CN105122446B - 半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块 - Google Patents

半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块 Download PDF

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Abstract

提供一种能够提高由半导体芯片产生的热的散热性，并且针对功率半导体模块的使用时的温度周期的可靠性高的半导体装置及其组装方法。半导体装置(20)具备绝缘基板(2)、搭载在绝缘基板(2)上的半导体元件(3)、以及与半导体元件(3)接合且具有立体的散热部的散热块(6)。

Description

半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及 单位模块
技术领域
本发明涉及半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块。特别涉及搭载有功率半导体元件的半导体装置、该半导体装置的组装方法、用于半导体装置的半导体装置用部件以及单位模块。
背景技术
作为半导体装置，已知有将1个或者2个以上的功率半导体元件(半导体芯片)内置在壳体内，并且壳体内利用密封材料密封的功率半导体模块。就用于逆变器电路等的功率半导体模块而言，作为半导体元件，例如可以使用IGBT(绝缘栅双极晶体管：InsulatedGate Bipolar Transistor)和/或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管：MetalOxideSemiconductor Field Effect Transistor)等开关元件、FWD(续流二极管：Free WheelingDiode)等无源元件。这些功率半导体元件为由硅或者碳化硅(SiC)构成的半导体芯片，并搭载在绝缘基板上，与形成于绝缘基板的电气电路和/或端子电连接。例如，形成于功率半导体模块的半导体芯片的上表面的电极和形成于绝缘基板的电气电路和/或端子通过将铝制的键合线、铜制的导线(导电板)接合而电连接。键合线、导线具有电连接的作用，还具有传导半导体芯片发出的热的作用。
近年来，功率半导体模块在比以往大的容量的条件下使用，或在如车载用等这样的高温环境的条件下使用，另外，伴随着半导体芯片的小型化、壳体内的半导体芯片的高密度化，功率半导体模块处于半导体芯片的发热温度易于上升的条件。
通过提高由半导体芯片产生的热的散热性而抑制半导体芯片的发热温度的上升的对策之一是增加与形成于半导体芯片的上表面的电极接合的铝制的键合线的根数。然而，伴随着半导体芯片的小型化，在半导体芯片的上表面接合多个键合线变得困难。
对于将铜制的导线(导电板)通过焊料接合在形成于半导体芯片的上表面的电极的半导体装置而言，由于能够使导线广范围地用焊料接合到半导体芯片的上表面，所以与接合了键合线的情况相比，从散热性的观点出发较为有利。然而，如果用焊料接合半导体芯片和导线，则半导体芯片的热膨胀系数与导线的热膨胀系数之差较大，由此出于长期使用的可靠性的观点，还有改进的余地。
关于利用正电极将设置于半导体芯片的上方的印刷电路基板和半导体芯片进行了连接的半导体装置，有将多个正电极与半导体芯片进行了连接的可靠性高的半导体装置(专利文献1)。然而，对于专利文献1中记载的半导体装置而言，由于通过正电极与半导体芯片连接的是印刷电路基板，所以难以在该印刷电路基板中流通大电流，并且与导线相比成本高。另外，根据设置于印刷电路基板的贯通孔的位置来确定正电极的位置，由此功率半导体模块内的半导体芯片的配置的自由度不高。
存在将散热器接合到半导体芯片的电极，并通过激光焊接对该散热器和导线进行了接合的半导体装置(专利文献2)。专利文献2中记载的半导体装置所使用的散热器通常为简单形状的铜板，由于存在与半导体芯片之间的热膨胀系数差，所以出于针对功率半导体模块的使用时的温度周期的可靠性的观点，还有改进的余地。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-21371号公报
专利文献2：日本特开2008-98585号公报
发明内容
本发明可有效地解决上述以往的半导体装置的问题。目的在于提供能够提高由半导体芯片产生的热的散热性，并且针对使用时的温度周期的可靠性高的半导体装置、以及其组装方法、用于半导体装置的半导体装置用部件、以及单位模块。
技术方案
为了实现上述目的，提供以下这样的半导体装置、半导体装置的组装方法、半导体装置用部件以及单位模块。
本发明的第一形态的半导体装置的特征在于，具备绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块。
本发明的第二形态的半导体装置的组装方法的特征在于，制成具备绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块的单位模块，将至少一个该单位模块固定于金属基板，使固定在该金属基板上的该单位模块成为在绝缘基板的周围具有框的状态，将包围该金属基板的壳体与该金属基板粘接。
本发明的第三形态的导体装置用部件的特征在于，是搭载于具备导电板的半导体装置而使用的半导体装置用部件，具备：绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块，并且以上述半导体元件通过上述散热块与上述导电板电连接的方式构成。
本发明的第四形态的单位模块的特征在于，是搭载于具备导电板和金属基板的半导体装置而使用的单位模块，具备：绝缘基板、搭载在该绝缘基板上的半导体元件、以及与该半导体元件接合且具有立体的散热部的散热块，上述单位模块以固定于上述金属基板且上述半导体元件通过上述散热块与上述导电板电连接的方式构成。
有益效果
根据本发明的上述形态，通过在半导体元件接合具有立体的散热部的散热块，从而能够从散热块的散热部有效地释放由半导体芯片产生的热。另外，通过使散热块具有能够分散热应力的结构，从而能够缓和由散热块与半导体芯片之间的热膨胀系数差所导致的热应力，能够提高长期可靠性。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的半导体装置用部件的说明图。
图2是图1的半导体装置用部件的散热块的变形例的立体图。
图3是图1的半导体装置用部件的散热块的其它的例子的立体图。
图4是图1的半导体装置用部件的散热块的其它的例子的立体图。
图5是图1的半导体装置用部件的散热块的其它的例子的立体图。
图6是本发明的实施方式的单位模块的说明图。
图7是图7的单位模块的变形例的立体图。
图8是图8的单位模块的剖视图。
图9是图7的单位模块的变形例的剖视图。
图10是作为本发明的实施方式的半导体装置的功率半导体模块的说明图。
图11是图10的功率半导体模块的其它的组装方法的说明图。
图12是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件中使用的导线销块的立体图。
图13是使用了图12的导线销块的半导体装置用部件的主要部分的剖视图。
图14是其它的导线销块的立体图。
图15是图14的导线销块和散热块的结构物的立体图。
图16是在金属板搭载有半导体芯片的俯视图。
图17是说明导线销块和散热块的俯视图。
图18是导线销块和散热块的结构物的俯视图。
图19是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的俯视图和侧视图。
图20是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的立体图。
图21是说明本发明的其它的实施方式的功率半导体模块的组装工序的立体图。
图22是用于说明连接图21的功率半导体模块中使用的半导体装置用部件的电路的主要部分俯视图。
