[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 200910158728.6
• 申請日: 2009-07-03
• 公開（公告）號: CN101699620A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 森昌吾;田村忍;山內忍;栗林泰造
• 申請（專利權）人: 株式會社豐田自動織機;昭和電工株式會社
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/498;H01L23/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;吳亦華

技術領域

本發明涉及半導體裝置，其中絕緣基板和散熱件彼此聯接以便熱量能夠在其間進行傳導。?

背景技術

已知具有以下結構的半導體裝置：由例如氮化鋁制成的絕緣基板、由純鋁制成的前金屬板和后金屬板、通過例如焊接接合至前金屬板的半導體元件、接合至后金屬板的用作散熱裝置的散熱件。該金屬板分別接合至絕緣基板的前表面和后表面。該散熱件聯接至后金屬板以與后金屬板進行傳熱。散熱件散發由半導體元件產生的熱量。上述半導體裝置要求長時間保持散熱件的散熱性能。然而，根據使用條件，常規結構的絕緣基板、金屬板和散熱件之間的線性膨脹系數的差異會產生熱應力。這可導致接合部分破裂和翹曲，從而降低散熱件的散熱性能。?

為了消除這種缺陷，日本特許公報第2003-17627號公開了一種在后金屬板上具有熱應力松弛部分的半導體模塊，該熱應力松弛部分由具有預定深度的臺階、凹槽或凹陷形成。熱應力松弛部分的數量和尺寸確定為使得后金屬板對前金屬板的體積比不超過0.6。?

日本特許公報第2007-173405號公開了一種半導體模塊，其中在后金屬板和散熱件的接合表面上，形成由孔或凹槽形成的非接合區域以及其中沒有孔和凹槽的接合區域。接合區域的面積設定為后金屬板的整個接合表面的65％至85％。?

在日本特許公開第2003-17627號所公開的半導體模塊中，當溫度變化時，在后金屬板上形成的作為熱應力松弛部分的臺階、凹槽或凹陷使半導體模塊中產生的熱應力松弛。因此，為了提高熱應力松弛性能，臺階、凹槽或凹陷優選盡可能地大。然而，增大臺階、凹槽或凹陷的尺寸反而會減小后金屬板和散熱件之間的接合面積。這降低了后金屬板的導熱率。因此，需要考慮導熱率和熱應力松弛性能之間的平衡。即，形成熱應力松弛部分?的臺階、凹槽或凹陷越大，則散熱效率就越低。因此，在改善應力松弛性能方面存在限制。?

同樣地，根據日本特許公報第2007-173405號所公開的半導體模塊，非接合區域越大，則半導體模塊的后金屬板的導熱率就越低。這使得應力松弛性能的改善存在限制。?

特別地，在諸如其上安裝有產生大量熱量的半導體元件的功率模塊的半導體裝置的情況下，需要在不降低散熱效率的情況下，改善松弛半導體裝置中產生的熱應力的功能。日本特許公報第2004-6717號公開了一種功率半導體裝置，其包括絕緣基板、分別接合至絕緣基板的前表面和后表面的前金屬板和后金屬板(低熱膨脹系數金屬板)、通過例如焊接接合至前金屬板前表面的功率半導體元件、以及聯接到后金屬板以與后金屬板熱傳導的散熱件。后金屬板的線性膨脹系數與功率半導體元件和絕緣基板的線性膨脹系數具有相同的量級。散熱件具有由形成于散熱件中的多個凹槽限定的多個間隔壁。間隔壁排列在對應于絕緣基板的區域中。各個間隔壁的遠端不被固定。因此，在上述公報中公開的功率半導體裝置的散熱件的剛度低于間隔壁遠端被固定的散熱件的剛度。因此，通過散熱件的形變而減小了在散熱件和絕緣基板中產生的熱應力。然而，因為間隔壁通過低熱膨脹系數金屬板僅排列于對應于絕緣基板的區域中，所以散熱件的剛度不能做得足夠低。因此散熱件不能充分地降低熱應力。而且，日本特許公報第2004-6717號公開了一種結構，其中在沒有接合低熱膨脹系數金屬板的區域下方提供具有自由遠端的間隔壁。然而，因為具有自由遠端的間隔壁降低了散熱件的剛度，所以橫向長度大于低熱膨脹系數金屬板的散熱件的剛度可降低至低于散熱件所需的最小剛度。?

此外，日本特許公報第5-299549號公開了一種傳熱冷卻裝置，其包括箱體和多個間隔壁。間隔壁在箱體中限定了多個流動通道。間隔壁沿著箱體底部的對角線排列，以便相鄰間隔壁之間的間隔朝著對角線的方向減小。在日本特許公報第5-299549號中公開的傳熱冷卻裝置中，在傳熱冷卻裝置的中央部分處的相鄰間隔壁之間的間隔較小，該位置的溫度容易上升，所以在中央部分增加間隔壁的數量。因此，在冷卻裝置中央部分的散熱效率高于其它部分的散熱效率。?

然而，在日本特許公報第5-299549號公開的傳熱冷卻裝置中，因為多?個間隔壁從冷卻裝置的一角朝向另一角以預定間隔排列，所以冷卻裝置的剛度增大。因此，當傳熱冷卻裝置的溫度變化時，該裝置不能發揮充分的應力松弛性能。?

發明內容

因此，本發明的一個目的是提供散熱性能優異和應力松弛可靠的半導體裝置。本發明的另一個目的是提供避免散熱件剛度降低的半導體裝置。?