专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将交流电变换为直流电的交流一直流变换器的半导 体装置，尤其是，涉及用于将由交流发电机输出的交流电变换为直流电的 交流—直流变换器，对温度变化的热疲劳寿命要求高的汽车用半导体装 置。
背景技术：
在用于汽车用交流一直流变换器的半导体装置中，在将由交流发电机 输出的交流电变换为直流电的直流变换时，构成交流一直流变换器的半导 体芯片产生的热主要通过散热板进行散热，来抑制半导体芯片的温度上 升。近年，汽车用交流发电机的使用动作温度的要求，比作为以往使用动作温度的要求值的大约180'C高2(TC，在这样高的使用动作温度下，如果 使用用于交流一直流变换器的半导体装置，则半导体装置的热疲劳寿命有 可能以比较小的热疲劳寿命循环次数(熱疲労寿命廿^ ，》数)达到极限。因此，关于用于汽车用交流一直流变换器的半导体装置，在特开2005 一340267号公报中，公开了形成下述半导体装置作为防止接合装配后的冷 却过程和温度循环试验中半导体元件破裂，伴随半导体元件的通电和切断 的热疲劳寿命优异的半导体装置的技术，即在半导体元件和两电极端子之 间，作为应力缓和材料，通过接合构件分别插入由热膨胀率为10PPM (10xl(T6(l/°C))以下的Cu / Fe-Ni合金/ Cu复合材料构成的薄板状低热 膨胀构件，形成该薄板状低热膨胀构件的外形尺寸，在引线电极端子侧， 比半导体元件的电极面外形尺寸小，在基极端子侧，比半导体元件电极面 的外形尺寸大的结构的半导体装置。专利文献h特开2005—340267号公报
发明内容
但是，在用于特开2005 — 340267号公报所述构成的汽车用交流一直 流变换器的半导体装置中，接合构件的热膨胀系数与半导体芯片的热膨胀 系数以及引线电极体和支撑电极体的热膨胀系数差别大，由交流发电机输 出的交流电变换为直流电的直流变换时，由于与自身发热的半导体芯片相 接合的接合构件产生的最大温度和温度变化幅度变大，因此接合构件的热 疲劳寿命，在比较小的热疲劳寿命循环次数下就达到极限，具有在比较短 的时间内，半导体装置的热疲劳寿命耗尽这样的问题。本发明的目的在于提供在具备用于将交流电变换为直流电的交流一 直流变换器的半导体芯片的半导体装置中，将半导体芯片中产生的热有效 地传导到支撑电极体进行散热，抑制作用于插入到半导体元件和电极端子 之间的接合构件的最大温度和温度变化幅度，并且提高对于温度变化的热 疲劳寿命的半导体装置。本发明的半导体装置，其特征在于，具备半导体芯片、引线电极体和 支撑电极体，在上述半导体芯片和引线电极体之间配设第二热应力缓和 体，分别在该第二热应力缓和体、半导体芯片和引线电极体之间设置接合 构件，将第二热应力缓和体接合到引线电极体上，在半导体芯片和支撑电 极体之间配设第一热应力缓和体，分别在该第一热应力缓和体、半导体芯 片和支撑电极体之间设置接合构件，将第一热应力缓和体与支撑电极体接 合，第二热应力缓和体由热膨胀系数具有半导体芯片和引线电极体的各热 膨胀系数之间的数值特性的材料形成，第一热应力缓和体，由热膨胀系数 具有半导体芯片和支撑电极体的各热膨胀系数之间的值的特性，并且热传 导率具有50 300W/(m，'C)特性的材料形成。另外，本发明的半导体装置，其特征在于，具备半导体芯片、引线电 极体和支撑电极体，在上述半导体芯片和引线电极体之间设置接合构件， 将半导体芯片与引线电极体接合，在半导体芯片和支撑电极体之间配设第 一热应力缓和体，在该第一热应力缓和体、半导体芯片和支撑电极体之间 分别设置接合构件，将第一热应力缓和体与支撑电极体接合，第一热应力 缓和体由热膨胀系数具有半导体芯片和支撑电极体的各热膨胀系数之间 的值的特性，并且热传导率具有50 300W/(m"C)特性的材料形成。