图23是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
图24是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
图25是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的分解立体图。
图26是从背面观察搭载有导线销块的端子的立体图。
图27是端子的放大透视图。
图28是图25的半导体装置用部件的立体图。
图29是说明本发明的其它的实施方式的功率半导体模块的组装工序的立体图。
图30是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
图31是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
图32是说明功率半导体模块的组装工序的立体图。
图33是本发明的其它的实施方式的半导体装置用部件的立体图。
图34是图33的半导体装置用部件的分解立体图。
图35是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
图36是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
图37是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
图38是说明使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的组装工序的立体图。
图39是使用了图33的半导体装置用部件的功率半导体模块的立体图。
图40是以往的功率半导体模块的示意立体图。
符号说明
1、30、40、50、80、100：半导体装置用部件
2：绝缘基板
3：半导体元件(半导体芯片)
4：供电块
5：键合线
6：散热块
7：导线销
7A、7B、7C、7D：导线销块
8：框
9：密封材料
10：单位模块
11、71：金属基板
12：72：壳体
13、14、15、16、17、73、74、75、76、77：端子
18：密封材料
20、70、90、110：功率半导体模块(半导体装置)
具体实施方式
使用附图对本发明的功率半导体模块(半导体装置)的实施方式进行具体说明。
(实施方式1)
图1(a)中以示意立体图示出本发明的实施方式1的半导体装置用部件1。半导体装置用部件1用于构成后述的功率半导体模块。图1(a)中示出的半导体装置用部件1在绝缘基板2上搭载有半导体芯片3。绝缘基板2具备：由氮化硅、氧化铝、氮化铝等陶瓷材料构成的绝缘板2a、与绝缘板2a的一个表面接合的金属箔2b、以及与绝缘板2a的另一个表面接合的金属箔2c。金属箔2b、2c具体而言例如为铜箔。可以在铜箔实施镀镍等。金属箔2c在图1(a)中由于位于绝缘板2a的背面，所以没有示于图中。在绝缘板2a上选择性地形成金属箔2b，由此形成了与形成于半导体芯片3的下表面的电极连接的区域2ba、与形成于半导体芯片3的上表面的电极(栅电极等)连接的区域2bb的电路图案。
在形成有电路图案的金属箔2b的区域2ba焊料接合有作为半导体元件的一个半导体芯片3。半导体芯片3例如为IGBT芯片、MOSFET芯片。作为半导体芯片3，也可以使用RC-IGBT(逆导通IGBT)芯片。优选地，RC-IGBT芯片为内置有FWD，以一个芯片构成IGBT和FWD的一个组合。以下，对半导体芯片3为RC-IGBT芯片的例子进行说明。应予说明，在图示的例子中，虽然在一个绝缘基板2上搭载有一个半导体芯片3，但也可以在一个绝缘基板2上搭载两个以上的半导体芯片3，例如可以在一个绝缘基板2上搭载有两个芯片，且使该两个芯片为IGBT芯片和FWD芯片的组合。
在金属箔2b的区域2ba，除了连接有半导体芯片3，还连接有供电块4，能够将来自外部的电力通过供电块4供给到形成于半导体芯片3的下表面的电极。在半导体装置用部件1作为后述的单位模块而使用的情况下，供电块4作为用于向半导体芯片3供给电力的电极而起作用。金属箔2b的区域2bb和形成于半导体芯片3的上表面的电极通过由铝等构成的键合线5电连接。
在半导体芯片3的上表面，在与连接到键合线5的电极不同的电极(例如发射极或阳极等)，焊料接合有具有立体的散热部的散热块6。在该散热块6连接有后述的导电板等，能够将来自外部的电力通过散热块6供给到形成于半导体芯片3的上表面的电极。
散热块6是铜、铝等导电性和导热性好的金属制成。因此，散热块6其本身散热性较好。不仅如此，如在图1(b)示出的使散热块6倒置的立体图那样，散热块6由基部6a和散热部6b构成。散热部6b是与半导体芯片3的上表面电极连接的部分，由立体的部件，具体而言由从基部6a延伸的多个圆柱状的销构成。销在图1所示的例子中以四行四列总计形成十六根。散热块6的散热部6b比基部6a的表面积大，能够在散热部6b有效地进行散热。
散热块6可以通过压铸成型、钎焊和/或切削等将基部6a和散热部6b的销成形为一体而制造。作为一个例子，考虑到导热性和应力缓和性的平衡，销的直径可以为0.5～1.0mmφ程度，销的长度可以为1～2mm程度，考虑到与导电板的激光焊接，基部的厚度可以为1～2mm程度。
本实施方式的半导体装置用部件1由于在半导体芯片3接合有散热块6，所以由半导体芯片3产生的热被传导到散热块6，在散热块6中有效地释放。由此，本实施方式的半导体装置用部件1可以提高由半导体芯片3产生的热的散热性。另外，对于散热块6的散热部6b而言，由于是与基部6a这样的立方体的形状相比可分散热应力的结构，所以由半导体芯片3与散热块6的热膨胀系数之差所导致的热应力通过散热部6b而缓和。由此，本实施方式的半导体装置用部件1可以提高针对热周期的长期可靠性。
另外，本实施方式的半导体装置用部件1，由于散热块6的散热部6b由从基部6a延伸的多个销构成，所以能够确保充分的焊料厚度。另外，在散热块6和半导体芯片3之间的接合部，在各个销的周围形成有焊料的角焊缝。与立方体的形状相比，能够延长角焊缝的总长度，因此，能够进行可靠性高的焊料接合。另外，在接合半导体芯片3和散热块6时，由于成为产生空隙的原因的空气易于从接合部逸出，能够减少空隙的产生，由此能够进行可靠性高的焊料接合。
本实施方式的半导体装置用部件1搭载在金属基板上，收容在设置有端子的壳体内，并与端子之间布线，在壳体内填充有密封材料，作为功率半导体模块而使用。由于借由散热块6的基部6a与端子连接，所以能够减小半导体芯片3与端子之间的电阻和热阻。
(实施方式2)
使用图2(a)对本发明的实施方式2的半导体装置用部件进行说明。实施方式2的半导体装置用部件与实施方式1的半导体装置用部件仅在散热块的形状方面不同。因此，在图2中，仅示出本实施方式的半导体装置用部件的散热块。
图2(a)中以立体图示出的散热块61由基部6a、从基部6a延伸的多个圆柱状的销6c构成。该多个圆柱状的销6c构成散热部。销6c在基部6a的周边部，沿周边整周地设置，其与图1(b)所示的实施方式1的散热块6不同。
散热块61与图1所示的散热块6仅在销的配置方面不同，所以具有与散热块6相同的效果。另外，销6c通过沿基部6a的周边而设，从而在焊料接合时能够容易地确认形成在销6c的前端的焊料的角焊缝的状态。另外，半导体芯片3的中央部由于发热温度高，所以通过在与半导体芯片3的中央部对应的位置不形成散热块61的销6c，从而能够提高针对热周期的长期可靠性。
(实施方式3)
图2(b)～(d)中示出散热块的散热部的形状的变形例在倒置的状态下的立体图。图2(b)中示出的散热块62由基部6a、从基部6a延伸的多个棱柱状的销6d构成。棱柱状的销6d在图2(b)所示的例子中以四行四列总计形成十六根。该多个棱柱状的销6d构成散热部。就散热块62而言，即使是形状为棱柱的销6d，也具备与图1所示的散热块6相同的效果。
(实施方式4)
图2(c)所示的散热块63由基部6a、从基部6a延伸的相互平行排列的直线状的多个翅片6e构成。翅片6e在图2(c)所示的例子中，具有与基部的一边相同的长度，且形成有七个的翅片6e。该多个翅片6e构成散热部。就散热块63而言，即使散热部为翅片形状，也具备与图1所示的散热块6相同的效果。
