體裝置1的短邊方向，功率半導(dǎo)體模塊10的并列方向?yàn)榘雽?dǎo)體裝置1的長邊方向。另外， 貫通上下方向的安裝孔la在半導(dǎo)體裝置1在俯視呈平面形狀中的短邊方向的端部附近形 成，且沿著長邊方向被配置為多個。所述安裝孔la與構(gòu)成半導(dǎo)體裝置1的、并列配置的半 導(dǎo)體模塊10中設(shè)置的安裝孔l〇a(參照圖3A和圖3B)對應(yīng)，并且位于同一軸線上。也就是 說，利用形成在功率半導(dǎo)體模塊10中的安裝孔l〇a，半導(dǎo)體裝置1被固定在使用本實(shí)施方式 的半導(dǎo)體裝置1的裝置等中。因此，半導(dǎo)體模塊用外殼2自身在安裝孔2a的附近部分不需 要必要的剛性來固定于裝置等。
[0055] 三個外部端子30A、30B和30C從半導(dǎo)體裝置1的凸部的最上面露出。這些外部端 子30A、30B和30C為半導(dǎo)體裝置1的主電路用的端子。另外，四個外部端子40A、40B、40C 和40D從半導(dǎo)體裝置1的凸部的肩部表面突出。這些外部端子40A、40B、40C和40D為構(gòu)成 半導(dǎo)體裝置1的各半導(dǎo)體模塊10的半導(dǎo)體芯片的控制用或測量用的端子。圖示的半導(dǎo)體 裝置1的外形和端子形狀與通常的半導(dǎo)體模塊的外形和端子形狀相似。
[0056] 圖2示出了半導(dǎo)體裝置1的分解圖。如圖2所示，半導(dǎo)體裝置1除四個功率半導(dǎo) 體模塊10、半導(dǎo)體模塊用外殼2之外，還包括三個總線3A、3B和3C以及印刷基板4。外部 端子30A、30B和30C分別為總線3A、3B和3C的一部分。另外，用于在外部端子30A、30B和 30C和其它的電子部件電連接時與螺釘或螺栓接合的螺母5被埋設(shè)于半導(dǎo)體模塊用外殼2 中。
[0057] 多個功率半導(dǎo)體模塊10可制造成相同的結(jié)構(gòu)，因此采用圖3A和圖3B的代表性地 具體說明一個功率半導(dǎo)體模塊10。圖3A是從斜上方向觀察的功率半導(dǎo)體模塊10的上面的 立體圖，圖3B是從斜下方向觀察的功率半導(dǎo)體模塊10的底面的立體圖。在圖3A和圖3B 中示出的功率半導(dǎo)體模塊10具有大致長方體的形狀。在本實(shí)施方式中，該功率半導(dǎo)體模塊 10的外部形狀通過例如環(huán)氧樹脂的熱硬化性樹脂的塑模成型來形成。進(jìn)行了塑模成型的熱 硬化性樹脂將設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊10的內(nèi)部的半導(dǎo)體芯片密封，并且兼做功率半導(dǎo)體 模塊10的外殼20。
[0058] 圖4中示出了功率半導(dǎo)體模塊10內(nèi)部的示意性剖視圖。在圖4中示出的功率 半導(dǎo)體模塊10的示例中，兩個半導(dǎo)體芯片11通過利用焊錫接合在絕緣電路基板12A、 12B的一側(cè)的表面上，從而搭載在該絕緣電路基板12A、12B上。半導(dǎo)體芯片11例如是功 率M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管：Metal-〇xide_Semiconductor Field-Effect Transistor)芯片、IGBT 芯片和 / 或 FWD (續(xù)流二極管：FreeWheeling Diode)芯片。另外， 半導(dǎo)體芯片11可以是硅半導(dǎo)體，也可以是SiC半導(dǎo)體。例如半導(dǎo)體芯片11為功率M0SFET 芯片時，在該絕緣電路基板12A、12B的各個設(shè)置功率M0SFET芯片和與該功率M0SFET芯片 反向并列連接的FWD芯片（未圖示）作為半導(dǎo)體芯片11，作為功率半導(dǎo)體模塊10的二合一 的單元結(jié)構(gòu)，例如作為逆變器裝置中的具有上橋臂和下橋臂的一相而使用。
