半导体装置以及半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]在功率半导体模块中，利用焊料在绝缘基板的一个主面上固定半导体芯片等，并在另一主面上固定散热构件。
然而，在这种功率半导体模块中，若由于工作时产生的温度变化导致焊料反复膨胀和收缩，则可能会在焊料上产生缺口等。并且，热应变会集中在该缺口上，从而焊料会产生疲劳损伤，可能会导致功率半导体模块的故障、障碍。
[0003]因此，为了抑制焊料上产生缺口等，已知有以下技术。在绝缘基板与散热构件之间配置多个热膨胀系数比焊料高的柱状部，在对焊料进行加热时，膨胀后的柱状部会扩大绝缘基板与散热构件之间的间隙。由此，将熔融出的焊料向上方抬起，能防止由自身重力引起的焊料破坏、流动，并通过使端部形状采用向内侧凹陷的形状来减少焊料的应变集中。
现有技术文献专利文献
[0004]专利文献1:日本专利特开2001 - 168492号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0005]对于涂布在绝缘基板与散热构件之间的焊料，期望扩大其涂布区域，从而提高从绝缘基板向散热构件的热传导性。然而在上述技术中，配置在焊料周围的柱状部会限制焊料的涂布区域。此外，在上述技术中，为了扩大绝缘基板与散热构件的间隙而利用了柱状部的热膨胀，因此若各个柱状部的热膨胀存在误差，则绝缘基板与散热构件会变得不平行。因此，该间隙的焊料厚度可能会产生偏差。若焊料的厚度产生偏差，则热传导性会因绝缘基板的搭载位置而产生偏差。由此，利用上述技术得到的半导体装置的可靠性会降低。
[0006]本发明鉴于上述内容而完成，其目的在于提供一种半导体装置及半导体装置的制造方法，能抑制焊料上产生的热应变集中，并具备良好的可靠性。
解决技术问题所采用的技术方案
[0007]根据本发明的一个观点，提供了一种半导体装置，包括:半导体元件；绝缘基板，该绝缘基板通过层叠平面为矩形的电路板、绝缘板及金属板而构成，所述电路板上固定有所述半导体元件，并具有所述金属板的四个角上所设置的至少一个以上的第一槽部；金属制的散热构件，所述绝缘基板配置在该散热构件的规定配置区域中，且该散热构件具有设置在所述配置区域的四个角上的至少一个以上的第二槽部；四个定位构件，该四个定位构件配置在所述金属板的四个角与所述散热构件的四个角之间，且分别与所述第一槽部以及所述第二槽部相嵌合；以及焊料，该焊料填充在所述绝缘基板与所述散热构件之间，覆盖所述定位构件。
[0008]此外，根据本发明的一个观点，提供了一种半导体装置的制造方法，包括:准备绝缘基板的工序，该绝缘基板通过层叠平面为矩形的电路板、绝缘板及金属板而构成，并具有所述金属板的四个角上所设置的至少一个以上的第一槽部；准备金属制的散热构件的工序，该散热构件在配置有所述绝缘基板的配置区域的四个角上具有至少一个以上的第二槽部；使四个定位构件与位于所述配置区域的四个角上的所述第二槽部相嵌合的工序；在所述配置区域中放置焊料板的工序；使四个所述定位构件与位于所述金属板的四个角上的所述第一槽部相嵌合从而使所述绝缘基板固定于所述配置区域的工序；对所述焊料板进行加热来使其熔融的工序；将从所述焊料板熔融出的熔融焊料填充到所述绝缘基板与所述散热构件之间的工序；以及将所述熔融焊料进行冷却来使其固化的工序。
发明效果
[0009]若采用本发明所公开的技术，则能实现防止焊料上产生的热应变的集中且具有良好的可靠性的半导体装置及半导体装置的制造方法。
【附图说明】
[0010]图1是实施方式1的半导体装置的剖视图。
图2是用于说明实施方式1的绝缘基板的图。
图3是用于说明实施方式1的散热构件的图。
图4是用于对半导体装置的制造方法的参考例进行说明的图(之一)。
图5是用于对半导体装置的制造方法的参考例进行说明的图(之二)。
图6是用于说明半导体装置的参考例的图。
图7是用于说明实施方式1的半导体装置的制造方法的图。
图8是用于说明实施方式1的半导体装置的图。
图9是用于说明实施方式2的半导体装置的图。
图10是用于说明实施方式3的半导体装置的图。
【具体实施方式】
[0011]参照附图对实施方式进行说明。
[实施方式1]
利用图1?图3对实施方式1的半导体装置进行说明。
