CN113841235B - 半导体模块、半导体模块的制造方法以及电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
得到可靠性高的半导体模块以及使用该半导体模块的电力变换装置。半导体模块(100)具备散热构件(7)、半导体封装体(200)、连接构件(8)以及限制构件(9)。连接构件(8)将散热构件(7)与半导体封装体(200)连接。连接构件(8)包含树脂成分。限制构件(9)以包围连接构件(8)的方式被配置于主表面(7a)上。在与主表面(7a)垂直的方向上，限制构件(9)的顶部(9a)的位置与连接构件(8)的半导体封装体(200)侧的表面的外周部的位置相比远离主表面(7a)。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体模块、半导体模块的制造方法以及电力变换装置。
背景技术
以往，已知一种利用树脂绝缘层等连接构件将包括半导体元件的半导体封装体连接于散热片等散热构件的半导体模块以及使用该半导体模块的电力变换装置(例如参照日本特开2013-110181号公报)。在日本特开2013-110181号公报中，为了控制连接构件的厚度，在半导体封装体与散热构件之间配置有包围树脂绝缘层的外周的树脂厚度限制构件。通过设为这样的结构，在日本特开2013-110181号公报中能够稳定地确保树脂绝缘层中的电绝缘性和导热性。
专利文献1：日本特开2013-110181号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述的以往的半导体模块中，树脂厚度限制构件的上表面及下表面的位置与树脂绝缘层的上表面及下表面的位置相同。也就是说，树脂厚度限制构件的上表面与半导体封装体的下表面的第一连接界面以及树脂绝缘层与半导体封装体的连接界面位于相同的平面上。另外，树脂厚度限制构件的下表面与散热构件的上表面的第二连接界面以及树脂绝缘层与散热构件的连接界面位于相同的平面上。在此，在利用树脂绝缘层将半导体封装体粘接到散热构件时，对树脂绝缘层一边进行加压一边进行加热。此时，有时树脂绝缘层的树脂成分经由树脂厚度限制构件中的第一连接界面或第二连接界面流出到半导体封装体的外周侧。
在该情况下，由于在作为连接构件的树脂绝缘层内，树脂成分大幅移动而在树脂绝缘层中有可能产生空隙、裂纹。这样的连接构件中的空隙、裂纹的产生使半导体模块的绝缘性、散热性下降，结果成为导致半导体模块的可靠性下降的原因。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，本发明的目的在于提供可靠性高的半导体模块以及使用该半导体模块的电力变换装置。
用于解决问题的方案
按照本公开的半导体模块具备散热构件、半导体封装体、连接构件以及限制构件。散热构件具有主表面。半导体封装体被配置于主表面上。半导体封装体包括半导体元件。连接构件位于散热构件与半导体封装体之间。连接构件将散热构件与半导体封装体连接。连接构件包含树脂成分。限制构件以包围连接构件的方式被配置于主表面上。在与主表面垂直的方向上，限制构件的顶部的位置与连接构件的半导体封装体侧的表面的外周部的位置相比远离主表面。
按照本公开的电力变换装置具备主变换电路和控制电路。主变换电路具有上述半导体模块，将被输入的电力进行变换后输出。控制电路将控制主变换电路的控制信号输出到主变换电路。
按照本公开的半导体模块的制造方法具备准备散热构件的工序、配置连接构件的工序、配置限制构件的工序、配置半导体封装体的工序以及将散热构件与半导体封装体连接的工序。散热构件具有主表面。在配置连接构件的工序中，在主表面上配置连接构件。连接构件包含树脂成分。在配置限制构件的工序中，在主表面上以包围连接构件的方式配置限制构件。在配置半导体封装体的工序中，在连接构件上配置包括半导体元件的半导体封装体。在上述连接的工序中，一边将半导体封装体向连接构件侧推压一边对连接构件进行加热。其结果，散热构件与半导体封装体通过连接构件被连接。
发明的效果
根据上述，以包围连接构件的方式配置的限制构件的顶部的位置与连接构件中的半导体封装体侧的表面的外周部的位置相比远离主表面，因此在利用连接构件将半导体封装体连接到散热构件时，能够抑制连接构件的一部分向半导体封装体的外侧漏出之类的问题的产生。其结果，得到可靠性高的半导体模块以及使用该半导体模块的电力变换装置。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的半导体模块的截面示意图。
图2是表示构成图1所示的半导体模块的半导体封装体的截面示意图。
图3是图1所示的半导体模块的平面示意图。
图4是表示图1所示的半导体模块的变形例的截面示意图。
图5是用于说明图1所示的半导体模块的制造方法的流程图。
图6是用于说明图5所示的半导体模块的制造方法的配置工序的流程图。
图7是用于说明图6所示的半导体模块的制造方法的配置限制构件的工序的一例的流程图。
图8是表示作为参考例的半导体模块的截面示意图。
图9是表示作为参考例的半导体模块的截面示意图。
图10是表示实施方式2所涉及的半导体模块的截面示意图。
图11是表示图10的区域XI的放大截面示意图。
图12是表示实施方式3所涉及的半导体模块的截面示意图。
图13是表示实施方式4所涉及的半导体模块的截面示意图。
图14是表示实施方式5所涉及的半导体模块的截面示意图。
图15是表示应用了实施方式6所涉及的电力变换装置的电力变换***的结构的框图。
(附图标记说明)
1：半导体元件；2：焊料；3：散热器；4：密封树脂；5：引线框架；6：键合线；7：散热构件；7a：主表面；8：连接构件；9：限制构件；9a：顶部；21：槽部；22：推压部；23：第二区域；24：凹部；25：第一区域；31：流出部；41：粘接构件；100、402：半导体模块；200：半导体封装体；300：电源；400：电力变换装置；401：主变换电路；403：控制电路；500：负载。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。此外，对相同的结构附加相同的参照编号，不重复其说明。
实施方式1.