通过本发明，能够实现在具备用于将交流电变换为直流电的交流一直 流变换器的半导体芯片的半导体装置中，将半导体芯片中产生的热有效地 传导到支撑电极体进行散热，抑制作用于插入半导体元件和电极端子之间 的接合构件的最大温度和温度变化幅度，并且提高相对于温度变化的热疲 劳寿命的半导体装置。
图1是表示作为本发明一个实施例的汽车用半导体装置的剖面图。图2是表示作为本发明的其他实施例的与交流发电机侧连接的汽车用 半导体装置的剖面图。图3是表示作为本发明不同的实施例的与交流发电机侧连接的汽车用 半导体装置的剖面图。图4是表示作为本发明其他不同的实施例的与交流发电机侧连接的汽 车用半导体装置的剖面图。图5是表示模拟对本发明各实施例的半导体装置实施热疲劳寿命试验 时的平均循环寿命(平均寿命寸< ，A)的应力解析图。图中i一半导体芯片，2， 4， 6， 8—接合构件，3—第二热应力缓和体，5 —引线电极体，7， 7b—第一热应力缓和体，9一支撑电极体，10— 表面绝缘硅橡胶，ll一引线，12—散热板。
具体实施方式
下面，参照附图，对作为本发明实施例的用于将由交流发电机输出的 交流电变换为直流电的交流一直流变换器的半导体装置进行说明。实施例1图1是表示作为本发明一个实施例的用于将由交流发电机输出的交流 电变换为直流电的交流一直流变换器的汽车用半导体装置的构造的图。在图1中，本实施例的半导体装置，是用于将交流电变换为直流电的 交流一直流变换器的汽车用半导体装置，该半导体装置的构成，具有将交 流电变换为直流电的半导体芯片1，在该半导体芯片1的上部和引线电极 体5之间，通过接合构件2与半导体芯片1相接合，配设由热膨胀系数具
有介于半导体芯片l和引线电极体5之间的3 9xl0、l/t:)的热膨胀系数特 性的钼材料构成的第二热应力缓和体3。通过对该第二热应力缓和体3选定热膨胀系数具有3~9><10—6(1/°。)特性的钼材料，而设定具有介于半导体芯片i的热膨胀系数3xi(rV'c和引线 电极体5的热膨胀系数n.7xio-，c之间的数值的热膨胀系数特性，由此通过第二热应力缓和体3缓和了伴随构成将3相交流变换为直流电的交流 一直流变换器的半导体芯片1的发热而在半导体芯片1和引线电极体5两 者间产生的热膨胀差。并且，在半导体芯片l下部和支撑电极体9之间，配设第一热应力缓 和体7，其通过接合构件6与半导体芯片1相接合，并且由热膨胀系数具 有介于半导体芯片1和支撑电极体9之间的特性的5 11xlO，l厂C)特性， 并且传导率具有50 300W/(m，X:)特性的材料构成。通过对该第一热应力缓和体7选定热膨胀系数具有5-iixio，irc)特 性的钼和铜比率35%的复合材料，而设定具有介于半导体芯片1的热膨胀 系数3xl0YC和支撑电极体9的热膨胀系数17.7xlO，C之间的值的热膨 胀系数特性，从而通过第一热应力缓和体7来缓和伴随着构成将3相交流 变换为直流电的交流一直流变换器的半导体芯片1的发热而在半导体芯片 1和引线电极体5两者产生的热膨胀差，。并且，通过在该第一热应力缓和体7中使用钼和铜比率35Q/^的复合材 料，除了上述的热膨胀系数特性之外，由于具备热传导率为50 300W/(m，t:) 特性，因此通过该热应力缓和体7，将由构成将3相交流变换为直流电的 交流一直流变换器的半导体芯片1中产生的热，有效地传导到热容量大的 支撑电极体9，促进散热。在本实施例的半导体装置中，在半导体芯片1上部介由接合构件2配 设的第二热应力缓和体3上部和引线电极体5之间，进一步配置介由接合 构件4，与第二热应力缓和体3相接合的引线电极体5，另外，在半导体 芯片1下部介由接合构件6配设的第一热应力缓和体7的下部和支撑电极 体9之间，进一步配置介由接合构件8与第一热应力缓和体7相接合的支 撑电极体9。并且，引线电极体5和支撑电极体9是向构成将3相交流变换为直流
