电子装置的制作方法

日期:2019-05-16 04:56:04


本申请基于2015年3月2日申请的日本专利申请2015-40403号,在此引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及一种具备用密封构件密封的绝缘金属构件的电子装置。



背景技术:

以往,作为具备用密封构件密封的绝缘金属构件的电子装置的一例,存在专利文献1中公开的半导体模块。

在半导体模块中设置有在上表面侧搭载有半导体元件的散热器、被粘接在散热器的下表面的绝缘层、被粘接在绝缘层的下表面的金属片层以及覆盖它们的树脂模制件。另外,在半导体模块中,金属片层的下表面从树脂模制件暴露。并且,金属片层形成为面积比绝缘层覆盖散热器的下表面的面积小且被配置于散热器的下表面中央部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010-287827号公报



技术实现要素:

上述半导体模块由于金属片与树脂模制件之间的线膨胀系数差而有可能树脂模制件从金属片剥离。但是,在半导体模块中,由于金属片层的面积比绝缘层的面积小,因此即使树脂模制件开始从金属片层剥离,通过绝缘层来使剥离的进展停止,从而也能够抑制剥离到达散热器。

然而,半导体模块由于通过绝缘层来抑制剥离的进展,树脂模制件剥离时的应力被施加到绝缘层。绝缘层还有可能由于从树脂模制件被施加应力而产生龟裂。因此,半导体模块在绝缘层中产生了龟裂的情况下,散热器从龟裂暴露而有可能无法确保绝缘层的绝缘性。

本公开的目的在于提供一种能够抑制剥离的进展且确保绝缘性的电子装置。

在本公开的一个方式中,电子装置具备:发热元件,进行动作而发出热;绝缘金属构件,安装有发热元件,使发热元件的热散去;以及密封构件,将发热元件和绝缘金属构件进行密封。

绝缘金属构件层叠有:第一金属部,安装有发热元件;第二金属部,一部分从密封构件暴露;以及绝缘部,被夹在第一金属部与第二金属部之间,使第一金属部与第二金属部之间绝缘。

第二金属部具有:中央部;以及周边部,是包围中央部的部位,厚度比中央部薄且被密封构件密封。第二金属部具有:与绝缘部对置地紧贴的一面;一面的相反面中的与中央部对应的区域从密封构件暴露的暴露面。第二金属部在中央部的周围具有比将一面的端部与暴露面的端部以最短距离连接的虚拟直线凹陷的部位。

由于第二金属部与密封构件之间的线膨胀系数差而还有可能密封构件从第二金属部剥离。密封构件在从第二金属部剥离的情况下,从自身与第二金属部之间的边界部开始剥离。也就是说,边界部成为密封构件与第二金属部之间的剥离的起点。此外,边界部是密封构件与第二金属部之间的界面中的、暴露面侧的端部。

然而,第二金属部具有作为包围中央部的部位的、厚度比中央部薄且被密封构件密封的周边部,在中央部的周围形成有比虚拟直线凹陷的部位。因此,即使密封构件开始从边界部剥离,剥离也容易在到达凹陷的部位的一部分时暂且停止。因此,即使密封构件开始从边界部剥离,也能够抑制剥离进展至第一金属部。

并且,若剥离在到达凹陷的部位的一部分时停止,则密封构件剥离时的应力难以施加到绝缘部。因而,能够抑制由于来自密封构件的应力而在绝缘部产生龟裂等。因此,能够确保绝缘部的绝缘性。

