半导体装置的制作方法

本发明涉及一种半导体装置。

背景技术：

半导体装置具备半导体元件等电子零件、安装电子零件的基板、及用来将电子零件发出的热散热的散热部。如果将所有电子零件安装在1个基板，则基板在沿着板厚方向的面的方向上(与板厚方向正交的方向)上大型化，导致半导体装置大型化。

专利文献1记载的半导体装置具备多个基板。多个基板彼此在板厚方向上隔开间隔地配置。半导体装置具备以维持各基板彼此的间隔的状态将各基板固定的固定部件。电子零件分散配置在多个基板。通过设置多个基板并在板厚方向上隔开间隔地配置，来抑制半导体装置大型化。另外，半导体装置具备连结于各基板与散热部的金属板。由此，电子零件或各基板发出的热经由金属板向散热部传导。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]国际公开wo2014/057622号公报

技术实现要素：

[发明要解决的问题]

且说，专利文献1的半导体装置为了使热从各基板向散热部传导而设置金属板。因设置金属板而导致半导体装置大型化。

本发明的目的在于提供一种能够抑制大型化的半导体装置。

[解决问题的技术手段]

解决所述问题的半导体装置具备：散热部；第1基板，固定在所述散热部，且安装着半导体元件；第2基板，在所述第1基板的板厚方向上与所述第1基板隔开间隔地配置，且安装着电子零件；及托架，用来将所述第2基板固定在所述散热部；在所述第2基板与所述托架之间，配置着用来使热从所述第2基板向所述托架传导的绝缘性的热传导部件，所述托架为金属制，且所述托架具备使热向所述散热部传导的传热部。

据此。热经由热传导部件从第2基板向托架传导。传导到托架的热经由传热部向散热部传导。通过将托架设为金属制，能够将用来将第2基板固定在散热部的托架用作传热路径。由此，能够使第2基板的散热性提高。另外，通过经由绝缘性的热传导部件使热从第2基板向托架传导，来抑制因将托架设为金属制所引起的第2基板与托架的短路。与不将托架设为传热路径，还设置与托架不同的部件(例如金属板)的情况相比，能够抑制半导体装置的大型化。

关于所述半导体装置，所述传热部也可以包含与所述散热部相接的直接传热部。

据此，能够使传导到托架的热经由直接传热部向散热部传导。直接传热部由于与散热部相接，所以容易使热向散热部传导。

关于所述半导体装置，也可为所述传热部包含与所述第1基板相接的间接传热部，且所述热传导部件配置在较之所述间接传热部更靠近所述直接传热部的位置。

据此，通过将热传导部件配置在直接传热部的附近，能够缩短从热传导部件到直接传热部的传热路径。由于直接传热部容易使热向散热部传导，所以通过缩短到直接传热部的传热路径，能够使第2基板的散热性提高。

关于所述半导体装置，所述托架也可以具备规定所述热传导部件的位置的定位部。

据此，配置热传导部件时，能够以定位部为标记来配置热传导部件。

关于所述半导体装置，也可以具备配置在所述第1基板与所述第2基板之间的第3基板，所述托架具备插置在所述第2基板与所述第3基板之间的插置部，在所述第3基板与所述插置部之间，配置着用来使热从所述第3基板向所述托架传导的绝缘性的插置热传导部件。

据此，除了第2基板的散热性以外，也能够使第3基板的散热性提高。

关于所述半导体装置，所述插置部也可以具备设置在与所述插置热传导部件相向的位置的确认孔。

配置在第3基板与插置部之间的插置热传导部件当将托架组装到散热部时变得难以目视确认。通过设为能够经由确认孔目视确认插置热传导部件，即使在将托架组装到散热部之后，也能够确认有无插置热传导部件。

关于所述半导体装置，也可为在所述第2基板的板厚方向的两面中与所述托架相向的面的相反面设置供连接器插入的连接部，所述托架具备朝向所述第2基板的板厚方向的两面中与所述托架相向的面突出的支撑部，且所述支撑部与所述第2基板中设置着所述连接部的部分相向地配置。