电力的交流一直流变换器的半导体芯片1通电的部件。另外，本实施例半导体装置的支撑电极体9上，在其中央部形成内侧凹陷形状的凹部9a，在该支撑电极体9的凹部9a的底部，由于介由接合 构件8接合第一热应力缓和体7，从而在支撑电极体9的凹部9a的内部， 按照正好分别通过接合构件4、 2、 6、 8依次层叠第二热应力缓和体3、半 导体芯片1和第一热应力缓和体7的方式而收容。并且，在收容第二热应力缓和体3、半导体芯片1和第一热应力缓和 体7的支撑电极体9的凹部9a内部填充硅橡胶10，通过由硅橡胶10密封 收容在凹部9中的第二热应力缓和体3、半导体芯片1和第一热应力缓和 体7，从而保护半导体芯片1的表面。接合构件2、 4、 6、 8使用融点温度30(TC左右的焊锡(Pb—Sn系焊 锡或Sn—Cu系焊锡)，使在15(TC以上的温度条件下使用的汽车用半导体 装置的热疲劳特性提高。另外，作为该接合构件2， 4， 6， 8的材料，也可以使用其他组成的 焊锡(例如，Sn-Ag系、Sn-Zn系、Au-Sn系焊锡)，或者导电性树脂等来 替代上述组成的焊锡。优选此时的其他组成的焊锡，或者导电性树脂的融点温度为约230°C 以上。可是，关于作为用于本实施例的半导体装置的接合构件2， 4， 6， 8 所使用的焊锡，由于温度变化产生的焊锡变形Aep和热疲劳寿命Nf具有 如下关系式。Nf=K/Aepn… (1)K、 n是由焊锡材料、环境/温度决定的常数，Aep是焊锡的塑性变形一如果考虑热疲劳寿命试验时的频率和最高温度对于由温度振幅产生 的热膨胀系数差导致的变形、龟裂扩展速度的影响，来表示上述(1)式， 则变为下述(2)式。Nf二C'f^ (L'Aa'AT/2h) -nexp (Ea/kTmax) (2) C， X， n为常数，f为温度重复频率，L为焊锡长度，Aa为构件的热 膨胀差，AT为施加在焊锡上的温度变化幅度，h为焊锡厚度，Ea为活性
化能量，k为玻尔兹曼常数，Tmax为最大温度。根据该(2)式可判定，如果减小构件的热膨胀差Aa、施加到焊锡上 的温度变化幅AT和最大温度Tmax，则能提高焊锡的热疲劳寿命。用于半导体装置的接合构件2和接合构件6的焊锡，作为构成交流一 直流变换器的半导体芯片1的热膨胀系数3xl0—VC和引线电极体5和支撑 电极体9的热膨胀系数17.7xlO—V'C之差的构件的热膨胀差Aa大到 14.7xl(T6/°C，并且由于与将由交流发电机输出的交流电变换为直流电时自 身发热的半导体芯片1相接合，因此最大温度Tmax和温度变化幅度AT 同时变大，接合构件2和接合构件6的热疲劳寿命循环以约8， 500周(cycle， 寸^夕》)程度比较低的热疲劳寿命的循环次数达到界限，因此作为这样 具备构成交流一直流变换器的半导体芯片的汽车用半导体装置，不能经受 长期间的使用。因此，在本实施例中，作为配设在构成交流一直流变换器的半导体芯 片1的下部和支撑电极体9之间，通过分别插入接合构件6和8与半导体 芯片1和支撑电极体9相接合的第一热应力缓和体7，通过在半导体装置 中设置热膨胀系数具有介于半导体芯片1和支撑电极体9之间的 5 11xl(^(l厂C)特性，并且热传导率具有50 300W/(m"C)特性的钼和铜比 率35%的复合材料的第一热应力缓和体7，从而分别降低由半导体芯片1 发热而作用于接合构件6和8的温度变化幅度AT、最大温度Tmax。并且，通过在半导体芯片1和支撑电极体9之间配设使用钼和铜比率 35%的复合材料而热传导率具有50 300W/(m"C)特性的第一热应力缓和 体7，由构成交流一直流变换器的半导体芯片1发热所产生的热量通过提 高热传导率的第一热应力缓和体7，将由半导体芯片1产生的热有效地传 导到热容量大的支撑电极体9并进行散热，从而可以大幅度地提高半导体 装置的热疲劳寿命Nf。另外，作为配设在半导体芯片1上部和引线电极体5之间，介由接合 构件2和接合构件4，接合半导体芯片1和引线电极体5的第二热应力缓 和体3，通过使用热膨胀系数具有介于半导体芯片1和引线电极体5之间 的3 9xlO，l厂C)特性的钼材料，由于减小了由半导体芯片1发热而作用于 分别插入到第二热应力缓和体3下部和上部的接合构件2和接合构件4的