[0059] 絕緣電路基板12A、12B的任一個包括：絕緣基板12a，由陶瓷等制成；導(dǎo)電層12b、 12c，分別設(shè)置在該絕緣基板12A、12B的兩面且由銅等制成。與半導(dǎo)體芯片11對置的一側(cè) 的導(dǎo)電層12b形成有電路圖案。如圖4所示，導(dǎo)電層12c與由進(jìn)行了塑模成型的熱硬化性 樹脂構(gòu)成的外殼20的底面大致共面，或者從外殼20的底面稍微向外側(cè)露出。
[0060] 另外，形成有預(yù)定電路圖案的布線基板14被設(shè)置在半導(dǎo)體芯片11的上方，該布線 基板14和各半導(dǎo)體芯片11以及導(dǎo)電層12b通過導(dǎo)電針15電連接。多個外部連接端子16、 17、18、19A、19B、19C、19D被設(shè)置為與布線基板14或?qū)щ妼?2b連接。外部連接端子16、17、 18是主電路端子，例如，外部連接端子16是漏極側(cè)連接端子，外部連接端子17是源極側(cè)連 接端子，外部連接端子18與輸出端子對應(yīng)。外部連接端子19A、19B、19C、19D是控制用或測 量用端子。
[0061] 這些外部連接端子16、17、18、19A、19B、19C、19D的前端從由熱硬化性樹脂20塑模 成型的功率半導(dǎo)體模塊10的上表面突出。
[0062] 在3A中，在俯視呈長方形的平面形狀的功率半導(dǎo)體模塊10的短邊方向的兩個端 部上各設(shè)置一組外部連接端子16、17、18，共兩組。另外，功率半導(dǎo)體模塊10的短邊方向的 任一端部上各設(shè)置一組外部連接端子19A、19B、19C、19D。
[0063] 而且，在俯視功率半導(dǎo)體模塊10時的長邊方向的兩個端部附近分別設(shè)置了安裝 孔10a。安裝孔10a是沿著上下方向貫通功率半導(dǎo)體模塊10的由熱硬化性樹脂構(gòu)成的外殼 20的孔。
[0064] 在功率半導(dǎo)體模塊10的安裝孔10a和外部連接端子16、17、18、19A、19B、19C、19D 之間形成有絕緣壁l〇b。圖示的功率半導(dǎo)體模塊10的絕緣壁10b以大致半圓筒形狀形成在 安裝孔l〇a的周圍。根據(jù)該絕緣壁10b，能夠延長用于插入在安裝孔10a中來進(jìn)行連接固定 的螺栓（未圖示）等與外部連接端子16、17、18、19A、19B、19C、19D之間的絕緣距離。
[0065] 在功率半導(dǎo)體模塊10的長邊側(cè)的側(cè)壁10c上形成有引導(dǎo)設(shè)置在半導(dǎo)體模塊用外 殼2的內(nèi)側(cè)面的導(dǎo)向肋2f(參照圖12)的導(dǎo)向槽10f，在圖示的示例中，每個側(cè)壁中形成兩 個，兩個側(cè)壁總共形成有四個導(dǎo)向槽l〇f。另外，在功率半導(dǎo)體模塊10的短邊側(cè)的兩個側(cè)壁 lOe的與下表面的連接部附近分別形成有與設(shè)置在半導(dǎo)體模塊用外殼2的內(nèi)表面的突起部 2g(參照圖12)卡止的凹部10g。
[0066] 在圖2中示出的總線3A、3B、3C是用于分別將并列配置的多個功率半導(dǎo)體模塊10 的特定端子，具體為外部連接端子16、17、18連結(jié)而進(jìn)行電連接的總線。在圖5中示出了總 線3A、3B、3C的立體圖?？偩€3A、3B、3C分別包括沿著上下方向堅立設(shè)置的主體部31、從主 體部31的下端彎曲而形成的接合部32以及包括由從主體部31的上端部分地沿上方延伸 而成為半導(dǎo)體裝置1的外部端子30A、30B、30C的部分的端子部33。在端子部33中，形成 有用于插通與埋設(shè)在半導(dǎo)體模塊用外殼2中的螺母5螺合的螺栓（未圖示）的孔33a。接 合部32可以是如圖5所示的和主體部31同樣地沿長邊方向延伸的形狀，也可以僅是如圖 2所示的與半導(dǎo)體模塊10的特定端子連結(jié)的部分的形狀32A。
[0067] 總線3A、3B、3C用諸如銅板、鋁板的導(dǎo)電性良好的金屬板作為材料。尤其優(yōu)選為具 有低電阻的銅材料、銅合金材料。然而，由于與鋼鐵、鋁相比，銅材料、銅合金材料的激光吸 收率低，所以在后述的激光焊接時難以以通常的焊接條件焊接，因此需要焊接輸出高的裝 置，從而可能會增加設(shè)備成本。因此，優(yōu)選的是對總線3A、3B、3C的至少接合部32的表面進(jìn) 行電鍍。通過電鍍，可以提高激光的吸收率而易于焊接。而且，由于能夠抑制焊接輸出，所 以能夠擴(kuò)大裝置的選擇，并且控制裝置的成本。電鍍的種類包括例如鍍鎳、鍍鎳合金、鍍金、 鍍銀、鍍銅合金、鍍鉻、鍍鐵等。尤其優(yōu)選的是鍍鎳。
