CN205752150U - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种具有高导热性且具有良好的生产性的半导体装置。本实用新型的半导体装置具有：绝缘基板(13)；半导体芯片(11)，其设置在绝缘基板上；冷却部件(12)，其通过接合材料(23)与绝缘基板的内表面接合。绝缘基板具有绝缘板(6)和设置在绝缘板的两个表面上的底板(5)和底板(7)。冷却部件为导热金属部件(2)和由铝构成的热应力吸收部件(1)一体形成的复合部件。热应力吸收部件配置在与绝缘基板的内表面接合的一侧，热应力吸收部件的屈服应力小于接合部件的屈服应力。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置，尤其涉及一种对散热性有要求的半导体装置。
背景技术
在使用了IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等半导体芯片的半导体装置(功率模块)中，需要有效地对半导体芯片发出的热量进行散热，以将半导体芯片的温度保持在规定温度以下。
在现有技术中，有如下一种功率模块，即，在该功率模块中，由高导热性的绝缘陶瓷板和设置在其两个表面上的底板固定在一起而形成所谓的绝缘基板，在绝缘基板的一个表面通过焊料(solder、焊锡)等接合材料(连接材料)接合(连接)半导体芯片，在绝缘基板的另一个表面通过焊料(solder)等接合材料直接或者间接地接合冷却器，其中，绝缘陶瓷板由氮化硅、氮化铝或者氧化铝等构成，底板由铝或者铜(包括其合金。下同)等高导热性金属构成。
然而，根据使用条件的不同，有时会产生如下情况：由于绝缘基板与冷却器之间的热膨胀系数的差异，产生热应力，使接合绝缘基板和冷却器的接合材料产生裂纹(crack)，从而在所要求的使用寿命期间无法维持足够的散热性能。
于是，为了解决这样的问题，提出了在绝缘基板与冷却器之间配置应力缓和部件的技术方案(例如，专利文献1)。
专利文献1中的应力缓和部件由形成有多个通孔的厚度为0.3～3mm的铝板构成。应力缓和部件的各通孔构成应力吸收空间。应力缓和部件通过钎焊方式(brazing)焊接在绝缘基板和散热片(heat sink) 上。由于应力吸收空间的作用，应力缓和部件发生变形，从而使热应力得到缓和。
【专利文献1】日本发明专利公开公报特开2006-294699号
但是，在使用配置有专利文献1所述那样的具有应力吸收空间的应力缓和部件的半导体装置时，存在2个大问题。
第1个大问题为导热性的问题。即，应力缓和部件的平均导热率低于母材的平均导热率。其原因在于，由于应力缓和部件的应力吸收空间内填充空气，而空气的导热率极低，因而，平均来看，应力缓和部件的导热率是低于母材所具有的导热率的，其降低程度与应力吸收空间占应力缓和部件的体积的比例相对应。另外，上述应力缓和部件的优选厚度为1～4mm，然而热量在该应力缓和部件中扩散效果并不好。这是由于热量的传递受到应力吸收空间的妨碍。再者，在绝缘基板与散热片的连接部使用了导热率低于母材的钎焊焊料，由于该连接部的数量较多，因而会导致整体的热阻增加。
第2个大问题为生产性的问题。因处理温度的关系，不能是先将半导体芯片安装在绝缘基板上，之后在此状态下，再对应力缓和部件和绝缘基板实施钎焊。即，需要先将冷却器、应力缓和部件以及绝缘基板固定在一起形成基板ASSY(集合体)，在此状态下，进行焊接半导体芯片的“焊片”作业(die bond)，之后再进行焊接引线的“焊线”作业(wire bond)。在进行焊片和焊线作业时，优选绝缘基板被完全固定，但是，在冷却器和应力缓和部件之间，很难在结构上获得足够的刚性。从而，会出现如下等问题：例如在需要进行加压的工序中，绝缘基板或者芯片断裂、损坏，例如在使用超声波进行焊接的加工工序中，因超声波焊接遗漏而导致未固定。
发明内容