将连接器插入连接部时，因来自连接器的力而第2基板有挠曲趋势。此时，通过第2基板与支撑部接触而被支撑，能够利用支撑部来抑制第2基板产生挠曲。

[发明的效果]

根据本发明，能够抑制半导体装置的大型化。

附图说明

图1是半导体装置的分解立体图。

图2是半导体装置的剖视图。

图3是托架的立体图。

图4是半导体装置的俯视图。

图5是以假想线表示控制基板的状态下的半导体装置的俯视图。

图6(a)、(b)及(c)是表示利用螺钉实现的各基板的紧固结构的半导体装置的剖视图。

图7是半导体装置的侧视图。

具体实施方式

以下，对半导体装置的一实施方式进行说明。此外，本实施方式的半导体装置是搭载在电池式的工业车辆(叉车等)的逆变器。逆变器将从电池输入的直流电力转换为交流电力(三相交流)，并输出到三相电动机。由此，三相电动机驱动。

如图1及图2所示，半导体装置10具备作为散热部的散热器11。散热器11为铝系金属或铜等的金属制。散热器11具备板状的固定部12、及从固定部12的板厚方向的一面突出的散热片13。固定部12具备多个螺纹孔14。螺纹孔14在内周面具备螺纹槽(母螺纹)。

半导体装置10具备作为第1基板的功率基板20、作为第2基板的控制基板60、及作为第3基板的电容器基板50。控制基板60在功率基板20的板厚方向上与功率基板20隔开间隔地配置。电容器基板50配置在功率基板20与控制基板60之间。功率基板20的板厚方向、控制基板60的板厚方向及电容器基板50的板厚方向一致。可以说散热器11及3个基板20、50、60呈层状配置。

功率基板20固定在固定部12的板厚方向的两面中设置着散热片13的面的相反面。本实施方式的功率基板20为绝缘金属基板(ims基板)，是在金属制的基底设置绝缘层而获得。功率基板20具备导体图案22。功率基板20具备沿板厚方向贯通的多个第1插通孔h1。

半导体装置10具备多个半导体元件24、2个输入端子25、3个输出端子35、2个隔件40、及排针46。半导体元件24、输入端子25、输出端子35、隔件40及排针46安装在功率基板20。本实施方式的半导体元件24为mosfet(metaloxidesiliconfieldeffecttransistor，金属氧化物硅场效应晶体管)。此外，作为半导体元件24，也可以使用mosfet以外的开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管)。多个半导体元件24分成6个半导体元件群g1、g2、g3、g4、g5、g6而配置。在各半导体元件群g1～g6中，各半导体元件24排列成一列。以下，将构成各半导体元件群g1～g6的半导体元件24排列的方向设为第1方向。

各半导体元件群g1～g6隔开间隔地排列配置。如果详细地进行说明，则各半导体元件群g1～g6排列在沿着功率基板20的板厚方向的面的方向中与第1方向交叉的方向上。以下，将各半导体元件群g1～g6排列的方向设为第2方向。各半导体元件群g1～g6构成逆变器中的三相的上下臂。

2个输入端子25与3个输出端子35在第2方向上隔开间隔地排列。2个输入端子25隔着各半导体元件群g1～g6而配置。也就是说，输入端子25在第2方向上比半导体元件群g1～g6更靠功率基板20的外缘而配置。3个输出端子35配置在2个输入端子25彼此之间。输入端子25具备基部26、从基部26突出的柱状部27、及从柱状部27的周面突出的基座部28。输出端子35具备基部36、及从基部36突出的柱状部37。输入端子25及输出端子35为铝系金属或铜等的金属制。输入端子25的基部26及输出端子35的基部36连接于功率基板20的导体图案22。在输入端子25连接电池。在输出端子35连接三相电动机。2个隔件40在第2方向上隔开间隔地排列。各隔件40配置在输出端子35彼此之间。隔件40为铝系金属或铜等的金属制。排针46在第1方向上比半导体元件群g1～g6更靠功率基板20的外缘而配置。

电容器基板50与输入端子25的基部26、输出端子35的基部36、及隔件40重叠地配置。电容器基板50具备导体图案52。电容器基板50具备输出孔53。输出端子35的柱状部37插通输出孔53。电容器基板50具备沿板厚方向贯通的多个第2插通孔h2。经由输入端子25的基部26及隔件40，而电容器基板50与功率基板20电连接。