(实施方式5)
图2(d)所示的散热块64由基部6a、从基部6a延伸的相互平行排列的多个波形翅片6f构成。波形翅片6f在图2(d)所示的例子中形成有七个波形翅片6f。该多个波形翅片6f构成散热部。就散热块64而言，即使散热部为波形翅片形状，也具备与图1所示的散热块6相同的效果。
(实施方式6)
图3中示出散热块的其它的例子。图3(b)中以立体图示出的散热块65由基部6a、由从基部6a延伸的多个圆柱状的销构成的散热部6b、一个面与散热部6b的销的前端连接，并且另一个面与半导体芯片3焊料接合的第二基部6c构成。图3(a)中以立体图示出散热部6b和第二基部6c。散热部6b与图1(b)所示的散热部6b同样地由多个圆柱状的销构成。第二基部6c具有与基部6a相同的形状、尺寸。图3所示的散热块65例如可以通过在图1(b)所示的散热块6的销的前端接合板状的第二基部6c而制造。
散热块65由于具有散热部6b，所以能够通过散热部6b进行散热，来有效地降低半导体芯片3的温度，另外，能够缓和由半导体芯片3与散热块6的热膨胀系数之差所导致的热应力。由此，应用了散热块65的半导体装置虽然半导体芯片3与散热块65的接触面积大，但能够保持针对热周期的长期可靠性。
散热块65与半导体芯片3焊料接合的部分为第二基部6c，与图1(b)的散热块6相比，与半导体芯片3的接触面积大。因此，半导体芯片3发出的热的散热性和与半导体芯片3的电连接性优异。
(实施方式7)
图4中示出散热块的其它的例子。图4(b)中以立体图示出的散热块66由基部6a、由从基部6a延伸的多个圆柱状的销构成的散热部6b、一个面与散热部6b的销的前端连接，并且另一个面与半导体芯片3焊料接合的第二基部6g构成。将散热部6b和第二基部6g以立体图示于图4(a)。散热块66的第二基部6g与图3(a)所示的散热块65的第二基部6c的不同点在于，本实施方式中的散热块66的第二基部6g形成有多个贯通孔6h。贯通孔6h在图示的例子中在以四行四列形成的销之间，以三行三列总计形成九个。
散热块66具备与图3所示的散热块65相同的效果。并且，通过在第二基部6g形成贯通孔6h，从而在接合半导体芯片3和散热块66时，成为产生空隙的原因的空气从贯通孔6h逸出，因此能够减少空隙的产生，由此能够进行可靠性高的焊料接合。另外，通过贯通孔6h，焊料的角焊缝的长度与实施方式6的散热块65相比变长，能够改善针对热周期的长期可靠性。
(实施方式8)
图5中示出散热块的其它的例子。图5所示的散热块67在板状的基部6i形成多个贯通孔6j而成。贯通孔6j在图示的例子中，以三行三列总计形成九个。就散热块67的基部6i而言，通过形成有贯通孔6j，与不具有贯通孔的情况相比表面积大。因此，散热块67中，基部6i其本身为散热部，通过该散热部能够有效地散热。
另外，散热块67通过在基部6i形成有贯通孔6j，从而能够确保充分的焊料厚度。另外，在散热块67与半导体芯片3之间的接合部，在各个贯通孔6j的周围形成有焊料的角焊缝。因此，能够进行可靠性高的焊料接合。另外，在接合半导体芯片3和散热块67时，由于成为产生空隙的原因的空气易于从贯通孔6j逸出，所以能够减少空隙的产生，由此能够进行可靠性高的焊料接合。优选地，贯通孔6j的(内)直径为0.5～2.0mmφ程度，散热块67的厚度为1～5mm程度。
本发明的半导体装置的散热块并不限于实施方式1～8中说明的内容。例如，在多个半导体芯片3在绝缘基板2上以相互邻接的方式设置的情况下，可以构成为一个散热块以搭接多个半导体芯片3的方式设置。
(实施方式9)
图1所示的半导体装置用部件1为具有一个或者两个以上的半导体芯片的单位模块，可用于后述的功率半导体模块。使用图6对作为本发明的半导体装置的实施方式的单位模块进行说明。图6是按组装工序的顺序示出单位模块10的示意立体图。
图6(a)所示的半导体装置用部件1与图1(a)所示的半导体装置用部件1相同。在图6(a)中，对与图1(a)相同的部件标记相同的符号，以下省略重复的说明。
为了用作单位模块10，半导体装置用部件1在绝缘基板2的金属箔2b的区域2bb，接合有导线销7(图6(b))。导线销7是半导体装置用部件1的控制用端子。各导线销7通过导线销块7A集中固定。
虽然可以将图6(b)所示的形态的半导体装置用部件1作为功率半导体模块的单位模块10固定在金属基板上，但本发明的更优选的实施方式是，如图6(c)、图6(d)所示，将在半导体装置用部件1的绝缘基板2的周围设置有框8的单位模块10固定在金属基板上。框8由树脂构成，粘接固定于绝缘基板2。
单位模块10通过具备框8，能够在该框8内填充密封材料9(图6(d))。填充在框8内的密封材料9例如为硅凝胶、环氧树脂等耐热性和/或流动性高的凝胶、树脂。
散热块6、供电块4以及导线销7从密封材料9露出。散热块6和供电块4配置成它们的上表面与单位模块10的主表面大致平行，并且构成为能够与功率半导体模块的导电板电连接。
(实施方式10)
作为图6的单位模块10的变形例，以图7的立体图示出从斜下方向观察到的框8的背面的优选形态。图7所示的单位模块10在框8的底面的四角部具有突起8a。通过该突起8a，在将单位模块10的绝缘基板2接合到金属基板11的情况下，能够使焊料成为预定的厚度。
图8中示出将在框8具有突起8a的单位模块10焊料接合到金属基板11前后的单位模块10和金属基板11的示意剖视图。应予说明，在图8中，对与有关单位模块10之前说明的相同的部件标记相同的符号，因此以下省略重复的说明。
在进行焊料接合之前，在金属基板11上，涂布而形成有膏状的焊料S(图8(a))。此时的焊料S的厚度比所希望的厚度厚一些。接下来，将单位模块10载置在金属基板11上(图8(b))。通过使单位模块10的框8的突起8a的前端与金属基板11接触，从而焊料S与金属基板11以及单位模块10的绝缘基板2的金属箔2c粘接，焊料S的厚度受突起8a的高度限制，而成为预定的厚度。用加热炉对载置有单位模块10的金属基板11进行加热，使焊料回流而进行焊料接合。应予说明，作为焊料S，不仅可以使用膏状焊料，还可以使用各种焊料。例如，也可以使用板状焊料、钎料和/或包含银纳米粒子的膏料。
(实施方式11)
在框8的其它的优选的形态中，具有比焊料S的厚度高的突起。图9中示出将在框8具有突起8b的单位模块10焊料接合到金属基板11前后的单位模块10以及金属基板的剖视图。图示的突起8b是比焊料S的厚度高的突起。
在进行焊料接合之前，在金属基板11上，涂布而形成有膏状的焊料S(图9(a))。此时的焊料S的厚度比所希望的厚度厚一些。另外，在金属基板11，形成有与突起8b对应的孔11h。孔11h的深度是框8的突起8b的高度和焊料S的所希望的厚度的差值。接下来，将单位模块10载置在金属基板11上(图9(b))。此时，将单位模块10的框8的突起8b的前端与形成于金属基板11的孔11h嵌合。由此，单位模块10位于金属基板11的预定的位置，另外，焊料S与金属基板11以及单位模块10的绝缘基板2的金属箔2c粘接，焊料S的厚度作为突起8b的高度与孔11h的深度之差的厚度受限制，而成为预定的厚度。用加热炉对载置有单位模块10的金属基板11进行加热，使焊料回流而进行焊料接合。
此时，通过在金属基板11的表面形成与突起8b对应的孔，从而能够将突起8b用于在将单位模块10固定于金属基板11时的定位。另外，能够使焊料成为预定的厚度。
(实施方式12)
作为本发明的半导体装置的一个实施方式，对于使用了单位模块10的功率半导体模块及其组装方法，使用图10进行说明。图10是按时间顺序示出功率半导体模块20的组装工序的示意立体图。图10(c)所示的功率半导体模块20是将六个图6(d)所示的单位模块10固定在金属基板11上，即所谓的六合一功率半导体模块的构成。功率半导体模块20作为一个例子构成三相逆变器电路。
图10(d)所示的功率半导体模块20具备金属基板11、固定在金属基板11上的单位模块10(图10(d)中示出单位模块10的导线销7)、收容金属基板11以及单位模块10的壳体12。在壳体12内，填充有密封材料18。
