[發明專利]半導體裝置及半導體裝置的制造方法

在審

• 申請號: 201810153635.3
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108695276A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 磯亞紀良
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/42;H01L21/52
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 金玉蘭;王穎

本發明提供能夠抑制導熱膏因泵出而枯竭，并抑制功率半導體芯片因熱而產生故障的半導體裝置及半導體裝置的制造方法。半導體裝置具備接合有搭載了半導體芯片(1)的層疊基板(2)的底板(3)以及隔著導熱膏(16)和金屬環(12)安裝于底板(3)的散熱器(11)。此外，金屬環(12)的中間孔設置于與半導體芯片(1)相對的部分，并在所述中間孔的部分(13)填充有導熱膏(16)。此外，金屬環(12)由硬度與散熱器(11)為相同程度的材料或硬度比散熱器(11)低的材料形成。

技術領域

本發明涉及半導體裝置及半導體裝置的制造方法。

背景技術

近年來，以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極型晶體管)為中心，功率半導體模塊被廣泛用于電力轉換裝置。功率半導體模塊為內置一個或多個功率半導體芯片而構成轉換連接的一部分或整體，并且具有功率半導體芯片與底板或冷卻面之間被電絕緣的結構的功率半導體器件。

圖11是示出現有結構的功率半導體模塊的散熱器安裝前的構成的剖視圖。圖12是示出現有結構的功率半導體模塊的散熱器安裝后的構成的剖視圖。如圖11、圖12所示，功率半導體模塊具備：功率半導體芯片1、層疊基板2、底板3、殼體4、金屬端子5、金屬線6、蓋體7、封裝材料8和散熱器11。

功率半導體芯片1為IGBT或二極管等功率半導體芯片，搭載于層疊基板2上。應予說明，層疊基板2為在陶瓷基板等絕緣基板21的正面和背面具備銅等導電性板22的基板。層疊基板2焊料接合于底板3。在底板3利用粘接劑粘接有殼體4。殼體4由聚苯硫醚(PPS：PolyPhenylene Sulfide)等熱塑性樹脂成形。金屬端子5焊接固定于層疊基板2上，并貫通蓋體7而突出到外部。金屬線6將功率半導體芯片1與金屬端子5電連接。蓋體7由與殼體4相同的熱塑性樹脂構成。封裝材料8作為對層疊基板2的沿面和搭載了功率芯片的基板上的功率半導體芯片1進行絕緣保護的封裝材料而被填充到殼體4內。該封裝材料8通常使用環氧樹脂。環氧封裝樹脂的尺寸穩定性、耐水性、耐化學性及電絕緣性強，適合作為封裝材料。

散熱器11用于將在功率半導體芯片1產生的熱經由層疊基板2、底板3而釋放到外部。以往，在電氣化鐵路等使用的IGBT功率半導體模塊與一般工業用的IGBT功率半導體模塊相比，要求高可靠性。該要求之一有相對于溫度波動的可靠性評價。作為可靠性評價有例如ΔTc功率循環。ΔTc功率循環是以直到殼體溫度(Tc)達到任意的溫度為止進行通電，在殼體溫度達到任意的溫度的時刻停止通電，并直到殼體溫度返回到通電前的狀態為止的周期為一個循環反復進行的試驗。

因此，在一般工業用的IGBT功率半導體模塊中，底板3使用廉價且導熱性高的銅(Cu)和銅合金，但是在電氣化鐵路用等要求高可靠性的IGBT功率半導體模塊中，底板3使用AlSiC(在鋁或鋁合金中含有碳化硅的復合材料)。以下，將使用了AlSiC的底板3記為AlSiC底板。

由于AlSiC與銅相比，熱膨脹系數低，所以相對于溫度波動的形狀變化良好。由于工藝的制約，如圖11所示，AlSiC底板的最外表面被200μm左右的軟質鋁(Al)金屬層10覆蓋。另一方面，如圖11所示，散熱器11存在因表面粗糙引起的凹凸9。由于散熱器11的表面進行了固化處理，所以即使在例如散熱器11由Al形成的情況下，也難以因底板3的擠壓而被壓垮。然而，AlSiC底板具有軟質Al金屬層10。因此，如果將散熱器11安裝于使用了AlSiC底板的功率半導體模塊，則如圖12所示，因底板3的擠壓，軟質Al金屬層10被壓垮，由此，能夠填埋因凹凸9產生的間隙。由此，散熱器11與功率半導體模塊的緊密貼合性變好。

此外，存在如下技術：在功率半導體模塊中，在因螺釘固定而產生了翹曲的散熱板與散熱器的間隙，插入金屬箔并且填充高導熱性的油脂，并將金屬箔配置在由Si(硅)芯片產生的熱的流路中，從而減小散熱板與散熱器間的熱阻(例如，參照專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