[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201210081415.7
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102820271A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 上田哲也;山口義弘
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;H01L23/31;H01L25/00;H01L25/07
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 閆小龍;王忠忠

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置，特別涉及適合于功率半導體裝置的結構。

背景技術

<第一現有技術>

以往，已知被稱為殼體型的半導體裝置。在該殼體型半導體裝置中，在由Cu基座板和殼體形成的箱體之中容納有半導體芯片（例如，IGBT（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor：絕緣柵雙極晶體管）和二極管的對）等。更具體地說，此種半導體裝置具有絕緣基板（由在兩面形成有金屬層的絕緣性板狀構件（氮化鋁、氮化硅、氧化鋁等）構成），在該絕緣基板的一個面的金屬層（構成布線圖案）上焊接有半導體芯片以及電極。并且，絕緣基板利用另一個面的金屬層與Cu基座板焊接。之后，利用鋁線等的連接布線進行半導體芯片等的電連接。然后，用粘接劑粘接基座板和殼體，向由Cu基座板和殼體構成的箱體內注入樹脂（例如，硅膠（silicon?gel）、液狀環氧樹脂），由此，半導體芯片等被密封。之后，在殼體外部形成與殼體內部的上述電極連接的電極。

在該結構的情況下，在將絕緣基板焊接于Cu基座板之后的冷卻工序中，Cu基座板以及絕緣基板發生收縮。此外，將這樣的由降溫引起的收縮稱為降溫時收縮。在用于該降溫時收縮的室溫中，絕緣基板向與Cu基座板相反一側呈凸狀翹曲，朝向絕緣基板的上側（即，搭載有半導體芯片等的一側）作用拉伸應力。這是因為，Cu基座板的線膨脹系數（也稱為線膨脹率）比絕緣基板的線膨脹系數大。具體地說，Cu的線膨脹系數為17ppm/℃，而作為構成絕緣基板的絕緣性板狀構件的材料例的氮化鋁的線膨脹系數為5.7ppm/℃。另外，作為絕緣性板狀構件的其他材料例的氮化硅及氧化鋁的線膨脹系數分別為3.2ppm/℃及6.5ppm/℃。絕緣基板及Cu基座板的尺寸越大，該翹曲就越大，根據情況，在絕緣基板上產生裂紋。

另外，若半導體芯片由于通電發熱，則由于半導體芯片和連接布線的線膨脹系數之差，有時在半導體芯片和連接布線的接合部產生裂紋。產生這樣的裂紋會導致該接合部的可靠性、換言之半導體裝置的可靠性下降。考慮導入應力緩沖層等復雜的結構以提高接合部的可靠性。但是，結構的復雜化不符合近年來的要通過縮小半導體芯片的面積而使半導體裝置小型化的要求。

<第二現有技術>

半導體芯片和連接布線的接合部的可靠性能夠通過傳遞模塑型的半導體裝置來改善。在這種半導體裝置中，使用線膨脹系數比在上述殼體型中使用的液狀環氧樹脂等低的樹脂，通過傳遞模塑樹脂密封法來密封半導體芯片等。若采用傳遞模塑型，則可得到對于半導體芯片等的部件較大的粘接力。

在例如下述專利文獻1中所記載的半導體裝置中，在引線框的一個面焊接半導體芯片，在該引線框的另一個面焊接絕緣基板。之后，通過傳遞模塑法，用傳遞模塑樹脂密封半導體芯片等。

但是，存在如下情況：半導體裝置越大型化，絕緣基板就越容易由于傳遞模塑樹脂的硬化收縮及降溫時收縮而發生翹曲。若因該翹曲而在絕緣基板產生裂紋，則根據情況，不能夠確保半導體裝置的絕緣。

另外，在傳遞模塑型中，引線框的外部引線部分成為裝置的端子，但是，由于外部引線部分從半導體裝置的側面突出，所以，不能簡單地進行與既存產品之間的替換。

<第三現有技術>

但是，存在以下情況：在安裝功率半導體裝置的框體上涂敷高導熱性潤滑脂，在其之上載置功率半導體裝置并進行螺釘緊固。高導熱性潤滑脂的熱導率在潤滑脂中比較高，但是，與金屬相比非常低。因此，若高導熱性潤滑脂厚，則得不到功率半導體裝置的充分的散熱性。

考慮框體和半導體裝置的相對的表面的翹曲、起伏等來決定潤滑脂的涂敷厚度。另外，在安裝了半導體裝置之后的潤滑脂的厚度也在框體和半導體裝置的相對的表面的翹曲與起伏之和以上。鑒于該點，提出了減小半導體裝置的翹曲的各種結構。

進而，還存在如下情況：若框體和半導體裝置的相對的兩個表面的翹曲、起伏等過大，則在將半導體裝置螺釘緊固在框體上時，半導體裝置翹曲，絕緣基板產生裂紋。對此也提出了各種結構。

在例如下述專利文獻2所記載的結構中，部分模塊各自的基座板在角區域具有凹部，以使彼此的凹部對接的方式相鄰配置部分模塊。然后，在凹部對接而成的長孔中使螺釘通過，利用該螺釘將部分模塊固定在框體上。若采用該結構，則能夠減小部分模塊各自的安裝面積，能夠抑制翹曲或起伏的影響。由于相鄰的部分模塊共有螺釘，所以，使螺釘的個數減少。此外，若使該螺釘共有化，則為了固定n個部分模塊所需的螺釘固定處為{2n+2}處。