半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體模塊。根據(jù)本發(fā)明，緩和在載置半導(dǎo)體元件的層疊基板的電場強(qiáng)度。半導(dǎo)體模塊具備：層疊基板，具有絕緣板、在絕緣板的第一面設(shè)置的電路板、以及在絕緣板的位于與第一面相反一側(cè)的第二面設(shè)置的金屬板；以及布線基板，與層疊基板相向設(shè)置并具有金屬層，絕緣板被設(shè)置為比電路板的外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸，金屬層具有與電路板的外周側(cè)端部重疊的區(qū)域，并且，被設(shè)置為比電路板的外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸。
【專利說明】
半導(dǎo)體模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]在施加高電壓的半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部，半導(dǎo)體元件載置于層疊基板上。層疊基板具有由陶瓷等構(gòu)成的絕緣板、設(shè)置在絕緣板的正面的電路板、以及設(shè)置在絕緣板的背面的金屬板。在電路板上載置半導(dǎo)體元件。隨著高電壓施加于半導(dǎo)體元件，高電壓也施加于電路板。特別是，電路板的端部施加有比電路板的其它部分高的電場強(qiáng)度。以往，為了緩和在電路板的端部的電場強(qiáng)度，將陶瓷層的端部與電路板的端部的間隔設(shè)置為比陶瓷層的端部與金屬板的端部的間隔小(例如，參見專利文獻(xiàn)I)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)I:日本特開2002-270730號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]在本申請(qǐng)中，通過在施加高電壓的半導(dǎo)體模塊中采用新的構(gòu)成，使在載置半導(dǎo)體元件的電路板的電場強(qiáng)度比以往更加緩和。
[0008]技術(shù)方案
[0009]在本發(fā)明的第一形態(tài)中，提供一種半導(dǎo)體模塊，具備:層疊基板，具有絕緣板、在絕緣板的第一面設(shè)置的電路板、以及在絕緣板的位于與第一面相反一側(cè)的第二面設(shè)置的金屬板；以及布線基板，與層疊基板相向設(shè)置并具有金屬層，絕緣板被設(shè)置為比電路板的外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸，金屬層具有與電路板的外周側(cè)端部重疊的區(qū)域，并且，被設(shè)置為比電路板的外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸。
【附圖說明】
[0010]圖1是示出在第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊100的截面示意圖的圖。
[0011]圖2的(a)?(C)是用于說明在第一實(shí)施例中緩和電場強(qiáng)度的原理的圖。
[0012]圖3是示出在第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊110的截面示意圖的圖。
[0013]圖4的(a)和(b)是用于說明在第二實(shí)施例中緩和電場強(qiáng)度的原理的圖。
[0014]圖5是示出在第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊120的截面示意圖的圖。
[0015]圖6是層疊基板10、層疊基板12和層疊基板13的上表面圖。
[0016]圖7的(a)和(b)是示出半導(dǎo)體模塊130的通電狀態(tài)和斷開狀態(tài)的圖。
[0017]圖8的(a)和(b)是示出半導(dǎo)體模塊130的通電狀態(tài)的放大圖。
[0018]圖9是示出在金屬層54的外周側(cè)端部的延伸出的長度與電位分布之間的關(guān)系的圖。
[0019]圖10是示出外周側(cè)端部的延伸出的長度與角部的電場強(qiáng)度的比率的圖表。
[0020]圖11的(a)?(C)是示出金屬突起60的突出長度與在外周側(cè)端部的電位分布之間的關(guān)系的圖。
[0021]圖12是示出金屬突起60的突出長度與在外周側(cè)端部的角部的電場強(qiáng)度的比率的圖表。
[0022]圖13的(a)?(C)是示出金屬突起60的突出長度與在內(nèi)周側(cè)端部的電位分布之間的關(guān)系的圖。
