功率模塊的製作方法
2023-12-01 00:40:26 3
專利名稱：功率模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有多個半導體裝置的功率模塊。
背景技術：
在專利文獻I中披露了配置有多個半導體裝置以構成逆變器電路的功率模塊。該功率模塊為了將各半導體裝置與電源或者接地連接，包括電源線用的匯流條和接地線用的匯流條。 專利文獻I :日本特開2007-220976號公報專利文獻2 :日本特開2005-117728號公報專利文獻3 日本特開平08-097459號公報專利文獻4 日本特開2003-229534號公報專利文獻5 :日本特開平07-221264號公報
發明內容
專利文獻I所披露的功率模塊由於包括匯流條，因此無法小型化。本發明是為解決如上所述的問題而完成的，其目的在於提供一種小型化的功率模塊。本申請的發明所涉及的功率模塊包括第一半導體裝置和與該第一半導體裝置同樣構成的第二半導體裝置，所述第一半導體裝置具有從鑄模樹脂向外部延伸的集電極端子、從該鑄模樹脂向外部延伸的發射極端子，該集電極端子和該發射極端子中的至少一個是從該鑄模樹脂的相對的2個面向外部延伸的兩側延伸端子。而且，其特徵在於，該第一半導體裝置的該兩側延伸端子與該第二半導體裝置的兩側延伸端子連接。本發明所涉及的功率模塊由於包括多個將端子向鑄模樹脂的左右兩個方向延伸的半導體裝置，並將這些半導體裝置的該端子彼此之間連接，因此能夠進行小型化，不需要匯流條。
圖I是本發明的實施方式I所涉及的功率模塊的俯視圖。圖2是第一至第四半導體裝置的放大圖。圖3是圖2的構造的電路圖。圖4是半導體裝置的放大圖。圖5是圖4的構造的電路圖。圖6是比較例所涉及的功率模塊的俯視圖。圖7是示出本發明的實施方式I所涉及的功率模塊的變形例的俯視圖。圖8是圖7的構造的電路圖。圖9是本發明的實施方式2所涉及的功率模塊的俯視圖。
圖10是第一半導體裝置的放大圖。圖11是第三半導體裝置的放大圖。圖12是示出使半導體裝置的中點端子向與兩側延伸端子不同的方向延伸的變形例的俯視圖。圖13是本發明的實施方式3所涉及的半導體裝置的俯視圖。圖14是半導體裝置的立體圖。圖15是本發明的實施方式4所涉及的半導體裝置的俯視圖。圖16是示出本發明的實施方式4的變形例所涉及的半導體裝置的俯視圖。
附圖標記說明10功率模塊；12、14、16、18半導體裝置；24殼體。
具體實施例方式實施方式I圖I是本發明的實施方式I所涉及的功率模塊的俯視圖。功率模塊10對75A以上的大電流進行切換。功率模塊10包括第一半導體裝置12、以及與其同一結構的第二半導體裝置14。另外，除了第一半導體裝置12及第二半導體裝置14以外，還包括4個與其同一結構的半導體裝置。功率模塊10包括第三半導體裝置16、以及與其同一結構的第四半導體裝置18。另外，除了第三半導體裝置16及第四半導體裝置18以外，還包括4個與其同一結構的半導體裝置。還包括比這些半導體裝置大的半導體裝置20以及半導體裝置22。上述所有的半導體裝置都裝載於殼體24。在殼體24形成有固定部分26，能夠將功率模塊10固定在外部設備等。圖2是第一至第四半導體裝置12、14、16以及18的放大圖。第一半導體裝置12包括覆蓋功率半導體元件的鑄模樹脂12a。從鑄模樹脂12a向外部延伸的端子是集電極端子12b和12c、發射極端子12d以及柵極發射極中繼端子12e。集電極端子12b和12c是從鑄模樹脂12a的相對的2個面向外部延伸的端子。在這樣I個端子從鑄模樹脂12a的相對的2個面向外部延伸的情況下，有時將該端子稱為「兩側延伸端子」。兩側延伸端子的一個和另一個在半導體裝置的內部電連接，使得在它們之間能夠流過大電流。