[0068] 另外，總線3A、3B、3C分別具有當(dāng)并列配置多個功率半導(dǎo)體模塊10時跨越各功率 半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子16、17、18而延伸的長度?？偩€3A通過接合部32與各功率 半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子16電連接?？偩€3B通過接合部32與各功率半導(dǎo)體模塊10 的外部連接端子17電連接?？偩€3C通過接合部32與各功率半導(dǎo)體模塊10的外部連接端 子18電連接。當(dāng)總線3A、3B、3C與這些外部連接端子16、17、18連接時，相互不接觸并且相 互平行地配置。
[0069] 各總線3A、3B、3C的接合部32與功率半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子16、17、18通 過激光焊接進(jìn)行接合，從而被電連接。圖6A至圖8B示意性地示出了各總線3A、3B、3C的接 合部32與功率半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子16、17、18之間的接合部分。
[0070] 圖6A和圖6B示出了在接合部32形成能夠插通外部連接端子16 (或者17、18)的 孔32a，并將外部連接端子16 (或者17、18)插入在該孔32a中的示例的俯視圖（圖6A)以及 正剖視圖（圖6B)。外部連接端子16(或者17、18)的前端可以與接合部32的表面位于同 一平面上（紙面左側(cè)的示例），也可以從接合部32的表面向上方突出（紙面右側(cè)的示例）。 激光可以沿著外部連接端子16等的直徑方向以兩點(diǎn)照射在孔32a與外部連接端子16等的 邊界部分。也就是說，外部連接端子16等不需要完全熔融在孔32a內(nèi)，如果以兩點(diǎn)照射，則 接合部具有充分的接合強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性。然而，從不產(chǎn)生接合不良的接合的觀點(diǎn)來看， 優(yōu)選為使外部連接端子16等完全熔融在孔32a內(nèi)。由于將外部連接端子16等插入在孔 32a中時的間隙、激光輸出對由激光照射來進(jìn)行的接合產(chǎn)生影響，所以優(yōu)選為將所述間隙和 激光輸出控制在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)。例如，當(dāng)外部連接端子16的直徑為1. 0mm時，孔32a 的直徑優(yōu)選為1. 2mm(1mm以上）。
[0071] 圖7A和圖7B示出了在接合部32的使外部連接端子16 (或者17、18)抵接的部分 形成凹部32b，并使外部連接端子16 (或者17、18)的前端抵接到該凹部32b的例的俯視圖 (圖7A)以及剖視圖（圖7B)。在該示例中激光從凹部32b的上方朝向凹部32b照射，通過 使根據(jù)該凹部32b而厚度變薄了的接合部32熔融，并進(jìn)一步使外部連接端子16 (或者17、 18)的前端溶融，從而實(shí)現(xiàn)接合。
[0072] 圖8A和圖8B示出了以如下方式形成接合部32的示例的俯視圖（圖8A)以及正 視圖（圖8B):形成把持外部連接端子16 (或者17、18)的C字形狀的把持部32c，并通過使 外部連接端子16 (或者17、18)的前端部通過、緊固于該把持部32c，從而使把持部32c把持 外部連接端子16等，使外部連接端子16等的前端部的周面與主體部31的側(cè)面接觸。該示 例中的激光朝向外部連接端子16等與主體部31的接觸部和/或朝向把持部32c照射并進(jìn) 行接合。
