專利名稱：半導體模塊和散熱板的制作方法
圖2A示出如可從圖2C截取的I和I之間產生的結構的剖面視 圖。如所能看到的，在半導體基片1的表面10上，設置氮化硅層 14。此外，圖2B示出如可從圖2C截取的II和II之間產生的結構的 剖面視圖。如所能看到的，主動區部分11被填充有絕緣材料13的 絕纟彖溝槽12^黃向限定。在主動區部分ll的頂部，i殳有氮4b石圭部分 14。如所能看到的，絕緣溝槽不具備完全呈矩形的側壁。更具體地， 絕緣溝槽略樣t呈^l,形。因此，主動區11的下部的寬度大于其上部 的寬度。此外，圖2C示出俯一見圖。如圖所示，絕》彖溝槽12形成為 線條。在相鄰線條之間的空間里，i殳有氮4匕石圭才才并+線14。
在下一步驟中，限定凹槽開口。具體地，施加光阻材料并使用 凹陷溝道掩模對所述光阻材料進行圖案化。如將要參照圖4A至圖 4C進行說明的，凹槽溝道掩模以這樣的方式設計，即蝕刻氮化硅 層14的點狀部分，以1更形成凹槽開口 15。圖3A示出在氮4匕石圭層 14中蝕刻凹槽開口之后，I和I之間的基片的剖面—見圖。具體地， 蝕刻氮化硅的該蝕刻步驟相對二氧化硅具有很高的選擇性。在這方 面，術語"選擇性蝕刻步驟"指的是其中第一材料相比其它層的材 泮牛以高得多的蝕刻速率蝕刻。例如，第一材沖+的蝕刻速率與其它材 料的蝕刻速率之間的比率可為4:1或更高。例如，在圖3A所示的 蝕刻步驟中，氮化硅的蝕刻速率是二氧化硅蝕刻速率的四倍，以便 確保所需的選擇性。如從示出n和II之間的截面圖的圖3B所能進一 步看到的，氮化硅層14被從相鄰絕緣溝槽之間的空間中完全去除。
圖3C示出所產生的結構的俯-觀圖。如所能看到的，形成凹槽 開口 15以便將預定的基片部分1暴露。剩余氮化硅材料條14設置 在相鄰的凹槽開口 15之間。
圖4A至圖4C示出半導體基片的各俯視圖，示出了凹槽溝道 掩模條的例示形狀。例如，如圖4A所示，主動區可以錯列方式詔:
存儲元件產生的熱量也造成問題，但是從AMB產生的熱量大大超過 存儲元件產生的熱量，因此，要求有效地散發來自AMB的熱量。當 AMB超過校正溫度(rectified temperature)時，AMB將不能正常工 作，無法獲得必要特性，因此，提升半導體模塊的散熱性能對產品來 說是極其重要的。
發明內容
本發明的示例性實施例提供了一種半導體模塊和用于該半導體 模塊的散熱板，這種半導體模塊能夠在安裝有工作時具有不同發熱量 的半導體器件(元件)的半導體模塊中有效散熱，并且能夠容易地安 裝甚至具有發熱量大的半導體器件。
根據本發明一個或多個示例性實施例的一個方面，提供了一種 半導體模塊，其特征在于，在該半導體模塊中混合存在多種工作時具
有不同發熱量的半導體器件，導熱片置于安裝在基板上的模塊主體與 所述半導體器件的外表面之間，并且散熱板安裝成在兩塊或更多所述 半導體器件上覆蓋所述半導體器件的外表面，其中，用于所述半導體 器件中發熱量大的半導體器件的導熱片的熱導率比用于所述半導體 器件中發熱量小的半導體器件的導熱片的熱導率高此外，雖然可以利 用通過用樹脂密封半導體元件而形成半導體器件以及利用通過倒裝 芯片連接法安裝有半導體元件而形成半導體器件，但對半導體器件安 裝在基板上的形式沒有特別限制。
此外，散熱板可以設置成覆蓋安裝在所述基板上的多個半導體 器件，或者散熱板也可以形成為覆蓋所述基板的平面區域的平面形 狀，以安裝成覆蓋安裝在所述基板上的所有半導體器件。通過提供用 于覆蓋基板的整個平面的散熱板，可以構成散熱性能優良的半導體模 塊。
此外，夾子通過沿厚度方向進行彈性擠壓來固定所述模塊主體 和所述散熱板，從而易于結合所述半導體模塊，并且可以提升所述半 導體模塊的散熱性能，所述夾子通過折疊并彎曲彈性板部件使其側面 形狀呈"C"形形狀而形成。
