CN113140531A - 半导体装置及半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体装置及半导体模块。本发明的目的在于提供通过改善与散热部件的接触性而提高散热性的半导体装置。半导体装置包含基座板、半导体芯片、壳体、散热部件以及多个安装部。半导体芯片被保持于基座板的表面侧。壳体以将半导体芯片收容于内侧的方式设置于基座板的表面。散热部件设置于基座板的背面，能够与用于对半导体芯片进行冷却的散热器接触。多个安装部具有将壳体安装于散热器的功能。在俯视观察时构成将多个安装部的位置连接而确定的形状的多条边中的长边的延伸方向上的散热部件的端部位于构成该长边的2个安装部之间。

Description

半导体装置及半导体模块
技术领域
本发明涉及半导体装置及半导体模块。
背景技术
作为对在半导体装置的内部产生的热进行散热的构造，已知如下构造，即，在将散热片设置于半导体装置的基座板与散热器之间的基础上，通过螺钉固定而将该半导体装置与散热器固定。在该构造中，基座板与散热片之间的接触性、或者散热片与散热器之间的接触性影响散热性。
在专利文献1中，提出了由具有切口部的陶瓷电路基板和对陶瓷电路基板进行按压的模块盖部构成的模块构造体。
专利文献1：日本专利第3669980号公报
在将散热部件设置于半导体装置的基座板与散热器之间，并且通过螺钉而将该半导体装置与散热器紧固的结构中，基座板从散热器受到反作用力。在基座板由于该反作用力而弯曲成凹状的情况下，基座板的中央部的面压力变小。因此，半导体装置与散热部件之间的接触性、或者散热部件与散热器之间的接触性变差。在半导体装置工作时，存在热集中于基座板的中央部的倾向，因此在中央部的接触性不充分的情况下，半导体装置的散热性下降。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供提高经由散热部件的向散热器的散热性的半导体装置。
本发明涉及的半导体装置包含基座板、半导体芯片、壳体、散热部件以及多个安装部。半导体芯片被保持于基座板的表面侧。壳体以将半导体芯片收容于内侧的方式设置于基座板的表面。散热部件设置于基座板的背面，能够与用于对半导体芯片进行冷却的散热器接触。多个安装部具有将壳体安装于散热器的功能。在俯视观察时构成将多个安装部的位置连接而确定的形状的多条边中的长边的延伸方向上的散热部件的端部位于构成该长边的2个安装部之间。
发明的效果
根据本发明，能够提供提高经由散热部件的向散热器的散热性的半导体装置。
本发明的目的、特征、方案以及优点通过以下的详细说明和附图变得更清楚。
附图说明
图1是表示实施方式1中的半导体装置的结构的剖面图。
图2是表示实施方式1中的壳体以及基座板的结构的剖面图。
图3是表示实施方式1中的基座板的结构的仰视图。
图4是表示实施方式1中的散热片的结构的剖面图。
图5是表示实施方式1中的散热片的结构的仰视图。
图6是表示实施方式1中的半导体模块的结构的剖面图。
图7是表示实施方式1中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图8是表示实施方式1中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图9是表示实施方式1中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图10是表示实施方式1中的对比构造的壳体以及基座板的结构的剖面图。
图11是表示实施方式1中的对比构造的基座板的结构的仰视图。
图12是表示实施方式1中的对比构造的散热片的结构的剖面图。
图13是表示实施方式1中的对比构造的散热片的结构的仰视图。
图14是表示实施方式1中的对比构造的半导体装置被安装于散热器的工序的概略的图。
图15是表示实施方式1中的对比构造的半导体装置被安装于散热器的工序的概略的图。
图16是表示实施方式1中的对比构造的半导体装置被安装于散热器的工序的概略的图。
图17是表示实施方式1的变形例中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图18是表示实施方式2中的半导体模块的结构的剖面图。
图19是表示实施方式2中的半导体装置的壳体以及基座板的结构的剖面图。
图20是表示实施方式2中的半导体装置的壳体以及基座板的结构的仰视图。
图21是表示实施方式2中的散热片的结构的剖面图。
图22是表示实施方式2中的散热片的结构的仰视图。
图23是表示实施方式2中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图24是表示实施方式2中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图25是表示实施方式2中的半导体模块的制造工序的概略的图。