[0073] 就激光焊接而言，即使在小空間的場所也能夠進(jìn)行焊接；即使對于熱傳導(dǎo)率高的 銅材料、銅合金材料，也可以以局部的少量的輸入熱量進(jìn)行接合；與焊錫接合的情況相比 較，不需要清洗焊接焊劑殘渣。因此，通過激光焊接的接合適用于如本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝 置1的空間受到限制的焊接，所以適用于由銅材料和/或銅合金材料制成的總線3A、3B、3C 的接合部32和功率半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子16、17、18之間的接合，并且能夠在不對 功率半導(dǎo)體模塊造成熱影響的狀態(tài)下進(jìn)行接合。
[0074] 圖2中示出的印刷基板4是用于將多個功率半導(dǎo)體模塊10中的與連結(jié)總線3A、 3B、3C的端子不同的特定的端子，具體為外部連接端子19A、19B、19C、19D連結(jié)而進(jìn)行電連 接的基板。印刷基板4上形成有用于與外部連接端子19A、19B、19C、19D電連接的預(yù)定的電 路圖案。外部端子40A、40B、40C和40D連接到該電路圖案，并在印刷基板4上以沿上下方 向延伸的方式形成。
[0075] 另外，當(dāng)并列地配置多個功率半導(dǎo)體模塊10時，印刷基板4具有跨越各功率半導(dǎo) 體模塊10的外部連接端子19A、19B、19C、19D而延伸的長度。通過印刷基板4,使各功率半 導(dǎo)體模塊10的外部連接端子19A與例如印刷基板4的外部端子40A電連接，使外部連接端 子19B與外部端子40B電連接，使外部連接端子19C與外部端子40C電連接，使外部連接端 子19D與外部端子40D電連接。
[0076] 印刷基板4與功率半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子19A、19B、19C、19D通過激光焊 接而接合，從而實(shí)現(xiàn)電連接。圖9A至圖11B示意性地示出了印刷基板4與功率半導(dǎo)體模塊 10的外部連接端子19A、19B、19C、19D的接合部分。
[0077] 圖9A和圖9B示出了在印刷基板4形成有能夠插通外部連接端子19A (或19B、19C、 19D)的通孔4a，并將外部連接端子19A (或19B、19C、19D)插入到該通孔4a的示例的俯視 圖（圖9A)和剖視圖（圖9B)。外部連接端子19A (或19B、19C、19D)的前端可以與通孔4a 的表面位于同一平面上（紙面左側(cè)的示例），也可以從通孔4a的表面向上方突出（紙面右 側(cè)的示例）。激光可以沿著該外部連接端子19A等的直徑方向以兩點(diǎn)照射在通孔4a與外 部連接端子19A等的邊界部分。也就是說，不需要使外部連接端子19A等完全熔融在通孔 4a中，如果以兩點(diǎn)照射，則，接合部具有充分的接合強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性。然而，從不產(chǎn)生 接合不良的接合的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選為使外部連接端子19A等完全熔融在通孔4a中。由于將 外部連接端子19A等插入在通孔4a中時的間隙、激光輸出對由激光照射來進(jìn)行的接合產(chǎn)生 影響，所以優(yōu)選為將所述間隙和激光輸出控制在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)。例如，當(dāng)外部連接端子 19A的直徑為1. 0mm時，通孔4a的直徑優(yōu)選為1. 2mm(1mm以上）。
[0078] 圖10A和圖10B示出了在印刷基板4形成通孔4a，并將中空圓筒形狀的中間銷41 插入到該通孔中，進(jìn)而將外部連接端子19A (或19B、19C、19D)插入到該中間銷41的內(nèi)周側(cè) 的示例的俯視圖（圖10A)以及剖視圖（圖10B)。中間銷41在軸方向上端部形成有凸緣 41a，可以通過該凸緣41a防止中間銷41從通孔4a脫落。激光可以沿著外部連接端子19A 等的直徑方向以兩點(diǎn)照射到中間銷41和外部連接端子19A等的邊界部分。
