半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體裝置(10)具有：金屬制的基座板(22)，其具有上表面(22a)和下表面(22b)；多個(gè)絕緣基板(24)，它們設(shè)置于上表面(22a)；以及多個(gè)半導(dǎo)體元件(26、28)，它們并排安裝于各個(gè)絕緣基板(24)。在基座板(22)的下表面(22b)設(shè)置有用于儲存絕緣脂的環(huán)狀槽(50、52)。在下表面(22b)隔著絕緣脂(42)而重疊有冷卻鰭片(40)的表面(40a)，環(huán)狀槽(50、52)內(nèi)部由絕緣脂(42)填充。
【專利說明】
半導(dǎo)體裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，例如日本特開2003-168772號公報(bào)所公開的那樣，已知一種具有對基座板和冷卻鰭片之間的脂狀物的展寬進(jìn)行抑制的槽部等的半導(dǎo)體裝置。通常，在功率模塊的基座板下表面涂敷導(dǎo)熱性脂狀物，隔著該脂狀物而利用螺釘將基座板和冷卻鰭片固定。在螺釘固定時(shí)，為了使冷卻鰭片和脂狀物的緊密度更好而進(jìn)行加壓，并且由于利用螺釘進(jìn)行緊固固定，因此在固定時(shí)脂狀物沿基座板平面方向進(jìn)行展寬。根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，在基座板和冷卻鰭片中至少一者的相對面設(shè)置脂狀物擴(kuò)散防止部，以避免脂狀物浸入螺孔，該脂狀物擴(kuò)散防止部能夠是槽部或凸起部。
[0003]專利文獻(xiàn)I:日本特開2003-168772號公報(bào)
[0004]專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-196576號公報(bào)
[0005]專利文獻(xiàn)3:日本特開2010-92999號公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)4:日本特開2010-283222號公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)5:日本特開2008-4745號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]關(guān)于在功率模塊處設(shè)置金屬制的基座板這種規(guī)格的半導(dǎo)體裝置，在通電時(shí)功率模塊內(nèi)的半導(dǎo)體元件發(fā)熱，基座板伸展，在非通電時(shí)溫度下降，因此基座板收縮。根據(jù)向半導(dǎo)體元件的通電的有無，發(fā)熱和冷卻交替地反復(fù)，由此在基座板和冷卻鰭片之間涂敷的脂狀物會逐漸地溢出至基座板的緣部的外側(cè)。其結(jié)果，基座板和冷卻鰭片之間的絕緣脂從初始狀態(tài)起就不足，存在冷卻性能下降的問題。上述現(xiàn)有技術(shù)防止脂狀物侵入螺孔，而未研究脂狀物量的維持。
[0009]本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置能夠適當(dāng)?shù)乇３种瑺钗锪慷@得穩(wěn)定的冷卻性能。
[0010]第I發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置具有:基座板，其具有上表面和下表面；以及平板狀的多個(gè)半導(dǎo)體元件，它們并排設(shè)置于所述上表面?zhèn)龋谒龌宓乃鱿卤砻嬖O(shè)置有槽，在所述基座板的平面視圖中，該槽分別將所述上表面?zhèn)鹊乃龆鄠€(gè)半導(dǎo)體元件逐個(gè)單獨(dú)地包圍。
[0011]第2發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置具有:基座板，其具有上表面和下表面；以及半導(dǎo)體元件，其設(shè)置于所述上表面?zhèn)?，在所述基座板的所述下表面設(shè)置有槽，在所述基座板的平面視圖中，該槽將所述上表面?zhèn)鹊乃霭雽?dǎo)體元件包圍，所述槽的截面形狀為第I截面形狀或第2截面形狀，該第I截面形狀包含:第I部分，其在所述下表面?zhèn)纫缘贗寬度開口；以及第2部分，其與所述第I部分連接，與所述第I部分相比位于所述上表面?zhèn)?，具有比所述第I部分大的寬度，該第2截面形狀具有越靠所述下表面?zhèn)葎t寬度越寬的2個(gè)邊，所述2個(gè)邊是向所述槽的內(nèi)側(cè)凸入的曲線。
[0012]第3發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置具有:基座板，其具有上表面和下表面；以及平板狀的多個(gè)半導(dǎo)體元件，它們并排設(shè)置于所述上表面?zhèn)?，在所述基座板的所述下表面，設(shè)置有多個(gè)槽相連而以與所述多個(gè)半導(dǎo)體元件重疊的方式展寬的槽區(qū)域，所述基座板的中央處的所述槽區(qū)域的槽的深度比所述基座板的端部側(cè)處的所述槽區(qū)域的槽的深度大。
