CN105280582A - 半导体装置 - Google Patents

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    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

本发明提供一种半导体装置，其能够减少密封树脂的剥离。第一热扩散部件(31)与第二热扩散部件(32)以隔开间隔的方式而被配置。第一热扩散部件(31)和第二热扩散部件(32)被配置为，第一热扩散部件(31)与第二热扩散部件(32)之间的间隔处于隔着散热部件(4)而与第一半导体芯片(21)和第二半导体芯片(22)之间的间隔对置的位置。

Description

半导体装置
技术领域
本说明书中公开的技术涉及一种半导体装置。
背景技术
在专利文献1中公开了一种半导体装置。专利文献1的半导体装置具备：多个半导体芯片，以隔开间隔的方式而配置；石墨热扩散板，其被固定在半导体芯片上；金属基板，其被固定在石墨热扩散板上。多个半导体芯片通过密封树脂而被密封。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-028520号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的半导体装置中，半导体芯片由于通电而发热。当由于半导体装置的开启或关闭而使半导体芯片反复发热时，对半导体芯片进行密封的密封树脂将膨胀、收缩，从而存在密封树脂从半导体芯片上剥离的情况。此外，在半导体装置的制造时进行热处理的情况下，也存在密封树脂收缩而从半导体芯片上剥离的情况。因此，本说明书的目的在于，提供一种能够减少密封树脂的剥离的半导体装置。
用于解决课题的方法
本说明书中公开的半导体装置具备：金属的散热部件；第一半导体芯片，其与所述散热部件的表面连接；第二半导体芯片，其与所述第一半导体芯片隔开间隔并与所述散热部件的所述表面连接；密封树脂，其对所述第一半导体芯片、所述第二半导体芯片、以及所述第一半导体芯片与所述第二半导体芯片之间的所述散热部件的所述表面进行密封。此外，半导体装置具备：第一热扩散部件，其由碳系材料构成，且在与所述第一半导体芯片对置的位置处与所述散热部件的背面连接；第二热扩散部件，其由碳系材料构成，且在与所述第二半导体芯片对置的位置处与所述散热部件的所述背面连接；冷却器，其在所述散热部件的相反侧对所述第一热扩散部件以及所述第二热扩散部件进行冷却。所述第一热扩散部件与所述第二热扩散部件以隔开间隔的方式而被配置，并且所述第一热扩散部件与所述第二热扩散部件被配置为，所述第一热扩散部件与所述第二热扩散部件之间的所述间隔处于隔着所述散热部件而与所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间的所述间隔对置的位置。
根据上述的半导体装置，在半导体芯片中产生的热量被传递至热扩散部件时，在热扩散部件上将产生热应力。此时，由于第一热扩散部件和第二热扩散部件以隔开间隔的方式被配置，因此第一热扩散部件以及第二热扩散部件能够向所述间隔侧变形，由此，减轻了在第一热扩散部件以及第二热扩散部件中所产生的热应力。因此，减轻了从第一热扩散部件以及第二热扩散部件向密封树脂施加的应力，也由此抑制了密封树脂的剥离。
此外，虽然一般而言在两个半导体芯片之间因密封树脂而易于产生较高的应力，但是在上述的半导体装置中，第一热扩散部件和第二热扩散部件被配置为，第一热扩散部件和第二热扩散部件之间的间隔处于与第一半导体芯片和第二半导体芯片之间的间隔对置的位置。因此，位于第一半导体芯片和第二半导体芯片之间的散热部件易于跟随密封树脂的膨胀、收缩。因此，即使在第一半导体芯片和第二半导体芯片之间，也能够减轻密封树脂的热应力，从而能够减少密封树脂的剥离。
附图说明
图1为半导体装置的剖视图。
图2为图1中的Ⅱ-Ⅱ剖视图。
图3为热扩散部件的立体图。
图4为图3的Ⅳ-Ⅳ剖视图。
图5为对热扩散部件的制造方法进行说明的图(1)。
图6为对热扩散部件的制造方法进行说明的图(2)。
图7为对热扩散部件的制造方法进行说明的图(3)。
图8为对热扩散部件的制造方法进行说明的图(4)。
图9为图1的Ⅸ-Ⅸ剖视图。
图10为示意性地表示热扩散部件的另一端面与制冷剂的流动方向的关系的图。
图11为其他实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。
图12为又一实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。
图13为又一实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。
图14为又一实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。
