半導體裝置、半導體裝置的組裝方法、半導體裝置用部件以及單位模塊的制作方法
【專利說明】半導體裝置、半導體裝置的組裝方法、半導體裝置用部件以及單位模塊
技術領域
[0001]本發明涉及半導體裝置、半導體裝置的組裝方法、半導體裝置用部件以及單位模塊。特別涉及搭載有功率半導體元件的半導體裝置、該半導體裝置的組裝方法、用于半導體裝置的半導體裝置用部件以及單位模塊。
【背景技術】
[0002]作為半導體裝置，已知有將I個或者2個以上的功率半導體元件(半導體芯片)內置在殼體內，并且殼體內利用密封材料密封的功率半導體模塊。就用于逆變器電路等的功率半導體模塊而言，作為半導體元件，例如可以使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管:InsulatedGate Bipolar Transistor)和/或MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管:Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)等開關元件、FffD(續流二極管:Free WheelingD1de)等無源元件。這些功率半導體元件為由娃或者碳化娃(SiC)構成的半導體芯片，并搭載在絕緣基板上，與形成于絕緣基板的電氣電路和/或端子電連接。例如，形成于功率半導體模塊的半導體芯片的上表面的電極和形成于絕緣基板的電氣電路和/或端子通過將鋁制的鍵合線、銅制的導線(導電板)接合而電連接。鍵合線、導線具有電連接的作用，還具有傳導半導體芯片發出的熱的作用。
[0003]近年來，功率半導體模塊在比以往大的容量的條件下使用，或在如車載用等這樣的高溫環境的條件下使用，另外，伴隨著半導體芯片的小型化、殼體內的半導體芯片的高密度化，功率半導體模塊處于半導體芯片的發熱溫度易于上升的條件。
[0004]通過提高由半導體芯片產生的熱的散熱性而抑制半導體芯片的發熱溫度的上升的對策之一是增加與形成于半導體芯片的上表面的電極接合的鋁制的鍵合線的根數。然而，伴隨著半導體芯片的小型化，在半導體芯片的上表面接合多個鍵合線變得困難。
[0005]對于將銅制的導線(導電板)通過焊料接合在形成于半導體芯片的上表面的電極的半導體裝置而言，由于能夠使導線廣范圍地用焊料接合到半導體芯片的上表面，所以與接合了鍵合線的情況相比，從散熱性的觀點出發較為有利。然而，如果用焊料接合半導體芯片和導線，則半導體芯片的熱膨脹系數與導線的熱膨脹系數之差較大，由此出于長期使用的可靠性的觀點，還有改進的余地。
[0006]關于利用正電極將設置于半導體芯片的上方的印刷電路基板和半導體芯片進行了連接的半導體裝置，有將多個正電極與半導體芯片進行了連接的可靠性高的半導體裝置(專利文獻I)。然而，對于專利文獻I中記載的半導體裝置而言，由于通過正電極與半導體芯片連接的是印刷電路基板，所以難以在該印刷電路基板中流通大電流，并且與導線相比成本高。另外，根據設置于印刷電路基板的貫通孔的位置來確定正電極的位置，由此功率半導體模塊內的半導體芯片的配置的自由度不高。
[0007]存在將散熱器接合到半導體芯片的電極，并通過激光焊接對該散熱器和導線進行了接合的半導體裝置(專利文獻2)。專利文獻2中記載的半導體裝置所使用的散熱器通常為簡單形狀的銅板，由于存在與半導體芯片之間的熱膨脹系數差，所以出于針對功率半導體模塊的使用時的溫度周期的可靠性的觀點，還有改進的余地。
[0008]現有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2013-21371號公報
[0011]專利文獻2:日本特開2008-98585號公報
【發明內容】
[0012]本發明可有效地解決上述以往的半導體裝置的問題。目的在于提供能夠提高由半導體芯片產生的熱的散熱性，并且針對使用時的溫度周期的可靠性高的半導體裝置、以及其組裝方法、用于半導體裝置的半導體裝置用部件、以及單位模塊。
[0013]技術方案
[0014]為了實現上述目的，提供以下這樣的半導體裝置、半導體裝置的組裝方法、半導體裝置用部件以及單位模塊。
[0015]本發明的第一形態的半導體裝置的特征在于，具備絕緣基板、搭載在該絕緣基板上的半導體元件、以及與該半導體元件接合且具有立體的散熱部的散熱塊。
[0016]本發明的第二形態的半導體裝置的組裝方法的特征在于，制成具備絕緣基板、搭載在該絕緣基板上的半導體元件、以及與該半導體元件接合且具有立體的散熱部的散熱塊的單位模塊，將至少一個該單位模塊固定于金屬基板，使固定在該金屬基板上的該單位模塊成為在絕緣基板的周圍具有框的狀態，將包圍該金屬基板的殼體與該金屬基板粘接。
[0017]本發明的第三形態的導體裝置用部件的特征在于，是搭載于具備導電板的半導體裝置而使用的半導體裝置用部件，具備:絕緣基板、搭載在該絕緣基板上的半導體元件、以及與該半導體元件接合且具有立體的散熱部的散熱塊，并且以上述半導體元件通過上述散熱塊與上述導電板電連接的方式構成。
[0018]本發明的第四形態的單位模塊的特征在于，是搭載于具備導電板和金屬基板的半導體裝置而使用的單位模塊，具備:絕緣基板、搭載在該絕緣基板上的半導體元件、以及與該半導體元件接合且具有立體的散熱部的散熱塊，上述單位模塊以固定于上述金屬基板且上述半導體元件通過上述散熱塊與上述導電板電連接的方式構成。
[0019]有益效果
[0020]根據本發明的上述形態，通過在半導體元件接合具有立體的散熱部的散熱塊，從而能夠從散熱塊的散熱部有效地釋放由半導體芯片產生的熱。另外，通過使散熱塊具有能夠分散熱應力的結構，從而能夠緩和由散熱塊與半導體芯片之間的熱膨脹系數差所導致的熱應力，能夠提高長期可靠性。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的實施方式I的半導體裝置用部件的說明圖。
