半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，其無(wú)需犧牲成本以及絕緣耐壓就提高了散熱性。本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置(100)具有：基座板(1)；絕緣層(2)，其設(shè)置在基座板(1)的上表面；金屬圖案(3)，其設(shè)置在絕緣層(2)上表面；半導(dǎo)體元件(7)，其與金屬圖案(3)接合；以及絕緣基板(11)，其與半導(dǎo)體元件(7)上表面接觸并配置在該上表面，絕緣基板(11)的端部(11b)在俯視觀察時(shí)位于半導(dǎo)體元件(7)的外側(cè)，絕緣基板(11)的端部(11b)與金屬圖案(3)直接或間接地接合，半導(dǎo)體元件(7)在上表面具有電極，在絕緣基板(11)的俯視觀察時(shí)與半導(dǎo)體元件(7)上表面的電極重疊的部分處設(shè)置通孔(11a)。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，特別是涉及從單側(cè)進(jìn)行散熱的構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年，期待以節(jié)能為目的的電力電子業(yè)有較大發(fā)展。對(duì)功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行封裝而得到的半導(dǎo)體裝置即功率模塊被用作電力電子裝置的核心部，對(duì)電力電子業(yè)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。
[0003]功率模塊當(dāng)前的主流是，作為功率半導(dǎo)體元件，將二極管和以硅為基材的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)作為基本結(jié)構(gòu)。功率半導(dǎo)體兀件隨著時(shí)代進(jìn)步而有所改良。但是，為了實(shí)現(xiàn)電力電子業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，要求能夠可靠地控制更大的電流。作為滿足上述要求的方法，最有效的是將功率元件的基材由硅變更為碳化硅(SiC)。SiC材料本身的絕緣耐壓較強(qiáng)，即使在300°C的高溫下也能夠進(jìn)行動(dòng)作而不會(huì)發(fā)生熱失控，而且，如果以同一電流密度進(jìn)行比較，動(dòng)作時(shí)發(fā)生的損耗約為硅的10分之1，因此希望應(yīng)用于功率模塊。
[0004]在通常的功率模塊的背面?zhèn)嚷冻鲇杏摄~等優(yōu)良的熱傳導(dǎo)材料構(gòu)成的基座板?；逋ㄟ^(guò)螺釘?shù)染o固件而與散熱片機(jī)械地接合。散熱片由鋁或銅構(gòu)成。另外，在基座板和散熱片之間，為了降低接觸熱阻而涂敷散熱脂。
[0005]如果使功率模塊動(dòng)作，則作為功率半導(dǎo)體元件的損耗(電流與電壓的積)而產(chǎn)生熱量。該熱量經(jīng)由基座板而通過(guò)散熱片向外部釋放。這樣，在從功率模塊的背面?zhèn)冗M(jìn)行散熱的構(gòu)造中，將由功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量如何高效地傳遞至基座板是重要的。
[0006]由于功率模塊基本是絕緣構(gòu)造，因此通?；宓纳喜烤哂薪^緣層(絕緣基板、絕緣片)。由于絕緣層通常熱阻較大，因此在該部分的散熱較差。為了解決上述問(wèn)題而采取提高絕緣層自身的熱傳導(dǎo)率，使厚度變薄等應(yīng)對(duì)方法。
[0007]例如在專利文獻(xiàn)I中，通過(guò)在半導(dǎo)體元件的下側(cè)以及上側(cè)這兩側(cè)設(shè)置散熱板，從而高效地進(jìn)行散熱。
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2000 - 174180號(hào)公報(bào)
[0009]但是，增大絕緣基板自身的熱傳導(dǎo)率會(huì)存在下述問(wèn)題，S卩，由于原材料本身價(jià)格非常高，因此導(dǎo)致成本變高。另外，使絕緣基板厚度變薄會(huì)存在下述問(wèn)題，即，由于絕緣基板的容許強(qiáng)度降低，因此存在絕緣基板斷裂，絕緣耐壓不足的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種無(wú)需犧牲成本以及絕緣耐壓就提高了散熱性的半導(dǎo)體裝置。
[0011]該半導(dǎo)體裝置的特征在于，具有:基座板；絕緣層，其設(shè)置在基座板的上表面；金屬圖案，其設(shè)置在絕緣層的上表面；半導(dǎo)體元件，其與金屬圖案接合；以及絕緣基板，其與半導(dǎo)體元件的上表面接觸并配置在半導(dǎo)體元件的上表面，絕緣基板的端部在俯視觀察時(shí)位于半導(dǎo)體元件的外側(cè)，絕緣基板的端部與金屬圖案直接或間接地接合，半導(dǎo)體元件在上表面具有電極，在絕緣基板的俯視觀察時(shí)與半導(dǎo)體元件的上表面的電極重疊的部分處設(shè)置通孔。