图15为又一实施方式所涉及的半导体装置的与上述图9相对应的剖视图。
具体实施方式
列举记载在下文中进行说明的实施方式的主要特征。另外，在下文中所记载的技术要素为各自独立的技术要素，且为单独或者通过各种组合而发挥技术上的有用性的技术要素。
(特征1)
冷却器可以使用流动的制冷剂而对第一热扩散部件以及第二热扩散部件进行冷却。第一热扩散部件的冷却器侧的端面的位置与第二热扩散部件的冷却器侧的端面的位置可以在制冷剂的流动方向上互不重叠。根据这种结构，能够抑制通过一方的热扩散部件而被加热了的制冷剂向另一方的热扩散部件的端面的位置流动的情况。因此，能够有效率地通过制冷剂而对热扩散部件进行冷却。
(特征2)
第一热扩散部件以及第二热扩散部件可以分别具备倾斜部件，所述倾斜部件以相对于散热部件而倾斜状态从散热部件朝向冷却器延伸。
(特征3)
第一热扩散部件可以具有第一倾斜部件和第二倾斜部件，其中，所述第一倾斜部件以相对于散热部件而倾斜的状态从散热部件朝向冷却器延伸，所述第二倾斜部件以越趋向冷却器侧越与第一倾斜部件分离的方式且以相对于散热部件而倾斜的状态从散热部件朝向冷却器延伸。
(特征4)
还可以具备金属部件，所述金属部件被配置在第一热扩散部件以及第二热扩散部件与冷却器之间。
(特征5)
还可以具备金属部件，所述金属部件被配置于散热部件的侧方。
(特征6)
还可以具备连接部件，所述连接部件被配置于散热部件和金属部件之间，并对散热部件和金属部件进行连接。
(特征7)
还可以具备金属部件，所述金属部件包围第一热扩散部件以及第二热扩散部件。还可以在被金属部件包围的空间中填充有液体或粉末。
(特征8)
倾斜部件可以在与冷却器的制冷剂的流动方向正交的方向上延伸。
以下，参照附图来对实施方式进行说明。在以下的说明中，对于各个结构要素中相同的结构，有时会汇总说明而省略重复的说明。
如图1所示，实施方式所涉及的半导体装置1具备多个半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)和多个散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)。此外，半导体装置1具备多个热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)和多个冷却器5(第一冷却器51以及第二冷却器52)。
作为半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)，能够使用例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)或FWD(FreeWheelingDiode：续流二极管)等。在使用IGBT以及FWD的情况下，例如能够将第一半导体芯片21设为IGBT，将第二半导体芯片22设为FWD，并以反并列的状态来配置第一半导体芯片21和第二半导体芯片22。在半导体芯片2为IGBT的情况下，在半导体芯片2的内部形成有栅极区、发射极区、集电极区等(省略图示)。此外，在半导体芯片2为FWD的情况下，在半导体芯片2的内部形成有阳极区、阴极区等(省略图示)。
多个半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)被配置于多个散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)之间。第一半导体芯片21与第二半导体芯片22并排配置。第一半导体芯片21与第二半导体芯片22以左右相邻并隔有间隔的方式而配置。第一半导体芯片21以与第二半导体芯片22隔开间隔的方式而配置。第二半导体芯片22以与第一半导体芯片21隔开间隔的方式而配置。在图1所示的示例中，第一半导体芯片21被配置于左侧，第二半导体芯片22被配置于右侧。在第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间形成有间隙部25。第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22分别与散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)的表面40连接。
作为散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)，能够使用例如铜(Cu)或铝(Al)等的金属板或金属箔。散热部件4具有热传导性以及导电性。第一散热部件41以及第二散热部件42以隔开间隔的方式而并排配置。第一散热部件41以及第二散热部件42以上下相邻并隔开的方式而配置。在图1所示的示例中，第一散热部件41被配置于下侧，第二散热部件42被配置于上侧。第一散热部件41被配置于多个半导体芯片2的下方，第二散热部件42被配置于多个半导体芯片2的上方。第一散热部件41被固定在第一半导体芯片21的下表面以及第二半导体芯片22的下表面上。第二散热部件42被固定在第一半导体芯片21的上表面以及第二半导体芯片22的上表面上。