附图说明

关于本公开的上述目的及其它目的、特征、优点通过参照附图并下述的详细记述,会变得更明确。

图1是表示实施方式中的电子装置的概要结构的剖面图。

图2是表示实施方式中的电子装置的概要结构的基板侧透视图。

图3是表示实施方式中的电子装置的概要结构的背面侧透视图。

图4是表示实施方式中的第二金属部的概要结构的局部剖面图。

图5是表示变形例1中的第二金属部的概要结构的局部剖面图。

图6是表示变形例2中的第二金属部的概要结构的局部剖面图。

图7是表示变形例3中的第二金属部的概要结构的局部剖面图。

图8是表示变形例4中的第二金属部的概要结构的局部剖面图。

图9是表示变形例5中的电子装置的概要结构的剖面图。

图10是表示变形例5中的电子装置的概要结构的背面侧透视图。

具体实施方式

下面,参照附图来说明多个方式。在各方式中,存在对与在前的方式中说明的事项对应的部分附加相同的参照符号来省略重复的说明的情况。在各方式中仅说明结构的一部分的情况下,关于结构的其它部分,能够参照并应用之前说明的其它方式。

如图1所示,电子装置10构成为具备半导体元件1、电路基板7、模制树脂8、绝缘金属构件等。电子装置10例如能够应用于电力变换装置。

半导体元件1是进行动作而发出热的元件,相当于发热元件,可以采用MOSFET、IGBT、逆导型IGBT等。半导体元件1例如能够采用主要由Si构成的元件、主要由SiC构成的元件、主要由GaN构成的元件等。半导体元件1在一面形成有栅电极和发射电极,在相反面形成有集电极。该集电极相比于栅电极、发射电极而言面积大。此处的面积是指半导体元件1中的沿着栅电极、发射电极的形成面、集电极的形成面的面的面积。

此外,半导体元件1例如以裸片(Bare chip)状态安装于电路基板7。将该半导体元件1也能够改称为功率元件。另外,半导体元件1也能够采用在一面形成有栅电极和发射电极、在相反面形成有集电极的元件。

半导体元件1经由接合材料6而安装于电路基板7。详细地说,半导体元件1中栅电极和发射电极各自经由接合材料6而与电路基板7电性及机械性地连接。另外,半导体元件1经由接合材料2而安装于绝缘金属构件。半导体元件1中集电极经由接合材料2而与绝缘金属构件的第一金属部3电性及机械性地连接。这样,半导体元件1以对第一金属部3的安装面的相反面与电路基板7对置的状态安装于电路基板7。此外,接合材料2、6是焊料、银膏、金属烧结体等导电性接合材料。

电路基板7是在树脂、陶瓷等绝缘基材上利用Cu等导体图案形成连接盘(Land)、布线而成的,电路基板7安装有半导体元件1,与半导体元件1电连接。另外,电路基板7也能够采用隔着绝缘基材层叠了导体图案的层叠基板。并且,电路基板7也能够采用引线框架。引线框架例如能够采用主要由Cu构成的引线框架、主要由Al构成的引线框架、主要由Fe构成的引线框架等。如上所述,电子装置10通过使电路基板7与半导体元件1电连接,能够将所需的电路布线的大部分形成在电路基板7上,能够使第一金属部3成为使散热性优先的形状。

模制树脂8相当于密封构件。模制树脂8是例如以环氧树脂等为主成分来构成的,能够通过压制成型、传递成型等形成。模制树脂8将半导体元件1和绝缘金属构件进行密封。并且,模制树脂8还覆盖电路基板7中的安装有半导体元件1的安装面、接合材料2、6。也就是说,模制树脂8紧贴在半导体元件1、电路基板7的安装面、接合材料2、6、绝缘金属构件且覆盖它们。此外,绝缘金属构件的一部分从模制树脂8暴露,对此在后面说明。因此,模制树脂8形成为覆盖绝缘金属构件的一部分。

绝缘金属构件构成为具备第一金属部3、绝缘部4、第二金属部5。详细地说,在绝缘金属构件中,层叠有安装有半导体元件1的第一金属部3、一部分从模制树脂8暴露的第二金属部5以及被夹在第一金属部3与第二金属部5之间的绝缘部4。另外,如图1所示,绝缘金属构件从半导体元件1侧起按第一金属部3、绝缘部4、第二金属部5的顺序进行层叠。绝缘金属构件如上所述那样安装有半导体元件1,是使从半导体元件1发出的热散去的构件。因此,绝缘金属构件作为半导体元件1用的散热片发挥功能。

