專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體模塊的制造方法、半導(dǎo)體模塊以及制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝了半導(dǎo)體元件的電極層與冷卻器夾著絕緣粘接層被組裝在一起而成的半導(dǎo)體模塊及其制造方法。本發(fā)明更詳細(xì)地涉及降低該絕緣粘接層的剝離的半導(dǎo)體模塊的制造方法以及制造裝置。
背景技術(shù)：
在混合動(dòng)力汽車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)等上載置的高耐壓和大電流用的電源模塊在半導(dǎo)體元件工作時(shí)自身發(fā)熱量很大。由于該原因，車(chē)載用電源模塊需要具備具有高散熱性的冷卻構(gòu)造。作為具備冷卻構(gòu)造的電源模塊，例如，已知在具有冷卻介質(zhì)流路的冷卻器上層疊有絕緣樹(shù)脂片材、作為電極發(fā)揮功能的金屬層、半導(dǎo)體元件的電源模塊。半導(dǎo)體元件通過(guò)焊料被固定在金屬層上，金屬層和冷卻器通過(guò)絕緣樹(shù)脂片材被粘接。在這樣的電源模塊中，從 半導(dǎo)體元件發(fā)出的熱經(jīng)由熱傳導(dǎo)性優(yōu)良的金屬層和薄層的絕緣樹(shù)脂片材而被冷卻器被高效地散熱。另外，作為用于將電子部件焊接在電子電路基板上的裝置，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了通過(guò)加熱、熔化、冷卻焊料而將電子部件安裝在電子電路基板上的回流裝置。在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了 在該回流裝置中，使具有多個(gè)開(kāi)口部的熱遮蔽部件介于遠(yuǎn)紅外線加熱器和被處理基板之間，從而局部地調(diào)整電子電路基板面內(nèi)的加熱溫度。在先技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)2003-332727號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題然而，在所述的以往的半導(dǎo)體模塊中存在如下的問(wèn)題。即，如果金屬層和冷卻器的熱膨脹率(線膨脹系數(shù))存在差異，則有可能由于該熱膨脹率差而發(fā)生絕緣樹(shù)脂片材的剝離。例如，在所述的以往的電源模塊中，在金屬層由銅制成而冷卻器由鋁制成的情況下，銅的線膨脹系數(shù)約為17X10_6/K，鋁的線膨脹系數(shù)約為24X10_6/K，因此在進(jìn)行焊接時(shí)的高溫環(huán)境下熱膨脹量會(huì)產(chǎn)生差異。因此，在絕緣樹(shù)脂片材中產(chǎn)生剪切應(yīng)力，其結(jié)果是，發(fā)生剝離。在如專(zhuān)利文獻(xiàn)I中所示的回流裝置那樣局部地調(diào)節(jié)電子電路基板面內(nèi)的加熱溫度的情況下，也有可能發(fā)生這種剝離。由這種剝離產(chǎn)生的間隙有可能使作為絕緣粘接層發(fā)揮功能的絕緣樹(shù)脂片材與金屬層(或者冷卻器)的粘接面積減少?gòu)亩闺娫茨K的散熱能力下降。本發(fā)明是為了解決所述的以往的半導(dǎo)體模塊具有問(wèn)題點(diǎn)而作出的。即，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題是提供減少向絕緣粘接層的應(yīng)力集中并抑制絕緣樹(shù)脂層的剝離的半導(dǎo)體模塊的制造方法。