下侧的第一散热部件41与各个半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)分别通过焊锡91而被接合。在上侧的第二散热部件42与各个半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)之间分别配置有隔离物(spacer)92。作为隔离物92，能够使用例如铜(Cu)或铝(Al)等金属的块体。各个隔离物92与各个半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)分别通过焊锡91而被接合。上侧的第二散热部件42和各个隔离物92分别通过焊锡91而被接合。
在第一散热部件41和第二散热部件42之间填充有密封树脂93。密封树脂93具有绝缘性。作为密封树脂93的材料，能够使用例如环氧树脂。密封树脂93对半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)进行密封。此外，密封树脂93对第一散热部件41的上表面以及第二散热部件42的下表面进行密封。即，密封树脂93对第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的散热部件4的表面40进行密封。密封树脂93被填充在第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的间隙部25中。位于间隙部25处的第一散热部件41以及第二散热部件42的表面也通过密封树脂93而被密封。
第一散热部件41经由热扩散部件3和绝缘部件56而与第一冷却器51连接。第二散热部件42经由热扩散部件3和绝缘部件56而与第二冷却器52连接。关于热扩散部件3，将在下文中进行详细叙述。
绝缘部件56被配置在冷却器5的框体53的表面上。绝缘部件56被配置于冷却器5和热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)之间。绝缘部件56由具有绝缘性的树脂形成。绝缘部件56使冷却器5与热扩散部件3绝缘。
冷却器5被固定在位于热扩散部件3的相反侧的绝缘部件56的表面上。冷却器5经由绝缘部件56而被固定在热扩散部件3上。冷却器5使用流动的制冷剂而对第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32进行冷却。
如图2所示，冷却器5具备框体53和被配置于框体53的内部的多个隔壁54。第二冷却器52也具有与第一冷却器51相同的结构。框体53包围多个隔壁54。多个隔壁54以隔开间隔的方式而并排配置。多个隔壁54并行延伸。在隔壁54和隔壁54之间形成有流道55。多个流道55以隔开间隔的方式而并排形成。多个流道55并行延伸。流道55沿着第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22并排的方向而延伸。在框体53的内部流动有例如水等液体的制冷剂。制冷剂沿着隔壁54而在流道55中流动。如图2中箭头标记L所示，制冷剂从第一半导体芯片21所处的一侧朝向第二半导体芯片22所处的一侧流动。在冷却器5内的制冷剂的流动方向L上的上流侧的位置处配置有第一半导体芯片21，并在下流侧的位置处配置有第二半导体芯片22。
热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)在与半导体芯片2相反的一侧被固定在散热部件4上。第一热扩散部件31在与第一半导体芯片21对置的位置处与散热部件4连接。第二热扩散部件32在与第二半导体芯片22对置的位置处与散热部件4连接。第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32分别具备倾斜部件10(第一倾斜部件101、第二倾斜部件102，或者，第三倾斜部件103、第四倾斜部件104)。第一热扩散部件31具备第一倾斜部件101以及第二倾斜部件102。第二热扩散部件32具备第三倾斜部件103以及第四倾斜部件104。通过对第一倾斜部件101以及第二倾斜部件102进行组合，从而形成第一热扩散部件31。此外，通过对第三倾斜部件103以及第四倾斜部件104进行组合，从而形成第二热扩散部件32。虽然第一倾斜部件101、第二倾斜部件102、第三倾斜部件103以及第四倾斜部件104被配置的朝向不同，但是具有相同的结构。
