专利名称：半导体模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体领域，尤其涉及一种半导体模块。
背景技术：
进行大电流开关动作和整流的功率半导体元件(例如整流用二极管、功率M0SFET、IGBT (绝缘栅型双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor)等等)在工作中的发热量很大。因此，对于将这样的功率半导体元件内置在塑封材料中的半导体模块，希望具有很高的散热功率。一般情况下，在半导体模块中可以使用由散热板和引线端子构成的引线框架(Lead Frame)，并将功率半导体芯片安装在该散热板上。用由树脂构成的塑封材料对上述构造进行密封，固化后的该塑封材料成为封装。其中，引线框架可以由导热率高的铜等形成。另外，构成引线框架的一部分的引线端子采用从塑封材料突出的方式，并且使用金属线(wire)等将功率半导体芯片的电极与构成电信号的输入输出端子的各引线连接。功率半导体芯片根据从外部施加在各引线上的电压而工作。在实际中，该结构的半导体模块是通过将各引线插入到印制基板上形成的通孔中并进行焊接来使用的。或者，还可以采用这样的方式，即:不仅各引线从塑封材料突出，而且在塑封材料的背面，使散热板露出。在该情况下，有时背面的散热板自身也被焊接到印制基板上来使用。目前，例如专利文献I所述，在半导体模块中有时混合安装有功率元件(功率半导体芯片)和控制元件(控制用半导体集成电路)；而功率元件和控制元件通过金(Au)线直接连接。但是，发明人发现:在这样的情况下，功率半导体芯片发出的热量会传递到控制用半导体集成电路，从而导致控制用半导体集成电路的温度上升，致使性能显著劣化而无法再进行正常工作。[专利文献I]:日本特许2011-054773号公报，三垦电气株式会社。应该注意，上面对技术背景的介绍或技术问题的分析只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案或分析在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案或分析为本领域技术人员所公知。
发明内容本实用新型提供一种半导体模块，目的在于防止功率元件发出的热量直接传递到控制兀件。根据本实用新型的一个方面，提供一种半导体模块，包括功率元件和控制元件，其特征在于，所述半导体模块具有:引线框架，其具有安装有所述功率元件的第一模具垫，安装有所述控制元件的第二模具垫，以及外部端子；金属线，其作为电接线；以及，树脂封装体，其使所述引线框架的所述外部端子突出并进行封装；其中，在所述引线框架上具有框架垫部，所述金属线经由所述框架垫部而电连接所述功率元件和所述控制元件。由此，通过在控制元件和功率元件之间设置框架垫部，并且金属线经由框架垫部而连接控制元件和功率元件；从而控制元件和功率元件不再直接相连，切断了功率元件产生的热量的传递，防止了功率元件发出的热量直接传递到控制元件。根据本实用新型的又一个方面，其中，所述金属线包括:从所述功率元件到所述框架垫部的第一金属线，以及从所述框架垫部到所述控制元件的与所述第一金属线材质不同的第二金属线。由此，采用不同的金属线且没有将元件之间直接相连接，所以沿金属线的应力不会施加到控制元件。并且，因为金属线不止一个，在框架垫部可以切换到不同的金属线，因此传热路径被分散，所以可以进一步防止热量的传递。根据本实用新型的又一个方面，其中，安装有所述功率元件的第一模具垫设置于接近所述树脂封装体的内表面，使得所述第一模具垫与所述框架垫部不在同一平面。由此，将安装有功率元件的第一模具垫下沉设置，使得安装有功率元件的第一模具垫和安装有控制元件的第二模具垫不在同一平面，可以进一步防止热量的传递。根据本实用新型的又一个方面，其中，所述引线框架还具有:绝缘层，其一面粘着到安装有所述功率元件的所述第一模具垫的外表面；散热板，其一面与所述绝缘层的另一面接触，并且所述散热板的另一面从所述半导体模块的表面露出。由此，通过设置散热板可以更好地提高散热性能。根据本实用新型的又一个方面，其中，在所述半导体模块的厚度方向上，所述框架垫部的投影区域与所述散热板的投影区域不重合。由此，框架垫部避开了散热板的投影区域，可以进一步防止热量的传递。根据本实用新型的又一个方面，其中，所述散热板为金属基板或者陶瓷基板。参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的特定实施方式，来表示实施本实用新型的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的范围不受此限制。相反，本实用新型包括落入所附权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征使用。应当强调的是，术语“包括”当在本说明书中使用时用来指所述特征、要件、步骤或组成部分的存在，但不排除一个或更多个其它特征、要件、步骤、组成部分或它们的组合的存在或增加。
