技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及例如用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的逆變器電路的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的逆變器電路中，開關(guān)元件有可能在短時(shí)間急劇地發(fā)熱。因此，通過形成為在接合有開關(guān)元件的基板的背面接合了散熱片的結(jié)構(gòu)，從而使由開關(guān)元件發(fā)出的熱被散熱片吸收。例如參照日本特開2009－200525號(hào)公報(bào)。

以往，在一個(gè)表面設(shè)置有漏電極(集電極)并在另一個(gè)表面設(shè)置有源電極(發(fā)射極)以及柵電極(基極)的垂直半導(dǎo)體元件一般作為開關(guān)元件使用。

考慮將在一個(gè)表面設(shè)置有漏電極、源電極以及柵電極，而在另一個(gè)表面未設(shè)置電極的橫向半導(dǎo)體元件作為開關(guān)元件使用。橫向半導(dǎo)體元件的一個(gè)例子是以GaN為主材料的開關(guān)元件。在將橫向半導(dǎo)體元件作為開關(guān)元件使用的情況下，設(shè)置于一個(gè)表面的電極的面積比垂直半導(dǎo)體元件的漏電極的面積小。因此，在橫向半導(dǎo)體元件中，設(shè)置有電極的一個(gè)表面(以下，有時(shí)稱為電極面。)的熱阻大于垂直半導(dǎo)體元件的設(shè)置有漏電極的表面的熱阻。因此，在將橫向半導(dǎo)體元件作為開關(guān)元件使用的情況下，需要采用在電極面進(jìn)行電連接并從未設(shè)置電極的另一個(gè)表面(以下，有時(shí)稱為非電極面。)散熱的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠從開關(guān)元件的非電極面經(jīng)由散熱器高效地對(duì)開關(guān)元件產(chǎn)生的熱進(jìn)行散熱，并且在散熱器向開關(guān)元件 接合時(shí)使散熱器與基板的間隔保持為恒定變得容易的半導(dǎo)體裝置。

作為本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體裝置包括：基板，該基板具有第一主面和第二主面；開關(guān)元件，該開關(guān)元件具有設(shè)置有多個(gè)電極的電極面、和作為上述電極面的相反側(cè)的表面且未設(shè)置電極的非電極面，并由在上述電極面與上述基板的上述第二主面對(duì)置的狀態(tài)下與上述基板接合的橫向半導(dǎo)體元件構(gòu)成；以及散熱器，該散熱器與上述開關(guān)元件的上述非電極面接合。上述散熱器具有用于規(guī)定與上述基板的間隔的間隔規(guī)定部。

在該構(gòu)成中，由于在開關(guān)元件的非電極面接合有散熱器，所以能夠高效地將開關(guān)元件所產(chǎn)生的熱從開關(guān)元件的非電極面經(jīng)由散熱器散出。另外，由于散熱器具有用于規(guī)定與基板的間隔的間隔規(guī)定部，所以在散熱器向開關(guān)元件接合時(shí)，將散熱器與基板的間隔保持為恒定變得容易。由此，例如在對(duì)多個(gè)散熱器安裝一個(gè)散熱片的情況下，由于這些多個(gè)散熱器與基板的間隔為恒定，所以散熱片的安裝變得容易。

上述方式的半導(dǎo)體裝置可以構(gòu)成為還包括散熱片，該散熱片同上述散熱器中的和與上述開關(guān)元件接合的一方相反側(cè)的面接合。

在上述方式的半導(dǎo)體裝置中，上述開關(guān)元件可以構(gòu)成為包括多個(gè)開關(guān)元件，并在上述多個(gè)開關(guān)元件的每個(gè)設(shè)置有上述散熱器。

上述方式的半導(dǎo)體裝置可以構(gòu)成為還包括密封樹脂，除去包括上述散熱器中的同與上述開關(guān)元件接合的一方相反側(cè)的面的上述散熱器的一部分，該密封樹脂對(duì)上述開關(guān)元件以及上述散熱器進(jìn)行密封。