[0023]圖14是示出金屬突起60的突出長度與在內(nèi)周側(cè)端部的角部的電場強(qiáng)度的比率的圖表。
[0024]圖15的(a)?(C)是示出不分割金屬板18的情況與分割金屬板18的情況下的角部的電場強(qiáng)度的比率的圖。
[0025]符號(hào)說明
[0026]10…層疊基板 12…層疊基板 13…層疊基板
[0027]14…絕緣板 16…電路板18…金屬板
[0028]19...開口20…第一面22…第二面
[0029]24...外周側(cè)端部25…內(nèi)周側(cè)端部 26...外周側(cè)端部
[0030]27…內(nèi)周側(cè)端部28…第一端部 29…第二端部
[0031]30…半導(dǎo)體元件32…導(dǎo)電性粘合層34…導(dǎo)電柱
[0032]36…角部40…外部端子 50…布線基板
[0033]52...基部54…金屬層56...外周側(cè)端部
[0034]58…金屬層 60…金屬突起 66...外周側(cè)端部
[0035]90...樹脂100…半導(dǎo)體模塊 110…半導(dǎo)體模塊
[0036]120…半導(dǎo)體模塊130…半導(dǎo)體模塊
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下，通過發(fā)明的實(shí)施方式來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但以下的實(shí)施方式并不限定涉及權(quán)利要求書的發(fā)明。另外，在實(shí)施方式中說明的全部特征組合不一定是發(fā)明的解決方案所必須的。
[0038]圖1是示出在第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊100的截面示意圖的圖。本示例的半導(dǎo)體模塊100具備層疊基板10、層疊基板13、以及與層疊基板10和層疊基板13相向設(shè)置的布線基板50。半導(dǎo)體模塊100具有將層疊基板10、層疊基板13和布線基板50進(jìn)行密封的樹脂90。樹脂90為例如環(huán)氧系樹脂。
[0039]層疊基板10具有絕緣板14、電路板16和金屬板18。絕緣板14為平板狀，且具有作為主面的第一面20以及位于與第一面20相反一側(cè)的第二面22。在絕緣板14的第一面20設(shè)置有電路板16，在第二面22設(shè)置有金屬板18。電路板16和金屬板18由例如銅(Cu)和/或鋁(Al)等構(gòu)成。
[0040]絕緣板14是例如氮化硅(SiNx)、氮化鋁(AlNx)或氧化鋁(Al2O3)的燒結(jié)體。絕緣板14的外周側(cè)端部24被設(shè)置為比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸。需要說明的是，在本說明書中，“外周側(cè)端部”是指在各構(gòu)成構(gòu)件中位于半導(dǎo)體模塊100的外周側(cè)的端部。
[0041]在本示例中，層疊基板10和層疊基板13分別具有單個(gè)的絕緣板14。即，層疊基板10的絕緣板14與層疊基板13的絕緣板14分離。需要說明的是，層疊基板10和層疊基板13的絕緣板14也可以不設(shè)置為單個(gè)。即，層疊基板10和層疊基板13的絕緣板14也可以設(shè)置為共同的絕緣板14。在這種情況下，可以在層疊基板10與層疊基板13的邊界設(shè)置開口。
[0042 ]電路板16是具有電路圖案的金屬層。電路板16的電路圖案將多個(gè)外部端子40、多個(gè)導(dǎo)電性粘合層32和多個(gè)導(dǎo)電柱34電連接。
[0043]金屬板18具有矩形形狀的正面和背面。金屬板18的正面與絕緣板14的第二面22接觸。金屬板18的背面不被樹脂90所覆蓋，并暴露于半導(dǎo)體模塊100的外部。金屬板18具有將從半導(dǎo)體元件30產(chǎn)生的熱量向半導(dǎo)體模塊100的外部釋放的功能。
[0044]在電路板16隔著多個(gè)導(dǎo)電性粘合層32而載置有多個(gè)半導(dǎo)體元件30。多個(gè)半導(dǎo)體元件30包括具有開關(guān)功能的第一半導(dǎo)體元件30-1以及具有整流功能的第二半導(dǎo)體元件30-2。
[0045]第一半導(dǎo)體元件30-1是例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣極雙極型晶體管)或功率M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。另外，IGBT和功率MOSFET形成于硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等的基板。第一半導(dǎo)體元件30-1是形成于例如SiC的功率M0SFET。
