本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

圖9示出了一種功率半導(dǎo)體模塊的一例，該功率半導(dǎo)體模塊是作為用于電力控制等的半導(dǎo)體裝置。功率半導(dǎo)體模塊101具備金屬基座102、層疊基板103、半導(dǎo)體芯片105、粘接于該金屬基座的框狀的樹脂殼體106以及一體地固定于該樹脂殼體106的外部端子。

功率半導(dǎo)體模塊101的外部端子大致分為兩種，其中之一為主端子107。主端子107的主要功能是經(jīng)由半導(dǎo)體芯片105的主電極等流過主電流。另一種是控制端子。控制端子的主要功能是向半導(dǎo)體芯片的控制電極輸入控制信號或?qū)С鲋麟娏鳈z測用的信號等。

主端子107例如通過嵌入式成型(Insert molding)而一體地固定于樹脂殼體106。主端子107的一端露出于樹脂殼體106的內(nèi)側(cè)，通過鍵合線等與層疊基板103的電路板或半導(dǎo)體芯片105的主電極電連接。主端子107的另一端露出于樹脂殼體的外側(cè)，經(jīng)由母線等與其他裝置連接。

當(dāng)電流流過主端子107時，由于主端子107自身的電阻而引起主端子107發(fā)熱。當(dāng)主端子107發(fā)熱時，存在使功率半導(dǎo)體模塊101整體的溫度上升的隱患。另外，當(dāng)主端子107發(fā)熱時，存在使經(jīng)由母線等連接的其他裝置的溫度上升的隱患。近年來，由于要求功率半導(dǎo)體模塊的小型化以及高電流密度化，所以需要減小主端子107的發(fā)熱帶來的影響。

存在一種在導(dǎo)電性基板上隔著絕緣層配置端子，并以與該端子的該導(dǎo)電性基板側(cè)的面接觸的方式設(shè)置有金屬部件的半導(dǎo)體裝置(專利文獻(xiàn)1)。然而，在并排配置多個主端子的情況下，因為需要確保主端子之間的絕緣距離，所以對專利文獻(xiàn)1所記載的金屬部件的寬度進(jìn)行了限制。因此，從主端子進(jìn)行散熱也有限。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2014-175612

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明有利地解決了上述問題，其目的在于提供一種能夠提高從主端子進(jìn)行散熱的半導(dǎo)體裝置。

技術(shù)方案

本發(fā)明的一個形態(tài)的半導(dǎo)體裝置具備：金屬基座；樹脂殼體，其為框形且粘接于上述金屬基座；半導(dǎo)體芯片，其具有主電極并配置于上述樹脂殼體的內(nèi)側(cè)；主端子，其與上述半導(dǎo)體芯片的上述主電極電連接，被一體地固定于上述樹脂殼體，并具有在上述樹脂殼體的內(nèi)側(cè)露出的內(nèi)側(cè)的端部和在上述樹脂殼體的外側(cè)露出的外側(cè)的端部；以及散熱部件，其以與上述金屬基座接觸的方式配置在上述金屬基座與上述主端子的上述內(nèi)側(cè)的端部之間，且導(dǎo)熱率比上述樹脂殼體高。

發(fā)明效果

通過本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，能夠提高從主端子進(jìn)行的散熱。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性截面圖。

圖2是圖1的半導(dǎo)體裝置的散熱的說明圖。

圖3是半導(dǎo)體裝置的主端子附近的俯視圖。

圖4是圖1的半導(dǎo)體裝置的變形例的示意性截面圖。

圖5是圖1的半導(dǎo)體裝置的變形例的示意性截面圖。

圖6是本發(fā)明的其他實施方式的示意性截面圖。

圖7是圖6的半導(dǎo)體裝置的散熱的說明圖。

圖8是本發(fā)明的其他實施方式的示意性截面圖。

圖9是現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的示意性截面圖。

符號的說明

1、11、21：功率半導(dǎo)體模塊

2：金屬基座

3：層疊基板

3a：絕緣板

3b：金屬板

3c：電路板

4：接合材料

5：半導(dǎo)體芯片

6：樹脂殼體

7：主端子

7a：內(nèi)側(cè)的端部

7b：外側(cè)的端部

8：金屬塊

8A：陶瓷塊

8B：導(dǎo)熱性樹脂

9：鍵合線

10：密封材料

具體實施方式

(實施方式一)