[0012]發(fā)明的效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明中的半導(dǎo)體裝置，在從半導(dǎo)體元件下表面進(jìn)行散熱的基礎(chǔ)上，經(jīng)由絕緣基板以及與絕緣基板接合的金屬圖案，可以從半導(dǎo)體元件的上表面進(jìn)行散熱。這樣，能夠?qū)殡S半導(dǎo)體元件的動(dòng)作而產(chǎn)生的熱量，從半導(dǎo)體元件的下表面和上表面這兩側(cè)通過(guò)熱傳導(dǎo)向基座板傳熱。即，在通過(guò)與基座板接觸的散熱片進(jìn)行散熱的現(xiàn)有方式的基礎(chǔ)上，無(wú)需犧牲絕緣性即可進(jìn)行更高效的散熱。由此，能夠進(jìn)一步抑制半導(dǎo)體元件的溫度上升，在與當(dāng)前相同的半導(dǎo)體元件的尺寸下，可以流過(guò)更大的電流。換句話說(shuō)，能夠使半導(dǎo)體元件的動(dòng)作電流密度(單位例如是[A/cm2])變大。另外，在以與當(dāng)前相同的動(dòng)作電流進(jìn)行動(dòng)作的情況下，能夠與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比使半導(dǎo)體元件的尺寸小型化。由此，能夠使半導(dǎo)體裝置(功率模塊)整體的尺寸進(jìn)行小型化。并且，也能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0015]圖2是實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0016]圖3是實(shí)施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0017]圖4是實(shí)施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的其他例子的剖面圖。
[0018]圖5是實(shí)施方式4所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0019]圖6是實(shí)施方式5所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0020]圖7是實(shí)施方式6所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0021]圖8是前提技術(shù)所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0022]標(biāo)號(hào)的說(shuō)明
[0023]I基座板，2絕緣層，3金屬圖案，4焊料，5主電極端子，5a中繼端子，6信號(hào)端子，7半導(dǎo)體元件，8a、8b金屬導(dǎo)線,9殼體，10金屬框，11絕緣基板，Ila通孔，Ilb端部，Ilc鄰接部，12金屬端子，16、17封裝樹(shù)脂，50、100、200、300、400、500、600、700半導(dǎo)體裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0024]<前提技術(shù)>
[0025]在對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明之前，對(duì)本發(fā)明的前提技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。圖8示出了作為前提技術(shù)的半導(dǎo)體裝置50的剖面圖。半導(dǎo)體裝置50具有:基座板I ;絕緣層2，其設(shè)置在基座板I的上表面；以及金屬圖案3，其設(shè)置在絕緣層2的上表面。半導(dǎo)體裝置50還具有:半導(dǎo)體元件7，其經(jīng)由焊料4而接合在金屬圖案3上；以及主電極端子5及信號(hào)端子6，它們經(jīng)由焊料4而接合在金屬圖案3上。金屬圖案3和設(shè)置在半導(dǎo)體元件7上表面的電極是通過(guò)金屬導(dǎo)線8a、8b連接的。
[0026]另外，半導(dǎo)體裝置50還具有作為半導(dǎo)體裝置50框體的殼體9。如圖8所示，殼體9相對(duì)于絕緣層2無(wú)間隙地固定，包圍金屬圖案3、半導(dǎo)體元件7、主電極端子5以及金屬導(dǎo)線8a、8b。在殼體9內(nèi)部，作為封裝樹(shù)脂16填充有例如硅凝膠或環(huán)氧樹(shù)脂等。
[0027]如果半導(dǎo)體元件7動(dòng)作，則產(chǎn)生電流和電壓，根據(jù)該乘積而產(chǎn)生動(dòng)作損耗。上述動(dòng)作損耗幾乎都變換為熱量。設(shè)置在半導(dǎo)體元件7上表面的電極與鋁或銅等導(dǎo)電性好的金屬導(dǎo)線8a、8b連接，輸出電流。在半導(dǎo)體元件7上產(chǎn)生的熱量，從半導(dǎo)體元件7的下表面，經(jīng)由所接合的金屬圖案3以及絕緣層2而向基座板I散熱。基座板I與未圖示的散熱片接觸，半導(dǎo)體元件7的熱量最終從散熱片散熱。但是，如上所述，問(wèn)題在于絕緣層2的散熱性。