图10(a)～(c)中按时间顺序示出图10(d)所示的功率半导体模块20的组装工序。首先，如图10(a)、图10(b)所示，准备六个单位模块10a～10f、金属基板11以及壳体12。
在金属基板11的四角形成有螺钉安装用的孔11a。
壳体12由树脂制成，与单位模块10的散热块6、供电块4电连接的端子13～17通过嵌件成型一体成型，并且从壳体12的表面露出。在壳体12的四角形成有螺钉安装用的孔12a。
单位模块10a～10f具有与图6(d)所示的单位模块10相同的构成，但作为构成三相逆变器电路的功率半导体模块20的元件，为了方便标记10a～10f的符号。与壳体12嵌件成型的端子13～17在与单位模块10a～10f对置的位置，具备用于构成三相逆变器电路的形成了预定的配置的导电板。
在金属基板11的预定的位置，涂布而形成焊膏，接着配置单位模块10a～10f，然后进行加热，对金属基板11和单位模块10a～10f进行焊料接合。此时，在单位模块10a～10f的框8的底面，具有图7、图8所示的突起8a的情况下，能够利用该突起8a而使焊料成为预定的厚度。另外，在单位模块10a～10f的框8的底面，具有图9所示的突起8b的情况下，能够利用该突起8b容易地进行单位模块10a～10f相对于金属基板11的定位，另外能够使焊料成为预定的厚度。
接着，如图10(c)所示，在焊料接合有单位模块10a～10f的金属基板11粘接而固定壳体12。另外，对壳体12的端子13～17的导电板与单位模块10a～10f的散热块6以及供电块4进行接合，将两者电连接。对于使导电板接合到散热块6以及供电块4，能够使用激光焊接。
接着，如图10(d)所示，在壳体内填充密封材料18，完成功率半导体模块20的组装。密封材料18例如为环氧树脂、硅凝胶等。
本实施方式的功率半导体模块20在半导体芯片3为单位模块10的形态下固定于金属基板11。通过将这样的单位模块10用于功率半导体模块，从而能够自由地调整金属基板11上的芯片间距离，因此能够减少芯片间的热干扰。另外，由于单位模块10构成为半导体芯片3被密封材料9覆盖，散热块6以及供电块4各自的上表面从密封材料9露出，所以保护半导体芯片3远离激光焊接的溅射。
另外，通过将单位模块10用于功率半导体模块，从而利用单位模块10的个数及组合的调整可制成一合一、二合一、六合一或者七合一这样的功率半导体模块，通过准备具有与各功率半导体模块对应的形状、端子的壳体，能够容易地制成上述功率半导体模块。另外，通过在金属基板11上并联地连接相同的单位模块10，能够实现功率半导体模块的大容量化。
在单位模块10具有框8的情况下，能够变更填充在该框8内的密封材料9和填充在收容了单位模块10的壳体12内的密封材料18的种类。通常，密封材料由于可能因由半导体芯片发出的热而劣化，所以优选为耐热性高的密封材料。然而，受由半导体芯片发出的热的影响较大的是靠近半导体芯片的区域的密封材料，远离半导体芯片的区域的密封材料受发热影响较小。因此，对于远离半导体芯片的区域的密封材料而言，认为没有必要具有靠近半导体芯片的区域的密封材料那样的耐热性。因此，在单位模块10的框8内，使用耐热性高的密封材料9，在收容单位模块10的壳体12内使用比较廉价的密封材料18，由此，在功率半导体模块20中，关于密封材料，能够兼顾耐热性和低成本。
(实施方式13)
使用图11说明功率半导体模块20的组装方法的其它的例子。图11(a)～(d)是按时间顺序示出功率半导体模块20的组装工序的示意立体图。图11(d)所示的功率半导体模块20的完成形态与图10(c)所示的功率半导体模块20相同。
首先，如图11(a)所示，准备金属基板11和作为单位模块的半导体装置用部件1a～1f。半导体装置用部件1a～1f具有与图6(a)所示的半导体装置用部件1相同的构成，但作为构成三相逆变器电路的功率半导体模块20的元件，为了方便标记1a～1f的符号。
在金属基板11的预定的位置，涂布而形成焊膏，接着配置半导体装置用部件1a～1f，然后进行加热，对金属基板11和半导体装置用部件1a～1f进行焊料接合。此时，半导体装置用部件1a～1f相对于金属基板11的定位通过组装装置的夹具而进行。
接着，如图11(b)所示，在各半导体装置用部件1a～1f接合导线销7，另外，粘接而固定框8。优选地，其后，在框8内填充耐热性高的密封材料。由此，在金属基板11上制成图10(a)所示的单位模块10a～10f。其后续的工序与图10(a)～(c)所示的工序相同。
即，在制成有单位模块10a～10f的金属基板11粘接而固定壳体12。另外，对壳体12的端子13～17的导电板与单位模块10a～10f的散热块6以及供电块4进行接合，将两者电连接(图11(c))。
接着，在壳体12内填充密封材料18，完成功率半导体模块20的组装(图11(d))。
图11所示的组装工序在金属基板11上固定不具有框8的半导体装置用部件1a～1f。该工序与以往的功率半导体模块的制造工序相同。接着，在金属基板11上，将框8粘接而固定于半导体装置用部件1a～1f的工序是新的工序。通过该工序，使单位模块10a～10f的各个成为在绝缘基板2的周围具有框8的状态。
通过使用图11而说明的工序组装的功率半导体模块20具有与图10所示的功率半导体模块20相同的构成，所以具有与图10所示的功率半导体模块20相同的效果。
(实施方式14)
接下来，使用附图说明本发明的半导体装置用部件的其它的实施方式。在之前使用图1进行了说明的实施方式1的半导体装置用部件1的情况下，如图6(b)所示，在绝缘基板2的金属箔2b的区域2bb，接合有导线销7，各导线销7通过导线销块7A集中固定。与此相对地，在本实施方式的半导体装置用部件中，导线销块的形状不同。
图12中以俯视图(图12(a))以及侧视图(图12(b))示出本实施方式的半导体装置用部件所使用的导线销块7B。图12的导线销块7B具有四角形的平面形状，沿其一边一体地安装并固定有多个导线销7。在导线销块7B的中央，形成有用于收容散热块6的开口7Ba。开口7Ba是沿厚度方向贯通导线销块7B的孔。开口7Ba的大小在导线销块7B的上表面侧比散热块6的上表面略大，在散热块6的下表面侧比散热块6的上表面略小。在开口7Ba的上端与下端之间，设置有与散热块6的基部6a卡止的台阶7Bb。另外，在开口7Ba的内表面，形成有突起7Bc。突起7Bc形成为沿着从开口7Ba的上端向台阶7Bb的方向从开口7Ba的内表面突出的幅度逐渐增大。
在导线销块7B的下端侧的四角，形成有支脚7Bd。四个支脚7Bd各自如图12(a)中虚线所示，具有在四角形的四个角部中靠近导线销块7B的中央的一个角部形成有切口的形状。支脚7Bd的切口成为与半导体芯片3的四角接合的大小、形状。
对于导线销7而言，一个端从导线销块7B的侧面向上方延伸，在导线销块7B的内部弯曲，另一端以与支脚7Bd几乎相同的长度向下方延伸。向下方延伸的导线销7通过焊料与形成于半导体芯片3的上表面的电极(例如栅电极)接合。
导线销块7B为绝缘性、耐热性的树脂，例如由PPS树脂构成。导线销7通过注塑成型等与导线销块7B一体地形成。
在导线销块7B的开口7Ba安装散热块6，使导线销块7B和散热块6一体化。散热块并不限于图1所示的散热块6，也可以使用图2～5所示的散热块61～67中的任一个。若将散热块6压入到图12所示的导线销块7B，则散热块6的基部6a卡止在形成于开口7Ba的台阶7Bb，散热块6的基部6a的侧面被挤压到形成于开口7Ba的突起7Bc，从而被固定。散热块6固定于导线销块7B时，散热块6的上表面位于与导线销块7B的上表面相同的平面上，或从导线销块7B的上表面向上方突出。由此，能够使散热块6容易地接合到导电板。
将散热块6和导线销块7B一体化而成的结构并不限于图12所示的例子，例如也能够通过注塑成型等将散热块6和引线块一体成形。在将散热块6和引线块一体成形的情况下，图12所示的台阶7Bb、突起7Bc并不是必需的。