[0079] 圖11A和圖11B示出了在印刷基板4上形成通孔4a，并將具有中空圓筒部的中間 銷42插入到該通孔4a中，進(jìn)而將外部連接端子19A (或19B、19C、19D)插入到該中間銷42 的中空圓筒部的示例。中間銷42在軸方向上端部形成蓋部42a，中空圓筒部42b連接到該 蓋部42a的下表面。蓋部42a的直徑比印刷基板4的通孔4a的直徑大，從而可以防止中間 銷42從通孔4a脫落。外部連接端子19A (或19B、19C、19D)的前端被設(shè)置為通過中間銷42 的中空圓筒部42b內(nèi)，并與蓋部42a的下表面抵接。該示例中的激光通過從中間銷42的上 方朝向中間銷42的蓋部42a照射，使蓋部42a熔融，并進(jìn)一步使外部連接端子19A等的前 端熔融，從而實(shí)現(xiàn)接合。
[0080] 優(yōu)選為將印刷基板4的通孔4a與中間銷41和42的表面電鍍。通過將它們電鍍， 從而提高了激光的吸收率，并易于進(jìn)行焊接。另外，由于能夠抑制焊接輸出，所以能夠擴(kuò)大 裝置的選擇并控制裝置的成本。電鍍的種類包括例如鍍鎳、鍍鎳合金、鍍金、鍍銀、鍍銅合 金、鍍鉻、鍍鐵等。尤其優(yōu)選的是鍍鎳。
[0081] 就激光焊接而言，即使在小空間的場所中也能夠進(jìn)行焊接；即使對于熱傳導(dǎo)率高 的銅材料、銅合金材料，也可以以局部的少量的輸入熱量進(jìn)行接合；與焊錫接合的情況相比 較，不需要清洗焊接焊劑殘渣。因此，通過激光焊接的接合適用于如本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝 置1這樣的用于焊接的空間受到限制，由銅材料和/或銅合金材料構(gòu)成通孔和/或電路圖 案的印刷電路板4與功率半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子19A、19B、19C、19D之間的接合，并 且可以在不對功率半導(dǎo)體模塊產(chǎn)生熱影響的狀態(tài)下進(jìn)行接合。
[0082] 圖2中示出的半導(dǎo)體模塊用外殼2形成有用于使由總線3A、3B、3C的端子部33構(gòu) 成的外部端子30A、30B、30C突出至該外殼2的外面的孔2h，和用于使設(shè)置在印刷基板4的 外部端子40A、40B、40C和40D突出至該外殼2的外面的孔2i。
[0083] 從半導(dǎo)體模塊用外殼2的里面?zhèn)扔^察的立體圖如圖12所示，半導(dǎo)體模塊用外殼2 形成有與功率半導(dǎo)體模塊10的安裝孔l〇a對應(yīng)的多個，例如圖示的示例中為4個安裝孔 2a。形成圓筒形狀的絕緣壁2b和半圓筒形狀的絕緣壁2c以圍繞所述安裝孔2a。該絕緣壁 2b、2c能夠延長用于將半導(dǎo)體裝置1連接固定到另一裝置的螺栓（未圖示）與功率半導(dǎo)體 模塊10的外部連接端子16、17、18、19A、19B、19C、19D、總線3A、3B、3C、印刷基板4之間的絕 緣距離，其中，螺栓從安裝孔2a插入并且通過半導(dǎo)體模塊10的安裝孔10a將半導(dǎo)體裝置1 固定到另一裝置。
[0084] 另外，在半導(dǎo)體模塊用外殼2的里面形成有呈直線形狀延伸的絕緣肋2d，并且當(dāng) 裝入由總線連接的多個功率半導(dǎo)體模塊10時，使絕緣肋2d位于總線3A和總線3B之間的 位置。該直線形狀的絕緣肋2d能夠延長總線3A與總線3B之間的絕緣距離。另外，半導(dǎo)體 模塊用外殼2形成有呈直線形狀的絕緣肋2e并且使該絕緣肋2e位于總線3B與總線3C之 間的位置。該呈直線形狀延伸的絕緣肋2e能夠延長總線3B與總線3C之間的絕緣距離。
[0085] 在半導(dǎo)體模塊用外殼2的里面形成有當(dāng)多個功率半導(dǎo)體模塊10并列地裝入到半 導(dǎo)體模塊用外殼2內(nèi)時用于引導(dǎo)所述功率半導(dǎo)體模塊10的導(dǎo)向肋2f，并且使所述導(dǎo)向肋 2f位于相鄰的功率半導(dǎo)體模塊10之間的位置。該導(dǎo)向肋2f沿著形成在功率半導(dǎo)體模塊的 側(cè)面10C中的導(dǎo)向槽10f延伸，并且具有嵌合在導(dǎo)向溝槽10f中的形狀，從而使導(dǎo)向肋2f 能夠在該導(dǎo)向槽l〇f中滑動。