图26是表示实施方式2中的对比构造的壳体以及基座板的结构的剖面图。
图27是表示实施方式2中的对比构造的壳体以及基座板的结构的仰视图。
图28是表示实施方式2中的对比构造的散热片的结构的剖面图。
图29是表示实施方式2中的对比构造的散热片的结构的仰视图。
图30是表示实施方式2中的对比构造的半导体装置被安装于散热器的工序的概略的图。
图31是表示实施方式2中的对比构造的半导体装置被安装于散热器的工序的概略的图。
图32是表示实施方式2中的对比构造的半导体装置被安装于散热器的工序的概略的图。
图33是表示实施方式4中的散热片的结构的平面图。
图34是表示实施方式5中的半导体装置的结构的剖面图。
图35是表示实施方式5中的基座板的结构的仰视图。
图36是表示实施方式5中的散热片的结构的剖面图。
图37是表示实施方式5中的散热片的结构的仰视图。
图38是表示实施方式6中的半导体模块的结构的俯视图。
图39是表示实施方式6中的半导体模块的结构的剖面图。
图40是表示实施方式7中的半导体模块的结构的俯视图。
图41是表示实施方式7中的散热片的结构的俯视图。
图42是表示实施方式7中的半导体模块的结构的剖面图。
图43是表示实施方式8中的半导体模块的结构的俯视图。
图44是表示实施方式8中的散热片以及散热器的结构的俯视图。
图45是表示实施方式8的变形例中的半导体模块的结构的俯视图。
图46是表示实施方式9中的半导体模块的结构的俯视图。
图47是表示实施方式9中的半导体模块的结构的剖面图。
图48是表示实施方式10中的散热片的结构的俯视图。
图49是表示实施方式10中的散热片的结构的剖面图。
标号的说明
1基座板，2绝缘基板，3半导体芯片，4壳体，5电极端子，6封装材料，8安装部，9散热部件，9A散热片，9B端部，9C端部，9D端部，9E端部，10散热器，10A螺孔，10B螺钉，13粘接材料，15压板，15A压板，81第1贯通孔，82第2贯通孔，100半导体装置，101半导体装置，102半导体装置，105半导体装置，106半导体装置，107半导体装置，200半导体模块，201半导体模块，202半导体模块，206半导体模块，207半导体模块，208半导体模块，208A半导体模块，209半导体模块，Fa轴向力，Fr反作用力，L1反作用力间距离，L2反作用力间距离，L3反作用力间距离，L4反作用力间距离。
具体实施方式
＜实施方式1＞
图1是表示实施方式1中的半导体装置100的结构的剖面图。
半导体装置100包含基座板1、绝缘基板2、半导体芯片3、壳体4、电极端子5、封装材料6、盖7、散热部件9以及多个安装部8。图2是表示实施方式1中的壳体4以及基座板1的结构的剖面图。在图2中，省略了壳体4的内部结构的图示。图3是表示实施方式1中的基座板1的结构的仰视图。
基座板1构成半导体装置100的底部。实施方式1中的基座板1的平面形状是长方形。在基座板1的外周部设置有后述的构成安装部8的第1贯通孔81。
绝缘基板2经由焊料11而与基座板1的表面接合。绝缘基板2包含由树脂制成或者陶瓷制成的绝缘层2A和在该绝缘层2A的表面设置的电路图案2B。
半导体芯片3经由焊料12而与绝缘基板2的电路图案2B接合。即，半导体芯片3被保持于基座板1的表面侧。在实施方式1中，2个半导体芯片3并列地配置于电路图案2B之上。半导体芯片3例如由Si等半导体或者SiC、GaN等所谓的宽带隙半导体形成。半导体芯片3例如是电力用半导体芯片(功率半导体芯片)、用于对该功率半导体芯片进行控制的控制IC(Integrated Circuit)等。半导体芯片3例如是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、肖特基势垒二极管等。
壳体4呈框形状。壳体4以将半导体芯片3收容于该框形状的内侧的方式设置于基座板1的表面。壳体4经由粘接材料13而与基座板1接合。在实施方式1中，俯视观察时的壳体4的外形是长方形。另外，壳体4的背面的大小与基座板1的大小相同。在壳体4的外周部设置有后述的构成安装部8的第2贯通孔82。第2贯通孔82例如由被填埋于壳体4的衬套形成。
电极端子5例如作为被填埋于壳体4、与壳体4一体的部件而形成。电极端子5的一端例如通过导线14等内部配线而与半导体芯片3连接。电极端子5的另一端以能够与外部电路连接的方式设置。在图1中，仅示出电极端子5与半导体芯片3之间的内部配线的一部分。
封装材料6被填充于壳体4的框形状的内侧，将绝缘基板2以及半导体芯片3等封装。封装材料6由绝缘材料形成。盖7被覆盖于该封装材料6的上方。
