[發明專利]半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201780066212.1
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN109891579B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 多田晴菜;中島泰;三田泰之
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L23/36
• 分類號: H01L23/36;H01L25/07;H01L25/18
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 何立波;張天舒

在半導體裝置(101)中，散熱部件(200)連接于功率模塊(100)。在金屬部件(4)中形成有多個凹部或凸部的任意一者，在散熱部件(200)中形成有多個凹部或凸部的任意另一者。金屬部件(4)和散熱部件(200)在多個凹部和多個凸部接觸的多個凹凸部處成為一體。多個凹凸部的一部分即第1凹凸部(C1、V1)與多個凹凸部中的第1凹凸部(C1、V1)之外的第2凹凸部(C2、V2)相比，高度方向的尺寸大。第1凹凸部(C1、V1)的壁面包含具有相對于高度方向的第1傾斜角度的第1壁面部分、和具有與第1傾斜角度不同的第2傾斜角度的第2壁面部分。

技術領域

本發明涉及半導體裝置及其制造方法，特別涉及具有連接了功率模塊和散熱器的構造的半導體裝置及其制造方法。

背景技術

在現有的包含功率模塊的半導體裝置中，功率模塊和散熱器通過導熱脂熱連接。但是，在使用了導熱脂的情況下，擔心在長期使用時，產生所謂的泵出現象或泄漏等故障。另外，在使用了導熱脂的情況下，功率模塊整體的熱阻有可能增大。因此，作為替代通過導熱脂將半導體裝置所包含的功率模塊和散熱器連接的方法，開發了無脂連接方法。作為無脂連接方法的一個例子想到如下方法，即，在功率模塊和散熱器的接合面設置凹凸形狀，在該凹凸部通過鉚接加工進行加工以使得功率模塊和散熱器成為一體。該方法例如被日本特開2014-179394號公報(專利文獻1)所公開，不使用脂狀物而將功率模塊和散熱器連接。因此，能夠期待確保長期使用時的該半導體裝置的可靠性、及維持從功率模塊向散熱器的散熱性能。

專利文獻1：日本特開2014-179394號公報

發明內容

日本特開2014-179394號公報所公開的半導體裝置所包含的功率模塊具有通過封裝材料將半導體元件、焊料、配線部件、絕緣層及金屬部件一體化的結構。在金屬部件中設置了具有凹凸形狀的凹凸部。另外，與功率模塊連接的散熱器在與金屬部件相對的面，設置了能夠與金屬部件的凹凸部嵌合的具有凹凸形狀的凹凸部。通過在堆疊了包含金屬部件的功率模塊和散熱器的狀態下施加沖壓負載，使凹凸部塑性變形，從而將功率模塊的金屬部件和散熱器接合而一體化。

日本特開2014-179394號公報中的功率模塊和散熱器的凹凸部包含與半導體裝置的高度方向相關的尺寸大的凹凸部、與高度方向相關的尺寸小的凹凸部。由此，會提高從功率模塊向散熱器的散熱性能。但是，想到為此需要形成的全部凹凸部完全嵌合而固接。由于該凹凸部是通過鍛造、壓鑄、擠壓等機械加工形成的，因此在該凹凸部中存在其形狀的尺寸波動(公差)。由于凹凸部的尺寸波動、及金屬部件和散熱器的位置關系的波動，功率模塊有可能相對于散熱器偏移而一體化，從而相對于原本的接合狀態傾斜。

在功率模塊以相對于散熱器傾斜的方式一體化的情況下，由于兩者的接觸部的熱阻變大、產生波動，因此功率模塊得不到所期望的散熱性能。并且，擔心產生如下故障，即，如果在功率模塊相對于散熱器傾斜的狀態下通過沖壓負載進行加壓，則由于應力集中而封裝材料破損或者在鉚接加工后的裝配工序中產生組裝缺陷等。為了抑制組裝缺陷并提高裝配工序用的裝置的組裝精度，需要吸收部件的尺寸等的波動并調整為部件間的平面彼此平行等的處理。即，需要經過各部件的形狀的確認、平面間的平行狀態的維持、在維持平行狀態的同時進行加壓工序的各工藝。為了經過這樣的各工藝必須使用大型且成本高的裝置，存在不能提高生產性的擔心。

本發明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供即使不使用大型的裝置，也能夠以高生產性穩定地使功率模塊和散熱器一體化，能夠抑制在用于該一體化的加工時產生的傾斜及伴隨于此的熱阻的波動的半導體裝置及其制造方法。

本發明的一個半導體裝置具備功率模塊和散熱部件。散熱部件連接于功率模塊。在金屬部件中形成有多個凹部或凸部的任意一者，在散熱部件中形成有多個凹部或凸部的任意另一者。金屬部件和散熱部件在多個凹部和多個凸部接觸的多個凹凸部處成為一體。多個凹凸部的一部分即第1凹凸部與多個凹凸部中的第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大。第1凹凸部的壁面包含具有相對于高度方向的第1傾斜角度的第1壁面部分、和具有與第1傾斜角度不同的第2傾斜角度的第2壁面部分。