图13中示出具备成为了一体的散热块6以及导线销块7B的本实施方式的半导体装置用部件30的主要部分的剖视图。绝缘基板2由绝缘板2a、金属箔2b、2c构成，在该绝缘基板2的金属箔2b上，焊料接合具有四角形的平面形状的金属板31。该金属板31的平面形状比半导体芯片3大，设置成用于提高散热性。多数情况下，在本实施方式中金属板31并不是必需的部件，也可以是不设置金属板31而在金属箔2b上焊料接合半导体芯片3的构成。在该金属板31上焊料接合半导体芯片3，由此形成于半导体芯片的下表面的电极(例如RC-IGBT芯片的集电极、阴极)与金属板31以及金属箔2b电连接。对形成于半导体芯片3的上表面的电极中的一个电极(例如RC-IGBT芯片的栅电极)和固定于导线销块7B的导线销7的下端进行焊料接合。另外，对形成于半导体芯片3的上表面的电极中的另一个电极(例如RC-IGBT芯片的发射极、阳极)和散热块6的销进行焊料接合。
本实施方式的半导体装置用部件30中的散热块6的效果与之前的实施方式中已经描述的相同。而且，本实施方式的半导体装置用部件30中导线销块7B和散热块6被一体化，并对固定于导线销块7B的导线销与半导体芯片3的上表面的电极进行焊料接合。因此，如图6所示的半导体装置用部件1那样，不需要将金属箔2b的区域2bb和形成于半导体芯片3的上表面的电极通过由铝等构成的键合线5电连接，能够使半导体装置用部件小型化。
另外，就形成于导线销块7B的下端侧的四角的支脚7Bd而言，其切口成为与半导体芯片3的四角接合的大小、形状，所以就半导体芯片3与固定于导线销块7B的散热块6、导线销7之间的定位而言，只要将导线销块7B的支脚7Bd的切口的位置与半导体芯片3的四角对准即可，从而能够精度良好且容易地进行定位。
并且，通过形成于导线销块7B的支脚7Bd的切口的高度，能够限制半导体芯片3与金属板31之间的焊料的厚度，另外，通过支脚7Bd的高度与散热块6的销的高度之差，能够限制涂布而形成在半导体芯片3与散热块6之间的焊料的厚度，所以能够调整这些焊料的厚度。
导线销块7B也可以构成为不在支脚7Bd形成上述的切口的构成。在该情况下，导线销块7B的定位通过其它的手段进行。另外，在该构成的情况下，通过支脚7Bd的高度与散热块6的销的高度之差(一个例子中为0.2～0.4mm程度)，能够限制半导体芯片3与金属板31之间的焊料的厚度和涂布而形成在半导体芯片3与散热块6之间的焊料的厚度这两者。
另外，如图12所示，通过在导线销块7B压入散热块6而固定的情况下，能够将安装于导线销块7B的散热块6更换为其它种类的散热块，例如图2～5所示的散热块61～67。
(实施方式15)
导线销块并不限于图12所示的固定一个散热块6的例子。也可以构成为固定两个或者三个以上的散热块6的导线销块。图14中示出将两个散热块6固定而一体化的导线销块7C的立体图。图14的导线销块7C具有大致长方形的平面形状，具有两个收容散热块6的开口7Ca。开口7Ca是与图12的导线销块7B的开口7Ba同样地在厚度方向贯通导线销块7C的孔。在导线销块7C的一个侧面，与各开口对应的多个导线销7与导线销块7C一体地安装。在导线销块7C的下端侧，形成有多个支脚7Cd。
导线销块7C和散热块6之间的固定可以与图12所示的导线销块7B相同，具体而言也可以通过压入而进行，另外也可以一体成形。因此，图12中省略固定单元的图示。
图15中示出对将散热块6一体地安装在导线销块7C而成的结构物的立体图从斜下方向进行观察的图(图15(a))和从斜上方向进行观察的图(图15(b))。
图14、图15所示的导线销块7C与图12的导线销块7B虽然在固定的散热块6的个数方面不同，但作为导线销块，具有相同的功能、效果。
与在导线销块7C一体地安装的两个散热块6接合的半导体芯片3是相同的芯片，可以将该两个半导体芯片以并联的方式连接。半导体芯片3例如为IGBT芯片或MOSFET芯片。作为半导体芯片3，也可以使用RC-IGBT(逆导通IGBT)芯片。通过将相同的两个半导体芯片以并联的方式连接，在将接下来描述的半导体装置用部件40用于功率半导体模块的情况下，可以增大功率半导体模块的容量。大多数情况下，与两个散热块接合的半导体芯片3并不限于相同的芯片，也可以是不同种类的半导体芯片。例如，可以将一个半导体芯片设置为IGBT芯片，将另一个半导体芯片设置为二极管芯片(FWD芯片)。
使用图16～19，将使用了导线销块7C的半导体装置用部件40与其组装工序一起进行说明。首先，准备绝缘基板、金属板41和半导体芯片3。金属板41虽然用于提高散热性，但并不必需。如图16(a)中俯视图、图16(b)中侧视图分别所示，在金属板41上借由焊料(未图示)将半导体芯片3载置于预定的位置。作为一个例子，将半导体芯片3设置为RC-IGBT芯片。应予说明，在图16(a)、(b)中，与金属板41接合的绝缘基板省略图示。
接下来，如图17俯视图所示，在导线销块7C的开口7Ca安装两个散热块6。由此，如图18(a)俯视图、图18(b)侧视图分别所示，可得到在导线销块7C一体地安装了散热块6而成的结构物42。
接下来，如图19所示，以在金属板41上的半导体芯片3的上表面的具有发射极、阳极的区域a1(参照图16)，借由焊料连接上述结构物42的散热块6的散热部6b的销的前端的方式，并且以在金属板41上的半导体芯片3的具有栅电极的区域a2(参照图16)借由焊料连接形成于上述结构物42的导线销块7C的导线销7的下端的方式，定位金属板41上的半导体芯片3和固定于导线销块7C的散热块6以及导线销。对于该定位，如已经描述的那样，能够通过导线销块7C的支脚7Cd的切口卡合在具有四角形的平面形状的半导体芯片3的四角的方式对准位置而实施。对准位置后，通过采用加热炉进行加热，从而使金属板41与半导体芯片3之间的焊料和半导体芯片3与散热块6或者导线销之间的焊料熔融。接着，通过冷却，从而对金属板41和半导体芯片3进行焊料接合，并且对体芯片3和散热块6进行焊料接合，以及对半导体芯片3和导线销7进行焊料接合。经过以上说明的组装工序，得到图19所示的半导体装置用部件40。
(实施方式16)
将使用了导线销块7C的半导体装置用部件的其它的实施方式以立体图示于图20。图20所示的半导体装置用部件50在一个绝缘基板2上，借由设置成用于提高散热的金属板51而搭载有四个半导体芯片3。各半导体芯片3在本实施方式中为RC-IGBT(逆导通IGBT)芯片。四个半导体芯片为了增大功率半导体模块的容量而使两个并联连接，并且使该并联连接的两个半导体芯片为一组的总共二组构成作为逆变器装置时的功率半导体模块的上臂和下臂。通过各半导体芯片3的下表面的电极(例如RC-IGBT芯片的集电极、阴极)和金属板51而电连接的金属箔2b，形成有构成上述的上臂和下臂的电路图案。
在并联连接的两个一组的半导体芯片3上，设置有导线销块7C。应予说明，在附图中，为了容易理解本实施方式的半导体装置用部件50，仅图示出两个一组的半导体芯片3中的纸面里侧的一组半导体芯片3上设置的导线销块7C。然而，纸面前侧的一组半导体芯片3上也设置有导线销块7C。
导线销块7C中两个散热块6一体地安装。另外，固定有多个导线销7。形成在散热块6的下侧的销与形成在半导体芯片3的上表面的一个电极(例如发射极、阳极)被焊料接合，并且导线销7的下端与形成于半导体芯片3的上表面的其它的电极(例如栅电极)被焊料接合。这样的导线销块7C和散热块6的构成与之前的实施方式中说明的构成相同。
另外，本实施方式的半导体装置用部件50中的散热块6和导线销块7C的效果与之前的实施方式中说明的效果相同。
(实施方式17)
实施方式14中说明的半导体装置用部件30、实施方式15中说明的半导体装置用部件40、实施方式16中说明的半导体装置用部件50均为单位模块，通过将其一个或者多个设置在金属基板上，能够构成功率半导体模块。在将半导体装置用部件30、40或者50用作单位模块的情况下，也能够在各半导体装置用部件的绝缘基板的周围，设置与图6所示的单位模块10的框8相同的框，并与该绝缘基板粘接固定，在该框内填充与前述相同的密封材料。
对使用了图20所示的半导体装置用部件50作为单位模块的功率半导体模块70在图21、23、24中按该功率半导体模块70的组装工序顺序进行说明。