多个安装部8是为了将壳体4安装于散热器而设置的。换言之，安装部8具有将半导体装置100固定于散热器的功能。实施方式1中的安装部8包含在基座板1设置的第1贯通孔81和在壳体4设置的第2贯通孔82。安装部8在俯视观察时设置于基座板1以及壳体4的四角(4个角)。在第1贯通孔81以及第2贯通孔82中贯通有后述的螺钉。
散热部件9设置于基座板1的背面。散热部件9以在半导体装置100被固定于散热器的情况下能够与该散热器接触的方式设置。实施方式1中的散热部件9是散热片9A。图4及图5分别是表示实施方式1中的散热片9A的结构的剖面图以及仰视图。在图4及图5中，基座板1的形状由虚线示出。
安装部8设置于壳体4的4个角，所以，在俯视观察时将4个安装部8的位置连接而确定的形状为长方形。构成由这些安装部8的位置确定的长方形的4条边中的长边的延伸方向在图1中是横向(左右方向)。该长边的延伸方向上的散热片9A的端部9B、9C位于构成该长边的2个安装部8之间。换言之，散热片9A设置于构成该长边的2个安装部8的内侧。
图6是表示实施方式1中的半导体模块200的结构的剖面图。在图6中，省略了壳体4的内部结构的图示。半导体模块200包含半导体装置100、散热器10以及多个固定部80。
散热器10经由散热片9A而与基座板1的背面接触。散热器10具有在半导体装置100的驱动时对半导体芯片3进行冷却的功能。在实施方式1中的散热器10处，与半导体装置100的安装部8的位置相对应地设置有螺孔10A。
固定部80包含：安装部8，其包含第1贯通孔81以及第2贯通孔82；螺钉10B，其贯通安装部8；以及散热器10的螺孔10A。螺钉10B与螺孔10A彼此紧固。由此，固定部80对壳体4赋予设置有散热器10的方向的应力，将壳体4固定于散热器10。
图7至图9是表示实施方式1中的半导体模块200的制造工序的概略的图。首先，半导体装置100载置于散热器10之上的预先确定的位置。具体地说，半导体装置100的安装部8被以与散热器10的螺孔10A对齐的方式进行对位(图7)。贯通左侧的安装部8的螺钉10B与散热器10的螺孔10A彼此紧固(图8)。由此，在从壳体4向散热器10的方向上产生轴向力Fa，在从散热器10向壳体4的方向上产生反作用力Fr。该轴向力Fa在左侧的安装部8处产生。反作用力Fr经由与散热器10接触的散热片9A而向基座板1传递，因此在与左侧的安装部8接近的散热片9A的端部9B处产生。并且，贯通右侧的安装部8的螺钉10B与螺孔10A彼此紧固(图9)。其结果，在右侧的安装部8处产生轴向力Fa，在与该右侧的安装部8接近的散热片9A的端部9C处产生反作用力Fr。在将产生反作用力Fr的位置之间定义为反作用力间距离的情况下，如图5所示的这样，实施方式1中的反作用力间距离L1对应于散热片9A的对角距离。
接下来，对将4个安装部8的位置连接而确定的长方形的长边的延伸方向上的散热片9A的端部9B、9C位于构成该长边的2个安装部8的外侧的情况下的构造进行说明。这里，将该构造称为对比构造。图10是表示实施方式1中的对比构造的壳体94以及基座板91的结构的剖面图。在图10中，省略了壳体94的内部结构的图示。图11是表示实施方式1中的对比构造的基座板91的结构的仰视图。图12及图13分别是表示实施方式1中的对比构造所具有的散热片99A的结构的剖面图以及仰视图。散热片99A具有与壳体94的背面以及基座板91相同的形状，与安装部98相对应地设置有贯通孔。
图14至图16是表示实施方式1中的对比构造的半导体装置910被安装于散热器10的工序的概略的图。首先，在散热器10之上设置散热片99A。接下来，半导体装置910的安装部98被以与散热器10的螺孔10A对齐的方式进行对位(图14)。贯通左侧的安装部98的螺钉10B与散热器10的螺孔10A彼此紧固(图15)。轴向力Fa在左侧的安装部98处产生。反作用力Fr在与左侧的安装部98接近的位置处产生。并且，贯通右侧的安装部98的螺钉10B与螺孔10A彼此紧固(图16)。其结果，在右侧的安装部98处产生轴向力Fa，在与该右侧的安装部98接近的位置处产生反作用力Fr。因此，如图13所示的这样，对比构造中的反作用力间距离L2对应于彼此位于对角的安装部98之间的距离。在这样的状态下，基座板91容易相对于散热器10而挠曲成凹状。在基座板91挠曲成凹状的情况下，例如，在基座板91的中央部，在基座板91与散热片99A之间产生空隙。因此，半导体模块920的散热性变差。
另一方面，实施方式1中的半导体模块200的反作用力间距离L1比对比构造中的反作用力间距离L2短。因此，减小或者防止了基座板1的挠曲。换言之，基座板1与散热片9A之间的接触性、或者散热片9A与散热器10之间的接触性得到改善，半导体模块200的散热性提高。
