CN103608916A - 半导体装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置及半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

在本发明的半导体装置等中配备有：半导体组件（2）、上表面接合有半导体组件（2）且侧面（20、22）固定有制冷剂流动用的管（14、15）的冷却器（3）、和覆盖半导体组件（2）和冷却器（3）的外周的树脂模压层（4），在冷却器（3）的侧面（20、22），设置有从侧面（20、22）突出且围住管（14、15）的凸部（25、26）。

Description

半导体装置及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
作为现有技术的半导体装置，已知有通过树脂模压成形将半导体组件和冷却器一体化的装置。在冷却器的侧面，突出地设置使制冷剂在内部的散热器中流动的管。与该记载相关的技术的一个例子公开于专利文献1中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－62511号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述现有技术中，在对半导体组件和冷却器进行树脂模压成形时，金属模的分型面有必要沿着管的外形形成。因此，存在着在树脂模压成形时，当利用金属模将半导体组件和冷却器夹紧（合模）时，夹紧力作用到管上而使管变形的担忧。管的变形导致由流路阻力的增大引起的冷却效率的降低。
本发明的目的是提供一种能够抑制在树脂模压成形时管的变形的半导体装置及半导体装置的制造方法。
解决课题的手段
为了达到上述目的，在本发明中，以在冷却器侧面设置从该侧面突出且将管围住的凸部。
发明的效果
因而，在本发明中，在树脂模压成形时，由于可以利用具有沿着凸部的侧面的分型面的金属模夹紧半导体组件和冷却器来对两者进行树脂模压，所以，可以降低作用到管上的夹紧力，可以抑制管的变形。
附图说明
图1是表示实施例1的半导体装置的透视图。
图2是图1的S2－S2剖视图。
图3是图1的S3－S3剖视图。
图4是实施例1的冷却器的正视图。
图5是表示实施例1的半导体装置的制造方法的透视图。
图6是实施例2的冷却器的正视图。
图7是图6的S7－S7剖视图。
图8是表示其它实施例的凸部形状的冷却器的正视图。
图9是表示其它实施例的凸部形状的冷却器的正视图。
具体实施方式
下面，基于附图中表示的实施例，说明用于实施本发明的半导体装置及半导体装置的制造方法的方式。
〔实施例1〕
首先，说明结构。
[半导体装置的结构]
图1是表示实施例1的半导体装置的透视图，图2是图1的S2－S2剖视图，图3是图1的S3－S3剖视图，图4是实施例1的冷却器的正视图，图5是表示实施例1的半导体装置的制造方法的透视图。
半导体装置1配备有功率半导体组件（下面，称之为半导体组件）2、冷却器3和树脂模压层4。
半导体组件2构成与逆变器的各个相（U相、V相及W相）相对应的上臂或者下臂，所述逆变器对车辆行驶用的三相交流电机进行PWM驱动控制。可以利用一对半导体组件2形成逆变器回路的上下臂串联回路，通过将三对半导体组件2组合起来，可以形成三相逆变器回路。
如图5所示，半导体组件2以具有金属模型的基板5、作为功率半导体器件的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管）芯片6、二极管芯片7、门接线端子8、两个引线端子9、10作为主要结构。
IGBT芯片6及二极管芯片7被接合到基板5上。
门接线端子8是向IGBT芯片6供应门电压的端子，利用图外面的接合线与IGBT芯片6相接合。
引线端子9、10被接合到基板5上。
另外，门接线端子8、两个引线端子9、10比树脂模压层4向外侧突出。
冷却器3用于从发热的半导体组件2吸热以进行冷却，配备有散热器12、冷却套13和管14、15。