此外，本發明對于這樣的產品來說是特別有效的，其中，安裝 在所述模塊主體上的半導體器件為存儲元件和用于存儲緩沖器的控 制元件，并且所述控制元件在工作時的發熱量大于所述存儲元件在工 作時的發熱量。
此外，通過將分隔用于存儲緩沖器的所述控制元件與所述散熱
板之間的間隔構造為等于或小于0.05mm，可以進一步提升控制元件 的散熱性能。
此外，以下這種散熱板作為用于所述半導體模塊的散熱板，可 以獲得有效的散熱作用這種散熱板安裝在模塊部件上，所述模塊部 件安裝有在工作時具有不同發熱量的半導體器件，并且這種散熱板粘 貼有與設置半導體器件的位置對應的導熱片，在所粘貼的導熱片中， 用于所述半導體器件中發熱量大的半導體器件的導熱片的熱導率比 用于所述半導體器件中發熱量小的半導體器件的導熱片的熱導率高。
此外，通過將散熱板安裝在模塊主體上可以有效地利用所述散 熱板，其中，所述模塊主體安裝有存儲元件和用于存儲緩沖器的控制 元件，所述存儲元件和所述控制元件作為半導體器件。
本發明的一個或多個示例性實施例可以包括下面的一個或多個 優點。例如，根據本發明的半導體模塊和散熱板，可以有效地從工作 時具有不同發熱量的半導體器件散發熱量，從而可以使半導體模塊具 有穩定的性能。此外，即使具有發熱量大的半導體器件也可以容易地 安裝在半導體模塊上。
從下面的詳細說明書、附圖和權利要求書中可以清楚其它特征 和優點。
圖1A示出了構成根據本發明的半導體模塊的模塊主體的平面圖。
圖1B示出了構成根據本發明的半導體模塊的模塊主體的正視圖。
圖2A至圖2D分別示出了散熱板的平面圖和正視圖。
圖3是將散熱板安裝在模塊主體上的半導體模塊的平面圖。
圖4A和圖4B示出了將散熱板安裝在模塊主體上的半導體模塊 的正視圖。
圖5A和圖5B是粘貼有導熱片的狀態下的散熱板的平面圖。 圖6A至圖6C分別是平面圖和剖視圖，示出了安裝有現有技術 的散熱板的半導體模塊的構造。
具體實施例方式
參照附圖，詳細說明本發明的優選實施例如下
圖1A和圖1B分別是平面圖和正視圖，示出了構成根據本發明
的半導體模塊的模塊主體10的實施例的構造。模塊主體IO包括基 板12，其形成為矩形形狀；存儲元件14，其安裝在基板12的兩個面
上；以及控制元件16，其安裝在基板12 —側的表面上。連接器13 沿著基板12的縱向設置在一側的末端邊緣。
本示例性實施例的半導體模塊的控制元件16用于存儲緩沖器 (AMB)。控制元件16安裝在電路板17上，而電路板17結合在基 板12上。因此，控制元件16布置在相對于基板表面高于存儲元件 14的位置。
此外，圖1A示出了具有存儲緩沖器的半導體模塊的構造的最一 般結構。兩行存儲元件14設置在基板12的縱向上，根據產品不同而 不同。
圖2A至圖2D示出了作為半導體模塊構成部分的散熱板的構 造。圖2A和圖2B分別是安裝在基板12的表面(一側的表面)上的 散熱板20a的平面圖和正視圖，其中該基板安裝有控制元件16。圖 2C和圖2D分別是安裝在基板12另一側的表面上的散熱板20b的平 面圖和正視圖。
散熱板20a和20b形成為具有一定尺寸的矩形形狀，該尺寸保 證覆蓋與基板12的平面形狀對應的基板12的平面區域。
安裝在基板12 —側的表面上的散熱板20a形成有與設置控制元 件16的位置對應的容納凹進部分24。如圖2B所示，散熱板20a在
其形成有容納凹進部分24的部分向外側凸出，從而在散熱板20a的 外表面上形成階差(臺階差)。容納凹進部分24的內表面24a形成 為平面。
此外，散熱板20a和20b的縱向上的兩端分別形成有支撐凸出 部26a和26b，該支撐凸出部用于支撐散熱板20a和20b以使其從基 板表面浮起。支撐凸出部26a和26b分別設置在散熱板20a和20b的 短邊方向的整個長度上。
散熱板20a和20b可以設置有用于以基板12進行定位的凸出部， 或者可以設置有用于與基板12保持表面間隔的隔離凸出部。用于定 位的凸出部可以通過定位在形成于基板12的末端邊緣的凹槽或通孔 中而形成。
