CN113875001A - 半导体模块以及电力变换装置 - 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可靠性高的电力变换装置。半导体模块(100)具备散热部件(7)、半导体装置(20)以及热传导性绝缘树脂片材(6)。热传导性绝缘树脂片材(6)连接散热部件(7)和半导体装置(20)。半导体装置(20)包括半导体元件(1)和金属布线部件(2a)。金属布线部件(2a)与半导体元件(1)电连接。金属布线部件(2a)包括向半导体装置(20)的外侧突出的端子部(2aa)。在半导体装置(20)的表面部分(20a)中，在与连接有热传导性绝缘树脂片材(6)的一部分区域(20aa)相比更外侧形成凹部(8)。凹部(8)位于与端子部(2aa)相比更靠散热部件(7)侧的区域。

Description

半导体模块以及电力变换装置
技术领域
本发明涉及半导体模块以及电力变换装置。
背景技术
以往，已知通过热传导性绝缘树脂片材将半导体装置与散热部件连接的半导体模块(参照例如日本特开2003-153554号公报)。这样的半导体模块被用于例如电力变换装置。在日本特开2003-153554号公报中，通过除了散热性以外还具有粘接性以及绝缘性的热传导性绝缘树脂片材，将半导体装置固定到散热部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-153554号公报
发明内容
如上述的热传导性绝缘树脂片材要求高的热传导性、绝缘性以及粘接性。因此，将例如使热硬化性树脂浸渍到无机物而成的热传导性的树脂组成物用作热传导性绝缘树脂片材。这样的热传导性绝缘树脂片材与以往用于半导体装置和散热部件的连接部的油脂、散热片材不同，硬度高而不易变形。因此，如果例如在半导体装置中在与热传导性绝缘树脂片材连接的表面存在在用模树脂(molding resin)将半导体装置进行模制后从模具脱模时形成的如推杆痕迹那样的微小的伤、凹部，则存在热传导性绝缘树脂片材和半导体装置的连接部中的连接强度、散热特性以及绝缘特性劣化的可能性。即，起因于如上述的伤、凹部，存在半导体模块的可靠性降低的可能性。
本发明是为了解决如上述的课题而完成的，本发明的目的在于提供一种可靠性高的半导体模块以及使用该半导体模块的可靠性高的电力变换装置。
本公开所涉及的半导体模块具备散热部件、半导体装置、以及热传导性绝缘树脂片材。散热部件具有第1面。半导体装置配置于第1面上。半导体装置具有与散热部件相向的表面部分。热传导性绝缘树脂片材连接散热部件和半导体装置。具体而言，热传导性绝缘树脂片材连接散热部件的第1面的一部分和半导体装置的表面部分的一部分区域。半导体装置包括半导体元件和金属布线部件。金属布线部件与半导体元件电连接。金属布线部件包括向半导体装置的外侧突出的端子部。在半导体装置的表面部分中，在比连接有热传导性绝缘树脂片材的一部分区域更外侧的位置形成有凹部。凹部位于比端子部更靠散热部件侧的区域。
本公开所涉及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。主变换电路变换被输入的电力而输出。控制电路将控制主变换电路的控制信号输出给主变换电路。
根据上述，在半导体装置的表面部分中，在比连接有热传导性绝缘树脂片材的一部分区域更外侧的位置形成有凹部，所以得到可靠性高的半导体模块以及使用该半导体模块的可靠性高的电力变换装置。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的半导体模块的剖面示意图。
图2是图1的线段II-II处的剖面示意图。
图3是实施方式2所涉及的半导体模块的剖面示意图。
图4是示出实施方式2所涉及的半导体模块的变形例的放大部分剖面示意图。
图5是实施方式3所涉及的半导体模块的剖面示意图。
图6是实施方式4所涉及的半导体模块的剖面示意图。
图7是示出实施方式4所涉及的半导体模块的变形例1的放大部分剖面示意图。
图8是示出实施方式4所涉及的半导体模块的变形例2的放大部分剖面示意图。
图9是实施方式5所涉及的半导体模块的剖面示意图。
图10是图9所示的半导体模块的放大部分剖面示意图。
图11是示出实施方式5所涉及的半导体模块的变形例的放大部分剖面示意图。
图12是示出实施方式6所涉及的电力变换***的结构的框图。
(附图标记说明)
1：半导体元件；2a、2b：金属布线部件；2aa：端子部；2ab：连接部；2c：导线；3：散热器；4a、4b：接合部件；5：模树脂部；6：热传导性绝缘树脂片材；7：散热部件；7a：第1面；7aa：一部分；7ab：角部；8：凹部；9、11b：台阶部；9a、11ba：第1台阶；9b、11bb：第2台阶；10：散热部件侧台阶部；11：凸部；11a：锥形部；20：半导体装置；20a：表面部分；20aa：一部分区域；100、252：半导体模块；150：电源；250：电力变换装置；251：主变换电路；253：控制电路；300：负载。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。此外，对同一结构附加同一参照编号，不反复其说明。
实施方式1.