半导体装置10具备安装在电容器基板50的多个电容器54。在本实施方式中，电容器54汇集配置在电容器基板50的一端。如果详细地进行说明，则在电容器基板50中，沿着第1方向的两缘部中的一个缘部配置着多个电容器54。电容器54呈圆柱状，且以轴线方向与电容器基板50的板厚方向一致的方式配置。可以说电容器54竖立设置在电容器基板50。

如图1、图2及图4所示，控制基板60具备沿板厚方向贯通的3个输出孔61。输出端子35的柱状部37插通输出孔61。控制基板60具备供排针46插入的通孔62。控制基板60具备沿板厚方向贯通的多个第3插通孔h3。半导体装置10具备安装在控制基板60的多个电子零件63、电流传感器65、及连接部67。电子零件63构成控制各半导体元件群g1～g6的控制电路。通过利用控制电路对各半导体元件群g1～g6进行控制(开关控制)来进行电力转换。

通过将排针46插入通孔62来进行控制基板60与功率基板20的连接。电流传感器65设置在3个输出端子35中的2个。电流传感器65具备磁芯66与未图示的霍尔元件。连接部67设置在控制基板60的板厚方向的两面中与功率基板20相向的面的相反面。连接部67是供连接控制半导体装置10的控制装置(上位控制装置)与半导体装置10的连接器插入的母连接器。

如图1、图3及图5所示，半导体装置10具备为了将控制基板60固定在散热器11而设置的托架70。托架70用来以维持电容器基板50与控制基板60的间隔的状态将控制基板60固定在散热器11。托架70为铝系金属或铜等的金属制。

托架70具备板状的主体71。主体71具备方形板状的基部72、及朝向沿着基部72的板厚方向的面的方向(与板厚方向正交的方向)从基部72突出的2个插置部73。2个插置部73从基部72朝同一方向突出。如果将基部72的相互对向的缘的一个设为第1缘74，将另一个设为第2缘75，则插置部73从第1缘74突出。基部72具备沿板厚方向贯通的排针插通孔76。排针46插通在排针插通孔76。2个插置部73分别具备沿板厚方向贯通的贯通孔77与确认孔78。确认孔78位于比贯通孔77更靠插置部73的前端侧。贯通孔77及确认孔78呈圆形，确认孔78的直径小于贯通孔77。

将主体71的板厚方向的两面中的一个设为第1面79，将另一个设为第2面80。托架70具备从主体71沿主体71的板厚方向突出的多个紧固凸台81、82、83。在本实施方式中，多个紧固凸台81、82、83包含1个第1紧固凸台81、3个第2紧固凸台82、及1个第3紧固凸台83。第1紧固凸台81及第2紧固凸台82分别从主体71的板厚方向的两面突出。第3紧固凸台83从主体71的第2面80突出。第1紧固凸台81及第2紧固凸台82设置在基部72。第3紧固凸台83设置在插置部73。

第1紧固凸台81从第1面79的突出长度比第2紧固凸台82从第1面79的突出长度长。如果详细地进行说明，则第1紧固凸台81与第2紧固凸台82相比，从第1面79更加突出相当于功率基板20的板厚。第1紧固凸台81从第2面80的突出长度与第2紧固凸台82从第2面80的突出长度相同。第1紧固凸台81、第2紧固凸台82及第3紧固凸台83分别呈圆筒状。

托架70具备从主体71的第2面80突出的4个支撑部84。支撑部84设置在基部72。本实施方式的支撑部84以支撑部84彼此相连所得的形状成为平行四边形的方式配置。支撑部84呈柱状。支撑部84从第2面80的突出长度与第1紧固凸台81从第2面80的突出长度相同。