[0028]<實(shí)施方式I >
[0029]< 結(jié)構(gòu) >
[0030]圖1示出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100的剖面圖。半導(dǎo)體裝置100具有:基座板I ;絕緣層2，其設(shè)置在基座板I的上表面；以及金屬圖案3，其設(shè)置在絕緣層2上表面。在這里，絕緣層2為絕緣基板或絕緣片。另外，金屬圖案3是由銅或鋁等優(yōu)良傳熱材料形成的。另外，在上述金屬圖案3的表面，有時(shí)也會(huì)實(shí)施對(duì)于軟釬焊或Ag接合等來(lái)說(shuō)最適宜的表面處理(例如鍍Ni或鍍Au)。
[0031 ] 半導(dǎo)體裝置100還具有:半導(dǎo)體元件7，其通過(guò)焊料4或Ag接合而與金屬圖案3接合；以及絕緣基板11，其與半導(dǎo)體元件7上表面接觸并配置在半導(dǎo)體元件7上表面。在這里，半導(dǎo)體元件7例如為IGBT功率半導(dǎo)體元件。絕緣基板11是由氮化鋁(AlN)等具有高熱傳導(dǎo)率的絕緣材料制成的。
[0032]半導(dǎo)體裝置100還具有金屬框10，其設(shè)置在金屬圖案3上表面，金屬框10設(shè)置為在俯視觀察時(shí)包圍半導(dǎo)體元件7。金屬框10為銅等優(yōu)良熱傳導(dǎo)金屬，并經(jīng)由焊料4或Ag接合而接合在金屬圖案3上表面。另外，針對(duì)上述金屬框10，有時(shí)也會(huì)實(shí)施對(duì)于軟釬焊或Ag接合等來(lái)說(shuō)最適宜的表面處理(例如鍍Ni或鍍Au)。
[0033]絕緣基板11的端部Ilb在俯視觀察時(shí)位于半導(dǎo)體元件7的外側(cè)，絕緣基板11的端部Ilb與金屬圖案3是經(jīng)由金屬框10間接接合的。此外，針對(duì)絕緣基板11的端部11b，有時(shí)也會(huì)實(shí)施對(duì)于軟釬焊或Ag接合等來(lái)說(shuō)最適宜的表面處理(例如鍍Ni或鍍Au)。
[0034]半導(dǎo)體元件7在上表面具有電極(例如主電極和控制電極)。在絕緣基板11的俯視觀察時(shí)與半導(dǎo)體元件7上表面的電極重疊的部分處設(shè)置有通孔11a。如圖1所示，通過(guò)該通孔11a，由金屬導(dǎo)線8a、8b將半導(dǎo)體元件7上表面的電極與金屬圖案3連接。S卩，利用金屬導(dǎo)線Sb，將主電極端子5所接合的金屬圖案3與半導(dǎo)體元件7上表面的主電極連接。此夕卜，主電極經(jīng)由中繼端子5a而與金屬圖案3連接。
[0035]另外，利用金屬導(dǎo)線8a，將信號(hào)端子6所接合的金屬圖案3與半導(dǎo)體元件7上表面的控制電極連接。在這里，金屬導(dǎo)線8a、8b是由鋁或銅等導(dǎo)電性好的金屬制成的。此外，主電極端子5和信號(hào)端子6的一部分在殼體9的外部露出。
[0036]殼體9相對(duì)于絕緣層2無(wú)間隙地固定，包圍金屬圖案3、半導(dǎo)體元件7、主電極端子5、信號(hào)端子6以及金屬導(dǎo)線8a、8b。在殼體9內(nèi)部作為封裝樹(shù)脂16而填充有例如娃凝膠。
[0037]< 動(dòng)作 >
[0038]如果半導(dǎo)體元件7動(dòng)作，則產(chǎn)生電流和電壓，根據(jù)該乘積而產(chǎn)生動(dòng)作損耗。上述動(dòng)作損耗幾乎都變換為熱量。在半導(dǎo)體元件7的上表面連接有鋁或銅等導(dǎo)電性好的金屬導(dǎo)線8a、8b，電流通過(guò)絕緣基板11的通孔Ila從電極輸出。在半導(dǎo)體元件7上產(chǎn)生的熱量從半導(dǎo)體元件7的下表面，經(jīng)由所接合的金屬圖案3以及絕緣層2，向基座板I散熱。
[0039]另一方面，半導(dǎo)體元件7的上表面與AlN等具有高熱傳導(dǎo)率的絕緣基板11接觸，也向該絕緣基板11進(jìn)行熱傳導(dǎo)。由于絕緣基板11的端部Ilb與金屬框10的上表面接合，因此傳導(dǎo)至該絕緣基板11的熱量，從該接合部分經(jīng)由金屬圖案3以及絕緣層2而向基座板I散熱。
[0040]此外，主電極端子5和信號(hào)端子6在殼體9內(nèi)與電極組裝在一起，通過(guò)鋁或銅等導(dǎo)電性好的金屬導(dǎo)線8a、8b連接并在殼體的外部露出。另外，在金屬圖案3上設(shè)置有構(gòu)成銅等導(dǎo)電性好的筒狀插座等外部電極的一部分的部件(例如中繼端子5a)，通過(guò)壓入配合(press fit)、焊料或Ag接合等,將例如主電極端子5與中繼端子5a接合,并在外部露出。
[0041]另外，作為半導(dǎo)體元件7，可以搭載以SiC為基材的功率半導(dǎo)體元件，例如SiC—MOSFET或SiC — SBD(肖特基勢(shì)壘二極管)等。以SiC為基材的功率半導(dǎo)體元件，根據(jù)材料的特性，與以Si為基材的功率半導(dǎo)體元件相比，可以在更高溫度下動(dòng)作。