<半导体模块的结构>
图1是实施方式1所涉及的半导体模块的剖面示意图。图2是图1的线段II-II处的剖面示意图。
图1以及图2所示的半导体模块100主要具备散热部件7、半导体装置20、以及热传导性绝缘树脂片材6。散热部件7具有第1面7a。半导体装置20配置于第1面7a上。半导体装置20具有与散热部件7相向的表面部分20a。热传导性绝缘树脂片材6连接散热部件7的第1面7a的一部分7aa和半导体装置20的表面部分20a的一部分区域20aa。在半导体装置20的表面部分20a中，在比连接有热传导性绝缘树脂片材6的一部分区域20aa更外侧形成有凹部8。
此外，在本说明书中，为便于说明，关于以下说明的半导体模块100中的各部件的面，有时如下述记载。即，有时将散热部件7的形成凸片部的一侧记载为散热部件7的下侧，将第1面7a侧记载为上侧，将第1面7a记载为上表面。关于热传导性绝缘树脂片材6，有时将散热部件7侧的面记载为下表面，将半导体装置20侧的面记载为上表面。关于半导体装置20，有时将表面部分20a中的和与热传导性绝缘树脂片材6接合的一部分区域20aa成为同一平面的面记载为下表面，将位于与该下表面相反的一侧的面记载为上表面。另外，有时将在半导体装置20中连接上述下表面和上述上表面的面记载为侧面。此外，即使在将散热部件7配置于半导体装置20的上表面侧或者侧面侧的情况下，也有时使用上述标记。
半导体装置20主要包括半导体元件1、散热器3、金属布线部件2a、2b及导线2c、以及模树脂部5。半导体元件1是例如电力用半导体元件。半导体元件1通过接合部件4a与散热器3的上表面连接。散热器3的平面形状是例如四边形形状。半导体元件1通过接合部件4b与金属布线部件2a连接。具体而言，接合部件4b连接形成于半导体元件1的上表面的未图示的电极和金属布线部件2a。另外，半导体元件1经由导线2c与金属布线部件2b连接。
以在内部保持并密封金属布线部件2a、2b的一部分、半导体元件1、以及散热器3的方式，形成有模树脂部5。金属布线部件2a包括向半导体装置20的外侧突出的端子部2aa、和与端子部2aa连接且位于模树脂部5的内部的连接部2ab。连接部2ab从端子部2aa的半导体元件1侧的端部延伸至半导体元件1上。金属布线部件2b也包括向半导体装置20的外部突出的端子部、和与该端子部连接且位于模树脂部5的内部的连接部。金属布线部件2a的端子部2aa以及金属布线部件2b的端子部成为与外部的连接部分。此外，端子部2aa不仅是与半导体元件1连接，而且根据电路结构，有时与散热器3连接。
在散热器3中与半导体元件1侧的上表面相反的一侧的下表面从模树脂部5的表面露出。即散热器3的下表面在半导体装置20的下表面中露出。散热器3的下表面和与该下表面相邻的模树脂部5的表面的一部分构成半导体装置20的表面部分20a的一部分区域20aa。该一部分区域20aa与热传导性绝缘树脂片材6的上表面连接。另外，作为散热部件7的上表面的第1面7a的一部分7aa与热传导性绝缘树脂片材6的下表面连接。
在半导体装置20的下表面中，在比热传导性绝缘树脂片材6的外周更外侧形成有凹部8。凹部8是模树脂部5的表面凹陷的区域。凹部8位于比端子部2aa以及金属布线部件2b的连接部更靠散热部件7侧的区域。此外，半导体装置20的与散热部件7相向的表面部分20a包括如图2所示可从散热部件7侧视觉辨认的半导体装置20的下表面和侧面的一部分。
作为接合部件4a、4b的材料，能够使用任意的材料，能够使用例如焊料、银(Ag)、铝(Al)等金属。作为金属布线部件2a、2b的材料，也能够使用任意的材料，能够使用例如铜(Cu)、铝(Al)等金属或者包含这些金属的合金。作为导线2c的材料，能够使用任意的材料，能够使用例如铜(Cu)、铝(Al)等金属或者包含这些金属的合金。
作为半导体元件1，能够使用例如电压驱动型的MOS-FET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、二极管等。作为构成半导体元件1的材料，除了硅以外，还能够使用氮化硅(SiN)、氮化镓、碳化硅这样的宽能带隙半导体等所谓下一代半导体。半导体元件1成为半导体模块100中的主要的发热源。