[0046]第二半導(dǎo)體元件30-2是二極管，例如，是PN二極管或肖特基勢皇二極管(SchottkyBarrier D1de:SBD)。在本示例中，第二半導(dǎo)體元件30-2是SBD。
[0047]在層疊基板10載置有多個(gè)半導(dǎo)體元件30。在多個(gè)半導(dǎo)體元件30的背面的一個(gè)電極(例如漏電極或陰電極)通過電路板16而與外部端子40-1電連接。另外，在多個(gè)半導(dǎo)體元件30的正面的另外的電極(例如源電極、柵電極或陽電極)通過多個(gè)導(dǎo)電柱34而與布線基板50電連接。
[0048]在層疊基板13不載置半導(dǎo)體元件30。層疊基板13的電路板16具有半導(dǎo)體模塊100內(nèi)部的布線的功能。在本不例中，層置基板13的電路板16具有例如源極布線的功能。層置基板13的電路板16通過多個(gè)導(dǎo)電柱34而與金屬層54電連接。另外，層疊基板13的電路板16與外部端子40-2電連接。
[0049]外部端子40從樹脂90被引出至外部。外部端子40貫通設(shè)置在布線基板50的孔。夕卜部端子40不與布線基板50電連接。即，外部端子40既不與布線基板50中的金屬層54電連接，也不與金屬層58電連接。
[0050]在半導(dǎo)體模塊100的通電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))下，與層疊基板10的電路板16連接的外部端子40-1用作半導(dǎo)體模塊100的漏極端子。對(duì)此，與層疊基板13的電路板16連接的外部端子40-2用作半導(dǎo)體模塊100的源極端子。即，在半導(dǎo)體模塊100的工作時(shí)，外部端子40-1被施加比外部端子40-2高的電壓。
[0051]在半導(dǎo)體模塊100的通電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))下，電流在多個(gè)外部端子40之間流動(dòng)。例如，電流依次流經(jīng)外部端子40-1、層疊基板10的電路板16、導(dǎo)電性粘合層32、半導(dǎo)體元件30、層疊基板10側(cè)的導(dǎo)電柱34、布線基板50的金屬層54、層疊基板13側(cè)的導(dǎo)電柱34、層疊基板13的電路板16以及外部端子40-2。需要說明的是，即使在通電時(shí)，金屬板18也一直呈低電位。本示例的金屬板18為接地電位(OV)。
[0052]布線基板50是例如印刷基板。本示例的布線基板50具有基部52、金屬層54和金屬層58。在與多個(gè)層疊基板10和13相向的基部52的面設(shè)置有金屬層54。另外，在與設(shè)置有金屬層54的基部52的面相反一側(cè)的面設(shè)置有金屬層58。布線基板50具有用于使外部端子40貫通的多個(gè)孔。金屬層54和金屬層58可以具有用于使外部端子40通過的多個(gè)孔，也可以將金屬層54和金屬層58不設(shè)置在堵塞該多個(gè)孔(S卩，布線基板50的多個(gè)孔)的位置處。
[0053]基部52是絕緣體。金屬層54和金屬層58是具有電路圖案的金屬層。金屬層54具有半導(dǎo)體模塊100內(nèi)部的源極布線的功能，并且經(jīng)由導(dǎo)電柱34而與層疊基板13的電路板16連接。金屬層58具有半導(dǎo)體模塊100內(nèi)部的柵極布線的功能，并且與未圖示的用于柵極的外部端子40連接。另外，金屬層54經(jīng)由導(dǎo)電柱34而與第一半導(dǎo)體元件30-1的正面的源電極和第二半導(dǎo)體元件30-2的正面的陽電極連接。而且，金屬層58經(jīng)由導(dǎo)電柱34而與第一半導(dǎo)體元件30-1的正面的柵電極連接。
[0054]如圖1所示，在本示例中，金屬層54具有與電路板16的外周側(cè)端部26重疊的區(qū)域，并且，被設(shè)置為比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸。
[0055]由于本示例中的電路板16和金屬層54的構(gòu)成，絕緣板14的外周側(cè)端部24與電路板16的外周側(cè)端部26之間的等電位線的間隔變得比以往更稀疏。由此，能夠緩和在電路板16的外周側(cè)端部26的電場強(qiáng)度。
[0056]另外，在本示例中，層疊基板10和層疊基板13分別具有單個(gè)的金屬板18。由此，絕緣板14的內(nèi)周側(cè)端部25與電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27之間的等電位線的間隔變得比將層疊基板10的金屬板18和層疊基板13的金屬板18設(shè)置為共同的金屬板時(shí)更稀疏。因此，能夠緩和在電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的電場強(qiáng)度。