综上所述，实施方式1中的半导体装置100包含基座板1、半导体芯片3、壳体4、散热部件9以及多个安装部8。半导体芯片3被保持于基座板1的表面侧。壳体4以将半导体芯片3收容于内侧的方式设置于基座板1的表面。散热部件9设置于基座板1的背面，能够与用于对半导体芯片3进行冷却的散热器10接触。多个安装部8具有将壳体4安装于散热器10的功能。在俯视观察时构成将多个安装部8的位置连接而确定的形状的多条边中的长边的延伸方向上的散热部件9的端部9B、9C位于构成长边的2个安装部8之间。
根据这样的结构，改善了经由散热片9A的向散热器10的散热性。因此，不需要像以往那样，为了防止针对散热片9A的面压力下降，对安装部8的位置进行调整等壳体4的规格的变更。仅通过变更散热片9A的结构，就确保了针对散热片9A的面压力。其结果，改善了半导体装置100的散热性。另外，根据这样的结构，确保了壳体4的构造设计的自由度，因此能够实现半导体装置100的小型化。另外，能够防止半导体装置100的驱动时的内部温度的上升，功率循环等的可靠性提高。这样的半导体装置100例如被应用于发电系统、送电系统、高效的能量利用系统、能量再生系统等。
实施方式1中的散热片9A与对比构造中的散热片99A相比较，与基座板1接触的面积被削减。因此，在散热片9A不与基座板1接触的区域得不到散热效果。但是，该区域是半导体装置100的外周部，远离发热集中的中央部。因此，就半导体装置100而言，由针对中央部的散热片9A的面压力的提高实现的散热性的改善为支配性的。
另外，在实施方式1中，半导体芯片3被安装于与基座板1接合的绝缘基板2，但半导体芯片3的安装形态不限定于此。例如，也可以是绝缘层2A与电路图案2B一体地形成于基座板1的表面，在该电路图案2B之上安装有半导体芯片3。在这样的结构中，绝缘基板2的功能被与基座板1一体化，因此散热性提高，并且成本削减。
散热部件9不限定于散热片9A，也可以是散热脂等。在散热片9A与散热脂相比难以变形的情况下，散热片9A是有效的。
基座板1也可以是中央部的厚度比外周部厚。在这样的结构中，即使在基座板1相对于散热器10而挠曲成凹状的情况下，也会维持基座板1与散热片9A之间的接触性、或者散热片9A与散热器10之间的接触，确保半导体模块200的散热性。
(实施方式1的变形例)
实施方式1的变形例中的半导体模块201与图6所示的半导体模块200相同。但是，其制造工序不同。图17是表示实施方式1的变形例中的半导体模块201的制造工序的概略的图。在半导体装置101未预先设定散热片9A。在半导体模块201的制造工序中，首先，在散热器10之上载置散热片9A。散热片9A的形状以及位置与实施方式1相同。在该散热片9A之上载置半导体装置101。贯通安装部8的螺钉10B与螺孔10A彼此紧固。这样形成的半导体模块201也取得与实施方式1相同的效果。
＜实施方式2＞
对实施方式2中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式2是实施方式1的下位概念，实施方式2中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1相同的结构以及动作，省略说明。
图18是表示实施方式2中的半导体模块202的结构的剖面图。图19及图20分别是表示实施方式2中的半导体装置102的壳体4以及基座板1的结构的剖面图以及仰视图。在图18及图19中，省略了壳体4的内部结构的图示。
在实施方式2中，基座板1的结构与实施方式1不同。在实施方式2中，同样地，安装部8(第2贯通孔82)分别设置于壳体4的4个角，所以，在俯视观察时将4个安装部8的位置连接而确定的形状为长方形。构成该长方形的4条边中的长边的延伸方向在图18中是横向(左右方向)。基座板1在该长方形的长边的延伸方向上设置于多个安装部8的内侧。换言之，基座板1不设置于壳体4的第2贯通孔82的正下方。因此，如图18所示的这样，半导体模块202的固定部80由安装部8、螺钉10B以及螺孔10A构成，该安装部8由第2贯通孔82构成。
图21及图22分别是表示实施方式2中的散热片9A的结构的剖面图以及仰视图。在图21及图22中，基座板1的大小由虚线示出。
长边的延伸方向上的散热片9A的端部9B、9C与基座板1的端部1B、1C相比位于内侧。并且，与该长边不同的边即短边的延伸方向(在图20及图22中是纵向)上的散热片9A的端部9D、9E位于长边上或者与长边相比位于壳体4的外周侧。
图23至图25是表示实施方式2中的半导体模块202的制造工序的概略的图。首先，半导体装置102载置于散热器10之上的预先确定的位置。具体地说，半导体装置102的安装部8被以与散热器10的螺孔10A对齐的方式进行对位(图23)。贯通左侧的安装部8的螺钉10B与散热器10的螺孔10A彼此紧固(图24)。由此，在从壳体4向散热器10的方向上产生轴向力Fa，在从散热器10向壳体4的方向上产生反作用力Fr。该轴向力Fa在左侧的安装部8处产生。反作用力Fr在与左侧的安装部8接近的散热片9A的端部9B处产生。并且，贯通右侧的安装部8的螺钉10B与螺孔10A彼此紧固(图25)。其结果，在右侧的安装部8处产生轴向力Fa，在与该右侧的安装部8接近的散热片9A的端部9C处产生反作用力Fr。如图22所示的这样，实施方式2中的反作用力间距离L3对应于散热片9A的对角距离。