發射極端子12d從與鑄模樹脂12a中兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。柵極發射極中繼端子12e具有用於控制功率半導體元件的柵極端子、電流檢測輸出端子、溫度檢測輸出端子等，由與集電極端子或發射極端子相比較細的導線構成。第一半導體裝置12的集電極端子12c和第二半導體裝置14的集電極端子14b由焊料直接連接。即，第一半導體裝置12的兩側延伸端子和第二半導體裝置14的兩側延伸端子由焊料連接。此外，以後端子彼此之間連接的情況使用的是焊料，但也可以使用焊接、螺釘固定等其他連接方法。第三半導體裝置16包括覆蓋功率半導體元件的鑄模樹脂16a。從鑄模樹脂16a向外部延伸的端子是發射極端子16b和16c、集電極端子16d以及柵極發射極中繼端子16e。發射極端子16b和16c是兩側延伸端子。集電極端子16d從與鑄模樹脂16a中兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。第三半導體裝置16的發射極端子16c與第四半導體裝置18的發射極端子18b連接。即，第三半導體裝置16的兩側延伸端子與第四半導體裝置18的兩側延伸端子連接。第一半導體裝置12的發射極端子12d與第三半導體裝置16的集電極端子16d連接，第二半導體裝置14的發射極端子14d與第四半導體裝置18的集電極端子18d連接。圖3是圖2的構造的電路圖。第一至第四半導體裝置12、14、16以及18分別包括IGBT和FwDi (續流二極體)作為功率半導體元件。而且，第一半導體裝置12和第三半導體裝置16構成I個臂，第二半導體裝置14和第四半導體裝置18構成另外的臂。而且，功率模塊10如圖I所示，通過具有6個將集電極端子作為兩側延伸端子的半導體裝置，6個將發射極端子作為兩側延伸端子的半導體裝置，從而構成逆變器部。圖4是半導體裝置20和22的放大圖。半導體裝置20和22構成功率模塊的轉換器部。半導體裝置20包括覆蓋功率半導體元件的鑄模樹脂20a。從鑄模樹脂20a向外部延伸的端子是集電極端子20b和20c、發射極端子20d和20e以及柵極發射極中繼端子20f 和20g。集電極端子20b和20c為兩側延伸端子。發射極端子20d和20e從與鑄模樹脂20a中兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。半導體裝置22包括覆蓋功率半導體元件的鑄模樹脂22a。從鑄模樹脂22a向外部延伸的端子是發射極端子22b和22c、集電極端子22d和22e以及柵極發射極中繼端子22f和22g。發射極端子22b和22c為兩側延伸端子。集電極端子22d和22e從與鑄模樹脂22a中兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。而且，半導體裝置20的發射極端子20d和20e分別與半導體裝置22的集電極端子22d和22e連接。圖5是圖4的構造的電路圖。半導體裝置20和22分別包括2個IGBT和2個FwDi0通過半導體裝置20的發射極端子20d與半導體裝置22的集電極端子22d連接來形成I個臂，半導體裝置20的發射極端子20e與半導體裝置22的集電極端子22e連接來形成另外的臂。此處，在說明本發明的實施方式I所涉及的功率模塊10之前，為了易於理解，說明比較例。圖6是比較例所涉及的功率模塊的俯視圖。功率模塊100包括半導體裝置102和104。而且，這些半導體裝置由電源線用的匯流條106和接地線用的匯流條108相互連接。功率模塊100所包括的其他半導體裝置也同樣。功率模塊100的所有的半導體裝置及所有的匯流條都裝載於殼體110。如比較例所示，若各半導體裝置的連接使用匯流條，則在殼體內需要收納匯流條的空間。