半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块的制作方法
【专利说明】半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块
技术领域
[0001]本发明涉及半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块。特别涉及搭载有功率半导体元件的半导体装置、该半导体装置的组装方法、用于半导体装置的半导体装置用部件以及单位模块。
【背景技术】
[0002]作为半导体装置，已知有将I个或者2个以上的功率半导体元件(半导体芯片)内置在壳体内，并且壳体内利用密封材料密封的功率半导体模块。就用于逆变器电路等的功率半导体模块而言，作为半导体元件，例如可以使用IGBT(绝缘栅双极晶体管:InsulatedGate Bipolar Transistor)和/或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管:Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)等开关元件、FffD(续流二极管:Free WheelingD1de)等无源元件。这些功率半导体元件为由娃或者碳化娃(SiC)构成的半导体芯片，并搭载在绝缘基板上，与形成于绝缘基板的电气电路和/或端子电连接。例如，形成于功率半导体模块的半导体芯片的上表面的电极和形成于绝缘基板的电气电路和/或端子通过将铝制的键合线、铜制的导线(导电板)接合而电连接。键合线、导线具有电连接的作用，还具有传导半导体芯片发出的热的作用。
[0003]近年来，功率半导体模块在比以往大的容量的条件下使用，或在如车载用等这样的高温环境的条件下使用，另外，伴随着半导体芯片的小型化、壳体内的半导体芯片的高密度化，功率半导体模块处于半导体芯片的发热温度易于上升的条件。
[0004]通过提高由半导体芯片产生的热的散热性而抑制半导体芯片的发热温度的上升的对策之一是增加与形成于半导体芯片的上表面的电极接合的铝制的键合线的根数。然而，伴随着半导体芯片的小型化，在半导体芯片的上表面接合多个键合线变得困难。
[0005]对于将铜制的导线(导电板)通过焊料接合在形成于半导体芯片的上表面的电极的半导体装置而言，由于能够使导线广范围地用焊料接合到半导体芯片的上表面，所以与接合了键合线的情况相比，从散热性的观点出发较为有利。然而，如果用焊料接合半导体芯片和导线，则半导体芯片的热膨胀系数与导线的热膨胀系数之差较大，由此出于长期使用的可靠性的观点，还有改进的余地。
[0006]关于利用正电极将设置于半导体芯片的上方的印刷电路基板和半导体芯片进行了连接的半导体装置，有将多个正电极与半导体芯片进行了连接的可靠性高的半导体装置(专利文献I)。然而，对于专利文献I中记载的半导体装置而言，由于通过正电极与半导体芯片连接的是印刷电路基板，所以难以在该印刷电路基板中流通大电流，并且与导线相比成本高。另外，根据设置于印刷电路基板的贯通孔的位置来确定正电极的位置，由此功率半导体模块内的半导体芯片的配置的自由度不高。
[0007]存在将散热器接合到半导体芯片的电极，并通过激光焊接对该散热器和导线进行了接合的半导体装置(专利文献2)。专利文献2中记载的半导体装置所使用的散热器通常为简单形状的铜板，由于存在与半导体芯片之间的热膨胀系数差，所以出于针对功率半导体模块的使用时的温度周期的可靠性的观点，还有改进的余地。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2013-21371号公报
[0011]专利文献2:日本特开2008-98585号公报
【发明内容】
[0012]本发明可有效地解决上述以往的半导体装置的问题。目的在于提供能够提高由半导体芯片产生的热的散热性，并且针对使用时的温度周期的可靠性高的半导体装置、以及其组装方法、用于半导体装置的半导体装置用部件、以及单位模块。
[0013]技术方案
[0014]为了实现上述目的，提供以下这样的半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块。
[0015]本发明的第一形态的半导体装置的特征在于，具备绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块。
[0016]本发明的第二形态的半导体装置的组装方法的特征在于，制成具备绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块的单位模块，将至少一个该单位模块固定于金属基板，使固定在该金属基板上的该单位模块成为在绝缘基板的周围具有框的状态，将包围该金属基板的壳体与该金属基板粘接。
[0017]本发明的第三形态的导体装置用部件的特征在于，是搭载于具备导电板的半导体装置而使用的半导体装置用部件，具备:绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块，并且以上述半导体元件通过上述散热块与上述导电板电连接的方式构成。
[0018]本发明的第四形态的单位模块的特征在于，是搭载于具备导电板和金属基板的半导体装置而使用的单位模块，具备:绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块，上述单位模块以固定于上述金属基板且上述半导体元件通过上述散热块与上述导电板电连接的方式构成。
[0019]有益效果
[0020]根据本发明的上述形态，通过在半导体元件接合具有立体的散热部的散热块，从而能够从散热块的散热部有效地释放由半导体芯片产生的热。另外，通过使散热块具有能够分散热应力的结构，从而能够缓和由散热块与半导体芯片之间的热膨胀系数差所导致的热应力，能够提高长期可靠性。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的实施方式I的半导体装置用部件的说明图。