半导体芯片1和引线电极体5之间产生的热膨胀系数差Aa，由此也可以 提高半导体装置的热疲劳寿命N f。另外，作为第一热应力缓和体7材料，如果使用具有热传导率为 210W/(m*°C)，热膨胀系数具有半导体芯片1和支撑电极体9之间的例如 7.7xlO、l厂C)特性的钼和铜比率35%的复合材料，则与使用铜/ Fe-Ni合 金/铜复合材料的第一热应力缓和体7相比较，能够将由半导体芯片1发 热而作用于接合构件6和接合构件8的温度变化幅度AT和最大温度Tmax 均降低14'C左右。图5是表示对于具备在第二热应力缓和体3和/或者第一热应力缓和体 7构成分别使用各种材料的交流一直流变换器的半导体芯片1的半导体装 置，仿真实施热疲劳寿命试验时的半导体装置的表示平均寿命周期的应力 解析数据的图。图5中，AO是对只在构成交流一直流变换器的半导体芯片1和支撑 电极体9之间设置使用铜/ Fe-Ni合金/铜复合材料的热应力缓和体的与 以往制品相同构成的半导体装置，实施热疲劳寿命试验时的解析结果，表 示半导体装置的平均寿命周期止于约8500周期的数据。与此相对而言，图5的Al表示对在构成交流一直流变换器的半导体 芯片1和支撑电极体9之间，只设置使用热膨胀系数具有半导体芯片1和 支撑电极体9之间的5 llxlO，l/。C)特性，并且传导率具有50 300W/(m"C) 特性的钼和铜比率35 %的复合材料的第一热应力缓和体7的图3所示的实 施例构成的半导体装置，实施热疲劳寿命试验时的解析结果，并且平均循 环寿命为约ll， OOO周的数据。Al实施例的半导体装置中的平均循环寿命，与AO的半导体装置的相 比较，平均循环寿命也提高约1.3倍。另外，图5的A2，表示对构成交流一直流变换器的半导体芯片1、半 导体芯片1和支撑电极体9之间，设置使用热膨胀系数具有半导体芯片1 和引线电极体5之间的3 9xlO勺rC辦性的钼材料的第二热应力缓和体 3，并且在半导体芯片1和支撑电极体9之间，设置热膨胀系数具有半导 体芯片1和支撑电极体9之间的5-llxlO-s(l厂C)特性，并且传导率具有 5(K300W/(m，'C)特性的铜/ F e—Ni合金/铜复合材料的第一热应力缓和
体7的图4所示的实施例的半导体装置，实施热疲劳寿命试验时的解析结果，且平均循环寿命为约13， 000周的数据。A2实施例的半导体装置中的平均循环寿命，与A0半导体装置的相比 较，平均循环寿命也提高约1.5倍。另外，图5的A3，表示对在构成交流一直流变换器的半导体芯片1、 半导体芯片1和引线电极体5之间，设置使用热膨胀系数具有半导体芯片 l和引线电极体5之间的3 9xlO，l/'C)特性的钼材料的第二热应力缓和体 3，并且，在半导体芯片1和支撑电极体9之间，设置了热膨胀系数具有 半导体芯片1和支撑电极体9之间的5 11xlO、irC)特性，并且传导率具 有50 300W/(m，'C)特性的钼和铜比率为35%的复合材料的第一热应力缓 和体7的图1所示的实施例的半导体装置，实施热疲劳寿命试验时的解析 结果，且平均循环寿命为约20， OOO周的数据。A3实施例的半导体装置中的平均循环寿命，与AO半导体装置的相比 较，平均循环寿命也提高约2.3倍。由图5所示的对本发明各实施例的半导体装置的模拟热疲劳试验的应 力解析结果可知，通过对第二热应力缓和体3使用热膨胀系数具有 3 9xlO、irC)特性的钼材料，从而提高了半导体装置的热疲劳寿命。此外，可知通过在第一热应力缓和体7中，使用热膨胀系数具有 5 11xl(^(l厂C)特性，并且传导率具有50 300W/(m"C)特性的钼、钼和铜 的复合材料(铜的比率10% 80%)，或者铜/Fe-Ni合金/铜复合材料， 从而提高了半导体装置的热疲劳寿命。由对具备构成图5所示的交流一直流变换器的半导体芯片1的半导体 装置进行热疲劳寿命试验的结果可知，本发明各本实施例的半导体装置中 热疲劳寿命循环(熱疲労寿命廿^夕A)，与以往制品的约8， 500周的情 况相比，Al、 A2、 A3所示的各实验例中的半导体装置热疲劳寿命循环能 够实现分别大幅度地延长到约11， 000周、约13， 000周、约20， 000周， 寿命提高到以往的约1.3倍 约2.3倍。