用于解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)手段一種以解決該技術(shù)問(wèn)題為目的而作出的半導(dǎo)體模塊的制造方法，所述半導(dǎo)體模塊包括半導(dǎo)體元件；金屬層，半導(dǎo)體元件被安裝在所述金屬層上；冷卻器，所述冷卻器由具有與金屬層不同的熱膨脹率的原料構(gòu)成；以及絕緣粘接層，所述絕緣粘接層將金屬層和冷卻器粘接并且使金屬層和冷卻器電絕緣，所述半導(dǎo)體模塊的制造方法的特征在于，包括安裝工序，在所述安裝工序中，對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱，使得金屬層和冷卻器中的熱膨脹率較低的部件即低熱膨脹部件的溫度比金屬層和冷卻器中的熱膨脹率較高的部件即高熱膨脹部件的溫度高，在被加熱體中，金屬層和冷卻器通過(guò)絕緣粘接層被粘接在一起而一體化，并且半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料被載置在金屬層上。在上述的半導(dǎo)體模塊的制造方法中，準(zhǔn)備具有彼此不同的熱膨脹率(線膨脹系數(shù))的金屬層和冷卻器通過(guò)絕緣粘接層被粘接在一起并且半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料被載置在 金屬層上的被加熱體(工件)。然后，對(duì)該被加熱體進(jìn)行加熱使焊料熔化從而將半導(dǎo)體元件安裝在金屬層上。在該被加熱體被加熱時(shí)，在將金屬層和冷卻部中的熱膨脹率較低的部件作為低熱膨脹部件、將金屬層和冷卻部中的熱膨脹率較高的部件作為高熱膨脹部件的情況下，以使低熱膨脹部件的溫度比高熱膨脹部件的溫度高的方式，對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱。具體地，將金屬層加熱至焊料的熔融溫度，并且以使冷卻器的熱膨脹量與金屬層的熱膨脹量大致相等的方式對(duì)冷卻器進(jìn)行加熱。即，如果冷卻器為高熱膨脹部件，則對(duì)冷卻器進(jìn)行加熱使冷卻器的溫度低于金屬層的溫度。另一方面，如果冷卻器為低熱膨脹部件，則對(duì)冷卻器進(jìn)行加熱使冷卻器的溫度高于金屬層的溫度。即，在上述的半導(dǎo)體模塊的制造方法中，為了使金屬層和冷卻器的熱膨脹量一致，以在金屬層和冷卻器之間設(shè)置溫度差的方式進(jìn)行加熱。如此，與像以往那樣將金屬層和冷卻器加熱到大致相等的溫度的情況相比，在絕緣粘接層中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力減小，其結(jié)果是，能夠期待絕緣粘接層的剝離得到抑制。并且，在上述的安裝工序中，可以通過(guò)從被加熱體的高度方向的上側(cè)對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱的第一加熱部件和從被加熱體的高度方向的下側(cè)對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱的第二加熱部件從兩側(cè)對(duì)被加熱部件進(jìn)行加熱，并且以使高熱膨脹部件和低熱膨脹部件的熱膨脹量大致相等的方式對(duì)第一加熱部件和第二加熱部件中的至少一者進(jìn)行控制。通過(guò)從被加熱體的高度方向的兩側(cè)對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱并且對(duì)至少一者的加熱部件進(jìn)行溫度控制，能夠以高精度形成溫度差。并且，在上述的安裝工序中，可以通過(guò)輻射加熱式加熱單元從被加熱體的高度方向的半導(dǎo)體元件側(cè)對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱，并且可以在加熱單元對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱的期間在冷卻器的至少半導(dǎo)體元件側(cè)的表面上配置遮蔽來(lái)自加熱單元的輻射線的遮蔽部件。通過(guò)如該構(gòu)成那樣使用遮蔽部件覆蓋冷卻器的上側(cè)表面(露出部分)來(lái)限制冷卻器的加熱，容易形成冷卻器的金屬層之間的溫度差。并且，在上述的安裝工序中，可以一邊冷卻高熱膨脹部件一邊加熱被加熱體。作為冷卻單元，例如可使用吹氣槍或冷卻板。