CN113454773A - 半导体装置、半导体装置的制造方法及电力变换装置 - Google Patents

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山本圭
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Abstract

得到使用将金属板折弯而形成有多个鳍片的散热部件来确保散热性的半导体装置、半导体装置的制造方法及电力变换装置。半导体元件(1)接合于引线框(2)。引线框(2)设置于绝缘层(3)，在绝缘层(3)的接合有半导体元件(1)的一侧的面的相反面设置有金属基座板(4)。半导体元件(1)、引线框(2)、绝缘层(3)及金属基座板(4)以引线框(2)的一部分及金属基座板(4)的一部分的面露出的方式通过封装材料(5)进行封装。金属基座板(4)的从封装材料(5)露出的部分插入至支撑框体(6)的开口部(61)。散热部件(7)与金属基座板(4)及支撑框体(6)接合。

Description

半导体装置、半导体装置的制造方法及电力变换装置
技术领域
本发明涉及安装了具有多个鳍片的散热部件的半导体装置、半导体装置的制造方法及电力变换装置。
背景技术
以往，已知将多个半导体元件安装于电路基板、引线框等，通过封装材料将整体一体化的半导体装置。通常，就这样的半导体装置而言，由于来自半导体元件的发热大，因此例如将散热器等用于散热的金属基座板与载置有电路基板、引线框的绝缘层接触地设置。而且，在半导体装置的金属基座板的表面安装了排列有多个鳍片的散热部件。在金属基座板和散热部件之间，为了降低接触热阻而涂敷脂状物，由于脂状物的导热率与金属比较非常小这一点、通过热循环而产生脂状物向外部流出的被称为泵出的现象这一点，存在散热性恶化的风险。因此，对不使用脂状物地将散热部件接合的方法进行研究。
例如，在专利文献1中，对金属制的基座板的与载置电力半导体元件的面相反侧的面施加槽加工，散热部件通过铆接而被固接于金属基座板的槽。这样，在通过铆接将散热部件固接于金属基座板的情况下，需要对金属基座板进行槽等复杂的加工。
另外，在专利文献2中具有散热器，该散热器具有将金属板折弯而形成的折叠鳍片、以及与折叠鳍片接合的底板，使用接合金属将散热器与绝缘基板的导体层接合。通过使用折叠鳍片，从而与相同体积的通常鳍片相比热容变小，焊料接合等热接合变得容易，不需要槽等复杂的加工。
为了使来自半导体元件的热量高效地散热，需要增加鳍片的数量，将尺寸大的散热部件安装于金属基座板。另一方面，在通过传递模塑法等对封装材料进行成型的半导体装置的情况下，为了接合可靠性，优选将金属基座板与半导体元件等一体地封装，金属基座板的大小受到成型时的模具的大小的限制。
专利文献1：日本特开2012-49167号公报
专利文献2：日本特开2016-174034号公报
发明内容
但是，在使用将金属板折弯而形成有多个鳍片的散热部件的情况下，存在如下课题，即，如果散热部件被接合的面方向的宽度比金属基座板的宽度大，则不能够维持折弯形状，散热性恶化。
本发明就是为了解决上述那样的课题而提出的，提供使用将金属板折弯而形成有多个鳍片的散热部件来确保散热性的半导体装置、半导体装置的制造方法及电力变换装置。
本发明涉及的半导体装置具有：半导体元件；引线框，其接合有半导体元件；绝缘层，其设置有引线框；金属基座板，其设置于绝缘层的设置有引线框的面的相反面；封装材料，其以引线框的一部分及金属基座板的一部分露出的方式，对半导体元件、引线框、绝缘层及金属基座板进行了封装；支撑框体，其具有供金属基座板的从封装材料露出的露出部插入的开口部；以及散热部件，其具有将金属板折弯而形成的多个鳍片部，该散热部件与金属基座板的露出部的插入至开口部的部分及支撑框体接合。
另外，本发明涉及的半导体装置的制造方法具有如下工序：将半导体元件接合于引线框；将金属基座板、绝缘层及接合有半导体元件的引线框层叠于成型模具，形成以引线框的一部分及金属基座板的一部分露出的方式对半导体元件、引线框、绝缘层及金属基座板进行封装的封装材料；以及将金属基座板的从封装材料露出的露出部插入至支撑框体的开口部，将具有金属板被折弯而形成的多个鳍片部的散热部件接合于露出部的插入至开口部的部分及支撑框体。
