半导体模块和半导体模块制造方法
【专利摘要】根据本发明的一个实施例的一种半导体模块包括：半导体芯片；布线基板；安装板，布线基板在其上；框架主体，其限定用于容纳布线基板连同安装板的壳体；汇流条，其通过电连接到布线基板从壳体延伸并且被插入框架主体的侧壁中。一个侧壁具有凸出到框架主体内部的凸部。汇流条包括：第一区域，其嵌入到侧壁中；第二区域，其从第一区域的第一端起延伸到框架主体的外部；第三区域，其从第一区域的第二端延伸到框架主体中。当从第二端的位置观察时，第三区域基于接近布线基板的凸部的形状弯曲，并且当具有其上安装有布线基板的安装板附接到框架主体时，第三区域与布线图案彼此按压接触。
【专利说明】半导体模块和半导体模块制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体模块和用于制造半导体模块的方法。
【背景技术】
[0002]半导体模块通常包括半导体芯片、布线基板、汇流条和壳体。半导体芯片被安装在布线基板上。在布线基板上形成布线图案。上面安装有半导体芯片的布线基板被容纳在壳体中。汇流条用作从被容纳在壳体中的布线基板或半导体芯片凸部的延伸电极。在例如专利文献I和2中已知这种半导体模块。专利文献I和2中描述的半导体模块的汇流条与壳体分开设置，用焊料将汇流条的一端连接到布线图案。
[0003]引用列表
[0004]专利文献
[0005][专利文献I]日本未经审查的专利申请公开N0.11-251514
[0006][专利文献2]日本未经审查的专利申请公开N0.2006-344841
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]当用上述传统方式将汇流条固定到布线基板时，采用回流焊接法。回流焊接法需要用夹具等将汇流条垂直于布线基板固定，以及用夹具等在焊料熔化期间固定汇流条的垂直位置。这样会使汇流条的连接复杂。
[0009]这个【技术领域】因此需要可以容易制造的半导体模块和用于制造这种半导体模块的方法。
[0010]问题的解决方案
[0011]根据本发明的一方面的一种半导体模块包括:半导体芯片；布线基板，半导体芯片安装在其上，其中，电连接到半导体芯片的布线图案形成在布线基板的主表面上；安装板，布线基板在其上；框架主体，其限定用于容纳布线基板连同安装板的壳体；汇流条，其电连接到布线图案，从壳体延伸，并且被插入框架主体的侧壁中。侧壁具有从框架主体向内凸出的凸部。汇流条具有:第一区域，其被嵌入侧壁中并且具有与安装板相反的第一端和在凸部的前沿处的第二端；第二区域，其从第一区域的第一端起从框架主体向外延伸；第三区域，其从第一区域的第二端延伸到框架主体中。当从第二端的位置观察时，第三区域基于接近布线图案的凸部的形状弯曲。上面设置有布线基板的安装板附接到框架主体，使得第三区域与布线图案按压接触。
[0012]在这个半导体模块中，通过按压接触将汇流条连接到布线图案。汇流条被插入框架主体中，这样可以防止汇流条倾斜和掉下。因此，容易制造半导体模块。
[0013]在一个实施例中，可以用树脂粘合剂将安装板附接到框架主体。树脂粘合剂在固化期间的收缩力可以进一步加强第三区域和布线图案之间的按压接触。
[0014]在一个实施例中，可以用螺丝将安装板固定到框架主体。在这种情况下，螺丝的紧固力可以进一步加紧在第三区域和布线图案之间的按压接触。
[0015]在一个实施例中，第三区域的面对布线图案的表面可以被粗糙化。这样可以进一步将第三区域固定于布线图案。
[0016]在一个实施例中，可以在面对第三区域的布线图案上形成金属层。金属层的材料可以是金、银或锡。第三区域可以容易咬入金属层。这样可以进一步加强第三区域和布线图案之间的连接。
