半导体装置、及附带冷却用部件的半导体装置的制作方法

1.本发明涉及半导体装置及附带冷却用部件的半导体装置。


背景技术：

2.工业用、电气铁路用、车载用等半导体装置具有半导体元件。该半导体装置为了将由半导体元件发出的热量释放而固定于冷却鳍片、冷却套等冷却用部件。在将半导体装置固定于冷却用部件时，多数情况是通过螺栓等将半导体装置及冷却用部件紧固。
3.半导体装置多数情况具有由金属构成的基座板、及由树脂构成的壳体。在通过螺栓将半导体装置及冷却用部件紧固的情况下螺栓与壳体接触时，壳体的与螺栓接触的螺栓接触面蠕变，半导体装置的散热性降低。因此，多数情况是将由金属构成的轴套安装于壳体，隔着轴套通过螺栓将半导体装置及冷却用部件紧固。
4.在轴套中，为了提高来自壳体的拉拔耐力，存在具有凸缘的轴套。多数情况下，为了增加基座板和轴套的接触面积，凸缘被设置在处于配置基座板的一侧的端部。
5.就专利文献1所记载的半导体装置而言，s字型金属圆筒埋入至树脂壳体的树脂(第0007段)。s字型金属圆筒的与金属底座接触的面从树脂面凸出(第0007段)。s字型金属圆筒的空腔部和金属底座的贯穿孔为用于通过螺钉向外部设备安装的安装孔(第0007段)。通过设为该s字型构造，与树脂的密合性提高(第0008段)。s字加工能够通过连续的拉深加工而实现，因此制作成本低廉，能够大量生产(第0008段)。通过使s字型金属圆筒的顶端部从树脂壳体凸出，从而在通过粘接剂将树脂壳体和金属底座粘接的情况下使粘接剂的厚度在面内保持恒定，能够提高粘接强度，通过s字型金属圆筒对螺钉紧固的力进行支撑，因此在树脂壳体不会产生裂纹(第0008段)。
6.专利文献1：日本特开平9
‑
129823号公报


