半导体装置及其制造方法与流程

本发明涉及半导体装置及其制造方法，特别地，涉及电力控制设备等所使用的半导体装置的构造及其制造方法。

背景技术：

当前，公开了一种半导体装置，其具有：多个冷却管，它们在内部具有冷媒通路；半导体封装件，其固定于各冷却管的一个主面；密封间隔部，其将多个冷却管层叠为分离配置的隔板状的冷却构造体，并且密封间隔部用于在冷却构造体的端部保持气密性；以及头部(header)，其设置于冷却构造体的一端及另一端，使冷媒相对于各冷却管各自进出的一个开口与密封间隔部气密状地连接(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2013-26368号公报

技术实现要素：

在专利文献1中，在组装半导体装置时，存在受到构成该半导体装置的各结构要素的尺寸公差的影响而使冷却管发生变形的可能性。

本发明就是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于提供能够抑制尺寸公差的影响的半导体装置及其制造方法。

为了解决上述课题，本发明涉及的半导体装置具有：多个冷却板，它们各自在内部具有冷媒通路；间隔件，其使各冷却板分离地层叠；半导体封装件，其设置于至少1个冷却板的至少1个主面之上；以及弹簧板，其设置于相邻的冷却板之间，将半导体封装件向冷却板侧预紧。

发明的效果

根据本发明，半导体装置具有：多个冷却板，它们各自在内部具有冷媒通路；间隔件，其使各冷却板分离地层叠；半导体封装件，其设置于至少1个冷却板的至少1个主面之上；以及弹簧板，其设置于相邻的冷却板之间，将半导体封装件向冷却板侧预紧，因此能够抑制尺寸公差的影响。

本发明的目的、特征、方案以及优点通过以下的详细说明和附图变得更清楚。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图2是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图3是表示本发明的实施方式涉及的冷却板的一个例子的图。

图4是表示本发明的实施方式涉及的冷却板的一个例子的剖面图。

图5是表示本发明的实施方式涉及的半导体封装件的一个例子的图。

图6是表示本发明的实施方式涉及的弹簧板的一个例子的图。

图7是表示本发明的实施方式涉及的间隔件的一个例子的图。

图8是表示本发明的实施方式涉及的盖的一个例子的图。

图9是表示本发明的实施方式涉及的管的一个例子的图。

图10是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

图11是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

图12是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

图13是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

图14是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

图15是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

图16是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图17是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图18是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图19是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图20是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图21是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图22是表示本发明的实施方式涉及的弹簧板的设置的一个例子的图。

图23是表示本发明的实施方式涉及的弹簧板的设置的一个例子的图。

图24是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图25是表示本发明的实施方式涉及的冷却板的一个例子的图。

图26是表示本发明的实施方式涉及的冷却板的一个例子的图。

图27是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

图28是表示本发明的实施方式涉及的半导体封装件的一个例子的图。

图29是表示本发明的实施方式涉及的冷却板的一个例子的图。

图30是表示本发明的实施方式涉及的冷却板的一个例子的图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。

<实施方式>

＜结构＞

图1、2是表示本发明的实施方式涉及的半导体装置的结构的一个例子的图。

如图1、2所示，半导体装置具有冷却板1、半导体封装件2、散热脂3、弹簧板4、间隔件5、管6、盖7、螺钉8、螺母9。

冷却板1如图3、4所示，具有供螺钉8穿过的螺孔10和使水等冷媒流通的冷媒通路11。具体地说，冷却板1在冷却板1的层叠方向及与该层叠方向垂直的方向具有冷媒通路11。在冷媒通路11，为了提高冷却效率而设置有冷却鳍片13。在螺孔10设置有o型圈12。在图1、2的例子中，5个冷却板1隔开间隔而层叠。就各冷却板1中的最上层及最下层的冷却板1而言，为了防止将螺母9紧固于螺钉8时发生变形，需要与其它冷却板1相比提高刚性。例如，最上层及最下层的冷却板1的材质是铝合金，其它冷却板1的材质是薄的纯铝。通过使用这些材质，能够得到适用于对半导体封装件2进行冷却的热阻。

半导体封装件2如图5所示，是在内部具有igbt(insulatedgatebipolartransistor)以及fwd(freewheelingdiode)的2合1封装的模塑型功率模块。即，半导体封装件2是具有上桥臂电路及下桥臂电路的2合1封装件。半导体封装件2经由散热脂3而设置于冷却板1之上。散热脂3具有将在半导体封装件2产生的热向冷却板1散热的功能。在图1、2的例子中，在最上层的冷却板1的下侧的面上设置有半导体封装件2，在最下层及从最下层起第2层的冷却板1的上侧的面上设置有半导体封装件2。另外，在其它冷却板1的两面设置有半导体封装件2。