因此,無法使功率模塊100小型化。然而，根據本發明的實施方式I所涉及的功率模塊10，由於不必使用匯流條，因此能夠使功率模塊小型化。即，應該將集電極端子彼此之間連接的多個半導體裝置(上臂)，將集電極端子作為兩側延伸端子。而且，由於兩側延伸端子從鑄模樹脂的相對的2個面向外部延伸，因此若將兩側延伸端子彼此之間連接，則該兩側延伸端子作為電源線用的匯流條起作用。同樣，應該將發射極端子彼此之間連接的多個半導體裝置(下臂)，將發射極端子作為兩側延伸端子。因此，若將兩側延伸端子彼此之間連接，則該兩側延伸端子作為接地線用的匯流條起作用。因此，能夠省略匯流條。而且，半導體裝置12等的構成上臂的半導體裝置的發射極端子從與兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸，半導體裝置16等的構成下臂的半導體裝置的集電極端子從與兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。因此，上臂的發射極端子與下臂的集電極端子能夠直接連接。、
這樣，本發明的實施方式I所涉及的半導體裝置，將被鑄模樹脂覆蓋的功率半導體元件的集電極端子和發射極端子中的至少一個端子作為兩側延伸端子。而且，通過將半導體裝置的兩側延伸端子彼此之間連接，從而能夠省略匯流條，使功率模塊10小型化。在本發明的實施方式I所涉及的功率模塊10中，半導體裝置包含I個或2個IGBT，但本發明不限於此。例如，如圖7及圖8所示，可以是I個半導體裝置包含3個IGBT的結構。圖7是示出本發明的實施方式I所涉及的功率模塊的變形例的俯視圖。另外，圖8是圖7的構造的電路圖。半導體裝置50包括兩側延伸端子即集電極電極50b和50c。這些構成2個功率半導體元件被串聯連接的相(臂)的高壓線(高壓側電源線、P線)。另外，半導體裝置52包括兩側延伸端子即發射極電極52b和52c。這些構成2個功率半導體元件被串聯連接的相(臂)的低壓線(低壓側電源線、N線)。而且，半導體裝置50的發射極電極50d、50e以及50f分別與半導體裝置52的集電極電極52d、52e以及52f連接。這樣，形成半導體裝置以構成三相交流逆變器，可以將P線和N線作為兩側延伸 端子。此外，50a和52a是鑄模樹脂，50g和52g是柵極發射極中繼端子。此外，還可以進行各種變形。例如，功率模塊10對75A以上的大電流進行切換，但只要是裝載多個具有集電極端子和發射極端子的半導體裝置就能得到本發明的效果，因此不限於此。另外，端子彼此之間的連接不限於焊料，也可以使用焊接或者螺釘固定等方法。另外，功率半導體元件不限於IGBT或FwDi，也可以使用功率MOSFET等。實施方式2圖9是本發明的實施方式2所涉及的功率模塊的俯視圖。功率模塊200包括第一半導體裝置202、第二半導體裝置204以及第三半導體裝置206。上述所有的半導體裝置都裝載於殼體208。在殼體208形成有固定部分26，能夠將功率模塊200固定在外部設備等。圖10是第一半導體裝置202的放大圖。第一半導體裝置202構成圖8所示的三相逆變器電路(2個功率半導體元件串聯連接而構成I個相(臂)，具有3個該相(臂)的電路)。即，第一半導體裝置202使圖7所示的半導體裝置50和52成為一體。如圖10所示，第一半導體裝置202包括鑄模樹脂202a。從鑄模樹脂202a向外部延伸的端子是集電極端子202b和202c、發射極端子202d和202e、中點端子202f、202g和202h以及柵極發射極中繼端子202i。集電極端子202b和202c、以及發射極端子202d和202e是兩側延伸端子。