托架70具备从主体71的第1面79突出的突出部85。突出部85沿着基部72的第2缘75延伸。在本实施方式中，突出部85遍及第2缘75的整体而延伸。

托架70具备从主体71的第2面80突出的框状的载置部86。载置部86设置在支撑部84与第1紧固凸台81之间。载置部86沿着第2缘75设置。

托架70配置在功率基板20与控制基板60之间。如果详细地进行说明，则托架70的基部72配置在功率基板20与控制基板60之间，插置部73插置在电容器基板50与控制基板60之间。另外，配置成主体71的第1面79与散热器11及功率基板20相向，主体71的第2面80与控制基板60相向。

如图6(a)、图6(b)及图6(c)所示，第1紧固凸台81的轴线方向的两端面中的一个与固定部12面接触，另一个与控制基板60面接触。第2紧固凸台82的轴线方向的两端面中的一个与功率基板20面接触，另一个与控制基板60面接触。换句话说，第2紧固凸台82介隔功率基板20与散热器11间接地相接。第2紧固凸台82成为与功率基板20相接的间接传热部。第3紧固凸台83的轴线方向的端面与控制基板60面接触。由各紧固凸台81、82、83支撑控制基板60，由此，维持控制基板60与散热器11的间隔。突出部85与散热器11的固定部12面接触。在本实施方式中，第1紧固凸台81及突出部85成为与散热器11相接的直接传热部。

如图7所示，支撑部84与控制基板60中设置着连接部67的部分相接。可以说支撑部84与连接部67在中间隔着控制基板60而相向。此外，功率基板20、电容器基板50及控制基板60中与紧固凸台81、82、83相接的部分是未流通电流的部位。

半导体装置10具备配置在托架70与控制基板60之间的热传导部件91、及配置在托架70与电容器基板50之间的插置热传导部件92。热传导部件91由载置部86与控制基板60中和载置部86相向的部分夹持。热传导部件91配置在框状的载置部86内。各插置热传导部件92由各插置部73与电容器基板50夹持。各插置热传导部件92以与设置着确认孔78的部分相向的方式配置。热传导部件91及插置热传导部件92的配置部位以成为电流集中的部位或成为发热元件的电子零件63的附近的方式规定。

热传导部件91及插置热传导部件92为绝缘性，是通过施加压力而变形的传热片。作为热传导部件91及插置热传导部件92，例如使用硅系的传热片。热传导部件91通过承受来自控制基板60及托架70的压力，而仿效控制基板60及托架70的表面发生变形。由此，热传导部件91密接于控制基板60及托架70。插置热传导部件92通过承受来自电容器基板50及托架70的压力，而仿效电容器基板50及托架70的表面发生变形。由此，插置热传导部件92密接于电容器基板50及托架70。

如图1所示，半导体装置10具备用来将功率基板20、控制基板60及电容器基板50固定在散热器11的多个螺钉s1、s2、s3、及绝缘性的轴环c。多个螺钉s1、s2、s3包含第1螺钉s1、第2螺钉s2、及第3螺钉s3。

如图6(a)、图6(b)及图6(c)所示，多个第1螺钉s1插通轴环c以及电容器基板50的第2插通孔h2与功率基板20的第1插通孔h1，并紧固在散热器11的螺纹孔14。由此，第1螺钉s1将功率基板20与电容器基板50紧固在一起。此外，第1螺钉s1中的一部分插通功率基板20及电容器基板50、以及隔件40、输入端子25的基部26、输出端子35的基部36。

多个第2螺钉s2中的一部分第2螺钉s2插通控制基板60的第3插通孔h3与第1紧固凸台81，并紧固在散热器11的螺纹孔14。由此，第2螺钉s2将控制基板60与托架70紧固在一起。多个第2螺钉s2中的一部分第2螺钉s2插通控制基板60的第3插通孔h3、第2紧固凸台82、及功率基板20的第1插通孔h1，并紧固在散热器11的螺纹孔14。由此，第2螺钉s2将控制基板60、托架70、及功率基板20紧固在一起。

如图1所示，多个第3螺钉s3中的一部分第3螺钉s3插通控制基板60的第3插通孔h3，并紧固在第3紧固凸台83。多个第3螺钉s3中的一部分第3螺钉s3插通控制基板60的第3插通孔h3，并紧固在输入端子25的基座部28。由此，控制基板60固定在托架70及输入端子25。