以下，參考附圖對本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的實施方式進(jìn)行具體說明。

作為圖1中示意性截面圖所示的本實施方式的半導(dǎo)體裝置的功率半導(dǎo)體模塊1具備金屬基座2、半導(dǎo)體芯片5、樹脂殼體6、主端子7和作為散熱部件的金屬塊8。功率半導(dǎo)體模塊1進(jìn)一步具備層疊基板3、鍵合線9和密封材料10。

金屬基座2由導(dǎo)熱性良好的金屬，例如銅和/或鋁等構(gòu)成，將由半導(dǎo)體芯片5和/或主端子7產(chǎn)生的熱散出至外部。金屬基座2具有大致四邊形的平面形狀。

層疊基板3具有比金屬基座2小的大致四邊形的平面形狀。層疊基板3由層疊電路板3c、絕緣板3a和金屬板3b構(gòu)成。絕緣板3a以及金屬板3b具有大致四邊形的平面形狀。另外，電路板3c具有構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的預(yù)定的電路的圖案形狀。絕緣板3a由例如氮化鋁、氮化硅、氧化鋁等絕緣性陶瓷構(gòu)成，金屬板3b、電路板3c例如由銅和/或鋁構(gòu)成。層疊基板3例如 可以使用DCB(Direct Copper Bond：直接鍵合銅)基板和/或AMB(Active Metal Blazing：活性金屬釬焊)基板。層疊基板3的金屬板3b通過接合材料4例如焊料與金屬基座2的主面接合。

半導(dǎo)體芯片5在正面設(shè)有主電極和控制電極，在背面設(shè)有其他的主電極。并且，背面的主電極通過焊料4電連接且機(jī)械連接到電路板3c的一個區(qū)域。“電連接且機(jī)械連接”是指不限于對象物彼此通過直接接合而連接的情況，也包括通過焊料和/或金屬燒結(jié)材料等導(dǎo)電性的接合材料而使對象物彼此連接的情況，以下的說明也相同。正面的主電極通過未圖示的布線部件，例如鍵合線而與電路板3c或者主端子7電連接。正面的控制電極通過未圖示的布線部件，例如鍵合線而與電路板3c或者控制端子電連接。

具體來說，半導(dǎo)體芯片5例如為功率MOSFET或IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)等。半導(dǎo)體芯片5可以由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，也可以由SiC半導(dǎo)體構(gòu)成。在半導(dǎo)體芯片5是由碳化硅(SiC)構(gòu)成的功率MOSFET的情況下，與由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體芯片相比，能夠在高耐壓且高頻下進(jìn)行開關(guān)，因此最適合作為本實施方式的半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體芯片5。但是，半導(dǎo)體芯片5不限于IGBT或功率MOSFET，也可以是一個能夠進(jìn)行開關(guān)動作的半導(dǎo)體元件或多個能夠進(jìn)行開關(guān)動作的半導(dǎo)體元件的組合。

在金屬基座2的周緣設(shè)有框形的樹脂殼體6，其以未圖示的粘接劑粘接。并且，在樹脂殼體6的內(nèi)側(cè)配置有層疊基板3以及半導(dǎo)體芯片5。樹脂殼體6由PPS(聚苯硫醚)樹脂、PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)樹脂或聚氨酯樹脂等絕緣性樹脂構(gòu)成。主端子7一體地固定于樹脂殼體6。主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a在樹脂殼體6的內(nèi)側(cè)露出，外側(cè)的端部7b從樹脂殼體6的上部向外側(cè)露出。另外，主端子7的各端部彎曲成L字形。在本實施方式中，主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a與電路板3c通過鍵合線9電連接。

為了提高層疊基板3、半導(dǎo)體芯片5以及鍵合線9的絕緣性，用凝膠狀的密封材料10將樹脂殼體6的框內(nèi)密封。另外，在樹脂殼體6的上部固定有未圖示的蓋。通過蓋、樹脂殼體6和金屬基座2構(gòu)成了功率半導(dǎo)體模塊1的框體。