<半导体模块的结构>
图1是表示实施方式1所涉及的半导体模块100的截面示意图。图2是表示构成图1所示的半导体模块100的半导体封装体200的截面示意图。图3是图1所示的半导体模块的平面示意图。
图1～图3所示的半导体模块100例如是功率半导体模块，主要具备散热构件7、半导体封装体200、连接构件8以及限制构件9。半导体封装体200通过连接构件8被连接于散热构件7。限制构件9被配置成包围连接构件8的外周部。限制构件9例如是树脂流出防止件。在与主表面7a垂直的方向上，限制构件9的顶部9a的位置与连接构件8的半导体封装体200侧的表面的外周部的位置相比远离主表面7a。
作为散热片的散热构件7具有主表面7a。散热构件7例如包括铝或铜等金属。此外，在本说明书的实施方式中的全部图中，散热构件7是平坦的块状，但是对于粘接半导体封装体200的主表面7a以外的部分，也可以加工成翅片状、凹凸状以增加散热面积。
半导体封装体200被配置于散热构件7的主表面7a上。半导体封装体200主要包括半导体元件1、散热器3、引线框架5、键合线6以及密封树脂4。在散热器3的上表面上经由焊料2连接有半导体元件1。半导体元件1通过键合线6来与引线框架5连接。密封树脂4形成为在内部配置散热器3、半导体元件1、引线框架5的一部分以及键合线6。密封树脂4将上述半导体元件1、引线框架5的一部分、散热器3的一部分以及键合线6进行密封。
半导体元件1是功率半导体元件，作为半导体元件1，使用MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等电力控制用半导体元件或续流二极管等。散热器3由铜或铝等散热性优异的金属形成。此外，作为将散热器3与半导体元件1连接的连接材料，如上述那样使用焊料2，但是作为连接材料不限定于此。作为连接材料，也可以使用烧结银或导电性粘接剂以代替焊料2。也可以使用液相扩散接合技术将半导体元件1与散热器3进行接合。
引线框架5被图案形成为用于电流和电压的输入输出的外部端子。引线框架5一般与散热器3同样地包括铜等金属。引线框架5的一部分通过焊料来与散热器3接合。引线框架5的另一部分通过键合线6来与半导体元件1电连接。键合线6例如是线径为0.1mm以上且0.5mm以下的铝合金制或铜合金制的线材。
作为将引线框架5与散热器3接合的连接材料的焊料的材质也可以与将半导体元件1与散热器3连接的焊料2的材质相同。将引线框架5与散热器3接合的连接材料也可以是烧结银或导电性粘接剂。引线框架5与散热器3也可以使用液相扩散接合技术来被接合。
此外，在上述的半导体封装体200中，利用键合线6进行半导体元件1与引线框架5的电连接，但是也可以使用其它结构。例如，也可以使键合带或引线框架5延长至半导体元件1上。也可以利用焊料、烧结银或导电性粘接剂将该键合带或引线框架5与半导体元件1连接。也可以使用液相扩散接合技术将键合带或引线框架5与半导体元件1直接接合。另外，也可以将引线框架5和散热器3设为通过对金属板进行蚀刻或模具加工来一体成形所得到的构造。也就是说，引线框架5与散热器3也可以是一体化的构件。
密封树脂4被配置成覆盖以上所述的各构件。也就是说，半导体元件1、焊料2、散热器3、键合线6其表面的整体全部被密封树脂4覆盖。但是，关于以从散热器3的上方朝向外侧的方式延伸的引线框架5，仅其一部分即引线框架5的内侧的部分被密封树脂4覆盖。引线框架5中的另一部分、特别是引线框架5的外侧的部分不被密封树脂4覆盖。由此，不被密封树脂4覆盖的引线框架5的外侧的部分能够与半导体模块100的外侧电连接。关于散热器3，该散热器3的底面也不被密封树脂4覆盖而暴露。散热器3的底面经由连接构件8来与散热构件7连接。通过这样的结构，从半导体元件1产生的热经由焊料2和散热器3被放出到半导体封装体200的外部。