由以上说明明确，通过上述本实施例，能够实现在具备用于将交流电 变换为直流电的交流一直流变换器的半导体芯片的半导体装置中，有效地 将由半导体芯片产生的热传导到支撑电极体中，进行散热，抑制作用于插 在半导体元件和电极端子之间的接合构件的最大温度和温度变化幅度，并 且提高对于温度变化的热疲劳寿命的半导体装置。实施例2图2是表示作为本发明其他实施例的具备构成将由交流发电机输出的 交流电变换为直流电的交流一直流变换器的半导体芯片1的汽车用半导体 装置构造的图。图2所示的本实施例的半导体装置，具体地说是电源，例如与汽车的 交流发电机(交流发电机)侧相连接的汽车用半导体装置，但由于半导体 装置的构造，与图l所示的先前的实施例的半导体装置构造基本相同，因 此对于共同的构成省略说明，只对不同的部分进行说明。在图2中，本实施例的半导体装置，是将用于交流一直流变换器的半导体芯片1通电的引线11与引线电极体5连接，将散热板12连接在支撑 电极体9的结构的半导体装置，其他半导体装置的构造是，与具备第二热 应力缓和体3和第一热应力缓和体7两者作为热应力缓和体的构造的图1 所示实施例的半导体装置相同的结构。通过上述结构的本实施例的半导体装置，通过设置使用热膨胀系数具 有半导体芯片l和引线电极体5之间的3 9xlO—s(l/'C)特性的钼材料的第二热应力缓和体3，来缓和伴随构成将3相交流变为直流电的交流一直流变 换器的半导体芯片1的发热而半导体芯片1和引线电极体5两者之间的热 膨胀差，从而使由半导体芯片1发热而作用于接合构件2和4的温度变化 幅度AT、最大温度Tmax分别降低。并且，通过在半导体芯片1和支撑电极体9之间，设置热膨胀系数具 有半导体芯片1和支撑电极体9之间的5 11xlO、irC)热膨胀系数特性的 第一热应力缓和体7进行缓和，从而使由半导体芯片1发热而作用于接合 构件6和8的温度变化幅AT、最大温度Tmax分别降低。并且，构成交流一直流变换器的半导体芯片1中产生的热，通过具有 50 300W/ (m，'C)传导率特性的热应力缓和体7，有效地传导到热容量 大的支撑电极体9，促进散热。因此，通过在半导体装置中设置具有上述热膨胀系数和传导率特,的 热应力缓和体7，可以大幅度地提高半导体装置的热疲劳寿命Nf。、 通过本实施例，也能够实现在具备用于将交流电变换为直流电的交流 一直流变换器的半导体芯片的半导体装置中，将由半导体芯片产生的热有 效地传导到支撑电极体进行散热，抑制作用于插入在半导体元件和电极端 子之间的接合构件的最大温度和温度变化幅度，并且提高相对于温度变化 的热疲劳寿命的半导体装置。实施例3图3是表示具备作为本发明不同的实施例的构成将由交流发电机输出 的交流电变换为直流电的交流一直流变换器的半导体芯片1的汽车用半导 体装置构造的图。图3所示的本实施例半导体装置的构造，由于与图1所示的先前的实 施例的半导体装置构造基本相同，因此省略对共同构成的说明，只对不同 的部分进行说明。在图3中，本实施例的半导体装置，作为热应力缓和体只具备第一热应力缓和体7，不具备第二热应力缓和体3的结构的半导体装置，其他构造是与图1所示的半导体装置相同结构。艮P，半导体芯片l，通过接合构件2连接到引线电极体5上，在半导 体芯片1和引线电极体5之间不设置热应力缓和体，只在半导体芯片1和 支撑电极体9之间，通过接合构件6和8，设置了使用热膨胀系数具有半 导体芯片1和支撑电极体9之间的5 11xlO，irC)特性，并且传导率具有 50 300W/(m，。C)特性的钼和铜比率35。％的复合材料的第一热应力缓和体 7。通过上述构成的本实施例的半导体装置，通过设置具有半导体芯片1 和支撑电极体9之间的5 11xlO，irC)热膨胀系数特性的第一热应力缓和 体7，缓和伴随构成将3相交流变换为直流电的交流一直流变换器的半导 体芯片1的发热，在半导体芯片1和支撑电极体9两者间产生的热膨胀差， 以使半导体芯片1发热而作用于接合构件6和8的温度变化幅AT、最大 温度Tmax分别降低。并且，通过具有50 300W/(m，'C)传导率特性的热应力缓和体7将构成 交流一直流变换器的半导体芯片1中产生的热，有效地传导到热容量大的 支撑电极体9，促进散热。