接下来，对将4个安装部8的位置连接而确定的长方形的长边的延伸方向上的散热片9A的端部9B、9C位于构成该长边的2个安装部8的外侧的情况下的构造进行说明。这里，将该构造称为对比构造。图26是表示实施方式2中的对比构造的壳体94以及基座板91的结构的剖面图。在图26中，省略了壳体94的内部结构的图示。图27是表示实施方式2中的对比构造的壳体94以及基座板91的结构的仰视图。图28及图29分别是表示实施方式2中的对比构造所具有的散热片99A的结构的剖面图以及仰视图。散热片99A具有与壳体94的底面相同的形状，与安装部98相对应地设置有贯通孔。
图30至图32是表示实施方式2中的对比构造的半导体装置912被安装于散热器10的工序的概略的图。首先，在散热器10之上设置散热片99A。接下来，半导体装置912的安装部98被以与散热器10的螺孔10A对齐的方式进行对位(图30)。贯通左侧的安装部98的螺钉10B与散热器10的螺孔10A彼此紧固(图31)。轴向力Fa在左侧的安装部98处产生。反作用力Fr在与左侧的安装部98接近的基座板91的端部91B处产生。并且，贯通右侧的安装部98的螺钉10B与螺孔10A彼此紧固(图32)。其结果，在右侧的安装部98处产生轴向力Fa，在与该右侧的安装部98接近的基座板91的端部91C处产生反作用力Fr。因此，如图27所示的这样，对比构造中的反作用力间距离L4对应于基座板91的对角距离。在这样的状态下，基座板91容易相对于散热器10而挠曲成凹状。在基座板91挠曲成凹状的情况下，例如，在基座板91的中央部，在基座板91与散热片99A之间产生空隙。因此，半导体模块922的散热性变差。
实施方式2中的半导体模块202的反作用力间距离L3比对比构造中的反作用力间距离L4短。因此，减小或者防止了基座板1的挠曲。换言之，改善了基座板1与散热片9A之间的接触性、或者散热片9A与散热器10之间的接触性，提高了半导体模块202的散热性。实施方式2中的半导体装置102以及半导体模块202取得与实施方式1相同的效果。
＜实施方式3＞
对实施方式3中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式3是实施方式1的下位概念，实施方式3中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1或者2相同的结构以及动作，省略说明。
就实施方式1及2所记载的半导体模块200、201、202而言，固定部80对壳体4赋予设置有散热器10的方向的应力。即，散热片9A在散热器10与基座板1之间受到压缩应力，并且被两者夹持。优选在该压缩的状态下，散热片9A的膜厚小于或等于200μm。
在对散热片9A施加有压缩应力的情况下，散热片9A的膜厚越厚，则基座板1的挠曲量越增加。但是，在该压缩的状态下的散热片9A的膜厚小于或等于200μm的情况下，基座板1的挠曲减小。因此，防止了针对基座板1的中央部的散热片9A的面压力的下降，提高了半导体模块200、201、202的散热性。
＜实施方式4＞
对实施方式4中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式4是实施方式1的下位概念，实施方式4中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1至3中任一者相同的结构以及动作，省略说明。
实施方式4中的散热片9A具有在俯视观察时至少1个角被倒角的外形。优选该被倒角的角是构成散热片9A的平面形状的多个角中的靠近安装部8的角。图33是表示实施方式4中的散热片9A的结构的平面图。在散热片9A处，在长方形的四角设置有C面(45°面)。
根据这样的结构，抑制了散热片9A的面积的削减量，并且反作用力间距离L变短。因此，确保了散热片9A与基座板1以及散热器10之间的接触面积。换言之，确保了针对散热片9A的面压力。其结果，改善了半导体模块的散热性。
＜实施方式5＞
对实施方式5中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式5是实施方式1的下位概念，实施方式5中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1至4中任一者相同的结构以及动作，省略说明。
图34是表示实施方式5中的半导体装置105的结构的剖面图。图35是表示半导体装置105的基座板1的结构的仰视图。图36及图37分别是表示实施方式5中的散热片9A的结构的剖面图以及仰视图。散热片9A设置于半导体芯片3的正下方、即下方。