附圖說明

通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加清楚，其中，相似的附圖標(biāo)記用于表示相似的元件，其中：

圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的功率模塊的俯視圖且除去基板的狀態(tài)下的俯視圖。

圖2是沿著圖1的II-II線的放大剖視圖。

圖3是表示逆變器電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的功率模塊的俯視圖，并示出除去基板的狀態(tài)下的俯視圖。圖2是沿著圖1的II-II線的放大剖視圖。

該功率模塊1是用于實(shí)現(xiàn)圖3所示那樣的、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)用的逆變器電路100的模塊。圖3所示的逆變器電路100包括平滑電容器C、多個(gè)開關(guān)元件Tr1～Tr6、以及與各開關(guān)元件Tr1～Tr6反向并聯(lián)連接的多個(gè)二極管元件Di1～Di6。平滑電容器C連接在電源Vc的兩端子間。

多個(gè)開關(guān)元件Tr1～Tr6包括U相用的高側(cè)的第一開關(guān)元件Tr1、與第一開關(guān)元件Tr1串聯(lián)連接的U相用的低側(cè)的第二開關(guān)元件Tr2、V相用的高側(cè)的第三開關(guān)元件Tr3、與第三開關(guān)元件Tr3串聯(lián)連接的V相用的低側(cè)的第四開關(guān)元件Tr4、W相用的高側(cè)的第五開關(guān)元件Tr5、以及與第五開關(guān)元件Tr5串聯(lián)連接的W相用的低側(cè)的第六開關(guān)元件Tr6。在該實(shí)施方式中，各開關(guān)元件Tr1～Tr6由以GaN為主材料的GaN－FET構(gòu)成。在第一～第六開關(guān)元件Tr1～Tr6反向并聯(lián)連接有第一～第六二極管Di1～Di6。

第一、第三以及第五開關(guān)元件Tr1、Tr3、Tr5的漏極與電源Vc的正極側(cè)端子連接。第一、第三以及第五開關(guān)元件Tr1、Tr3、Tr5的源極分別與第二、第四以及第六開關(guān)元件Tr2、Tr4、Tr6的漏極連接。第二、第四以及第六開關(guān)元件Tr2、Tr4、Tr6的源極與電源Vc的負(fù)極側(cè)端子連接。

第一開關(guān)元件Tr1與第二開關(guān)元件Tr2的連接點(diǎn)同電動(dòng)馬達(dá)50的U相定子繞組51連接。第三開關(guān)元件Tr3與第四開關(guān)元件Tr4的連接點(diǎn)同電動(dòng)馬達(dá)50的V相定子繞組52連接。第五開關(guān)元件Tr5與第六開關(guān)元件Tr6的連接點(diǎn)同電動(dòng)馬達(dá)50的W相定子繞組53連接。各開關(guān)元件Tr1～Tr6的柵極與馬達(dá)控制電路(省略圖示)連接。

參照?qǐng)D1以及圖2，功率模塊1包括基板2、多個(gè)開關(guān)元件Tr1～Tr6、多個(gè)散熱器3、以及散熱片4。功率模塊1包括圖3所示的多個(gè)二極管元件Di1～Di6以及平滑電容器C，但為了便于說明，在圖1以及圖2中省略圖示。

在該實(shí)施方式中，基板2在俯視時(shí)形成為圓形?；?由陶瓷基板、玻璃環(huán)氧樹脂基板等構(gòu)成?；?具有第一主面2a(圖2的上面)、和與第一主面2a相反側(cè)的第二主面2b(圖2的下面)。在基板2的第一主面2a安裝有馬達(dá)控制電路(省略圖示)。在基板2的第二主面2b形成有用于形成逆變器電路100的布線圖案(省略圖示)。在基板2的第二主面2b上安裝有多個(gè)開關(guān)元件Tr1～Tr6、多個(gè)二極管元件Di1～Di6(在圖1以及圖2中省略圖示)以及平滑電容器C(在圖1以及圖2中省略圖示)。