首先，如图21的立体图所示，在金属基板71上，将三个半导体装置用部件50作为单位模块，以使各半导体装置用部件50中的存在于导线销块7C的下方的二个一组的半导体芯片3排成一列的方式进行排列，且通过焊料与金属基板71固定。各半导体装置用部件50以构成逆变器电路中的上臂和下臂的方式形成金属箔2b的电路图案。将各半导体装置用部件50的三个相互连接的本实施方式的功率半导体模块70是形成了三相逆变器电路的所谓六合一的功率半导体模块的构成。
图22中示出用于说明连接功率半导体模块70中的半导体装置用部件50的电路的主要部分俯视图。各半导体装置用部件50的绝缘基板2的金属箔2b被划分为与构成上臂的二个一组的半导体芯片3的下表面的电极连接的区域2b1和与构成下臂的二个一组的半导体芯片3的下表面的电极连接的区域2b2。在各半导体装置用部件50中的两个导线销块7C之间的靠近侧端部形成的区域2b1，设置有母线排78和电极块791。母线排78搭接相邻的半导体装置用部件50的区域2b1彼此而将两者电连接。电极块791与后述的P端子连接。另外，在各半导体装置用部件50中的两个导线销块7C之间的靠近中央形成的区域2b2设置有供电块792。供电块792如下所述与在功率半导体模块70的壳体72形成的U端子75、V端子76、W端子77的导电板焊接而电连接。
另外准备收容固定于金属基板71的半导体装置用部件50的壳体72。图21中图示的壳体72作为一个例子一体地形成有P端子73、N端子74、U端子75、V端子76以及W端子77。各端子还用作在壳体72的内部空间延伸的导电板。这些端子通过在形成由树脂构成的壳体72时，进行注塑成型等而与壳体72一体化。
接下来，如图23所示，通过粘接剂粘接固定金属基板71和壳体72。另外，将固定在金属基板71上的各半导体装置用部件50的散热块6以及电极块791、供电块792和形成于壳体72的兼作各端子的各导电板接合并电连接，以构成三相逆变器电路。该接合优选通过激光焊接而进行。
进行激光焊接时，为了保护半导体芯片3等远离溅射，优选地，预先在壳体72内以不给激光焊接带来影响的高度注入密封材料。密封材料例如为硅凝胶、环氧树脂等耐热性和/或者流动性高的凝胶、树脂。
激光焊接后，如图24所示，在壳体内注入而填充密封材料9。激光焊接后填充的密封材料可以为与激光焊接前注入到壳体内的密封材料相同的种类的密封材料，也可以使用更廉价的密封材料。通过使用更廉价的密封材料，从而在功率半导体模块70中，关于密封材料，能够兼顾耐热性和低成本。
通过以上所述的组装工序而得到的功率半导体模块70由于将半导体装置用部件50用作单位模块，所以能够自由地调整金属基板71上的芯片间距离，由此能够减少芯片间的热干扰。另外，通过在激光焊接前注入密封材料，从而能够保护半导体芯片3远离激光焊接的溅射。
另外，通过将单位模块用于功率半导体模块，而调整单位模块的个数以及组合，从而能够通过准备具有与各功率半导体模块对应的形状、端子的壳体而能够容易地制成各种功率半导体模块。另外，通过在金属基板71上并联地连接相同的单位模块，能够实现功率半导体模块的大容量化。
(实施方式18)
接下来，对半导体装置用部件以及功率半导体模块的其它的实施方式进行说明。本实施方式的半导体装置用部件80是适合组装二合一的功率半导体模块的半导体装置用部件。图25中以分解立体图示出的本实施方式的半导体装置用部件80的绝缘基板2由绝缘板2a、与绝缘板2a的一个表面接合的金属箔2b、与绝缘板2a的另一个表面接合的金属箔2c构成。应予说明，在图25的分解立体图中没表示金属箔2c。金属箔2b被划分为区域2b1和区域2b2。
在金属箔2b的区域2b1上，焊料接合有具有金属板部83c的端子83。在端子83的金属板部83c的表面，形成有用于定位后述的导线销块7D的孔83a。孔83a为沿端子83的厚度方向贯通的孔，但也可以不必是贯通的孔，换句话说，也可以是形成于端子83的表面的凹部。
在金属箔2b的区域2b2上，焊料接合有具有金属板部85c的端子85。在端子85的金属板部85c的表面形成有用于定位后述的导线销块7D的孔85a。孔85a虽然是沿端子85的厚度方向贯通的孔，但也可以不必是贯通的孔，换句话说，也可以是形成于端子85的表面的凹部。在端子85的与金属板相当的部分即金属板部85c，形成有将该端子85部分地弯曲而形成箱形的供电部85b。
在与金属箔2b的区域2b1接合的端子83的金属板部83c上焊料接合有半导体芯片3。在图25所示的本实施方式中，沿端子83的长边方向设置有两个半导体芯片3。对于这些半导体芯片3而言，作为一个例子，可使用RC-IGBT芯片。通过并列地设置两个相同的RC-IGBT芯片，从而可实现功率半导体模块的大容量化。端子83的金属板部83c与形成于半导体芯片3的下表面的电极电连接，并且，作为散热器提高半导体芯片3的散热性。
在与金属箔2b的区域2b2接合的端子85，与端子83同样地沿该端子85的长边方向，并列地设置并焊料接合有两个半导体芯片3。作为一个例子，这些半导体芯片3也可以使用RC-IGBT芯片。通过并列设置两个相同的RC-IGBT芯片，从而可实现功率半导体模块的大容量化。端子85的金属板部85c与形成于半导体芯片3的下表面的电极电连接，并且作为散热器提高半导体芯片3的散热性。
在设置于端子83的两个半导体芯片3各个，安装有散热块6。两个散热块6与固定多个导线销7的导线销块7D一体化，与导线销块7D一起安装在端子83上，并与半导体芯片3进行焊料接合。
另外，在设置于端子85的两个半导体芯片的各个，与端子83同样地安装有散热块6。两个散热块与固定多个导线销7的导线销块7D一体化，与导线销块7D一起安装在端子85上，并与半导体芯片3进行焊料接合。
安装于端子83、85的导线销块7D具有与图14所示的导线销块7C近似的形状。导线销块7D与导线销块7C不同点在于：为了导线销块7D的小型化，从而导线销7从安装有散热块6的部分的附近向上方延伸；为了与端子83、端子85的定位，从而比导线销块7D的支脚部7Dd长的突起7De(参照图25、图26)从背面延伸。
将从背面观察安装有导线销块7D的端子83、85的立体图示于图26，将端子83的放大透视图示于图27。通过在设置于端子83的孔83a，嵌合导线销块7D的突起7De，从而导线销块7D定位至端子83的预定的位置。另外，通过在设置于端子85的孔85a，嵌合导线销块7D的突起7De，从而导线销块7D容易地定位至端子85的预定的位置。
在半导体装置用部件80设置导线销块7D的作用效果由于与使用图12、图14已经说明的效果相同，所以这里省略重复说明。
图28中示出本实施方式的半导体装置用部件80的立体图。半导体装置用部件80可以用作之后进行说明的功率半导体模块90的单位模块。
对使用图28所示的半导体装置用部件80作为单位模块的功率半导体模块90按其组装工序顺序进行说明。
首先，如图29所示，准备半导体装置用部件80和印刷电路基板81。印刷电路基板81具备与在半导体装置用部件80的导线销块7D固定的导线销7电连接的多个外部导线销81a，并且，在该印刷电路基板81的正面、背面或者两面，形成有连接固定于导线销块7D的导线销7和外部导线销81a的布线。另外，印刷电路基板81形成有开口81b、81c和孔81d。开口81b、81c用于使在导线销块7D一体地固定的散热块6以及端子85的供电部85b露出，孔81d用于使固定于导线销块7D的导线销7通过而与布线焊料接合。
图30中以立体图示出在半导体装置用部件80安装有印刷电路基板81，导线销7与印刷电路基板81的布线进行焊料接合或者压入连接而电连接例子。
接下来，如图31所示，在固定于安装在端子85上的导线销块7D且从印刷电路基板81的开口露出的散热块6，接合有母线排端子84，母线排端子84兼用作母线排和端子。另外，在固定于安装在端子83上的导线销块7D且从印刷电路基板81的开口露出的散热块6、和端子85的供电部85b，接合有母线排86。优选地，母线排端子84以及母线排86的接合通过激光焊接而进行。