鑄模樹脂202a的面中，集電極端子202b向外部延伸的面與發射極端子202d向外部延伸的面一致；鑄模樹脂202a的面中，集電極端子202c向外部延伸的面與發射極端子202e向外部延伸的面一致。中點端子202f、202g以及202h從與鑄模樹脂202a的兩側延伸端子向外部延伸的面不同的面向外部延伸。第二半導體裝置204與第一半導體裝置202為同樣的構成。第一半導體裝置202的集電極端子與第二半導體裝置204的集電極端子連接，第一半導體裝置202的發射極端子與第二半導體裝置204的發射極端子連接。圖11是第三半導體裝置206的放大圖。第三半導體裝置206構成I個相(臂)。如圖11所示，第三半導體裝置206包括鑄模樹脂206a。從鑄模樹脂206a向外部延伸的端子是集電極端子206b和206c、發射極端子206d和206e、中點端子206f以及柵極發射極中繼端子206g。集電極端子206b和206c、以及發射極端子206d和206e是兩側延伸端子。鑄模樹脂206a的面中，集電極端子206b向外部延伸的面與發射極端子206d向外部延伸的面一致；鑄模樹脂206a的面中，集電極端子206c向外部延伸的面與發射極端子206e向外部延伸的面一致。而且，如圖9所示，第三半導體裝置206的集電極端子206c與第一半導體裝置202的集電極端子202b連接，第三半導體裝置206的發射極端子206e與第一半導體裝置202的發射極端子202d連接。第一半導體裝置202的中點端子202f、202g以及202h，分別經由導體與殼體208的側面的外部連接用的端子連接。對於第二半導體裝置204和第三半導體裝置206的中點端子、並且位於殼體的側面側的發射極端子和集電極端子也一樣。根據本發明的實施方式2所涉及的功率模塊200，通過由I個半導體裝置202構成三相逆變器電路，由I個半導體裝置206構成轉換器部，從而能夠簡化整體的結構，且小型化。利用這樣的結構，例如能夠容易製造出實現行駛和再生系統的HEV-IPM。由第一半導體裝置202和第二半導體裝置204的雙系統(例如行駛用和再生用)構成逆變器，但也可以 僅由第一半導體裝置202構成。本發明的實施方式2所涉及的功率模塊200能夠進行各種變形。例如，如圖11所示，中點端子206f也可以不向與集電極端子206b相同方向延伸。使中點端子206f不向與集電極端子206b相同方向延伸的例子如圖12所示。圖12是示出使中點端子206f向與兩側延伸端子不同的方向延伸的變形例的俯視圖。此外，至少可以進行與實施方式I相同程度的變形。實施方式3圖13是本發明的實施方式3所涉及的半導體裝置的俯視圖。本發明的實施方式3所涉及的半導體裝置300構成三相逆變器電路。而且，各相(各臂)的中點端子300a、300b以及300c，從鑄模樹脂202a內的各相(各臂)的中點的正上方向鑄模樹脂202a的最大的面的外部延伸。圖14是半導體裝置300的立體圖。中點端子300a、300b以及300c相對於鑄模樹脂202a的中央、且與兩側延伸端子延伸的面不同的面，垂直向外部延伸。此外，半導體裝置300除了中點端子300a、300b以及300c以外，與實施方式2中參照圖10說明的半導體裝置202同樣。因此，與半導體裝置202同樣的部分標註與其同樣的標記，省略說明。根據本發明的實施方式3所涉及的半導體裝置，由於能夠縮短從鑄模樹脂202a內的各相(各臂)的中點到各中點端子的長度，因此能夠降低布線電感。另外，半導體裝置300構成三相逆變器電路，但只要構成逆變器電路的一個以上的臂就能夠得到本發明的效果，因此不限於此。此外，至少可以進行與實施方式I相同程度的變形。實施方式4圖15是本發明的實施方式4所涉及的半導體裝置的俯視圖。本發明的實施方式4所涉及的半導體裝置400構成具有I個相(臂)的逆變器電路。