如图3以及图4所示，倾斜部件10(第一倾斜部件101、第二倾斜部件102、第三倾斜部件103、第四倾斜部件104)具备多个薄片材料71。多个薄片材料71被层压在一起。通过多个薄片材料71被层压在一起，从而形成倾斜部件10。薄片材料71由碳系材料形成。因此，倾斜部件10以及热扩散部件3含有碳系材料。作为碳系材料，能够使用例如石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管等。在本实施方式中，作为碳系材料而使用石墨。倾斜部件10的表面被薄膜73所覆盖。薄膜73覆盖倾斜部件10的表面整体。薄膜73由金属形成。在本实施方式中，薄膜73由镍形成。
倾斜部件10具备：一端面61、另一端面62、侧面63、背面64以及顶端部65。如图4所示，热扩散部件3的一端面61与背面64之间的角度θ1优选为30°至60°，更优选为45°。此外，热扩散部件3的另一端面62与背面64之间的角度θ2优选为120°至150°，更优选为135°。一端面61以及另一端面62被形成为三角形形状。
倾斜部件10例如以如下方式制造。如图5以及图6所示，在制造热扩散部件3时，首先，对多个薄片材料71进行层压而形成层压体72。在俯视观察时，薄片材料71呈大致长方形形状。在形成了层压体72之后，如图7所示，以相对于薄片材料71的表面而倾斜的方式将层压体72的端部切断。当层压体72被切断时，如图8所示，将形成倾斜部件10。采用这种方式，能够制造出由碳系材料形成的热扩散部件3。
薄片材料71具有各向异性的热传导率。薄片材料71的热传导率取决于碳系材料的结晶的取向。在多个薄片材料71的层压方向(图4至图8的w方向)上，薄片材料71的热传导率较低。在与多个薄片材料71的层压方向正交的方向(图4至图8中的u方向以及v方向)上，薄片材料71的热传导率与所述层压方向(w方向)上的热传导率相比较高。即，在薄片材料71的厚度方向上薄片材料71的热传导率较低，而在薄片材料71的面方向(沿着表面的方向)上薄片材料71的热传导率高于所述厚度方向上的热传导率。图4至图8中的w方向相当于低热传导率方向，u方向相当于第一高热传导率方向，v方向相当于第二高热传导率方向。低热传导率方向(w方向)、第一高热传导率方向(u方向)以及第二高热传导率方向(v方向)互相正交。在作为碳系材料而使用石墨的情况下，图4至图8中的低热传导率方向(w方向)上的热传导率为约7W/mK，第一高热传导率方向(u方向)上的热传导率为约1700W/mK，第二高热传导率方向(v方向)上的热传导率为约1700W/mK。如此，薄片材料71在三个方向上具有不同的热传导率。碳系材料的高热传导率方向上的热传导率与金属的热传导率相比较高。例如，作为金属的无氧铜的热传导率为约385W/mK。
由于薄片材料71具有各向异性的热传导率，因此倾斜部件10也具有各向异性的热传导率。从倾斜部件10的顶端部65朝向背面64的方向(图4中的w方向)相当于低热传导率方向，该方向上的热传导率较低。从倾斜部件10的一端面61朝向另一端面62的方向(图4中的u方向)相当于第一高热传导率方向，该方向上的热传导率与低热传导率方向(w方向)上的热传导率相比较高。从倾斜部件10的一方的侧面63朝向另一方的侧面63的方向(图4中的v方向)相当于第二高热传导率方向，该方向上的热传导率与低热传导率方向(w方向)上的热传导率相比较高。
如图9所示，多个倾斜部件10并排配置。多个倾斜部件10以朝向不同的方向的状态而被配置。多个倾斜部件10以面对面的方式而配置。多个倾斜部件10以各自的顶端部65面对面的状态而被配置。通过第一倾斜部件101以及第二倾斜部件102以互相朝向不同的方向的状态而面对面地并排配置，从而形成第一热扩散部件31。此外，通过第三倾斜部件103以及第四倾斜部件104以互相朝向不同的方向的状态而面对面地并排配置，从而形成第二热扩散部件32。
如图1以及图9所示，第一热扩散部件31和第二热扩散部件32以隔开间隔的方式而并排配置。第一热扩散部件31和第二热扩散部件32以左右相邻的方式而配置。在图1所示的示例中，多个第一热扩散部件31被配置于左侧，多个第二热扩散部件32被配置于右侧。
第一热扩散部件31以对应于第一半导体芯片21的方式而被配置。在第一半导体芯片1的上方以及下方处分别配置有第一热扩散部件31。第一热扩散部件31隔着散热部件4而被配置于与第一半导体芯片21对置的位置处。第一热扩散部件31被配置于在第一半导体芯片21的厚度方向(图1的z方向)上与第一半导体芯片21重复的位置处。第一热扩散部件31被配置于散热部件4和冷却器5之间。第一热扩散部件31与散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)的背面49连接。第一热扩散部件31的一端在与第一半导体芯片21对置的位置处与散热部件4连接。第一热扩散部件31的另一端与绝缘部件56连接。同样地，第二热扩散部件32以对应于第二半导体芯片22的方式而被配置。在第二半导体芯片1的上方以及下方处分别配置有第一热扩散部件31。第二热扩散部件32隔着散热部件4而被配置于与第二半导体芯片22对置的位置处。第二热扩散部件32被配置于在第二半导体芯片22的厚度方向(图1的z方向)上与第二半导体芯片22重复的位置处。第二热扩散部件32与散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)的背面49连接。第二热扩散部件32的一端在与第二半导体芯片22对置的位置处与散热部件4连接。第二热扩散部件32的另一端与绝缘部件56连接。