各開關(guān)元件Tr1～Tr6是具有在一個(gè)方向上較長的矩形的平面形狀的立方體形狀。各開關(guān)元件Tr1～Tr6具有設(shè)置有多個(gè)電極的電極面(圖2的上面)10a、和作為電極面的相反側(cè)的表面且未設(shè)置電極的非電極面(圖2的下面)10b。在各開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b形成有金屬薄膜(省略圖示)。

在各開關(guān)元件Tr1～Tr6的電極面10a設(shè)置有多個(gè)漏電極11、多個(gè)源電極12、和一個(gè)柵電極13。各漏電極11以及各源電極12在俯視時(shí)，是在電極面10a的短邊方向上細(xì)長的矩形狀。多個(gè)漏電極11和多個(gè)源電極12在電極面10a的長邊方向上隔開等間隔地交替配置。柵電極13在俯視時(shí)是與正方形接近的矩形狀，并被配置在電極面10a的一端側(cè)的寬度中央部。此外，漏電極11和源電極12可以以相互對(duì)置的方式形成梳齒狀。

第一～第六開關(guān)元件Tr1～Tr6在其電極面10a與基板2的第二主面2b對(duì)置的狀態(tài)下與基板2的第二主面2b接合。具體而言，第一～第六開關(guān)元件Tr1～Tr6的電極11、12、13的表面經(jīng)由未圖示的焊料與形成于基板2的第二主面2b上的布線圖案接合。

第一開關(guān)元件Tr1以及第二開關(guān)元件Tr2以在俯視時(shí)，它們的長邊方向一致的方式呈一列狀排列配置。第三開關(guān)元件Tr3以及第四開關(guān)元 件Tr4以在俯視時(shí)，它們的長邊方向一致的方式呈一列狀排列配置。第五開關(guān)元件Tr5以及第六開關(guān)元件Tr6以在俯視時(shí)，它們的長邊方向一致的方式呈一列狀排列配置。第一以及第二開關(guān)元件Tr1、Tr2的組、第三以及第四開關(guān)元件Tr3、Tr4的組以及第五以及第六開關(guān)元件Tr5、Tr6的組分別被配置在當(dāng)俯視時(shí)同與基板2的外周圓內(nèi)接的正方形的4個(gè)邊中的3個(gè)邊對(duì)應(yīng)的位置。

與6個(gè)開關(guān)元件Tr1～Tr6對(duì)應(yīng)地設(shè)置有6個(gè)金屬制的散熱器3。在各開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b接合有對(duì)應(yīng)的散熱器3。在該實(shí)施方式中，散熱器3由銅類材料制作。各散熱器3由具有在一個(gè)方向上較長的矩形的平面形狀的長方體狀的散熱器主體31、和從散熱器主體31的表面(上面)的兩端部分別立起的一對(duì)立起部32、33構(gòu)成。散熱器主體31的表面(上面)的長度以及寬度分別大于開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b的長度以及寬度。各開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b經(jīng)由焊料21與對(duì)應(yīng)的散熱器3的散熱器主體31的表面(上面)的中央部接合。

各散熱器3的立起部32、33的長度(高度)被設(shè)定成比開關(guān)元件Tr1～Tr6的包括電極11～13的厚度稍微大的長度。各散熱器3的立起部32、33構(gòu)成用于使該散熱器3的散熱器主體31與基板2的第二主面2b的間隔呈恒定的間隔規(guī)定部。各散熱器3的立起部32、33的前端與基板2的第二主面2b抵接。在基板2的第二主面2b側(cè)形成有對(duì)各開關(guān)元件Tr1～Tr6以及各散熱器3的大部分進(jìn)行密封的密封樹脂5。包括各散熱器3中的同與開關(guān)元件Tr1～Tr6接合的一方相反側(cè)的面的散熱器3的一部分未被密封樹脂5密封，而從密封樹脂5突出到外側(cè)。