[0057]圖2的(a)?(C)是用于說明在第一實(shí)施例中緩和電場強(qiáng)度的原理的圖。圖2的(a)?(c)是放大了圖1的層疊基板10中的電路板16的外周側(cè)端部26的局部放大圖。需要說明的是，圖2的(a)?(C)的等電位線是示出等電位線的大致傾向的線。
[0058]圖2的(a)是示出在第一實(shí)施例中不設(shè)置布線基板50時(shí)的等電位線的圖。圖2的(b)是示出在第一實(shí)施例中設(shè)置布線基板50，并且使布線基板50的金屬層54的外周側(cè)端部56的位置與電路板16的外周側(cè)端部26的位置一致時(shí)的等電位線的圖。圖2的(c)是示出第一實(shí)施例的等電位線的圖。
[0059]在半導(dǎo)體模塊100的通電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))和非通電狀態(tài)(斷開狀態(tài))這兩種狀態(tài)下，高電壓施加于層疊基板10的電路板16 ο在本示例中，設(shè)為約3.3kV施加于電路板16。需要說明的是，k表示1的3次方。對(duì)此，由于金屬板18接地，因此金屬板18的電位為OV。需要說明的是，電路板16在整個(gè)金屬層中具有相等的電位。同樣地，金屬板18也在整個(gè)金屬層中具有相等的電位。
[0060]在絕緣板14的內(nèi)部，電位從在第一面20的約3.3kV到在第二面22的OV為止連續(xù)地變化。在本示例中，示意性地示出將從3.3kV到OV按550V間隔進(jìn)行劃分的五根等電位線。
[0061]如圖2的(a)所示，在不設(shè)置布線基板50的情況下，等電位線位于包圍電路板16的外周側(cè)端部26的位置。從電路板16的外周側(cè)端部26與絕緣板14的外周側(cè)端部24之間向外部延伸的等電位線與外周側(cè)端部26大致平行地劇烈上升。劇烈上升的等電位線向電路板16的正面?zhèn)葒@。
[0062]相鄰的等電位線的間隔越小電場強(qiáng)度越高。如圖2的(a)所示，在電路板16的外周側(cè)端部26的下側(cè)的角部36，等電位線變得最密集。因此，在電路板16的角部36，電場強(qiáng)度局部變高。
[0063]如果電路板16的角部36的電場強(qiáng)度變高，則會(huì)從角部36發(fā)生局部放電。而且，如果因來自角部36的局部放電導(dǎo)致與角部36接觸的絕緣板14劣化，則會(huì)有絕緣板14絕緣破壞的可能性。在這種情況下，半導(dǎo)體模塊100變得不按照預(yù)先設(shè)計(jì)發(fā)揮功能。因此，確保絕緣板14的絕緣性是重要的。為了確保絕緣板14的絕緣性，緩和在電路板16的角部36的電場強(qiáng)度變得重要。
[0064]另外，在圖2的(b)中，在角部36的電場強(qiáng)度較圖2的(a)的情況緩和了等電位線被抑制向電路板16的正面?zhèn)葒@的部分。但是，與圖2的(a)—樣，等電位線與外周側(cè)端部26大致平行地上升，因此未能完全緩和在角部36的電場強(qiáng)度的集中。
[0065]另一方面，如圖2的(c)所不，在使金屬層54的外周側(cè)端部56比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸的情況下，等電位線避開金屬層54而被趕向外周側(cè)。由此，在電路板16的角部36的電場強(qiáng)度與圖2的(b)的情況相比進(jìn)一步被緩和，能夠防止來自角部36的局部放電。需要說明的是，在電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的角部，電場強(qiáng)度也同樣地被緩和。需要說明的是，在本說明書中“內(nèi)周側(cè)端部”是指在層疊基板10或?qū)盈B基板13中，位于半導(dǎo)體模塊100的內(nèi)周側(cè)的端部。
[0066]圖3是示出在第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊110的截面示意圖的圖。本示例的半導(dǎo)體模塊110在布線基板50具有至少一個(gè)金屬突起60。這一方面與第一實(shí)施例不同。其它方面與第一實(shí)施例相同。
[0067]金屬突起60被設(shè)置為從金屬層54向?qū)盈B基板10的方向突出。而且，金屬突起60的至少一部分位于比電路板16的外周側(cè)端部26更靠近外周側(cè)的位置。布線基板50可以具備多個(gè)金屬突起60。