另外，本发明涉及的电力变换装置具有：主变换电路，其具有上述半导体装置，该主变换电路将被输入来的电力进行变换而输出；
以及控制电路，其将对主变换电路进行控制的控制信号输出至主变换电路。
发明的效果
根据本发明涉及的半导体装置及电力变换装置，通过将金属基座板的从封装材料露出的露出部插入至支撑框体的开口部，将折弯金属板而形成了多个鳍片部的散热部件接合于金属基座板及支撑框体这两者，从而能够维持散热部件的各鳍片部的折弯形状，确保散热性。另外，根据本发明涉及的半导体装置的制造方法，能够通过简单的工序得到半导体装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的剖视图。
图2是表示将本发明的实施方式1涉及的半导体装置分解后的概略结构的斜视图。
图3是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的散热部件的一部分的概略结构图。
图4是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的斜视图。
图5是将本发明的实施方式1涉及的半导体装置紧固于外部壳体后的概略结构图。
图6是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的制造工序的流程图。
图7是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的概略结构的剖视图。
图8是将本发明的实施方式2涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构图。
图9是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的金属基座板的概略结构的俯视图。
图10是用于说明本发明的实施方式2涉及的半导体装置的制造工序的示意图。
图11是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的支撑框体的概略结构的斜视图。
图12是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的金属基座板的概略结构的俯视图。
图13是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的概略结构的剖视图。
图14是应用了本发明的实施方式5涉及的电力变换装置的电力变换系统的概略结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的剖视图。图2是表示在厚度方向上将本发明的实施方式1涉及的半导体装置分解后的概略结构的斜视图。在图中，用Z轴表示半导体装置的厚度方向，用Y轴表示半导体装置的宽度方向，用X轴表示半导体装置的深度方向。另外，在下面的说明中，以Z轴的正方向为上，以负方向为下进行说明。另外，在下面的说明中，只要没有特别记载，则相同、平行、垂直、正交这样的用语包含大致相同、大致平行、大致垂直、大致正交。
如图1所示，半导体装置100具有半导体元件1、引线框2、绝缘层3、金属基座板4、封装材料5、支撑框体6及散热部件7。散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合。
半导体元件1经由焊料等接合层8与引线框2接合。引线框2设置于绝缘层3之上，形成配线电路。半导体元件1彼此、引线框2彼此及半导体元件1与引线框2彼此通过铝线等导线9电连接。在绝缘层3的与接合有半导体元件1的一侧的面相反的面设置有金属基座板4。
金属基座板4为金属制的基板，使从半导体元件1经由绝缘层3传导的热量扩散。金属基座板4例如使用铝、铜等导热率高的金属材料。
半导体元件1、引线框2、绝缘层3及金属基座板4以引线框2的一部分和金属基座板4的一部分露出的方式通过封装材料5进行封装。
支撑框体6在中央部具有与金属基座板4的下表面的大小对应的开口部61。金属基座板4的从封装材料5露出的露出部插入至支撑框体6的开口部61。散热部件7接合于金属基座板4的从封装材料5露出的露出部中的插入至开口部61的部分。另外，支撑框体6的绝缘层3侧的面的相反面接合于散热部件7。这里，为了确保接合可靠性，优选金属基座板4及支撑框体6各自与散热部件7接合的面彼此位于相同平面之上。