接下来，如图32所示，以端子83、85以及母线排端子84的端子部分和外部导线销81a露出的方式，用密封树脂82进行密封，得到二合一的功率半导体模块90。代替密封树脂82，可以用壳体覆盖且用凝胶或者树脂密封壳体内部得到功率半导体模块。
本实施方式的功率半导体模块90由于具备散热块6以及导线销块7D，所以具有通过具备之前的实施方式中说明的散热块6以及导线销块而得到的效果，另外，由于通过将导线销块7D的突起7De嵌合到端子83、85的孔83a、85a而定位，所以容易进行定位。
应予说明，作为接合半导体芯片3与散热块6、导线销7以及金属箔2b之间的焊料，可以使用各种焊料。例如为板状焊料和/或膏状焊料。另外，代替焊料，也可以使用包含钎料和/或银纳米粒子的膏料(烧结金属)。
(实施方式19)
接下来，对半导体装置用部件以及功率半导体模块的其它的实施方式进行说明。本实施方式的半导体装置用部件100适于组装二合一的功率半导体模块。另外，如后所述，也可以使用三个半导体装置用部件100，组装六合一的功率半导体模块110。本实施方式的半导体装置用部件100在图33中以立体图示出，在图34中以分解立体图示出。半导体装置用部件100具备绝缘基板2、搭载在绝缘基板2上的半导体元件3、与半导体元件3接合且具有立体的散热部的散热块68。绝缘基板2由绝缘板2a、与绝缘板2a的一个表面接合的金属箔2b、与绝缘板2a的另一个表面接合的金属箔2c构成。应予说明，在图33的立体图中未示出金属箔2c。金属箔2b被划分为区域2b1、区域2b2、区域2b3、区域2b4。
在本实施方式中，可以在金属箔2b的区域2b1上以及2b3上分别焊料接合金属板103。金属板103具备平板部103a和设置于平板部103a的一端的供电部103b，其中，平板部103a具有大致四角形的平面形状。供电部103b的主表面与平板部103a的主表面大致平行。虽然供电部103b优选在制造金属板103时将原料的铜板部分地弯曲而成型为箱形，但也可以分别制成并接合平板部103a和供电部103b。为了抑制制造成本，优选地，焊料接合在区域2b1上的金属板103和焊料接合在区域2b3上的金属板103为相同形状。金属板103作为散热器提高了半导体芯片3的散热性。
在两个金属板103的平板部103a的主表面，分别焊料接合有半导体芯片3而与形成于半导体芯片3的下表面的电极(例如RC-IGBT芯片的集电极、阴极)电连接。作为一个例子，这些半导体芯片3可使用RC-IGBT芯片。两个RC-IGBT芯片搭载在一个绝缘基板2上，构成作为逆变器装置时的功率半导体模块的上臂以及下臂。
在形成于两个半导体芯片3的各自的上表面的电极(例如发射极、阳极)，焊料接合并电连接有散热块68。图示的散热块68与之前的实施方式中说明的散热块同样具备基部6a、由从基部6a延伸的多个圆柱状的销构成的立体的散热部6b。在基部6a的中央，形成有孔68a。孔68a有利于用X射线观察接合半导体芯片3的焊料，或观察密封材料9是否充分地填充在半导体芯片3与散热块68之间。
形成于两个半导体芯片3的各自的上表面的其它的电极(例如栅电极)与绝缘基板2的金属箔2b的区域2b2以及2b4分别通过键合线107电连接。
本实施方式的半导体装置用部件100由于具备散热块68，所以具有与之前的实施方式中说明的散热块6相同的效果。
接下来，对将半导体装置用部件100作为单位模块而使用的功率半导体模块110及其组装方法按制造工序顺序使用图35～39进行说明。功率半导体模块110最终具有图39中以立体图示出的形状。功率半导体模块110是将三个图33所示的半导体装置用部件100固定在金属基板111上，即所谓的六合一的功率半导体模块的构成。作为一个例子，功率半导体模块110构成三相逆变器电路。
首先，如图35中立体图所示，准备三个半导体装置用部件100和金属基板111。半导体装置用部件100的各个为了用作单位模块，而具有与绝缘基板2的金属箔2b的区域2b2以及2b4焊料接合的导线销7。各导线销7通过导线销块7E而固定。因此，可以将多个导线销7作为一个部件处理。在金属基板111上的预定的位置，形成有板状焊料或者膏状焊料，通过组装装置的夹具使三个半导体装置用部件100排成一列而定位，并通过焊料进行接合。
导线销7与区域2b2以及2b4之间的接合和金属基板111与绝缘基板2的金属箔2c之间的接合，通过用加热炉进行加热，使焊料回流，能够同时进行。此时，也能够同时进行散热块68和半导体芯片3之间的接合。
在金属基板111的背面设置有冷却翅片，冷却介质通过该翅片之间，从而使得金属基板111成为冷却装置的一部分。
接着，如图36中分解立体图所示，另外准备壳体112，将该壳体112安装于半导体装置用部件100并粘接固定到金属基板111。
在壳体112中，各半导体装置用部件100中的区域2b1上的供电部103b电连接的P端子113、与区域2b3上的散热块68电连接的N端子114、与区域2b1上的散热块68以及区域2b2上的供电部103b电连接的U端子115或者V端子116或者W端子117一体地形成。各端子还兼用作在壳体112内的内部空间延伸的导电板。这些端子在用注塑成型等将由树脂构成的壳体112成型时与壳体112一体化。
在壳体112，形成有供导线销7穿过的贯通孔112a。该贯通孔112a供导线销7穿过，并使导线销7的前端从壳体112突出。
接下来，如图37所示，将壳体112粘接固定到金属基板111。
粘接固定后，将壳体112的P端子113、N端子114与上述的半导体装置用部件100的上臂侧的供电部103b的主表面、下臂侧的散热块68的主表面接合。并且，将U端子115、V端子116以及W端子117与半导体装置用部件100的上臂侧的各散热块68的主表面接合。该接合优选通过激光焊接而进行。
为了保护半导体芯片3等远离激光焊接时的溅射，优选地，在将壳体112粘接固定到金属基板111后，在上述激光焊接前，向壳体112内以不给激光焊接带来影响的高度注入密封材料9。密封材料9例如为硅凝胶、环氧树脂等耐热性和/或者流动性高的凝胶、树脂。
图38示出将密封材料9注入到壳体112内，并接合了壳体112的上述端子时的形状。
激光焊接后，如图39所示，在壳体内注入并填充密封材料18。激光焊接后填充的密封材料可以为与激光焊接前注入到壳体内的密封材料相同种类的密封材料，也可以使用更廉价的密封材料。通过使用更廉价的密封材料，从而在功率半导体模块110中，关于密封材料，能够兼顾耐热性和低成本。
本实施方式的功率半导体模块110由于具备散热块68，所以具有之前的实施方式中说明的因具备散热块6所带来的效果。
应予说明，作为接合半导体芯片3与散热块6、导线销7以及金属箔2b之间的焊料，可以使用各种焊料。例如为板状焊料、膏状焊料。另外，代替焊料，可以使用包含钎料和/或银纳米粒子的膏料(烧结金属)。通过焊料等进行接合的元件被电连接和机械连接。进而，壳体112也可以使用与三个半导体装置用部件100分别对应的三个壳体。
为了与图10(c)、图11(d)示出的功率半导体模块20进行比较，图40示出以往的功率半导体模块的立体图。图40所示的功率半导体模块1000是六合一的功率半导体模块的构成。
功率半导体模块1000在金属基板上搭载有多个绝缘基板1002。在各绝缘基板1002的金属箔1002b，形成有电路图案。在金属箔1002b上搭载有IGBT芯片以及FWD芯片作为半导体芯片1003。在半导体芯片1003的上表面的电极通过激光焊接接合有导线(导电板)1004。导线1004与绝缘基板1002的金属箔1002b通过焊料接合而电连接。另外，通过嵌件成型内置在壳体112内的端子1013和金属箔1002b通过键合线1005电连接。
对于图40示出的以往的功率半导体模块1000而言，半导体芯片1003的上表面的电极与导线1004通过焊料接合电连接。与此相对地，图10、图11所示的本发明的实施方式的功率半导体模块20的半导体芯片3的上表面的电极与散热块6焊料接合，并且通过该散热块6与导电板电连接，因此，本发明的实施方式的功率半导体模块20比以往的功率半导体模块1000的散热性良好，长期可靠性优异。