作为密封树脂4，能够使用任意的树脂，例如能够使用进行了传递模塑成形的环氧树脂。通过由密封树脂4覆盖半导体元件1的周围，能够防止半导体元件1受到灰尘、湿度等外部环境的影响。其结果，能够提高半导体封装体200的可靠性。
连接构件8位于散热构件7与半导体封装体200之间。连接构件8将散热构件7与半导体封装体200连接。连接构件8例如是树脂绝缘层。连接构件8优选为导热性和电绝缘性优异的树脂层。作为满足这样的要求的构件，广泛使用使无机填充材料分散于热固化性树脂的固化物中而成的导热性片。也就是说，能够将上述导热性片用作连接构件8。作为用于导热性片的无机填充材料，例举氧化铝、氮化硼、二氧化硅、氮化铝等。特别是在要求高的导热性和绝缘性的情况下，氮化硼常被用作上述无机填充材料。氮化硼除了导热性和电绝缘性优异以外，化学稳定性也优异。并且，氮化硼无毒性且还比较便宜。
此外，作为连接构件8，也可以使用在对如氮化硼那样的无机材料进行压缩烧结所得到的层中浸渗热固化性树脂而成的构件。另外，作为连接构件8，也可以使用虽然与上述的导热性片相比散热性下降、但是未添加油脂、无机填充材料的热固化绝缘树脂的层。
如以上那样构成的半导体封装体200将在动作中从半导体元件1产生的热经由焊料2、散热器3以及连接构件8传到散热构件7。散热构件7与散热器3同样地包括铜或铝之类的散热性优异的金属。
限制构件9以包围连接构件8的方式被配置于主表面7a上。限制构件9以该限制构件9的下部嵌入在形成于主表面7a的槽部21的状态被固定。槽部21在俯视时在散热构件7的主表面7a形成为包围半导体封装体200。限制构件9也可以是金属制的框或如PPS(聚苯硫醚)树脂、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂那样的树脂制的框。限制构件9也可以是包括如硅酮橡胶那样的弹性体的框体。在这样将包括弹性体的框体用作限制构件9的情况下，即使存在槽部21的尺寸偏差，也能够将限制构件9可靠地嵌入到槽部21。向槽部21固定限制构件9的方法也可以仅为嵌合，但是也可以使用其它方法。例如，为了提高限制构件9对槽部21的固定强度，如图4所示那样经由粘接剂等粘接构件41将限制构件9粘接到槽部21。在此，图4是表示图1所示的半导体模块的变形例的截面示意图。图4所示的半导体模块100基本上具备与图1～图3所示的半导体模块100同样的结构，但是限制构件9通过粘接构件41被固定于槽部21这一点不同于图1～图3所示的半导体模块100。在图4所示的半导体模块100中，粘接构件41至少将限制构件9的底面与槽部21的底面及侧面的一部分粘接。
作为被固定于散热构件7的限制构件9的成形方法，也可以将如上述那样预先形成为框状的限制构件9设置并固定于散热构件7的主表面7a。另外，为了形成限制构件9，也可以将作为应该成为限制构件9的液状材料的液体材料配置于散热构件7的槽部21，之后使液体材料固化。作为将液体材料配置于槽部21的内部的方法，能够使用任意的方法，例如能够使用涂布法或印刷法。另外，也可以使限制构件9的相对介电常数ε大于连接构件8的相对介电常数ε。在该情况下，能够抑制在半导体模块100的动作中散热器3的端部处的局部放电。其结果，能够提高半导体模块100的绝缘性。
<半导体模块的制造方法>
图5是用于说明图1所示的半导体模块的制造方法的流程图。图6是用于说明图5所示的半导体模块的制造方法的配置工序的流程图。图7是用于说明图6所示的半导体模块的制造方法的配置限制构件的工序的一例的流程图。图8和图9是表示作为参考例的半导体模块的截面示意图。
参照图5和图6，在半导体模块100的制造方法中，首先实施准备工序(S10)。在该工序(S10)中，准备散热构件7、连接构件8、限制构件9、半导体封装体200。在散热构件7的主表面7a上，如图1所示那样预先形成有槽部21。
接着，实施配置工序(S20)。在该工序(S20)中，得到在散热构件7的主表面7a上层叠配置连接构件8和半导体封装体200而成的层叠体。此时在连接构件8的周围配置限制构件9。