支撑框体6例如使用刚性高的金属。通过将刚性高的金属用于支撑框体6，从而能够使抗振性提高，确保金属基座板4与散热部件7及支撑框体6的接合可靠性。在将铝等刚性低的金属用作支撑框体6的情况下，通过将厚度设得厚而能够确保刚性。另外，就支撑框体6而言，为了使刚性提高，优选使用多个不同种类的金属来形成。另外，就金属基座板4及支撑框体6而言，为了使抗振性提高，优选彼此通过激光熔接、铆接等而固定。
这里，在图1中示出支撑框体6的开口部61的面积与金属基座板4的设置有绝缘层3的面的相反面以彼此相同的大小嵌合的例子，但也可以是空隙、焊料等接合材料介于支撑框体6和金属基座板4之间。另外，在图1中示出支撑框体6由一张板构成，开口部61是在中央部设置的孔的例子，但也可以是支撑框体6由多张板构成，以在中央设置开口部61的方式配置了多张板。
图3是将本发明的实施方式1涉及的半导体装置的散热部件的一部分放大后的概略结构图。图3(a)示出散热部件的面与面之间重叠的状态，图3(b)示出散热部件的面与面之间扩展开的状态。如图3所示，散热部件7例如通过将由金属构成的1张薄板折弯多次而形成有多个鳍片部7a。各鳍片部7a具有被折弯而相对的面71和折回的端部72。就各鳍片部7a而言，如果施加外力，则如弹簧那样伸缩，从图3(a)的相对的面71重叠的状态变形为图3(b)的相对面71之间扩展开的状态。如果鳍片部7a的相对的面71之间扩展开，则散热部件7与金属基座板4及支撑框体6的接触面积减少，不会高效地进行热传导。因此，如图3(a)所示，鳍片部7a的相对的面71彼此以与金属基座板4的所接合的面垂直的方式重叠而被折弯。
散热部件7在相邻的各鳍片部7a之间、鳍片部7a的排列方向的两端部分别具有与金属基座板4及支撑框体6平行的平坦部7b。就散热部件7而言，针对各个平坦部7b，例如通过激光熔接等与金属基座板4及支撑框体6的任意者接合。
这样，通过使用将金属板折弯而形成了多个鳍片部7a的散热部件7，与通过铸造将基座板和鳍片一体成型后的散热部件、通过铆接等将多个鳍片接合于基座板的散热部件相比，能够使得重量轻且减小热容，与金属基座板4及支撑框体6的熔接等热接合变得容易。这里，优选散热部件7为与金属基座板4及支撑框体6同种的金属。由此，在通过熔接进行接合的情况下，能够以不使一者过度地熔融的方式进行接合。
图4是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的斜视图。图4是将图1的半导体装置上下颠倒，使设置有散热部件的一侧为上侧的图。如图4所示，散热部件7与金属基座板4及支撑框体6具有多个接合点P。优选散热部件7与金属基座板4以及支撑框体6例如通过熔接进行接合。由于不包含脂状物等接合材料而是通过熔接直接在金属彼此之间进行接合，因此能够防止由接合材料导致的热阻的上升。
这里，优选与金属基座板4及支撑框体6接合的散热部件7的平坦部7b的厚度比金属基座板4及支撑框体6的厚度薄。在例如通过激光熔接将散热部件7接合于金属基座板4时，如果通过提高激光的照射时间、功率而扩大散热部件7及金属基座板4的熔融范围，则由于对金属基座板4赋予了过剩的热量，因此存在绝缘层3的绝缘性恶化的风险。通过将散热部件7的厚度形成得比金属基座板4及支撑框体6的厚度薄，从而能够在不会过剩地赋予热量的状态下进行熔接。
就散热部件7而言，鳍片部7a的数量、整体的尺寸越大，则越会提高散热性。另一方面，由于金属基座板4在形成封装材料5时与半导体元件1等一体地被封装，因此根据成型时所使用的模具，其大小受到限制。因此，在从接合有半导体元件1的一侧对半导体装置100进行俯视观察时，散热部件7的宽度比金属基座板4的宽度大。此时，如果将散热部件7仅与金属基座板4接合，则就散热部件7从金属基座板4伸出的部位而言，空冷用的风有可能吹到鳍片部7a的相对的面71之间而扩散，担心接合强度降低、散热性恶化。这里，宽度是指图1中的半导体装置100的宽度方向(Y轴方向)及深度方向(X轴方向)中的任意方向的长度。即，就散热部件7而言，散热部件7的鳍片部7a的排列方向(Y轴方向)及与排列方向正交的方向(X轴方向)中的至少任一者的宽度比金属基座板4的相同方向的宽度大即可。