散熱板20a和20b由銅或鋁等適當材料形成，只要該材料是導 熱性和散熱性能優良的材料。根據本示例性實施例，材料由厚度lmm 的鋁合金(鋁含量99.5%)形成。鋁合金的熱導率為230 (W/m 'K)。 通過對鋁合金進行防蝕鋁處理(alumite treatment)，從而可以獲得 較高散熱性能，并且通過解決易于受到損傷的問題，可以獲得足夠強 度。
圖3示出了將散熱板20a和20b安裝在模塊主體IO上的狀態下 的平面圖。根據本示例性實施例的半導體模塊通過以下方式結合，即 將散熱板20a和20b定位在模塊主體10的兩個面上，然后用夾子30a 和30b從兩側彈性擠壓散熱板20a和20b。夾子30a和30b通過折疊 并彎曲彈性板使其側面形狀呈"C"形形狀而形成。通過使散熱板20a 和20b與模塊主體10的兩個面接觸并且將散熱板20a和20b和模塊 主體10置于作為固定件的夾子30a和30b之間，散熱板20a和20b 和模塊主體IO利用預定擠壓力而得到整體支撐。
根據本示例性實施例的半導體模塊，當模塊主體10由散熱板20a 和20b夾入其間時，半導體模塊通過將具有優良導熱性的薄片(導熱 片)置于模塊主體10與散熱板20a和20b之間來組裝。
圖4A和圖4B示出了從前方看到的通過以下方式結合半導體模 塊的狀態，即分別將第一導熱片41和第二導熱片42置于模塊主體10與散熱板20a和20b之間以及模塊主體10與散熱板20a之間。第 一導熱片41置于存儲元件14與散熱板20a以及存儲元件14與散熱 板20b之間，第二導熱片42置于控制元件16與散熱板20a之間，并 且夾子30a和30b通過散熱板20a和20b擠壓模塊主體10。
如圖4B所示，控制元件16包含在設置于散熱板20a上的容納 凹進部分24的內側，并且控制元件16的背面借助于第二導熱片42 與容納凹進部分24的內表面24a接觸。存儲元件14在其外表面(樹 脂密封部分的外表面)與第一導熱片41接觸，并且借助于第一導熱 片41與散熱板20a和20b的內表面接觸。
根據本示例性實施例的半導體模塊，構成在模塊主體10的兩個 面上覆蓋形成為平板形狀的散熱板20a和20b的形式，因而構成沿寬
度方向穿透半導體模塊的寬度方向上的空間部分的形式。也就是說， 半導體模塊構成使氣流在寬度方向上流動的形式，因而提升了散熱性能。
盡管第一導熱片41和第二導熱片42分別置于存儲元件14與散 熱板20a和20b之間以及控制元件16與散熱板20a之間以改進從存 儲元件14向散熱板20a和20b以及從控制元件16向散熱板20a的熱 傳導，但是本示例性實施例的半導體模塊的特征在于使用具有不同 熱導率的兩種導熱片作為第一導熱片41和第二導熱片42，并且將熱 導率優于第一導熱片41的導熱材料用于第二導熱片42。
圖5A和圖5B示出了分別將第一導熱片41和第二導熱片42粘 貼在散熱板20a和20b的內表面上以及散熱板20a的內表面上的狀態 下的平面圖。在一側安裝在裝有控制元件16的基板表面上的散熱板 20a粘貼有與設置控制元件16的位置對應的第二導熱片42，并粘貼 有與設置存儲元件14的位置對應的第一導熱片41。在另一側的散熱 板20b粘貼有與裝有存儲元件14的位置對應的第一導熱片41。
通過以這種方式分別將第一導熱片41和第二導熱片42粘貼在 散熱板20a和20b上以及散熱板20a上，分別將第一導熱片41和第 二導熱片42置于模塊主體10與散熱板20a和20b之間以及置于模塊 主體10與散熱板20a之間，從而通過將散熱板20a和20b定位并夾
緊在模塊主體10上來結合成為一體。