为了解决上述那样的问题，提出了本发明，本发明的目的在于提供一种具有高导热性且具有良好的生产性的半导体装置。
本发明的第1技术方案为：半导体装置具有：绝缘基板，其具有 绝缘板和设置在所述绝缘板的两个表面上的底板；半导体芯片，其设置在所述绝缘基板上，该半导体装置还具有冷却器，所述冷却器由冷却部件和冷却器外套构成，其中，所述冷却部件通过接合材料与所述绝缘基板的内表面接合；所述冷却器外套由铝合金构成，所述冷却部件为由铝合金构成的导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件一体形成的复合部件，所述导热金属部件的位于与所述热应力吸收部件连接的表面的相反一侧的表面上形成有凸片或者槽，所述热应力吸收部件配置在与所述绝缘基板的内表面接合的一侧，所述热应力吸收部件的屈服应力小于所述接合部件的屈服应力。
本发明的第2技术方案为：在所述冷却部件上配置着多个绝缘基板。
本发明的第3技术方案为：所述热应力吸收部件由纯度在99.5％以上的铝构成。
本发明的第4技术方案为：所述底板的至少与所述接合材料接触的部分由铜或者铜合金构成，在所述绝缘基板的内表面通过所述接合材料接合着具有线膨胀系数调节层的部件，所述线膨胀系数调节层由铜或者铜合金构成，其与所述冷却部件形成一体。
本发明的第5技术方案为：所述底板由铜或者铜合金与铝或者铝合金的层积结构构成。
本发明的第6技术方案为：所述底板包括由纯度在99.5％以上的铝构成的层。
本发明的第7技术方案为：所述导热金属部件由纯度不足99.0％的铝合金构成。
本发明的第8技术方案为：所述半导体芯片由碳化硅构成。
本发明的第9技术方案为：所述冷却部件为导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件一体形成的复合部件，导热金属部件的厚度为1mm以上10mm以下，热应力吸收部件的厚度在该导热金属部件的厚度以下。
本发明的第10技术方案为：半导体装置具有：绝缘基板，其具 有绝缘板和设置在所述绝缘板的两个表面上的底板；半导体芯片，其设置在所述绝缘基板上，该半导体装置还具有冷却器，所述冷却器由冷却部件和冷却器外套构成，其中，所述冷却部件通过接合材料与所述绝缘基板的内表面接合；所述冷却器外套由铝合金构成，所述冷却部件为由铝合金构成的导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件层积形成的复合部件，所述导热金属部件的位于与所述热应力吸收部件连接的表面的相反一侧的表面上形成有凸片或者槽，所述热应力吸收部件配置在与所述绝缘基板的内表面接合的一侧，所述热应力吸收部件由纯度在99.5％以上的铝构成。
根据本发明的上述技术方案，采用热应力吸收部件，能够缓和因热膨胀系数间的差异而产生的热应力。从而能够满足导热性、生产性、可靠性以及成本的要求。
本发明的目的、特征、方式以及优点通过以下的详细说明和附图能够变得更为明了。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。
图2是普通的三相变频器用IGBT模块的电路图。
图3是由1in1的模块构成实施方式所涉及的半导体装置时的剖视图。
图4是由1in1的模块构成实施方式所涉及的半导体装置时的俯视图。
图5是表示温度循环次数对接合材料的裂纹长度的影响的图。
图6是表示经反复温度测试后的冷却部件的翘曲或者弯曲与导热金属部件厚度或者热应力吸收部件厚度之间的关系的图。
图7是表示铝的纯度与屈服强度(proof stress)之间的关系的图。
图8是表示实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。
图9是表示实施方式所涉及的半导体装置的结构的其他例子的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行说明。
<第1实施方式>