[0013]第4發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置具有:基座板，其具有上表面和下表面;平板狀的半導(dǎo)體元件，其并排設(shè)置于所述上表面?zhèn)?；以及冷卻鰭片；其具有平面，所述平面重疊于所述下表面，在所述平面設(shè)置有在平面視圖中外形比所述基座板小的環(huán)狀的槽。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]根據(jù)第I發(fā)明，在基座板下表面設(shè)置有槽，以能夠在多個(gè)半導(dǎo)體元件的每一個(gè)的下方維持脂狀物量，因此能夠獲得穩(wěn)定的冷卻性能。
[0016]根據(jù)第2發(fā)明，在基座板下表面設(shè)置有特殊形狀的槽，以能夠可靠地維持脂狀物量，因此能夠獲得穩(wěn)定的冷卻性能。
[0017]根據(jù)第3發(fā)明，在基座板下表面設(shè)置有具有一定寬度的槽區(qū)域，以能夠在熱量容易滯留的基座板中央部充分地維持脂狀物量，因此能夠獲得穩(wěn)定的冷卻性能。
[0018]根據(jù)第4發(fā)明，在冷卻鰭片側(cè)設(shè)置有槽，以能夠維持脂狀物量，因此能夠獲得穩(wěn)定的冷卻性能。
【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0020]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0021]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0022]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0023]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0024]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0025]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0026]圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0027]圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0028]圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0029]圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0030]圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0031]圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0032]圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0033]圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0034]圖16是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0035]圖17是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0036]圖18是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
[0037]圖19是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]實(shí)施方式1.
[0039]圖1?圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置的圖。圖1是沿圖2的A-A線的剖視圖，圖2是從上表面?zhèn)扔^察半導(dǎo)體裝置10的內(nèi)部時(shí)的芯片配置圖。實(shí)施方式I涉及的半導(dǎo)體裝置10具有:金屬制的基座板22，其具有上表面22a和下表面22b;多個(gè)絕緣基板24，它們設(shè)置于上表面22a;以及多個(gè)半導(dǎo)體元件26、28，它們并排安裝于各個(gè)絕緣基板24，在通電時(shí)發(fā)熱。作為代表，半導(dǎo)體元件26為IGBT，半導(dǎo)體元件28為續(xù)流二極管。
[0040]框體34將基座板22的上表面22a側(cè)覆蓋，在框體34的外部露出有電極30、32。在基座板22的下表面22b設(shè)置有用于儲存絕緣脂的環(huán)狀槽50、52。在下表面22b，隔著導(dǎo)熱性的絕緣脂42而重疊有金屬制的冷卻鰭片40的表面40a，環(huán)狀槽50、52內(nèi)部由絕緣脂42填充。此外，基座板22在環(huán)狀槽50、52的更外周側(cè)具有多個(gè)固定孔23。雖未圖示，但將螺釘穿過固定孔23而進(jìn)行基座板22與冷卻鰭片40的連接。