散热部件7将半导体元件1在动作时发出的热向外部扩散。散热部件7是所谓散热片。作为构成散热部件7的材料，能够使用例如铝(Al)或者铜(Cu)等金属。作为构成散热部件7的材料，能够使用非绝缘性的材料。在散热部件7中，如图1所示，为了提高散热性，在散热部件7的下侧设置有多个凸片。另外，也可以在散热部件7的内部形成使冷却用的介质流通的管路。管路也可以与配置于散热部件7的外部的未图示的散热装置等热交换部连接。管路和该热交换部优选形成能够使介质循环的回路。也可以通过使介质在该管路中流通，使散热部件7强制地冷却。作为介质，能够使用例如水等。
作为热传导性绝缘树脂片材6，能够使用例如将热硬化性的树脂浸渍到陶瓷而制作的片材状的部件。有时在热传导性绝缘树脂片材6内包含空气(空洞)。在热传导性绝缘树脂片材6的内部存在这样的空洞时，依照帕邢定律，该空洞成为部分放电的起点。其结果，存在热传导性绝缘树脂片材6的绝缘性降低的可能性。
为了防止由于在热传导性绝缘树脂片材6中残存空洞而绝缘性降低、并且更坚固地接合半导体装置20和散热部件7，在接合时对热传导性绝缘树脂片材6施加压力和热。具体而言，在层叠半导体装置20、热传导性绝缘树脂片材6、以及散热部件7的状态下，一边在层叠方向上施加半导体装置20不被破坏的范围的压力，一边对热传导性绝缘树脂片材6加热。这样通过热传导性绝缘树脂片材6，接合半导体装置20和散热部件7。在通过如上述的加压和加热的接合处理时，热传导性绝缘树脂片材6内的树脂(例如热硬化性树脂)的粘度临时地降低。其结果，在热传导性绝缘树脂片材6内包含的空气和该树脂一起流动。
此时，如果半导体装置20与散热部件7之间的间隙恒定，则在热传导性绝缘树脂片材6内流动的空气和树脂均匀地流动。但是，在与热传导性绝缘树脂片材6接触的半导体装置20的一部分区域20aa中存在凹部时，仅在该凹部存在的区域，热传导性绝缘树脂片材6所处的空间的间隙变大。其结果，在热传导性绝缘树脂片材6中在面对该凹部的区域中空气和树脂易于集中。特别地，由于空气集中，存在该区域的绝缘特性显著降低的可能性。另外，在该凹部的深度比热传导性绝缘树脂片材6的厚度显著深的情况下，树脂不被填充到该凹部的内部，该凹部附近的热传导性绝缘树脂片材6的粘接强度降低。这样的凹部例如如图1以及图2所示的凹部8，由在半导体装置20成形后从成形模具推出半导体装置20的被称为推杆的杆按压半导体装置20的表面而形成的。另外，形成于半导体装置20的表面的伤或者模树脂部5的发生缩痕的部分等也相当于该凹部。
在图1以及图2所示的半导体模块100中，在半导体装置20中在比金属布线部件2a、2b更下侧、即比金属布线部件2a、2b更靠散热部件7侧形成有上述凹部8。另外，该凹部8在半导体装置20的表面部分20a中配置于比与热传导性绝缘树脂片材6的接合区域更外侧。因此，在如上所述的热传导性绝缘树脂片材6的通过加压和加热的接合处理时，能够防止发生在热传导性绝缘树脂片材6内流动的树脂和空气集中到凹部8附近这样的现象。因此，能够提高热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压。其结果，能够提高半导体模块100中的绝缘可靠性。另外，同时由于热传导性绝缘树脂片材6内的树脂的分布变得均匀，因此热传导性绝缘树脂片材6的粘接性也能够提高。其结果，能够提高半导体模块100的可靠性。
如果上述凹部8是由于推杆引起的压痕，则考虑在半导体装置20的模塑成形后，从成形模具取出半导体装置20时的脱模性，优选如图2所示在半导体装置20的下表面的外周部设置凹部8。凹部8优选配置于与热传导性绝缘树脂片材6的端部之间的距离L1变得充分大的位置。由此，能够兼顾半导体装置20的模塑成形时的脱模性、和使用半导体装置20的半导体模块100中的绝缘性以及粘接性。
此外，上述凹部8优选配置于不受到热传导性绝缘树脂片材6中的树脂以及空气(空洞)的影响的范围。例如，优选使上述距离L1大于热传导性绝缘树脂片材6的厚度T1。
<作用效果>
根据本公开的半导体模块100主要具备散热部件7、半导体装置20、以及热传导性绝缘树脂片材6。散热部件7具有第1面7a。半导体装置20配置于第1面7a上。半导体装置20具有与散热部件7相向的表面部分20a。热传导性绝缘树脂片材6连接散热部件7和半导体装置20。具体而言，热传导性绝缘树脂片材6连接散热部件7的第1面7a的一部分7aa和半导体装置20的表面部分20a的一部分区域20aa。半导体装置20包括半导体元件1和金属布线部件2a。金属布线部件2a与半导体元件1电连接。金属布线部件2a包括向半导体装置20的外侧突出的端子部2aa。在半导体装置20的表面部分20a中，在比连接有热传导性绝缘树脂片材6的一部分区域20aa更外侧形成有凹部8。凹部8位于比端子部2aa更靠散热部件7侧的区域。