[0012]图1是实施方式1的半导体装置的剖视图。
图2是用于说明实施方式1的绝缘基板的图。图2(A)表示绝缘基板的(与散热构件相对一侧的)俯视图，图2(B)表示图2(A)的单点划线X1-X1处的剖视图。
[0013]图3是用于说明实施方式1的散热构件的图。图3(A)表示散热构件的(与绝缘基板相对一侧的)俯视图，图3(B)表示图3(A)的单点划线X2-X2处的剖视图，图3 (C)表示定位构件的立体图。另外，图3(A)、(B)仅示出了设置在散热构件上的多个配置区域中的一个。
[0014]半导体装置10如图1所示，包括半导体元件60a、60b、绝缘基板20、散热构件30、定位构件50、以及焊料42。
半导体元件60a、60b例如可以其中一个使用开关元件，另一个使用二极管。
[0015]开关元件例如能适用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)、功率 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)等纵向型功率半导体元件。二极管例如能适用SBD(SchottkyBarrier D1de:肖特基势皇二极管)、FWD (Free Wheeling D1de:续流二极管)元件等功率二极管元件。
[0016]另外，放置在绝缘基板20上的半导体元件60a、60b不限于两个，可以根据半导体装置10的设计等使用所需功能和数量的半导体元件。
[0017]绝缘基板20通过将平面形状呈矩形的电路板22、绝缘板21、以及金属板23进行层叠而成。绝缘板21例如使用氮化铝、氧化铝等陶瓷。电路板22及金属板23由铜等金属构成，例如能利用DCB (Direct Copper Bonding:直接键合铜)法来形成。电路板22在绝缘板21的表面选择性地形成有电路图案。电路板22上利用焊料72a、72b固定有半导体元件60a,60b的主电极侧(例如集电极电极、阴极电极等)。此外，如图2所示，俯视状态下，金属板23的四个角上分别设有第一槽部23a。第一槽部23a呈与后述的定位构件50相对应的形状，例如为L字形，且配置成L字的顶点与金属板23的角部一致。此外，第一槽部23a具有底部不到达绝缘板21的深度。
[0018]散热构件30例如由铜、铝等金属构成，在规定的配置区域固定有绝缘基板20。散热构件30具有对半导体元件60a、60b所产生的热进行冷却的功能。散热构件30如图3(A)、(B)所示，俯视状态下，在绝缘基板20的配置区域的四个角具有与后述的定位构件50相对应的形状(这里为L字形)的第二槽部30a。此外，各个第二槽部30a配置成与绝缘基板20的各第一槽部23a相对。
[0019]另外，实施方式1中，第一槽部23a和第二槽部30a分别设置在金属板23及配置区域的四个角上，且分别配置有四个。然而，第一槽部23a和第二槽部30a能如后述那样在四个角上分别嵌合四个定位构件50即可。因此，例如也能沿着绝缘基板20或散热构件30的周边部配置相连的一个第一槽部23a或相连的一个第二槽部30a。或者，也能配置相邻的两个角彼此相连的两个槽部。
[0020]定位构件50由以对焊料的润湿性较高的材质、例如铜、镍、铁中的某一种为主要成分的材料构成。或者，定位构件50的表面被以对焊料的润湿性较高的材质、例如铜、镍、铁中的某一种为主要成分的材料所覆盖。此外，定位构件50如图3(C)所示呈L字形，包括面51、52、以及由面51、52构成的角部C。四个定位构件50配置在金属板23的四个角与散热构件30的四个角之间，且分别与金属板23的四个角的第一槽部23a、以及配置区域的四个角的第二槽部30a相嵌合。并且，使定位构件50的角部C分别位于绝缘基板20的四个角。此外，对于定位构件50，举例示出了其端部的截面为正方形的情况，但并不限于正方形，也可以是长方形。或者，定位构件50的端部的截面也可以是圆形或椭圆形。该情况的定位构件50只要在俯视时构成L字形，则不限于具有面51、52、以及由面51、52构成的角部C。此外，在定位构件50例如由与散热构件30相同的材质构成的情况下，也能一体地形成在散热构件30的形成第二槽部30a的位置。
[0021]焊料42例如由锡-银类等无铅焊料构成。焊料42填充在绝缘基板20与散热构件30之间，对