半導(dǎo)體模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種組裝于汽車用電氣設(shè)備的功率模塊等半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，在汽車等車輛中的各種電氣設(shè)備的控制中逐漸引入了電子裝置。作為組裝有電子裝置的電氣設(shè)備的一例，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，在容納與汽車的轉(zhuǎn)向相關(guān)的電動(dòng)馬達(dá)的殼體內(nèi)設(shè)置有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部，將電子裝置搭載于該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部。該電子裝置作為功率模塊組裝于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部。
[0003]功率模塊構(gòu)成為適于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置那樣的以比較大的電流驅(qū)動(dòng)的電氣設(shè)備的控制的、例如搭載了FET(FieId Effect Transistor:場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT( InsulatedGate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)等功率元件的所謂的半導(dǎo)體模塊。這種功率模塊由于搭載于車輛而也被稱作車載模塊(In-vehicle Module)。
[0004]在制造這樣的半導(dǎo)體模塊時(shí)，通過焊接將功率元件安裝于基板上，但是，在專利文獻(xiàn)1、2中，公開有如下技術(shù):使用呈弧形狀的金屬片將半導(dǎo)體芯片和引線框電連接。即，將呈弧形狀的金屬片搭在半導(dǎo)體芯片的電極焊盤和引線框的內(nèi)引線部上，將金屬片與半導(dǎo)體芯片的電極焊盤之間、以及金屬片與引線框的內(nèi)引線部之間分別焊接，由此，將半導(dǎo)體芯片安裝于引線框。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-243752號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-212712號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-114571號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]但是，在專利文獻(xiàn)1、2中公開的技術(shù)中，金屬片的接合面與半導(dǎo)體芯片的電極焊盤的被接合面及引線框的內(nèi)引線部的被接合面分別平行。因此，從焊接時(shí)熔融的焊錫中產(chǎn)生的脫氣(outgas)容易作為氣泡而留在介于所述接合面和所述被接合面之間的焊錫中，不容易從焊錫中排出。其結(jié)果，由于介于所述接合面和所述被接合面之間的焊錫中的空隙產(chǎn)生率尚，基于焊錫的電連接的可靠性下降，電阻變尚，因此，當(dāng)例如100A的尚電流流過時(shí)，可能產(chǎn)生過熱、著火等問題。
[0012]在專利文獻(xiàn)3中，公開了如下技術(shù):在TQFP(Thin Quad Flat Package:薄塑封四角扁平安裝)等表面安裝型的半導(dǎo)體裝置中，在對(duì)半導(dǎo)體裝置的外部連接用的引線進(jìn)行焊接時(shí)，從熔融的焊錫中產(chǎn)生的脫氣容易從焊錫中排出。即，由于在引線的前端部的4個(gè)面(上表面、下表面及兩側(cè)面)以前端部變得尖細(xì)的方式設(shè)有錐部，因此，從焊接時(shí)熔融的焊錫中產(chǎn)生的脫氣的氣泡借助引線的下表面的錐部與相鄰的氣泡結(jié)合并且沿著下表面的錐部朝向引線的前端部移動(dòng)，而從焊錫排出。
[0013]此外，由于熔融的焊錫不僅容易順著下表面的錐部而浸潤(rùn)擴(kuò)散，還容易順著引線的側(cè)面的錐部和引線的側(cè)面表面而浸潤(rùn)擴(kuò)散，進(jìn)而，也容易向引線的上表面的錐部浸潤(rùn)擴(kuò)散，因此，焊錫與引線的前端部的4個(gè)面整體接合。其結(jié)果，由于接合面積變大，因此，基于焊錫的電連接的可靠性提高。
[0014]但是，在專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)中，由于需要對(duì)引線的前端部的4個(gè)面進(jìn)行加工來設(shè)置錐部，因此，存在制造成本上升的問題。