[0042]按照本實(shí)施方式(半導(dǎo)體裝置100)，通過(guò)形成為從半導(dǎo)體元件7的上表面也可以向構(gòu)成在模塊下部的基座板I散熱，從而與前提技術(shù)(半導(dǎo)體裝置50)的構(gòu)造相比，可以流過(guò)更多的電流。通過(guò)由SiC構(gòu)成半導(dǎo)體元件7，與由Si構(gòu)成半導(dǎo)體元件7的情況相比，可以使半導(dǎo)體元件7的尺寸更小型化。因此，能夠使半導(dǎo)體裝置100 (功率模塊)小型化。
[0043]另外，通常以SiC為基材的半導(dǎo)體元件與以Si為基材的情況相比，在作為Si的通常動(dòng)作溫度的150°C左右時(shí)，動(dòng)作損耗為10分之I左右。S卩，由于以SiC為基材的半導(dǎo)體元件的動(dòng)作損耗較少，因此抑制了半導(dǎo)體元件的溫度上升。根據(jù)本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100，由于提高了半導(dǎo)體元件7的散熱性，因此可以使散熱片小型化。通過(guò)散熱片的小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)逆變器等電力電子設(shè)備的尺寸小型化。即，功率密度[W/cm3]提高。
[0044]另外，關(guān)于本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100，由于絕緣基板11接合在半導(dǎo)體元件7上，因此在電路上沒(méi)有追加任何部件。由此，絕緣基板11的追加對(duì)半導(dǎo)體裝置100 (功率模塊)的電氣特性不造成影響。
[0045]此外，雖然在殼體9內(nèi)部作為封裝樹(shù)脂16而填充有硅凝膠，但也可以使用環(huán)氧樹(shù)脂等，通過(guò)樹(shù)脂灌封進(jìn)行封裝。在通過(guò)傳遞塑模法進(jìn)行樹(shù)脂封裝的情況下，由于需要用于決定外形的模具，因此必須針對(duì)不同尺寸(外形)的半導(dǎo)體裝置而準(zhǔn)備模具。另一方面，如果是通過(guò)樹(shù)脂灌封實(shí)現(xiàn)的封裝方法，通過(guò)設(shè)置殼體9，不需要模具，可以減少制造成本以及縮短制造時(shí)間。由于樹(shù)脂灌封并非如傳遞塑模那樣以高壓注入樹(shù)脂，因此與各結(jié)構(gòu)部件的密接性較差，但硬化后能夠通過(guò)封裝樹(shù)脂16約束各結(jié)構(gòu)部件的接合部。由此，在伴隨半導(dǎo)體元件7動(dòng)作而發(fā)熱時(shí)，能夠限制因各結(jié)構(gòu)部件的熱膨脹系數(shù)的差所產(chǎn)生的變形。由于能夠減少接合部中的熱應(yīng)力，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性較高的半導(dǎo)體裝置100。另外，在半導(dǎo)體元件7中使用SiC的情況下，由于可以在更高溫度下動(dòng)作，因此能夠減少接合部中的熱應(yīng)力這一點(diǎn)具有更大的效果。
[0046]< 效果 >
[0047]本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100的特征在于，具有:基座板I ;絕緣層2，其設(shè)置在基座板I的上表面；金屬圖案3，其設(shè)置在絕緣層2上表面；半導(dǎo)體元件7，其與金屬圖案3接合；以及絕緣基板11，其與半導(dǎo)體元件7上表面接觸并配置在半導(dǎo)體元件7上表面，絕緣基板11的端部Ilb在俯視觀察時(shí)位于半導(dǎo)體元件7的外側(cè)，絕緣基板11的端部Ilb與金屬圖案3直接或間接地接合，半導(dǎo)體元件7在上表面具有電極，在絕緣基板11的俯視觀察時(shí)與半導(dǎo)體元件7上表面的電極重疊的部分處設(shè)置通孔11a。
[0048]因此，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100，在從半導(dǎo)體元件7下表面進(jìn)行散熱的基礎(chǔ)上，經(jīng)由絕緣基板11以及與絕緣基板11接合的金屬圖案3，可以從半導(dǎo)體元件7的上表面進(jìn)行散熱。這樣，能夠?qū)殡S半導(dǎo)體元件7的動(dòng)作而產(chǎn)生的熱量，從半導(dǎo)體元件7的下表面和上表面這兩側(cè)通過(guò)熱傳導(dǎo)向基座板I傳熱。即，在通過(guò)與基座板I接觸的散熱片進(jìn)行散熱的現(xiàn)有方式的基礎(chǔ)上，無(wú)需犧牲絕緣性即可進(jìn)行更高效的散熱。由此，能夠進(jìn)一步抑制半導(dǎo)體元件7的溫度上升，在與當(dāng)前相同的半導(dǎo)體元件7的尺寸下，可以流過(guò)更大的電流。換句話說(shuō)，能夠使半導(dǎo)體元件7的動(dòng)作電流密度(單位例如是[A/cm2])變大。另外，在以與當(dāng)前相同的動(dòng)作電流進(jìn)行動(dòng)作的情況下，能夠與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比使半導(dǎo)體元件7的尺寸小型化。由此，能夠使半導(dǎo)體裝置100 (功率模塊)整體的尺寸小型化。并且，也能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。