[0086] 另外，在半導(dǎo)體模塊用外殼2的里面，在與形成在各功率半導(dǎo)體模塊10的短邊側(cè) 兩側(cè)壁10d中的凹部10g對應(yīng)的位置形成有卡止該凹部10g的突起部2g。
[0087] 圖13A和圖13B是示出了將多個功率半導(dǎo)體模塊10并列地安裝到半導(dǎo)體模塊用 外殼2內(nèi)的期間的狀態(tài)的立體圖。圖13A是整體立體圖，圖13B是圖13A的部分放大立體 圖。如圖13A和圖13B所示，各功率半導(dǎo)體模塊10被沿著該導(dǎo)向槽10f延伸的導(dǎo)向肋2f 被引導(dǎo)而裝入半導(dǎo)體模塊用外殼2內(nèi)。當(dāng)完成將各功率半導(dǎo)體模塊10裝入半導(dǎo)體模塊用 外殼2內(nèi)時，將形成在半導(dǎo)體模塊用外殼2的里面的突起部2g卡合到設(shè)置在功率半導(dǎo)體模 塊10的短邊側(cè)的側(cè)壁上的凹部l〇g。也就是說，通過半導(dǎo)體模塊用外殼2的突起部2g與功 率半導(dǎo)體模塊10的凹部l〇g而形成卡扣結(jié)構(gòu)。據(jù)此，各功率半導(dǎo)體模塊10相對于半導(dǎo)體 模塊用外殼2不用螺栓固定和/或粘結(jié)劑而被固定。半導(dǎo)體模塊用外殼2能夠通過具有可 以實(shí)現(xiàn)上述卡扣結(jié)構(gòu)的彈性范圍的樹脂來成型。
[0088] 如圖14中的組裝說明圖所示，包括在圖2的分解圖中示出的部件的半導(dǎo)體裝置1 的組裝將多個（圖中為四個）功率半導(dǎo)體模塊10并列配置。然后，各功率半導(dǎo)體模塊10的 外部連接端子16、17、18與總線3A、3B、3C通過激光焊接而接合，并且功率半導(dǎo)體模塊10的 端子19A、19B、19C、19D與印刷基板4通過激光焊接而接合。然后，安裝半導(dǎo)體模塊用外殼 2以覆蓋功率半導(dǎo)體模塊10、總線3A、3B、3C以及印刷基板4,并且使功率半導(dǎo)體模塊10的 凹部10g與半導(dǎo)體模塊用外殼2的突起部2g卡合而固定。此時，外部端子30A、30B、30C從 半導(dǎo)體模塊用外殼2的孔2h突出到該外殼2之外，并且外部端子的前端沿水平方向彎曲。 外部端子40A、40B、40C和40D從半導(dǎo)體模塊用外殼2的孔2i突出到該外殼2之外。由于 外部端子3(^、3(?、30(：、外部端子4(^、4(?、40(：和400沒有固定到半導(dǎo)體模塊用外殼2，所 以能夠無損壞地卸下半導(dǎo)體模塊用外殼2。
[0089] 圖15示出了半導(dǎo)體裝置1的俯視圖，圖16示出了圖15的A-A線剖視圖，圖17示 出了圖15的B-B線剖視圖。從圖16可以看到，在總線3A與總線3B之間以及總線3B與總 線3C之間分別插入有形成在半導(dǎo)體模塊用外殼2的里面的絕緣肋2d、2e。從而確保各總線 3A、3B、3C的絕緣所需要的距離。另外，從圖17可知，設(shè)置形成在半導(dǎo)體模塊用外殼2的里 面的圓筒形狀的絕緣肋2b和半圓圓筒形狀的絕緣肋2c以圍繞用于插入到安裝孔la中并 安裝半導(dǎo)體裝置1的螺釘和/或螺栓等的緊固元件F。因此，可以實(shí)現(xiàn)各總線3A、3B、3C與 螺釘和/或螺栓之間的絕緣所需要的距離而不需要在半導(dǎo)體模塊用外殼2內(nèi)填充膠體等的 填充劑。
