半导体装置的制作方法

技术领域

本发明涉及例如用于电动助力转向装置的逆变器电路的半导体装置。

背景技术：

在电动助力转向装置的逆变器电路中，开关元件有可能在短时间急剧地发热。因此，通过形成为在接合有开关元件的基板的背面接合了散热片的结构，从而使由开关元件发出的热被散热片吸收。例如参照日本特开2009－200525号公报。

以往，在一个表面设置有漏电极(集电极)并在另一个表面设置有源电极(发射极)以及栅电极(基极)的垂直半导体元件一般作为开关元件使用。

考虑将在一个表面设置有漏电极、源电极以及栅电极，而在另一个表面未设置电极的横向半导体元件作为开关元件使用。横向半导体元件的一个例子是以GaN为主材料的开关元件。在将横向半导体元件作为开关元件使用的情况下，设置于一个表面的电极的面积比垂直半导体元件的漏电极的面积小。因此，在横向半导体元件中，设置有电极的一个表面(以下，有时称为电极面。)的热阻大于垂直半导体元件的设置有漏电极的表面的热阻。因此，在将横向半导体元件作为开关元件使用的情况下，需要采用在电极面进行电连接并从未设置电极的另一个表面(以下，有时称为非电极面。)散热的结构。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种能够从开关元件的非电极面经由散热器高效地对开关元件产生的热进行散热，并且在散热器向开关元件 接合时使散热器与基板的间隔保持为恒定变得容易的半导体装置。

作为本发明的一个方式的半导体装置包括：基板，该基板具有第一主面和第二主面；开关元件，该开关元件具有设置有多个电极的电极面、和作为上述电极面的相反侧的表面且未设置电极的非电极面，并由在上述电极面与上述基板的上述第二主面对置的状态下与上述基板接合的横向半导体元件构成；以及散热器，该散热器与上述开关元件的上述非电极面接合。上述散热器具有用于规定与上述基板的间隔的间隔规定部。

在该构成中，由于在开关元件的非电极面接合有散热器，所以能够高效地将开关元件所产生的热从开关元件的非电极面经由散热器散出。另外，由于散热器具有用于规定与基板的间隔的间隔规定部，所以在散热器向开关元件接合时，将散热器与基板的间隔保持为恒定变得容易。由此，例如在对多个散热器安装一个散热片的情况下，由于这些多个散热器与基板的间隔为恒定，所以散热片的安装变得容易。

上述方式的半导体装置可以构成为还包括散热片，该散热片同上述散热器中的和与上述开关元件接合的一方相反侧的面接合。

在上述方式的半导体装置中，上述开关元件可以构成为包括多个开关元件，并在上述多个开关元件的每个设置有上述散热器。

上述方式的半导体装置可以构成为还包括密封树脂，除去包括上述散热器中的同与上述开关元件接合的一方相反侧的面的上述散热器的一部分，该密封树脂对上述开关元件以及上述散热器进行密封。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相似的附图标记用于表示相似的元件，其中：

图1是表示应用本发明的一实施方式所涉及的半导体装置的功率模块的俯视图且除去基板的状态下的俯视图。

图2是沿着图1的II-II线的放大剖视图。

图3是表示逆变器电路的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示应用本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的功率模块的俯视图，并示出除去基板的状态下的俯视图。图2是沿着图1的II-II线的放大剖视图。

该功率模块1是用于实现图3所示那样的、电动助力转向装置(EPS)用的逆变器电路100的模块。图3所示的逆变器电路100包括平滑电容器C、多个开关元件Tr1～Tr6、以及与各开关元件Tr1～Tr6反向并联连接的多个二极管元件Di1～Di6。平滑电容器C连接在电源Vc的两端子间。