[0068]金屬突起60可以具有與電路板16的外周側(cè)端部26重疊的區(qū)域。另外，還可以從與絕緣板14的平面垂直的方向觀察而使金屬突起60的外周側(cè)端部66的位置與絕緣板14的外周側(cè)端部24的位置一致。用圖中虛線示出這些情況。例如，能夠通過使金屬層54的最外周彎折，使金屬層54與金屬突起60—體形成。
[0069 ]需要說明的是，如圖3所示，也可以將追加的金屬突起60設(shè)置在比電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27更靠近內(nèi)周側(cè)的位置。換言之，可以從該電路板16觀察將追加的金屬突起60設(shè)置在外周側(cè)。由此，緩和在電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的角部的電場強(qiáng)度。
[0070]在本示例的半導(dǎo)體模塊110中，層疊基板10的電路板16和層疊基板13的電路板16是在工作時(shí)被施加的電壓各不相同，并且彼此分離的多個(gè)電路板。具體來說，施加于層疊基板10的電路板16的電壓比施加于層疊基板13的電路板16的電壓更高。在這種情況下，可以僅在與高電壓側(cè)的層疊基板10的電路板16相向的位置配置的金屬層54設(shè)置金屬突起60。由此，能夠緩和高電壓側(cè)的電路板16的角部的電場強(qiáng)度，并且能夠減輕金屬突起60的加工負(fù)擔(dān)。
[0071]圖4的(a)和(b)是用于說明在第二實(shí)施例中緩和電場強(qiáng)度的原理的圖。圖4的(a)和(b)是放大了圖3中的層疊基板1的電路板16的外周側(cè)端部26的局部放大圖。
[0072]圖4的(a)是示出在不設(shè)置金屬突起60的第一實(shí)施例中的電路板16的外周側(cè)端部26附近的等電位線的圖。圖4的(b)是示出在第二實(shí)施例中的電路板16的外周側(cè)端部26附近的等電位線的圖。如圖4的(b)所示，與圖4的(a)相比，金屬突起60能夠?qū)⒌入娢痪€進(jìn)一步向外周側(cè)驅(qū)逐。由此，進(jìn)一步緩和在外周側(cè)端部26的角部36的電場強(qiáng)度。需要說明的是，在電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的角部，電場強(qiáng)度也同樣地被緩和。
[0073]圖5是示出在第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體模塊120的截面示意圖的圖。本示例的半導(dǎo)體模塊120具有不分離或不開口而連續(xù)設(shè)置的平板狀的絕緣板14。這一方面與第二實(shí)施例不同。其他方面與第二實(shí)施例相同。
[0074]在本示例中，層疊基板10具有在工作時(shí)被施加的電壓各不相同并且彼此分離的多個(gè)電路板16-1和16-2。另外，層疊基板10具有與多個(gè)電路板16對(duì)應(yīng)的多個(gè)金屬板18-1和18-
2。換言之，在金屬板18的與多個(gè)電路板16的各個(gè)內(nèi)周側(cè)端部27相向的區(qū)域形成有開口 19。
[0075]在該構(gòu)成中也具有與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例同樣的效果。即，能夠緩和在電路板16的外周側(cè)端部26的電場強(qiáng)度。另外，也能夠緩和在電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的電場強(qiáng)度。
[0076]圖6是層置基板10、層置基板12和層置基板13的上表面圖。層置基板10和層置基板13與從第一至第三實(shí)施例中的層疊基板10和層疊基板13對(duì)應(yīng)。在本示例中追加了層疊基板
12。在層置基板12未載置半導(dǎo)體兀件30。在本不例中，層置基板12的電路板16具有棚.極布線和輔助源極布線的功能。
[0077]圖6中的同一標(biāo)識(shí)表示相同的端子、電極或元件等。因此，未對(duì)圖6的全部標(biāo)識(shí)標(biāo)注符號(hào)。
[0078]設(shè)置在層疊基板10的半導(dǎo)體元件30是具有開關(guān)功能的第一半導(dǎo)體元件30-1和具有整流功能的第二半導(dǎo)體元件30-2。
[0079]外部端子40用雙重圓表不。另外，導(dǎo)電柱34用比外部端子40更小的圓表不。導(dǎo)電柱34也可以設(shè)置在第一半導(dǎo)體元件30-1和第二半導(dǎo)體元件30-2上。
