专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有使半导体模块固定于散热片的结构的半导体装置及其制造方法， 尤其涉及能够防止将半导体模块以朝向从相对于散热片的正确方向旋转180度后的方向 的状态固定于散热片的半导体装置及其制造方法，以及能够防止半导体模块的绝缘强度降 低的半导体装置及其制造方法。
背景技术：
众所周知，以往的作为具有使半导体模块固定于散热片的结构的半导体装置，为 了提高半导体模块的散热性，在半导体模块的接合面设置凹凸结构(例如，参照专利文献 1)。在该半导体装置中，在散热片侧的接合面也设有凹凸结构，半导体模块侧的凹凸结构嵌 合到散热片侧的凹凸结构，从而半导体模块接合固定于散热片。 专利文献1 日本实开平6-72247号公报在上述的装置中，即使在半导体模块朝向从相对于散热片的正确方向旋转180度 后的方向的情况下，半导体模块侧的接合面的凹凸结构也嵌合到散热片侧的接合面的凹凸 结构。因此，有时半导体模块会以朝向从相对于散热片的正确方向旋转180度后的方向的 状态接合固定到散热片。此外，通过在半导体模块侧的接合面设有凹结构，包围半导体模块内的半导体元 件的绝缘层厚度变小。从而，恐怕会降低半导体模块的绝缘强度。
发明内容
本发明能够解决上述课题，提供能够防止将半导体模块以朝向从相对于散热片的 正确方向旋转180度后的方向的状态固定于散热片的半导体装置及其制造方法，以及提供 能够防止半导体模块的绝缘强度降低的半导体装置及其制造方法。第一发明的半导体装置的特征在于，包括半导体模块，在接合面设有第一嵌合 部及形状与所述第一嵌合部不同的第二嵌合部；以及散热片，在接合面设有第三嵌合部及 形状与所述第三嵌合部不同的第四嵌合部，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与 所述第三嵌合部及所述第四嵌合部嵌合的方式，所述半导体模块接合到所述散热片，通过 拧紧贯通所述半导体模块和所述散热片的接合面的螺钉，所述半导体模块固定于所述散热 片，所述第一嵌合部具有不与所述第四嵌合部嵌合的形状，所述第二嵌合部具有不与所述 第三嵌合部嵌合的形状。第二发明的半导体装置的特征在于，包括半导体模块，在接合面设有第一嵌合部 及第二嵌合部；以及散热片，在接合面设有第三嵌合部及第四嵌合部，以使所述第一嵌合部 及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四嵌合部嵌合的方式，所述半导体模块 接合于所述散热片，通过拧紧贯通所述第一嵌合部和所述第三嵌合部的接合面的螺钉以及 贯通所述第二嵌合部和所述第四嵌合部的接合面的螺钉，所述半导体模块固定于所述散热 片。
第三发明的半导体装置的制造方法的特征在于，包括半导体模块的制造工序，该 半导体模块在接合面具有第一嵌合部及形状与所述第一嵌合部不同的第二嵌合部；散热片 的制造工序，该散热片在接合面具有第三嵌合部及形状与所述第三嵌合部不同的第四嵌合 部；接合工序，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四 嵌合部嵌合的方式，将所述半导体模块接合于所述散热片；以及固定工序，在所述接合工序 之后，通过拧紧贯通所述半导体模块和所述散热片的接合面的螺钉将所述半导体模块固定 于所述散热片，所述第一嵌合部设成不与所述第四嵌合部嵌合的形状，所述第二嵌合部设 成不与所述第三嵌合部嵌合的形状。第四发明的半导体装置的制造方法的特征在于，包括半导体模块的制造工序，该 半导体模块在接合面具有第一嵌合部及第二嵌合部；散热片的制造工序，该散热片在接合 面具有第三嵌合部及第四嵌合部；接合工序，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别 与所述第三嵌合部及所述第四嵌合部嵌合的方式，将所述半导体模块接合到所述散热片； 以及固定工序，在所述接合工序之后，通过拧紧贯通所述第一嵌合部和所述第三嵌合部的 接合面的螺钉以及贯通所述第二嵌合部和所述第四嵌合部的接合面的螺钉，将所述半导体 模块固定于所述散热片。(发明效果)通过本发明，能够防止半导体模块以朝向从相对于散热片的正确方向旋转180度 后的方向的状态固定于散热片。此外，通过本发明，能够防止半导体模块的绝缘强度降低。