多个开关元件Tr1～Tr6包括U相用的高侧的第一开关元件Tr1、与第一开关元件Tr1串联连接的U相用的低侧的第二开关元件Tr2、V相用的高侧的第三开关元件Tr3、与第三开关元件Tr3串联连接的V相用的低侧的第四开关元件Tr4、W相用的高侧的第五开关元件Tr5、以及与第五开关元件Tr5串联连接的W相用的低侧的第六开关元件Tr6。在该实施方式中，各开关元件Tr1～Tr6由以GaN为主材料的GaN－FET构成。在第一～第六开关元件Tr1～Tr6反向并联连接有第一～第六二极管Di1～Di6。

第一、第三以及第五开关元件Tr1、Tr3、Tr5的漏极与电源Vc的正极侧端子连接。第一、第三以及第五开关元件Tr1、Tr3、Tr5的源极分别与第二、第四以及第六开关元件Tr2、Tr4、Tr6的漏极连接。第二、第四以及第六开关元件Tr2、Tr4、Tr6的源极与电源Vc的负极侧端子连接。

第一开关元件Tr1与第二开关元件Tr2的连接点同电动马达50的U相定子绕组51连接。第三开关元件Tr3与第四开关元件Tr4的连接点同电动马达50的V相定子绕组52连接。第五开关元件Tr5与第六开关元件Tr6的连接点同电动马达50的W相定子绕组53连接。各开关元件Tr1～Tr6的栅极与马达控制电路(省略图示)连接。

参照图1以及图2，功率模块1包括基板2、多个开关元件Tr1～Tr6、多个散热器3、以及散热片4。功率模块1包括图3所示的多个二极管元件Di1～Di6以及平滑电容器C，但为了便于说明，在图1以及图2中省略图示。

在该实施方式中，基板2在俯视时形成为圆形。基板2由陶瓷基板、玻璃环氧树脂基板等构成。基板2具有第一主面2a(图2的上面)、和与第一主面2a相反侧的第二主面2b(图2的下面)。在基板2的第一主面2a安装有马达控制电路(省略图示)。在基板2的第二主面2b形成有用于形成逆变器电路100的布线图案(省略图示)。在基板2的第二主面2b上安装有多个开关元件Tr1～Tr6、多个二极管元件Di1～Di6(在图1以及图2中省略图示)以及平滑电容器C(在图1以及图2中省略图示)。

各开关元件Tr1～Tr6是具有在一个方向上较长的矩形的平面形状的立方体形状。各开关元件Tr1～Tr6具有设置有多个电极的电极面(图2的上面)10a、和作为电极面的相反侧的表面且未设置电极的非电极面(图2的下面)10b。在各开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b形成有金属薄膜(省略图示)。

在各开关元件Tr1～Tr6的电极面10a设置有多个漏电极11、多个源电极12、和一个栅电极13。各漏电极11以及各源电极12在俯视时，是在电极面10a的短边方向上细长的矩形状。多个漏电极11和多个源电极12在电极面10a的长边方向上隔开等间隔地交替配置。栅电极13在俯视时是与正方形接近的矩形状，并被配置在电极面10a的一端侧的宽度中央部。此外，漏电极11和源电极12可以以相互对置的方式形成梳齿状。

第一～第六开关元件Tr1～Tr6在其电极面10a与基板2的第二主面2b对置的状态下与基板2的第二主面2b接合。具体而言，第一～第六开关元件Tr1～Tr6的电极11、12、13的表面经由未图示的焊料与形成于基板2的第二主面2b上的布线图案接合。

第一开关元件Tr1以及第二开关元件Tr2以在俯视时，它们的长边方向一致的方式呈一列状排列配置。第三开关元件Tr3以及第四开关元 件Tr4以在俯视时，它们的长边方向一致的方式呈一列状排列配置。第五开关元件Tr5以及第六开关元件Tr6以在俯视时，它们的长边方向一致的方式呈一列状排列配置。第一以及第二开关元件Tr1、Tr2的组、第三以及第四开关元件Tr3、Tr4的组以及第五以及第六开关元件Tr5、Tr6的组分别被配置在当俯视时同与基板2的外周圆内接的正方形的4个边中的3个边对应的位置。