根据这样的结构，改善了发热集中的半导体模块的中央部的散热性。另外，也防止了外周部附近的半导体芯片3的异常发热。半导体模块的动作异常减少。
＜实施方式6＞
对实施方式6中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式6中的半导体装置包含实施方式1的变形例中的半导体装置101的各结构。此外，关于与实施方式1至5中任一者相同的结构以及动作，省略说明。
图38及图39分别是表示实施方式6中的半导体模块206的结构的俯视图以及剖面图。图39示出图38所记载的线段A-A’处的剖面。在图39中，省略了壳体4的内部结构的图示。另外，在图39中，省略了各部件的阴影(在以后的剖面图中也是如此。)。
将安装部8的位置连接而确定的长方形的长边的延伸方向以及短边的延伸方向分别是图38中的纵向以及横向。将该纵向上的散热部件9的端部设为第1端部9B、9C，将横向上的端部设为第2端部9D、9E。第1端部9B、9C与实施方式1同样地，位于构成将安装部8的位置连接而确定的长方形的长边的2个安装部8之间。第2端部9D、9E伸出至壳体4的外侧。
在实施方式6的半导体模块206的制造方法中，首先，散热片9A被设置于散热器10之上。此时，散热片9A的第2端部9D、9E被通过胶带16等而临时固定于散热器10。在该状态下，在散热片9A之上载置半导体装置101，通过螺钉10B而将壳体4与散热器10紧固。由于该临时固定工序，作业性提高。
＜实施方式7＞
对实施方式7中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式7中的半导体装置包含实施方式1的变形例中的半导体装置101的各结构。此外，关于与实施方式1至6中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
图40是表示实施方式7中的半导体模块207的结构的俯视图。图41是表示实施方式7中的散热片9A的结构的俯视图。图42是表示半导体模块207的结构的剖面图。图42示出图40所记载的线段B-B’处的剖面。在图42中，省略了壳体4的内部结构的图示。
与实施方式6同样地，散热片9A的第2端部9D、9E伸出至壳体4的外侧。半导体模块207包含将伸出至该壳体4的外侧的散热片9A向散热器10的方向按压而进行固定的压板15。在散热器10设置有与该螺钉紧固的螺孔。在散热片9A设置有供该螺钉贯通的孔。压板15通过将该螺钉与螺孔进行紧固，从而被固定于散热器10。
半导体装置101所产生的热在从壳体4伸出的散热片9A的第2端部9D、9E的方向上扩散，因此传导至散热器10。半导体模块207的散热性提高。
＜实施方式8＞
对实施方式8中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式8中的半导体装置包含实施方式1的变形例中的半导体装置101的各结构。此外，关于与实施方式1至7中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
图43是表示实施方式8中的半导体模块208的结构的俯视图。图44是表示实施方式8中的散热片9A以及散热器10的结构的俯视图。
半导体模块208包含3个半导体装置101。3个半导体装置101被安装于1个散热器10之上。散热片9A的第1端部9B、9C与实施方式6同样地，位于构成将安装部8的位置连接而确定的长方形的长边的2个安装部8之间。散热片9A的第2端部9D、9E伸出至壳体4的外侧。被夹持在3个半导体装置101与散热器10之间的该散热片9A是被一体化的1个部件。
在实施方式8的半导体模块208的制造方法中，首先，散热片9A被载置于散热器10之上。该散热片9A能够搭载3个半导体装置101。此时，散热片9A被胶带16等临时固定于散热器10。在该状态下，在散热片9A之上载置3个半导体装置101，通过螺钉10B而将壳体4与散热器10紧固。根据这样的制造工序，散热片9A的设置作业减少，因此高效地进行半导体装置101的安装作业。另外，同样地，也产生实施方式6所记载的效果。
(实施方式8的变形例)
图45是表示实施方式8的变形例中的半导体模块208A的结构的俯视图。半导体模块208A包含2个半导体装置101。该2个半导体装置101设置于1个散热片9A之上。另外，半导体模块208A与实施方式7同样地，包含压板15。压板15对2个半导体装置101之间以及2个半导体装置101的外侧的散热片9A进行按压。这样的半导体模块208A取得与实施方式6至8相同的效果。
＜实施方式9＞