在主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a與金屬基座2之間配置有與金屬基座2接觸并作為散熱部件的金屬塊8。金屬塊8由例如銅和/或鋁等導(dǎo)熱性高的金屬材料構(gòu)成。當(dāng)考慮到熱膨脹時，優(yōu)選金屬塊8的材料與金屬基座2的材料相同， 因為能夠抑制熱應(yīng)力。金屬塊8與樹脂殼體6相比導(dǎo)熱率更高，導(dǎo)熱性更好。

樹脂殼體6介于主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a與金屬塊8之間，由此確保主端子7與金屬基座2之間的絕緣性。換言之，內(nèi)側(cè)的端部7a與金屬塊8具有確保絕緣性的足夠的距離L。當(dāng)考慮到散熱時，優(yōu)選內(nèi)側(cè)的端部7a與金屬塊8的距離為確保絕緣性的最小限度的厚度。具體來說，如果有0.5mm的距離就足夠了。

金屬塊8可以通過粘接、焊接、銅焊等而固定于金屬基座2。通過利用粘接劑粘接，能夠容易地將金屬塊8與金屬基座2固定。在使用粘接劑的情況下，通過使用粘接所需要的最低限度的量，從而能夠提高散熱性。另一方面，通過利用焊接或銅焊固定金屬塊，能夠進(jìn)一步提高對金屬基座2的散熱性。

另外，通過僅在金屬基座2的側(cè)面2a與樹脂殼體6接觸的部分涂布粘接劑，能夠?qū)⒔饘倩?的側(cè)面2a與樹脂殼體6固定。在該情況下，也可以是在金屬塊8與金屬基座2之間不涂布粘接劑的例子。

在功率半導(dǎo)體模塊1的組裝工序中，可以在將金屬塊8固定于金屬基座2之后，通過粘接劑將樹脂殼體6固定于金屬基座2和金屬塊8。另外，也可以在金屬塊8和主端子7通過嵌入式成型而與樹脂殼體6一體地固定之后，通過粘接劑將一體化的金屬塊8和樹脂殼體6固定于金屬基座2。通過以嵌入式成型的方式將金屬塊8和樹脂殼體6一體化，能夠提高將金屬塊8配置于金屬基座2的操作性。

在圖2中示意性地示出圖1所示的功率半導(dǎo)體模塊1的散熱的路徑以及大小。在附圖中，箭頭越大表示散熱量越大。

本實施方式的功率半導(dǎo)體模塊1在金屬基座2與主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a之間具備熱導(dǎo)率比樹脂殼體6高的金屬塊8。因此，從主端子7產(chǎn)生的熱能夠從內(nèi)側(cè)的端部7a開始，經(jīng)由金屬塊8而高效地向金屬基座2散熱。因此，在從鍵合線9經(jīng)由層疊基板3的散熱的基礎(chǔ)上，還能夠進(jìn)行經(jīng)由金屬塊8的散熱，因此與以往相比能夠提高從主端子7進(jìn)行的散熱。

在圖3中示出圖1所示的功率半導(dǎo)體模塊1的主端子7附近的俯視圖。應(yīng)予說明，在圖3中，為了使本發(fā)明易于理解，省略了半導(dǎo)體芯片5等的圖示。

專利文獻(xiàn)1所記載的半導(dǎo)體裝置的金屬部件以與端子接觸的方式配置。 因此，當(dāng)并排配置多個端子時，如果加大金屬部件的寬度，則金屬部件彼此相互接觸，結(jié)果可能有端子彼此發(fā)生短路的隱患。

另一方面，如圖3的(a)所示，在本實施方式中，在配置多個主端子7的情況下，可以將與多個主端子7對應(yīng)的金屬塊8的寬度設(shè)為比主端子7的寬度大。理由如下。即使在使各金屬塊8靠近的情況下，由于在主端子7與金屬塊8之間隔著樹脂殼體6，所以確保了主端子7與金屬塊8的絕緣性。因此，即使金屬塊8彼此相互接觸，也能夠確保主端子7彼此的絕緣性。因此，在本實施方式中，能夠擴(kuò)大從金屬塊8到金屬基座2為止的散熱路徑的寬度，能夠進(jìn)一步提高散熱性。