<结构>
下面，在没有特别指定的情况下记载了铜或者铝等材料名称时，也包括含有其他添加物的例如铜合金或者铝合金。
图1是表示本实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。图2是普通的三相变频器用IGBT模块的电路图，图3是表示由1in1(1输入1输出)的模块构成本实施方式所涉及的半导体装置时的剖视图，图4是表示由1in1的模块构成实施方式所涉及的半导体装置时的俯视图。
如图3和图4所示，在冷却部件12上通过接合材料23接合有多个(这里为6个)绝缘基板13，绝缘基板13上安装着半导体芯片11(这里为IGBT芯片，但二极管未图示)。该模块被环氧树脂8封装。各模块之间，通过接合材料24，由引线框架9电连接。
冷却部件12是由热应力吸收部件1和导热金属部件2层积形成的复合部件，其中，热应力吸收部件1由至少纯度在99.5％以上，优选99.9％以上的纯铝构成，导热金属部件2的材质为铜或者铝等。
图5是表示热循环试验(-40℃～175℃)中的温度循环次数对接合部件的裂纹长度，即接合材料的裂纹长度的影响的附图。其中，接合材料23为高强度焊料，绝缘基板13为DBC(覆铜陶瓷基板)。当冷却部件12是厚度为6mm的铝合金(合金名称为A6063)与厚度为0.5mm且纯度为4N的铝的复合部件时(在图中，记载为“热应力吸收部件0.5t”)，接合材料23基本上不会产生裂纹。当冷却部件12仅由厚度为6.5mm的铝合金(A6063)构成时(在图中，记载为“无热应力吸收部件”)，接合材料23上会产生逐渐扩展的裂纹。
由于铝的纯度的不同，成本与效果的关系也不同，因而，图1所示的热应力吸收部件1的厚度101的最佳值根据铝的纯度的不同而不 同。铝的纯度越高，热应力吸收部件1的厚度101可以被设定得越小，但是，设定为大约0.05～0.5mm即可。
从成本、重量、机械强度以及耐腐蚀性的观点来看，优选使用纯度不足99.0％的铝合金、例如合金名称为A6063(JIS记号)这样的铝合金来形成导热金属部件2。
导热金属部件2兼作结构材料。尤其是在车载用途等情况下，需要考虑将共振频率设定得较高，以在实际使用时不会产生共振，因而，需要导热金属部件2具有一定的厚度。优选在车载用途等情况下，导热金属部件2的厚度102大约为2mm以上，即使在固定使用时，导热金属部件2也最好具有1mm以上的厚度。反之，如果太厚的话，热阻则会显著增加，因而，导热金属部件2具有10mm以下，优选4mm以下的厚度为好。
当热应力吸收部件1由高纯度的铝构成时，有时会看到，由于温度循环等原因，热应力吸收部件1产生如皱纹这样的变形，因而，也需要重视该变形不会对兼作结构材料的导热金属部件2产生较大影响。
图6是表示在1000次的热循环试验(-40℃～175℃)结束后，冷却部件12的最大的弯曲或者翘曲的图。其中，接合材料23为高强度焊料，绝缘基板13为DBC(覆铜陶瓷基板)。由图6可知，当导热金属部件2(这里为铝合金)的厚度102是热应力吸收部件1(这里为纯度4N的纯铝)的厚度101的8倍以上时，冷却部件2基本上不会发生翘曲或者弯曲。另外，由图6可知，当导热金属部件2(这里为铝合金)的厚度102小于热应力吸收部件1(这里为纯度4N的纯铝)的厚度101时，冷却部件2容易发生翘曲或者弯曲等变形。尤其是，当热应力吸收部件1的厚度101大于导热金属部件2的厚度102时(当导热金属部件2的厚度102与热应力吸收部件1的厚度101之比小于1时)，冷却部件12的机械特性主要取决于热应力吸收部件1，翘曲或者弯曲难以控制在一定的值。因而，以导热金属部件2比较厚为好，使导热金属部件2的厚度102与热应力吸收部件1的厚度101 之比至少为1倍以上，优选为8倍以上。
从接合强度的稳定性和成本的观点来看，优选通过热轧方式预先使热应力吸收部件1和导热金属部件2形成一体(固定在一起)。或者，也可以利用冷喷涂法(使粉末材料在熔化温度以下的固相状态下与基材碰撞、成膜的方法)或者金属喷涂法等在导热金属部件2上形成铝膜，以构成热应力吸收部件1。