[0080]圖7的(a)和(b)是示出為了進(jìn)行電位分布的模擬而模型化的半導(dǎo)體模塊130的圖。在圖7的(a)和(b)之后，不出在層置基板1、層置基板12和層置基板13的電路板16的端部的電位分布。需要說明的是，半導(dǎo)體元件30、導(dǎo)電柱34、外部端子40以及布線基板50的基部52和金屬層58等在模擬中未被使用。因此，在模擬中不考慮這些構(gòu)件的影響。需要說明的是，在從圖11的(a)?(c)至圖14的模擬中使用金屬突起60。
[0081 ]隨著追加層置基板12，將層置基板10的電路板16的端部之中的層置基板12側(cè)的端部設(shè)為第一端部28，將層疊基板10的電路板16的端部之中的層疊基板13側(cè)的端部設(shè)為第二端部29。
[0082]圖7的(a)示出半導(dǎo)體模塊130的通電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))。在本示例中，層疊基板13的電路板16是源極布線。層疊基板10的電路板16是漏極布線。另外，層疊基板12的電路板16是輔助源極布線，對(duì)于層疊基板12上的柵極布線省略圖示和說明。在導(dǎo)通狀態(tài)下，層疊基板13的源極布線和層疊基板12的輔助源極布線一起被施加有3300V的電壓。另外，用作源極布線的布線基板50的金屬層54也被施加有3300V的電壓。設(shè)層疊基板10的漏極布線為3303V。需要說明的是，金屬板18接地，因此為OV。
[0083]對(duì)此，圖7的(b)示出半導(dǎo)體模塊130的非通電狀態(tài)(斷開狀態(tài))。在本示例中，在斷開狀態(tài)下，層疊基板13的源極布線和層疊基板12的輔助源極布線一起被施加有3V的電壓。另外，布線基板50的金屬層54也被施加有3V的電壓。另一方面，設(shè)層疊基板10的漏極布線與導(dǎo)通狀態(tài)同樣為3303V。需要說明的是，金屬板18在斷開狀態(tài)下也為0V。
[0084]在模擬中，電路板16和金屬板18均為厚度Imm的銅板。另外，布線基板50的金屬層54為厚度0.2mm的銅箔。各層疊基板的絕緣板14為厚度0.635mm的氮化鋁。樹脂90為環(huán)氧樹月旨。另外，樹脂90以0.8_的厚度覆蓋各構(gòu)成物。
[0085]層疊基板10的絕緣板14與層疊基板12的絕緣板14分離3mm。同樣地，層疊基板10的絕緣板14與層疊基板13的絕緣板14分離3mm。另外，各絕緣板14的端部比電路板16的端部突出1mm，并比金屬板18的端部突出1mm。另外，各層疊基板的電路板16與布線基板50的金屬層54的間隔為1.55mm。
[0086]圖8的(a)和圖8的(b)是示出導(dǎo)通狀態(tài)下的電位分布的圖。圖8的(a)是示出圖7的
(a)的層疊基板13的外周側(cè)端部26附近的放大圖。圖8的(b)是示出圖7的(a)的層疊基板13與層疊基板10之間的放大圖。需要說明的是，絕緣板14中的等電位線在圖8的(a)與圖8的
(b)之間相連。需要說明的是，在圖8的(a)和圖8的(b)中未圖示層疊基板12。
[0087]需要說明的是，在圖8的(b)中，金屬層54具有與電路板16的外周側(cè)端部26重疊的區(qū)域。但是，金屬層54未比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸。
[0088]圖9的(a)?(d)是示出從與絕緣板14的第一面20垂直的方向觀察，金屬層54的外周側(cè)端部56向外周側(cè)延伸出的長度與電位分布之間的關(guān)系的圖。圖9的(a)?(d)是導(dǎo)通狀態(tài)下的層疊基板13的端部附近的放大圖。使金屬層54的外周側(cè)端部56比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸出的長度變化。延伸出的長度在圖9的(a)中為0mm，在圖9的(b)中為1mm，在圖9的(c)中為2mm，在圖9的⑷中為2.3mm。需要說明的是，圖9的(a)與圖8的(b)相對(duì)應(yīng)。
[0089]從圖9的(a)?圖9的(d)中明顯看出，金屬層54的外周側(cè)端部56與電路板16的外周側(cè)端部26相比越向外周側(cè)延伸，等電位線越向外周側(cè)逐出。由此，緩和電路板16的外周側(cè)端部26的角部36的電場強(qiáng)度。
[0090]圖10是示出金屬層54的外周側(cè)端部56的延伸出的長度與角部36的電場強(qiáng)度的比率之間的關(guān)系的圖表。圖10是定量地示出圖9的(a)?圖9的(d)的結(jié)果的圖表。延伸出的長度Omm與圖9的(a)相對(duì)應(yīng)。電場強(qiáng)度在延伸出的長度為Omm的情況下設(shè)為100%。