对实施方式9中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式9中的半导体装置包含实施方式1的变形例中的半导体装置101的各结构。此外，关于与实施方式1至8中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
图46及图47分别是表示实施方式9中的半导体模块209的结构的俯视图以及剖面图。图47示出图46所记载的线段C-C’处的剖面。在图47中，省略了壳体4的内部结构的图示。
半导体模块209与实施方式6同样地，包含压板15。但是，实施方式9中的压板15A是包含散热鳍片的散热体。半导体装置101所产生的热扩散至从壳体4伸出的散热片9A，从压板15A的散热鳍片进行散热。半导体模块209的散热性提高。
＜实施方式10＞
对实施方式10中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式10是实施方式1的下位概念，实施方式10中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1至9中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
图48及图49分别是表示实施方式10中的散热片9A的结构的俯视图以及剖面图。散热片9A的中央部的膜厚比外周部厚。改善了半导体装置的中央部处的基座板1与散热片9A、以及散热片9A与散热器10之间的接触性。因此，半导体模块的散热性提高。
＜实施方式11＞
对实施方式11中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式11是实施方式1的下位概念，实施方式11中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1至10中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
实施方式11中的壳体4通过包含比含有硅的树脂硬的树脂的粘接材料13而与基座板1的表面粘接。粘接材料13例如不是由硅树脂等柔软的材料制成的，而是由环氧树脂等硬的树脂制成。
壳体4通过硬的树脂而被固定于基座板1，因此，壳体4与基座板1被视为一体的部件。即，就半导体装置的刚性而言，向基座板1的刚性附加壳体4的刚性。在安装部8处的螺钉10B的紧固时，基座板1变得难以挠曲。其结果，半导体模块的散热性提高。
＜实施方式12＞
对实施方式12中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式12是实施方式1的下位概念，实施方式12中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1至11中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
实施方式12中的封装材料6包含比含有硅的树脂硬的树脂。封装材料6例如不是由硅树脂等柔软的材料制成的，而是由环氧树脂等硬的树脂制成。
对半导体装置的刚性附加封装材料6的刚性。在安装部8处的螺钉10B的紧固时，基座板1变得难以挠曲。其结果，半导体模块的散热性提高。
＜实施方式13＞
对实施方式13中的半导体装置以及半导体模块进行说明。实施方式13是实施方式1的下位概念，实施方式13中的半导体装置以及半导体模块分别包含实施方式1中的半导体装置100以及半导体模块200的各结构。此外，关于与实施方式1至12中任一项相同的结构以及动作，省略说明。
实施方式13中的散热片9A是由石墨制成的。散热片9A的面方向的传热特性良好，因此在半导体模块的中央部集中的热在面方向上传导。该热被传导至散热器10等，因此半导体模块的散热性提高。
此外，本发明能够对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
对于本发明进行了详细说明，但上述说明在所有方面均为例示，本发明不限定于此。可以理解为在不脱离本发明的范围的情况下能够想到未例示出的无数的变形例。

Claims (14)

1.一种半导体装置，其具有：
基座板；
半导体芯片，其被保持于所述基座板的表面侧；
壳体，其以将所述半导体芯片收容于内侧的方式设置于所述基座板的表面；
散热部件，其设置于所述基座板的背面，能够与用于对所述半导体芯片进行冷却的散热器接触；以及
多个安装部，它们用于将所述壳体安装于所述散热器，
在俯视观察时构成将所述多个安装部的位置连接而确定的形状的多条边中的长边的延伸方向上的所述散热部件的端部，位于构成所述长边的2个安装部之间。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述长边的所述延伸方向上的所述基座板的端部位于构成所述长边的所述2个安装部之间，