该由铝构成的热应力吸收部件1为最弱层，其在温度循环下因疲劳失效而产生逐渐扩展的裂纹。当作为结构材料的导热金属部件2和热应力吸收部件1的接合界面由钎焊焊料等形成时，有时不是在热应力吸收部件1的母材中产生逐渐扩展的裂纹，而是在界面部分产生如界面剥离那样一下子扩展的裂纹。因此，优选不采用接合材料，使导热金属部件2和热应力吸收部件1直接接合。
冷却部件12中的像这样形成的热应力吸收部件1的表面可以通过例如镀镍等方式被实施表面处理。另外，为了提高冷却部件12的导热率，优选在导热金属部件2上形成凸片或者槽等，以扩大表面积。
再者，在导热金属部件2的下方可以具有用于液冷式冷却的水套(water jacket)21。水套21例如由铝合金构成，其与导热金属部件2相连接。
另外，半导体芯片11通过芯片焊接材料22被接合在绝缘基板13上。作为芯片焊接材料22，例如可以使用银纳米粒子的低温烧结材料、Cu-Sn(铜锡合金)或者Ag-Sn(银锡合金)这样的液相扩散接合材料、或者焊料(solder)等作为能够导电和导热的良导体的接合材料。再者，也可以通过铜固相扩散接合或者超声波接合等方式将半导体芯片11和绝缘基板13直接接合。
绝缘基板13具有：底板5，其与芯片焊接材料22相接；底板7，其与冷却部件12相面对；绝缘陶瓷6，其被底板5和底板7夹持配置。利用钎焊焊料等预先使底板5、底板7以及绝缘陶瓷6形成一体(固定在一起)。
底板5和底板7例如可以使用铜或者铝等能够导电和导热的良导 体。绝缘陶瓷6可以使用氮化硅、氮化铝或者氧化铝等的陶瓷，该陶瓷为电绝缘体，且为能够导热的良导体。
再者，绝缘基板13的底板7和冷却部件12的热应力吸收部件1通过接合材料23相接合。作为接合材料23，例如可以使用银纳米粒子的低温烧结材料、银浆材料、Cu-Sn(铜锡合金)或者Ag-Sn(银锡合金)这样的液相扩散接合材料、或者焊料(solder)等作为能够导热的良导体的接合材料。但是，在使用温度范围内，接合材料23的屈服应力(或者屈服强度)需要大于热应力吸收部件1的屈服应力(或者屈服强度)。在利用焊料(solder)进行接合时，需要注意焊料的屈服应力，例如优选使用Sn-Cu-Sb(锡铜锑合金)这样的高强度焊料。
另外，底板7和热应力吸收部件1可以不通过接合材料23进行接合，而通过铜固相扩散接合或者超声波接合等方式进行直接接合。
采用像这样的结构时，作为发热体的半导体芯片11与冷却部件12之间的热阻极小，从而能够得到良好的导热性。另外，因绝缘基板13和冷却部件12之间的热膨胀系数的不同而产生的热应力通过热应力吸收部件1(纯铝板)的塑性变形，其大部分被吸收，因而，能够充分地确保绝缘基板13与冷却部件12之间可靠地连接。
图7是表示铝的纯度与屈服强度之间的关系的图。在图中，纵轴表示铝的屈服强度(arb.unit)，横轴表示铝的纯度。
一般来说，即使是被称为纯铝的纯度在99％以上的铝，其屈服强度(屈服应力)也有所不同。如果是纯度在3N(99.9％)以上的铝的话，基本不会出现加工硬化。从而，从该观点来看，优选采用纯度在3N(99.9％)以上的铝。
但是，即使是纯度大约为99.5％的铝，其屈服强度(屈服应力)与纯度在4N以上的铝的屈服强度(屈服应力)的差异也较小(不足2倍)。从而，即便是使用较为便宜的、作为接合材料的焊料(solder)，如果选择上述Sn-Cu-Sb(锡铜锑合金)这样的高强度焊料的话，也存在纯度为99.5％的铝的屈服强度(屈服应力)在焊料的屈曲强度(屈 服应力)以下的温度范围，根据使用环境的不同，实际使用上可以没有问题。
由于铝材料的纯度越高，其成本越高，因而，在设计时，按照使用环境，在实际使用时没有问题的范围内选择适当的纯度即可。
如上所示，由于能够以简单的结构缓和因绝缘基板13和冷却部件12之间的热膨胀系数不同而产生的热应力，因而，能够满足导热性、生产性、可靠性以及成本的要求。