[0017]根据本发明的另一方面的一种用于制造半导体模块的方法包括以下步骤:(A)制备框架主体，框架主体具有侧壁，侧壁被设置有被插入其中的汇流条，框架主体的侧壁具有从框架主体向内凸出的凸部，汇流条具有(a)第一区域，其被嵌入侧壁中并且具有接近框架主体的第一开口的第一端和在凸部的前沿处的第二端，(b)第二区域，其从第一区域的第一端起从框架主体向外延伸，(C)第三区域,其从第一区域的第二端延伸到框架主体中，当从第二端的位置观察时，第三区域基于接近第二开口的凸部的形状弯曲，第二开口与第一开口相反；(B)将具有安装有布线基板的主表面的安装板附接到制备的框架主体的第二开口，以使第三区域按压接触布线基板上的布线图案，布线基板安装有半导体芯片。
[0018]在该制造方法中，通过按压接触将汇流条连接到布线图案。这样简化了汇流条与布线图案的连接。汇流条被插入框架主体中，这样防止汇流条倾斜和掉下。这样也简化了汇流条与布线图案的连接。因此，更容易地制造半导体模块。
[0019]在一个实施例中，第三区域可以弯曲，从而在制备的框架主体中，在凸部接近第二开口的表面和第三区域之间具有间隙。在这个实施例中，当框架主体和安装板连接时，第三区域下压向布线图案。这样可以进一步加强第三区域和布线图案之间的连接。
[0020]在一个实施例中，可以用树脂粘合剂将安装板附接到框架主体。在这种情况下，树脂粘合剂在固化期间的收缩力可以进一步加紧第三区域和布线图案之间的按压接触。
[0021]树脂粘合剂可以是热固性树脂。通过热固化加强热固性树脂的如上的收缩力。这样可以进一步增强第三区域和布线图案之间的按压接触。
[0022]本发明的有益效果
[0023]根据本发明，可以更容易地制造半导体模块。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是根据一个实施例的半导体模块的透视图。
[0025]图2是图1中示出的半导体模块的分解透视图，半导体模块是处于未被覆盖状态。
[0026]图3是沿着图2的II1-1II线截取的端视图。
[0027]图4是根据一个实施例的半导体芯片和布线基板的平面图。
[0028]图5是被设置成其中插入汇流条的框架的示例性透视图。
[0029]图6是根据另一个实施例的半导体模块的端视图。
[0030]图7是沿着图5的VI1-VII线截取的端视图。
[0031]图8示出用于制造半导体模块的方法。
[0032]图9是根据又一个实施例的半导体模块的端视图。
【具体实施方式】
[0033]现在，将参照附图描述本发明的实施例。在对附图的描述中，用相同的参考标号表示相同的组件，而没用赘述。附图不一定是按比例呈现的。
[0034]现在，将参照图1至图5描述根据一个实施例的半导体模块。图1是根据一个实施例的半导体模块的透视图。图2是图1中示出的半导体模块的分解透视图，半导体模块是处于未被覆盖状态。图3是沿着图2的II1-1II线截取的端视图。图4是根据一个实施例的半导体芯片和布线基板的平面图。图5是被设置成其中插入汇流条的框架的示例性透视图。
[0035]如图1至图3中所示，半导体模块10包括一个或多个半导体芯片12、布线基板14、框架主体16、汇流条18、覆盖件20和散热器(安装板)22。框架主体16、覆盖件20和散热器22限定了容纳布线基板14的壳体24。在半导体模块10中，半导体芯片12被容纳在壳体24内部，电连接到半导体芯片12的汇流条18从壳体24向外延伸。
[0036]如图2和3中所示，一个或多个半导体芯片12被安装在布线基板14上。半导体芯片12可以是例如MOS-FET或二极管。布线基板14包括绝缘基板26。绝缘基板26例如可以由诸如AlN、SiN或A1203的材料构成。AlN和SiN具有高热导率。通过使用A1203，可以以低成本制造绝缘基板26。SiN的热导率近似于铜的热导率。因此，如果下面将描述的散热器22由Cu构成，则可以提高半导体模块10的可靠性。
[0037]布线图案28形成在绝缘基板26的上表面(主表面)上。布线图案28的材料示例可以是铜。布线图案28经由布线等电连接到半导体芯片12。图4示出半导体芯片12和布线基板14的更详细示例。在图4中，多个MOS-FET 12a和多个二极管12b被示出为半导体芯片12的示例。