[0015]因此，本發(fā)明的課題在于，解決上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)所具有的問題點(diǎn)，提供一種提高基于焊錫的電連接的可靠性并且廉價(jià)的半導(dǎo)體模塊。
[0016]用于解決課題的手段
[0017]為了解決所述課題，本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體模塊具備:金屬制的基板、形成于所述基板上的絕緣層、形成于所述絕緣層上的多個(gè)布線圖案、在所述多個(gè)布線圖案中的一個(gè)布線圖案上借助焊錫而安裝的裸芯片晶體管以及將形成于所述裸芯片晶體管的上表面的電極與所述多個(gè)布線圖案中的其他的布線圖案接合的由金屬板構(gòu)成的金屬板連接器。
[0018]所述金屬板連接器具備如下部分而呈橋形:平板部；電極接合部，其配置于所述平板部的一個(gè)方向的一端側(cè)，借助焊錫與所述裸芯片晶體管的電極接合;基板接合部，其配置于所述平板部的所述一個(gè)方向的另一端側(cè)，借助焊錫與所述其他布線圖案接合;第一連結(jié)部，其從所述平板部的所述一個(gè)方向的一端向下延伸，并且將所述平板部的所述一個(gè)方向的一端與所述電極接合部的一端連結(jié)；以及第二連結(jié)部，其從所述平板部的所述一個(gè)方向的另一端向下延伸，并且將所述平板部的所述一個(gè)方向的另一端與所述基板接合部的一端連結(jié)。
[0019]此外，所述電極接合部形成為從所述第一連結(jié)部被彎折而向所述一個(gè)方向的外側(cè)延伸，所述基板接合部形成為從所述第二連結(jié)部被彎折而向所述一個(gè)方向的外側(cè)延伸。
[0020]而且，所述電極接合部的與所述裸芯片晶體管的電極的被接合面對(duì)置的接合面以及所述基板接合部的與所述其他的布線圖案的被接合面對(duì)置的接合面具備脫氣排出機(jī)構(gòu)，該脫氣排出機(jī)構(gòu)使在所述金屬板連接器的焊接時(shí)熔融的焊錫中產(chǎn)生的脫氣從介于所述接合面與所述被接合面之間的焊錫排出。
[0021]此外，本發(fā)明的其他的方式的半導(dǎo)體模塊具備:金屬制的基板;形成于所述基板上的絕緣層;形成于所述絕緣層上的多個(gè)布線圖案;借助焊錫被安裝在所述多個(gè)布線圖案中的一個(gè)布線圖案上的裸芯片晶體管；以及由金屬板構(gòu)成的金屬板連接器，其將形成于所述裸芯片晶體管的上表面的電極與所述多個(gè)布線圖案中的其他布線圖案接合。
[0022]所述金屬板連接器具備如下部分而呈橋形:平板部；電極接合部，其配置于所述平板部的一個(gè)方向的一端側(cè)，借助焊錫與所述裸芯片晶體管的電極接合;基板接合部，其配置于所述平板部的所述一個(gè)方向的另一端側(cè)，借助焊錫與所述其他布線圖案接合;第一連結(jié)部，其從所述平板部的所述一個(gè)方向的一端向下延伸，并且將所述平板部的所述一個(gè)方向的一端與所述電極接合部的一端連結(jié)；以及第二連結(jié)部，其從所述平板部的所述一個(gè)方向的另一端向下延伸，并且將所述平板部的所述一個(gè)方向的另一端與所述基板接合部的一端連結(jié)。
[0023]此外，所述電極接合部形成為從所述第一連結(jié)部被彎折而向所述一個(gè)方向的外側(cè)延伸，并且形成為，在與所述平板部垂直的方向上，所述電極接合部的一端與所述平板部的距離小于另一端與所述平板部的距離，所述電極接合部的接合面相對(duì)于所述裸芯片晶體管的電極的與該接合面對(duì)置的被接合面傾斜。
[0024]并且，所述基板接合部形成為從所述第二連結(jié)部被彎折而向所述一個(gè)方向的外側(cè)延伸，并且形成為，在與所述平板部垂直的方向上，所述基板接合部的一端與所述平板部的距離小于另一端與所述平板部的距離，所述基板接合部的接合面相對(duì)于所述其他布線圖案的與該接合面對(duì)置的被接合面傾斜。
[0025]在所述其他的方式的半導(dǎo)體模塊中，也可以是，所述電極接合部的接合面與所述裸芯片晶體管的電極的被接合面所成的傾斜角度及所述基板接合部的接合面與所述其他布線圖案的被接合面所成的傾斜角度為0.5°以上且7.5°以下。
[0026]此外，在所述一個(gè)方式的半導(dǎo)體模塊及所述其他的方式的半導(dǎo)體模塊中，也可以是，所述電極接合部的與所述一個(gè)方向垂直的方向上的寬度比所述基板接合部的與所述一個(gè)方向垂直的方向上的寬度窄。
[0027]并且，在所述一個(gè)方式的半導(dǎo)體模塊及所述其他的方式的半導(dǎo)體模塊中，也可以是，在所述平板部的與所述一個(gè)方向垂直的方向上的兩端分別形成有從該兩端向下彎折的平衡肋部。