另外，在本实施方式中，公开了一种液冷式的冷却器，在该冷却器中，于冷却部件12的外周部分，通过电子束焊或者FSW(搅拌摩擦焊)等方法使由铝合金构成的水套21和冷却部件12被密封，但是，冷却器也可以为空冷式的冷却器。另外，即使采用液冷式的冷却器，水套21和冷却部件21的密封也并不局限于焊接，也可以以夹持O形环等高弹性材料或者垫圈等方式来进行密封。
另外，水套21的材质并不局限于铝合金，但是，还是优选使用例如ADC12这样的铝合金。如果采用ADC12的话，可以利用作为便宜的制造方法的铝压铸法来进行制造。另外，如前面所述，可以与冷却部件12相焊接。再者，由于ADC12的线膨胀系数与冷却部件12的线膨胀系数相同，因而，在水套21与冷却部件12之间的接合部不会产生热应力。并且，ADC12不但重量轻，而且还便宜。
另外，在本实施方式中，安装在绝缘基板上的半导体芯片11的数量为1个(参照图1)，但是，也可以在同一绝缘基板上安装多个同种类或者IGBT和二极管的组合这样的功能不同的半导体芯片。另外，可以进行各种组合，如将多个绝缘基板安装在同一冷却器上(参照图4)等。
另外，半导体芯片11的材质并不局限于Si(硅)，也可以采用SiC(碳化硅)或者GaN(氮化镓)等这样的宽禁带(side bandgap)半导体、或者这些物质的混装组合等，并没有特别限制。这里，宽禁带半导体一般是指具有大约2eV以上的禁带宽度的半导体，众所周知的有以GaN(氮化镓)为代表的3族氮化物、以ZnO(氧化锌)为代 表的2族氮化物，以ZnSe(硒化锌)为代表的2族硫属化物和SiC(碳化硅)等。
尤其是，由于与硅芯片相比可以在大电流密度下使用的、芯片面积小进而使整个装置能够实现小型化的碳化硅芯片的芯片面积较小，因而，到达冷却器的热量的扩散方式会对热阻产生显著的影响。从而，不具有妨碍热量扩散的部件且热量扩散良好的本发明很适用于安装有碳化硅芯片的半导体装置。
<效果>
根据本实施方式，半导体装置具有：绝缘基板13；半导体芯片11，其设置在绝缘基板13上；冷却部件12，其通过接合材料23与绝缘基板13的内表面相接合。
绝缘基板13具有作为绝缘板的绝缘陶瓷6、分别设置在绝缘陶瓷6的两个表面上的底板5和底板7。
冷却部件12为由铝构成的热应力吸收部件1和导热金属部件2一体形成的复合部件。
热应力吸收部件1配置在与绝缘基板13的内表面接合的一侧，热应力吸收部件1的屈服应力小于接合材料23的屈服应力。
采用像这样的结构时，能够利用具有简单结构的热应力吸收部件1来缓和因绝缘基板13的等效线膨胀系数与冷却部件12的热膨胀系数之间的差异而产生的热应力。从而能够满足导热性、生产性、可靠性以及成本的要求。
另外，根据本实施方式，在作为冷却部件12的一部分的热应力吸收部件1上，通过接合材料23接合多个安装了半导体芯片11的绝缘基板13，因而，与针对各绝缘基板分别配置热应力吸收部件1的情况相比，能够提供更为便宜的半导体装置。
另外，作为利用环氧树脂8封装该模块时的独特效果，操作容易，能够在与冷却板接合之前检查半导体芯片的特性，以能够仅将质量良好的半导体芯片安装在冷却板上，进而能够形成高品质且价格低廉的变频器。
另外，在利用被称为箱(case)型的凝胶(gel)状的材料进行封装时，也能够得到上述的利用环氧树脂封装时的独特效果以外的效果。
另外，根据本实施方式，热应力吸收部件1由纯度在99.5％以上的铝构成。
采用像这样的结构时，能够通过热应力吸收部件1(纯铝材)的塑性变形来降低绝缘基板13的等效线膨胀系数与冷却部件12的线膨胀系数的差异而产生的热应力。通过采用纯度在99.5％以上的铝，即使在由焊料(solder)(高强度焊料)构成接合材料23时，也能够将接合材料23的屈服应力(或者屈服强度)设定得比热应力吸收部件1的屈服应力大，并且，不仅能够采用价格较为便宜的焊料(solder)作为接合材料23，还能够针对温度循环确保足够的可靠性。
