半导体装置的制造方法
【专利摘要】半导体装置(10)具有：金属制的基座板(22)，其具有上表面(22a)和下表面(22b)；多个绝缘基板(24)，它们设置于上表面(22a)；以及多个半导体元件(26、28)，它们并排安装于各个绝缘基板(24)。在基座板(22)的下表面(22b)设置有用于储存绝缘脂的环状槽(50、52)。在下表面(22b)隔着绝缘脂(42)而重叠有冷却鳍片(40)的表面(40a)，环状槽(50、52)内部由绝缘脂(42)填充。
【专利说明】
半导体装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0002]当前，例如日本特开2003-168772号公报所公开的那样，已知一种具有对基座板和冷却鳍片之间的脂状物的展宽进行抑制的槽部等的半导体装置。通常，在功率模块的基座板下表面涂敷导热性脂状物，隔着该脂状物而利用螺钉将基座板和冷却鳍片固定。在螺钉固定时，为了使冷却鳍片和脂状物的紧密度更好而进行加压，并且由于利用螺钉进行紧固固定，因此在固定时脂状物沿基座板平面方向进行展宽。根据上述现有技术，在基座板和冷却鳍片中至少一者的相对面设置脂状物扩散防止部，以避免脂状物浸入螺孔，该脂状物扩散防止部能够是槽部或凸起部。
[0003]专利文献I:日本特开2003-168772号公报
[0004]专利文献2:日本特开2006-196576号公报
[0005]专利文献3:日本特开2010-92999号公报
[0006]专利文献4:日本特开2010-283222号公报
[0007]专利文献5:日本特开2008-4745号公报
【发明内容】
[0008]关于在功率模块处设置金属制的基座板这种规格的半导体装置，在通电时功率模块内的半导体元件发热，基座板伸展，在非通电时温度下降，因此基座板收缩。根据向半导体元件的通电的有无，发热和冷却交替地反复，由此在基座板和冷却鳍片之间涂敷的脂状物会逐渐地溢出至基座板的缘部的外侧。其结果，基座板和冷却鳍片之间的绝缘脂从初始状态起就不足，存在冷却性能下降的问题。上述现有技术防止脂状物侵入螺孔，而未研究脂状物量的维持。
[0009]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种半导体装置，该半导体装置能够适当地保持脂状物量而获得稳定的冷却性能。
[0010]第I发明涉及的半导体装置具有:基座板，其具有上表面和下表面；以及平板状的多个半导体元件，它们并排设置于所述上表面侧，在所述基座板的所述下表面设置有槽，在所述基座板的平面视图中，该槽分别将所述上表面侧的所述多个半导体元件逐个单独地包围。
[0011]第2发明涉及的半导体装置具有:基座板，其具有上表面和下表面；以及半导体元件，其设置于所述上表面侧，在所述基座板的所述下表面设置有槽，在所述基座板的平面视图中，该槽将所述上表面侧的所述半导体元件包围，所述槽的截面形状为第I截面形状或第2截面形状，该第I截面形状包含:第I部分，其在所述下表面侧以第I宽度开口；以及第2部分，其与所述第I部分连接，与所述第I部分相比位于所述上表面侧，具有比所述第I部分大的宽度，该第2截面形状具有越靠所述下表面侧则宽度越宽的2个边，所述2个边是向所述槽的内侧凸入的曲线。
[0012]第3发明涉及的半导体装置具有:基座板，其具有上表面和下表面；以及平板状的多个半导体元件，它们并排设置于所述上表面侧，在所述基座板的所述下表面，设置有多个槽相连而以与所述多个半导体元件重叠的方式展宽的槽区域，所述基座板的中央处的所述槽区域的槽的深度比所述基座板的端部侧处的所述槽区域的槽的深度大。
[0013]第4发明涉及的半导体装置具有:基座板，其具有上表面和下表面;平板状的半导体元件，其并排设置于所述上表面侧；以及冷却鳍片；其具有平面，所述平面重叠于所述下表面，在所述平面设置有在平面视图中外形比所述基座板小的环状的槽。
[0014]发明的效果
[0015]根据第I发明，在基座板下表面设置有槽，以能够在多个半导体元件的每一个的下方维持脂状物量，因此能够获得稳定的冷却性能。
[0016]根据第2发明，在基座板下表面设置有特殊形状的槽，以能够可靠地维持脂状物量，因此能够获得稳定的冷却性能。
[0017]根据第3发明，在基座板下表面设置有具有一定宽度的槽区域，以能够在热量容易滞留的基座板中央部充分地维持脂状物量，因此能够获得稳定的冷却性能。
[0018]根据第4发明，在冷却鳍片侧设置有槽，以能够维持脂状物量，因此能够获得稳定的冷却性能。
【附图说明】
[0019]图1是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置的图。
[0020]图2是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置的图。
[0021]图3是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置的图。
[0022]图4是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置的图。
[0023]图5是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置的图。
[0024]图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的图。
[0025]图7是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的图。
[0026]图8是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的图。
[0027]图9是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的图。
[0028]图10是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的图。
[0029]图11是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的图。
[0030]图12是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的图。
[0031]图13是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的图。
[0032]图14是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的图。
[0033]图15是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的图。
[0034]图16是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置的图。
[0035]图17是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置的图。
[0036]图18是表示本发明的实施方式6涉及的半导体装置的图。
[0037]图19是表示本发明的实施方式6涉及的半导体装置的图。
【具体实施方式】
[0038]实施方式1.