[0049]另外，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100的特征在于，還具有金屬框10，該金屬框10設(shè)置在金屬圖案3上表面，金屬框10設(shè)置為在俯視觀察時(shí)包圍半導(dǎo)體元件7，絕緣基板11的端部Ilb與金屬圖案3經(jīng)由金屬框10進(jìn)行接合。
[0050]因此，如果用熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的金屬構(gòu)成金屬框10，則可以將絕緣基板11的熱量高效地傳遞至金屬圖案3。
[0051]另外，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100的特征在于，該半導(dǎo)體裝置還具有殼體9，其無(wú)間隙地固定在絕緣層2上表面，包圍金屬圖案3、半導(dǎo)體元件7以及絕緣基板11，在殼體9中填充有封裝樹(shù)脂16。
[0052]因此，通過(guò)設(shè)置殼體9，可以通過(guò)灌封進(jìn)行樹(shù)脂封裝工序。通過(guò)灌封實(shí)現(xiàn)的樹(shù)脂封裝，與傳遞塑模法相比，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，因此即使在少量生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置100的情況下，也可以抑制生產(chǎn)成本。
[0053]〈實(shí)施方式2>
[0054]圖2示出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置200的剖面圖。半導(dǎo)體裝置200相對(duì)于半導(dǎo)體裝置100，不具有金屬框10，且絕緣基板11的構(gòu)造不同。在半導(dǎo)體裝置200中，絕緣基板11的端部Ilb朝向金屬圖案3大致垂直地延伸。并且，絕緣基板11的端部Ilb和金屬圖案3，通過(guò)焊料4或Ag接合而直接接合。由于其他的結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體裝置100(圖1)相同，因此省略說(shuō)明。
[0055]< 效果 >
[0056]本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置200，其特征在于，絕緣基板11的端部I Ib朝向金屬圖案3大致垂直地延伸，絕緣基板11的端部Ilb與金屬圖案3直接接合。
[0057]因此，在實(shí)施方式I所述效果的基礎(chǔ)上，通過(guò)形成將絕緣基板11與金屬圖案直接接合的構(gòu)造，能夠進(jìn)一步縮短從半導(dǎo)體元件7上表面至金屬圖案3為止的散熱路徑。由此，由于能夠提高散熱性，并且減小用于散熱的空間，因此可以使半導(dǎo)體裝置200小型化。
[0058]〈實(shí)施方式3>
[0059]圖3示出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置300的剖面圖。在實(shí)施方式1(圖1)中，半導(dǎo)體元件7上表面的電極和金屬圖案3通過(guò)金屬導(dǎo)線8a、8b連接。另一方面，在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件7上表面的主電極和金屬圖案3，并非是通過(guò)金屬導(dǎo)線Sb而是通過(guò)金屬端子12進(jìn)行連接。另外，在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件7上表面的控制電極并非經(jīng)由金屬圖案3以及金屬導(dǎo)線8a而是直接連接至信號(hào)端子6。
[0060]金屬端子12的一端和半導(dǎo)體元件7上表面的主電極，通過(guò)填充在絕緣基板11的通孔Ila中的焊料或者Ag接合而接合。另外，金屬端子12的另一端，通過(guò)焊料或者Ag接合而與金屬圖案3接合。如圖3所示，在俯視觀察時(shí)金屬端子12與絕緣基板11重疊的區(qū)域中，金屬端子12與絕緣基板11上表面接觸。此外，金屬端子12為銅或鋁等導(dǎo)電性好的材料。另外，針對(duì)金屬端子12，有時(shí)也會(huì)實(shí)施對(duì)于軟釬焊或Ag接合等來(lái)說(shuō)最適宜的表面處理(例如鍍Ni或鍍Au)。
[0061]在實(shí)施方式I中，信號(hào)端子6是經(jīng)由金屬圖案3和金屬導(dǎo)線8a，而與半導(dǎo)體元件I上表面的控制電極連接的。另一方面，在本實(shí)施方式中，信號(hào)端子6與半導(dǎo)體元件7上表面的控制電極連接。
[0062]信號(hào)端子6的一端與半導(dǎo)體元件7上表面的控制電極，通過(guò)填充在絕緣基板11的通孔Ila中的焊料或者Ag接合而進(jìn)行接合。另外，信號(hào)端子6的另一端在殼體9的外部露出。由于半導(dǎo)體裝置300的其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式I (圖1)相同，因此省略說(shuō)明。