另外，根据本实施方式，导热金属部件2由纯度不足99.0％的铝合金构成。
采用像这样的结构时，由纯铝构成的热应力吸收部件1和导热金属部件2容易接合，从成本、重量、机械强度以及耐腐蚀性的观点来看，该结构为优选结构。再者，从重量轻、高耐腐蚀性以及成本的观点来看，一般也使用铝合金(铝压铸)构成水套21，采用该结构时，可以进行焊接，而且不需要密封结构，因而能够以便宜的价格进行制造。另外，采用相同的材料，能够抑制机械特性的失配(mismatch)。
另外，根据本实施方式，半导体装置具有作为套部件的水套21，该水套21由铝合金构成，其与冷却部件12的导热金属部件2相连接。
采用像这样的结构时，由于水套21由铝合金(铝压铸)构成，因而，能够通过焊接对水套21和冷却部件12进行固定以及密封，不需要特别的密封结构。从而能够以便宜的价格进行制造。另外，采用相同的材料，能够抑制机械特性的失配。
另外，根据本实施方式，半导体装置的制造方法包括：准备绝缘基板13的工序；将半导体芯片11配置在绝缘基板13上的工序；形成冷却部件12的工序；通过接合材料23使冷却部件12的热应力吸 收部件1一侧与绝缘基板13的内表面接合的工序。
准备绝缘基板13的工序为：准备具有作为绝缘板的绝缘陶瓷6、设置在绝缘陶瓷6的两个表面上的底板5和底板7的绝缘基板13。
形成冷却部件12的工序为：通过热轧方式使由铝构成的热应力吸收部件1和导热金属部件2形成一体，以形成作为复合部件的冷却部件12。
另外，热应力吸收部件1的屈服应力小于接合材料23的屈服应力。
采用像这样的结构时，能够利用具有简单结构的热应力吸收部件1来缓和因绝缘基板13的等效线膨胀系数与冷却部件12的热膨胀系数的差异而产生的热应力。从而能够满足导热性、生产性、可靠性以及成本的要求。
<第2实施方式>
<结构>
图8是表示本实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。当绝缘基板13a的底板5a和底板7a由铜或者铜合金形成的DBC基板(直接键合铜基板，覆铜基板)时，如图8所示，可以设置线膨胀系数调节层31，该线膨胀系数调节层31接合在冷却部件12的热应力吸收部件1上，与之形成一体。
优选该线膨胀系数调节层31由与DBC基板的底板(底板5a和底板7a)材质相同的铜或者铜合金形成。另外，作为线膨胀系数调节层31的形成方法，可以通过钎焊等将冷却部件12的热应力吸收部件1一侧与铜板(线膨胀系数调节层31)相接合、形成一体，也可以利用冷喷涂法或者金属喷涂法等形成铜膜，以构成线膨胀系数调节层31。尤其是优选冷喷涂法，其原因在于，利用该方法，可以以较为便宜的价格大面积地形成较厚的铜膜。
然后，通过接合材料23使线膨胀系数调节层31与绝缘基板13的内表面接合。
采用像这样的结构时，由于接合材料23的上下面两侧为由相同 材料构成的部件，因而，能够使施加给接合材料23的热应力平均化，进一步使绝缘基板13a与冷却部件12更可靠地接合。尤其是，当接合材料23为焊料(solder)时，该效果更显著。
<变形例>
图9是表示本实施方式所涉及的半导体装置的结构的其他例子的剖视图。如图9所示，绝缘基板13b的底板5b由铜板51和铝板52构成。另外，绝缘基板13的底板7b由铝板72和铜板71构成。铜板51和铜板71由铜或者铜合金构成。铝板52和铝板72由铝或者铝合金构成。
在底板5b、绝缘陶瓷6以及底板7b整个一体形成绝缘基板13b的情况下，当底板7b的表面侧为铜(铜板71)时，与上述情况相同，通过在热应力吸收部件1上设置与之形成一体的线膨胀系数调节层31，能够得到与上述相同的效果。
再者，当铝板72(还有铝板52)由至少纯度在99.5％以上，优选99.9％以上的纯铝构成时，绝缘基板13b的主要因绝缘陶瓷的设置而产生的热应力被缓和，因而，能够进一步使绝缘基板13b与冷却部件12更可靠地接合。