因此，通过在半导体装置中设置具有上述热膨胀系数和传导率特性的 热应力缓和体7，可以大幅度地提高半导体装置的热疲劳寿命Nf。通过本实施例，也能够实现在具备用于将交流电变换为直流电的交流 一直流变换器的半导体芯片的半导体装置中，有效地将半导体芯片中产生 的热传导到支撑电极体中进行散热，在抑制作用于插入半导体元件和电极 端子之间的接合构件的最大温度和温度变化幅度，并且提高了相对于温度 变化的热疲劳寿命的半导体装置。实施例4图4是表示作为本发明其他不同的实施例的具备构成将由交流发电机 输出的交流电变换为直流电的交流一直流变换器的半导体芯片1的汽车用 半导体装置构造的图。图3所示的本实施例半导体装置的构造，由于如图1所示的先前的实施例的半导体装置构造基本相同，对于共同的构成省略说明，只对不同的 部分进行说明。在图4中，本实施例的半导体装置，是具备作为热应力缓和体，由第 二热应力缓和体3和铜/ Fe-Ni合金/铜的复合材形成的第一热应力缓和 体7b的结构的半导体装置，其他构造与图1所示的半导体装置相同。艮P，本实施例的半导体装置，通过设置使用热膨胀系数具有半导体芯 片l和引线电极体5之间的3 9xlO，l/'C)特性的钼材料的第二热应力缓和 体3，来缓和伴随构成交流一直流变换器的半导体芯片1的发热而在半导 体芯片1和引线电极体5两者间产生的热膨胀差，以使由半导体芯片1发 热而作用于接合构件2和4的温度变化幅AT，最大温度Tmax分别减小。并且，在半导体芯片1和支撑电极体9之间，设置使用热膨胀系数具有半导体芯片1和支撑电极体9之间的5-iixio，irc)热膨胀系数特性，并且传导率具有5(K300W/(m"C)特性的铜/ Fe-Ni合金/铜复合材料的第 一热应力缓和体7。该第一热应力缓和体7，通过改变使用的铜/ Fe-M合金/铜复合材料 的各金属的厚度比，可以将热膨胀系数设定为5 11xlO—，l厂C)之间的期望 的特性值，以及将传导率设定为50 300W/(m，t:)之间的特性值。通过在半导体芯片1和支撑电极体9之间设置具有热膨胀系数特性为5 11xl0-6(l厂C)的第一热应力缓和体7进行缓和，以使由半导体芯片1发 热作用于接合构件6和8的温度变化幅AT，最大温度Tmax分别降低。并且，由于该第一热应力缓和体7，除了具有上述的热膨胀系数特性 之外，热传导率具备50 300W/(m，'C)的特性，因此能够将构成将3相交流 变换为直流电的交流一直流变换器的半导体芯片1中产生的热，通过该热 应力缓和体7，有效地传导到热容量大的支撑电极体9来促进散热。因此，通过在半导体装置上设置具有上述的热膨胀系数和传导率特性 的热应力缓和体7，可以大幅度地提高半导体装置的热疲劳寿命N f。通过本实施例，也能够实现在具备用于将交流电变换为直流电的交流 一直流变换器的半导体芯片的半导体装置中，将半导体芯片产生的热有效 地传导到支撑电极体进行散热，抑制作用于插入半导体元件和电极端子之 间的接合构件的最大温度和温度变化幅度，并且提高相对于温度变化的热 疲劳寿命的半导体装置。本发明可以应用于用于交流一直流变换器的半导体装置，尤其是应用 于具备构成将由交流发电机输出的交流电变换为直流电的交流一直流变 换器的半导体芯片的相对于温度变化的热疲劳寿命要求高的汽车用半导 体装置。
权利要求