在本实施方式中，将金属基座板4的露出部插入而固定于支撑框体6的开口部61，将散热部件7接合于金属基座板4的插入至开口部61的露出部及支撑框体6这两者。由此，能够维持散热部件7的被折弯的状态，减少接合强度的降低、散热性的恶化。
优选以不与封装材料5直接接触的方式设置支撑框体6。图1的箭头K示出从引线框2至金属基座板4为止的绝缘沿面距离。在导电性的支撑框体6与封装材料5接触的情况下，由于支撑框体6与金属基座板4导通，因此从封装材料5的侧面凸出的引线框2至金属基座板4为止的绝缘沿面距离成为从引线框2起经由封装材料5至支撑框体6之间。通过以不与封装材料5直接接触的方式设置支撑框体6，从而能够将从封装材料5的侧面凸出的引线框2至金属基座板4为止的绝缘沿面距离延长，确保绝缘性。
图5是将外部壳体紧固于本发明的实施方式1涉及的半导体装置后的概略结构图。如图5所示，就半导体装置100而言，支撑框体6安装于被接地的外部壳体10。在支撑框体6设置有螺孔，通过将螺钉11紧固于支撑框体6的螺孔而将半导体装置100固定于外部壳体10。由于金属基座板4、支撑框体6、散热部件7及螺钉11例如由金属等导电性的部件形成，因此通过将支撑框体6螺纹固定于外部壳体10，从而将支撑框体6、金属基座板4及散热部件7彼此电连接，能够稳定地得到接地电位。
接下来，对半导体装置100的各构造部的详情进行说明。
半导体元件1例如是将输入交流电力变换为直流电力的转换器部所使用的二极管、将直流电力变换为交流电力的逆变器部所使用的双极晶体管、IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)、GTO(Gate Turn－Off thyristor)等。
引线框2例如是将厚度约0.6mm的铜板、钢板冲裁为规定的形状而形成配线电路。另外，如图1所示，引线框2具有以与绝缘层3分离的方式弯曲的台阶部2a，封装材料5进入台阶部2a和绝缘层3之间。通过形成引线框2的台阶部2a，从而能够对沿绝缘层3和封装材料5的界面的绝缘破坏进行抑制。引线框2的台阶部2a例如是通过进行弯曲加工、半冲裁加工而形成的。引线框2的台阶部2a的高度例如设为大于或等于0.1mm，并且小于或等于引线框2的厚度的一半即0.3mm。通过设为大于或等于0.1mm，从而能够对在填充于绝缘层3和引线框2之间的封装材料5内产生孔洞进行抑制。而且，通过设为小于或等于引线框2的厚度的一半即0.3mm，能够确保强度。
绝缘层3由散热性高的绝缘材料构成，将引线框2和金属基座板4绝缘。从半导体元件1产生的热量经由绝缘层3被散热至金属基座板4。绝缘层3例如使用环氧树脂等热固性树脂，在其内部混入了二氧化硅、氧化铝、氮化硼等高传导性填料。
封装材料5例如通过环氧树脂等热固性树脂形成。封装材料5例如使用模具而通过传递模塑成型在高温下进行树脂成型。另外，也可以使用注塑成型、压缩成型等。
接下来，对本发明的实施方式1涉及的半导体装置100的制造方法进行说明。图6是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的工序的流程图。
在半导体元件1的接合工序中，将焊料等接合层8涂敷于引线框2之上的规定位置，通过回流焊工序等将半导体元件1接合于该接合层8之上。即，在高温下使所涂敷的焊料熔融而将半导体元件1和引线框2电连接。接下来，通过导线9将半导体元件1和引线框2电连接。这里，使用了导线9，但只要是能够进行电连接的部件即可。
接下来，在封装工序中，例如通过传递模塑法对半导体元件1、引线框2、绝缘层3及金属基座板4进行树脂封装。在成型模具设置金属基座板4，将半固化的绝缘层3层叠于金属基座板4之上。然后，在绝缘层3之上设置接合有半导体元件1的引线框2。通过传递模塑成型机注入封装材料5。由此，通过封装材料5对在金属基座板4之上形成的部件进行封装。封装材料5将半导体元件1、引线框2的一部分、绝缘层3及金属基座板4的一部分覆盖。
在封装工序中，通过成型模具内的树脂填充压和树脂温度，在将树脂固化而形成封装材料5的同时，经由引线框2将半固化的绝缘层3按压于金属基座板4并且使绝缘层3固化。由此，使绝缘层3的绝缘性和散热性提高。
另外，在封装工序中，优选使构成封装材料5的树脂的固化时间与半固化的绝缘层3的固化时间一致。如果构成封装材料5的树脂的固化时间比半固化的绝缘层3的固化时间长，则半固化的绝缘层3先固化，存在引线框2和绝缘层3的紧密性劣化，半导体装置100的散热性、绝缘性恶化的风险。