接下来，对将功率基板20、电容器基板50、控制基板60、热传导部件91、插置热传导部件92、及托架70组装到散热器11的方法进行说明。此外，省略构成半导体装置10的部件中所述部件以外的组装。

首先，将功率基板20载置到散热器11。接着，以与功率基板20相向的方式配置电容器基板50。接着，通过将第1螺钉s1紧固而将电容器基板50及功率基板20固定在散热器11。接着，在电容器基板50配置插置热传导部件92。插置热传导部件92与电容器基板50的导体图案52重叠地配置。也就是说，以导体图案52为标记来配置插置热传导部件92。

接着，配置托架70。配置托架70之后，能够从确认孔78目视确认插置热传导部件92。由此，能够在配置托架70之后确认有无插置热传导部件92。

接着，将热传导部件91载置到托架70的载置部86。热传导部件91以落在框状的载置部86内的方式配置。由此，进行热传导部件91的定位，进而，限制位置偏移。

接着，以与托架70相向的方式配置控制基板60。接着，将第2螺钉s2及第3螺钉s3紧固在散热器11。由此，进行组装。

接下来，对本实施方式的半导体装置10的作用进行说明。

当为了使三相电动机驱动而使半导体装置10驱动时，半导体元件24、电子零件63、及导体图案22、52发热。半导体元件24及功率基板20中发出的热从功率基板20向散热器11传导。

构成控制电路的电子零件63及控制基板60中发出的热经由热传导部件91向托架70传导。由于热传导部件91配置在第1紧固凸台81及突出部85的附近，所以从热传导部件91传导的大部分热经由第1紧固凸台81及突出部85向散热器11传导。另外，构成控制电路的电子零件63及控制基板60中发出的热经由第2紧固凸台82及功率基板20向散热器11传导。

电容器54及电容器基板50中发出的热经由输入端子25、输出端子35及隔件40向功率基板20传导。功率基板20传导的热向散热器11传导。另外，电容器54及电容器基板50中发出的热经由插置热传导部件92向托架70传导。传导到托架70的热经由各紧固凸台81、82向散热器11传导。

如上所述，来自控制基板60及电容器基板50的热将各紧固凸台81、82及突出部85作为传热部向散热器11传导。由此，进行控制基板60及电容器基板50的散热。

当将连接器插入连接部67时，因从连接器施加给连接部67的力而控制基板60有挠曲趋势。由于在控制基板60有挠曲趋势的方向上配置着支撑部84，所以能够通过支撑部84来抑制控制基板60产生挠曲。

如果将支撑部84彼此连结时的形状设为长方形状，则因兼顾绝缘距离而控制基板60的实质的安装面积减少。在本实施方式中，通过使支撑部84彼此连结时的形状成为平行四边形，来抑制控制基板60的安装面积减少。

因此，根据所述实施方式，可获得以下效果。

(1)通过将托架70设为金属制，能够将托架70用作从控制基板60向散热器11传递热的传热路径。另外，通过经由绝缘性的热传导部件91使热从控制基板60向托架70传导，来抑制因将托架70设为金属制所引起的控制基板60与托架70的短路。能够将用来将控制基板60固定在散热器11的托架70兼用作使热向散热器11传导的部件。因此，与不将托架70设为传热路径，还设置与托架70不同的部件(例如金属板)的情况相比，能够抑制半导体装置10的大型化。

(2)托架70的第1紧固凸台81及突出部85与散热器11相接。托架70较之介隔其它部件使热向散热器11传导，直接使热向散热器11传导更容易使热传导。因此，通过设置第1紧固凸台81及突出部85，能够使控制基板60的散热性提高。

(3)热传导部件91配置在较之第2紧固凸台82更靠近第1紧固凸台81及突出部85。如上所述，第1紧固凸台81及突出部85与第2紧固凸台82相比更容易使热向散热器11传导。通过将热传导部件91靠近第1紧固凸台81及突出部85而配置，能够缩短从热传导部件91到第1紧固凸台81及突出部85的传热路径。由此，能够使控制基板60的散热性提高。