[0030]参照以下的附图可以更好地理解本实用新型的很多方面。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大或缩小。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此夕卜，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。在附图中:图1是本实用新型的半导体模块的一个结构示意图；图2是图1所示的半导体模块的又一示意图；图3是图1所示的半导体模块的加上电线的示意图；图4是图1所示的半导体模块的又一示意图；图5是图3所示的半导体模块的截面示意图；图6是图5的圆圈部分的放大示意图；图7是图3所示的半导体模块的又一示意图；图8示出了图3所示的半导体模块进行封装后的示意图；图9不出了产品成型后的一外形图；图10示出了产品成型后的又一外形图；图11示出了产品成型后的又一外形图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本实用新型的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本实用新型的特定实施方式，其表明了其中可以采用本实用新型的原则的部分实施方式，应了解的是，本实用新型不限于所描述的实施方式，相反，本实用新型包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。本实用新型提供一种半导体模块，图1是本实用新型的半导体模块的一个结构示意图。如图1所示，该半导体模块100包括功率元件101和控制元件102 ;功率元件101和控制元件102的具体构成可以参考现有技术，此处不再赘述。如图1所示,该半导体模块100还包括:引线框架103，其具有安装有功率元件101的第一模具垫104，安装有控制元件102的第二模具垫105，以及外部端子106 ；金属线(图1中未示出)，其作为电接线；以及，树脂封装体(图1中未示出)，其使引线框架103的外部端子106突出并进行封装；其中，在引线框架103上具有框架垫部(Frame Tab)107，金属线经由框架垫部107而电连接功率元件101和控制元件102。图2是图1的半导体模块的又一示意图，为了清楚地示出框架垫部107，省略了其他部分。结合图1和图2可以看出，框架垫部107可以设置在在引线框架103的控制元件102的周围。图3是图1所示的半导体模块的加上电线的示意图。如图3所示，可将半导体模块的长度方向设为X方向，将半导体模块的宽度方向设为Y方向，而将半导体模块的厚度方向(即与X、Y方向垂直的方向)设为Z方向。如图3所示，功率元件101和控制元件102之间并不直接连接，而是通过金属线经由框架垫部107而间接连接。为简单起见，图3中仅示出了部分元件的标号。如图3所示，金属线可以包括:从功率元件101到框架垫部107的第一金属线301，以及从框架垫部107到控制元件102的第二金属线302 ;其中，第一金属线301和第二金属线302的材质不同。在具体实施时，第一金属线301可以采用细的铝(Al)线，第二金属线302可以采用Au线。如图3所示，该半导体模块还可以具有第三金属线303，可以采用粗的Al线。但本实用新型不限于此，还可以采用其他的材质，例如可以采用铜线代替铝线等等。在本实用新型中，功率元件101可以包括IGBT、快恢复二极管(FRD，FastRecoveryDiode)等；控制兀件102可以包括单片集成电路(MIC, Monolithic IntegratedCircuit)>阴极负载二极管(Di, Bootstrap Diode)等等。图4是图1的半导体模块的又一示意图，如图4所示，功率元件101可以包括FRD1011以及IGBT1012等；控制元件102可以包括MIC 1021和Dil022等。并且，如图4所示，电路中具有高压电路401和低压电路402。在本实用新型中，引线框架可以具有功率元件的安装部(第一模具垫)、控制元件的安装部(第二模具垫)、引线以及框体。