图1是表示实施方式1的半导体装置的透视图。图2是表示实施方式1的半导体模块及散热片的接合面的平面图。图3是实施方式1的半导体装置的半导体模块及散热片在嵌合部处的剖视图。图4是表示实施方式1的半导体装置的制造方法的特征的透视图。图5是表示实施方式2的半导体装置的透视图。图6是表示实施方式2的半导体模块及散热片的接合面的平面图。图7是实施方式2的半导体装置的半导体模块及散热片在嵌合部处的剖视图。图8是以包含嵌合部的方式显示比较例的半导体模块的剖视图。图9是表示实施方式3的半导体模块及散热片的接合面的平面图。图10是实施方式3的半导体装置的半导体模块及散热片在嵌合部处的剖视图。图11是表示实施方式4的半导体模块及散热片的接合面的透视图。
具体实施例方式实施方式1以下，对实施方式1的半导体装置的结构进行说明。图1是表示实施方式1的半 导体装置的透视图。图2是表示实施方式1的半导体模块及散热片的接合面的平面图。图 3是实施方式1的半导体装置的半导体模块及散热片在嵌合部处的剖视图。本实施方式的半导体装置具备半导体模块10及散热片12。在半导体模块10的接 合面14设有凹型圆柱形状的嵌合部(第一嵌合部)16及凸型四角柱形状的嵌合部(第二嵌合部)18。此外，在半导体模块10的两端部设有螺钉孔20。而且，在半导体模块10的两 侧面设有多个引导部(lead) 22。另一方面，在散热片12的接合面24设有凸型圆柱形状的嵌合部(第三嵌合部)26 及凹型四角柱形状的嵌合部(第四嵌合部)28。凸型圆柱形状的嵌合部26具有与半导体 模块10侧的凹型圆柱形状的嵌合部16嵌合而不与半导体模块10侧的凸型四角柱形状的 嵌合部18嵌合的形状。凹型四角柱形状的嵌合部28具有与半导体模块10侧的凸型四角 柱形状的嵌合部18嵌合而不与半导体模块10侧的凹型圆柱形状的嵌合部16嵌合的形状。 此外，在散热片12的两端部设有与上述半导体模块10的螺钉孔20对应的螺钉孔30。 而且，在本实施方式的半导体装置中，以使半导体模块10侧的凹型圆柱形状的嵌 合部16及凸型四角柱形状的嵌合部18分别与散热片12侧的凸型圆柱形状的嵌合部26及 凹型四角柱形状的嵌合部28嵌合的方式，将半导体模块10与散热片12接合。再有，在散 热片12的接合面24涂敷有硅脂膏(silicon grease)(未图示)，半导体模块10通过硅脂 膏与散热片12贴紧。进而，通过拧紧贯通半导体模块10的螺钉孔20及散热片12的螺钉孔30这两者 的螺钉32，半导体模块10固定于散热片12。以下，对实施方式1的半导体装置的制造方法进行说明。图4是表示实施方式1 的半导体装置的制造方法的特征的透视图。首先，如图2所示，制造在接合面14设有凹型圆柱形状的嵌合部(第一嵌合部)16 及凸型四角柱形状的嵌合部(第二嵌合部)18的半导体模块10。而且，制造在接合面24设 有凸型圆柱形状的嵌合部(第三嵌合部)26及凹型四角柱形状的嵌合部(第四嵌合部)28 的散热片12。接着，在散热片12的接合面24涂敷硅脂膏(未图示)。接着，如图4所示，以使半 导体模块10侧的凹型圆柱形状的嵌合部16及凸型四角柱形状的嵌合部18分别与散热片 12侧的凸型圆柱形状的嵌合部26及凹型四角柱形状的嵌合部28嵌合的方式，将半导体模 块10接合到散热片12。从而，半导体模块10通过硅脂膏与散热片12贴紧。接着，拧紧贯通半导体模块10的螺钉孔20及散热片12的螺钉孔30这两者的螺 钉32。从而，将半导体模块10固定于散热片12。以下，对本实施方式的效果进行说明。半导体模块10侧的2个嵌合部(凹型圆柱形状的嵌合部16及凸型四角柱形状的 嵌合部18)的形状彼此不同。散热片12侧的2个嵌合部(凸型圆柱形状的嵌合部26及凹 型四角柱形状的嵌合部28)的形状也彼此不同。从而，将半导体模块10固定于散热片12 时，半导体模块10侧的凹型圆柱形状的嵌合部16必须嵌合到散热片12侧的凸型圆柱形状 的嵌合部26，半导体模块10侧的凸型四角柱形状的嵌合部18必须嵌合到散热片12侧的凹 型四角柱形状的嵌合部28。因此，能够防止半导体模块10以朝向从相对于散热片12的正 确方向旋转180度后的方向的状态固定于散热片12。此外，将半导体模块10固定于散热片12时，在使半导体模块10及散热片12的嵌 合部之间彼此嵌合的状态下，拧紧螺钉32。因此，即使拧螺钉32的力施加到半导体模块10 及散热片12，也能通过这些嵌合部所起的限制(stopper)作用，防止半导体模块10相对于 散热片12的位置偏移。