具体地说，在该工序(S20)中，如图6所示那样实施配置连接构件的工序(S21)。在作为树脂绝缘层形成工序的工序(S21)中，在散热构件7的主表面7a上配置包含树脂成分的连接构件8。接着，实施配置限制构件的工序(S22)。在该工序(S22)中，在散热构件7的主表面7a中的槽部21配置限制构件9。限制构件9被配置成包围连接构件8的周围。
此外，在该工序(S22)中，也可以使用图7所示的工艺。具体地说，实施在应该配置限制构件9的区域配置液体的工序(S221)。在该工序(S221)中，例如在散热构件7的主表面7a的槽部7a内部配置应该成为限制构件9的液体材料。接着，实施进行固化的工序(S222)。在该工序(S222)中，通过加热或曝光等处理将液体材料进行固化。通过这样，将限制构件9配置于散热构件7的主表面7a上。此外，也可以将工序(S221)和工序(S222)重复多次，通过层叠多层将液体材料固化而成的层来构成限制构件9。
接着，实施配置半导体封装体的工序(S23)。在该工序(S23)中，在连接构件8上搭载半导体封装体200。
接着，如图5所示那样实施连接工序(S30)。在该工序(S30)中，例如使用能够进行加压加热的压力机等，从半导体封装体200上一边向朝向散热构件7的方向进行加压一边对连接构件8进行加热。作为加热条件，例如能够使用100℃以上且250℃以下之类的温度条件。另外，作为加压条件的压力例如能够设为0.5MPa以上且20MPa以下。
在此，在上述工序(S30)中的压力大的情况下，在未配置限制构件9的结构中，形成连接构件8的一部分的树脂(例如热固化性树脂)有时如图8所示那样溢出至半导体封装体200的粘接面之外而形成流出部31。如果这样的流出部31变大，则半导体封装体200与散热构件7之间的距离H变得小于设计值。其结果，散热器3与散热构件7之间的绝缘特性劣化。另外，在上述压力大的情况下，在连接构件8内树脂的移动变大。因此，在连接构件8内产生空隙(气泡)、裂纹的频度变高。在该情况下也同样地，散热器3与散热构件7之间的绝缘特性劣化。并且，连接构件8的内部的空隙、裂纹还可能成为散热特性的劣化的原因。
另外，在未配置限制构件9的结构中，在上述工序(S30)中的对半导体封装体200的压力小的情况下，有时无法充分得到连接构件8与半导体封装体200的粘接强度。在该情况下，在对半导体模块100的温度循环等可靠性试验中，如图9所示那样在连接构件8与半导体封装体200的粘接界面产生剥离。这样的剥离的产生也成为绝缘特性、散热特性的劣化的原因。
因此，在上述的本实施方式所涉及的半导体模块的制造方法中，通过具备配置作为树脂流出防止件的限制构件9的工序(S22)，限制构件9被配置成限制构件9的上下表面的位置不与连接构件8的上下表面成为相同的高度。从不同的观点来说，限制构件9的侧面与连接构件8的侧端面相向，并且限制构件9的厚度比连接构件8的厚度厚。其结果，能够避免从连接构件8起的树脂流出路径如图8和图9所示的构造那样成为一条直线状。其结果，能够在工序(S30)中施加为了充分提高半导体封装体200与散热构件7的利用连接构件8的接合部的强度(粘接强度)所需的压力，并且能够防止如图8所示的树脂的流出部31的产生。
也就是说，在工序(S30)中一边对半导体封装体200施加压力一边对连接构件8进行了加热时，能够利用限制构件9防止连接构件8内的树脂成分流出到粘接面外。特别是在连接构件8是在对氮化硼那样的无机材料进行压缩烧结所得到的层中浸渗热固化性树脂而成的结构的情况下，能够抑制图8所示的上述流出部31的产生，并且能够对半导体封装体200施加充分的压力。其结果，能够将半导体封装体200与散热构件7的粘接强度保持得充分高。因而，能够得到高可靠性且绝缘特性和散热特性优异的半导体模块100。
<作用效果>