<效果>
根据本实施方式，底板7a、或者底板7b的作为与接合材料23接触的部分的铜板71由铜或者铜合金构成。并且，半导体装置具有由铜或者铜合金构成的线膨胀系数调节层31，该线膨胀系数调节层31通过接合材料23与绝缘基板的内表面接合。线膨胀系数调节层31还与冷却部件12接合。
采用像这样的结构时，当绝缘基板为其底板由导热率较高的铜构成的DBC基板时，通过接合材料23使由与接触接合材料23的部分的底板(底板7a或者铜板71)相同的铜或者铜合金构成的线膨胀系数调节层31与绝缘基板的内表面接合，能够使位于接合材料23两侧并夹持该接合材料23的部件产生的热应力平均化，并且使绝缘基板与冷却部件12更可靠地接合。尤其是，当接合材料23为焊料(solder) 时，该效果更显著。
另外，根据本实施方式，底板5b和底板7b由铜或者铜合金与铝或者铝合金的层积结构构成。
采用像这样的结构时，当采用由导热率较高的铜和容易塑性变形的铝层积而成的层积结构作为底板时，通过接合材料23在绝缘基板13b的内表面接合线膨胀系数调节层31，该线膨胀系数调节层31由铜或者铜合金构成，与绝缘基板13b的作为接触接合材料23的部分的底板(铜板71)材质相同，从而，能够使位于接合材料23两侧并夹持该接合材料23的部件产生的热应力平均化，并且使绝缘基板13b与冷却部件12更可靠地接合。尤其是，当接合材料23为焊料(solder)时，该效果更显著。
另外，根据本实施方式，底板5b和底板7b包括由纯度在99.5％以上的铝构成的层。
采用像这样的结构时，由于绝缘基板13b的主要因绝缘陶瓷6的设置而产生的热应力被缓和，因而，能够使绝缘基板13b与冷却部件12更可靠地接合。
另外，根据本实施方式，半导体装置的制造方法包括：准备绝缘基板的工序；将半导体芯片11配置在绝缘基板上的工序；形成冷却部件12的工序；形成线膨胀系数调节层31的工序；通过接合材料23使线膨胀系数调节层31与绝缘基板的内表面接合的工序。
准备绝缘基板的工序为：准备具有作为绝缘板的绝缘陶瓷6以及设置在绝缘陶瓷6的两个表面上的底板的绝缘基板。
形成冷却部件12的工序为：利用由铝构成的热应力吸收部件1和导热金属部件2形成作为复合部件的冷却部件12。
形成线膨胀系数调节层31的工序为：利用冷喷涂法在冷却部件12的热应力吸收部件1一侧形成由铜或者铜合金构成的线膨胀系数调节层31。
另外，热应力吸收部件1的屈服应力小于接合材料23的屈服应力，底板7a、或者底板7b的至少与接合材料23接触的部分由铜或者 铜合金构成。
采用像这样的结构时，当绝缘基板为其底板由导热率较高的铜构成的DBC基板时，通过接合材料23在绝缘基板的内表面接合线膨胀系数调节层31，该线膨胀系数调节层31由铜或者铜合金构成，其材质与绝缘基板的作为接触接合材料23的部分的底板(底板7a或者铜板71)相同，从而，能够使位于接合材料23两侧并夹持该接合材料23的部件产生的热应力平均化，并且使绝缘基板与冷却部件12更可靠地接合。尤其是优选形成线膨胀系数调节层31的冷喷涂法，其原因在于，该方法为通过形成铜膜来形成线膨胀系数调节层31的方法，能够以较为便宜的价格大面积地形成较厚的铜膜。
在上述各实施方式中，也记载了各构成要素的材质、材料、尺寸、形状、相对配置关系或者实施条件等，但是，这些在所有的方式中仅为例示，本发明并不局限于上面所记载的内容。从而，在本发明的范围内可以推定出无数个未例示的变形例。例如，在对任意的构成要素进行变形时或者省略时，进而有时可以提取出至少一个实施方式中的至少一个构成要素，将其与其他实施方式的构成要素进行组合。
【附图标记说明】
1：热应力吸收部件；2：导热金属部件；5、5a、7、7a：底板；6：绝缘陶瓷；8：环氧树脂；9：引线框架；11：半导体芯片；12：冷却部件；13、13a、13b：绝缘基板；21：水套；22：芯片焊接材料；23、24：接合材料；31：线膨胀系数调节层；51、71：铜板；52、72：铝板；101、102：厚度。