散热器12由散热性高的材料、例如铝合金形成，具有基部16和散热片17。基部16形成长方形的板状，在下面侧突出地设置散热片17。基部16的上表面是平坦的，与半导体组件2直接接合。
冷却套13由散热性高的材料、例如铝合金形成，形成上方开口的矩形的箱状。在冷却套13的内部形成有容纳部18，所述容纳部18容纳散热器12的散热片17。在容纳部18的上端设置有阶梯部19，在将散热片17容纳到容纳部18中时，基部16的外周缘就位于所述阶梯部19。
管14、15用于使制冷剂在散热器12的容纳部18中流通以冷却散热片17，通过压入固定或钎焊等焊接，与形成在冷却套13的四个侧面20、21、22、23之中的短边侧的侧面20、22上的开口部20a、22a接合。开口部20a、22a与容纳部18连通。管14、15例如由铝、不锈钢合金等形成。
在冷却套13的侧面20、22，设置有覆盖突出于冷却器3的外方的管14、15的外周的凸部25、26。
如图4所示，凸部26形成上表面29的宽度尺寸比下表面30的宽度尺寸长的等腰梯形形状。上表面29及下表面30与冷却器3的上表面27及底面28平行地配置。凸部26的两个侧面31、32被设定成宽度从冷却器3的上表面27侧向底面28侧逐渐变窄。另外，凸部25的形状与凸部26的形状相同。
树脂模压层4由PPS（聚苯硫醚）、环氧树脂等构成，形成覆盖半导体组件2和冷却器3的箱形。另外，半导体组件2的基板5的外周缘部及各个端子8、9、10和冷却器3的管14、15及凸部25、26从树脂模压层4露出。
[半导体装置的制造方法]
其次，利用图5说明实施例1的半导体装置1的制造方法。
首先，将散热器12容纳到冷却器3的冷却套13中，利用钎焊等焊接或者摩擦搅拌接合（FSW）等进行固定，通过压入固定或者钎焊等接合法将管14、15固定于开口部20a、22a（图5（a））。
接着，利用高温软钎料将半导体组件2接合到散热器12的基部16（图5（b））。
其次，利用上下金属模33、34将半导体组件2和冷却器3夹紧（合模），将PPS（聚苯硫醚）、环氧树脂等树脂从浇口33a、34a注入到两个金属模33、34的腔体（内部空间）内，并使之固化，由此，形成树脂模压层4（图5（c）、（d））。
最后，通过卸下上下金属模33、34，获得实施例1的半导体装置1。
另外，对从上下金属模33、34卸下的半导体装置1进行修整，以使门接线端子8、引线端子9、10分别从基板5的外周框部独立出来（图中未示出）。
这里，如图5（c）所示，上金属模33的分型面35沿着半导体组件2的上表面形状大致平坦地形成。另一方面，下金属模34的分型面36，在对应于冷却套13的侧面21、23的部分，沿着半导体组件2的下表面的形状大致平坦地形成，在对应于冷却套13的侧面20、22的部分，沿着半导体组件2的下表面形状和侧面20、22的凸部25、26的形状形成。即，在下金属模34的分型面36，设置有沿着凸部25、26的两侧面31、32和下表面30的凹部37、38。凹部37、38的形状被设定成比凸部25、26小一些。换句话说，凸部25、26形成得比凹部37、38稍大。
其次，对作用进行说明。
[管的变形抑制]
在现有的半导体装置中，在将制冷剂流动用的管设置于冷却器的侧面的情况下，在对半导体组件和冷却器进行树脂模压成形时，金属模的分型面沿着管的外形形成。因此，存在着由上下金属模产生的夹紧力直接作用到管上而使管变形的担忧。管的变形由于与由流路阻力的增大引起的冷却性能降低相关，所以是不好的。另一方面，在将夹紧力减小到管不发生变形的程度的情况下，密封性降低，产生树脂泄漏或树脂的蔓延，成形性恶化。
与此相对，在实施例1中，在冷却器3的冷却套13的侧面20、22设置凸部25、26，将凸部25、26嵌入下金属模34的凹部37、38进行树脂模压成形。即，通过使由上下金属模33、34产生的夹紧力作用于凸部25、26，可以防止从上下金属模33、34直接将夹紧力作用于管14、15，可以抑制管14、15的变形。
[密封性提高]