[0038]在一个实施例中，绝缘基板26的上表面可以包括第一基板区26a和第二基板区26b。在第一基板区26a中，栅极图案GP1、源极图案SPl和漏极图案DPl被设置为布线图案28。MOS-FET 12a被安装在漏极图案DPl上，使得后表面的漏电极电连接到漏极图案DPI。M0S-FET12a的栅电极经由布线连接到栅极图案GP1。源电极经由其它布线连接到源极图案SP1。二极管12b被安装在漏极图案DPl上。栅极图案GPl电连接到另一个栅极图案Gl。源极图案SPl经由布线连接到辅助发射极图案E1。漏极图案DPl经由布线连接到设置在布线基板14的一个边缘上的漏极图案Dl。
[0039]在第二基板区26b中，栅极图案GP2、源极图案SP2和漏极图案DP2被设置为布线图案28。MOS-FET 12a被安装在漏极图案DP2上，使得后表面的漏电极电连接到漏极图案DP2。MOS-FET 12a的栅电极经由布线连接到栅极图案GP2。源电极经由其它布线连接到源极图案SP2。二极管12b被安装在漏极图案DP2上。栅极图案GP2电连接到另一个栅极图案G2，并且源极图案SP2经由布线连接到辅助发射极图案E2和设置在布线基板14的一个边缘上的源极图案S2。漏极图案DP2经由布线连接到设置在布线基板14的一个边缘上的漏极图案D2。
[0040]散热层30可以设置在绝缘基板26(参见图3)的下表面上。散热层30的材料示例包括铜。散热层30还可以被镀上镍等。在散热层30由与布线图案28的材料相同的材料构成的模式下，可以减少布线基板14的卷曲。下面实施例的重点放在包括设置有散热层30的布线基板14的半导体模块10，如果不另外说明的话。
[0041]如图4中所示，壳体24在内部容纳上面安装有半导体芯片12的布线基板14。在一个实施例中，壳体24可以包括框架主体16、覆盖件20和散热器22，如上所述。
[0042]上面安装有半导体芯片12的布线基板14被安装在散热器22的上表面(主表面)上。通过使用焊料将包括在布线基板14中的散热层30接合到散热器22，使得布线基板14固定于散热器22。在这种情况下，在散热层30和散热器22之间形成焊料层32。用于将散热层30接合到散热器22的接合构件不限于焊料，如果散热层30可以接合于散热器22的话。散热器22可以是金属板。散热器22的材料示例可以是Cu。
[0043]上面安装有布线基板14的散热器22附接到框架主体16，以闭合框架主体16的下开口(第二开口)16a。散热器22还用作壳体24的底壁。用树脂粘合剂将散热器22接合于框架主体16 ;因此，在散热器22和框架主体16之间形成粘合剂层34。粘合剂层34的材料示例是热固性树脂，具体地，作为例子的是基于环氧化物的和基于有机硅的树脂。
[0044]框架主体16用作壳体24的外周壁。框架主体16环绕布线基板14。如图5中所示，框架主体16包括相对的侧壁36和38以及连接侧壁36和38的连接部分40和42。
[0045]连接部分40和42具有向内形成的阶梯。用于外部连接的四个端子44从连接部分40延伸。四个端子44可以分别电连接到栅极图案G1、辅助发射极图案E1、辅助发射极图案E2和栅极图案G2。为了实现电连接，例如，在连接部分40的阶梯上的电连接到端子44的电极46可以经由布线连接到栅极图案G1、辅助发射极图案E1、辅助发射极图案E2和栅极图案G2。图2示出可以将栅极图案Gl和栅极图案G2电连接到端子44和端子44的示例性电极46。
[0046]侧壁(“一侧壁”)36具有从框架主体16向内凸出的肋(凸部)48。侧壁36因此具有从(附接有散热器22的)框架主体16的下开口 16a观察的悬臂。肋48沿着与壳体24的深度方向(绝缘基板26的法向)正交的方向(图2和图5中示出的框架主体16的纵向方向)延伸。在沿着与肋48的延伸方向正交的平面截取的肋48的截面图中，肋48的外形可以是U形，如图3中所示。
[0047]上面形成有肋48的侧壁36与插入其中的三个汇流条18成为一体。