Claims (11)

1.一种半导体装置，具有：
绝缘基板，其具有绝缘板和设置在所述绝缘板的两个表面上的底板；
半导体芯片，其设置在所述绝缘基板上；其特征在于，
还具有冷却器，所述冷却器由冷却部件和冷却器外套构成，其中，所述冷却部件通过接合材料与所述绝缘基板的内表面接合；所述冷却器外套由铝合金构成，
所述冷却部件为由铝合金构成的导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件一体形成的复合部件，
所述导热金属部件的位于与所述热应力吸收部件连接的表面的相反一侧的表面上形成有凸片或者槽，
所述热应力吸收部件配置在与所述绝缘基板的内表面接合的一侧，
所述热应力吸收部件的屈服应力小于所述接合部件的屈服应力。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
在所述冷却部件上配置着多个绝缘基板。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述热应力吸收部件由纯度在99.5％以上的铝构成。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述底板的至少与所述接合材料接触的部分由铜或者铜合金构成，
在所述绝缘基板的内表面通过所述接合材料接合着具有线膨胀系数调节层的部件，所述线膨胀系数调节层由铜或者铜合金构成，其与所述冷却部件形成一体。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，
所述底板由铜或者铜合金与铝或者铝合金的层积结构构成。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
所述底板包括由纯度在99.5％以上的铝构成的层。
7.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述导热金属部件由纯度不足99.0％的铝合金构成。
8.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述半导体芯片由碳化硅构成。
9.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述冷却部件为导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件一体形成的复合部件，导热金属部件的厚度为1mm以上10mm以下，热应力吸收部件的厚度在该导热金属部件的厚度以下。
10.一种半导体装置，具有：
绝缘基板，其具有绝缘板和设置在所述绝缘板的两个表面上的底板；
半导体芯片，其设置在所述绝缘基板上；其特征在于，
还具有冷却器，所述冷却器由冷却部件和冷却器外套构成，其中，所述冷却部件与所述绝缘基板的内表面接合；所述冷却器外套由铝合金构成，
所述冷却部件为由铝合金构成的导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件层积形成的复合部件，
所述导热金属部件的位于与所述热应力吸收部件连接的表面的相反一侧的表面上形成有凸片或者槽，
所述热应力吸收部件配置在与所述绝缘基板的内表面接合的一侧，
所述热应力吸收部件由纯度在99.5％以上的铝构成。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，
所述冷却部件为由铝合金构成的导热金属部件和由铝构成的热应力吸收部件一体形成的复合部件，导热金属部件的厚度为1mm以上10mm以下，热应力吸收部件的厚度在该导热金属部件的厚度以下。
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