构成热扩散部件3的多个倾斜部件10以从散热部件4朝向冷却器5倾斜地扩展的方式而被配置。多个倾斜部件10(第一倾斜部件101、第二倾斜部件102、第三倾斜部件103、第四倾斜部件104)分别以相对于散热部件4而倾斜的状态从散热部件4朝向冷却器5延伸。在本实施方式中，倾斜部件10相对于散热部件4以及冷却器5而倾斜45°。此外，倾斜部件10的第一高热传导方向(图4中的u方向)相对于散热部件4以及冷却器5而倾斜45°。第一高热传导方向在从散热部件4朝向冷却器5的方向上延伸。即，第一高热传导方向与各个倾斜部件10的长边方向一致，从而以较高的热传导率从散热部件4朝向绝缘部件56传导热量。另一方面，倾斜部件10的第二高热传导方向(图4的v方向)与散热部件4以及冷却器5平行地延伸。
构成第一热扩散部件31的第一倾斜部件101以及第二倾斜部件102向互不相同的方向倾斜。在图1以及图9所示的示例中，第一倾斜部件101从散热部件4朝向冷却器5向斜左方延伸。另一方面，第二倾斜部件102从散热部件4朝向冷却器5向斜右方延伸。第一倾斜部件101以随着从散热部件4侧趋向于冷却器5侧而与第二倾斜部件102分离的方式倾斜。第二倾斜部件102以随着从散热部件4侧趋向于冷却器5侧而与第一倾斜部件101分离的方式倾斜。即，第一倾斜部件101和第二倾斜部件102的间隔在冷却器5侧比在散热部件4侧宽。
构成第二热扩散部件32的第三倾斜部件103以及第四倾斜部件104向互不相同的方向倾斜。在图1以及图9所示的示例中，第三倾斜部件103从散热部件4朝向冷却器5向斜左方延伸。另一方面，第四倾斜部件104从散热部件4朝向冷却器5向斜右方延伸。第三倾斜部件103以随着从散热部件4侧趋向于冷却器5侧而与第四倾斜部件104分离的方式倾斜。第四倾斜部件104以随着从散热部件4侧趋向于冷却器5侧而与第三倾斜部件103分离的方式倾斜。即，第三倾斜部件103和第四倾斜部件104之间的间隔在冷却器5侧比在散热部件4侧宽。
在相邻的第一热扩散部件31和第二热扩散部件32之间形成有间隙部35。第一热扩散部件31和第二热扩散部件32之间的间隔(间隙部35)以对应于第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的间隔(间隙部25)的方式而被形成。第一热扩散部件31和第二热扩散部件32之间的间隔(间隙部35)被配置在，隔着散热部件4而与第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的间隔(间隙部25)对置的位置处。热扩散部件3的间隙部35被形成在半导体芯片2的间隙部25的上方以及下方。热扩散部件3的间隙部35被形成于在上下方向(图1的z方向)上与半导体芯片2的间隙部25重复的位置处。
如图1所示，热扩散部件3与散热部件4相接。此外，热扩散部件3与冷却器5相接。构成热扩散部件3的倾斜部件10具有散热部件4侧的端面和冷却器5侧的端面。倾斜部件10的一端面61相当于散热部件4侧的端面，另一端面62相当于冷却器5侧的端面。热扩散部件3的一端面即倾斜部件10的一端面61与散热部件4相接。热扩散部件3的一端面即倾斜部件10的一端面61朝向散热部件4侧。热扩散部件3通过钎焊或锡焊而被固定在散热部件4上。热扩散部件3的另一端面即倾斜部件10的另一端面62经由绝缘部件56而与冷却器5连接。热扩散部件3的另一端面即倾斜部件10的另一端面62朝向冷却器5侧。
如图9以及图10所示，构成第一热扩散部件31的第一倾斜部件101的另一端面62以及第二倾斜部件102的另一端面62的位置与构成第二热扩散部件32的第三倾斜部件103的另一端面62以及第四倾斜部件104的另一端面62的位置，在制冷剂的流动方向L上互不重叠。即，第一热扩散部件31的冷却器5侧的端面的位置与第二热扩散部件32的冷却器5侧的端面的位置在与冷却器5内的制冷剂的流动方向L交叉的方向上互相分离。第一热扩散部件31的冷却器5侧的端面的位置与第二热扩散部件32的冷却器5侧的端面的位置在冷却器5内的制冷剂的流动方向L上互不重叠。
根据具备上述结构的半导体装置1，当半导体芯片2(第一半导体芯片21以及第二半导体芯片22)由于通电而发热时，半导体芯片2的热量将经由焊锡91以及隔离物92而向散热部件4(第一散热部件41以及第二散热部件42)传递。传至散热部件4的热量向与散热部件4连接的热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)传递。另一方面，热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)通过与热扩散部件3相接的冷却器5(第一冷却器51以及第二冷却器52)而被冷却。以此方式，在半导体芯片2中产生的热量向热扩散部件3传递，并且热扩散部件3通过冷却器5而被冷却。由此，能够对半导体芯片2进行冷却。
