CN109119379B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

目的是针对半导体装置提供通过对接合材料收缩所引起的冷却板翘曲进行抑制，从而能够抑制冷却性能降低的技术。半导体装置(100)具备：冷却板(11)，具备在绝缘体之上配置的电路图案；冷却板(12)，与冷却板(11)相对地配置，具备在绝缘体上配置的电路图案；半导体芯片(15)，由接合材料接合在冷却板(11)的电路图案和冷却板(12)的电路图案之间；以及壳体(13)，对冷却板(11)及冷却板(12)的外周部进行保持，且收容冷却板(11)及冷却板(12)的一部分和半导体芯片，半导体芯片搭载于冷却板(11)和冷却板(12)之间的半导体芯片搭载部(11a、12a)，壳体的与半导体芯片搭载部及其周边对应的部分的上下宽度比壳体的其它部分的上下宽度大。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及具有对半导体芯片的上表面和下表面这两者进行冷却的双面冷却构造的半导体装置。
背景技术
作为半导体装置，存在具有对半导体芯片的上表面和下表面这两者进行冷却的双面冷却构造的半导体装置。就以往的具有双面冷却构造的半导体装置而言，例如，在半导体芯片的上表面和下表面用焊料将由Cu材料构成的一对散热板接合，在一对散热板之间封装有绝缘材料。
例如，在专利文献1中提出了具有如下构造的半导体装置，即，将在绝缘性薄板之上层叠金属制散热板并在金属制散热板之上层叠有金属制薄板的构造物，接合于半导体芯片的上表面和下表面。
专利文献1：日本特开平11-204703号公报
但是，就专利文献1所记载的半导体装置而言，由于将半导体芯片与金属制薄板接合时所产生的接合材料的收缩，使得金属制薄板的半导体芯片搭载部被向半导体芯片侧拉拽。由此，存在如下问题，即，由于上下的冷却板翘曲而使得上侧的金属制薄板和下侧的金属制薄板的平行度变差，半导体装置的冷却性能降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于针对半导体装置提供如下技术，即，通过对接合材料的收缩所引起的冷却板的翘曲进行抑制，从而能够抑制冷却性能的降低。
本发明涉及的半导体装置具备：第1冷却板，其具备在绝缘体之上配置的电路图案；第2冷却板，其与所述第1冷却板相对地配置，具备在绝缘体之上配置的电路图案；半导体芯片，其由接合材料接合在所述第1冷却板的所述电路图案和所述第2冷却板的所述电路图案之间；以及壳体，其对所述第1冷却板及所述第2冷却板的外周部进行保持，且收容所述第1冷却板及所述第2冷却板的一部分和所述半导体芯片，所述半导体芯片搭载于所述第1冷却板和所述第2冷却板之间的半导体芯片搭载部，所述壳体的与所述半导体芯片搭载部及其周边对应的部分的上下宽度比所述壳体的其它部分的上下宽度大。
发明的效果
根据本发明，壳体的与半导体芯片搭载部及其周边对应的部分的上下宽度比壳体的其它部分的上下宽度大。因此，在接合半导体芯片时即使接合材料收缩也能够抑制冷却板翘曲。由此，能够将上侧的冷却板和下侧的冷却板的平行度维持为最合适的值，因此能够抑制半导体装置的冷却性能的降低。
附图说明
图1是实施方式涉及的半导体装置的剖视图。
图2是半导体装置所具备的壳体的斜视图。
图3是实施方式的变形例涉及的半导体装置的剖视图。
标号的说明
1绝缘体，2电路图案，11冷却板，11a半导体芯片搭载部，12冷却板，12a半导体芯片搭载部，13壳体，15半导体芯片，16开口部，17开口部，100半导体装置，100A半导体装置。
具体实施方式
[实施方式]
下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是实施方式涉及的半导体装置100的剖视图。图2是半导体装置100所具备的壳体13的斜视图。
如图1所示，半导体装置100具备作为第1冷却板的冷却板11、作为第2冷却板的冷却板12、半导体芯片15、以及壳体13。半导体装置100是例如汽车用半导体模块。
冷却板11具备绝缘体1及电路图案2。绝缘体1为平板状，例如由Si3N4、AlN、Al2O3或ZrAl2O3构成。电路图案2在绝缘体1的上表面与周缘部相比配置在内侧，绝缘体1及电路图案2被一体化。电路图案2由例如Cu等金属构成。冷却板11还具备从绝缘体1的下表面凸出的多个散热鳍片4。
就各冷却板11、12而言，由于绝缘体1及电路图案2被一体化，因此不需要在绝缘体1和散热鳍片4之间使用散热脂(grease)。散热脂是会由于泵出等导致热阻劣化的材料，但由于在半导体装置100处，在绝缘体1和散热鳍片4之间没有使用散热脂，因此能够抑制长期的热阻的波动。