由此，在与热传导性绝缘树脂片材6接触的区域中不配置凹部8。因此，在利用热传导性绝缘树脂片材6通过加压和加热对半导体装置20和散热部件7进行接合处理时，能够防止发生在热传导性绝缘树脂片材6内流动的树脂和空气集中到凹部8附近这样的现象。因此，能够抑制热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压降低。其结果，能够提高半导体模块100中的绝缘可靠性。另外，同时由于热传导性绝缘树脂片材6内的树脂的分布变得均匀，因此热传导性绝缘树脂片材6的粘接性也能够提高。其结果，能够提高半导体模块100的可靠性。
此外，散热部件7的第1面7a的一部分7aa的平坦性优选为与热传导性绝缘树脂片材6的背面的平坦性相同的程度。半导体装置20的表面部分20a的一部分区域20aa的平坦性优选为与热传导性绝缘树脂片材6的上表面的平坦性相同的程度。散热部件7的第1面7a的一部分7aa以及半导体装置20的表面部分20a的一部分区域20aa优选不形成具有0.1mm以上的深度的凹部。
实施方式2.
<半导体模块的结构>
图3是实施方式2所涉及的半导体模块的剖面示意图。图4是示出实施方式2所涉及的半导体模块的变形例的放大部分剖面示意图。
图3所示的半导体模块100具备与图1以及图2所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但半导体装置20中的形成有凹部8的区域的构造与图1以及图2所示的半导体模块100不同。具体而言，在图3所示的半导体模块100中，半导体装置20的表面部分20a包括台阶部9。台阶部9与一部分区域20aa相比位于外侧。台阶部9形成于作为半导体装置20的侧面的、比金属布线部件2a、2b更靠散热部件7侧的区域。台阶部9与一部分区域20aa相比远离散热部件7。在俯视时，台阶部9与金属布线部件2a、2b的一部分重叠。凹部8形成于台阶部9。从不同的观点而言，凹部8配置于与散热器3的上表面相比远离散热部件7的位置。
在该情况下，在半导体装置20中形成有台阶部9，并且在该台阶部9中形成有凹部8，所以相比于未形成该台阶部9以及凹部8的情况，能够使从半导体装置20的模树脂部5露出的金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的沿面距离相对地变长。因此，能够在维持绝缘特性的状态下实现半导体模块100的小型化。
图4所示的半导体模块100具备与图3所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但半导体装置20中的形成有凹部8的区域的构造与图3所示的半导体模块100不同。具体而言，在图4所示的半导体模块100中，形成于半导体装置20的表面部分20a的外周部的台阶部9包括第1台阶9a和第2台阶9b。凹部8形成于第2台阶9b。在表面部分20a中，第1台阶9a与第2台阶9b相比配置于外周侧。第1台阶9a与散热部件7的第1面7a之间的距离大于第2台阶9b与散热部件7的第1面7a之间的距离。
在该情况下，台阶部9成为多级结构，所以能够使半导体装置20的从模树脂部5露出的金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的沿面距离相对地大于图3所示的半导体模块100中的沿面距离。此外，包含于台阶部9的台阶的数量不限于如图4所示的2个，也可以为3个以上。
<作用效果>
在上述半导体模块100中，半导体装置20的表面部分20a包括台阶部9。台阶部9与一部分区域20aa相比位于外侧。台阶部9与一部分区域20aa相比远离散热部件7。在俯视时，台阶部9与金属布线部件2a、2b的一部分重叠。凹部8形成于台阶部9。
在该情况下，在半导体装置20中在俯视时与金属布线部件2a、2b重叠的位置形成有台阶部9，并且在该台阶部9中形成有凹部8，所以相比于未形成该台阶部9以及凹部8的情况，能够使从半导体装置20的模树脂部5露出的金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的沿面距离相对地变长。其结果，能够提高半导体模块100的绝缘特性，所以能够在维持绝缘特性的状态下实现半导体模块100的小型化。
实施方式3.