(4)托架70具备规定热传导部件91的位置的载置部86。配置热传导部件91时，能够以载置部86为标记来规定热传导部件91的位置。另外，通过将载置部86作为围栏来配置热传导部件91，能够抑制热传导部件91的位置偏移。

(5)在托架70的插置部73与电容器基板50之间配置着插置热传导部件92。因此，能够使热从电容器基板50向托架70传导，来使电容器基板50的散热性提高。

(6)托架70具备确认孔78。插置在托架70的插置部73与电容器基板50之间的插置热传导部件92当将托架70组装到散热器11时变得难以目视确认。通过以与插置热传导部件92相向的方式设置确认孔78，即使在组装托架70之后，也能够确认有无插置热传导部件92。

(7)通过托架70的支撑部84，能够在插入连接器时抑制控制基板60的挠曲。因此，能够抑制控制基板60产生翘曲或对电子零件63的接合部等施加应力。

此外，实施方式也可以像以下那样变更。

○支撑部84从第2面80的突出长度也可以比第1紧固凸台81从第2面80的突出长度短。在该情况下，支撑部84不与控制基板60接触，在支撑部84与控制基板60之间介存有间隙。如果插入连接器时控制基板60产生挠曲，则控制基板60与支撑部84接触。也就是说，在支撑部84与控制基板60之间存在间隙时，允许间隙内的控制基板60的挠曲，通过控制基板60与支撑部84接触来限制控制基板60的挠曲。因此，即使在支撑部84与控制基板60之间有微小的间隙的情况下，也只要所述间隙为比控制基板60所允许的挠曲量小的间隙即可。

○多个支撑部84的配置也可以适当变更。例如，支撑部84彼此连结所得的形状也可为长方形等。另外，支撑部84的数量也可以适当变更。

○托架70也可以不具备支撑部84。

○托架70也可以不具备确认孔78。在该情况下，也可以使得能够从确认孔78以外的部位目视确认有无插置热传导部件92。例如，也可以使得能够从电容器基板50与托架70之间的间隙目视确认插置热传导部件92，还可以使得插置热传导部件92的一部分从插置部73与电容器基板50之间伸出。

○只要经由隔件40或输入端子25的电容器基板50的散热充分，则托架70也可以不具备插置部73及插置热传导部件92。在该情况下，托架70只要具备成为直接传热部的第1紧固凸台81及突出部85即可，也可以不具备间接传热部。

○规定热传导部件91的位置的定位部也可以是设置在托架70的凹部、孔、突起、花纹等标记。

○托架70也可以不具备载置部86。

○热传导部件91也可以配置在较之第1紧固凸台81及突出部85更靠近第2紧固凸台82。

○托架70也可以不具备第1紧固凸台81及突出部85，也可以具备为间接传热部的第2紧固凸台82作为传热部。

○托架70也可以具备第1紧固凸台81及突出部85中的任一个作为直接传热部。

○托架70能够支撑控制基板60，只要能够使来自控制基板60的热向散热器11传导，则可为任意形状。

○作为散热部，也可为不具有散热片13的散热板等。此外，作为散热部，也可以通过气体状的制冷剂进行冷却，还可以通过液状的制冷剂进行冷却。

○各基板20、50、60可为绝缘金属基板或印刷基板等任意基板。

○半导体装置10也可为逆变器以外的装置。例如，半导体装置10也可为转换器等逆变器以外的电力转换装置。另外，也可为使用开关元件以外的元件(例如二极管)作为半导体元件24的半导体装置10。半导体装置10只要具备固定在散热部的第1基板、及与第1基板隔开间隔地配置的第2基板即可，基板的数量也可以适当变更。例如，可以像实施方式这样具备3个基板，也可以具备第1基板与第2基板这2个基板。

○半导体装置10也可以不搭载在工业车辆。

[符号的说明]

11散热器(散热部)

20功率基板(第1基板)

24半导体元件

50电容器基板(第3基板)

60控制基板(第2基板)

63电子零件

67连接部

70托架

73插置部

78确认孔

81第1紧固凸台(直接传热部)

82第2紧固凸台(间接传热部)

84支撑部

85突出部(直接传热部)

86载置部(定位部)

91热传导部件

92插置热传导部件