[0091 ]在延伸出的長度為Imm的情況下，角部36的電場強(qiáng)度成為延伸出的長度為Omm時(shí)的94.25 %。延伸出的長度為2mm時(shí)，角部36的電場強(qiáng)度成為延伸出的長度為Omm時(shí)的86.21 %。延伸出的長度為2.3mm時(shí)，角部36的電場強(qiáng)度成為延伸出的長度為Omm時(shí)的85.06 %。根據(jù)該結(jié)果可知，通過將金屬層54的外周側(cè)端部56設(shè)置為比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸，可緩和在角部36的電場強(qiáng)度。另外，如果將金屬層54的延伸出的長度設(shè)為2mm以上，則與層疊基板13相比布線基板50變得相當(dāng)大。因此，變得無法忽視布線基板50對(duì)半導(dǎo)體模塊100自身的尺寸的影響。因此，如果將金屬層54的延伸出的長度設(shè)為2_以下，則可以不將半導(dǎo)體模塊100增大至不必要的大小，因此特別優(yōu)選。
[0092]圖11的(a)?圖11的(C)是示出金屬突起60的突出長度與在外周側(cè)端部26的電位分布之間的關(guān)系的圖。圖11的(a)?圖11的(C)是導(dǎo)通狀態(tài)下的層疊基板13的端部附近的放大圖。金屬層54比電路板16的外周側(cè)端部26更向外周側(cè)延伸2mm。圖11的(a)是不設(shè)置金屬突起60的情況。圖11的(b)是使金屬突起60向?qū)盈B基板13的方向突出了0.5mm的情況。圖11的(c)是使金屬突起60向?qū)盈B基板13的方向突出了 0.7_的情況。需要說明的是，圖11的(a)與圖9的(c)相對(duì)應(yīng)。
[0093]圖12是示出金屬突起60的突出長度與在外周側(cè)端部26的角部36的電場強(qiáng)度的比率的圖表。圖12是定量地示出圖11的(a)?(c)的結(jié)果的圖表。金屬突起60的突出的長度為Omm的情況與圖11的(a)相對(duì)應(yīng)。電場強(qiáng)度在突出的長度為Omm時(shí)設(shè)為100 %。
[0094]在突出的長度為0.5mm時(shí)，角部36的電場強(qiáng)度是與突出的長度為Omm時(shí)大致相等的值( = 100%)。另一方面，突出的長度為0.7mm時(shí)，角部36的電場強(qiáng)度成為突出的長度為0_時(shí)的96%。如此通過加長金屬突起60的突出的長度，確認(rèn)了在外周側(cè)端部26的角部36的電場強(qiáng)度的緩和的效果。需要說明的是，在金屬突起60的突出的長度大于0.5mm的情況下，能夠產(chǎn)生角部36的電場強(qiáng)度的緩和的效果。
[0095]圖13的(a)?(C)是示出金屬突起60的突出長度與在層疊基板13的電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的電位分布之間的關(guān)系的圖。圖13的(a)?(c)放大示出層疊基板10的第二端部29和層疊基板13的內(nèi)周側(cè)端部27附近。需要說明的是，圖13的(a)、(b)和(c)是示出導(dǎo)通狀態(tài)的圖。而且，圖13的(a)是不設(shè)置金屬突起60的情況。圖13的(b)是在層疊基板13與層疊基板10之間使金屬突起60從金屬層54向?qū)盈B基板13的方向突出0.5mm的情況。圖13的(c)是使金屬突起60向?qū)盈B基板13的方向突出0.7mm的情況。
[0096]圖14是示出金屬突起60的突出長度與在層疊基板13的電路板16的內(nèi)周側(cè)端部27的角部36的電場強(qiáng)度的比率之間的關(guān)系的圖表。圖14是定量地示出圖13的(a)?(c)的結(jié)果的圖表。電場強(qiáng)度在圖13的(a)中的突出的長度為Omm時(shí)設(shè)為100 %。
[0097]突出的長度為0.5mm時(shí)，角部36的電場強(qiáng)度成為突出的長度為Omm時(shí)的97.40%。突出的長度為0.7_時(shí)，角部36的電場強(qiáng)度成為突出的長度為Omm時(shí)的83.12%。如此通過加長金屬突起60的突出的長度，在內(nèi)周側(cè)端部27的角部36也確認(rèn)了電場強(qiáng)度的緩和的效果。
[0098]圖15的(a)是示出不分割金屬板18的情況的圖，圖15的(b)是示出分割了金屬板18的情況的圖。而且，圖15的(c)是示出在不分割金屬板18的情況與分割金屬板18的情況下的角部36的電場強(qiáng)度的比率的圖。在層疊基板13的內(nèi)周側(cè)端部27處的電路板16的角部36的電場強(qiáng)度在圖15的(a)時(shí)設(shè)為100 %。對(duì)此，圖15的(b)的情況下，角部36的電場強(qiáng)度變?yōu)?2.64%。