通過(guò)使用這樣的冷卻單元對(duì)高熱膨脹部件進(jìn)行冷卻，更容易形成溫度差。并且，作為其他的實(shí)施方式，本發(fā)明包括以下的半導(dǎo)體模塊，所述半導(dǎo)體模塊的特征在于，包括半導(dǎo)體元件；金屬層，通過(guò)焊料將半導(dǎo)體元件安裝在所述金屬層上；冷卻器，所述冷卻器由具有比金屬層高的熱膨脹率的原料構(gòu)成；絕緣粘接層，所述絕緣粘接層將金屬層和冷卻器粘接在一起，并且使金屬層和冷卻器電絕緣；以及遮蔽膜，所述遮蔽膜與金屬層電氣絕緣，覆蓋冷卻器的半導(dǎo)體元件側(cè)的表面，并遮蔽輻射線。并且，作為其他的實(shí)施方式，本發(fā)明包括以下的半導(dǎo)體模塊的制造裝置，所述半導(dǎo)體模塊包括半導(dǎo)體元件；金屬層，半導(dǎo)體元件被安裝在所述金屬層上；冷卻器，所述冷卻器由具有與金屬層不同的熱膨脹率的原料構(gòu)成；以及絕緣粘接層，所述絕緣粘接層將金屬層和冷卻器粘接在一起，并且使金屬層和冷卻器電絕緣，所述半導(dǎo)體模塊的制造裝置的特征在于，包括加熱室，所述加熱室容納被加熱體，在所述被加熱體中，金屬層和冷卻器通過(guò)絕緣粘接層被粘接在一起而一體化，并且半導(dǎo)體元件經(jīng)由焊料被載置在金屬層上；以及加熱單元，所述加熱單元對(duì)被加熱體進(jìn)行加熱，使得金屬層和冷卻器中的熱膨脹率較低的部件即低熱膨脹部件的溫度比金屬層和冷卻器中的熱膨脹率較高的部件即高熱膨脹部件的溫度高。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了減小向絕緣樹(shù)脂層的熱應(yīng)力并且抑制絕緣樹(shù)脂層的剝離的半導(dǎo)體模塊的制造方法。


圖I是示出實(shí)施方式涉及的電源模塊的構(gòu)成的圖；圖2是示出實(shí)施方式涉及的回流爐的構(gòu)成的圖；圖3是示出被加熱體的溫度與被加熱體的熱膨脹量的關(guān)系的圖；圖4是示出應(yīng)用例涉及的電源模塊的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明涉及的裝置具體化后的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。在以下的實(shí)施方式中，將本發(fā)明用作混合動(dòng)力汽車(chē)用的智能電源模塊。[第一實(shí)施方式][電源模塊的構(gòu)成]如圖I所示，本實(shí)施方式的電源模塊100包括作為發(fā)熱體的半導(dǎo)體元件10 ;金屬層20，半導(dǎo)體元件10被安裝在金屬層20上；在內(nèi)部包括冷卻介質(zhì)流路的冷卻器30 ;使金屬層20和冷卻器30絕緣并將兩者接合的絕緣樹(shù)脂片材40 ;以及被固定在冷卻器30上并保持匯流條61的匯流條殼體60。電源模塊100經(jīng)由絕緣樹(shù)脂片材40向冷卻器30排放在半導(dǎo)體元件10中產(chǎn)生的熱。電源模塊100如圖I所示在冷卻器30上層疊有絕緣樹(shù)脂片材40、金屬層20、以及半導(dǎo)體元件10。在本說(shuō)明書(shū)中，將該層疊方向作為高度方向、將該高度方向上半導(dǎo)體元件10側(cè)作為上側(cè)、將該高度方向上冷卻器30側(cè)作為下側(cè)進(jìn)行說(shuō)明。半導(dǎo)體元件10是構(gòu)成逆變電路的IGBT等的元件，并且通過(guò)接合線13與匯流條殼體60的匯流條61電連接。半導(dǎo)體元件10被安裝在金屬層20上，并通過(guò)焊料15被固定在金屬層20上。另外，車(chē)載用的電源模塊中安裝有多個(gè)半導(dǎo)體元件，但在本說(shuō)明書(shū)中為了簡(jiǎn)化說(shuō)明而概略地示出。金屬層20是安裝半導(dǎo)體元件10的基板。金屬層20兼具有作為電極的功能以及作為排放來(lái)自半導(dǎo)體元件10的熱量的散熱板的功能。因此，對(duì)于金屬層20，利用的是熱傳導(dǎo)率和電傳導(dǎo)率很高的物質(zhì)。另外，在本實(shí)施方式中，使用厚度為2mm 3mm的銅(Cu)作