弹簧板4设置于相邻的冷却板1之间，将半导体封装件2向冷却板1侧预紧。在图1、2的例子中，在从最下层起第2层的冷却板1与半导体封装件2之间设置有弹簧板4，除此之外是在半导体封装件2之间设置有弹簧板4。弹簧板4的形状如图6所示，呈波纹形状。

间隔件5如图7所示，具有螺孔10及冷媒通路11。另外，间隔件5是为了使相邻的冷却板1分离而设置的。即，间隔件5是为了使各冷却板1分离地层叠而设置的。

盖7如图8所示，具有螺孔10，该盖7将在冷却板1设置的冷媒通路11堵塞。管6如图9所示，具有螺孔10及冷媒通路11，该管6具有冷媒的流入口或流出口的功能。在图1、2的例子中，如果冷媒从一根管6流入，则该冷媒经过冷却板1及间隔件5的冷媒通路，从另一根管6流出。由此，能够有效地降低在半导体封装件2产生的热。

螺钉8穿过管6、冷却板1、间隔件5、以及盖7的螺孔10，由螺母9螺紧，由此将管6、冷却板1、间隔件5以及盖7固定。

＜制造方法＞

图10～15是表示本实施方式涉及的半导体装置的制造工序的一个例子的图。

如图10所示，在冷却板1的上侧的面上经由散热脂3而设置半导体封装件2。接下来，如图11所示，在冷却板1的下侧的面上设置管6，使螺钉8穿过冷却板1及管6的螺孔10。

接下来，如图12所示，在半导体封装件2之上设置弹簧板4。另外，使螺钉8穿过间隔件5的螺孔10，将间隔件5设置于冷却板1之上。

接下来，如图13所示，在冷却板1的上侧的面上经由散热脂3而设置半导体封装件2。然后，使螺钉8穿过冷却板1的螺孔10，在间隔件5及弹簧板4之上设置冷却板1。其后，在半导体封装件2之上设置弹簧板4。另外，使螺钉8穿过间隔件5的螺孔10，将间隔件5设置于冷却板1之上。

接下来，在冷却板1的两面经由散热脂3而设置半导体封装件2。然后，使螺钉8穿过冷却板1的螺孔10，在间隔件5及弹簧板4之上设置冷却板1。其后，在半导体封装件2之上设置弹簧板4。另外，使螺钉8穿过间隔件5的螺孔10，将间隔件5设置于冷却板1之上。重复2次该操作。

接下来，在冷却板的下侧的面上经由散热脂3而设置半导体封装件2。然后，使螺钉8穿过冷却板1的螺孔10，在间隔件5及弹簧板4之上设置冷却板1。经过到此为止的工序，成为图14所示的状态。

接下来，如图15所示，使螺钉8穿过盖7的螺孔10，在冷却板1的上侧的面上设置盖7。最后，将螺母9紧固至螺钉8的端部。由此，管6、冷却板1、间隔件5以及盖7被固定。此时，冷却板1的冷媒通路11经由o型圈12而与间隔件5的冷媒通路11接合。通过将螺母9紧固，从而对o型圈12施加压力，能够确保冷却板1与间隔件5之间的接合部处的冷媒通路11的气密性。

经过上述制造工序，完成图1、2所示的堆叠构造的半导体装置。在图1、2的例子中，半导体装置是14合1的半导体装置，其具有构成升压转换器的2个元件、构成再生逆变器的6个元件、以及构成牵引逆变器的6个元件。

如上所述，根据本实施方式，由于在相邻的冷却板1之间设置有弹簧板4，因此能够抑制堆叠构造的半导体装置的尺寸公差的影响。

＜变形例＞

以下，对本实施方式涉及的半导体装置的变形例进行说明。

＜变形例1＞

在图1、2中，对半导体封装件2是具有上桥臂电路及下桥臂电路的2合1封装件的情况进行了说明，但并不限于此。

例如，如图16所示，半导体封装件2也可以是具有上桥臂电路或下桥臂电路中的任一者的1合1封装件。如上所述，半导体封装件2的结构能够任意地选择。

＜变形例2＞

在冷却板1之上设置的半导体封装件2的数量可以是1个，也可以是多个。例如，如图17所示，通过在冷却板1之上设置1个半导体封装件2，从而能够实现构成升压转换器的2合1的半导体装置。另外，如图18所示，通过在冷却板1之上设置3个半导体封装件2，从而能够实现构成牵引逆变器或再生逆变器的6合1的半导体装置。另外，如图19所示，通过在下层的冷却板1的上侧的面上设置3个半导体封装件2，在上层的冷却板1的下侧的面上设置3个半导体封装件2，从而能够实现构成牵引逆变器以及再生逆变器的12合1的半导体装置。如上所述，半导体封装件2的结构以及相对于冷却板1的设置方法能够任意地选择。