<半导体模块的结构>
图5是实施方式3所涉及的半导体模块的剖面示意图。
图5所示的半导体模块100具备与图3所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在散热部件7的第1面7a中的外周部形成有散热部件侧台阶部10这点与图3所示的半导体模块100不同。具体而言，在图5所示的半导体模块100中，在散热部件7的第1面7a中的、跟与热传导性绝缘树脂片材6连接的一部分7aa相比位于外侧的部分中，形成有与该一部分7aa相比远离半导体装置20的散热部件侧台阶部10。散热部件侧台阶部10在俯视半导体模块100时与金属布线部件2a、2b部分性地重叠。散热部件侧台阶部10也可以以包围热传导性绝缘树脂片材6的外周的方式形成。
在该情况下，金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的空间距离大于图3所示的半导体模块100中的该空间距离。因此，不需要为了增大该空间距离而使散热器3的厚度T2变厚、或者使接合部件4a、4b的厚度变厚、或者使半导体元件1的厚度变厚这样的导致半导体模块100的大型化的应对。因此，能够抑制半导体模块100的大型化，能够与半导体装置20中的台阶部9的形成进行组合而实现半导体模块100的小型化、低成本化。
在此，关于散热部件侧台阶部10的深度L3，在考虑半导体模块100的制造性的情况下，例如能够进行如下设定。在图5所示的半导体模块100中，从散热器3的端至半导体元件1的距离L2最小是例如2mm程度。关于散热器3中的热扩散，设想为热的扩散角度是45°程度。在该情况下，在散热器3中为了使热充分扩散，散热器3的厚度T3需要2mm程度。进而，在该情况下，如果使散热器3的厚度T3成为2mm以上，则由于热阻增加所致的恶劣影响反而变大。另一方面，在研究例如1200V耐压的半导体装置20的情况下，考虑最差条件时的上述空间距离需要2.6mm以上。因此，通过使散热部件侧台阶部10的深度L3成为0.6mm以上，即使不使散热器3浪费地变厚而确保沿面距离，也能够保证半导体模块100的绝缘性。其结果，能够实现半导体模块100的小型化以及低成本化。
<作用效果>
在上述半导体模块100中，在俯视时，作为与金属布线部件2a、2b重叠的散热部件7的第1面7a的部分的、跟与热传导性绝缘树脂片材6连接的一部分7aa相比位于外侧的部分包括与该一部分7aa相比远离半导体装置20的散热部件侧台阶部10。
在该情况下，能够使金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的空间距离相对地大。因此，不需要为了增大该空间距离而使散热器3等半导体装置20的结构部件的厚度变厚这样的应对。因此，能够抑制半导体模块100的大型化，能够实现半导体模块100的小型化、低成本化。
实施方式4.
<半导体模块的结构>
图6是实施方式4所涉及的半导体模块的剖面示意图。图7是示出实施方式4所涉及的半导体模块的变形例1的放大部分剖面示意图。图8是示出实施方式4所涉及的半导体模块的变形例2的放大部分剖面示意图。
图6所示的半导体模块100具备与图1以及图2所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但半导体装置20中的形成有凹部8的区域的构造与图1以及图2所示的半导体模块100不同。具体而言，在图6所示的半导体模块100中，在半导体装置20的表面部分20a，形成包围热传导性绝缘树脂片材6的外周的凸部11。凸部11的表面的一部分与散热部件7的第1面7a接触。凹部8形成于在凸部11中与第1面7a接触的上述表面的一部分。凸部11形成于模树脂部5的面对散热部件7的表面部分的外周部。
在该情况下，凸部11和散热部件7的第1面7a接触，所以在对热传导性绝缘树脂片材6加压加热而接合半导体装置20和散热部件7时，能够在凸部11处堵住从热传导性绝缘树脂片材6流出的树脂。进而，由凸部11包围的空间成为密闭的状态，所以热传导性绝缘树脂片材6的内压变高。如果热传导性绝缘树脂片材6内的内压变高，则在该热传导性绝缘树脂片材6的内部更易于挤压空气(空洞)。其结果，能够提高热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压。因此，能够提高半导体模块100的绝缘可靠性。
图7所示的半导体模块100具备与图6所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但半导体装置20中的凸部11的构造与图6所示的半导体模块100不同。具体而言，在图7所示的半导体模块100中，半导体装置20的凸部11中的内周侧的表面成为锥形部11a。锥形部11a是在凸部11中面对热传导性绝缘树脂片材6的表面部分。锥形部11a相对散热部件7的第1面7a倾斜。锥形部11a与第1面7a之间的距离随着接近半导体装置20的侧面而变小。从不同的观点而言，锥形部11a与第1面7a之间的距离随着远离热传导性绝缘树脂片材6而变小。在该情况下，在对热传导性绝缘树脂片材6加压加热而接合半导体装置20和散热部件7时，在热传导性绝缘树脂片材6内流动的树脂以及空气在凸部11附近易于集中到散热部件7侧。因此，能够降低热传导性绝缘树脂片材6内的散热片3侧的空洞。其结果，能够进一步提高热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压，提高半导体模块100的绝缘可靠性。