再有，在本实施方式中，在半导体模块10侧设有凹型圆柱形状的嵌合部16及凸型 四角柱形状的嵌合部18，在散热片12侧设有凸型圆柱形状的嵌合部26及凹型四角柱形状 的嵌合部28。但是，分别设置在半导体模块10及散热片12的嵌合部的形状并不限定于此。设置在半导体模块10的2个嵌合部，也可以以其形状彼此不同及与散热片12侧 的嵌合部相嵌合为条件，设为所希望的形状。在该情况下也能得到与本实施方式相同的效 果。此外，设置在散热片12的2个嵌合部，也可以以其形状彼此不同及与半导体模块10侧 的嵌合部相嵌合为条件，设为所希望的形状。在该情况下也能得到与本实施方式相同的效果。实施方式2以下，对实施方式2的半导体装置的构成进行说明。图5是表示实施方式2的半 导体装置的透视图。图6是表示实施方式2的半导体模块及散热片的接合面的平面图。图 7是实施方式2的半导体装置的半导体模块及散热片在嵌合部处的剖视图。本实施方式的半导体装置具备半导体模块10及散热片12。在半导体模块10的两 端部设有螺钉孔20。此外，在半导体模块10的接合面14设有第一凹型嵌合部(第一嵌合 部)34及第二凹型嵌合部(第二嵌合部)36。第一凹型嵌合部34及第二凹型嵌合部36比 螺钉孔20大，且设置成螺钉孔20进入这些凹部。而且，在半导体模块10的两侧面设有多 个引导部22。另一方面，在散热片12的两端部设有与上述的半导体模块10的螺钉孔20对应的 螺钉孔30。此外，在散热片12的接合面24设有第一凸型嵌合部(第三嵌合部)38及第二 凸型嵌合部(第四嵌合部)40。而且，第一凸型嵌合部38及第二凸型嵌合部40比螺钉孔 30大，且设置成螺钉孔30进入这些凸部。并且，在本实施方式的半导体装置中，以使半导体模块10侧的第一凹型嵌合部34 及第二凹型嵌合部36分别与散热片12侧的第一凸型嵌合部38及第二凸型嵌合部40嵌合 的方式，将半导体模块10与散热片12接合。再有，在散热片12的接合面24涂敷有硅脂膏 (未图示)，半导体模块10通过硅脂膏与散热片12贴紧。进而，通过拧紧贯通第一凹型嵌合部34的螺钉孔20和第一凸型嵌合部38的螺钉 孔30这两者的螺钉32以及贯通第二凹型嵌合部36的螺钉孔20和第二凸型嵌合部40的 螺钉孔30这两者的螺钉32，半导体模块10固定于散热片12。以下，对实施方式2的半导体装置的制造方法进行说明。首先，如图6所示，制造在接合面14具有第一凹型嵌合部(第一嵌合部)34及第 二凹型嵌合部(第二嵌合部)36的半导体模块10。并且，制造在接合面24具有第一凸型嵌 合部(第三嵌合部)38及第二凸型嵌合部(第四嵌合部)40的散热片12。接着，在散热片12的接合面24涂敷硅脂膏(未图示)。接着，如图7所示，以使 第一凹型嵌合部34及第二凹型嵌合部36分别与第一凸型嵌合部38及第二凸型嵌合部40 嵌合的方式，将半导体模块10接合于散热片12。从而，半导体模块10通过硅脂膏与散热片 12贴紧。进而，拧紧贯通第一凹型嵌合部34的螺钉孔20和第一凸型嵌合部38的螺钉孔30 这两者的螺钉32以及贯通第二凹型嵌合部36的螺钉孔20和第二凸型嵌合部40的螺钉孔 30这两者的螺钉32。从而，将半导体模块10固定于散热片12。
以下，通过与比较例进行比较说明本实施方式的效果。图8是以包含嵌合部的方 式显示比较例的半导体模块的剖视图。在比较例的半导体模块10的接合面14中，在设于半导体模块10内部的框架 (frame) 42上的半导体元件(IGBT (FWD)) 44的下方，设有凹形状的嵌合部46。因此，半导体 模块10的绝缘体层48在半导体元件44的下方变薄。从而，半导体模块10的绝缘强度降 低。另一方面，在本实施方式的半导体模块中，在固定半导体模块10所需要的螺钉孔 20的位置，设有第一凹型嵌合部34及第二凹型嵌合部36。因此，半导体模块10的绝缘体 层48不会在半导体元件44的下方变薄。从而，能够防止半导体模块10的绝缘强度降低。此外，在本实施方式中，将半导体模块10固定于散热片12时，在使半导体模块10 及散热片12的嵌合部彼此嵌合的状态下拧紧螺钉32。