在实施例1中，由于使凸部25、26的外形比下金属模34的凹部37、38的形状大，所以，在利用上下金属模33、34夹紧半导体组件2和冷却器3时，分型面36的凹部37、38与凸部25、26的下表面30及两侧面31、32贴紧，可以抑制树脂泄漏或树脂的蔓延。
另外，由于将凸部25、26的两个侧面31、32设定成宽度从冷却器3的上表面27侧向底面28侧逐渐变窄，所以，可以将上下金属模33、34的夹紧力的一部分作为分力作用于左右方向，进一步提高凹部37、38与凸部25、26的两侧面31、32的贴紧性。
[布局自由度的提高]
在现有的半导体装置中，有必要在金属模的分型面上配置管及半导体组件的各个端子。即，由于有必要使管和各个端子的位置与上下金属模的分型面的高度相一致，所以，在布局上的制约多。与此相对，在实施例1中，由于通过在冷却器3的冷却套13的侧面20、22上设置凸部25、26，可以将相对于各个端子8、9、10的位置偏离地配置管14、15，所以，可以提高管14、15及各个端子8、9、10的布局自由度。
其次，对效果进行说明。
在实施例1的半导体装置1及半导体装置1的制造方法中，具有下面列举的效果。
（1）配备有半导体组件2、上表面接合有半导体组件2且侧面20、22固定有制冷剂流动用的管14、15的冷却器3、覆盖半导体组件2和冷却器3的外周的树脂模压层4，在冷却器3的侧面20、22设置有从侧面20、22突出且围住管14、15的凸部25、26。
由此，可以抑制在树脂模压成形时的管14、15的变形。另外，可以提高管14、15及各个端子8、9、10的布局自由度。
（2）将凸部25、26的外形设定成宽度从冷却器3的上表面27侧向底面28侧逐渐变窄的形状。
由此，可以进一步提高凹部37、38和凸部25、26的两侧面31、32的贴紧性，以图提高密封性。
（3）在对半导体组件2和在上表面接合有半导体组件2且在侧面20、22固定有制冷剂流动用的管14、15的冷却器3进行树脂模压而成的半导体装置1的制造方法中，在冷却器3的侧面20、22设置从侧面20、22突出且围住管14、15的凸部25、26，利用具有沿着凸部25、26的形状的分型面36的下金属模34和上金属模33夹紧半导体组件2和冷却器3，进行树脂模压成形。
由此，可以抑制在树脂模压成形时管14、15的变形。另外，可以制造管14、15及各个端子8、9、10的布局自由度高的半导体装置1。
（4）将凸部25、26设定得比对应于凸部25、26的下金属模34的分型面36的形状大。
由此，可以使分型面36的凹部37、38与凸部25、26的下面30及两侧面31、32贴紧，可以抑制树脂泄漏或树脂的蔓延。
〔实施例2〕
其次，基于图6、7说明实施例2。图6是实施例2的冷却器的正视图，图7是图6的S7－S7剖视图。另外，对于与实施例1共同的部位，用相同的称呼和相同的附图标记。
凸部26的上表面29设置在与冷却套13的上表面27相同的位置，凸部26的下表面30设置在与冷却套13的底面28相同的位置。
在实施例2中，在凸部26的外周缘附近形成围住管15的槽41，将槽41的外侧作为弹性肋（凸条）42。包含有弹性肋42的凸部26的外形被设定得比下金属模34的凹部37、38的形状大。
槽41的底面41a被设定在与上下金属模33、34的内壁面33b、34b相比更靠冷却器内方的位置。另外，凸部25的形状与凸部26一样。
在实施例2中，由于将功率半导体组件2的基板5的面积设定得几乎与基部16的面积相同，所以，基板5不从树脂模压层4露出。
其它部分与实施例一样。
其次，对作用进行说明。
[密封性提高]
在实施例2中，在利用下金属模33、34夹紧半导体组件2和冷却器3时，弹性肋42在弹性区域内弹性变形，由此贴紧于上下金属模33、34的分型面35、36。即，由于借助于弹性肋42的弹性力，弹性肋42和分型面35、36更可靠地进行面配合（面接触），所以，可以更可靠地抑止树脂泄漏或树脂的蔓延。
另外，由于将槽41的底面41a设定在比上下金属模33、34的内壁面33b、34b更靠冷却器内方的位置，所以，可以使弹性肋42在整个长度上弹性变形，可以使槽41的底面41a更加贴紧于上下金属模33、34的分型面35、36。