為金屬層。絕緣樹(shù)脂片材40是將冷卻器30和金屬層20接合的粘接片材。另外，絕緣樹(shù)脂片材40兼具使冷卻器30和金屬層20電絕緣的功能。因此，對(duì)于絕緣樹(shù)脂片材40，利用具有粘接功能和絕緣功能的物質(zhì)。另外，在本實(shí)施方式中，使用厚度約為200i!m的環(huán)氧系的熱硬化性樹(shù)脂作為絕緣樹(shù)脂片材40。冷卻器30具有將輥軋薄板成形為波狀的散熱片、以及夾持散熱片而將散熱片固定的頂板和底板。構(gòu)成冷卻器30的各部件由具有很高的熱傳導(dǎo)性并且重量很輕的鋁(Al)形成。由頂板、底板以及散熱片劃分的中空部構(gòu)成冷卻介質(zhì)流路?？墒褂靡后w和氣體中的 任一者作為冷卻介質(zhì)。為了將來(lái)自半導(dǎo)體元件10的熱高效地傳遞至冷卻器30，冷卻器30通過(guò)焊料被一體地接合。作為焊料，可使用Al-Si系合金、Al-Si-Mg系合金等的鋁焊料。另夕卜，冷卻器30的方式僅是一個(gè)例子，而不限于此。在本方式中，由銅構(gòu)成的金屬層20的線膨脹系數(shù)約為17X10_6/K，由鋁構(gòu)成的冷卻器30的線膨脹系數(shù)約為24X10_6/K。即，金屬層20和冷卻器30的線膨脹系數(shù)(熱膨脹率)存在差異，冷卻器30比金屬層20更容易膨脹。[回流爐]接著，對(duì)進(jìn)行電源模塊100的半導(dǎo)體元件10的安裝的回流爐進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，本實(shí)施方式的回流爐200包括容納工件I的加熱室201 ;位于加熱室201的上面?zhèn)炔⑸涑鲚椛渚€從而對(duì)工件I進(jìn)行加熱的輻射加熱式的加熱器202 ;位于加熱室201的下面?zhèn)?、放置工件I并對(duì)工件I進(jìn)行加熱的電熱板203 ;抑制來(lái)自加熱器202的輻射線通過(guò)的遮蔽板204、205 ;以及向加熱室201內(nèi)噴射冷卻風(fēng)的吹氣槍206。本實(shí)施方式中所說(shuō)的工件I是半導(dǎo)體元件10被焊接接合之前的電源模塊100。即，工件I例如是半導(dǎo)體元件10被放置于在金屬層20上印刷的膏狀焊料上的狀態(tài)的工件。另夕卜，工件I是金屬層20和冷卻器30通過(guò)絕緣樹(shù)脂片材40被粘接在一起的狀態(tài)的工件。在回流爐200中，如圖2所示，將工件I放置在電熱板203上。然后，通過(guò)來(lái)自電熱板203的熱從下側(cè)對(duì)工件I進(jìn)行加熱。并且，將工件I配置在加熱器202的下方。然后，通過(guò)來(lái)自加熱器202的輻射線從上側(cè)對(duì)工件I進(jìn)行加熱。即，回流爐200能夠從其高度方向的上側(cè)和下側(cè)這兩側(cè)對(duì)工件I進(jìn)行加熱。遮蔽板204、205被可自由移動(dòng)地設(shè)置在加熱室201內(nèi)。然后，在工件I被加熱時(shí)，遮蔽板204覆蓋冷卻器30和絕緣樹(shù)脂片材40的上表面(特別是露出的部分)，遮蔽板205覆蓋半導(dǎo)體元件10的上表面。即，從高度方向的上側(cè)觀察工件I，遮蔽板204、205覆蓋工件I的金屬層20以外的部分。遮蔽板204、205只要是反射來(lái)自加熱器202的輻射線并抑制該輻射線的通過(guò)的物質(zhì)即可。在本實(shí)施方式中，使用在表面實(shí)施了鍍銅的鋼板作為遮蔽板。并且，如圖2所示，遮蔽板204具有覆蓋冷卻器30的上表面的遮蔽部214、以及覆蓋絕緣樹(shù)脂片材40的上表面的遮蔽部224，并且被加工為遮蔽部214、224 —體化的形狀。另外，遮蔽板204的遮蔽部214和遮蔽板204的遮蔽部224也可以分體設(shè)置。并且，遮蔽板204、205例如可以是具有多個(gè)部分并且各部分被組合而遮蔽工件I的必要場(chǎng)所的板，也可以是在一張板上切除工件的非覆蓋部分(在本實(shí)施方式中，是金屬層20的部分)后的板。