[0048]汇流条18用作从壳体24起的延伸电极。汇流条18可以是具有导电性的单个金属板。在散热器22附接到框架主体16的状态下，三个汇流条18定位在侧壁36上，汇流条18的位置对应于漏极图案D1、源极图案S2、漏极图案D2的位置(参见图4)。
[0049]如图3中所示，汇流条18被插入侧壁36中，使得其部分嵌入侧壁36中并且其两端从侧壁36暴露。下文中，汇流条18嵌入侧壁36中的区域被称为第一区域36a，汇流条18从侧壁36延伸穿过框架主体16的上开口(第一开口)16b的区域被称为第二区域36b，汇流条18从侧壁36延伸到框架主体16中的区域被称为第三区域36c。
[0050]第一区域36a被弯曲成，将侧壁36的上端连接到肋48的前沿48a。更具体地，第一区域36a从侧壁36的上端平行于框架主体16的深度方向延伸，并且在肋48的位置弯曲，以平行于绝缘基板26的上表面延伸到肋48的前沿48a。当从侧面观察(从三个汇流条18的阵列方向观察)时的第一区域36a可以是L形，如图3中所示。在第一区域36a中，第一端36al是指靠近上开口 16b的部分，第二端36a2是指靠近肋48的前沿48a的部分。第一区域36a将第二区域36b连接到第三区域36c。
[0051]第二区域36b从第一区域36a的第一端36al从框架主体16向外延伸。第二区域36b的与第一端36al相反的端部因此安置在框架主体16外部。
[0052]第三区域36c从第一区域36a的第二端36a2延伸到框架主体16中。第三区域36c弯曲，从而遵循肋48的接近下开口 16a的形状。也就是说，第三区域36c从第二端36a2平行于框架主体16的深度方向向下延伸，然后在肋48的下拐角处弯曲，以向着肋48的下表面48b弯曲。
[0053]在半导体模块10中，第三区域36c中覆盖肋48的下表面48b的部分与布线图案28按压接触。更具体地，三个汇流条18的第三区域36a分别与对应的漏极图案D1、源极图案S2和漏极图案D2按压接触。调节肋48的位置，使得在将散热器22附接到框架主体16之后，第三区域36c与布线图案28接触。
[0054]在一个实施例中，第三区域36c的面对布线图案28的表面36cl (下文中被称为相对表面)可以被粗糙化(下文中被称为粗糙表面)，如图6中所示。粗糙表面的示例是磨光表面。可以通过诸如喷砂和激光束加工的物理处理或诸如蚀刻的化学处理来形成粗糙表面。
[0055]在一个实施例中，由比布线图案28的金属软的金属构成的金属层50可以形成在布线图案28的面对第三区域36c的部分(图6中的源极图案S2)上，如图6中所示。金属层50的材料示例包括金、银或锡。可以通过将布线图案28的面对第三区域36c的部分镀上金、银或锡，形成此金属层50。
[0056]例如，可以通过将热固性树脂或热塑性树脂成型，制造与汇流条18成为一体的框架主体16。将与插入其中的汇流条18成为一体的框架主体16成型的示例技术是注射成型。
[0057]覆盖件20可以附接到框架主体16，以闭合框架主体16的上开口。覆盖件20具有狭槽20a和螺孔20b。狭槽20a形成在覆盖件20中，以使各汇流条18的第二区域36b贯穿其中。螺孔20b形成在覆盖件20中以通过螺丝固定汇流条18，汇流条18贯穿狭槽20a并且弯曲以遵循覆盖件20的上表面。例如，可以通过将热固性树脂或热塑性树脂成型，制造覆盖件20。覆盖件20的材料通常是与框架主体16的材料相同的材料。
[0058]现在，将描述用于制造半导体模块10的示例性方法。如图5中所示，制备框架主体16，框架主体16与三个汇流条18和插入框架主体16中的四个端子44成为一体。以上，参照图3描述三个汇流条18在侧壁36上的位置和用于制造带有汇流条18的框架主体16的示例性方法。
[0059]在一个实施例中，当制备带有汇流条的框架主体16时，在各汇流条18的第三区域36c和肋48的下表面48b之间会出现间隙，如图7中所示。换句话讲，第三区域36c可以在肋48的下拐角(靠近下开口 16a的拐角)处以钝角弯曲，使得整个第三区域36c不与下表面48b接触。