冷却板12是与冷却板11相同的部件，是将冷却板11上下颠倒的部件。冷却板12以与冷却板11相对的状态配置在冷却板11的上侧。
半导体芯片15搭载于冷却板11的电路图案2和冷却板12的电路图案2之间的半导体芯片搭载部11a、12a。更具体而言，半导体芯片15的上表面通过接合材料与冷却板12的电路图案2接合，半导体芯片15的下表面与冷却板11的电路图案2接合。此外，接合材料为例如焊料。
通过将半导体芯片15与冷却板12的电路图案2、冷却板11的电路图案2连接，从而构成电路。另外，半导体芯片15所产生的热经由电路图案2及绝缘体1传导至散热鳍片4，从散热鳍片4进行散热。即，冷却板11的电路图案2的上表面以及冷却板12的电路图案2的下表面为冷却面。
如图1所示，半导体芯片搭载部11a位于冷却板11的电路图案2的上表面的中央部，半导体芯片搭载部12a位于冷却板12的电路图案2的下表面的中央部。此外，与半导体芯片15的个数相对应地，半导体芯片搭载部11a、12a的位置及大小不同。
如图1和图2所示，壳体13具备前侧面部13a、后侧面部13b、左侧面部13c、以及右侧面部13d，上下方向是开放的。壳体13对冷却板11及冷却板12的外周部进行保持，且收容冷却板11及冷却板12的一部分和半导体芯片15。更具体而言，冷却板11的绝缘体1的上端部与其它部分相比横向的厚度变薄，另外，冷却板12的绝缘体1的下端部与其它部分相比横向的厚度变薄。由此，在冷却板11的绝缘体1的上端部及冷却板12的绝缘体1的下端部的外周部整体形成有台阶3。
壳体13嵌入于台阶3。冷却板11、12的绝缘体1中的供壳体13嵌入的部分的横向厚度变薄，除此以外的部分的横向厚度变厚。壳体13由PPS(聚苯硫醚)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、或环氧树脂等树脂构成。此外，在图1中，前侧面部13a位于剖面的纸面近端侧，由于在图1的剖面表现不出来，所以用虚线表示。
在壳体13的内部即由冷却板11及冷却板12包围的空间封装有绝缘材料14。绝缘材料14由例如树脂或凝胶构成。
下面，对作为本实施方式的特征的壳体13的形状进行说明。如图1和图2所示，壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边对应的部分的上下宽度比壳体13的其它部分的上下宽度大。更具体而言，壳体13的上下宽度连续地以曲线状变化，壳体13的前侧面部13a的上端越靠近横向中央部越向上方凸出，且前侧面部13a的下端越靠近横向中央部越向下方凸出。由于后侧面部13b、左侧面部13c、以及右侧面部13d的形状也与前侧面部13a的情况相同，因此省略说明。
此外，壳体13的上下宽度并非必需要连续地变化，也可以仅是壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边对应的部分的上端向上方凸出，下端向下方凸出。
另外，壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边对应的部分是壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边相对的部分，例如是由图2的假想线表示的部分。
就以往的半导体装置而言，壳体的各侧面为直线状。因此，由于将半导体芯片与电路图案接合时所产生的接合材料的收缩，使得电路图案的半导体芯片搭载部被向半导体芯片侧拉拽。即，下侧的电路图案的半导体芯片搭载部被向上方拉拽而成为向上方凸的形状，上侧的电路图案的半导体芯片搭载部被向下方拉拽而成为向下方凸的形状。这样，存在如下问题，即，由于上下的电路图案翘曲而使得上侧的电路图案和下侧的电路图案的平行度变差，半导体装置的冷却性能降低。
与此相对，在本实施方式中，为了对由于接合材料的收缩而使得电路图案2的半导体芯片搭载部11a、12a被向半导体芯片15侧拉拽进行抑制，壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边对应的部分的上下宽度被设计成比壳体13的其它部分的上下宽度大。由此，能够提高壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边对应的部分的刚性，抑制由于接合材料的收缩而将电路图案2的半导体芯片搭载部11a、12a向半导体芯片15侧拉拽。
通过这样做，从而能够在保证了上下冷却面的平行度的基础上，将绝缘材料14封闭在由冷却板11及冷却板12包围的空间内。由于能够抑制绝缘材料14附着于冷却板11、12的位于壳体13外侧的部分，特别是散热鳍片4，因此不需要对附着有绝缘材料14的位置进行切削等追加加工。