進(jìn)一步地，如圖3的(b)所示，在并排配置多個主端子7的情況下，可以配置橫跨多個主端子7而延伸的一體化的金屬塊8。金屬塊8的寬度越寬，越能夠提高散熱效果。進(jìn)一步地，由于不需要分別配置多個金屬塊8，因此還能夠簡化制造工序。

作為本實施方式的功率半導(dǎo)體模塊1的變形例，如圖4所示，可以使用導(dǎo)熱率比樹脂殼體6高的陶瓷塊8A來代替金屬塊8。

作為本實施方式的功率半導(dǎo)體模塊1的變形例，如圖5所示，可以是金屬基座2具有與金屬塊8相同形狀的突起2b來代替金屬塊8的形態(tài)。

使用圖6所示的示意性截面圖對本發(fā)明的其他實施方式的功率半導(dǎo)體模塊11進(jìn)行說明。應(yīng)予說明，在圖6所示的功率半導(dǎo)體模塊11中，對與圖1所示的部件相同的部件標(biāo)記相同符號。因此，在以下的說明中，省略與已經(jīng)對各部件進(jìn)行了說明的內(nèi)容相同的說明。

圖6的功率半導(dǎo)體模塊11將作為導(dǎo)熱率比樹脂殼體6高的散熱部件的導(dǎo)熱性樹脂8B配置于金屬基座2與主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a之間。更具體來說，導(dǎo)熱性樹脂8B構(gòu)成樹脂殼體6的一部分，覆蓋主端子7，并與金屬基座2接觸地配置。

導(dǎo)熱性樹脂8B可以使用導(dǎo)熱率比作為樹脂殼體6材料的PPS樹脂、PBT樹脂或聚氨酯樹脂高的樹脂。PPS樹脂、PBT樹脂或聚氨酯樹脂的導(dǎo)熱率的上限為0.33W/m·K左右。所以，作為導(dǎo)熱性樹脂8B，例如通過使用導(dǎo)熱率在17W/m·K以上的樹脂，能夠提高從主端子7進(jìn)行的散熱。另外，作為導(dǎo)熱性樹脂8B，可以使用通過在樹脂中添加高導(dǎo)熱填料而提高了導(dǎo)熱率的樹脂。

導(dǎo)熱性樹脂8B是具有絕緣性的樹脂。因此，在金屬基座2與主端子7 的內(nèi)側(cè)的端部7a之間，可以不隔著導(dǎo)熱性低的樹脂殼體6的樹脂，而僅配置導(dǎo)熱性樹脂8B。

以覆蓋主端子7的方式配置的導(dǎo)熱性樹脂8B能夠通過主端子7與導(dǎo)熱性樹脂8B的嵌入式成型而一體化。將一體化的主端子7和導(dǎo)熱性樹脂8B安裝在樹脂殼體6的成型模具，通過嵌入式成型，從而獲得主端子7與導(dǎo)熱性樹脂8B一體化的樹脂殼體6。

在圖7，示意性地用箭頭表示圖6所示的功率半導(dǎo)體模塊1的散熱的路徑以及大小。在圖中，箭頭越大表示散熱量越大。

本實施方式的功率半導(dǎo)體模塊11在金屬基座2與主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a之間具備導(dǎo)熱率比樹脂殼體6高的導(dǎo)熱性樹脂8B。因此，能夠?qū)⒂芍鞫俗?產(chǎn)生的熱從內(nèi)側(cè)的端部7a經(jīng)由導(dǎo)熱性樹脂8B高效地向金屬基座2散熱。因此，在從鍵合線9經(jīng)由層疊基板3的散熱的基礎(chǔ)上，還能夠進(jìn)行經(jīng)由導(dǎo)熱性樹脂8B的散熱，所以與以往相比能夠提高從主端子7的散熱。