第一金属部3是用于将半导体元件1的热一边扩散一边向外部散去的散热片。第一金属部3能够采用分别以Cu、Al、Mo、Fe为主成分来构成的金属部、由它们的复合材料构成的金属部。在本实施方式中,作为一例,采用以Cu为主成分来构成的第一金属部3。如图2所示,半导体元件1与第一金属部3对置配置。而且,半导体元件1的集电极经由接合材料2电连接至第一金属部3。另外,第一金属部3在安装有半导体元件1的面的相反面紧贴有绝缘部4。

如图1、图2所示,第一金属部3是长方体形状的块体,具有平板形状。因此,第一金属部3的与绝缘部4对置的面呈矩形形状。然而,第一金属部3的形状不限定于此。第一金属部3例如也能够采用具有圆柱形状的金属部。此外,虽然省略图示,但是第一金属部3中也可以设置有用于将电子装置10与外部设备进行电连接的外部连接用端子。

绝缘部4是用于使第一金属部3与第二金属部5之间电绝缘、且将第一金属部3的热传至第二金属部5的构件。也就是说,绝缘部4是用于使电连接有半导体元件1的集电极的第一金属部3与一部分从模制树脂8暴露的第二金属部5之间绝缘、且将从半导体元件1传至第一金属部3的热传至第二金属部5的构件。因此,优选将绝缘部4设为具有高的热导性和绝缘性的高散热绝缘树脂层。绝缘部4例如能够采用环氧系的树脂与陶瓷填料的复合材料等。绝缘部4中例如与第一金属部3对置的面以及与第二金属部5对置的面呈矩形形状。然而,本绝缘部4的形状不限定于此。绝缘部4例如也能够采用圆形等。另外,绝缘部4分别紧贴在第一金属部3和第二金属部5,因此,优选具有与第一金属部3中的与绝缘部4对置的面的形状、第二金属部5中的与绝缘部4对置的面的形状同样的形状。

此外,在本实施方式中,采用了绝缘部4中的与第一金属部3对置的面的面积与第一金属部3中的安装有半导体元件1的面的相反面的面积相同的例子。并且,在本实施方式中,采用了绝缘部4中的与一面S1对置的面的面积与一面S1的面积相同的例子。

另外,优选的是,绝缘部4被设置成紧贴在第一金属部3中的安装有半导体元件1的面的相反面的整个区域以及后面说明的第二金属部5的一面S1的整个区域。由此,绝缘部4能够高效地进行从第一金属部3向第二金属部5的热传递。

第二金属部5是用于将半导体元件1的热一边扩散一边向外部散去的散热片。第二金属部5能够采用分别以Cu、Al、Mo、Fe为主成分来构成的金属部、由它们的复合材料构成的金属部。在本实施方式中,作为一例,采用以Cu为主成分来构成的第二金属部5。

如图1、图2所示,第二金属部5具有中央部51以及作为包围中央部51的部位的、厚度比中央部51薄的周边部52。第二金属部5的厚度是指第一金属部3、绝缘部4、第二金属部5的层叠方向上的厚度。下面,将第一金属部3、绝缘部4、第二金属部5的层叠方向还简单地记载为层叠方向。

在第二金属部5中,自身的一面S1与绝缘部4对置且与绝缘部4紧贴,一面S1的相反面中的一部分从模制树脂8暴露。另外,第二金属部的一面S1紧贴在绝缘部4中的与一面S1对置的面的整个区域。也就是说,绝缘部4中与一面S1对置的面的整个区域被第二金属部5所覆盖。因此,与仅在绝缘部4的一部分紧贴有一面S1的情况相比,电子装置10能够提高绝缘部4与第二金属部5之间的紧贴性,能够使热传递良好。然而,不限定于此,一面S1只要紧贴在绝缘部4的至少一部分即可。此外,在本实施方式中,采用了一面S1的面积与绝缘部4中的与一面S1对置的面的面积相同的例子。另外,在本实施方式中,采用了第一金属部3和绝缘部4中彼此对置的面的面积也相同的例子。