吹氣槍206被可自由移動(dòng)地設(shè)置在加熱室201內(nèi)。然后，吹氣槍206朝向冷卻器30的難以通過(guò)遮蔽板204遮蔽的場(chǎng)所射出冷卻風(fēng)，而對(duì)冷卻器30的表面進(jìn)行冷卻。另外，在不需要通過(guò)吹氣槍206對(duì)冷卻器30進(jìn)行冷卻的情況(例如，僅通過(guò)遮蔽板204、205的遮蔽就能夠?qū)崿F(xiàn)下述的溫度控制的情況)下，吹氣槍206退避到加熱室201外。[焊接步驟]接下來(lái)，對(duì)利用上述的回流爐200來(lái)進(jìn)行電源模塊100的焊接的步驟進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖2所示，將工件I配置在電熱板203上。然而，將遮蔽板204、205移動(dòng)到工件I與加熱器202之間。具體地，將遮蔽板204配置為覆蓋冷卻器30和絕緣樹(shù)脂片材 40的上表面，將遮蔽板205配置為覆蓋半導(dǎo)體元件10的上表面。接下來(lái)，開(kāi)始通過(guò)加熱器202和電熱板203進(jìn)行的加熱。具體地，至少將金屬層20加熱至焊料15的熔融溫度。此時(shí)，金屬層20未被遮蔽板204、205覆蓋，金屬層20吸收來(lái)自加熱器202的輻射線。因此，金屬層20被加熱器202加熱。當(dāng)金屬層20被加熱時(shí)，該熱傳遞到焊料15，焊料15處于熔融狀態(tài)。并且，冷卻器30或絕緣樹(shù)脂片材40由于被遮蔽板204覆蓋，因此幾乎不吸收來(lái)自加熱器202的輻射線。因此，冷卻器30或絕緣樹(shù)脂片材40幾乎不受來(lái)自加熱器202的輻射線的影響。同樣地，半導(dǎo)體元件10由于被遮蔽板205覆蓋，因此也幾乎不受來(lái)自加熱器202的輻射線的影響。另一方面，在冷卻器30側(cè)通過(guò)電熱板203加熱冷卻器30。具體地，在回流爐200中，進(jìn)行電熱板203的加熱控制使得冷卻器30的熱膨脹量(S卩，向?qū)挾确较虻臄U(kuò)展量)與金屬層20的熱膨脹量大致相等。例如，在300°C下實(shí)施焊接的情況下，以使金屬層20為300°C的方式使用加熱器202對(duì)工件I進(jìn)行輻射加熱，另一方面，在冷卻器30側(cè)以使冷卻器30為212°C的方式進(jìn)行控制。然后，在通過(guò)加熱器202和電熱板203對(duì)工件I進(jìn)行加熱的期間，連續(xù)地檢測(cè)金屬層20的溫度和冷卻器30的溫度，并且以使兩者的熱膨脹量大致相等的方式隨著金屬層20的溫度上升提高冷卻器30的溫度。S卩，以能夠維持金屬層20與冷卻器30的熱膨脹量差處于規(guī)定值以內(nèi)的狀態(tài)的方式，控制電熱板203。S卩，在該回流工序(安裝工序的一例)中，以使金屬層20和冷卻器30的熱膨脹量差處于閾值以下的方式，在金屬層20和冷卻器30中設(shè)置溫度差。如此，以使金屬層20和冷卻器30的熱膨脹量不產(chǎn)生差異的方式進(jìn)行加熱控制，因此絕緣樹(shù)脂片材40難以產(chǎn)生扭曲，應(yīng)力集中得到抑制。另外，在冷卻器30的溫度調(diào)整時(shí)，僅通過(guò)電熱板203的加熱控制進(jìn)行冷卻器30的溫度調(diào)節(jié)，但也可以利用吹氣槍206使冷卻風(fēng)接觸冷卻器30的同時(shí)進(jìn)行溫度的微調(diào)整。另夕卜，也可以取代遮蔽板204、205通過(guò)冷卻風(fēng)對(duì)冷卻器30進(jìn)行冷卻來(lái)使金屬層20和冷卻器