所述长边的所述延伸方向上的所述散热部件的所述端部与所述基座板的所述端部相比位于内侧，
与所述长边不同的边的延伸方向上的所述散热部件的端部位于所述长边上或者与所述长边相比位于所述壳体的外周侧。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述散热部件具有在俯视观察时至少1个角被倒角的外形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述散热部件设置于所述半导体芯片的下方。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中，
所述散热部件的中央部的膜厚比所述散热部件的外周部厚。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述壳体通过比含有硅的树脂硬的树脂而与所述基座板的所述表面粘接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其中，
还具有封装材料，该封装材料设置于所述壳体的内侧，将被收容于所述壳体的所述半导体芯片封装，
所述封装材料包含比含有硅的树脂硬的树脂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其中，
所述散热部件是由石墨制成的散热片。
9.一种半导体模块，其具有：
权利要求1至权利要求8中任一项所述的至少1个半导体装置；
所述散热器，其以经由所述散热部件而与所述基座板的所述背面接触的方式设置，用于对所述半导体芯片进行冷却；以及
多个固定部，它们经由所述多个安装部而将所述壳体固定于所述散热器，
所述多个固定部对所述壳体赋予所述散热器的方向的应力而将所述壳体固定于所述散热器。
10.根据权利要求9所述的半导体模块，其中，
被所述基座板与所述散热器夹持的所述散热部件的膜厚小于或等于200μm。
11.根据权利要求9或10所述的半导体模块，其中，
与所述长边不同的边的延伸方向上的所述散热部件的端部伸出至所述壳体的外侧。
12.根据权利要求11所述的半导体模块，其中，
还具有对伸出至所述壳体的外侧的所述散热部件向所述散热器的方向进行按压的压板。
13.根据权利要求12所述的半导体模块，其中，
所述压板是包含散热鳍片的散热体。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的半导体模块，其中，
所述至少1个半导体装置是多个半导体装置，
所述多个半导体装置的所述散热部件被一体化。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7378379B2 (ja) * 2020-11-02 2023-11-13 三菱電機株式会社 パワー半導体モジュール及び電力変換装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014049726A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Toshiba Corp 半導体装置
CN109461710A (zh) * 2017-09-06 2019-03-12 三菱电机株式会社 半导体装置
WO2019102537A1 (ja) * 2017-11-22 2019-05-31 三菱電機株式会社 半導体装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3669980B2 (ja) 2002-09-04 2005-07-13 電気化学工業株式会社 モジュール構造体の製造方法並びに回路基板の固定方法及び回路基板
JP2005278384A (ja) 2004-02-24 2005-10-06 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体電力変換装置
JP6972622B2 (ja) 2017-04-03 2021-11-24 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014049726A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Toshiba Corp 半導体装置
CN109461710A (zh) * 2017-09-06 2019-03-12 三菱电机株式会社 半导体装置
WO2019102537A1 (ja) * 2017-11-22 2019-05-31 三菱電機株式会社 半導体装置

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