[0063]< 動(dòng)作 >
[0064]由半導(dǎo)體元件7產(chǎn)生的熱量從半導(dǎo)體元件7的下表面，經(jīng)由金屬圖案3以及絕緣層2，向由銅等優(yōu)良傳熱材料構(gòu)成的基座板I散熱。另一方面，半導(dǎo)體元件7的上表面與AlN等具有高熱傳導(dǎo)率的絕緣基板11接觸，也將熱量傳導(dǎo)至上述絕緣基板11。在本實(shí)施方式中，進(jìn)一步形成為金屬端子12與絕緣基板11接觸，該金屬端子12與金屬圖案3接合。由此，可以更高效地向基座板I傳遞絕緣基板11的熱量。
[0065]此外，在本實(shí)施方式中，雖然相對(duì)于實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置100 (圖1)實(shí)施上述的變更而得到了半導(dǎo)體裝置300，但也可以相對(duì)于實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置200 (圖2)實(shí)施同樣的變更而得到半導(dǎo)體裝置400 (圖4)。
[0066]另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置300中，由于絕緣基板11接合在半導(dǎo)體元件7上，因此電路上沒(méi)有追加任何部件。并且，即使在絕緣基板11的上部配置金屬端子12，由于金屬端子12與半導(dǎo)體元件7上表面的電極為同電位，因此也不形成電容。由此，絕緣基板11以及金屬端子12的追加，對(duì)半導(dǎo)體裝置300(功率模塊)的電氣特性沒(méi)有影響。
[0067]< 效果 >
[0068]本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置300的特征在于，該半導(dǎo)體裝置還具有金屬端子12，金屬端子12的一端與半導(dǎo)體元件7上表面的電極通過(guò)通孔Ila而電氣接合，金屬端子12的另一端與金屬圖案3接合，在俯視觀察時(shí)金屬端子12與絕緣基板11重疊的區(qū)域，金屬端子12與絕緣基板11上表面接觸。
[0069]因此，金屬端子12與絕緣基板11的上表面接觸，并且金屬端子12與金屬圖案3接合，由此，與實(shí)施方式I相比，從半導(dǎo)體元件7向絕緣基板11傳遞的熱量被更高效地傳導(dǎo)至基座板I。即，能夠?qū)υ诎雽?dǎo)體元件7中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行更高效的散熱，提高了半導(dǎo)體裝置300的動(dòng)作的可靠性。另外，通過(guò)取代金屬導(dǎo)線Sb而利用金屬端子12進(jìn)行連接，從而可以流過(guò)更大的電流。另外，特別是在搭載有以SiC為基材的半導(dǎo)體元件7的情況下進(jìn)行高溫動(dòng)作時(shí)，通過(guò)取代金屬導(dǎo)線8b而利用金屬端子12進(jìn)行連接，從而可以提高功率循環(huán)壽命。
[0070]<實(shí)施方式4>
[0071]< 結(jié)構(gòu) >
[0072]圖5示出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置500的剖面圖。本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置500相對(duì)于在實(shí)施方式3中所述的半導(dǎo)體裝置400 (圖4)，具有多個(gè)(例如2個(gè))半導(dǎo)體元件7。多個(gè)半導(dǎo)體元件7構(gòu)成一個(gè)電路。如后述所示，絕緣基板11具有適合于上述多個(gè)半導(dǎo)體元件7的格狀構(gòu)造。
[0073]絕緣基板11與實(shí)施方式3相同地，端部Ilb朝向金屬圖案3延伸，端部Ilb與金屬圖案3通過(guò)焊料4或者Ag接合而接合。另外，在鄰接的半導(dǎo)體元件7之間的部分(鄰接部I Ic)中，絕緣基板11朝向金屬圖案3大致垂直地延伸，延伸出的部分通過(guò)焊料4或者Ag接合而與金屬圖案3直接接合。即，絕緣基板11形成為對(duì)多個(gè)半導(dǎo)體元件7的每一個(gè)進(jìn)行包圍的格狀的框。
[0074]在半導(dǎo)體裝置500中，半導(dǎo)體元件7的上表面與絕緣基板11接觸。另外，在絕緣基板11的俯視觀察時(shí)與半導(dǎo)體元件7各自的上表面的電極重疊的部分處設(shè)置有通孔11a。半導(dǎo)體元件7各自的上表面的電極與金屬端子12或信號(hào)端子6，穿過(guò)通孔Ila而通過(guò)焊料或Ag接合而進(jìn)行連接。由于半導(dǎo)體裝置500的其它結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體裝置400相同，因此省略說(shuō)明。
[0075]< 動(dòng)作 >
[0076]由多個(gè)半導(dǎo)體元件7產(chǎn)生的熱量，從每個(gè)半導(dǎo)體元件7的下表面，經(jīng)由金屬圖案3以及絕緣層2而向基座板I散熱。另一方面，半導(dǎo)體元件7的上表面與絕緣基板11接觸，半導(dǎo)體元件7的熱量也傳導(dǎo)至該絕緣基板11。