分別設置在散熱板20a和20b上的支撐凸出部26a和26b的高 度尺寸和容納凹進部分24的階差的高度尺寸這樣設定，即使得當 散熱板20a和20b安裝在基板12上時，存儲元件14和控制元件16 分別借助于第一導熱片41與散熱板20a和20b接觸以及借助于第二 導熱片42與散熱板20a接觸。此外，容納凹進部分24的階差設定為 小于控制元件16與存儲元件14之間的高度差。
根據本示例性實施例，使用具有不同熱導率的兩種導熱片來提 升控制元件16的散熱性能并防止從控制元件16散發的熱量回流到存 儲元件14一側，其中提升散熱性能是通過將熱量從工作時發熱量大 于存儲元件14的控制元件16有效傳導至散熱板20a來實現的。
一般來說，當散熱板借助于導熱片與發熱部件接觸以散發來自 該發熱部件的熱量時，使用熱導率盡可能高的導熱材料作為導熱片是 高效的。因此，同樣根據本示例性實施例，似乎使用熱導率盡可能高 的導熱片作為第一導熱片41和第二導熱片42是高效的。然而，如同 根據本示例性實施例的半導體模塊中那樣，當安裝有具有不同發熱量 的半導體器件(元件)并且通常在其上安裝有散熱板時，將熱導率較
高的導熱片插入在工作時具有較大發熱量的半導體器件(元件)并將 熱導率相對較低的導熱片插入發熱量較小的半導體器件(元件)實際
上是高效的。
根據本示例性實施例，使用熱導率約2.0 (W/m*K)的導熱片 作為第一導熱片41，并且使用熱導率約3.0 (W/m*K)的導熱片作 為第二導熱片42。
當對于本示例性實施例的使用具有不同熱導率的導熱片作為第 一導熱片41和第二導熱片42的情況以及對于第一導熱片41和第二 導熱片42均使用高熱導率的導熱片(熱導率約3.0 (W/m K)的導 熱片)的比較例的情況測量控制元件16的工作溫度時，與該比較例 相比，在本示例性實施例的情況下，控制元件16的溫度升高可以減 少33%。
事實表明，使用具有不同熱導率的導熱片作為第一導熱片41和
第二導熱片42并且將熱導率較高的導熱片用于發熱量較大的控制元 件16是高效的。
此外，為了證實夾子30a和30b的作用，測量如何通過構成材 料厚度為0.5mm的夾子30a和30b的情況和構成材料厚度為0.6mm 的夾子30a和30b的情況來改變控制元件16的工作溫度，當進行這 樣的測量時，在構成材料厚度為0.6mm的夾子30a和30b的情況下， 控制元件16的工作溫度降低12%。
事實表明，用恒定壓力擠壓散熱板20a和20b明顯有助于降低 控制元件16的工作溫度。因此，在選定夾子30a和30b時，選擇利 用夾子30a和30b的擠壓位置、擠壓面積以及夾子30a和30b的材料 厚度和材質是有效的。
此外，對于將控制元件16的熱量傳導到散熱板20a，使置于散 熱板20a與控制元件16之間的導熱片42的厚度盡可能薄是有效的。 盡管可以使用具有各種厚度的薄片作為導熱片42，但是優選這樣設 計容納凹進部分24的階差，即使控制元件16的背面與容納凹進部 分24的內表面24a之間的間隔盡可能窄。控制元件16的背面與容納 凹進部分24的內表面24a之間的間隔可以是約0.05mm。
此外，盡管已經根據本示例性實施例說明了裝有存儲元件14和 用作AMB的控制元件16的半導體模塊，但是本發明不限于此示例 性實施例的構造，而是可類似地應用于裝有具有不同發熱量的半導體 器件(元件)的半導體模塊。同樣在這種情況下，通過分別插入具有 較大和較小熱導率的導熱片，可以將散熱板安裝在具有較大發熱量的 半導體器件(元件)和具有較小發熱量的半導體器件(元件)上。
此外，盡管已經根據本示例性實施例說明了設置有具有不同熱
導率的導熱片的半導體模塊，但是本發明不限于此示例性實施例的構
造，而是可類似地應用于設置有變相帶(phase change tape)和非變
相帶的半導體模塊，其中，變相帶適用于具有較大發熱量的半導體器
件，而非變相帶適用于具有較小發熱量的半導體器件。具有這種構造 的半導體模塊可以具有與本示例性實施例的半導體模塊相同的效果。