另外,中央部51中的与绝缘部4对置的面以及周边部52中的与绝缘部4对置的面相当于一面S1,形成为同一面。该一面S1呈矩形形状。也就是说,图3的表示周边部52的虚线可视为指一面S1。然而,不限定于此,一面S1例如也能够采用具有圆形的面。

另外,例如如图3所示,在第二金属部5中以成为一面S1的各边与后面说明的暴露面S2的各边平行的位置关系的方式设置有中央部51和周边部52。此外,下面,将第二金属部5中的一面S1的相反面还简单地记载为第二金属部5的相反面。

中央部51是长方体形状的部位,如图1、图3所示,自身的相反面形成从模制树脂8暴露的暴露面S2。也就是说,暴露面S2是第二金属部5的相反面中的与中央部51对应的区域。暴露面S2如图3所示那样呈矩形形状。然而,不限定于此,中央部51例如也能够采用圆柱形状的部位。另外,暴露面S2例如也能够采用具有圆形的面。也就是说,暴露面S2呈与中央部51的形状对应的形状。

另外,如图1、图4所示,暴露面S2与自身的周围的模制树脂8的表面形成为同一面。因此,在电子装置10中,模制树脂8的一部分与暴露面S2形成为同一面。

如图1、图3等所示,周边部52被模制树脂8所覆盖。也就是说,第二金属部5的相反面中的与周边部52对应的区域被模制树脂8所覆盖。周边部52是从中央部51的侧壁的整周突出的部位,也能够改称为凸边部、凸缘部。另外,周边部52遍及中央部51的整周地包围,因此还能够改称为环状部。并且,第二金属部5也可以说成在暴露面S2的周围设置有比暴露面S2凹陷的周边部52。

暴露面S2是第二金属部5的相反面中的与中央部51对应的区域。另一方面,一面S1是由中央部51中的与绝缘部4对置的面以及周边部52中的与绝缘部4对置的面构成的区域。因此,一面S1的面积比暴露面S2的面积大。

另外,如图4所示,第二金属部5在中央部51的周围形成有比将一面S1的端部与暴露面S2的端部以最短距离连接的虚拟直线P1凹陷的部位。在电子装置10中,中央部51与周边部52之间的角部53包含在比虚拟直线P1凹陷的部位。也就是说,电子装置10在沿着虚拟直线P1向层叠方向切断的截面中形成有比虚拟直线P1凹陷的部位。

这样构成的电子装置10由于第二金属部5与模制树脂8之间的线膨胀系数差而还有可能模制树脂8从第二金属部5剥离。模制树脂8在从第二金属部5剥离的情况下,从自身与第二金属部5之间的边界部b1开始剥离。也就是说,边界部b1成为模制树脂8与第二金属部5之间的剥离的起点。

然而,在本实施方式中,具有作为包围中央部51的部位的、厚度比中央部51薄且被模制树脂8密封的周边部52,在中央部51的周围形成有比虚拟直线P1凹陷的部位。因此,在电子装置10中,即使模制树脂8开始从边界部b1剥离,剥离也容易在到达比虚拟直线P1凹陷的部位的一部分时暂且停止。在本实施方式中,作为比虚拟直线P1凹陷的部位的一部分,形成有角部53。因此,模制树脂8的剥离容易在角部53处暂且停止。这样,在电子装置10中,即使模制树脂8开始从边界部b1剥离,也能够抑制剥离进展。也就是说,电子装置10能够抑制模制树脂8的剥离到达第一金属部3、绝缘部4。