技术实现要素：

7.但是，上述半导体装置具有如下问题，即，壳体容易在从基座板离开的方向上从轴套脱离。该问题在通过温度循环试验等将热应力施加于半导体装置的情况下等变得显著。
8.本发明就是为了解决该问题而提出的。本发明想要解决的课题是提供能够对壳体在从基座板离开的方向上从轴套脱离进行抑制的半导体装置。
9.半导体装置具有基座板、壳体及轴套。
10.基座板由金属或合金构成。基座板具有第1螺栓孔。
11.壳体由树脂构成。壳体具有第1主面及第2主面。第2主面处于与第1主面所在的一侧相反的一侧，与基座板接触。壳体具有贯穿孔。贯穿孔从第1主面到达第2主面。
12.轴套由金属或合金构成。轴套配置于贯穿孔的内部。轴套具有第1端部及第2端部。第1端部配置于配置第1主面的一侧。第2端部配置于配置第2主面的一侧。轴套具有第2螺栓孔。第2螺栓孔从第1端部到达第2端部，与第1螺栓孔连接。
13.第1端部具有凸缘。或者，轴套具有外周面。外周面从第1端部到达第2端部。外周面
具有直纹滚花。
14.发明的效果
15.根据本发明，通过凸缘或滚花槽阻碍壳体在从基座板离开的方向上移动。因此，能够对壳体在从基座板离开的方向上从轴套脱离进行抑制。
16.通过下面的详细的说明和附图，本发明的目的、特征、方案及优点会变得更加清楚。
附图说明
17.图1是示意性图示实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
18.图2是示意性图示实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置的放大剖视图。
19.图3是示意性图示实施方式1的第1变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
20.图4是示意性图示实施方式1的第1变形例的附带冷却用部件的半导体装置所具有的轴套的图。
21.图5是示意性图示实施方式1的第2变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
22.图6是示意性图示实施方式1的第3变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
23.图7是示意性图示实施方式1的第4变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
24.图8是示意性图示实施方式2的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
具体实施方式
25.1实施方式1
26.1.1附带冷却用部件的半导体装置
27.图1是示意性图示实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
28.图1所图示的附带冷却用部件的半导体装置1具有半导体装置10、冷却用部件11及螺栓12。
29.半导体装置10为半导体模块、半导体分立部件等，优选是功率半导体模块、功率半导体分立部件等。半导体装置10具有螺栓孔10h。
30.冷却用部件11为冷却鳍片、冷却套等。冷却用部件11具有螺栓孔11h。
31.螺栓12具有轴110及头部111。轴110穿过螺栓孔10h，与螺栓孔11h螺合。头部111将朝向冷却用部件11的方向的轴力施加于半导体装置10。由此，通过螺栓12将半导体装置10及冷却用部件11紧固。另外，半导体装置10被固定于冷却用部件11。
32.半导体装置10在工作时发出热量。所发出的热量传递至冷却用部件11。冷却用部件11放出传递来的热量。由此，半导体装置10被冷却。
33.1.2半导体装置
34.图2是示意性图示实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置的放大剖视图。图2放大地图示出实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置所具有的轴套的周边。
35.如图1及图2所图示的那样，半导体装置10具有基座板100、壳体101及轴套102。另外，如图1所图示的那样，半导体装置10具有绝缘部件103、半导体芯片104、电极105及封装材料106。轴套102也称为衬套等。
36.基座板100由金属或合金构成。如图2所图示的那样，基座板100具有第1螺栓孔100h。
37.壳体101由树脂构成。壳体101配置于基座板100之上。如图2所图示的那样，壳体101具有第1主面101a及第2主面101b。第2主面101b处于与第1主面101a所在的一侧相反的一侧。第2主面101b与基座板100接触。另外，如图2所图示的那样，壳体101具有贯穿孔101h。贯穿孔101h从第1主面101a到达第2主面101b。壳体101具有框状的形状。因此，基座板100及壳体101如图1所图示的那样，定义出处于基座板100之上且被壳体101包围的空间110。在空间110的内部，配置绝缘部件103、半导体芯片104、电极105的主要部分及封装材料106。壳体101对电极105进行保持。
38.轴套102由金属或合金构成。轴套102安装于壳体101，配置于贯穿孔101h的内部。如图2所图示的那样，轴套102具有第1端部131及第2端部132。第1端部131配置于壳体101的配置第1主面101a的一侧。第2端部132配置于壳体101的配置第2主面101b的一侧。如图2所图示的那样，轴套102具有第2螺栓孔102h。第2螺栓孔102h从第1端部131到达第2端部132，与第1螺栓孔100h连接。如图2所图示的那样，第1端部131具有凸缘140。另外，如图2所图示的那样，轴套102具有外周面102p。外周面102p从第1端部131到达第2端部132。
39.绝缘部件103配置于基座板100之上，与基座板100接合。
40.半导体芯片104优选为功率半导体芯片。半导体芯片104配置于绝缘部件103之上，与绝缘部件103接合。由此，半导体芯片104通过绝缘部件103与基座板100隔开，通过绝缘部件103与基座板100电绝缘。
41.电极105与半导体芯片104接合。由此，电极105与半导体芯片104电连接。
42.封装材料106由凝胶、灌封树脂等构成。封装材料106填充于空间110，对半导体芯片104进行封装。
43.根据实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置1，通过凸缘140阻碍壳体101在从基座板100离开的方向上移动。因此，能够对以下状况进行抑制，即，在通过温度循环试验等将热应力施加于附带冷却用部件的半导体装置1的情况下等，壳体101在从基座板100离开的方向上从轴套102脱离。即，能够提高从基座板100离开的方向上的拉拔耐力。
44.轴套102优选为锻造品或切削品，通过锻造成型或切削加工来制造。
45.在如专利文献1所记载的那样轴套102通过拉深加工来制造的情况下，轴套102具有圆筒状的形状，是薄壁的。因此，轴套102和基座板100的接触面积变小，在通过螺栓12将半导体装置10及冷却用部件11紧固的情况下施加于基座板100的轴力的面压变高，有时在基座板100产生屈曲。另外，有时在轴套102的内部形成孔洞，轴套102的刚性降低，轴套102产生变形。
46.相对于此，在轴套102通过锻造成型或切削加工来制造的情况下，轴套102的与基座板100相对的面除了第1螺栓孔100h之外成为承载面。因此，轴套102和基座板100的接触面积变大，在通过螺栓12将半导体装置10及冷却用部件11紧固的情况下施加于基座板100的轴力的面压变低，难以在基座板100产生屈曲。另外，轴套102的刚性提高，轴套102难以产
生变形。
47.轴套102的第2端部132及壳体101的第2主面101b构成同一平面，没有形成台阶。
48.在如专利文献1所记载的那样轴套102的第2端部132从壳体101的第2主面101b凸出的情况下，壳体101和基座板100的接触面积变小，难以通过壳体101对由热应力导致的基座板100的变形进行抑制，在通过螺栓12将半导体装置10及冷却用部件11紧固的状态下进行了温度循环试验的情况下，有时基座板100产生变形而使附带冷却用部件的半导体装置1的可靠性降低。例如，有时在附带冷却用部件的半导体装置1产生漏水。