图8所示的半导体模块100具备与图6所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但半导体装置20中的凸部11的构造与图6所示的半导体模块100不同。具体而言，在图8所示的半导体模块100中，在半导体装置20的凸部11中的内周侧的表面形成有台阶部11b。台阶部11b包括第1台阶11ba和第2台阶11bb。包含于台阶部11b的台阶的数量可以是如图8所示的2个，但也可以是3个以上。在台阶部11b中，优选越是接近半导体装置20的外周侧的台阶，与散热部件7的第1面7a之间的距离越小。
<作用效果>
在上述半导体模块中，在半导体装置20的表面部分20a中，形成有凸部11，该凸部11与一部分区域20aa相比位于外侧，包围热传导性绝缘树脂片材6的外周。凹部8形成于凸部11。在该情况下，在对热传导性绝缘树脂片材6加压加热而接合半导体装置20和散热部件7时，能够在凸部11处堵住从热传导性绝缘树脂片材6流出的树脂。进而，在由凸部11包围的空间能够成为密闭的状态的情况下，能够提高热传导性绝缘树脂片材6的内压。如果热传导性绝缘树脂片材6内的内压变高，则在该热传导性绝缘树脂片材6的内部更易于挤压空气(空洞)。其结果，能够提高热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压。因此，能够提高半导体模块100的绝缘可靠性。
实施方式5.
<半导体模块的结构>
图9是实施方式5所涉及的半导体模块的剖面示意图。图10是图9所示的半导体模块的放大部分剖面示意图。图11是示出实施方式5所涉及的半导体模块的变形例的放大部分剖面示意图。
图9以及图10所示的半导体模块100具备与图7所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但在散热部件7的第1面7a中的外周部形成有散热部件侧台阶部10这点与图7所示的半导体模块100不同。具体而言，在图9以及图10所示的半导体模块100中，在散热部件7的第1面7a中的、跟与热传导性绝缘树脂片材6连接的一部分7aa相比位于外侧的部分中，形成有与该一部分7aa相比远离半导体装置20的散热部件侧台阶部10。散热部件侧台阶部10的深度优选与图5所示的半导体模块100同样地设为例如0.6mm以上。
散热部件侧台阶部10在俯视半导体模块100时与金属布线部件2a、2b部分性地重叠。散热部件侧台阶部10以包围热传导性绝缘树脂片材6的外周的方式形成。半导体装置20的凸部11也可以与散热部件侧台阶部10嵌合。具体而言，也可以是散热部件7的第1面7a中的作为散热部件侧台阶部10的内周侧的端部的角部7ab接触到作为半导体装置20的凸部11的内周侧表面的锥形部11a。在该情况下，与实施方式4所涉及的半导体模块100同样地，在对热传导性绝缘树脂片材6加压加热而接合半导体装置20和散热部件7时，在热传导性绝缘树脂片材6内流动的树脂以及空气在凸部11附近易于集中到散热部件7侧。因此，能够抑制在热传导性绝缘树脂片材6内发生空洞。其结果，能够进一步提高热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压，提高半导体模块100的绝缘可靠性。进而，能够使向模树脂部5的外侧露出的金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的空间距离以及沿面距离相对地大。因此，能够抑制半导体模块100的大型化，能够实现半导体模块100的小型化、低成本化。
图11所示的半导体模块100具备与图9以及图10所示的半导体模块100基本上同样的结构，能够得到同样的效果，但半导体装置20中的凸部11的构造与图9以及图10所示的半导体模块100不同。具体而言，在图11所示的半导体模块100中，在半导体装置20的凸部11中的内周侧的表面形成有台阶部11b。台阶部11b包括第1台阶11ba和第2台阶11bb。与图8所示的半导体模块100同样地，包含于台阶部11b的台阶的数量可以是2个，但也可以是3个以上。在台阶部11b中，优选越是接近半导体装置20的外周侧的台阶，与散热部件7的散热部件侧台阶部10的表面之间的距离越小。
<作用效果>
在上述半导体模块100中，散热部件的第1面7a包括散热部件侧台阶部10。散热部件侧台阶部10在俯视时包围与热传导性绝缘树脂片材6连接的一部分7aa，并且与该一部分7aa相比远离半导体装置20。半导体装置20的凸部11与散热部件侧台阶部10接触。
在该情况下，在对热传导性绝缘树脂片材6加压加热而接合半导体装置20和散热部件7时，能够抑制在热传导性绝缘树脂片材6内发生空洞。其结果，能够提高热传导性绝缘树脂片材6中的部分放电开始电压，提高半导体模块100的绝缘可靠性。进而，能够使向模树脂部5的外侧露出的金属布线部件2a、2b与散热部件7之间的空间距离以及沿面距离相对地大。因此，能够实现半导体模块100的小型化、低成本化。
实施方式6.