[0039]图1?图5是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置的图。图1是沿图2的A-A线的剖视图，图2是从上表面侧观察半导体装置10的内部时的芯片配置图。实施方式I涉及的半导体装置10具有:金属制的基座板22，其具有上表面22a和下表面22b;多个绝缘基板24，它们设置于上表面22a;以及多个半导体元件26、28，它们并排安装于各个绝缘基板24，在通电时发热。作为代表，半导体元件26为IGBT，半导体元件28为续流二极管。
[0040]框体34将基座板22的上表面22a侧覆盖，在框体34的外部露出有电极30、32。在基座板22的下表面22b设置有用于储存绝缘脂的环状槽50、52。在下表面22b，隔着导热性的绝缘脂42而重叠有金属制的冷却鳍片40的表面40a，环状槽50、52内部由绝缘脂42填充。此外，基座板22在环状槽50、52的更外周侧具有多个固定孔23。虽未图示，但将螺钉穿过固定孔23而进行基座板22与冷却鳍片40的连接。
[0041]图3(a)是从基座板22的上表面22a侧俯视观察图2中的I片绝缘基板24的周边时的俯视图。图3(b)是从基座板22的下表面22b侧观察图3(a)时的仰视图。在下表面22b设置有多个环状槽50、52，在基座板22的平面视图中，这些环状槽50、52分别将上表面22a侧的多个半导体元件26、28单独地包围。图3(c)是沿图3(a)的B-B线的放大剖视图。环状槽50具有矩形的截面形状，该矩形的截面形状具备底部50a及侧面部50b。
[0042]如果在半导体元件26、28的通电过程中基座板22的温度上升，则金属制的基座板22进行热膨胀。在该情况下，绝缘脂42从环状槽50、52内溢出，基座板22和冷却鳍片40之间的绝缘脂42的量保持恒定。另一方面，如果在停止通电时基座板22的温度下降，则随着基座板22的收缩，绝缘脂42返回至环状槽50、52。发热和冷却交替地反复，由此这样的绝缘脂42的排出和储存反复进行。由此，在半导体元件26、28的每一个的下方，能够将基座板22和冷却鳍片40之间的绝缘脂42的量保持恒定。其结果，即使因长时间使用而反复进行热伸缩，也能够抑制由绝缘脂42的溢出引起的冷却性能恶化。由于为半导体元件26、28的每一个单独地设置有环状槽50、52，因此能够在半导体元件26、28各自的下方将绝缘脂42可靠地维持为适当量。此外，环状槽50、52的截面形状不限于图3(c)。也可以如图4所示设为具有椭圆形的截面的环状槽74。另外，也可以如图5所示设为具有等腰三角形的截面的环状槽84。此外，也可以取代多个环状槽50而将格子状的槽设置在下表面22b，该格子状的槽以在基座板22的平面视图中逐个将多个半导体元件26、28单独地隔开的方式连续地延伸。
[0043]实施方式2.