[0090] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置1由多個功率半導(dǎo)體模塊10組合而構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)了容 許電流的大容量化，所以成品率高。另外，因?yàn)榘雽?dǎo)體裝置1具有與現(xiàn)有裝置的外形和/或 端子類似的形狀，所以不需要對使用半導(dǎo)體裝置1的裝置一方進(jìn)行大的改動。另外，半導(dǎo)體 模塊用外殼2與功率半導(dǎo)體模塊10通過簡單的方法固定而不需要使用膠體等密封，即使當(dāng) 一個功率半導(dǎo)體模塊10損壞時，通過僅替換損壞的功率半導(dǎo)體模塊10就能解決，并且該替 換也能夠比較簡單地進(jìn)行。另外，因?yàn)榻M裝精度具有與單獨(dú)安裝各功率半導(dǎo)體模塊10的情 況的精度近似，所以將半導(dǎo)體裝置1安裝于散熱片時的該半導(dǎo)體裝置1的底面的平坦度控 制和/或用于與散熱片均勻接觸的控制與各功率半導(dǎo)體模塊10的控制是相同的。另外，由 于半導(dǎo)體裝置1沒有利用膠體密封，并且沒有大型的樹脂塑模，所以半導(dǎo)體裝置1能夠容易 地用于芯片溫度在200°C以上的高溫對應(yīng)的半導(dǎo)體裝置中。進(jìn)一步地，在半導(dǎo)體裝置1中， 使用激光焊接以用于總線3A、3B、3C與外部連接端子16、17、18之間的連接和/或印刷基板 4與外部連接端子19A、19B、19C、19D之間的連接，所以即使在小空間的場所中也能夠進(jìn)行 焊接；即使具有熱傳導(dǎo)率高的銅材料和/或銅合金材料，也可以進(jìn)行焊接而不會對功率半 導(dǎo)體模塊造成熱影響；由于不需要清洗在通過焊錫來進(jìn)行接合時產(chǎn)生的焊劑殘渣，所以也 可減少工序。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括： 半導(dǎo)體模塊，其將半導(dǎo)體芯片搭載在絕緣電路基板上并設(shè)置在外殼內(nèi)，連接所述半導(dǎo) 體芯片或所述絕緣電路基板的外部連接端子從所述外殼突出； 總線，其將并列排列的多個所述半導(dǎo)體模塊的特定的外部連接端子連結(jié)而進(jìn)行電連 接；以及 半導(dǎo)體模塊用外殼，其具有將所述總線的一部分作為外部端子突出到外側(cè)的孔，覆蓋 并固定通過所述總線而連結(jié)的多個所述半導(dǎo)體模塊， 其中，所述總線和所述半導(dǎo)體模塊的外部連接端子通過激光焊接而接合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述總線包括能夠插通所述外部連接端子的孔，和與所述端子抵接的凹部或把持所述 端子的把持部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 對在所述總線的至少被激光焊接的部分進(jìn)行電鍍。
4. 一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括： 半導(dǎo)體模塊，其將半導(dǎo)體芯片搭載在絕緣電路基板上并設(shè)置在外殼內(nèi)，連接所述半導(dǎo) 體芯片或所述絕緣電路基板的外部連接端子從所述外殼突出； 總線，其將并列排列的多個所述半導(dǎo)體模塊的特定的外部連接端子連結(jié)而進(jìn)行電連 接； 印刷基板，其將多個所述半導(dǎo)體模塊的與總線所連結(jié)的外部連接端子不同的特定的外 部連接端子連結(jié)而進(jìn)行電連接；以及 半導(dǎo)體模塊用外殼，其具有將所述總線的一部分作為外部端子突出到外側(cè)的孔，覆蓋 并固定通過所述總線而連結(jié)的多個所述半導(dǎo)體模塊， 其中，所述印刷基板和所述半導(dǎo)體模塊的外部連接端子通過激光焊接而接合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述印刷基板包括能夠插通所述端子的孔或者插入到所述孔中并能夠插通或能夠抵 接所述端子的中間銷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 對在所述印刷基板的至少被激光焊接的部分或者對所述中間銷進(jìn)行電鍍。
【文檔編號】H01L25/07GK104218032SQ201410232963
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月4日
【發(fā)明者】多田慎司, 望月英司, 仲村秀世, 堀尾真史 申請人:富士電機(jī)株式會社