当半导体芯片2反复发热时，对半导体芯片2以及散热部件4进行密封的密封树脂93将反复进行膨胀、收缩，从而密封树脂93在从半导体芯片2或散热部件4剥离的方向上受到应力。特别是，在第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的部分上，密封树脂93的膨胀、收缩较大，从而密封树脂93所受到的应力也较大。
上述的半导体装置1具备与金属的散热部件4连接的碳系材料的热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)。在该半导体装置1中，从半导体芯片2传至金属的散热部件4的热量从散热部件4向碳系材料的热扩散部件3传递。然后，热扩散部件3通过冷却器5而被冷却。此时，由于碳系材料的热传导率高于金属的热传导率，因此通过对碳系材料的热扩散部件3进行冷却从而能够提高冷却效果。此外，通过代替金属而配置碳系材料的热扩散部件3，从而能够使金属的散热部件4的厚度较薄，由此能够使散热部件4的刚性降低。由此，即使对半导体芯片2和散热部件4进行密封的密封树脂93反复进行膨胀、收缩，由于散热部件4的刚性被降低，因此能够使散热部件4跟随密封树脂93而挠曲。由此，能够减少向密封树脂93施加的应力，从而能够抑制密封树脂93的剥离。
此外，在半导体芯片2中产生的热量被传递至热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)时，在热扩散部件3上将产生热应力。此时，根据上述的半导体装置1，由于第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32以隔开间隔的方式被配置而形成有间隙部35，因此能够通过该间隙部35而减轻由在热扩散部件3中产生的热应力所带来的影响。即，由于在应力产生时热扩散部件3能够向间隙部35侧挠曲，因此能够减少在热扩散部件3中产生的应力。由此，能够针对与热扩散部件3连接的散热部件4而减少由热扩散部件3的热应力所带来的影响，从而散热部件4易于跟随密封树脂93的膨胀、收缩而挠曲。因此，能够进一步减少密封树脂93的剥离。
此外，由于第一热扩散部件31和第二热扩散部件32被配置为，第一热扩散部件31和第二热扩散部件32之间的间隙部35处于与第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的间隙部25对置的位置，因此在第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间散热部件4未被热扩散部件3约束。因此，在第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间，散热部件4易于跟随密封树脂93的膨胀、收缩而挠曲。由于在容易产生较高的应力的第一半导体芯片21与第二半导体芯片22之间的区域中散热部件4易于挠曲，因此即便在该区域中也能够减少应力。因此，能够抑制密封树脂93的剥离。
此外，在上述的半导体装置1中，由于能够使散热部件4的厚度较薄并能够使厚度大致固定，因此能够降低半导体装置1的制造成本。
此外，由于构成热扩散部件3的多个倾斜部件10以相对于散热部件4而倾斜的状态被配置，因此能够通过倾斜部件10的倾斜而使从散热部件4向热扩散部件3传递的热量扩散。由此，能够提高冷却效果。即，构成第一热扩散部件31的第一倾斜部件101和第二倾斜部件102以与散热部件4侧相比越趋向冷却器5侧越分离的方式且以倾斜的状态从散热部件4朝向冷却器5延伸。由此，从散热部件4向第一热扩散部件31(第一倾斜部件101和第二倾斜部件102)传递的热量将扩散，并且所扩散的热量向冷却器5传递。因此，由于在扩散热量之后进行冷却，因此能够提高冷却效果。此外，同样地，构成第二热扩散部件32的第三倾斜部件103和第四倾斜部件104以与散热部件4侧相比而越趋向冷却器5侧越分离的方式且以倾斜的状态从散热部件4朝向冷却器5延伸。由此，能够提高冷却效果。
此外，在上述的半导体装置1中，第一热扩散部件31的冷却器5侧的端面的位置和第二热扩散部件32的冷却器5侧的端面的位置在与冷却器5内的制冷剂的流动方向L交叉的方向上偏离。由此，由于在第一热扩散部件31和第二热扩散部件32中，与冷却器5相接的端面的位置在制冷剂的流动方向L上互不重叠，因此能够提高冷却效果。即，如果第一热扩散部件31的冷却器5侧的端面的位置和第二热扩散部件32的冷却器5侧的端面的位置在制冷剂的流动方向L上互相重叠，则将使用对第一热扩散部件31进行了冷却后的制冷剂来对第二热扩散部件32进行冷却，因此难以提高冷却效果。但是，如果第一热扩散部件31的冷却器5侧的端面的位置和第二热扩散部件32的冷却器5侧的端面的位置在制冷剂的流动方向L上互不重叠，则由于能够通过新鲜的制冷剂分别对第一热扩散部件31和第二热扩散部件32进行冷却，因此能够提高冷却效果。