[0044]图6?图11是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置110的图。图6是沿图7的C-C线的剖视图。除了取代基座板22而具有基座板122这点以外，半导体装置110与半导体装置10相同。图7是从基座板122的上表面122a侧观察的芯片配置图。在图7中以虚线示出的是设置于下表面122b的环状槽150。环状槽150是在基座板122的平面视图中将上表面侧的半导体元件26、28及绝缘基板24包围的I个连续的环状的槽。环状槽150内部由绝缘脂42填充。
[0045]图8表示环状槽150的截面形状。环状槽150具有越靠下表面122b侧则间隔越宽的2个边，这2个边是向环状槽150的内侧凸入的曲线。虽然随着基座板122热膨胀，环状槽150的宽度也扩大，但由于环状槽150之中上表面122a侧的前端附近急剧地变细，因此该前端附近处间隙的扩大较小。因此在基座板122热膨胀时，挤出绝缘脂42的效果更加地高。
[0046]也可以取代环状槽150而设为具有图9所示的截面形状的环状槽170。环状槽170具有第I部分172及第2部分174。第I部分172在下表面122b侧以宽度Wl开口。第2部分174与第I部分172连接，该第2部分174与第I部分172相比位于上表面122a侧，具有比宽度Wl大的宽度W2 ο特别地，在本实施方式中第2部分174的轮廓为圆弧。利用第2部分174确保宽阔的空间以能够储存大量的绝缘脂42。另外，基座板122的平面视图中的环状槽150的图案也可以变形为如图10或图11那样。例如，也可以如图10所示那样，与实施方式I相同地，设置将多个半导体元件26、28单独地包围的多个环状槽180。另外，也可以如图11所示那样，设为以逐个将多个半导体元件26、28单独地隔开的方式连续地延伸的格子状的槽190。另外，也可以将环状槽190的分隔单元格增大而设为以将6个绝缘基板24之间隔开的方式延伸的格子状的槽，由此能够对绝缘基板24的每一个稳定地确保绝缘脂42的量。
[0047]实施方式3.
[0048]图12?图14是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置210的图。图12是沿图13的D-D线的剖视图。除了取代基座板22而具有基座板222这点以外，半导体装置210与半导体装置10相同。图14是槽区域250的放大剖视图。在基座板222的下表面222b设置有沿其平面方向多个槽相连的槽区域250。
[0049]槽区域250被划分为基座板222的中央的槽区域250a和基座板222的端部侧处的槽区域250b。槽区域250a的槽的深度比槽区域250b的槽的深度大。特别地，在本实施方式中，越靠基座板222的中央则槽区域250a的槽的深度变得越大。由于槽区域250内部由绝缘脂42填充，因此能够在基座板222的下表面222b的整体与实施方式1、2所说明的相同地进行绝缘脂42的储存排出，能够将基座板222和冷却鳍片40之间的绝缘脂42的量保持恒定。由于在热量最容易滞留的基座板222的中央部设置有深的槽区域250a，因此能够充分地确保中央部的绝缘脂42的填充量。
[0050]此外，如图14所示，槽区域250的每一个槽的截面形状与图8所示的环状槽150的截面形状相同，槽区域250a、250b处深度互异。然而本发明不限于此，槽区域250的每一个槽的截面形状也可以如同图3那样呈矩形，或如同图4那样呈椭圆形，或如同图5那样呈等腰三角形，只要使槽的深度在基座板222的中央较大而在基座板222的外端部侧较小即可。
[0051 ]实施方式4.
[0052]图15是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置310的图。半导体装置310除去设置有密封材料312这点，与半导体装置10相同。以沿基座板22的缘部将绝缘脂42密封的方式设置有密封材料312。由此，能够抑制绝缘脂42沿基座板22的平面方向溢出而使绝缘脂量不足的情况。此外，密封材料312也可以与实施方式2、3涉及的半导体装置110、210进行组入口 ο
[0053]实施方式5.
[0054]图16及图17是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置410、460的图。半导体装置410所具有的冷却鳍片440在隔着绝缘脂42而与基座板422重叠的平面440a设置有环状的槽444，该环状的槽444在平面视图中外形比基座板422小。并且，基座板422在其下表面422b具有与环状的槽444嵌合的凸部424。通过凸部424与槽444相嵌合，能够抑制绝缘脂42沿基座板422的平面方向溢出而使绝缘脂量不足的情况。如图17所示，也可以提供组合了实施方式4的密封材料312后的半导体装置460。此外，虽未图示，但也可以在冷却鳍片40设置与实施方式1、2涉及的基座板22、122的下表面的环状槽50?190相嵌合的I个或多个凸部。
[0055]实施方式6.