[0060]在下一个步骤中，将上面安装有半导体芯片12的布线基板14安装在散热器22上，如图8中所示。接着，用树脂粘合剂将上面安装有布线基板14的散热器22接合到框架主体16并且使其与框架主体16按压接触。这样将三个汇流条18按压接触布线图案28 (具体地，分别接触漏极图案D1、源极图案S2和漏极图案D2)，使得它们彼此电连接。如果树脂粘合剂是热固性树脂，则热固性树脂进一步经历热固化。
[0061 ] 在下一个步骤中，在实现预定布线，诸如使用导线将端子44和44分别连接到栅极图案Gl和栅极图案G2的预定布线之后，将覆盖件20附接到框架主体16上，以完成半导体模块10。
[0062]根据上述各种实施例中的半导体模块10及其制造方法，将汇流条18在框架主体16中嵌入成型，因此汇流条18和框架主体16成为一体。这种结构可以防止汇流条18倾斜和掉下，因此不需要为了建立汇流条18和布线图案28之间的电接触而用夹具固定汇流条
18。因此，可以节省夹具等的制备时间并且可以降低制造成本。
[0063]在不使用诸如焊料的连接构件的情况下，通过按压接触连接汇流条18和布线图案28。这样简化了汇流条18与布线图案28的连接。此外，上述的半导体模块10及其制造方法消除了应用焊接所必须的焊料膏和回流过程的需要。因此，容易制造半导体模块10。
[0064]另外，如果在用于电力应用的半导体模块中，通过使用焊料将汇流条连接到布线图案，则半导体模块操作期间的热循环会导致在汇流条和布线图案之间的焊料层中有破裂。这样会有损半导体模块的可靠性。然而，在半导体模块10中，由于通过按压接触将汇流条18连接到布线图案28，因此相比于使用焊料的情况，可以提高可靠性。
[0065]在使用树脂粘合剂将散热器22接合到框架主体16的情况下，树脂粘合剂在固化期间的收缩力进一步加紧了第三区域36c和布线图案28之间的按压接触。这样可以进一步加紧第三区域36c和布线图案28之间的连接。如果树脂粘合剂是热固性树脂，则通过热固化增强热固性树脂的收缩力。这样可以更牢固地将第三区域36c连接到布线图案28。
[0066]此外，在第三区域36c的面对布线图案28的相对表面36cl是粗糙表面的实施例中，如以上参照图6描述的实施例中，第三区域36c几乎没有造成与布线图案28不对准，并且在明显增大的面积中与布线图案28接触。这样可以进一步将第三区域36c固定于布线图案28。
[0067]如果金属层50形成在布线图案28上,如以上参照图6描述的实施例中一样，由于金属层50比布线图案28软，因此第三区域36c可以容易咬入金属层50。这样可以进一步加紧第三区域36c和布线图案28之间的连接。
[0068]在插入框架主体16中的汇流条18的第三区域36c和下表面48b之间存在间隙的模式下，如图7中所示，第三区域36c进一步在布线图案28的作用下弯曲，使得当散热器22连接到框架主体16时填充肋48和第三区域36c之间的间隙。这种弯曲的反作用力将第三区域36c下压向布线图案28。这样可以进一步加紧第三区域36c和布线图案28之间的连接。
[0069]虽然以上已经描述了本发明的各种实施例，但本发明不限于这些实施例，可以在不脱离本发明的精神的情况下，在本发明中进行各种修改。例如，如图9中所示，螺孔52形成在散热器22和框架主体16之间的接合部分中，可以用螺丝将散热器22固定于框架主体16。在这种模式下，螺丝54的紧固力还使第三区域36c按压接触布线图案28。这样可以进一步加紧第三区域36c和布线图案28之间的连接。例如，螺丝54可以从散热器22的表面向着框架主体16插入大约0.5mm。
[0070]虽然图6示出包括相对表面36c是粗糙表面的模式和包括金属层50的模式二者的实施例，但即使相对表面36cl是粗糙表面，也可以省去金属层50。替代地，即使金属层50可以面对第三区域36cl地设置在布线图案28上，相对表面36cl也是平坦表面。
[0071]虽然在各种实施例中已经例示了汇流条18的数量，但可以采用任何其它数量的汇流条18。尽管本文中例示的安装板是散热器，但还可以采用上面安装有布线基板的任何安装板。