并且,在电子装置10中,若剥离在角部53处暂且停止,则模制树脂8剥离时的应力难以施加到绝缘部4。也就是说,因模制树脂8的收缩引起的应力虽然会施加到第二金属部5,但是难以施加到绝缘部4。因而,电子装置10能够抑制由于来自模制树脂8的应力而在绝缘部4中产生龟裂。因此,电子装置10能够确保绝缘部4的绝缘性。另外,电子装置10由于能够抑制产生龟裂,因此能够防止在模制树脂8剥离的区域暴露出与半导体元件1电连接的第一金属部3。换言之,电子装置10具备绝缘可靠性高的绝缘金属构件。

以上说明了实施方式。然而,丝毫不被上述的实施方式所限制,在不脱离本公开的宗旨的范围内能够进行各种变形。下面,说明变形例1~4。上述实施方式以及变形例1~4还能够各自单独地实施,但是也能够适当组合来实施。本公开不限定于在实施方式中示出的组合,能够通过各种组合来实施。

(变形例1)

使用图5来说明变形例1的电子装置。在此,主要说明与上述实施方式不同的点。而且,关于与上述实施方式相同的点,附加与上述实施方式相同的符号等来省略说明。在变形例1的电子装置中,绝缘金属构件中的第二金属部5a的结构不同于上述实施方式。此外,第二金属部5a的中央部51a与中央部51相同,但是改变了符号。

如图5所示,周边部52a与周边部52同样地,被模制树脂8密封。另外,第二金属部5a与第二金属部5同样地,一面S1的面积大于暴露面S2的面积。此外,第二金属部5a能够使用与第二金属部5同样的材料。

第二金属部5a中周边部52a的形状不同于第二金属部5。换言之,第二金属部5a中侧壁的形状不同于第二金属部5。周边部52a呈相对于暴露面S2以两阶段倾斜的形状。而且,在周边部52a中,暴露面S2侧的倾斜相比于绝缘部4侧的倾斜而言与暴露面S2形成的角小。换言之,周边部52a从暴露面S2侧起形成有第一倾斜部和第二倾斜部。第一倾斜部与暴露面S2形成的角小于第二倾斜部与暴露面S2形成的角。由此,第二金属部5a与第二金属部5同样地,在中央部51a的周围形成有比虚拟直线P1凹陷的部位。在第二金属部5a中,例如第一倾斜部与第二倾斜部之间的中间部53a包含在比虚拟直线P1凹陷的部位。

在变形例1的电子装置中,即使模制树脂8开始从边界部b1剥离,剥离也容易在到达中间部53a时暂且停止。因此,变形例1的电子装置能够起到与电子装置10同样的效果。

另外,能够通过蚀刻来形成第二金属部5a。在通过蚀刻来形成第二金属部5a时,由于周边部52a倾斜,因此相比于第二金属部5而言容易形成。

(变形例2)

使用图6来说明变形例2的电子装置。在此,主要说明与上述实施方式不同的点。而且,关于与上述实施方式相同的点,附加与上述实施方式相同的符号等来省略说明。在变形例2的电子装置中,绝缘金属构件中的第二金属部5b的结构不同于上述实施方式。此外,第二金属部5b的中央部51b与中央部51相同,但是改变了符号。

如图6所示,周边部52b与周边部52同样地,被模制树脂8密封。另外,第二金属部5b与第二金属部5同样地,一面S1的面积大于暴露面S2的面积。此外,第二金属部5b能够使用与第二金属部5同样的材料。

第二金属部5b中周边部52b的形状不同于第二金属部5。换言之,第二金属部5b中侧壁的形状不同于第二金属部5。周边部52b从暴露面S2的端部到一面S1的端部呈曲面形状。另外,第二金属部5b中与暴露面S2平行的截面的面积随着从暴露面S2去向一面S1而逐渐变大。由此,第二金属部5b与第二金属部5同样地,在中央部51b的周围形成有比虚拟直线P1凹陷的部位。在第二金属部5b中,例如周边部52b的中间地点53b等包含在比虚拟直线P1凹陷的部位。