在封装工序之后，从成型模具取出封装材料5被固化后的半导体装置100，对各部件实施所需的镀敷处理。例如，对引线框2的从封装材料5的侧面露出的部分的表面实施镀敷，形成端子。在已经进行了镀敷的情况下，也可以省略本工序。
接下来，实施将散热部件7接合的接合工序。将金属基座板4的从封装材料5露出的露出部插入而固定于支撑框体6的开口部61。接下来，将散热部件7接合于金属基座板4的露出部的插入至开口部61的部分及支撑框体6。这里，接合方法例如为熔接，通过照射激光，从而通过局部地熔融而进行接合。由于散热部件7、金属基座板4及支撑框体6各自不包含脂状物、粘接剂、焊料等接合材料，而是通过熔接直接在金属彼此之间进行接合，因此能够防止由接合材料导致的热阻的上升。
此时，如果散热部件7从金属基座板4浮起或留有间隙，则会导致散热性的恶化，因此为了进行无间隙地粘贴，在散热部件7的平坦部7b至少设置大于或等于1处与金属基座板4的接合点P。另外，优选支撑框体6和金属基座板4彼此通过熔接、铆接等进行固定。由此，能够使抗振性提高。
经过以上工序，能够得到图1所示的半导体装置100。这里，上述工序也可以将一部分颠倒或省略。之后，将半导体装置100安装于外部壳体10。半导体装置100通过将螺钉11紧固于在支撑框体6设置的螺孔而固定于外部壳体10。
如上所述，就本实施方式涉及的半导体装置100而言，通过封装材料5对半导体元件1、引线框2、绝缘层3及金属基座板4进行封装，半导体装置100具有：支撑框体6，其具有供金属基座板4的从封装材料5露出的露出部插入的开口部61；以及散热部件7，其通过将金属板折弯而形成多个鳍片部7a，该散热部件7与金属基座板4的露出部中的插入至开口部61的部分及支撑框体6接合。由此，即使在使用了比金属基座板4大的宽度的散热部件7的情况下，各鳍片部7a也不会扩展开，能够维持折弯形状，确保散热性。另外，根据本实施方式涉及的半导体装置100的制造方法，能够通过简单的工序得到半导体装置100。
实施方式2.
下面，省略与实施方式1相同点的说明，以不同点为中心进行说明。图7是本发明的实施方式2涉及的半导体装置的概略结构图。半导体装置101具有半导体元件1、引线框2、绝缘层3、金属基座板4、封装材料5、支撑框体6及散热部件7，散热部件7通过将金属板折弯而形成多个鳍片部7a，散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合。
图8是将本发明的实施方式2涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构图。图8是将由图7的虚线A包围的部分放大后的图。另外，图9是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的金属基座板的概略结构的俯视图。图9是从安装散热部件的一侧对金属基座板进行俯视观察的图。如图8、图9所示，金属基座板4的外周部从设置有绝缘层3的面4a至与散热部件7接合的面4b，以设置有绝缘层3的面4a比与散热部件7接合的面4b宽的方式形成有台阶。金属基座板4在设置有绝缘层3的面4a和与散热部件7接合的面4b之间，具有与这些面平行的2个台阶面。这里，从2个台阶面中的在厚度方向上与设置有绝缘层3的面4a接近的一侧依次设为第1台阶面4c、第2台阶面4d。
图10是用于说明本发明的实施方式2涉及的半导体装置的制造方法的示意图。如图10所示，第1台阶面4c是在通过传递模塑法等对封装材料5进行成型时与成型模具12接触地设置的面。这样，通过以与成型模具12接触的方式设置第1台阶面4c，从而防止封装材料5流入金属基座板4的与散热部件7接合的面4b。这里，在图10中示出了省略上模具而仅示出下模具的例子，但也可以使上模具与第1台阶面4c接触地设置。
第2台阶面4d与支撑框体6的开口部61相比位于外侧，没有与封装材料5接触，与支撑框体6的接合于散热部件7的面6b的相反面6a接触而将金属基座板4固定。这样，金属基座板4具有第1台阶面4c、第2台阶面4d，由此防止支撑框体6和封装材料5物理性地接触。这里，示出台阶面为2个的例子，但只要是至少大于或等于2个即可。