[0099]在圖15的(a)的情況下，金屬板18是等電位，因此等電位線無法向金屬板18突出。對(duì)此，在圖15的(b)的情況下，等電位線能夠在分割而成的金屬板18之間突出。相應(yīng)于等電位線在金屬板18之間突出，在角部36的等電位線的間隔變得稀疏。因此，認(rèn)為緩和了在角部36的電場強(qiáng)度。
[0100]以上，使用實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式中記載的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員明確知曉可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行多種變更或改進(jìn)。根據(jù)權(quán)利要求書的記載可以明確，進(jìn)行了那樣的變更或改進(jìn)的實(shí)施方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0101]應(yīng)當(dāng)注意的是，在權(quán)利要求書、說明書和附圖中示出的裝置和方法中的工作的執(zhí)行順序，只要未特別明示“此前”、“事先”等，就可以以任意的順序來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于權(quán)利要求書、說明書，即使為方便起見而使用“首先”、“其次”等來進(jìn)行了說明，也不表示必須以該順序來實(shí)施。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備: 層疊基板，具有絕緣板、在所述絕緣板的第一面設(shè)置的電路板、以及在所述絕緣板的位于與所述第一面相反一側(cè)的第二面設(shè)置的金屬板;以及布線基板，與所述層疊基板相向設(shè)置，并具有金屬層， 所述絕緣板被設(shè)置為比所述電路板的外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸， 所述金屬層具有與所述電路板的所述外周側(cè)端部重疊的區(qū)域，并且，被設(shè)置為比所述電路板的所述外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述金屬層比所述電路板的所述外周側(cè)端部更向外周側(cè)延伸出的長度為2mm以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述布線基板還具備從所述金屬層向所述層疊基板的方向突出的至少一個(gè)金屬突起， 所述金屬突起的至少一部分位于比所述電路板的外周側(cè)端部更靠近外周側(cè)的位置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述金屬突起具有與所述電路板的端部重疊的區(qū)域。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 具有彼此分離的多個(gè)所述電路板， 所述金屬突起的至少一部分位于比所述電路板的內(nèi)周側(cè)端部更靠近內(nèi)周側(cè)的位置。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 具有被施加的電壓各不相同且彼此分離的多個(gè)所述電路板， 在與多個(gè)所述電路板之中被施加較高電壓的所述電路板相向配置的所述金屬層設(shè)置有所述金屬突起。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 具有被施加的電壓各不相同且彼此分離的多個(gè)所述電路板， 在所述金屬板的與多個(gè)所述電路板的各內(nèi)周側(cè)端部相向的區(qū)域形成有開口。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 對(duì)應(yīng)于多個(gè)所述電路板配置有多個(gè)所述金屬板。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述絕緣板為不分離或不開口而連續(xù)設(shè)置的平板狀。
【文檔編號(hào)】H01L23/538GK106057744SQ201610126312
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年3月7日 公開號(hào)201610126312.6, CN 106057744 A, CN 106057744A, CN 201610126312, CN-A-106057744, CN106057744 A, CN106057744A, CN201610126312, CN201610126312.6
【發(fā)明人】福田恭平
【申請(qǐng)人】富士電機(jī)株式會(huì)社