[0028]并且，在所述一個(gè)方式的半導(dǎo)體模塊及所述其他的方式的半導(dǎo)體模塊中，也可以是，所述電極接合部及所述基板接合部的厚度比所述金屬板連接器的其他部分的厚度大。
[0029]并且，在所述一個(gè)方式的半導(dǎo)體模塊及所述其他的方式的半導(dǎo)體模塊中，也可以是，所述平板部的厚度比所述金屬板連接器的其他部分的厚度大。
[0030]發(fā)明效果
[0031]本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊提高基于焊錫的電連接的可靠性并且廉價(jià)。
【附圖說明】
[0032]圖1是示出使用了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖。
[0033]圖2是示出圖1所示的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制器的控制系統(tǒng)的框圖。
[0034]圖3是圖1所示的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的包含半導(dǎo)體模塊的控制器的分解立體圖。
[0035]圖4是圖3所示的半導(dǎo)體模塊的俯視圖。
[0036]圖5是構(gòu)成裸芯片晶體管的裸芯片F(xiàn)ET的示意的俯視圖。
[0037]圖6是用于說明在圖3及圖4所示的半導(dǎo)體模塊中裸芯片F(xiàn)ET的電極和基板上的布線圖案之間的接合狀態(tài)的示意圖。
[0038]圖7是說明金屬板連接器的電極接合部及基板接合部的接合面與被接合面所成的傾斜角度的示意圖。
[0039]圖8是示出傾斜角度與空隙產(chǎn)生率之間的關(guān)系的圖表。
[0040]圖9是示出金屬板連接器的形狀的一例的立體圖。
[0041 ]圖10是圖9的金屬板連接器的圖，(A)是俯視圖，(B)是主視圖，(C)是后視圖。
[0042]圖11是示出具有平衡肋部的金屬板連接器的立體圖。
[0043]圖12是示出電極接合部及基板接合部的厚度較大的金屬板連接器的立體圖。
[0044]圖13是說明圖9、10的金屬板連接器的形狀的側(cè)視圖。
[0045]圖14是示出平板部的厚度較大的金屬板連接器的立體圖。
[0046]圖15是示出金屬板連接器的形狀的另外一個(gè)例子的立體圖。
[0047]圖16是用于說明半導(dǎo)體模塊的制造工序的圖。
[0048]圖17是示出應(yīng)力緩和部的例子的圖。
[0049]圖18是示出應(yīng)力緩和部的另外一個(gè)例子的圖。
[0050]圖19是示出應(yīng)力緩和部的另外一個(gè)例子的圖。
[0051 ]圖20是示出應(yīng)力緩和部的另外一個(gè)例子的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1是示出使用了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的基本結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出圖1所示的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制器的控制系統(tǒng)的框圖。圖3是圖1所示的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的包含半導(dǎo)體模塊的控制器的分解立體圖。圖4是圖3所示的半導(dǎo)體模塊的俯視圖。
[0053]圖5是構(gòu)成裸芯片晶體管的裸芯片F(xiàn)ET的示意的俯視圖。圖6是用于說明在圖3及圖4所示的半導(dǎo)體模塊中裸芯片F(xiàn)ET的電極和基板上的布線圖案之間的接合狀態(tài)的示意圖。圖7是說明柵電極用金屬板連接器的電極接合部及基板接合部的接合面與被接合面所成的傾斜角度的示意圖。
[0054]在圖1的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，方向盤1的柱軸2經(jīng)減速齒輪3、萬向接頭4A及4B、齒輪齒條機(jī)構(gòu)5與轉(zhuǎn)向車輪的拉桿6連結(jié)。在柱軸2上設(shè)置有對(duì)方向盤1的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩傳感器7，輸出輔助轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)馬達(dá)8通過減速齒輪3與柱軸2連結(jié)，其中，該輔助轉(zhuǎn)矩輔助方向盤1的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。
[0055]對(duì)控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制器10，在被電池(未圖示)