此外，在图17～19中，对层叠2个冷却板1的情况进行了说明，但并不限于此。例如，可以是将图17的结构与图18的结构层叠而成的结构，也可以是将图17的结构与图19的结构层叠而成的结构。

＜变形例3＞

半导体封装件2的层叠数能够自由地选择。换言之，冷却板1的层叠数也可以是可变的。例如，如图20所示，能够实现构成牵引逆变器或再生逆变器的6合1的半导体装置。另外，如图21所示，能够实现构成牵引逆变器以及再生逆变器的12合1的半导体装置。

＜变形例4＞

半导体封装件2也可以在内部具有绝缘片等绝缘层。由此，能够使半导体封装件2与冷却板1绝缘。

另外，也可以在半导体封装件2的外部、即半导体封装件2与冷却板1之间设置绝缘基板。由此，能够使半导体封装件2与冷却板1绝缘。

＜变形例5＞

弹簧板4的配置是任意的。例如，如图22所示，弹簧板4也可以设置为形成波纹的方向与冷却板1的层叠方向垂直。另外，如图23所示，弹簧板4也可以设置为形成波纹的方向与冷却板1的层叠方向平行。

＜变形例6＞

如图24所示，半导体封装件2能够使用主端子的排列为镜像型的半导体封装件。通过将镜像型的半导体封装件2组合，从而能够使各半导体封装件2的主端子在层叠方向对齐，因此能够使各半导体封装件2间的主端子的排列最佳化。

＜变形例7＞

如图25所示，冷却板1也可以具有凹部14。即，冷却板1也可以在设置半导体封装件2的面具有凹部14，该凹部14用于设置散热脂3。通过设为上述的结构，从而能够防止散热脂3泵出。

＜变形例8＞

如图26所示，冷却板1也可以具有肋部15。通过设为上述的结构，从而能够提高冷却板1的机械强度。

＜变形例9＞

如图27所示，管6的位置能够任意地变更。在图27的例子中，从下侧的管6流入冷媒，从上侧的管6流出冷媒。通过设为上述的结构，从而能够任意地选择冷媒通路。

＜变形例10＞

半导体封装件2也可以具有以sic为主成分的半导体元件。这里，主成分是指与非主成分相比相对于整体的存在比例突出的成分，例如是指与非主成分相比以几十倍以上的比例存在的成分。

＜变形例11＞

冷却板1也可以在层叠方向具有冷媒通路11，并且在与层叠方向垂直的方向不具有冷媒通路11。具体地说，在图4中，在设置有冷却鳍片13的部分不设置冷媒通路11。在这种情况下，冷却板1由铁等刚性高的材料形成。另外，该冷却板1也可以是层叠的多个冷却板1中的一部分的冷却板1。

通过设为上述的结构，从而能够增大堆叠构造的机械强度。

＜变形例12＞

如图28所示，半导体封装件2也可以具有对弹簧板4的设置位置进行规定的凸起部16。凸起部16是在对半导体封装件2进行传递模塑时形成的。通过设为上述的结构，从而能够进行弹簧板4的定位。

＜变形例13＞

如图29所示，冷却板1也可以具有对半导体封装件2的设置位置进行规定的凸起部17。另外，如图30所示，冷却板1也可以具有对半导体封装件2的设置位置进行规定的凹部18。

通过设为上述的结构，从而能够进行半导体封装件2的定位。

此外，本发明能够在其发明的范围内对实施方式适当地进行变形、省略。

对于本发明进行了详细说明，但上述说明在所有方面均为例示，其发明不限定于此。可以理解为在不脱离其发明的范围的情况下能够想到未例示出的无数的变形例。

标号的说明

1冷却板，2半导体封装件，3散热脂，4弹簧板，5间隔件，6管，7盖，8螺钉，9螺母，10螺孔，11冷媒通路，12o型圈，13冷却鳍片，14凹部，15肋部，16凸起部，17凸起部，18凹部。