[0022]图2是图1的半导体装置用部件的散热块的变形例的立体图。
[0023]图3是图1的半导体装置用部件的散热块的其它的例子的立体图。
[0024]图4是图1的半导体装置用部件的散热块的其它的例子的立体图。
[0025]图5是图1的半导体装置用部件的散热块的其它的例子的立体图。
[0026]图6是本发明的实施方式的单位模块的说明图。
[0027]图7是图7的单位模块的变形例的立体图。
[0028]图8是图8的单位模块的剖视图。
[0029]图9是图7的单位模块的变形例的剖视图。
[0030]图10是作为本发明的实施方式的半导体装置的功率半导体模块的说明图。
[0031]图11是图10的功率半导体模块的其它的组装方法的说明图。
[0032]图12是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件中使用的导线销块的立体图。
[0033]图13是使用了图12的导线销块的半导体装置用部件的主要部分的剖视图。
[0034]图14是其它的导线销块的立体图。
[0035]图15是图14的导线销块和散热块的结构物的立体图。
[0036]图16是在金属板搭载有半导体芯片的俯视图。
[0037]图17是说明导线销块和散热块的俯视图。
[0038]图18是导线销块和散热块的结构物的俯视图。
[0039]图19是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的俯视图和侧视图。
[0040]图20是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的立体图。
[0041]图21是说明本发明的其它的实施方式的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0042]图22是用于说明连接图21的功率半导体模块中使用的半导体装置用部件的电路的主要部分俯视图。
[0043]图23是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0044]图24是说明图1的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0045]图25是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的分解立体图。
[0046]图26是从背面观察搭载有导线销块的端子的立体图。
[0047]图27是端子的放大透视图。
[0048]图28是图25的半导体装置用部件的立体图。
[0049]图29是说明本发明的其它的实施方式的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0050]图30是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0051]图31是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0052]图32是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0053]图33是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的立体图。
[0054]图34是图33的半导体装置用部件的分解立体图。
[0055]图35是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0056]图36是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0057]图37是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0058]图38是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
[0059]图39是使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的立体图。
[0060]图40是以往的功率半导体模块的示意立体图。
[0061]符号说明
[0062]1、30、40、50、80、100:半导体装置用部件
[0063]2:绝缘基板
[0064]3:半导体元件(半导体芯片)
[0065]4:供电块
[0066]5:键合线
[0067]6:散热块
[0068]7:导线销
[0069]7A、7B、7C、7D:导线销块
[0070]8:框
[0071]9:密封材料
[0072]10:单位模块
[0073]11,71:金属基板
[0074]12:72:壳体
[0075]13、14、15、16、17、73、74、75、76、77:端子
[0076]18:密封材料
[0077]20、70、90、110:功率半导体模块(半导体装置)
【具体实施方式】
[0078]使用附图对本发明的功率半导体模块(半导体装置)的实施方式进行具体说明。
[0079](实施方式I)
[0080]图1(a)中以示意立体图示出本发明的实施方式I的半导体装置用部件I。半导体装置用部件I用于构成后述的功率半导体模块。图1(a)中示出的半导体装置用部件I在绝缘基板2上搭载有半导体芯片3。绝缘基板2具备:由氮化硅、氧化铝、氮化铝等陶瓷材料构成的绝缘板2a、与绝缘板2a的一个表面接合的金属箔2b、以及与绝缘板2a的另一个表面接合的金属箔2c。金属箔2b、2c具体而言例如为铜箔。可以在铜箔实施镀镍等。金属箔2c在图1(a)中由于位于绝缘板2a的背面，所以没有示于图中。在绝缘板2a上选择性地形成金属箔2b，由此形成了与形成于半导体芯片3的下