在变形例2的电子装置中,即使模制树脂8开始从边界部b1剥离,剥离也容易在到达周边部52b的中间地点53b时暂且停止。因此,变形例2的电子装置能够起到与电子装置10同样的效果。

另外,能够通过蚀刻来形成第二金属部5b。在通过蚀刻来形成第二金属部5b时,由于周边部52b呈曲面形状,因此相比于第二金属部5而言容易形成。

(变形例3)

使用图7来说明变形例3的电子装置。在此,主要说明与上述实施方式不同的点。而且,关于与上述实施方式相同的点,附加与上述实施方式相同的符号等来省略说明。在变形例3的电子装置中,绝缘金属构件中的第二金属部5c的结构不同于上述实施方式。此外,第二金属部5c的中央部51c与中央部51相同,但是改变了符号。

如图7所示,周边部52c与周边部52同样地,被模制树脂8密封。另外,第二金属部5c与第二金属部5同样地,一面S1的面积大于暴露面S2的面积。此外,第二金属部5c能够使用与第二金属部5同样的材料。

第二金属部5c中周边部52c的形状不同于第二金属部5。换言之,第二金属部5c中侧壁的形状不同于第二金属部5。周边部52c相对于暴露面S2倾斜,且在倾斜的中途形成有凹部53c。另外,周边部52c与暴露面S2形成的角大于90度。这样,第二金属部5c与第二金属部5同样地,在中央部51c的周围形成有比虚拟直线P1凹陷的部位即凹部53c。

在变形例3的电子装置中,即使模制树脂8开始从边界部b1剥离,剥离也容易在到达周边部52b的凹部53c时暂且停止。因此,变形例3的电子装置能够起到与电子装置10同样的效果。并且,电子装置10在周边部52b处形成有凹部,因此能够更进一步抑制模制树脂8的剥离。

(变形例4)

使用图8来说明变形例4的电子装置。在此,主要说明与上述实施方式不同的点。而且,关于与上述实施方式相同的点,附加与上述实施方式相同的符号等来省略说明。在变形例4的电子装置中,绝缘金属构件中的第二金属部5d的结构不同于上述实施方式。此外,第二金属部5d的中央部51d与中央部51相同,但是改变了符号。

如图8所示,周边部52d与周边部52同样地,被模制树脂8密封。另外,第二金属部5d与第二金属部5同样地,一面S1的面积大于暴露面S2的面积。此外,第二金属部5d能够使用与第二金属部5同样的材料。

周边部52d具有粗糙面形状。换言之,周边部52d的表面呈凹凸形状。变形例4的电子装置能够起到与电子装置10同样的效果。并且,在变形例4的电子装置中,周边部52d呈粗糙面形状,因此相比于周边部52而言与模制树脂8的接触面积大,从而能够更进一步抑制剥离。

(变形例5)

使用图9、图10来说明变形例5的电子装置10a。在此,主要说明与上述实施方式不同的点。而且,关于与上述实施方式相同的点,附加与上述实施方式相同的符号等来省略说明。在电子装置10a中,绝缘金属构件中的第一金属部3a和绝缘部4a的结构不同于上述实施方式。

如图9、图10所示,在电子装置10a中,绝缘部4a中的与一面S1对置的面的面积大于一面S1的面积。另外,在电子装置10a中,绝缘部4a中的与第一金属部3a对置的面的面积与第一金属部3a中的安装有半导体元件1的面的相反面的面积相同。此外,第一金属部3a能够使用与第一金属部3同样的材料。绝缘部4a能够使用与绝缘部4同样的材料。该电子装置10a能够起到与电子装置10同样的效果。



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