[0077]另外，金屬端子12與絕緣基板11接觸，絕緣基板11與金屬圖案3通過(guò)焊料4或者Ag接合等進(jìn)行接合。由此，絕緣基板11的熱量經(jīng)由金屬圖案3以及絕緣層2而向基座板I傳導(dǎo)。
[0078]另外，絕緣基板11的上表面的一部分與金屬端子12穿過(guò)通孔Ila而通過(guò)焊料4或者Ag接合進(jìn)行連接。由此，絕緣基板11的熱量向金屬端子12傳遞，并且經(jīng)由金屬圖案3以及絕緣層2而向基座板I傳導(dǎo)。
[0079]< 效果 >
[0080]本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置500，其特征在于，半導(dǎo)體元件7為多個(gè)，絕緣基板11由多個(gè)半導(dǎo)體元件7之間共有，在鄰接的半導(dǎo)體元件7之間的部分(鄰接部lie)，絕緣基板11朝向金屬圖案3大致垂直地延伸，延伸出的部分與金屬圖案3直接接合。
[0081]因此，通過(guò)利用共通的絕緣基板11的格狀的框包圍多個(gè)半導(dǎo)體元件7，從而能夠?qū)⒍鄠€(gè)半導(dǎo)體元件7的每一個(gè)通過(guò)格狀的框而均勻地散熱。
[0082]〈實(shí)施方式5>
[0083]圖6示出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置600的剖面圖。在半導(dǎo)體裝置600中，在半導(dǎo)體元件7上表面所形成的電極(例如在IGBT的情況下為發(fā)射極電極、柵極電極等)與絕緣基板11通過(guò)焊料4或Ag接合而進(jìn)行接合。
[0084]另外，在半導(dǎo)體裝置600中，絕緣基板11的端部Ilb與金屬框10上表面通過(guò)焊料4或Ag接合而接合。由于其他的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置300 (圖3)相同，因此省略說(shuō)明。
[0085]由于半導(dǎo)體元件7上表面的電極和絕緣基板11通過(guò)焊料4或Ag接合而接合,與僅進(jìn)行接觸的情況相比，可以從半導(dǎo)體元件7向絕緣基板11進(jìn)行更高效的熱傳導(dǎo)。另外，由于通過(guò)焊料4或Ag接合將金屬框10與絕緣基板11的端部Ilb進(jìn)行接合，與僅進(jìn)行接觸的情況相比，可以從絕緣基板11向金屬框10進(jìn)行更高效的熱傳導(dǎo)。
[0086]此外，即使在半導(dǎo)體裝置100、200、400、500中，通過(guò)使半導(dǎo)體元件7上表面的電極與絕緣基板11利用焊料4或Ag接合而接合，也可以得到上述的效果。另外，即使在半導(dǎo)體裝置100中，通過(guò)使金屬框10與絕緣基板11的端部Ilb利用焊料4或Ag接合而接合，也可以得到上述的效果。
[0087]< 效果 >
[0088]本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置600，其特征在于，半導(dǎo)體元件7上表面的電極與絕緣基板11通過(guò)焊料4或Ag接合而接合。
[0089]因此，通過(guò)焊料4或Ag接合將半導(dǎo)體元件7上表面的電極與絕緣基板11進(jìn)行接合，從而更高效地進(jìn)行從半導(dǎo)體元件7向絕緣基板11的熱傳導(dǎo)，因此進(jìn)一步提高了從半導(dǎo)體元件7上部的散熱性。
[0090]另外，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置600，其特征在于，絕緣基板11的端部Ilb與金屬框10通過(guò)焊料4或Ag接合而接合。
[0091]因此，通過(guò)焊料4或Ag接合將絕緣基板11的端部Ilb與金屬框10進(jìn)行接合，從而更高效地進(jìn)行從絕緣基板11向金屬框10的熱傳導(dǎo)，因此進(jìn)一步提高了從半導(dǎo)體元件7上部的散熱性。
[0092]<實(shí)施方式6>
[0093]圖7示出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置700的剖面圖。在半導(dǎo)體裝置700中，其特征在于，構(gòu)成半導(dǎo)體裝置700的主要部分的構(gòu)造部(絕緣層2上表面、金屬圖案3、半導(dǎo)體元件7、絕緣基板11、金屬導(dǎo)線8a、8b)通過(guò)傳遞塑模法，由封裝樹(shù)脂17進(jìn)行封裝。
[0094]在通過(guò)傳遞塑模法進(jìn)行樹(shù)脂封裝的情況下，由于外形由模具決定，因此基本上不需要用于將封裝材料保持在內(nèi)部的殼體。另外，由于在傳遞塑模法的工序中以高壓力向模具注入封裝樹(shù)脂17，因此使封裝樹(shù)脂17可靠地與各結(jié)構(gòu)部件密接。由此，在封裝樹(shù)脂17硬化后的時(shí)刻，通過(guò)封裝樹(shù)脂17對(duì)將各結(jié)構(gòu)部件接合的部分的周圍進(jìn)行約束。