30具有溫度差。圖3示出了被加熱體的溫度和被加熱體的熱膨脹量的關(guān)系。在以往的實(shí)施方式中，將金屬層20的溫度和冷卻器30的溫度一起加熱至焊料15的熔融溫度(圖3中的A)。即，金屬層20的溫度和冷卻器30的溫度相等。因此，如圖3中的D所示，由于熱膨脹率差引起熱膨脹量產(chǎn)生差異。其結(jié)果是，造成絕緣樹(shù)脂片材40的剝離。另一方面，在本實(shí)施方式中，使金屬層20的溫度和冷卻器30的溫度存在差異，而使兩者的熱膨脹量相等。即，在本實(shí)施方式中，冷卻器30的熱膨脹率比金屬層20的熱膨脹率高。于是，減小冷卻器30的溫度使其低于金屬層20的溫度，從而使冷卻器30的熱膨脹量與金屬層20的熱膨脹量一致。例如，當(dāng)金屬層20為圖3中的溫度A時(shí)，對(duì)冷卻器30進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)使其變?yōu)闇囟菳，冷卻器30在溫度B的膨脹量與金屬層在溫度A的膨脹量C相等。在本實(shí)施方式中，由于熱膨脹量相等，因此絕緣樹(shù)脂片材40產(chǎn)生的扭曲很小，其結(jié)果是，絕緣樹(shù)脂片材40的剝離得到抑制。[第二實(shí)施方式][電源模塊的構(gòu)成]
在第二實(shí)施方式涉及的電源模塊110中，如圖4所示，冷卻器30的位于半導(dǎo)體元 件10側(cè)的表面中的、與絕緣樹(shù)脂片材40不接觸的部分被遮蔽膜50覆蓋。匯流條殼體60被固定在遮蔽膜50上。遮蔽膜50是反射來(lái)自加熱器202的輻射線并抑制該輻射線通過(guò)的膜，例如是Au膜。即，遮蔽膜50具有與回流爐200的遮蔽板204、205相同的功能。并且，遮蔽膜50與金屬層20不接觸，并且經(jīng)由絕緣樹(shù)脂片材40使遮蔽膜50與金屬層20電絕緣。在電源模塊110中，冷卻器30的加熱器202側(cè)的表面被遮蔽膜50覆蓋，因此加熱器202對(duì)冷卻器30的加熱不起作用。因此，與第一實(shí)施方式同樣地，可在金屬層20和冷卻器30之間設(shè)置溫度差。在電源模塊110中，在電源模塊自身上設(shè)置有遮蔽部件，因此不需要像第一實(shí)施方式那樣在回流爐上設(shè)置遮蔽板。因此，即使電源模塊的構(gòu)成發(fā)生了改變，也不需要改變回流爐的構(gòu)成。因此，回流爐的構(gòu)成與第一實(shí)施方式相比變得簡(jiǎn)化。另一方面，通過(guò)像第一實(shí)施方式那樣在回流爐上設(shè)置遮蔽板，電源模塊中不需要遮蔽膜。因此，電源模塊的部件數(shù)量可以很少。另外，對(duì)于冷卻器的制造，由于不需要覆蓋遮蔽膜的工序，因此與第二實(shí)施方式相比也變得簡(jiǎn)化。在如以上詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明的，在本實(shí)施方式的電源模塊的焊接工序中，以使金屬層20 (低熱膨脹部件)的溫度比冷卻器30 (高熱膨脹部件)的溫度高的方式，對(duì)工件I進(jìn)行加熱。具體地，將金屬層20加熱至焊料15的熔融溫度，并且以使冷卻器30的熱膨脹量與金屬層20的熱膨脹量大致相等的方式加熱冷卻器30。如此，通過(guò)以使金屬層20和冷卻器30存在溫度差的方式加熱金屬層20和冷卻器30,與以使金屬層20和冷卻器30為大致相等的溫度的方式加熱金屬層20和冷卻器30情況相比，兩者的熱膨脹量差減小。因此，在絕緣樹(shù)脂片材40中產(chǎn)生剪切應(yīng)力減小，其結(jié)果是，能夠期待絕緣樹(shù)脂片材40的剝離得到抑制。另外，本實(shí)施方式僅是示例，而絕不用于限制本發(fā)明。因此，當(dāng)然能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型。例如，在本實(shí)施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)用的智能電源模塊，但也可以將本發(fā)明應(yīng)用于在電子電路基板上安裝電子部件的一般的模塊。另外，在實(shí)施方式中，利用輻射加熱式加熱器202或電熱板203作為對(duì)工件I進(jìn)行加熱的單元，但不限于此。例如，也可以應(yīng)用熱風(fēng)、激光加熱、電弧加熱、電磁感應(yīng)加熱、電子束加熱、離子束加熱。