[0022]圖2是圖1的半導體裝置用部件的散熱塊的變形例的立體圖。
[0023]圖3是圖1的半導體裝置用部件的散熱塊的其它的例子的立體圖。
[0024]圖4是圖1的半導體裝置用部件的散熱塊的其它的例子的立體圖。
[0025]圖5是圖1的半導體裝置用部件的散熱塊的其它的例子的立體圖。
[0026]圖6是本發明的實施方式的單位模塊的說明圖。
[0027]圖7是圖7的單位模塊的變形例的立體圖。
[0028]圖8是圖8的單位模塊的剖視圖。
[0029]圖9是圖7的單位模塊的變形例的剖視圖。
[0030]圖10是作為本發明的實施方式的半導體裝置的功率半導體模塊的說明圖。
[0031]圖11是圖10的功率半導體模塊的其它的組裝方法的說明圖。
[0032]圖12是本發明的其它的實施方式的半導體裝置用部件中使用的導線銷塊的立體圖。
[0033]圖13是使用了圖12的導線銷塊的半導體裝置用部件的主要部分的剖視圖。
[0034]圖14是其它的導線銷塊的立體圖。
[0035]圖15是圖14的導線銷塊和散熱塊的結構物的立體圖。
[0036]圖16是在金屬板搭載有半導體芯片的俯視圖。
[0037]圖17是說明導線銷塊和散熱塊的俯視圖。
[0038]圖18是導線銷塊和散熱塊的結構物的俯視圖。
[0039]圖19是本發明的其它的實施方式的半導體裝置用部件的俯視圖和側視圖。
[0040]圖20是本發明的其它的實施方式的半導體裝置用部件的立體圖。
[0041]圖21是說明本發明的其它的實施方式的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0042]圖22是用于說明連接圖21的功率半導體模塊中使用的半導體裝置用部件的電路的主要部分俯視圖。
[0043]圖23是說明功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0044]圖24是說明圖1的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0045]圖25是本發明的其它的實施方式的半導體裝置用部件的分解立體圖。
[0046]圖26是從背面觀察搭載有導線銷塊的端子的立體圖。
[0047]圖27是端子的放大透視圖。
[0048]圖28是圖25的半導體裝置用部件的立體圖。
[0049]圖29是說明本發明的其它的實施方式的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0050]圖30是說明功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0051]圖31是說明功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0052]圖32是說明功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0053]圖33是本發明的其它的實施方式的半導體裝置用部件的立體圖。
[0054]圖34是圖33的半導體裝置用部件的分解立體圖。
[0055]圖35是說明使用了圖33的半導體裝置用部件的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0056]圖36是說明使用了圖33的半導體裝置用部件的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0057]圖37是說明使用了圖33的半導體裝置用部件的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0058]圖38是說明使用了圖33的半導體裝置用部件的功率半導體模塊的組裝工序的立體圖。
[0059]圖39是使用了圖33的半導體裝置用部件的功率半導體模塊的立體圖。
[0060]圖40是以往的功率半導體模塊的示意立體圖。
[0061]符號說明
[0062]1、30、40、50、80、100:半導體裝置用部件
[0063]2:絕緣基板
[0064]3:半導體元件(半導體芯片)
[0065]4:供電塊
[0066]5:鍵合線
[0067]6:散熱塊
[0068]7:導線銷
[0069]7A、7B、7C、7D:導線銷塊
[0070]8:框
[0071]9:密封材料
[0072]10:單位模塊
[0073]11,71:金屬基板
[0074]12:72:殼體
[0075]13、14、15、16、17、73、74、75、76、77:端子
[0076]18:密封材料
[0077]20、70、90、110:功率半導體模塊(半導體裝置)
【具體實施方式】
[0078]使用附圖對本發明的功率半導體模塊(半導體裝置)的實施方式進行具體說明。
[0079](實施方式I)
[0080]圖1(a)中以示意立體圖示出本發明的實施方式I的半導體裝置用部件I。半導體裝置用部件I用于構成后述的功率半導體模塊。圖1(a)中示出的半導體裝置用部件I在絕緣基板2上搭載有半導體芯片3。絕緣基板2具備:由氮化硅、氧化鋁、氮化鋁等陶瓷材料構成的絕緣板2a、與絕緣板2a的一個表面接合的金屬箔2b、以及與絕緣板2a的另一個表面接合的金屬箔2c。金屬箔2b、2c具體而言例如為銅箔。可以在銅箔實施鍍鎳等。金屬箔2c在圖1(a)中由于位于絕緣板2a的背面，所以沒有示于圖中。在絕緣板2a上選擇性地形成金屬箔2b，由此形成了與形成于半導體芯片3的下