[0041]圖3(a)是從基座板22的上表面22a側(cè)俯視觀察圖2中的I片絕緣基板24的周邊時(shí)的俯視圖。圖3(b)是從基座板22的下表面22b側(cè)觀察圖3(a)時(shí)的仰視圖。在下表面22b設(shè)置有多個(gè)環(huán)狀槽50、52，在基座板22的平面視圖中，這些環(huán)狀槽50、52分別將上表面22a側(cè)的多個(gè)半導(dǎo)體元件26、28單獨(dú)地包圍。圖3(c)是沿圖3(a)的B-B線的放大剖視圖。環(huán)狀槽50具有矩形的截面形狀，該矩形的截面形狀具備底部50a及側(cè)面部50b。
[0042]如果在半導(dǎo)體元件26、28的通電過程中基座板22的溫度上升，則金屬制的基座板22進(jìn)行熱膨脹。在該情況下，絕緣脂42從環(huán)狀槽50、52內(nèi)溢出，基座板22和冷卻鰭片40之間的絕緣脂42的量保持恒定。另一方面，如果在停止通電時(shí)基座板22的溫度下降，則隨著基座板22的收縮，絕緣脂42返回至環(huán)狀槽50、52。發(fā)熱和冷卻交替地反復(fù)，由此這樣的絕緣脂42的排出和儲存反復(fù)進(jìn)行。由此，在半導(dǎo)體元件26、28的每一個(gè)的下方，能夠?qū)⒒?2和冷卻鰭片40之間的絕緣脂42的量保持恒定。其結(jié)果，即使因長時(shí)間使用而反復(fù)進(jìn)行熱伸縮，也能夠抑制由絕緣脂42的溢出引起的冷卻性能惡化。由于為半導(dǎo)體元件26、28的每一個(gè)單獨(dú)地設(shè)置有環(huán)狀槽50、52，因此能夠在半導(dǎo)體元件26、28各自的下方將絕緣脂42可靠地維持為適當(dāng)量。此外，環(huán)狀槽50、52的截面形狀不限于圖3(c)。也可以如圖4所示設(shè)為具有橢圓形的截面的環(huán)狀槽74。另外，也可以如圖5所示設(shè)為具有等腰三角形的截面的環(huán)狀槽84。此外，也可以取代多個(gè)環(huán)狀槽50而將格子狀的槽設(shè)置在下表面22b，該格子狀的槽以在基座板22的平面視圖中逐個(gè)將多個(gè)半導(dǎo)體元件26、28單獨(dú)地隔開的方式連續(xù)地延伸。
[0043]實(shí)施方式2.
[0044]圖6?圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置110的圖。圖6是沿圖7的C-C線的剖視圖。除了取代基座板22而具有基座板122這點(diǎn)以外，半導(dǎo)體裝置110與半導(dǎo)體裝置10相同。圖7是從基座板122的上表面122a側(cè)觀察的芯片配置圖。在圖7中以虛線示出的是設(shè)置于下表面122b的環(huán)狀槽150。環(huán)狀槽150是在基座板122的平面視圖中將上表面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體元件26、28及絕緣基板24包圍的I個(gè)連續(xù)的環(huán)狀的槽。環(huán)狀槽150內(nèi)部由絕緣脂42填充。
[0045]圖8表示環(huán)狀槽150的截面形狀。環(huán)狀槽150具有越靠下表面122b側(cè)則間隔越寬的2個(gè)邊，這2個(gè)邊是向環(huán)狀槽150的內(nèi)側(cè)凸入的曲線。雖然隨著基座板122熱膨脹，環(huán)狀槽150的寬度也擴(kuò)大，但由于環(huán)狀槽150之中上表面122a側(cè)的前端附近急劇地變細(xì)，因此該前端附近處間隙的擴(kuò)大較小。因此在基座板122熱膨脹時(shí)，擠出絕緣脂42的效果更加地高。
[0046]也可以取代環(huán)狀槽150而設(shè)為具有圖9所示的截面形狀的環(huán)狀槽170。環(huán)狀槽170具有第I部分172及第2部分174。第I部分172在下表面122b側(cè)以寬度Wl開口。第2部分174與第I部分172連接，該第2部分174與第I部分172相比位于上表面122a側(cè)，具有比寬度Wl大的寬度W2 ο特別地，在本實(shí)施方式中第2部分174的輪廓為圓弧。利用第2部分174確保寬闊的空間以能夠儲存大量的絕緣脂42。另外，基座板122的平面視圖中的環(huán)狀槽150的圖案也可以變形為如圖10或圖11那樣。例如，也可以如圖10所示那樣，與實(shí)施方式I相同地，設(shè)置將多個(gè)半導(dǎo)體元件26、28單獨(dú)地包圍的多個(gè)環(huán)狀槽180。另外，也可以如圖11所示那樣，設(shè)為以逐個(gè)將多個(gè)半導(dǎo)體元件26、28單獨(dú)地隔開的方式連續(xù)地延伸的格子狀的槽190。另外，也可以將環(huán)狀槽190的分隔單元格增大而設(shè)為以將6個(gè)絕緣基板24之間隔開的方式延伸的格子狀的槽，由此能夠?qū)^緣基板24的每一個(gè)穩(wěn)定地確保絕緣脂42的量。
[0047]實(shí)施方式3.