而且，集電極端子400b和400c、發射極端子400d和400e、中點端子400f和400g以及柵極發射極中繼端子400h從鑄模樹脂400a向外部延伸。該半導體裝置400的特徵在於，除了集電極端子400b和400c以及發射極端子400d和400e，中點端子400f和400g也成為兩側延伸端子。根據本發明的實施方式4所涉及的半導體裝置400，由於使中點端子400f和400g為兩側延伸端子，因此通過分別將集電極端子、發射極端子以及中點端子互相連接，能夠並聯連接多個半導體裝置400，能夠容易力圖實現電流容量的增大，能夠對應功率模塊的多樣的系統化。本發明的實施方式4所涉及的半導體裝置400構成具有I個相(臂)的逆變器電路，但本發明不限於此。例如即使是具有逆變器電路的2個相的上臂、下臂、或者這兩者的結構的半導體裝置，通過使應成為中點端子的端子為兩側延伸端子，也能夠得到本發明的效果。此處，圖16示出構成上臂的半導體裝置。圖16是示出本發明的實施方式4的變形例所涉及的半導體裝置的俯視圖。半導體裝置402除了發射極端子402a和402b是兩側延伸端子以外，與圖2所示的半導體裝置12同樣。與半導體裝置12同樣的部分標註同樣的標記，省略說明。此外，本發明的實施方式4所涉及的半導體裝置至少可以進行與實施方式 I相同程度的變形。
權利要求
1.ー種功率模塊，其特徵在幹 包括第一半導體裝置和與所述第一半導體裝置為同樣構成的第二半導體裝置， 所述第一半導體裝置具有從鑄模樹脂向外部延伸的集電極端子、從所述鑄模樹脂向外部延伸的發射極端子，所述集電極端子和所述發射極端子中的至少ー個是從所述鑄模樹脂的相対的2個面向外部延伸的兩側延伸端子， 所述第一半導體裝置的所述兩側延伸端子與所述第二半導體裝置的兩側延伸端子連接。
2.如權利要求I所述的功率模塊，其特徵在幹 還包括第三半導體裝置，所述第三半導體裝置具有從鑄模樹脂的相対的2個面向外部延伸的兩側延伸端子的發射極端子、從所述鑄模樹脂向外部延伸的集電極端子， 所述第一半導體裝置的所述兩側延伸端子是所述集電極端子， 所述第一半導體裝置的所述發射極端子與所述第三半導體裝置的所述集電極端子連接。
3.如權利要求I所述的功率模塊，其特徵在幹 所述第一半導體裝置具有2個功率半導體元件被串聯連接的臂，所述集電極端子是所述臂的高壓線即P線，所述發射極端子是所述臂的低壓線即N線， 所述P線和所述N線都是所述兩側延伸端子。
4.如權利要求I所述的功率模塊，其特徵在幹 所述第一半導體裝置包括2個功率半導體元件被串聯連接的臂， 所述臂的中點端子從所述鑄模樹脂內的所述臂的中點的正上方向外部延伸。
5.如權利要求I所述的功率模塊，其特徵在幹 所述第一半導體裝置具有被串聯連接的2個功率半導體元件的上臂、下臂、或者這兩者的結構， 所述2個功率半導體元件的中點端子是兩側延伸端子。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種省略匯流條並小型化的功率模塊。本申請的發明所涉及的功率模塊包括第一半導體裝置和與該第一半導體裝置同樣構成的第二半導體裝置，所述第一半導體裝置具有從鑄模樹脂向外部延伸的集電極端子、從該鑄模樹脂向外部延伸的發射極端子，該集電極端子和該發射極端子中的至少一個是從該鑄模樹脂的相對的2個面向外部延伸的兩側延伸端子。而且，其特徵在於該第一半導體裝置的該兩側延伸端子與該第二半導體裝置的兩側延伸端子連接。
文檔編號H01L21/48GK102683332SQ20121006914
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月7日 優先權日2011年3月8日
發明者K·H·胡塞恩, 岡本是英, 愛甲光德, 荒木慎太郎 申請人:三菱電機株式會社