在多個(gè)散熱器3中的同與開關(guān)元件Tr1～Tr6接合的一方相反側(cè)的面經(jīng)由散熱板(熱傳導(dǎo)性板)22接合有散熱片4。在該實(shí)施方式中，散熱片4為鋁制。

前述的功率模塊1例如如下那樣制造。首先，準(zhǔn)備在第一主面2a安裝有馬達(dá)控制電路并且在第二主面2b形成有用于形成逆變器電路100的布線圖案的基板2。接下來，將構(gòu)成逆變器電路100的開關(guān)元件Tr1～Tr6等電氣部件接合于基板2的第二主面2b。接下來，在將焊料21涂覆于開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b后，一邊將各散熱器3的 立起部32、33的前端壓接于基板2的第二主面2b，一邊使各散熱器3與開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b接合。

之后，在基板2的第二主面2b側(cè)形成對(duì)各開關(guān)元件Tr1～Tr6以及各散熱器3的大部分進(jìn)行密封的密封樹脂5。最后，將散熱片4經(jīng)由散熱板22接合于多個(gè)散熱器3中的同與開關(guān)元件Tr1～Tr6接合的一方相反側(cè)的面。

此外，可以同時(shí)進(jìn)行開關(guān)元件Tr1～Tr6等電氣部件向基板2的第二主面2b的接合、和散熱器3向開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b的接合。

在前述的實(shí)施方式中，在開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b接合有散熱器3，在散熱器3中的同與開關(guān)元件Tr1～Tr6接合的一方相反側(cè)的面接合有散熱片4。由此，能夠?qū)㈤_關(guān)元件Tr1～Tr6所產(chǎn)生的熱從開關(guān)元件Tr1～Tr6的非電極面10b經(jīng)由散熱器3高效地傳遞到散熱片4。因此，能夠高效地將開關(guān)元件Tr1～Tr6所產(chǎn)生的熱從其非電極面10b散出。

另外，由于各散熱器3具有用于規(guī)定與基板2的間隔的立起部32、33(間隔規(guī)定部)，所以在各散熱器3向開關(guān)元件Tr1～Tr6的接合時(shí)，將散熱器主體31與基板2的間隔保持恒定變得容易。由此，由于能夠?qū)⒏魃崞?與基板2的間隔保持恒定，所以向多個(gè)散熱器3安裝散熱片4變得容易。

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明還能夠以其它方式實(shí)施。例如在前述的實(shí)施方式中，散熱器3設(shè)置于每個(gè)開關(guān)元件Tr1～Tr6，但也可以對(duì)多個(gè)開關(guān)元件設(shè)置一個(gè)散熱器。換句話說，也可以對(duì)多個(gè)開關(guān)元件接合一個(gè)散熱器。換言之，也可以對(duì)一個(gè)散熱器接合多個(gè)開關(guān)元件。例如，也可以對(duì)一個(gè)散熱器接合2個(gè)開關(guān)元件Tr1、Tr2。

另外，在前述的實(shí)施方式中，在一個(gè)散熱器3設(shè)置有2個(gè)間隔規(guī)定部32、33(立起部)，但也可以對(duì)一個(gè)散熱器3僅設(shè)置一個(gè)間隔規(guī)定部，也可以設(shè)置三個(gè)以上。

另外，在前述的實(shí)施方式中，在基板2的一個(gè)主面2b安裝有逆變 器電路100，在另一個(gè)主面2a安裝有馬達(dá)控制電路，但馬達(dá)控制電路可以安裝在與安裝有逆變器電路100的基板2不同的基板上。

對(duì)將本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的逆變器電路中的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置以外所使用的逆變器電路等。