1、 一种半导体装置，具有半导体芯片、引线电极体和支撑电极体， 在半导体芯片和引线电极体之间配设有第二热应力缓和体，在该第二热应力缓和体、半导体芯片和引线电极体之间分别设置有接合构件，将第 二热应力缓和体与引线电极体接合，在半导体芯片和支撑电极体之间配设 有第一热应力缓和体，在该第一热应力缓和体、半导体芯片和支撑电极体 之间分别设置有接合构件，将第一热应力缓和体与支撑电极体接合，第二 热应力缓和体由热膨胀系数具有半导体芯片和引线电极体的各热膨胀系 数之间的值的特性的材料形成，第一热应力缓和体由热膨胀系数具有半导 体芯片和支撑电极体的各热膨胀系数之间的值的特性，并且热传导率具有50 300W/ (m*°C)的特性的材料形成。
2、 一种半导体装置，具有半导体芯片、引线电极体和支撑电极体， 在半导体芯片和引线电极体之间设置有接合构件，将半导体芯片与引线电极体接合，在半导体芯片和支撑电极体之间配设有第一热应力缓和 体，在该第一热应力缓和体、半导体芯片和支撑电极体之间分别设置有接 合构件，将第一热应力缓和体与支撑电极体接合，第一热应力缓和体由热 膨胀系数具有半导体芯片和支撑电极体的各热膨胀系数之间的值的特性， 并且热传导率具有50 300W/(m^C)的特性的材料形成。
3、 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 第一热应力缓和体由热膨胀系数具有5 11X10，1/'C)特性，并且传导率具有50 300W/(m，'C)特性的钼材料、或钼和铜的复合材料形成。
4、 根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其特征在于， 第一热应力缓和体由热膨胀系数具有5 11X10，1/。C)特性，并且传导率具有50 300W/(m，'C)特性的铜/铁和镍的合金/铜构成的复合材料 形成。
5、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 第二热应力缓和体，由热膨胀系数具有3 9xlO、irC)特性的钼材料形成。
6、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在支撑电极体形成有凹部，在支撑电极体形成的该凹部内部收容有半 导体芯片、分别配设在该半导体芯片上部和下部的第二热应力缓和体和第 一热应力缓和体，并且在该凹部中填充树脂。
7、 根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，在支撑电极体形成有凹部，在支撑电极体形成的该凹部内部收容有半 导体芯片、配设在该半导体芯片下部的第一热应力缓和体，并且在该凹部 中填充树脂。
8、 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 引线电极体与引线相接合，支撑电极体与散热板相接合。
9、 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，半导体装置是用于将交流电变换成直流电的直流变换用的装置。
全文摘要
本发明提供能够抑制作用于插在半导体元件和两电极端子之间的接合构件的最大温度和温度变化幅度，提高相对于温度变化的热疲劳寿命的半导体装置。本发明的半导体装置构成为，在半导体芯片和引线电极体之间设置接合构件，将半导体芯片与引线电极体接合，在半导体芯片和支撑电极体之间配设热应力缓和体，分别在该热应力缓和体、半导体芯片和支撑电极体之间设置接合构件，将第一热应力缓和体与支撑电极体接合，第二热应力缓和体由热膨胀系数具有半导体芯片和引线电极体的各热膨胀系数之间的值的特性的材料形成，第一热应力缓和体由热膨胀系数具有半导体芯片和支撑电极体的各热膨胀系数之间的值的特性，并且热传导率具有50～300W/(m·℃)特性的材料形成。
文档编号H01L23/48GK101123232SQ20071013679
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年8月9日
发明者中岛力, 水野惠, 黑泽武史 申请人:株式会社日立制作所;日立原町电子工业株式会社