因此，与实施方式1同样地，在将半 导体模块10固定于散热片12时，能够防止半导体模块10相对于散热片12的位置偏移。实施方式3 以下，仅就实施方式3的半导体装置的结构与实施方式2的区别点进行说明。图9 是表示实施方式3的半导体模块及散热片的接合面的平面图。图10是实施方式3的半导 体装置的半导体模块及散热片在嵌合部处的剖视图。在半导体模块10的接合面14设有凸型嵌合部(第一嵌合部)50及凹型嵌合部 (第二嵌合部)52。另一方面，在散热片12的接合面24设有凹型嵌合部(第三嵌合部)54 及凸型嵌合部(第四嵌合部)56。散热片12侧的凹型嵌合部54具有与半导体模块10侧的 凸型嵌合部50嵌合的形状，且具有不与半导体模块10侧的凹型嵌合部52嵌合的形状。散 热片12侧的凸型嵌合部56具有与半导体模块10侧的凹型嵌合部52嵌合的形状，且具有 不与半导体模块10侧的凸型嵌合部50嵌合的形状。从而，在将半导体模块10固定于散热片12时，半导体模块10侧的凸型嵌合部50 必须嵌合到散热片12侧的凹型嵌合部54，半导体模块10侧的凹型嵌合部52必须嵌合到散 热片12侧的凸型嵌合部56。因此，能够防止半导体模块10以朝向从相对于散热片12的正 确方向旋转180度后的方向的状态固定于散热片12。此外，与实施方式2同样地，能够防止半导体模块10的绝缘强度降低。此外，在将 半导体模块10固定于散热片12时，能够防止半导体模块10相对于散热片12的位置偏移。实施方式4以下，仅就实施方式4的半导体装置的结构与实施方式1的区别点进行说明。图 11是表示实施方式4的半导体模块及散热片的接合面的透视图。图11中为了便于观察而 使半导体模块的接合面朝上。在半导体模块10的接合面14设有第一轨道形状嵌合部(第一嵌合部)58及第二 轨道形状嵌合部(第二嵌合部)60，所述第一轨道形状嵌合部58从接合面14的一端延伸至 另一端，呈凸型且具有四角形的剖面，所述第二轨道形状嵌合部60同样从接合面14的一端 延伸至另一端，呈凹型且具有三角形的剖面。另一方面，在散热片12的接合面24设有第三轨道形状嵌合部(第三嵌合部)62 及第四轨道形状嵌合部(第四嵌合部)64，所述第三轨道形状嵌合部62从接合面24的一端 延伸至另一端，呈凹型且具有四角形的剖面，所述第四轨道形状嵌合部64同样从接合面24的一端延伸至另一端，呈凸型且具有三角形的剖面。第三轨道形状嵌合部62具有与半导体 模块10侧的第一轨道形状嵌合部58嵌合的形状。第四轨道形状嵌合部64具有与半导体 模块10侧的第二轨道形状嵌合部60嵌合的形状。从而，与实施方式1相比，半导体模块10及散热片12这两者的嵌合部以较宽的面 积接触并配合。因此，在将半导体模块10固定于散热片12时，与实施方式1相比，能更可 靠地防止半导体模块10相对于散热片12的位置偏移。此外，与实施方式1同样地，能够防止半导体模块10以朝向从相对于散热片12的 正确方向旋转180度后的方向的状态固定于散热片12。此外，能够防止在将半导体模块10 固定于散热片12时，半导体模块10相对于散热片12的位置偏移。(符号说明)10半导体模块；12散热片；16凹型圆柱形状的嵌合部(第一嵌合部)；18凸型四 角柱形状的嵌合部(第二嵌合部)；26凸型圆柱形状的嵌合部(第三嵌合部)；28凹型四角 柱形状的嵌合部(第四嵌合部)；32螺钉；34第一凹型嵌合部(第一嵌合部)；36第二凹型 嵌合部(第二嵌合部)；38第一凸型嵌合部(第三嵌合部)；40第二凸型嵌合部(第四嵌合 部)；50凸型嵌合部(第一嵌合部)；52凹型嵌合部(第二嵌合部)；54凹型嵌合部(第三 嵌合部)；56凸型嵌合部(第四嵌合部)；58第一轨道形状嵌合部(第一嵌合部)；60第二 轨道形状嵌合部(第二嵌合部)；62第三轨道形状嵌合部(第三嵌合部)；64第四轨道形状 嵌合部(第四嵌合部)。
权利要求
一种半导体装置，其特征在于，包括半导体模块，在接合面设有第一嵌合部及形状与所述第一嵌合部不同的第二嵌合部；以及散热片，在接合面设有第三嵌合部及形状与所述第三嵌合部不同的第四嵌合部，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四嵌合部嵌合的方式，所述半导体模块接合到所述散热片，通过拧紧贯通所述半导体模块和所述散热片的接合面的螺钉，所述半导体模块固定于所述散热片，所述第一嵌合部具有不与所述第四嵌合部嵌合的形状，所述第二嵌合部具有不与所述第三嵌合部嵌合的形状。