[尺寸公差的放宽]
一般地，由于树脂模压成形要求高的尺寸精度，以便在金属模和制品之间不产生成为树脂泄漏的原因的间隙，所以，有必要严格地进行对于与金属模的配合面的尺寸公差的管理，存在着制造成本增大的问题。
与此相对，在实施例2的半导体装置1中，由于在由上下金属模33、34进行夹紧时，弹性肋42弹性变形，吸收上下金属模33、34与半导体组件2及冷却器3的配合面的间隙（松动），所以，可以允许放宽与上下金属模33、34的配合面的尺寸公差。
因而，可以谋求制造成本的控制。
其次，对效果进行说明。
在实施例2的半导体装置1及半导体装置1的制造方法中，除了实施例1的效果（1）～（4）之外，还具有下面列举的效果。
（5）在凸部25、26的外周缘附近形成槽41，将槽41的外侧作为弹性肋42。
因此，可以抑制树脂泄漏或树脂的蔓延，可以提高密封性。
（6）将槽41的底部41a设定在比上下金属模33、34的内壁面33b、34b更靠冷却器内方的位置。
因此，可以使弹性肋42在整个长度上弹性变形，可以进一步提高与分型面35、36的贴紧性。
（其它实施例）
上面，基于实施例说明了本发明的半导体装置及半导体装置的制造方法，但是，对于具体的结构，并不局限于实施例，只要不脱离权利要求书所记载的各权利要求的发明的主旨，则允许设计的变更和追加。
例如，凸部的形状只要是覆盖突出于冷却器的外方的管的外周的形状即可。例如，如图8所示，也可以只是围住管14的弹性肋（凸条）43。
虽然在实施例2中，列举了将槽的底面设定在比金属模的内壁面更靠冷却器内方的位置的例子，但是，只要与内壁面相一致即可。
虽然在实施例2中，列举了在凸部的全周上设置槽及弹性肋（凸条）的例子，但是，也可以只在凸部的左右或者上下设置槽及弹性肋。图9是只在凸部25的侧面31、32设置槽44、45及弹性肋46、47的例子。
附图标记说明
1  半导体装置
2  功率半导体组件
3  冷却器
4  树脂模压层
14、15  管
20、22  侧面
25、26  凸部
33  上金属模
34  下金属模
35、36  分型面

Claims (6)

1.一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置配备有：
半导体组件；
冷却器，所述半导体组件接合于所述冷却器的上表面，制冷剂流动用的管固定于所述冷却器的侧面；
树脂模压层，所述树脂模压层覆盖所述半导体组件和所述冷却器的外周，
在所述冷却器的侧面，设置有从该侧面突出且围住所述管的凸部。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
在所述凸部的外周缘附近形成槽，将该槽的外侧作为凸条。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
将所述凸部的外形设定成宽度从所述冷却器的上表面侧向底面侧逐渐变窄或者变宽的形状。
4.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，对半导体组件和冷却器进行树脂模压而形成所述半导体装置，所述半导体组件接合于所述冷却器的上表面，制冷剂流动用的管固定于所述冷却器的侧面，
在所述冷却器的侧面，设置从该侧面突出且围住所述管的凸部，
利用具有沿着所述凸部的形状的分型面的金属模夹紧所述半导体组件和所述冷却器，进行树脂模压成形。
5.如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
将所述凸部设定得比对应于该凸部的所述金属模的分型面的形状大。
6.如权利要求4或5所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
在所述凸部的外周缘附近形成槽，将该槽的外侧作为凸条，
将所述槽的底面设定在与所述金属模的内壁面相同的位置或者比该内壁面更靠冷却器内方的位置。
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