Claims (32)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
绝缘基板；
半导体元件，其搭载在该绝缘基板上，并形成有第一电极和第二电极；
散热块，其与该半导体元件的第一电极接触地接合，且具有立体的散热部；
导线销，其与该半导体元件的第二电极电连接；以及
绝缘树脂的导线销块，其集中固定多个该导线销，
其中，该散热块和该导线销块一体化，该导线销块具备收容该散热块的开口，在所述导线销块的所述开口，压入所述散热块，或者将所述导线销块和所述散热块在所述开口一体成型。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述散热块的上表面与所述导线销块的开口的上表面位于相同的平面上，或者从开口的上表面向上方突出。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在所述导线销块的下部，具有支脚。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
将包括所述半导体元件和所述散热块的一个所述绝缘基板作为单位模块，在金属基板固定有至少一个单位模块。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
在所述金属基板搭载有多个单位模块，且通过导电板电连接各单位模块的半导体元件。
6.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
在所述绝缘基板与所述半导体元件之间具备金属板。
7.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述单位模块还包括与半导体元件电连接的导线销和一体地固定多个该导线销的导线销块。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，
所述散热块和所述导线销块一体地构成。
9.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述单位模块在所述绝缘基板的周围具备框，并且在该框内填充有密封材料。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，
在所述框的底面具有突起。
11.根据权利要求4或9所述的半导体装置，其中，
具备收容所述金属基板的壳体，并且在该壳体内填充有密封材料。
12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中，
填充到所述壳体内的密封材料是与填充到框内的密封材料不同的材料。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在所述开口设置有与所述散热块卡止的台阶。
14.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
所述支脚具备与所述半导体元件卡合的切口。
15.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
还包括金属板，所述金属板设置在所述绝缘基板上，并且搭载有所述半导体元件。
16.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在两个所述导线销块之间的靠近中央形成的区域设置有供电块。
17.一种半导体装置的组装方法，其特征在于，
准备单位模块，所述单位模块具备绝缘基板、搭载在该绝缘基板上并形成有第一电极和第二电极的半导体元件、以及与该半导体元件的第一电极接触地接合且具有立体的散热部的散热块、与该半导体元件的第二电极电连接的导线销；以及集中固定多个该导线销的绝缘树脂的导线销块，该散热块和该导线销块一体化，该导线销块具备收容该散热块的开口，在所述导线销块的所述开口，压入所述散热块，或者将所述导线销块和所述散热块在所述开口一体成型，
将该单位模块固定于金属基板，
使固定在该金属基板上的该单位模块成为在绝缘基板的周围具有框的状态，
将包围该金属基板的壳体与该金属基板粘接。
18.根据权利要求17所述的半导体装置的组装方法，其特征在于，
在所述绝缘基板的周围配置框，以露出所述散热块的主表面的方式在所述框内填充密封材料。
19.根据权利要求17所述的半导体装置的组装方法，其中，
在所述绝缘基板上，借由金属板而搭载半导体元件。
20.根据权利要求17所述的半导体装置的组装方法，其中，
在两个所述导线销块之间的靠近中央形成的区域设置供电块。
21.一种半导体装置的组装方法，其特征在于，
准备单位模块，所述单位模块具备绝缘基板、搭载在该绝缘基板上并形成有第一电极和第二电极的半导体元件、与该半导体元件的第一电极接触地接合且具有立体的散热部的散热块、与该半导体元件的第二电极电连接的导线 销、集中固定多个该导线 销的绝缘树脂的导线 销块、在所述绝缘基板的周围固定的框、以及以露出所述散热块的主表面的方式填充到所述框内的密封材料，
散热块和该导线销块一体化，该导线销块具备收容该散热块的开口，在所述导线销块的所述开口，压入所述散热块，或者将所述导线销块和所述散热块在所述开口一体成型，
将该单位模块固定于金属基板，
将包围该金属基板的壳体与该金属基板粘接。
22.根据权利要求21所述的半导体装置的组装方法，其中，
在所述绝缘基板上，借由金属板而搭载半导体元件。
23.根据权利要求21所述的半导体装置的组装方法，其中，
在两个所述导线销块之间的靠近中央形成的区域设置供电块。
24.一种半导体装置用部件，其特征在于，
是搭载于具备导电板的半导体装置而使用的半导体装置用部件，具备：
绝缘基板；
半导体元件，其搭载在该绝缘基板上，并形成有第一电极和第二电极；
散热块，其与该半导体元件的第一电极接接触地接合，且具有立体的散热部；
导线销，其与该半导体元件的第二电极电连接；以及
绝缘树脂的导线销块，其集中固定多个该导线销，
其中，该散热块和该导线销块一体化，该导线销块具备收容该散热块的开口，在所述导线销块的所述开口，压入所述散热块，或者将所述导线销块和所述散热块在所述开口一体成型，
并且，所述半导体装置用部件以所述半导体元件通过所述散热块与所述导电板电连接的方式构成。
25.根据权利要求24所述的半导体装置用部件，其中，
还包括金属板，所述金属板设置在所述绝缘基板上，并且搭载有多个所述半导体元件。
26.根据权利要求24所述的半导体装置用部件，其中，
在两个所述导线销块之间的靠近中央形成的区域设置有供电块。
27.一种单位模块，其特征在于，
是搭载于具备导电板和金属基板的半导体装置而使用的单位模块，具备：
绝缘基板；
半导体元件，其搭载在该绝缘基板上，并形成有第一电极和第二电极；
散热块，其与该半导体元件的第一电极接触地接合，且具有立体的散热部；
导线销，与该半导体元件的第二电极电连接；以及
绝缘树脂的导线销块，其集中固定多个该导线销，
该散热块和该导线销块一体化，该导线销块具备收容该散热块的开口，
并且，所述单位模块以固定于所述金属基板，且所述半导体元件通过所述散热块与所述导电板电连接的方式构成，在所述导线销块的所述开口，压入所述散热块，或者将所述导线销块和所述散热块在所述开口一体成型。
28.根据权利要求27所述的单位模块，其中，
在所述绝缘基板的周围具备框，在该框内填充有密封材料。
29.根据权利要求28所述的单位模块，其中，
所述散热块从填充到所述框内的密封材料露出。
30.根据权利要求28所述的单位模块，其中，
在所述框的底面具有突起。
31.根据权利要求27所述的单位模块，其中，
还包括金属板，所述金属板设置在所述绝缘基板上，并且搭载有多个所述半导体元件。
32.根据权利要求27所述的单位模块，其中，
在两个所述导线销块之间的靠近中央形成的区域设置有供电块。
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