图8的箭头K示出从引线框2至金属基座板4为止的绝缘沿面距离。在导电性的支撑框体6与封装材料5接触的情况下，由于支撑框体6与金属基座板4导通，因此从封装材料5的侧面凸出的引线框2至金属基座板4为止的绝缘沿面距离变短，存在导致绝缘性的降低、封装件尺寸的扩大的风险。在本实施方式中，金属基座板4具有第1台阶面4c、第2台阶面4d，由此使支撑框体6和封装材料5物理性地分离，由此将从封装材料5的侧面凸出的引线框2至金属基座板4为止的绝缘沿面距离延长，能够确保绝缘性。
从金属基座板4的第2台阶面4d起至与散热部件7接合的面4b为止的厚度被设计为与支撑框体6的厚度相同的程度。即，通过以使金属基座板4的与散热部件7接合的面4b和支撑框体6的与散热部件7接合的面6b成为相同平面的方式进行设计，从而能够确保与散热部件7的接合可靠性。
这里，为了防止封装材料5流入，需要使第1台阶面4c处于金属基座板4的整个外周，但只要是由支撑框体6支撑金属基座板4的程度即可，第2台阶面4d也可以仅形成在金属基座板4的四个角。
如上所述，在本实施方式中，在使用了被折弯而形成鳍片部7a且宽度比金属基座板4大的散热部件7的情况下，同样地，通过将金属基座板4插入至形成有开口部61的支撑框体6，将散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合，由此能够维持各鳍片部7a的折弯形状，确保散热性。而且，在本实施方式中，金属基座板4具有2个台阶面4c、4d。由此，能够防止在成型时封装材料5迂回至金属基座板4的与散热部件7接合的面4b侧，并且以不与封装材料5直接接触的方式设置支撑框体6，能够确保绝缘性。
实施方式3.
下面，省略与实施方式1、2相同点的说明，以不同点为中心进行说明。半导体装置102具有半导体元件1、引线框2、绝缘层3、金属基座板4、封装材料5、支撑框体6及散热部件7，散热部件7通过被折弯而形成多个鳍片部7a，散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合。
图11是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的支撑框体的概略结构图。如图11所示，支撑框体6例如设置有4个开口部61。图12是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的金属基座板的概略结构的俯视图。图12是从安装散热部件7的一侧对金属基座板4进行俯视观察的图。如图12所示，金属基座板4的设置有绝缘层3的面4a的相反面具有向散热部件7侧凸出的多个凸部41。多个凸部41插入至支撑框体6的开口部61，与散热部件7接合。凸部41的厚度形成为与支撑框体6的厚度相同的程度，凸部41的与散热部件7接合的面4e和支撑框体6的与散热部件7接合的面6b设置于相同平面之上。散热部件7通过激光熔接等接合于金属基座板4及支撑框体6这两者。
金属基座板4的设置有绝缘层3的面4a的相反面中的位于凸部41周围的面4f设置为与支撑框体6的接合于散热部件7的面6b的相反面6a接触。这样，通过在支撑框体6设置多个开口部61，从而能够使金属基座板4和支撑框体6的接触面积增加，使抗振性提高。
另外，优选金属基座板4在外周部以在厚度方向上绝缘层3侧的面比散热部件7侧的面宽的方式形成有至少一个台阶面4c。台阶面4c设置为在对封装材料5进行成型时，与成型模具12接触。由此，能够以不与封装材料5直接接触的方式设置支撑框体6。
这里，示出了支撑框体6的开口部61的数量为4个，与其对应地金属基座板4的与散热部件7接触的面4b设置有4个的例子，但开口部61的个数并不限于4个，也可以是2个、3个，还可以是大于或等于4个。
如上所述，在本实施方式中，在使用了将金属板折弯而形成多个鳍片部7a且宽度比金属基座板4大的散热部件7的情况下，同样地，通过将金属基座板4插入至形成有开口部61的支撑框体6，将散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合，由此能够维持折弯形状，确保散热性。而且，在本实施方式中，在支撑框体6设置多个开口部61，金属基座板4具有从封装材料5露出的露出部中的分别插入至支撑框体6的4个开口部61中的凸部41。由此，能够使金属基座板4和支撑框体6的接触面积增加，使抗振性提高。
实施方式4.