[0048]圖12?圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置210的圖。圖12是沿圖13的D-D線的剖視圖。除了取代基座板22而具有基座板222這點(diǎn)以外，半導(dǎo)體裝置210與半導(dǎo)體裝置10相同。圖14是槽區(qū)域250的放大剖視圖。在基座板222的下表面222b設(shè)置有沿其平面方向多個(gè)槽相連的槽區(qū)域250。
[0049]槽區(qū)域250被劃分為基座板222的中央的槽區(qū)域250a和基座板222的端部側(cè)處的槽區(qū)域250b。槽區(qū)域250a的槽的深度比槽區(qū)域250b的槽的深度大。特別地，在本實(shí)施方式中，越靠基座板222的中央則槽區(qū)域250a的槽的深度變得越大。由于槽區(qū)域250內(nèi)部由絕緣脂42填充，因此能夠在基座板222的下表面222b的整體與實(shí)施方式1、2所說明的相同地進(jìn)行絕緣脂42的儲存排出，能夠?qū)⒒?22和冷卻鰭片40之間的絕緣脂42的量保持恒定。由于在熱量最容易滯留的基座板222的中央部設(shè)置有深的槽區(qū)域250a，因此能夠充分地確保中央部的絕緣脂42的填充量。
[0050]此外，如圖14所示，槽區(qū)域250的每一個(gè)槽的截面形狀與圖8所示的環(huán)狀槽150的截面形狀相同，槽區(qū)域250a、250b處深度互異。然而本發(fā)明不限于此，槽區(qū)域250的每一個(gè)槽的截面形狀也可以如同圖3那樣呈矩形，或如同圖4那樣呈橢圓形，或如同圖5那樣呈等腰三角形，只要使槽的深度在基座板222的中央較大而在基座板222的外端部側(cè)較小即可。
[0051 ]實(shí)施方式4.
[0052]圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置310的圖。半導(dǎo)體裝置310除去設(shè)置有密封材料312這點(diǎn)，與半導(dǎo)體裝置10相同。以沿基座板22的緣部將絕緣脂42密封的方式設(shè)置有密封材料312。由此，能夠抑制絕緣脂42沿基座板22的平面方向溢出而使絕緣脂量不足的情況。此外，密封材料312也可以與實(shí)施方式2、3涉及的半導(dǎo)體裝置110、210進(jìn)行組入口 ο
[0053]實(shí)施方式5.
[0054]圖16及圖17是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的半導(dǎo)體裝置410、460的圖。半導(dǎo)體裝置410所具有的冷卻鰭片440在隔著絕緣脂42而與基座板422重疊的平面440a設(shè)置有環(huán)狀的槽444，該環(huán)狀的槽444在平面視圖中外形比基座板422小。并且，基座板422在其下表面422b具有與環(huán)狀的槽444嵌合的凸部424。通過凸部424與槽444相嵌合，能夠抑制絕緣脂42沿基座板422的平面方向溢出而使絕緣脂量不足的情況。如圖17所示，也可以提供組合了實(shí)施方式4的密封材料312后的半導(dǎo)體裝置460。此外，雖未圖示，但也可以在冷卻鰭片40設(shè)置與實(shí)施方式1、2涉及的基座板22、122的下表面的環(huán)狀槽50?190相嵌合的I個(gè)或多個(gè)凸部。
[0055]實(shí)施方式6.