2.一种半导体装置，其特征在于，包括半导体模块，在接合面设有第一嵌合部及第二嵌合部；以及 散热片，在接合面设有第三嵌合部及第四嵌合部，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四嵌合部嵌 合的方式，所述半导体模块接合于所述散热片，通过拧紧贯通所述第一嵌合部和所述第三嵌合部的接合面的螺钉以及贯通所述第二 嵌合部和所述第四嵌合部的接合面的螺钉，所述半导体模块固定于所述散热片。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于所述第二嵌合部与所述第一嵌合部形状不同，所述第四嵌合部与所述第三嵌合部形状 不同，所述第一嵌合部具有不与所述第四嵌合部嵌合的形状，所述第二嵌合部具有不与所 述第三嵌合部嵌合的形状。
4.如权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于 所述第一至第四嵌合部为轨道形状。
5.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括半导体模块的制造工序，该半导体模块在接合面具有第一嵌合部及形状与所述第一嵌 合部不同的第二嵌合部；散热片的制造工序，该散热片在接合面具有第三嵌合部及形状与所述第三嵌合部不同 的第四嵌合部；接合工序，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四 嵌合部嵌合的方式，将所述半导体模块接合于所述散热片；以及固定工序，在所述接合工序之后，通过拧紧贯通所述半导体模块和所述散热片的接合 面的螺钉将所述半导体模块固定于所述散热片，所述第一嵌合部设成不与所述第四嵌合部嵌合的形状，所述第二嵌合部设成不与所述 第三嵌合部嵌合的形状。
6.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括半导体模块的制造工序，该半导体模块在接合面具有第一嵌合部及第二嵌合部； 散热片的制造工序，该散热片在接合面具有第三嵌合部及第四嵌合部； 接合工序，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四 嵌合部嵌合的方式，将所述半导体模块接合到所述散热片；以及固定工序，在所述接合工序之后，通过拧紧贯通所述第一嵌合部和所述第三嵌合部的 接合面的螺钉以及贯通所述第二嵌合部和所述第四嵌合部的接合面的螺钉，将所述半导体 模块固定于所述散热片。
7.如权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于将所述第二嵌合部设为不同于所述第一嵌合部的形状，将所述第四嵌合部设为不同于 所述第三嵌合部的形状，将所述第一嵌合部设为不与所述第四嵌合部嵌合的形状，将所述 第二嵌合部设为不与所述第三嵌合部嵌合的形状。
8.如权利要求5至7中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于 将所述第一至第四嵌合部设为轨道形状。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够防止将半导体模块以朝向从相对于散热片的正确方向旋转180度后的方向的状态固定于散热片的半导体装置及其制造方法，以及提供能够防止半导体模块的绝缘强度降低的半导体装置及其制造方法。本发明的发明相关的半导体装置，其特征在于，包括半导体模块，在接合面设有第一嵌合部及形状与所述第一嵌合部不同的第二嵌合部；以及散热片，在接合面设有第三嵌合部及形状与所述第三嵌合部不同的第四嵌合部，以使所述第一嵌合部及所述第二嵌合部分别与所述第三嵌合部及所述第四嵌合部嵌合的方式，所述半导体模块接合到所述散热片。
文档编号H01L23/40GK101847612SQ20101012775
公开日2010年9月29日 申请日期2010年2月20日 优先权日2009年3月26日
发明者白石卓也 申请人:三菱电机株式会社