图13是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的概略结构的剖视图。下面，省略与实施方式1至3相同点的说明，以不同点为中心进行说明。在实施方式2中示出在金属基座板4设置了第2台阶面4d的例子，但在本实施方式中，通过将金属基座板4、支撑框体6的开口部61设为锥形形状，从而对金属基座板4和支撑框体6进行固定。
半导体装置103具有半导体元件1、引线框2、绝缘层3、金属基座板4、封装材料5、支撑框体6及散热部件7，散热部件7通过将金属板折弯而具有多个鳍片部7a，散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合。
如图13所示，支撑框体6的开口部61是以绝缘层3侧的开口宽度变宽的方式倾斜的锥形形状。另外，金属基座板4是设置有绝缘层3的面4a比与散热部件7接合的面4b宽的锥形形状。在将金属基座板4插入至支撑框体6的开口部61时，支撑框体6在与封装材料5物理性地分离的状态下在锥形的中途固定于金属基座板4。
如上所述，在本实施方式中，在使用了将金属板折弯而形成多个鳍片部7a且宽度比金属基座板4大的散热部件7的情况下，同样的，通过将金属基座板4插入至形成有开口部61的支撑框体6，将散热部件7与金属基座板4及支撑框体6这两者接合，由此能够维持各鳍片部7a的折弯形状，确保散热性。而且，在本实施方式中，通过将金属基座板4的外侧面、支撑框体6的开口部61的内侧面设为锥形形状，从而能够将支撑框体6和封装材料5分离开地固定，能够确保从引线框2起至金属基座板4为止的绝缘沿面距离。
此外，在实施方式1至4中示出散热部件7由1张金属板形成的例子，但也可以使用多张，例如2张、3张。通过使用多个金属板，能够使刚性提高。
实施方式5.
本实施方式将上述实施方式1至4涉及的半导体装置应用于电力变换装置。本发明并不限于特定的电力变换装置，但下面，作为实施方式5，对将本发明应用于三相逆变器的情况进行说明。
图14是表示应用了本实施方式涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
图14所示的电力变换系统由电源200、电力变换装置300以及负载400构成。电源200为直流电源，将直流电供给至电力变换装置300。电源200可以由各种电源构成，例如，能够由直流系统、太阳能电池、蓄电池构成，也可以由与交流系统连接的整流电路、AC/DC转换器构成。另外，也可以由将从直流系统输出的直流电力变换为规定的电力的DC/DC转换器构成电源200。
电力变换装置300为连接于电源200和负载400之间的三相逆变器，将从电源200供给来的直流电力变换为交流电力，将交流电力供给至负载400。如图14所示，电力变换装置300具有：主变换电路301，其将直流电力变换为交流电力而输出；以及控制电路303，其将对主变换电路301进行控制的控制信号输出至主变换电路301。
负载400为由从电力变换装置300供给来的交流电力驱动的三相电动机。此外，负载400并不限于特定的用途，其为搭载于各种电气设备的电动机，例如，用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯、或空调设备的电动机。
以下，对电力变换装置300的详情进行说明。主变换电路301具有开关元件和续流二极管(未图示)，通过开关元件的通断，从而将从电源200供给来的直流电力变换为交流电力，供给至负载400。主变换电路301的具体的电路结构是多种多样的，但本实施方式涉及的主变换电路301为2电平的三相全桥电路，其能够由6个开关元件和分别与开关元件反并联的6个续流二极管构成。主变换电路301的各开关元件和各续流二极管中的至少任一者由与上述实施方式1至4中的任一者相当的半导体装置302构成。6个开关元件两个两个地串联连接而构成上下桥臂，各上下桥臂构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且，各上下桥臂的输出端子即主变换电路301的3个输出端子与负载400连接。
另外，主变换电路301具有对各开关元件进行驱动的驱动电路(未图示)，但驱动电路也可以内置于半导体装置302，还可以为具有与半导体装置302分开的驱动电路的结构。驱动电路生成对主变换电路301的开关元件进行驱动的驱动信号，供给至主变换电路301的开关元件的控制电极。具体而言，按照来自后述的控制电路303的控制信号，将使开关元件成为接通状态的驱动信号、以及使开关元件成为断开状态的驱动信号输出至各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为接通状态的情况下，驱动信号为大于或等于开关元件的阈值电压的电压信号(接通信号)，在将开关元件维持为断开状态的情况下，驱动信号为小于或等于开关元件的阈值电压的电压信号(断开信号)。
控制电路303对主变换电路301的开关元件进行控制以使得将所期望的电力供给至负载400。具体而言，基于应该供给至负载400的电力对主变换电路301的各开关元件应该成为接通状态的时间(接通时间)进行计算。例如，能够通过与应该输出的电压对应地对开关元件的接通时间进行调制的PWM控制而对主变换电路301进行控制。而且，将控制指令(控制信号)输出至主变换电路301所具有的驱动电路，以使得在各时刻将接通信号输出至应该成为接通状态的开关元件，将断开信号输出至应该成为断开状态的开关元件。驱动电路按照该控制信号，将接通信号或断开信号作为驱动信号而输出至各开关元件的控制电极。