引线框架的材质可以是铜或者是铜合金，厚度例如可以是0.5mm。在功率元件101 (IGBT，FRD)和引线之间的金属线可以是粗铝线，例如可以是300微米。在控制元件102 (MIC，Di)和框架垫部107之间可以是细金线，例如可以是30微米。在框架垫部107与功率元件101 (IGBT)之间可以是细铝线，例如可以是150微米。但本实用新型不限于此，可以根据实际需要确定具体的厚度或大小。由此，多个功率元件和控制功率元件的控制元件安装在引线框架上，并且用树脂封装而成，在这种半导体模块(IPM)的结构中，发送从控制元件产生的信号的配线不直接连接到功率元件，而是通过框架垫部连接到功率元件，从而可以切断功率元件产生的热量(通过金属电线传热)。此外，制造时框架垫部的一部分电浮动，因为金属线没有将元件之间直接相连接，所以沿金属线的应力不会施加到控制元件。并且，因为金属线不止一个，在框架垫部可以切换到不同的金属线，因此传热路径被分散，所以可以进一步防止热量的传递。在本实用新型中，在具体实施时，安装有功率元件101的第一模具垫可以设置于接近树脂封装体的内表面，使得第一模具垫与第二模具垫不在同一平面。图5是图3所示的半导体模块的截面示意图。如图5所示,安装有功率元件101的第一模具垫104被设置在树脂封装体501的内表面。在半导体模块的厚度方向(Z方向)上，功率元件的安装部可以被下沉设置；由此第一模具垫104和框架垫部107不在同一平面。如图5所示，引线框架还可以具有:绝缘层502，其一面粘着到安装有功率元件101的第一模具垫104的外表面；另一面与散热板503接触。散热板503，其一面与绝缘层502的另一面接触，并且散热板503的另一面从半导体模块的表面(模具表面)露出。[0065]如图5所示，在半导体模块的厚度方向(Z方向)上，框架垫部107的投影区域与散热板503的投影区域不重合。也就是说，框架垫部107和散热板503被错开设置。由此，通过设置散热板，可以更好地提高散热性能。并且，框架垫部避开了散热板的投影区域，可以防止热量的传递，例如热量从散热板经过模具树脂的传递。图6是图5的圆圈部分的放大示意图，如图6所示，安装有功率元件的第一模具垫104、绝缘层502和散热板503可以依次叠加。值得注意的是，为了描述清楚，图6仅是示意性示出了相关部件，但本实用新型不限于此。例如，在具体实施时还可以将图中部件分为更细的层。图7是图3所示的半导体模块的又一示意图，主要示出了散热板503在半导体模块的设置。并且，如图7所示，电路中具有高压电路401和低压电路402。图8示出了如图3所示的半导体模块进行封装后的示意图。图9示出了产品成型后的一外形图，示出了产品的正面；图10示出了产品成型后的又一外形图，示出了产品的侧面；图11示出了产品成型后的又一外形图，示出了产品的背面。在本实用新型中，散热板503可以为金属基板，尺寸例如可以是45*13*0.8 (mm),树脂封装体501可以为环氧树脂，尺寸例如可以为60*30*7 (mm)。但本实用新型不限于此，散热板503也可以是陶瓷基板。例如陶瓷基板的一面可以用铜箔与引线框架焊接；另一面从模具表面露出(露出的表面可以附着有铜)。在具体实施时，如果准备散热板，制造工序可以相同。此外，在具体实施时，在引线框架上也可以安装热检测用传感器。由上述实施例可知，通过在控制元件和功率元件之间设置框架垫部，并且金属线经由框架垫部而连接控制元件和功率元件；从而控制元件和功率元件不再直接相连，切断了功率元件产生的热量的传递，防止了功率元件发出的热量直接传递到控制元件。此外，因为金属线没有将元件之间直接相连接，所以沿金属线的应力不会施加到控制元件。并且，因为金属线不止一个，在框架垫部可以切换到不同的金属线，因此传热路径被分散，所以可以进一步防止热量的传递。此外，将安装有功率元件的第一模具垫下沉设置，使得安装有功率元件的第一模具垫和安装有控制元件的第二模具垫不在同一平面，可以进一步防止热量的传递。此外，通过设置散热板，可以更好地提高散热性能。并且，框架垫部避开了散热板的投影区域，可以进一步防止热量的传递。以上参照附图描述了本实用新型的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。在此公开了本实用新型的特定实施方式。本领域的普通技术人员将容易地认识至IJ，本实用新型在其他环境下具有其他应用。实际上，还存在许多实施方式和实现。所附权利要求绝非为了将本实用新型的范围限制为上述具体实施方式