[0095]因此，在伴隨半導(dǎo)體元件7的動(dòng)作而發(fā)熱時(shí)，能夠約束因各結(jié)構(gòu)部件的熱膨脹系數(shù)的差而發(fā)生的變形。由于能夠減少接合部中的熱應(yīng)力，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性較高的半導(dǎo)體裝置700。另外，在半導(dǎo)體元件7使用SiC的情況下，由于可以在更高溫度下動(dòng)作，因此能夠減少接合部中的熱應(yīng)力這一點(diǎn)具有更大的效果。
[0096]< 效果 >
[0097]本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置700，其特征在于，絕緣層2上表面、金屬圖案3、半導(dǎo)體元件7以及絕緣基板11通過(guò)傳遞塑模法進(jìn)行樹(shù)脂封裝。
[0098]因此，由于在傳遞塑模法的工序中以高壓力向模具注入封裝樹(shù)脂17，因此封裝樹(shù)脂17與各結(jié)構(gòu)部件可靠地密接。因此，在伴隨半導(dǎo)體元件7的動(dòng)作而發(fā)熱時(shí)，能夠約束因各結(jié)構(gòu)部件的熱膨脹系數(shù)的差而產(chǎn)生的變形。由于能夠減少接合部中的熱應(yīng)力，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性較高的半導(dǎo)體裝置700。
[0099]此外，本發(fā)明在其發(fā)明范圍內(nèi)，可以自由組合各實(shí)施方式，并對(duì)各實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈冃?、省略?br> 【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有: 基座板； 絕緣層，其設(shè)置在所述基座板的上表面； 金屬圖案，其設(shè)置在所述絕緣層的上表面； 半導(dǎo)體元件，其與所述金屬圖案接合；以及 絕緣基板，其與所述半導(dǎo)體元件的上表面接觸并配置在所述半導(dǎo)體元件的上表面， 所述絕緣基板的端部在俯視觀察時(shí)位于所述半導(dǎo)體元件的外側(cè)， 所述絕緣基板的所述端部與所述金屬圖案直接或間接地接合， 所述半導(dǎo)體元件在上表面具有電極， 在所述絕緣基板的俯視觀察時(shí)與所述半導(dǎo)體元件的上表面的所述電極重疊的部分處設(shè)置通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具有金屬框，該金屬框設(shè)置在所述金屬圖案的上表面， 所述金屬框設(shè)置為在俯視觀察時(shí)包圍所述半導(dǎo)體元件， 所述絕緣基板的所述端部與所述金屬圖案經(jīng)由所述金屬框進(jìn)行接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述絕緣基板的所述端部朝向所述金屬圖案大致垂直地延伸， 所述絕緣基板的所述端部與所述金屬圖案直接接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 該半導(dǎo)體裝置還具有金屬端子， 所述金屬端子的一端與所述半導(dǎo)體元件的上表面的所述電極通過(guò)所述通孔而電氣接入 所述金屬端子的另一端與所述金屬圖案接合， 在俯視觀察時(shí)所述金屬端子與所述絕緣基板重疊的區(qū)域，所述金屬端子與所述絕緣基板的上表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件為多個(gè)， 所述絕緣基板由所述多個(gè)半導(dǎo)體元件之間共有， 在鄰接的半導(dǎo)體元件之間的部分，所述絕緣基板朝向所述金屬圖案大致垂直地延伸， 延伸出的部分與所述金屬圖案直接接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體元件的上表面的所述電極與所述絕緣基板通過(guò)焊料或Ag接合而接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述絕緣基板的所述端部與所述金屬框通過(guò)焊料或Ag接合而接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述絕緣層的上表面、所述金屬圖案、所述半導(dǎo)體元件以及所述絕緣基板通過(guò)傳遞塑模法進(jìn)行樹(shù)脂封裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 該半導(dǎo)體裝置還具有殼體，該殼體無(wú)間隙地固定在所述絕緣層的上表面，包圍所述金屬圖案、所述半導(dǎo)體元件以及所述絕緣基板，在所述殼體中填充有封裝樹(shù)脂。
【文檔編號(hào)】H01L23/367GK104282641SQ201410314663
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】新井規(guī)由, 碓井修 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社