按照本公开的半导体模块100具备散热构件7、半导体封装体200、连接构件8以及限制构件9。散热构件7具有主表面7a。半导体封装体200被配置于主表面7a上。半导体封装体200包括半导体元件1。连接构件8位于散热构件7与半导体封装体200之间。连接构件8将散热构件7与半导体封装体200连接。连接构件8包含树脂成分。限制构件9以包围连接构件8的方式被配置于主表面7a上。在与主表面7a垂直的方向上，限制构件9的顶部9a的位置与连接构件8中的半导体封装体200侧的表面的外周部的位置相比远离主表面7a。
通过这样，包围连接构件8的外周的限制构件9的顶部9a成为比作为连接构件8的上表面的表面高的位置，因此能够利用限制构件9防止树脂成分从连接构件8向外侧流出。因此，即使为了利用连接构件8将散热构件7与半导体封装体200连接而例如将半导体封装体200向散热构件7侧推压来对连接构件8施加压力，也能够抑制连接构件8的树脂成分流出到半导体封装体200的外周端部的外侧之类的不良情况的产生。因此，在半导体封装体200与散热构件7连接时，能够对连接构件8施加充分的压力。其结果，能够抑制半导体封装体200与散热构件7的粘接强度不足或连接不良、或者随着连接构件8中的树脂成分的流动而产生空隙之类的问题的产生。因此，能够抑制起因于上述问题的半导体模块中的绝缘特性或散热特性的劣化，能够提高半导体模块的可靠性。
在上述半导体模块100中，在主表面7a，在位于限制构件9之下的区域形成有槽部21。限制构件9的一部分位于槽部21的内部。在该情况下，通过在槽部21配置限制构件9的一部分，能够容易地将限制构件9进行定位。
在上述半导体模块100中，构成限制构件9的材料包括弹性体。在该情况下，通过对限制构件9与散热构件7的连接部、或者限制构件9与半导体封装体200的接触部施加压力，能够使限制构件9与散热构件7或半导体封装体200贴紧。其结果，能够抑制可能成为连接构件8的树脂成分向外部流出的路径的限制构件9与散热构件7的连接界面或限制构件9与半导体封装体200的接触界面中的间隙的产生。
在上述半导体模块100中，限制构件9的相对介电常数大于连接构件8的相对介电常数。在该情况下，能够抑制从半导体封装体200的与连接构件8接触的部分产生的局部放电。其结果，能够提高半导体模块100的绝缘特性。
按照本公开的半导体模块100的制造方法具备：准备散热构件7的工序(S10)；配置连接构件8的工序(S21)；配置限制构件9的工序(S22)；配置半导体封装体200的工序(S23)；以及将散热构件7与半导体封装体200连接的工序(S30)。散热构件7具有主表面7a。在配置连接构件8的工序(S21)中，在主表面7a上配置连接构件8。连接构件8包含树脂成分。在配置限制构件9的工序(S22)中，在主表面7a上以包围连接构件8的方式配置限制构件9。在配置半导体封装体200的工序(S23)中，在连接构件8上配置包括半导体元件1的半导体封装体200。在上述连接的工序(S30)中，一边将半导体封装体200向连接构件8侧推压一边对连接构件8进行加热。其结果，散热构件7与半导体封装体200通过连接构件8被连接。
通过这样，通过配置限制构件9，能够抑制在连接的工序(S30)中树脂成分从被加压的连接构件8向外部流出。因此，在连接的工序(S30)中能够对连接构件8施加充分的压力。因而，能够抑制连接的工序(S30)中的半导体封装体200与散热构件7的粘接强度不足或连接不良、或者随着连接构件8中的树脂成分的流动而产生空隙之类的问题的产生。其结果，能够得到可靠性高的半导体模块100。
在上述半导体模块100的制造方法中，配置限制构件9的工序(S22)包括：在主表面7a上配置应该成为限制构件9的液体的工序(S221)；以及通过将该液体进行固化来形成限制构件9的工序(S222)。
在该情况下，限制构件9以贴紧于散热构件7的主表面7a的状态形成。因而，能够防止散热构件7与限制构件9的接触界面中的间隙的产生，因此能够防止连接构件8的树脂成分经由该间隙向外部流出。
实施方式2.