。另外，任意对于“用于……的装置”的引用都是为了描 绘要素和权利要求的装置加功能的阐释，而任意未具体使用“用于……的装置”的引用的要素都不希望被理解为装置加功能的元件，即使该权利要求包括了“装置”的用词。尽管已经针对特定优选实施方式或多个实施方式示出并描述了本实用新型，但是显然，本领域技术人员在阅读和理解说明书和附图时可以想到等同的修改例和变型例。尤其是对于由上述要素(部件、组件、装置、组成等)执行的各种功能，除非另外指出，希望用于描述这些要素的术语(包括“装置”的引用)对应于执行所述要素的具体功能的任意要素(即，功能等效)，即使该要素在结构上不同于在本实用新型的所例示的示例性实施方式或多个实施方式中执行该功能的公开结构。另外，尽管以上已经针对几个例示的实施方式中的仅一个或更多个描述了本实用新型的具体特征，但是可以根据需要以及从对任意给定或具体应用有利的方面考虑，将这种特征与其他实施方式的一个或更多个其他特征相结合。
权利要求1.一种半导体模块，包括功率元件(101)和控制元件(102)，其特征在于，所述半导体丰吴块具有: 引线框架(103)，其具有安装有所述功率元件(101)的第一模具垫(104)，安装有所述控制元件(102)的第二模具垫(105)，以及外部端子(106)； 金属线(301，302，303)，其作为电接线；以及， 树脂封装体(501)，其使所述引线框架(103)的所述外部端子(106)突出并进行封装；其中，在所述引线框架(103)上具有框架垫部(107)，所述金属线(301，302)经由所述框架垫部(107)而电连接所述功率元件(101)和所述控制元件(102)。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述金属线(301，302)包括:从所述功率元件(101)到所述框架垫部(107)的第一金属线(301 )，以及从所述框架垫部(107)到所述控制元件(102)的与所述第一金属线(301)材质不同的第二金属线(302)。
3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，安装有所述功率元件(101)的第一模具垫(104)设置于接近所述树脂封装体(501)的内表面，使得所述第一模具垫(104)与所述框架垫部(107)不在同一平面。
4.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述引线框架(103)还具有: 绝缘层(502)，其一面粘着到安装有所述功率元件(101)的所述第一模具垫(104)的外表面； 散热板(503)，其一面与所述绝缘层(502)的另一面接触，并且所述散热板(503)的另一面从所述半导体模块的表面露出。
5.根据权利要求3所述的半导体模块，其特征在于，所述引线框架(103)还具有: 绝缘层(502)，其一面粘着到安装有所述功率元件(101)的所述第一模具垫(104)的外表面； 散热板(503)，其一面与所述绝缘层(502)的另一面接触，并且所述散热板(503)的另一面从所述半导体模块的表面露出。
6.根据权利要求4所述的半导体模块，其特征在于，在所述半导体模块的厚度方向上，所述框架垫部(107)的投影区域与所述散热板(503)的投影区域不重合。
7.根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，在所述半导体模块的厚度方向上，所述框架垫部(107)的投影区域与所述散热板(503)的投影区域不重合。
8.根据权利要求4所述的半导体模块，其特征在于，所述散热板(503)为金属基板或者陶瓷基板。
9.根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于，所述散热板(503)为金属基板或者陶瓷基板。
专利摘要本实用新型提供一种半导体模块，包括功率元件和控制元件，所述半导体模块具有引线框架，其具有安装有功率元件的第一模具垫，安装有控制元件的第二模具垫，以及外部端子；金属线，其作为电接线；以及树脂封装体，其使引线框架的外部端子突出并进行封装；其中，在引线框架上具有框架垫部，金属线经由框架垫部而电连接功率元件和控制元件。通过本实用新型，控制元件和功率元件不再直接相连，可以切断功率元件产生的热量的传递，防止功率元件发出的热量直接传递到控制元件。
文档编号H01L23/495GK202977407SQ20122067464
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者古原健二 申请人:三垦电气株式会社