導(dǎo)熱性樹脂8B也可以與金屬基座2接觸地僅配置在金屬基座2與主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a之間。另外，如圖6所示，導(dǎo)熱性樹脂8B可以以構(gòu)成樹脂殼體6的一部分并覆蓋主端子7的方式配置。當(dāng)以覆蓋主端子7的方式配置導(dǎo)熱性樹脂8B時，因為與主端子7的接觸面積大，所以能夠進(jìn)一步提高從主端子7的散熱性。

導(dǎo)熱性樹脂8B的位置可以以比較自由的方式配置在樹脂殼體6內(nèi)。例如，如果在金屬基座2與主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a之間以最少限度的量配置導(dǎo)熱性樹脂8B，則能夠抑制成本上升。另外，還可以將導(dǎo)熱性樹脂8B配置到直到樹脂殼體6的外側(cè)的側(cè)壁，使來自主端子7的熱從樹脂殼體6的側(cè)壁散熱。進(jìn)一步地，在該情況下，也可以將樹脂殼體6的側(cè)壁的表面設(shè)成凹凸?fàn)?，提高表面積而提高散熱性。

使用圖8所示的示意性截面圖對本發(fā)明的其他實施方式的功率半導(dǎo)體模塊21進(jìn)行說明。應(yīng)予說明，在圖8中，對與在圖1以及圖6中使用的部件相同的部件標(biāo)記相同符號，因此以下省略與已經(jīng)說明的內(nèi)容重復(fù)的說明。

圖8的功率半導(dǎo)體模塊21為，在金屬基座2與主端子7的內(nèi)側(cè)的端部7a之間，以與金屬基座2接觸的方式配置有金屬塊8。進(jìn)一步地，以覆蓋主端子7的方式配置導(dǎo)熱性樹脂8B。

由于本實施方式的功率半導(dǎo)體模塊21具備作為散熱部件的金屬塊8和導(dǎo) 熱性樹脂8B，所以能夠?qū)⒅鞫俗?散熱時的熱進(jìn)一步有效地從內(nèi)側(cè)的端部7a向金屬基座2散熱。

對本實施方式的功率半導(dǎo)體模塊的制造方法進(jìn)行說明。

圖1所示的具備金屬塊8的功率半導(dǎo)體模塊1的制造方法的一例包括使將主端子7和金屬塊8一體地固定的樹脂殼體6成型的工序。

更具體而言，該工序為(1)在嵌入式成型用模具中放置主端子7和金屬塊8，(2)將嵌入式成型用模具的上下模具的位置對齊，(3)將樹脂殼體6用的樹脂填充到模具內(nèi)并固化，之后(4)將上下模具打開，取出并冷卻樹脂殼體6，(5)去除毛刺后完成。該(1)～(5)的工序與一體地固定了主端子的樹脂殼體6的成型工序相同，能夠制造不增加現(xiàn)有的制造工序而提高了主端子7的散熱性的功率半導(dǎo)體模塊。

圖6所示的具備導(dǎo)熱性樹脂8B的功率半導(dǎo)體模塊11的制造方法的一例包括使將主端子7和導(dǎo)熱性樹脂8B一體地固定的樹脂殼體6成型的工序。更具體而言，該工序為(1)在第一嵌入式成型用模具中放置主端子7，(2)將第一嵌入式成型用模具的上下模具的位置對齊，(3)將導(dǎo)熱性樹脂8B填充到模具內(nèi)并固化，之后(4)將上下模具打開，取出并冷卻一體化的主端子7和導(dǎo)熱性樹脂8B，(5)去除毛刺后完成主端子部件。(6)接下來，在第二嵌入式成型用模具中放置主端子部件，(7)將第二嵌入式成型用模具的上下模具的位置對齊，(8)將樹脂殼體6用的樹脂填充在模具內(nèi)并固化，之后(9)將上下模具打開，取出并冷卻樹脂殼體6，(10)去除毛刺后完成。該(1)～(10)的工序與將主端子一體地固定的樹脂殼體6的成型工序相同，能夠制造不增加現(xiàn)有的制造工序而提高了主端子7的散熱性的功率半導(dǎo)體模塊。

以上，使用附圖以及實施方式對本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置并不限定于實施方式以及附圖所記載的內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形。