如上所述，就实施方式涉及的半导体装置100而言，壳体13的与半导体芯片搭载部11a、12a及其周边对应的部分的上下宽度比壳体13的其它部分的上下宽度大。因此，在接合半导体芯片15时即使接合材料收缩也能够抑制冷却板11、12翘曲。由此，能够将上侧的冷却板12和下侧的冷却板11的平行度维持为最合适的值，因此能够抑制半导体装置100的冷却性能的降低。
由于壳体13的上下宽度连续地变化，因此与以往相比，能够提高壳体13的与除了没有配置半导体芯片15的冷却板11、12的端部以外的部分对应的部分的刚性。由此，对于半导体芯片15的个数增加的情况，也能够应对。
由于半导体装置100是汽车用半导体模块，因此对于要求可靠性和散热性的提高的汽车用半导体装置而言是有用的。由此，能够实现半导体装置100的小型化、耐久性提高及产量提高。
(变形例)
下面，对实施方式的变形例进行说明。图3是实施方式的变形例涉及的半导体装置100A的剖视图。
如图3所示，就半导体装置100A而言，壳体13还具备开口部16、17。开口部16是用于将绝缘材料14注入到壳体13内的第1开口部，设置在左侧面部13c。开口部17是用于在注入绝缘材料14时排出空气的第2开口部，设置在右侧面部13d。就开口部17而言，由于位于与开口部16相对的位置，且与开口部16相比设置在上方，因此能够抑制在注入绝缘材料14时绝缘材料14与壳体13内的空气一起流出到壳体13的外部。另外，由于将绝缘材料14封装在壳体13内，因此能够抑制绝缘材料14附着于处于壳体13的外部的散热鳍片4。
此外，开口部16及开口部17只要处于彼此相对的位置即可，如果满足该关系，则无论设置在前侧面部13a、后侧面部13b、左侧面部13c还是右侧面部13d都可以。
如上所述，就实施方式的变形例涉及的半导体装置100A而言，由于壳体13具备用于将绝缘材料14注入到壳体13内的开口部16和用于在注入绝缘材料14时排出空气的开口部17，因此能够将注入用的开口部16及排出空气用的开口部17这两者设置于壳体13。由此，能够减少部件数，使半导体装置100A的组装性提高。就开口部17而言，由于位于与开口部16相对的位置，且与开口部16相比设置在上方，因此能够抑制在注入绝缘材料14时绝缘材料14与壳体13内的空气一起流出到壳体13的外部。
此外，本发明可以在其发明的范围内对实施方式适当进行变形、省略。

Claims (3)

1.一种半导体装置，其具备：
第1冷却板，其具备在绝缘体之上配置的电路图案；
第2冷却板，其与所述第1冷却板相对地配置，具备在绝缘体之上配置的电路图案；
半导体芯片，其由接合材料接合在所述第1冷却板的所述电路图案和所述第2冷却板的所述电路图案之间；以及
壳体，其对所述第1冷却板及所述第2冷却板的外周部进行保持，且收容所述第1冷却板及所述第2冷却板的一部分和所述半导体芯片，
所述半导体芯片搭载于所述第1冷却板和所述第2冷却板之间的半导体芯片搭载部，
所述壳体的上下方向开放，
所述壳体的与所述半导体芯片搭载部及其周边对应的部分的上下宽度比所述壳体的其它部分的上下宽度大，
所述壳体的上下宽度连续地变化，
所述壳体的上端越从横向端部向所述半导体芯片搭载部行进越向上方凸出，并且，所述壳体的下端越从横向端部向所述半导体芯片搭载部行进越向下方凸出。
2.一种半导体装置，其具备：
第1冷却板，其具备在绝缘体之上配置的电路图案；
第2冷却板，其与所述第1冷却板相对地配置，具备在绝缘体之上配置的电路图案；
半导体芯片，其由接合材料接合在所述第1冷却板的所述电路图案和所述第2冷却板的所述电路图案之间；以及
壳体，其对所述第1冷却板及所述第2冷却板的外周部进行保持，且收容所述第1冷却板及所述第2冷却板的一部分和所述半导体芯片，
所述半导体芯片搭载于所述第1冷却板和所述第2冷却板之间的半导体芯片搭载部，
所述壳体的与所述半导体芯片搭载部及其周边对应的部分的上下宽度比所述壳体的其它部分的上下宽度大，
所述壳体的上下宽度连续地变化，
所述壳体的上端越从横向端部向所述半导体芯片搭载部行进越向上方凸出，并且，所述壳体的下端越从横向端部向所述半导体芯片搭载部行进越向下方凸出，
所述壳体具备用于将绝缘材料注入到所述壳体内的第1开口部和用于在注入所述绝缘材料时排出空气的第2开口部，
所述第2开口部位于与所述第1开口部相对的位置，且与所述第1开口部相比设置在上方。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述半导体装置是汽车用半导体模块。
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