49.相对于此，在轴套102的第2端部132及壳体101的第2主面101b构成同一平面的情况下，基座板100遍及大致整面地与壳体101接触而由壳体101保持，能够通过壳体101对由热应力导致的基座板100的变形进行抑制。
50.壳体101及轴套102优选为一体成型品，通过嵌件成型来制造。由此，能够提高壳体101和轴套102的密合力，能够进一步提高拉拔耐力。
51.就实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置1而言，螺栓12的轴110穿过第1螺栓孔100h及第2螺栓孔102h，与第3螺栓孔11h螺合。另外，螺栓12的头部111对轴套102施加轴力。另外，螺栓12的头部111具有承载面111s。另外，轴套102的第1端部131与承载面111s的整体接触。
52.图3是示意性图示实施方式1的第1变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。图4是示意性图示实施方式1的第1变形例的附带冷却用部件的半导体装置所具有的轴套的图。图4(a)为俯视图。图4(b)为侧视图。
53.图3及图4所图示的轴套102主要在下述不同点上与图1及图2所图示的轴套102不同。
54.就图1及图2所图示的轴套102而言，轴套102的第1端部131具有凸缘140。相对于此，就图3及图4所图示的轴套102而言，轴套102的第1端部131不具有凸缘140。另外，轴套102的外周面102p具有直纹滚花102k。直纹滚花102k具有滚花槽。滚花槽优选具有大于或等于0.5mm的深度。
55.根据实施方式1的第1变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，通过滚花槽阻碍壳体101在从基座板100离开的方向上移动。因此，能够对如下状况进行抑制，即，在通过温度循环试验等将热应力施加于附带冷却用部件的半导体装置1的情况下等，壳体101在从基座板100离开的方向上从轴套102脱离。即，能够提高从基座板100离开的方向上的拉拔耐力。
56.另外，根据实施方式1的第1变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，通过直纹滚花102k阻碍轴套102沿周向旋转。因此，能够对轴套102沿周向旋转进行抑制。
57.图5是示意性图示实施方式1的第2变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
58.图5所图示的轴套102主要在下述不同点上与图1及图2所图示的轴套102不同。
59.就图1及图2所图示的轴套102而言，轴套102的第1端部131具有凸缘140。相对于此，就图5所图示的轴套102而言，轴套102的第1端部131具有第1凸缘140。另外，轴套102的第2端部132具有第2凸缘141。
60.根据实施方式1的第3变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，与实施方式1的附
带冷却用部件的半导体装置1相同地，能够对壳体101在从基座板100离开的方向上从轴套102脱离进行抑制。
61.除此之外，根据实施方式1的第3变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，能够对壳体101在向基座板100接近的方向上从轴套102脱离进行抑制。即，能够提高向基座板100接近的方向上的拉拔耐力。
62.图6是示意性图示实施方式1的第3变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
63.图6所图示的轴套102主要在下述不同点上与图1及图2所图示的轴套102不同。
64.图1及图2所图示的轴套102在外周面102p不具有凸起。相对于此，图6所图示的轴套102在外周面102p具有凸起150。
65.根据实施方式1的第3变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，与实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置1相同地，能够对壳体101在从基座板100离开的方向上从轴套102脱离进行抑制。
66.除此之外，根据实施方式1的第3变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，通过凸起150阻碍轴套102沿周向旋转。因此，能够对轴套102沿周向旋转进行抑制。
67.图7是示意性图示实施方式1的第4变形例的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
68.图7所图示的壳体101主要在下述不同点上与图1及图2所图示的壳体101不同。
69.就图1及图2所图示的壳体101而言，贯穿孔101h具有大致恒定的直径。相对于此，就图7所图示的壳体101而言，贯穿孔101h具有锪孔160及容纳孔161。锪孔160配置于壳体101的第1主面101a侧。容纳孔161配置于壳体101的第2主面101b侧。容纳孔161与锪孔160连接。容纳孔161容纳轴套102。
70.根据实施方式1的第4变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，与实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置1相同地，能够对壳体101在从基座板100离开的方向上从轴套102脱离进行抑制。
71.除此之外，根据实施方式1的第4变形例的附带冷却用部件的半导体装置1，能够将壳体101的壁厚设得厚，能够提高壳体101的刚性。
72.2实施方式2
73.图8是示意性图示实施方式2的附带冷却用部件的半导体装置的剖视图。
74.图8所图示的实施方式2的附带冷却用部件的半导体装置2主要在下述不同点上与图1及图2所图示的实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置1不同。
75.就实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置而言，螺栓12的轴110穿过第1螺栓孔100h及第2螺栓孔102h，与第3螺栓孔11h螺合。另外，螺栓12的头部111对轴套102施加轴力。另外，螺栓12的头部111具有承载面111s。另外，轴套102的第1端部131与承载面111s的整体接触。
76.相对于此，就实施方式2的附带冷却用部件的半导体装置2而言，双头螺栓22穿过第1螺栓孔100h及第2螺栓孔102h，与第3螺栓孔11h螺合。另外，与双头螺栓22螺合的螺母23对轴套102施加轴力。另外，螺母23具有承载面23s。另外，轴套102的第1端部131与承载面23s的整体接触。
77.根据实施方式2的附带冷却用部件的半导体装置2，与实施方式1的附带冷却用部件的半导体装置1相同地，能够对壳体101在从基座板100离开的方向上从轴套102脱离进行抑制。
78.除此之外，根据实施方式2的附带冷却用部件的半导体装置2，在组装附带冷却用部件的半导体装置2时，能够容易地进行定位。
79.此外，本发明可以在其发明的范围内将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。
80.虽然对本发明进行了详细说明，但上述的发明在全部的方面都只是例示，本发明并不限定于此。应当理解为，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想到未例示的无数的变形例。
81.标号的说明
82.1、2附带冷却用部件的半导体装置，10半导体装置，11冷却用部件，12螺栓，22双头螺栓，23螺母，100基座板，101壳体，102轴套，102k直纹滚花，140凸缘(第1凸缘)，141第2凸缘，150凸起。