[0056]图18?19是表示本发明的实施方式6涉及的半导体装置510、560的图。半导体装置510是将基座板322和冷却鳍片540相组合的半导体装置，该基座板322具有上表面322a及下表面322b，该冷却鳍片540在表面540a设置有槽544。下表面322b是平坦的。基座板322的平面视图中的槽544的形状与图7的环状槽150相同。环状的槽544的外形在平面视图中比基座板322小。槽544起到与实施方式I的环状槽50、52相同的作用，从而能够抑制绝缘脂42沿基座板422的平面方向溢出而使绝缘脂量不足的情况。也可以如图19所示那样提供在槽544的内侧进一步设置有槽546的半导体装置560。此外，也可以将基座板322置换成实施方式I?3涉及的基座板22?222中的任一个。
[0057]在上述的各实施方式中，半导体元件26、28也可以是以碳化硅(SiC)为半导体材料的MOSFET等半导体设备。由于在通常驱动时的通电过程中，与硅设备相比SiC半导体设备是在高温下进行使用的，因此基座板22的膨胀伸缩的比例高。因此应用上述的各实施方式的益处大。
[0058]标号的说明
[0059]10半导体装置，22基座板，22a上表面，22b下表面，24绝缘基板，26、28半导体元件，30、32电极，34框体，40冷却鳍片，40a表面，42绝缘脂，50、52环状槽。
【主权项】
1.一种半导体装置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面；以及平板状的多个半导体元件，它们并排设置于所述上表面侧， 在所述基座板的所述下表面设置有槽，在所述基座板的平面视图中，该槽分别将所述上表面侧的所述多个半导体元件逐个单独地包围。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中， 具有:冷却鳍片，其具有平面，所述平面重叠于所述下表面， 在所述平面设置有嵌入所述槽的凸部。3.—种半导体装置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面；以及半导体元件，其设置于所述上表面侧， 在所述基座板的所述下表面设置有槽，在所述基座板的平面视图中，该槽将所述上表面侧的所述半导体元件包围， 所述槽的截面形状为第I截面形状或第2截面形状，该第I截面形状包含:第I部分，其在所述下表面侧以第I宽度开口；以及第2部分，其与所述第I部分连接，与所述第I部分相比位于所述上表面侧，具有比所述第I部分大的宽度，该第2截面形状具有越靠所述下表面侧则宽度越宽的2个边，所述2个边是向所述槽的内侧凸入的曲线。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中， 所述第2部分的轮廓为圆弧。5.根据权利要求3或4所述的半导体装置，其中， 具有:冷却鳍片，其具有平面，所述平面重叠于所述下表面， 在所述平面设置有嵌入所述槽的凸部。6.—种半导体装置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面；以及平板状的多个半导体元件，它们并排设置于所述上表面侧， 在所述基座板的所述下表面，设置有多个槽相连而以与所述多个半导体元件重叠的方式展宽的槽区域，所述基座板的中央处的所述槽区域的槽的深度比所述基座板的端部侧处的所述槽区域的槽的深度大。7.—种半导体装置，其具有: 基座板，其具有上表面和下表面;平板状的半导体元件，其并排设置于所述上表面侧；以及冷却鳍片;其具有平面，所述平面重叠于所述下表面， 在所述平面设置有平面视图中外形比所述基座板小的环状的槽。8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中， 在所述下表面设置有与所述环状的槽相配合的凸部。9.根据权利要求1?8中任一项所述的半导体装置，其中， 具有:冷却鳍片，其具有平面，所述平面重叠于所述下表面， 在所述下表面和所述平面之间设置绝缘脂， 以沿所述基座板的缘部将所述绝缘脂密封的方式设置有密封材料。10.根据权利要求1?9中任一项所述的半导体装置，其中， 所述半导体元件以碳化硅为半导体材料。
【文档编号】H01L23/36GK105849904SQ201380081897
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2013年12月27日
【发明人】吉村晃, 吉村晃一, 仓地和博
【申请人】三菱电机株式会社