本实施方式是将上述实施方式1～实施方式5中的任意一个所涉及的半导体模块应用于电力变换装置的实施方式。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说明在三相的逆变器中应用本发明的情况。
图12是示出应用本实施方式的电力变换装置的电力变换***的结构的框图。
图12所示的电力变换***包括电源150、电力变换装置250、负载300。电源150是直流电源，对电力变换装置250供给直流电力。电源150能够包括各种例子，例如，既能够包括直流***、太阳能电池、蓄电池，也可以包括与交流***连接的整流电路、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预定的电力的DC/DC转换器构成电源150。
电力变换装置250是连接于电源150与负载300之间的三相的逆变器，将从电源150供给的直流电力变换为交流电力，对负载300供给交流电力。电力变换装置250如图12所示，具备：主变换电路251，将直流电力变换为交流电力而输出；以及控制电路253，将控制主变换电路251的控制信号输出给主变换电路251。
负载300是通过从电力变换装置250供给的交流电力驱动的三相的电动机。此外，负载300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、铁路车辆、电梯、或者空调设备的电动机。
以下，详细说明电力变换装置250。主变换电路251具备开关元件和续流二极管(未图示)，通过开关元件进行开关，将从电源150供给的直流电力变换为交流电力，提供给负载300。主变换电路251的具体的电路结构有各种方式，但本实施方式所涉及的主变换电路251是2电平的三相全桥电路，能够包括6个开关元件和与各个开关元件逆并联的6个续流二极管。主变换电路251的各开关元件、各续流二极管包括与上述实施方式1～实施方式5中的任意一个相当的半导体模块252。6个开关元件按每2个开关元件串联连接而构成上下支路，各上下支路构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且，各上下支路的输出端子、即主变换电路251的3个输出端子与负载300连接。
另外，主变换电路251具备驱动各开关元件的驱动电路(未图示)，驱动电路可以内置于半导体模块252，也可以是与半导体模块252独立地具备驱动电路的结构。驱动电路生成驱动主变换电路251的开关元件的驱动信号，提供给主变换电路251的开关元件的控制电极。具体而言，依照来自后述控制电路253的控制信号，将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为截止状态的驱动信号输出给各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为导通状态的情况下，驱动信号是开关元件的阈值电压以上的电压信号(导通信号)，在将开关元件维持为截止状态的情况下，驱动信号成为开关元件的阈值电压以下的电压信号(截止信号)。
控制电路253以对负载300供给期望的电力的方式，控制主变换电路251的开关元件。具体而言，根据应提供给负载300的电力，计算主变换电路251的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压来调制开关元件的导通时间的PWM控制，控制主变换电路251。而且，在各时间点，以向应成为导通状态的开关元件输出导通信号，向应成为截止状态的开关元件输出截止信号的方式，向主变换电路251具备的驱动电路输出控制指令(控制信号)。驱动电路依照该控制信号，向各开关元件的控制电极输出导通信号或者截止信号作为驱动信号。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，作为主变换电路251的开关元件和续流二极管，应用实施方式1～实施方式5中的任意一个所涉及的半导体模块，所以能够提高电力变换装置的可靠性。
在本实施方式中，说明了在2电平的三相逆变器中应用本发明的例子，但本发明不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，成为2电平的电力变换装置，但也可以是3电平、多电平的电力变换装置，在对单相负载供给电力的情况下也可以在单相的逆变器中应用本发明。另外，在对直流负载等供给电力的情况下还能够在DC/DC转换器、AC/DC转换器中应用本发明。
另外，应用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，既能够用作放电加工机、激光加工机、或者感应加热烹调器、非接触器供电***的电源装置，进而也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仅为例示而不是限制性的。只要不存在矛盾，也可以组合本次公开的实施方式的至少2个。本发明的范围并非上述说明而通过权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

Claims (6)

1.一种半导体模块，具备：
散热部件，具有第1面；
半导体装置，配置于所述第1面上，具有与所述散热部件相向的表面部分；以及
热传导性绝缘树脂片材，连接所述散热部件的所述第1面的一部分和所述半导体装置的所述表面部分的一部分区域，
所述半导体装置包括：
半导体元件；以及
金属布线部件，与所述半导体元件电连接，包括向所述半导体装置的外侧突出的端子部，