[0072]本文描述的示例性实施例可以彼此相组合。
[0073]参考符号列表
[0074]10…半导体模块；12…半导体芯片；14…布线基板；16…框架主体；16a…下开口(第二开口)；16b…上开口(第一开口)；18...汇流条；22...散热器(安装板)；24...壳体；26…绝缘基板；28…布线图案；36…侧壁；36a…第一区域；36al…第一端；36a2…第二端；36b…第二区域；36c…第三区域；36cl...相对表面(面对布线图案的表面)；48…肋(凸部)；48a…前沿；48b…下表面(凸部的靠近第二开口或安装板的表面)；50…金属层；52...螺丝。
【权利要求】
1.一种半导体模块，包括: 半导体芯片； 布线基板，所述半导体芯片安装在所述布线基板上，其中，电连接到所述半导体芯片的布线图案形成在所述布线基板的主表面上； 安装板，所述布线基板在所述安装板上； 框架主体，所述框架主体和所述安装板一起限定用于容纳所述布线基板的壳体；以及汇流条，所述汇流条电连接到所述布线图案，从所述壳体延伸，并且被插入到所述框架主体的侧壁中， 其中，所述侧壁具有从所述框架主体向内凸出的凸部， 其中，所述汇流条具有 第一区域，所述第一区域被嵌入到所述侧壁中，并且具有与所述安装板相反的第一端和在所述凸部的前沿处的第二端， 第二区域，所述第二区域从所述第一区域的所述第一端起从所述框架主体向外延伸，以及 第三区域，所述第三区域从所述第一区域的所述第二端延伸到所述框架主体中， 其中，当从所述第二端的位置观察时，所述第三区域基于接近所述布线基板的所述凸部的形状弯曲，并且 其中，上面设置有所述布线基板的所述安装板附接到所述框架主体，使得所述第三区域与所述布线图案按压接触。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，用树脂粘合剂将所述安装板附接到所述框架主体。
3.根据权利要求2所述的半导体模块，其中，用螺丝将所述安装板固定到所述框架主体。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体模块，其中，所述第三区域的面对所述布线图案的表面被粗糙化。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的半导体模块，其中，在面对所述第三区域的所述布线图案上形成金属层，并且所述金属层的材料是金、银或锡。
6.一种用于制造半导体模块的方法，包括以下步骤: 制备框架主体，所述框架主体具有侧壁，所述侧壁被设置有被插入到所述侧壁中的汇流条， 所述框架主体的所述侧壁具有从所述框架主体向内凸出的凸部， 所述汇流条具有 第一区域，所述第一区域被嵌入到所述侧壁中，并且具有接近所述框架主体的第一开口的第一端和在所述凸部的前沿处的第二端， 第二区域，所述第二区域从所述第一区域的所述第一端起从所述框架主体向外延伸，以及 第三区域，所述第三区域从所述第一区域的所述第二端延伸到所述框架主体中，当从所述第二端的位置观察时，所述第三区域基于接近第二开口的所述凸部的形状弯曲，所述第二开口与所述第一开口相反；并且 将具有安装有布线基板的主表面的安装板附接到制备的框架主体的所述第二开口，以使所述第三区域按压接触所述布线基板上的布线图案，所述布线基板安装有半导体芯片。
7.根据权利要求6所述的用于制造半导体模块的方法，其中，所述第三区域被弯曲成在所述制备的框架主体中在所述凸部的接近所述第二开口的表面和所述第三区域之间具有间隙。
8.根据权利要求6或7所述的用于制造半导体模块的方法，其中，用树脂粘合剂将所述安装板附接到所述框架主体。
9.根据权利要求8所述的用于制造半导体模块的方法，其中，所述树脂粘合剂是热固性树脂。
【文档编号】H01L23/48GK104350594SQ201380028644
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】新开次郎 申请人:住友电气工业株式会社