同樣在這種情況下，通過分別插入具有較大和較小熱導率的導
熱片，可以將散熱板安裝在具有較大發熱量的半導體器件(元件)和 具有較小發熱量的半導體器件(元件)上。
盡管已經結合有限數量的實施例描述了本發明，但是，從本公 開內容中受益的所屬領域的技術人員將會認識到，可以設計出不會背 離在此所披露的本發明保護范圍的其它實施例。因此，本發明的保護 范圍應當僅由所附權利要求書限定。
本申請要求2006年7月13日向日本特許廳提交的日本專利申 請No. 2006-192264的優先權。該優先權申請通過引用整體并入本文。
權利要求
1.一種半導體模塊，包括模塊主體，其具有基板和安裝在所述基板上的多種半導體器件，所述多種半導體器件在工作時具有不同的發熱量；散熱板，其安裝成在兩塊或更多所述半導體器件上覆蓋所述半導體器件的外表面；以及導熱片，其置于所述模塊主體和各個所述散熱板之間，其中，在所述導熱片中，用于所述半導體器件中發熱量大的半導體器件的導熱片的熱導率比用于所述半導體器件中發熱量小的半導體器件的導熱片的熱導率高。
2. 根據權利要求1所述的半導體模塊，其中， 所述散熱板形成為覆蓋所述基板的平面區域的平面形狀，并且安裝成覆蓋安裝在所述基板上的所有所述半導體器件。
3. 根據權利要求1或2所述的半導體模塊，還包括夾子，其通過折疊并彎曲彈性板部件使其側面形狀呈"C"形形 狀而形成，其中，所述夾子通過沿厚度方向進行彈性擠壓來固定所述模塊 主體和所述散熱板。
4. 根據權利要求1或2所述的半導體模塊，其中， 安裝在所述模塊主體上的所述半導體器件為存儲元件和用于存儲緩沖器的控制元件，所述控制元件在工作時的發熱量大于所述存儲 元件在工作時的發熱量。
5. 根據權利要求4所述的半導體模塊，其中， 分隔用于所述存儲緩沖器的所述控制元件與所述散熱板的間隔構造為等于或小于0.05mm。
6. —種用于半導體模塊的散熱板，所述半導體模塊具有模塊主體，所述模塊主體安裝有在工作時具有不同發熱量的半導體器件，所述散熱板包括導熱片，其具有不同的熱導率并粘貼在所述散熱板上。
7. 根據權利要求6所述的用于半導體模塊的散熱板，其中， 在所述導熱片中，熱導率高的導熱片與設置所述半導體器件中發熱量大的半導體器件的位置對應，粘貼在所述散熱板上，并且熱導 率低的導熱片與設置所述半導體器件中發熱量小的半導體器件的位 置對應，粘貼在所述散熱板上。
8. 根據權利要求6所述的用于半導體模塊的散熱板，其中，所述散熱板安裝在所述模塊主體上，所述模塊主體安裝有存儲 元件和用于存儲緩沖器的控制元件，所述存儲元件和所述控制元件作 為所述半導體器件。
9. 一種半導體模塊，包括模塊主體，其具有基板和安裝在所述基板上的多種半導體器件， 所述多種半導體器件在工作時具有不同的發熱量；散熱板，其安裝成在兩塊或更多所述半導體器件上覆蓋所述半導體器件的外表面；變相帶，其置于所述散熱板與所述半導體器件中發熱量大的半導體器件之間；以及非變相帶，其置于所述散熱板與所述半導體器件中發熱量小的 半導體器件之間。
全文摘要
本發明公開一種半導體模塊，在該半導體模塊中，混合存在多種工作時具有不同發熱量的半導體器件，導熱片置于安裝在基板上的模塊主體與所述半導體器件的外表面之間，并且散熱板通過在兩塊或更多所述半導體器件上覆蓋所述半導體器件的外表面而安裝在所述導熱片上，其中，熱導率高的導熱片用于所述半導體器件中發熱量大的半導體器件，熱導率低的導熱片用于所述半導體器件中發熱量小的半導體器件。
文檔編號H01L23/427GK101106126SQ20071013685
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月13日 優先權日2006年7月13日
發明者酒井克明, 陳明聰, 青木周三, 飯島久照 申請人:新光電氣工業株式會社