在所述半导体装置的所述表面部分中，在比连接有所述热传导性绝缘树脂片材的所述一部分区域更外侧的位置形成有凹部，
所述凹部位于比所述端子部更靠所述散热部件侧的区域。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，
所述半导体装置的所述表面部分包括台阶部，该台阶部与所述一部分区域相比位于外侧且与所述一部分区域相比远离所述散热部件，
在俯视时，所述台阶部与所述金属布线部件的一部分重叠，
所述凹部形成于所述台阶部。
3.根据权利要求2所述的半导体模块，其中，
作为在俯视时与所述金属布线部件重叠的所述第1面的部分的、与连接于所述热传导性绝缘树脂片材的所述一部分相比位于外侧的部分包括散热部件侧台阶部，该散热部件侧台阶部与所述一部分相比远离所述半导体装置。
4.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，
在所述半导体装置的所述表面部分形成有凸部，该凸部与所述一部分区域相比位于外侧且包围所述热传导性绝缘树脂片材的外周，
所述凹部形成于所述凸部。
5.根据权利要求4所述的半导体模块，其中，
所述散热部件的所述第1面包括散热部件侧台阶部，该散热部件侧台阶部在俯视时包围与所述热传导性绝缘树脂片材连接的所述一部分，并且与所述一部分相比远离所述半导体装置，
所述半导体装置的所述凸部与所述散热部件侧台阶部接触。
6.一种电力变换装置，具备：
主变换电路，具有权利要求1所述的半导体模块，该主变换电路变换被输入的电力并输出；以及
控制电路，将控制所述主变换电路的控制信号输出给所述主变换电路。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021148653A (ja) * 2020-03-19 2021-09-27 キオクシア株式会社 半導体装置、検査用部品、および検査装置
DE112021008093T5 (de) * 2021-08-10 2024-05-23 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung und Invertereinheit
JPWO2023188000A1 (zh) * 2022-03-29 2023-10-05
JP2024006808A (ja) * 2022-07-04 2024-01-17 日立Astemo株式会社 電気回路体および電力変換装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0661284A (ja) * 1992-08-07 1994-03-04 Mitsui Petrochem Ind Ltd 半導体装置用箱形樹脂成形体
JP3641232B2 (ja) 2001-11-13 2005-04-20 本田技研工業株式会社 インバータ装置及びその製造方法
JP2007073743A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Denso Corp 半導体装置
JP4443503B2 (ja) * 2005-12-12 2010-03-31 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
KR101221805B1 (ko) * 2006-03-03 2013-01-14 페어차일드코리아반도체 주식회사 전력 소자용 패키지 및 패키지 어셈블리
JP5574170B2 (ja) * 2010-06-17 2014-08-20 株式会社デンソー 半導体モジュール実装構造
JP5747811B2 (ja) * 2011-12-26 2015-07-15 トヨタ自動車株式会社 半導体樹脂モールド部品
JP2016072354A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュール
JP2017022209A (ja) * 2015-07-08 2017-01-26 三菱電機株式会社 半導体モジュール
US10461010B2 (en) * 2016-04-04 2019-10-29 Mitsubishi Electric Corporation Power module, power semiconductor device and power module manufacturing method
JP6639320B2 (ja) * 2016-04-27 2020-02-05 マレリ株式会社 半導体装置
DE112018005978T5 (de) * 2017-11-20 2020-08-06 Rohm Co., Ltd. Halbleitervorrichtung
JP7045978B2 (ja) * 2018-12-07 2022-04-01 三菱電機株式会社 半導体装置および電力変換装置
DE112019006927B4 (de) * 2019-02-26 2022-12-29 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung, Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung sowie Leistungswandler

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