以上，虽然对一个实施方式进行了说明，但是具体的方式并不限定于上述实施方式。在以下的说明中，对于与上述的说明中的结构相同的结构标记相同的符号并省略说明。
虽然在上述实施方式中，采用了热扩散部件3的冷却器5侧的端面经由薄膜73以及绝缘部件56而与冷却器5相接的结构，但是并不限定于该结构。其他实施方式所涉及的半导体装置1也可以如图11所示那样具备被配置于热扩散部件3和冷却器5之间的金属部件81。作为金属部件81，能够使用例如铜(Cu)或铝(Al)等金属的块体。金属部件81分别被配置于上侧的热扩散部件3的上方以及下侧的热扩散部件3的下方处。金属部件81与热扩散部件3以及冷却器5相接。热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)的冷却器5侧的端面(倾斜部件10的另一端面62)与金属部件81相接。冷却器5(第一冷却器51以及第二冷却器52)经由绝缘部件56而与金属部件81相接。金属部件81作为蓄热体而发挥功能。根据这种结构，通过具备金属部件81，从而能够使热量从热扩散部件3释放至金属部件81。热量被蓄积在金属部件81中，冷却器5对该金属部件81进行冷却。
虽然在上述实施方式中，采用了金属部件81被配置于热扩散部件3和冷却器5之间的结构，但是并不限定于该结构。在其他实施方式中，也可以如图12所示那样，多个金属部件81被配置于散热部件4的侧方。各个金属部件81被配置于散热部件4的旁边。各个金属部件81分别被配置于散热部件4的左右。金属部件81通过密封树脂93而被密封。金属部件81以与散热部件4分离的方式而被配置。在金属部件81和散热部件4之间配置有连接部件82。连接部件82与金属部件81和散热部件4相接。金属部件81和散热部件4经由连接部件82而连接。连接部件82具有热传导性。作为连接部件82的材料，能够使用金属或碳系材料。根据这种结构，通过具备金属部件81和连接部件82，从而能够使热量从散热部件4经由连接部件82而向金属部件81释放。热量被蓄积在金属部件81中，从而金属部件81作为蓄热体而发挥功能。
虽然在上述实施方式中，连接部件82被配置于散热部件4和金属部件81之间，但是并不限定于该结构，也可以如图13所示那样，省略连接部件82。在图13所示的实施方式中，金属部件81被固定在散热部件4的两端部上。散热部件4与金属部件81一体形成。金属部件81的一端部181通过密封树脂93而被密封。金属部件81的另一端部182经由绝缘部件56而与冷却器5相接。
此外，在又一实施方式中，也可以如图14所示那样，金属部件81被配置于热扩散部件3和冷却器5之间以及散热部件4的旁边。散热部件4与金属部件81一体形成。金属部件81包围热扩散部件3(第一热扩散部件31以及第二热扩散部件32)。此外，也可以向由散热部件4和金属部件81所包围的空间183中填充液体或金属粉末。例如，能够向空间183中填充水或液体金属。或者，能够向空间183中填充铜(Cu)或铝(Al)的粉末。
此外，构成热扩散部件3的倾斜部件10的数量和配置并不限定于上述实施方式。例如，如图15所示的那样，通过减少构成热扩散部件3的倾斜部件10的数量，从而能够使第一半导体芯片21和第二半导体芯片22靠近。在图15所示的示例中，相对于第一半导体芯片21而配置有两个倾斜部件10。在第一半导体芯片21的上方以及下方处，分别相对于第一半导体芯片21而配置有两个倾斜部件10。在图15中，仅图示了第一半导体芯片21的下方的倾斜部件10。同样地，相对于第二半导体芯片22而配置有两个倾斜部件10。在第二半导体芯片22的上方以及下方处，分别相对于第二半导体芯片22而配置有两个倾斜部件10。在图15中，图示了被配置于第二半导体芯片22的下方的两个倾斜部件10。此外，在图15所示的示例中，构成第一热扩散部件31的倾斜部件10和构成第二热扩散部件32的倾斜部件10以在与制冷剂的流动方向L正交的方向上延伸的方式而被配置。根据这种结构，能够缩短第一半导体芯片21和第二半导体芯片22之间的距离，从而能够以高密度来配置多个半导体芯片2。
此外，构成热扩散部件3的倾斜部件10的形状并未被特别限定。在图15所示的示例中，倾斜部件10的一端面61以及另一端面62被形成为四边形形状。
虽然在上述实施方式所涉及的冷却器5中，使用了流动的制冷剂，但是并不限定于该结构。在其他实施方式所涉及的冷却器5中，也可以不使用流动的制冷剂。冷却器5也可以为不使用制冷剂的散热器等。