<半导体模块的结构>
图10是表示实施方式2所涉及的半导体模块的截面示意图。图11是表示图10的区域XI的放大截面示意图。图10和图11所示的半导体模块100基本上具备与图1至图3所示的半导体模块100同样的结构，但是半导体封装体200的结构不同于图1至图3所示的半导体模块100。即，在图10和图11所示的半导体模块100中，在半导体封装体200的密封树脂4的外周部形成有与限制构件9的顶部9a接触的推压部22。推压部22是密封树脂4的一部分。推压部22是形成于密封树脂4的外周部的凸缘状的部分。
这样在半导体封装体200形成有推压部22，因此在图5的连接工序(S30)中在半导体封装体200经由连接构件8被压接于散热构件7时，推压部22推压限制构件9的顶部9a。其结果，能够进一步提高限制构件9与散热构件7及半导体封装体200的密合性。因此，能够减小作为从连接构件8起的树脂成分的流出路径的限制构件9与散热构件7之间的间隙、或限制构件9与半导体封装体200之间的间隙。因而，与实施方式1所涉及的半导体模块100相比能够更稳定地防止树脂从连接构件8流出。
特别是在限制构件9包括如硅酮橡胶那样的弹性体的情况下，在图5所示的工序(S30)中，能够通过推压部22推压限制构件9的顶部9a，因此限制构件9一边压缩变形一边被压入到槽部21。其结果，能够完全填埋成为树脂流出路径的上述间隙。
<作用效果>
在上述半导体模块100中，半导体封装体200包括与限制构件9的顶部9a接触的推压部22。在该情况下，通过由半导体封装体200的推压部22推压限制构件9的顶部9a，能够抑制限制构件9与半导体封装体200的接触界面以及限制构件9与散热构件7的接触界面中的间隙的产生。其结果，能够抑制连接构件8的树脂成分经由上述接触界面的间隙向外部流出。
在上述半导体模块100中，优选的是构成限制构件9的材料包括弹性体。在该情况下，能够利用上述的推压部22对限制构件9与散热构件7的连接部、或者限制构件9与半导体封装体200的接触部施加压力。其结果，能够使限制构件9与散热构件7或半导体封装体200贴紧。因而，能够抑制可能成为连接构件8的树脂成分向外部流出的路径的限制构件9与散热构件7的连接界面或限制构件9与半导体封装体200的接触界面中的间隙的产生，能够抑制树脂成分从连接构件8向外部流出。
实施方式3.
<半导体模块的结构>
图12是表示实施方式3所涉及的半导体模块的截面示意图。图12所示的半导体模块100基本上具备与图10所示的半导体模块100同样的结构，但是散热构件7的结构不同于图10所示的半导体模块100。即，在图12所示的半导体模块100中，散热构件7的主表面7a包括位于连接构件8之下的作为凸部状的部分的第一区域25以及被配置成包围第一区域25、且表面位于比第一区域25更下侧的第二区域23。限制构件9被配置成包围第一区域25的外周。限制构件9与第一区域25与第二区域23之间的台阶部接触。
在这样的结构中，能够容易地实施在散热构件7的主表面7a上设置限制构件9的工序。特别是在限制构件9包括如硅酮橡胶那样的弹性体的情况下有利。即，在半导体封装体200大而限制构件9的尺寸也变大的情况下，如实施方式2所涉及的半导体模块100那样向槽部21设置限制构件9的工序的作业性变差。这是因为，包括弹性体的限制构件9容易变形，难以在短时间内在槽部21配置限制构件9。另一方面，通过设为如上述那样的散热构件7的结构，能够将限制构件9沿着作为凸部的第一区域25的外周部即台阶部配置，因此能够提高配置限制构件9的工序(S22)的作业性。
<作用效果>
在上述半导体模块100中，在主表面7a，位于连接构件8之下的第一区域25成为与该第一区域25的外侧的第二区域23相比更向半导体封装体200侧突出的凸部。在该情况下，通过以与作为凸部的第一区域25的外周侧面相接的方式配置限制构件9，能够容易地进行限制构件9的定位。
在上述半导体模块100中，半导体封装体200包括与限制构件9的顶部9a接触的推压部22。在该情况下，能够得到与上述的实施方式2所涉及的半导体模块100同样的效果。即，通过由半导体封装体200的推压部22推压限制构件9的顶部9a，能够抑制限制构件9与半导体封装体200的接触界面以及限制构件9与散热构件7的接触界面中的间隙的产生。其结果，能够抑制连接构件8的树脂成分经由上述接触界面的间隙向外部流出。在上述半导体模块100中，优选的是构成限制构件9的材料包括弹性体。
实施方式4.
<半导体模块的结构>
图13是表示实施方式4所涉及的半导体模块的截面示意图。图13所示的半导体模块100基本上具备与图1至图3所示的半导体模块100同样的结构，但是散热构件7的结构不同于图1至图3所示的半导体模块100。即，在图13所示的半导体模块100中，在散热构件7的主表面7a，形成有具有连接构件8的厚度以上、且限制构件9的厚度以下的深度的凹部24。在凹部24的外周部配置有限制构件9。在凹部24的内部且在限制构件9的内周侧配置有连接构件8。
在图13所示的半导体模块100中，限制构件9的与散热构件7相接的下表面位于与连接构件8的下表面(下粘接界面)相同的高度的延长线上。但是，即使连接构件8的树脂成分从限制构件9的下表面侧渗出而向限制构件9的外侧流出，在该限制构件9的外周侧也存在凹部24的侧壁。因此，能够将从连接构件8起的树脂成分的流出抑制为最小限度。另外，与图12所示的半导体模块100同样地，在图6所示的工序(S22)中，在将限制构件9配置于散热构件7的主表面7a上时，在凹部24的外周部配置限制构件9即可，因此能够提高该工序(S22)的作业性。
<作用效果>
在上述半导体模块100中，在主表面7a，在位于限制构件9和连接构件8之下的区域形成有凹部24。限制构件9的一部分和连接构件8位于凹部24的内部。在该情况下，在连接构件8的树脂成分要流出到限制构件9侧而限制构件9被施加朝向外侧的压力的情况下，能够利用凹部24的侧壁将限制构件9从外周侧支承。因此，能够抑制限制构件9由于上述压力而变形从而形成树脂成分流向限制构件9的外侧的路径之类的问题的产生。另外，在凹部24的侧壁配置限制构件9即可，因此能够提高将限制构件9配置于散热构件7的主表面7a上的工序(S22)的作业性。
实施方式5.