另外，在實(shí)施方式中，利用由吹氣槍206產(chǎn)生的冷卻風(fēng)作為對(duì)工件I進(jìn)行冷卻的單元，但不限于此。例如，也可以應(yīng)用冷卻板、冷卻水、壓縮冷卻。另外，在實(shí)施方式中，使用片狀部件40作為將金屬層20和冷卻器30接合并使兩者絕緣的部件，但不限于此。例如，也可以使用板狀部件(陶瓷絕緣板等)。另外，在實(shí)施方式中，由于冷卻器30的熱膨脹率比金屬層20的熱膨脹率高，因此對(duì)冷卻器30的溫度進(jìn)行加熱調(diào)整使其低于金屬層20，但不限于此。即，在冷卻器30的熱膨脹率比金屬層20的熱膨脹率低的情況下，對(duì)冷卻器30的溫度進(jìn)行加熱調(diào)整使其高于金屬層20，從而使冷卻器30和金屬層20的熱膨脹量一致。符號(hào)說(shuō)明
I 工件(被加熱體)
10 半導(dǎo)體元件 15 焊料
20 金屬層
30 冷卻器
40 絕緣樹(shù)脂片材(絕緣粘接層)
100 電源模塊(半導(dǎo)體模塊)
200回流爐
201加熱室
202輻射加熱式加熱器
203電熱板
204遮蔽板
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體模塊的制造方法，所述半導(dǎo)體模塊包括 半導(dǎo)體元件； 金屬層，所述半導(dǎo)體元件被安裝在所述金屬層上； 冷卻器，所述冷卻器由熱膨脹率與所述金屬層不同的原料構(gòu)成；以及絕緣粘接層，所述絕緣粘接層粘接所述金屬層和所述冷卻器，并且使所述金屬層與所述冷卻器電絕緣， 所述半導(dǎo)體模塊的制造方法的特征在干， 包括安裝エ序，在所述安裝エ序中，對(duì)通過(guò)所述絕緣粘接層將所述金屬層和所述冷卻器粘接成一體、并將所述半導(dǎo)體元件隔著焊料載置在所述金屬層上的被加熱體進(jìn)行加熱，使得所述金屬層和所述冷卻器中的熱膨脹率較低的部件即低熱膨脹部件的溫度比所述金屬層和所述冷卻器中的熱膨脹率較高的部件即高熱膨脹部件的溫度高。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在干， 在所述安裝エ序中，將所述金屬層加熱至所述焊料的熔融溫度，并且以使所述冷卻器的熱膨脹量與所述金屬層的熱膨脹量大致相等的方式進(jìn)行加熱。
3.如權(quán)利要求I或2所述的半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在干， 在所述安裝エ序中，通過(guò)從所述被加熱體的高度方向上的上側(cè)對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱的第一加熱部件、和從所述被加熱體的高度方向上的下側(cè)對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱的第ニ加熱部件，從兩側(cè)對(duì)所述被加熱部件進(jìn)行加熱，并且對(duì)所述第一加熱部件和所述第二加熱部件中的至少ー者進(jìn)行控制，以使所述高熱膨脹部件和所述低熱膨脹部件的熱膨脹量大致相等。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在干， 在所述安裝エ序中，通過(guò)輻射加熱式的加熱單元從所述被加熱體的高度方向上的所述半導(dǎo)體元件側(cè)對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱，并且在所述加熱單元對(duì)被所述加熱體進(jìn)行加熱的期間，在所述冷卻器的至少所述半導(dǎo)體元件側(cè)的表面上配置遮蔽來(lái)自所述加熱單元的輻射線的遮蔽部件。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊的制造方法，其特征在干， 在所述安裝エ序中，ー邊冷卻高熱膨脹部件一邊加熱所述被加熱體。