与6个开关元件Tr1～Tr6对应地设置有6个金属制的散热器3。在各开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b接合有对应的散热器3。在该实施方式中，散热器3由铜类材料制作。各散热器3由具有在一个方向上较长的矩形的平面形状的长方体状的散热器主体31、和从散热器主体31的表面(上面)的两端部分别立起的一对立起部32、33构成。散热器主体31的表面(上面)的长度以及宽度分别大于开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b的长度以及宽度。各开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b经由焊料21与对应的散热器3的散热器主体31的表面(上面)的中央部接合。

各散热器3的立起部32、33的长度(高度)被设定成比开关元件Tr1～Tr6的包括电极11～13的厚度稍微大的长度。各散热器3的立起部32、33构成用于使该散热器3的散热器主体31与基板2的第二主面2b的间隔呈恒定的间隔规定部。各散热器3的立起部32、33的前端与基板2的第二主面2b抵接。在基板2的第二主面2b侧形成有对各开关元件Tr1～Tr6以及各散热器3的大部分进行密封的密封树脂5。包括各散热器3中的同与开关元件Tr1～Tr6接合的一方相反侧的面的散热器3的一部分未被密封树脂5密封，而从密封树脂5突出到外侧。

在多个散热器3中的同与开关元件Tr1～Tr6接合的一方相反侧的面经由散热板(热传导性板)22接合有散热片4。在该实施方式中，散热片4为铝制。

前述的功率模块1例如如下那样制造。首先，准备在第一主面2a安装有马达控制电路并且在第二主面2b形成有用于形成逆变器电路100的布线图案的基板2。接下来，将构成逆变器电路100的开关元件Tr1～Tr6等电气部件接合于基板2的第二主面2b。接下来，在将焊料21涂覆于开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b后，一边将各散热器3的 立起部32、33的前端压接于基板2的第二主面2b，一边使各散热器3与开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b接合。

之后，在基板2的第二主面2b侧形成对各开关元件Tr1～Tr6以及各散热器3的大部分进行密封的密封树脂5。最后，将散热片4经由散热板22接合于多个散热器3中的同与开关元件Tr1～Tr6接合的一方相反侧的面。

此外，可以同时进行开关元件Tr1～Tr6等电气部件向基板2的第二主面2b的接合、和散热器3向开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b的接合。

在前述的实施方式中，在开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b接合有散热器3，在散热器3中的同与开关元件Tr1～Tr6接合的一方相反侧的面接合有散热片4。由此，能够将开关元件Tr1～Tr6所产生的热从开关元件Tr1～Tr6的非电极面10b经由散热器3高效地传递到散热片4。因此，能够高效地将开关元件Tr1～Tr6所产生的热从其非电极面10b散出。

另外，由于各散热器3具有用于规定与基板2的间隔的立起部32、33(间隔规定部)，所以在各散热器3向开关元件Tr1～Tr6的接合时，将散热器主体31与基板2的间隔保持恒定变得容易。由此，由于能够将各散热器3与基板2的间隔保持恒定，所以向多个散热器3安装散热片4变得容易。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明还能够以其它方式实施。例如在前述的实施方式中，散热器3设置于每个开关元件Tr1～Tr6，但也可以对多个开关元件设置一个散热器。换句话说，也可以对多个开关元件接合一个散热器。换言之，也可以对一个散热器接合多个开关元件。例如，也可以对一个散热器接合2个开关元件Tr1、Tr2。

另外，在前述的实施方式中，在一个散热器3设置有2个间隔规定部32、33(立起部)，但也可以对一个散热器3仅设置一个间隔规定部，也可以设置三个以上。

另外，在前述的实施方式中，在基板2的一个主面2b安装有逆变 器电路100，在另一个主面2a安装有马达控制电路，但马达控制电路可以安装在与安装有逆变器电路100的基板2不同的基板上。

对将本发明应用于电动助力转向装置的逆变器电路中的情况进行了说明，但本发明也能够应用于电动助力转向装置以外所使用的逆变器电路等。