<半导体模块的结构>
图14是表示实施方式5所涉及的半导体模块的截面示意图。图14所示的半导体模块100基本上具备与图13所示的半导体模块100同样的结构，但是半导体封装体200的结构不同于图13所示的半导体模块100。即，在图14所示的半导体模块100中，与实施方式2所涉及的半导体模块100同样地，在半导体封装体200的密封树脂4的外周部形成有与限制构件9的顶部9a接触的推压部22。
<作用效果>
上述半导体模块100与实施方式4所涉及的半导体模块100同样地在散热构件7的主表面7a形成有凹部24，因此能够得到与实施方式4所涉及的半导体模块100同样的效果。并且，在上述半导体模块100中，半导体封装体200包括与限制构件9的顶部9a接触的推压部22。因此，能够得到与上述的实施方式2所涉及的半导体模块100同样的效果。即，通过由半导体封装体200的推压部22推压限制构件9的顶部9a，能够抑制限制构件9与半导体封装体200的接触界面以及限制构件9与散热构件7的接触界面中的间隙的产生。其结果，能够抑制连接构件8的树脂成分经由上述接触界面的间隙向外部流出。在上述半导体模块100中，优选的是构成限制构件9的材料包括弹性体。
实施方式6.
在本实施方式中，将上述的实施方式1至实施方式5所涉及的半导体模块应用于电力变换装置。本发明不限定于特定的电力变换装置，以下，作为实施方式6，说明将本发明应用于三相的逆变器的情况。
图15是表示应用了本实施方式所涉及的电力变换装置的电力变换***的结构的框图。
图15所示的电力变换***包括电源300、电力变换装置400、负载500。电源300是直流电源，向电力变换装置400供给直流电力。电源300能够包括各种电源，例如既能够包括直流***、太阳能电池、蓄电池，也可以包括连接于交流***的整流电路、AC/DC转换器。另外，也可以由将从直流***输出的直流电力变换为规定的电力的DC/DC转换器构成电源300。
电力变换装置400是连接于电源300与负载500之间的三相的逆变器，将从电源300供给的直流电力变换为交流电力，向负载500供给交流电力。如图15所示，电力变换装置400具备将直流电力变换为交流电力后输出的主变换电路401和将控制主变换电路401的控制信号输出到主变换电路401的控制电路403。
负载500是通过从电力变换装置400供给的交流电力被驱动的三相的电动机。此外，负载500不限于特定的用途，是搭载于各种电气设备的电动机，例如被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁道车辆、电梯或空调设备的电动机。
以下，说明电力变换装置400的详情。主变换电路401具备开关元件和续流二极管(未图示)，通过由开关元件进行开关动作，将从电源300供给的直流电力变换为交流电力后供给到负载500。主变换电路401的具体的电路结构存在各种结构，本实施方式所涉及的主变换电路401是2电平的三相全桥电路，能够包括6个开关元件以及与各个开关元件反并联的6个续流二极管。主变换电路401的各开关元件、各续流二极管包括相当于上述的实施方式1至实施方式5的某一个的半导体模块402。6个开关元件按每2个开关元件串联连接来构成上下臂，各上下臂构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且，各上下臂的输出端子、即主变换电路401的3个输出端子连接于负载500。
另外，主变换电路401具备对各开关元件进行驱动的驱动电路(未图示)，驱动电路既可以内置于半导体模块402，也可以是与半导体模块402独立地具备驱动电路的结构。驱动电路生成对主变换电路401的开关元件进行驱动的驱动信号，并供给到主变换电路401的开关元件的控制电极。具体地说，按照来自后述的控制电路403的控制信号，向各开关元件的控制电极输出将开关元件设为接通状态的驱动信号和将开关元件设为断开状态的驱动信号。在将开关元件维持为接通状态的情况下，驱动信号是开关元件的阈值电压以上的电压信号(接通信号)，在将开关元件维持为断开状态的情况下，驱动信号是开关元件的阈值电压以下的电压信号(断开信号)。
控制电路403以向负载500供给期望的电力的方式控制主变换电路401的开关元件。具体地说，基于应该向负载500供给的电力，计算主变换电路401的各开关元件应该成为接通状态的时间(接通时间)。例如，能够通过根据应该输出的电压对开关元件的接通时间进行调制的PWM控制来控制主变换电路401。然后，以在各时间点向应该成为接通状态的开关元件输出接通信号、且向应该成为断开状态的开关元件输出断开信号的方式向主变换电路401所具备的驱动电路输出控制指令(控制信号)。驱动电路按照该控制信号向各开关元件的控制电极输出接通信号或断开信号来作为驱动信号。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，作为主变换电路401的开关元件和续流二极管应用实施方式1至实施方式5的某一个所涉及的半导体模块，因此能够实现可靠性高的电力变换装置。