在本实施方式涉及的电力变换装置中，由于将实施方式1至4涉及的半导体装置100至103用于构成主变换电路301的开关元件和续流二极管，因此能够确保散热性。
在本实施方式中，对将本发明应用于2电平的三相逆变器的例子进行了说明，但本发明并不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，设为2电平的电力变换装置，但可以是3电平或多电平的电力变换装置，在将电力供给至单相负载的情况下也可以将本发明应用于单相逆变器。另外，在将电力供给至直流负载等的情况下，也可以将本发明应用于DC/DC转换器、AC/DC转换器。
另外，应用了本发明的电力变换装置并不限于上述负载为电动机的情况，例如，也能够用作放电加工机、激光加工机、或感应加热烹调器、非接触供电系统的电源装置，而且也能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。
此外，本发明在不脱离其主旨的范围内，也可以适当地组合实施方式1至5所公开的多个结构要素。
标号的说明
1半导体元件，2引线框，3绝缘层，4金属基座板，5封装材料，6支撑框体，7散热部件，8接合层，9导线，10外部壳体，11螺钉，12成型模具，100、101、102、103、302半导体装置，电源200，电力变换装置300，主变换电路301，控制电路303，负载400。

Claims (12)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
半导体元件；
引线框，其接合有所述半导体元件；
绝缘层，其设置有所述引线框；
金属基座板，其设置于所述绝缘层的设置有所述引线框的面的相反面；
封装材料，其以所述引线框的一部分及所述金属基座板的一部分露出的方式，对所述半导体元件、所述引线框、所述绝缘层及所述金属基座板进行了封装；
支撑框体，其具有供所述金属基座板的从所述封装材料露出的露出部插入的开口部；以及
散热部件，其具有将金属板折弯而形成的多个鳍片部，该散热部件与所述金属基座板的所述露出部的插入至所述开口部的部分及所述支撑框体接合。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述散热部件在所述鳍片部彼此之间分别具有平坦部，所述平坦部分别与所述金属基座板及所述支撑框体中的任意者接合。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述散热部件的所述平坦部的厚度比所述金属基座板及所述支撑框体的厚度小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述支撑框体设置为没有与所述封装材料接触。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述金属基座板在设置有所述绝缘层的面和与所述散热部件接合的面之间，以设置有所述绝缘层的面比与所述散热部件接合的面宽的方式具有与设置有所述绝缘层的面平行的至少2个台阶面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述支撑框体具有多个所述开口部，就所述金属基座板而言，所述金属基座板的从所述封装材料露出的所述露出部各自插入至多个所述开口部。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述金属基座板及所述支撑框体的所述开口部为从所述散热部件侧向所述绝缘层侧扩宽的锥形形状。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述支撑框体为导电性的部件，设置于接地的外部壳体。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述金属基座板和所述散热部件为同种金属。
10.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
将半导体元件接合于引线框；
将金属基座板、绝缘层及接合有所述半导体元件的所述引线框层叠于成型模具，形成以所述引线框的一部分及所述金属基座板的一部分露出的方式对所述半导体元件、所述引线框、所述绝缘层及所述金属基座板进行封装的封装材料；以及
将所述金属基座板的从所述封装材料露出的露出部插入至支撑框体的开口部，将具有金属板被折弯而形成的多个鳍片部的散热部件接合于所述露出部的插入至所述开口部的部分及所述支撑框体。
11.根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
通过熔接将所述散热部件与所述金属基座板及所述支撑框体接合。
12.一种电力变换装置，其特征在于，具有：
主变换电路，其具有权利要求1至9中任一项所述的半导体装置，该主变换电路将被输入来的电力进行变换而输出；以及
控制电路，其将对所述主变换电路进行控制的控制信号输出至所述主变换电路。
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