6.一種半導(dǎo)體模塊，其特征在于，包括 半導(dǎo)體元件； 金屬層，半導(dǎo)體元件通過(guò)焊料被安裝在所述金屬層上； 冷卻器，所述冷卻器由熱膨脹率比所述金屬層高的原料構(gòu)成； 絕緣粘接層，所述絕緣粘接層粘接所述金屬層和所述冷卻器，并且使所述金屬層與所述冷卻器電絕緣；以及 遮蔽膜，所述遮蔽膜與所述金屬層電絕緣，覆蓋所述冷卻器的所述半導(dǎo)體元件側(cè)的表面，并遮蔽輻射線。
7.一種半導(dǎo)體模塊的制造裝置，所述半導(dǎo)體模塊包括 半導(dǎo)體元件； 金屬層，所述半導(dǎo)體元件被安裝在所述金屬層上； 冷卻器，所述冷卻器由熱膨脹率與所述金屬層不同的原料構(gòu)成；以及絕緣粘接層，所述絕緣粘接層粘接所述金屬層和所述冷卻器，并且使所述金屬層和所述冷卻器電絕緣， 所述半導(dǎo)體模塊的制造裝置的特征在于，包括 加熱室，所述加熱室容納通過(guò)所述絕緣粘接層將所述金屬層和所述冷卻器粘接成一體、并將所述半導(dǎo)體元件隔著焊料載置在所述金屬層上的被加熱體；以及 加熱單元，所述加熱単元對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱，使得所述金屬層和所述冷卻器中的熱膨脹率較低的部件即低熱膨脹部件的溫度比所述金屬層和所述冷卻器中的熱膨脹率較高的部件即高熱膨脹部件的溫度高。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體模塊的制造裝置，其特征在干， 所述加熱単元將所述金屬層加熱至所述焊料的熔融溫度，并且以使所述冷卻器的熱膨脹量與所述金屬層的熱膨脹量大致相等的方式進(jìn)行加熱。
9.如權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體模塊的制造裝置，其特征在干， 所述加熱單元包括 第一加熱部件，所述第一加熱部件從所述被加熱體的高度方向上的上側(cè)對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱； 第二加熱部件，所述第二加熱部件從所述被加熱體的高度方向上的下側(cè)對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱， 控制所述第一加熱部件和所述第二加熱部件中的至少ー者，以使得所述高熱膨脹部件和所述低熱膨脹部件的熱膨脹量大致相等。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊的制造裝置，其特征在干， 所述加熱單元是從所述被加熱體的高度方向上的所述半導(dǎo)體元件側(cè)對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱的輻射加熱式的加熱單元， 包括遮蔽來(lái)自所述加熱單元的輻射線的遮蔽部件， 在所述加熱単元對(duì)所述被加熱體進(jìn)行加熱的期間，在所述冷卻器的至少所述半導(dǎo)體元件側(cè)的表面上配置所述遮蔽部件。
11.如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊的制造裝置，其特征在干， 包括冷卻所述高熱膨脹部件的冷卻単元。
全文摘要
在半導(dǎo)體模塊(100)的制造方法中，通過(guò)絕緣樹(shù)脂片材(40)將具有相互不同的熱膨脹率的金屬層(20)和冷卻器(30)一體化，并且將半導(dǎo)體元件(10)經(jīng)由焊料(15)載置在金屬層(20)上的工件(1)移入回流爐(200)中。然后，在該狀態(tài)下在回流爐(200)內(nèi)加熱，從而將半導(dǎo)體元件(10)安裝在金屬層(20)上。此時(shí)，為了使冷卻器(30)的熱膨脹量與金屬層(20)的熱膨脹量相等，以在金屬層(20)和冷卻器(30)之間設(shè)置溫度差的方式對(duì)冷卻器(30)進(jìn)行加熱。
文檔編號(hào)B23K1/19GK102782836SQ20108006481
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者水野宏紀(jì) 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社