在本实施方式中，说明了将本发明应用于2电平的三相逆变器的例子，但是本发明不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，设为2电平的电力变换装置，但是也可以是3电平、多电平的电力变换装置，在向单相负载供给电力的情况下，也可以将本发明应用于单相的逆变器。另外，在向直流负载等供给电力的情况下，还能够将本发明应用于DC/DC转换器、AC/DC转换器。
另外，应用了本发明的电力变换装置不限定于上述的负载为电动机的情况，例如还能够用作放电加工机、激光加工机、或感应加热烹调器、非接触器供电***的电源装置，并且还能够用作太阳能发电***、蓄电***等的功率调节器。
应认为本次公开的实施方式在所有方面均是例示而不是限制性的。只要不矛盾，也可以将本次公开的实施方式的至少2个进行组合。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。
Claims (10)
1.一种半导体模块，具备：
散热构件，具有主表面；
半导体封装体，被配置于所述主表面上，包括半导体元件；
连接构件，位于所述散热构件与所述半导体封装体之间，并且将所述散热构件与所述半导体封装体连接，包含树脂成分；以及
限制构件，以包围所述连接构件的方式被配置于所述主表面上，
在与所述主表面垂直的方向上，所述限制构件的顶部的位置与所述连接构件中的所述半导体封装体侧的表面的外周部的位置相比远离所述主表面，
所述半导体封装体包括与所述限制构件的所述顶部接触的推压部。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，
在所述主表面，在位于所述限制构件之下的区域形成有槽部，
所述限制构件的一部分位于所述槽部的内部。
3.一种半导体模块，具备：
散热构件，具有主表面；
半导体封装体，被配置于所述主表面上，包括半导体元件；
连接构件，位于所述散热构件与所述半导体封装体之间，并且将所述散热构件与所述半导体封装体连接，包含树脂成分；以及
限制构件，以包围所述连接构件的方式被配置于所述主表面上，
在与所述主表面垂直的方向上，所述限制构件的顶部的位置与所述连接构件中的所述半导体封装体侧的表面的外周部的位置相比远离所述主表面，
在所述主表面，在位于所述限制构件和所述连接构件之下的区域形成有凹部，
所述限制构件的一部分和所述连接构件位于所述凹部的内部。
4.根据权利要求3所述的半导体模块，其中，
所述半导体封装体包括与所述限制构件的所述顶部接触的推压部。
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，
构成所述限制构件的材料包括弹性体。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的半导体模块，其中，
所述限制构件的相对介电常数大于所述连接构件的相对介电常数。
7.根据权利要求5所述的半导体模块，其中，
所述限制构件的相对介电常数大于所述连接构件的相对介电常数。
8.一种电力变换装置，具备：
主变换电路，具有权利要求1至7中的任一项所述的半导体模块，该主变换电路将被输入的电力进行变换后输出；以及
控制电路，将控制所述主变换电路的控制信号输出到所述主变换电路。
9.一种半导体模块的制造方法，具备以下工序：
准备具有主表面的散热构件的工序；
在所述主表面上配置包含树脂成分的连接构件的工序；
在所述主表面上以包围所述连接构件的方式配置限制构件，所述限制构件的侧面与所述连接构件的侧端面相向，并且所述限制构件的厚度比所述连接构件的厚度厚的工序；
在所述连接构件上配置包括半导体元件的半导体封装体的工序；以及
一边将所述半导体封装体向所述连接构件侧推压一边对所述连接构件进行加热，由此利用所述连接构件将所述散热构件与所述半导体封装体连接的工序。
10.根据权利要求9所述的半导体模块的制造方法，其中，
配置所述限制构件的工序包括以下工序：
在所述主表面上配置应该成为所述限制构件的液体的工序；以及
通过将所述液体进行固化来形成所述限制构件的工序。
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