虽然在上述实施方式中，热扩散部件3(多个第一热扩散部件31以及多个第二热扩散部件32)的冷却器5侧的端面经由绝缘部件56而被固定在冷却器5上，但是并不限定于该结构。在其他实施方式中，热扩散部件3的另一端面62也可以与冷却器5直接接触。
虽然以上对本发明的具体示例进行了详细说明，但是这些只不过是示例，并非对权利要求进行限定。在权利要求书中所记载的技术中包括对以上例示的具体示例进行各种变形、变更而得到的结构。在本说明书或附图中所说明的技术要素以单独或者通过各种组合的方式而发挥技术上的有用性，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。此外，本说明书或者附图中所例示的技术能够同时实现多个目的，并且实现其中一个目的本身便具有技术上的有用性。
符号说明
1、半导体装置；2、半导体芯片；3、热扩散部件；4、散热部件；5、冷却器；10、倾斜部件；21、第一半导体芯片；22、第二半导体芯片；25、间隙部；31、第一热扩散部件；32、第二热扩散部件；35、间隙部；40、散热部件的表面；41、第一散热部件；42、第二散热部件；49、散热部件的背面；51、第一冷却器；52、第二冷却器；53、框体；54、隔壁；55、流道；56、绝缘部件；61、一端面；62、另一端面；63、侧面；64、背面；65、顶端部；71、薄片材料；72、层压体；73、薄膜；81、金属部件；82、连接部件；91、焊锡；92、隔离物；93、密封树脂；101、第一倾斜部件；102、第二倾斜部件；103、第三倾斜部件；104、第四倾斜部件；181、一端部；182、另一端部；183、空间。

Claims (9)

1.一种半导体装置，具备：
金属的散热部件；
第一半导体芯片，其与所述散热部件的表面连接；
第二半导体芯片，其与所述第一半导体芯片隔开间隔并与所述散热部件的所述表面连接；
密封树脂，其对所述第一半导体芯片、所述第二半导体芯片、以及所述第一半导体芯片与所述第二半导体芯片之间的所述散热部件的所述表面进行密封；
第一热扩散部件，其由碳系材料构成，且在与所述第一半导体芯片对置的位置处与所述散热部件的背面连接；
第二热扩散部件，其由碳系材料构成，且在与所述第二半导体芯片对置的位置处与所述散热部件的所述背面连接；
冷却器，其在所述散热部件的相反侧对所述第一热扩散部件以及所述第二热扩散部件进行冷却，
所述第一热扩散部件与所述第二热扩散部件以隔开间隔的方式而被配置，并且所述第一热扩散部件与所述第二热扩散部件被配置为，所述第一热扩散部件与所述第二热扩散部件之间的所述间隔处于隔着所述散热部件而与所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间的所述间隔对置的位置。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述冷却器使用流动的制冷剂而对所述第一热扩散部件以及所述第二热扩散部件进行冷却，
所述第一热扩散部件的所述冷却器侧的端面的位置与所述第二热扩散部件的所述冷却器侧的端面的位置在所述制冷剂的流动方向上互不重叠。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述第一热扩散部件以及所述第二热扩散部件分别具备倾斜部件，所述倾斜部件以相对于所述散热部件而倾斜的状态从所述散热部件朝向所述冷却器延伸。
4.如权利要求3所述的半导体装置，其中，
所述第一热扩散部件具有第一倾斜部件和第二倾斜部件，其中，所述第一倾斜部件以相对于所述散热部件而倾斜的状态从所述散热部件朝向所述冷却器延伸，所述第二倾斜部件以越趋向所述冷却器侧越与所述第一倾斜部件分离的方式且以相对于所述散热部件而倾斜的状态从所述散热部件朝向所述冷却器延伸。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的半导体装置，其中，
还具备金属部件，所述金属部件被配置在所述第一热扩散部件以及所述第二热扩散部件与所述冷却器之间。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的半导体装置，其中，
还具备金属部件，所述金属部件被配置在所述散热部件的侧方。
7.如权利要求6所述的半导体装置，其中，
还具备连接部件，所述连接部件被配置于所述散热部件和所述金属部件之间，并对所述散热部件和所述金属部件进行连接。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的半导体装置，其中，
还具备金属部件，所述金属部件包围所述第一热扩散部件以及所述第二热扩散部件，
在被所述金属部件包围的空间中填充有液体或粉末。
9.如权利要求3或4所述的半导体装置，其中，
所述倾斜部件在与所述冷却器的所述制冷剂的流动方向正交的方向上延伸。
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