[0056]圖18?19是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的半導(dǎo)體裝置510、560的圖。半導(dǎo)體裝置510是將基座板322和冷卻鰭片540相組合的半導(dǎo)體裝置，該基座板322具有上表面322a及下表面322b，該冷卻鰭片540在表面540a設(shè)置有槽544。下表面322b是平坦的?；?22的平面視圖中的槽544的形狀與圖7的環(huán)狀槽150相同。環(huán)狀的槽544的外形在平面視圖中比基座板322小。槽544起到與實(shí)施方式I的環(huán)狀槽50、52相同的作用，從而能夠抑制絕緣脂42沿基座板422的平面方向溢出而使絕緣脂量不足的情況。也可以如圖19所示那樣提供在槽544的內(nèi)側(cè)進(jìn)一步設(shè)置有槽546的半導(dǎo)體裝置560。此外，也可以將基座板322置換成實(shí)施方式I?3涉及的基座板22?222中的任一個(gè)。
[0057]在上述的各實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件26、28也可以是以碳化硅(SiC)為半導(dǎo)體材料的MOSFET等半導(dǎo)體設(shè)備。由于在通常驅(qū)動(dòng)時(shí)的通電過程中，與硅設(shè)備相比SiC半導(dǎo)體設(shè)備是在高溫下進(jìn)行使用的，因此基座板22的膨脹伸縮的比例高。因此應(yīng)用上述的各實(shí)施方式的益處大。
[0058]標(biāo)號的說明
[0059]10半導(dǎo)體裝置，22基座板，22a上表面，22b下表面，24絕緣基板，26、28半導(dǎo)體元件，30、32電極，34框體，40冷卻鰭片，40a表面，42絕緣脂，50、52環(huán)狀槽。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面；以及平板狀的多個(gè)半導(dǎo)體元件，它們并排設(shè)置于所述上表面?zhèn)龋?在所述基座板的所述下表面設(shè)置有槽，在所述基座板的平面視圖中，該槽分別將所述上表面?zhèn)鹊乃龆鄠€(gè)半導(dǎo)體元件逐個(gè)單獨(dú)地包圍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 具有:冷卻鰭片，其具有平面，所述平面重疊于所述下表面， 在所述平面設(shè)置有嵌入所述槽的凸部。3.—種半導(dǎo)體裝置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面；以及半導(dǎo)體元件，其設(shè)置于所述上表面?zhèn)龋?在所述基座板的所述下表面設(shè)置有槽，在所述基座板的平面視圖中，該槽將所述上表面?zhèn)鹊乃霭雽?dǎo)體元件包圍， 所述槽的截面形狀為第I截面形狀或第2截面形狀，該第I截面形狀包含:第I部分，其在所述下表面?zhèn)纫缘贗寬度開口；以及第2部分，其與所述第I部分連接，與所述第I部分相比位于所述上表面?zhèn)?，具有比所述第I部分大的寬度，該第2截面形狀具有越靠所述下表面?zhèn)葎t寬度越寬的2個(gè)邊，所述2個(gè)邊是向所述槽的內(nèi)側(cè)凸入的曲線。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第2部分的輪廓為圓弧。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 具有:冷卻鰭片，其具有平面，所述平面重疊于所述下表面， 在所述平面設(shè)置有嵌入所述槽的凸部。6.—種半導(dǎo)體裝置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面；以及平板狀的多個(gè)半導(dǎo)體元件，它們并排設(shè)置于所述上表面?zhèn)龋?在所述基座板的所述下表面，設(shè)置有多個(gè)槽相連而以與所述多個(gè)半導(dǎo)體元件重疊的方式展寬的槽區(qū)域，所述基座板的中央處的所述槽區(qū)域的槽的深度比所述基座板的端部側(cè)處的所述槽區(qū)域的槽的深度大。7.—種半導(dǎo)體裝置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面;平板狀的半導(dǎo)體元件，其并排設(shè)置于所述上表面?zhèn)龋灰约袄鋮s鰭片;其具有平面，所述平面重疊于所述下表面， 在所述平面設(shè)置有平面視圖中外形比所述基座板小的環(huán)狀的槽。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述下表面設(shè)置有與所述環(huán)狀的槽相配合的凸部。9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 具有:冷卻鰭片，其具有平面，所述平面重疊于所述下表面， 在所述下表面和所述平面之間設(shè)置絕緣脂， 以沿所述基座板的緣部將所述絕緣脂密封的方式設(shè)置有密封材料。10.根據(jù)權(quán)利要求1?9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述半導(dǎo)體元件以碳化硅為半導(dǎo)體材料。
【文檔編號】H01L23/36GK105849904SQ201380081897
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2013年12月27日
【發(fā)明人】吉村晃, 吉村晃一, 倉地和博
【申請人】三菱電機(jī)株式會社