[发明专利]功率半导体模块及其制造方法、电力变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于逆变器、伺服控制器、UPS(不间断电源)等的功率半导体模块及其制造方法、电力变换器。

背景技术

功率半导体模块被广泛地应用于从家用空调、冰箱等民用，到逆变器、伺服控制器等产业用的电力变换设备领域。

从电力消耗这一点出发，功率半导体模块被搭载于散热性优良的DCB(Direct Copper Bonding：直接铜键合)基板和/或金属基印制布线基板。在这些布线板上搭载一个或多个功率半导体元件等电路元件，粘接塑料壳体框架(树脂壳体)，并用硅胶和/或环氧树脂等封装材料进行封装。金属基印制布线基板为由电路图案用铜箔、树脂绝缘层和金属板构成的印制布线板中的一种，并在上表面形成电路图案。

另一方面，为了降低制造成本，还有利用传递模塑成型方式的全模(full mould)功率半导体模块。通常，电力变换器由使用了前述记载的功率半导体模块的主电路和其他电源电路和/或控制用的电路构成。电源电路和/或控制用的电路由IC(集成电路)、LSI(大规模集成电路)、电阻器、电容器、电抗器等各种部件构成，通常被安装于印制基板。

下面，对专利文献1记载的搭载了现有的功率半导体模块30的电力变换器进行说明。

图9是采用了现有的功率半导体模块30的电力变换器600的主要部分构成图。就电力变换器600而言，为了提高散热性，在散热器11(以下，也称为“冷却翅片”)上隔着未图示的散热膏(散热油脂)搭载功率半导体模块30，其中，功率半导体模块30搭载有构成主电路的功率半导体元件51。在该功率半导体模块30上，空出间隔地层叠配置搭载了电力变换器600中的主电路以外的电源电路和/或控制用的电路所需的电子部件60的印制基板40a、印制基板40b，并通过支撑柱70(销等)固定于散热器11。然后，利用壳体50覆盖这些构成物整体。

此外，在专利文献2中，公开了如下构成的电力变换器：向在树脂基板形成有电路布线的布线基板的散热板插入孔埋入例如由铜构成的散热板(金属块)，并将在该散热板(金属块)的上表面利用焊料固定半导体芯片(功率半导体元件)而构成的半导体装置隔着设置在树脂基板和散热板(金属块)的各个背面的绝缘层搭载于散热器(heat sink)上而构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3791772号公报(图10)

专利文献2：日本特开2000-228466号公报

发明内容

技术问题

在前述图9所示的电力变换器600中，在散热器11上搭载的功率半导体模块30具备金属基印制布线基板20。该金属基印制布线基板20的结构为从散热器11侧依次层叠有金属底板、绝缘膜和电路图案，并在其电路图案上固定有功率半导体元件51。因此，在从功率半导体元件51到散热器11为止的散热路径之间存在多种材料(电路图案、绝缘膜、金属底板等)。因此，热阻变大，冷却特性也必然不充分，无法将功率半导体元件51中产生的热充分地释放到散热器11。

此外，在将功率半导体模块30安装到散热器11时，利用设置于树脂壳体31的外周部的安装孔32通过螺钉等固定。此时，在金属基印制布线基板20的金属底板33的中央附近与散热器11之间有时会产生缝隙34。因此，将散热膏(散热油脂)涂布到散热器11的接触面而固定功率半导体模块30，以通过散热膏填满金属基板33与散热器11之间的缝隙34，使接触热阻下降。

然而，如果在树脂壳体31的外周部进行螺钉固定，则由于紧固压力在功率半导体模块30与散热器11的整个接触面是不均匀的而偏向周边，所以即使在散热器11与金属底板33的接触面涂布散热膏，功率半导体模块30的中央部的热阻也会变大。这一现象随着功率半导体模块30的接触面积越大而变得越显著，并且为了提高散热性就需要大的散热器11，导致成本变高。

因此，以均匀的压力使功率半导体模块30与散热器11接触并且得到优良的散热性成为课题。应予说明，在专利文献2中也未示出这样的课题及应对该课题的构成。

本发明的目的在于解决前述课题，提供低成本且散热性优良的功率半导体模块及其制造方法和搭载了该功率半导体模块的电力变换器。

技术方案