TW201405814A - 功率半導體裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之功率半導體裝置係具有：塑模部，具有：功率半導體元件；基板，於一方的面裝載功率半導體元件，於另一方的面形成有具有複數個溝的凸部；以及塑模樹脂，以使凸部露出的方式將功率半導體元件封裝；複數個散熱片，藉由插入複數個溝的各者且夾合而固定於基板；以及金屬板(3)，具有供凸部插入的開口(31)，將凸部插入開口(31)而將金屬板(3)配置於塑模部與複數個散熱片之間；金屬板(3)係具有從開口(31)的邊緣突出，且於將凸部插入開口(31)時卡入凸部之側面的突起(32)。

Description

功率半導體裝置
本發明係有關功率半導體裝置。
以往，為了冷卻CPU(central processing unit,中央處理單元)或功率電晶體(power transistor)等大量發熱的電子零件(功率半導體元件)而裝設散熱器(heatsink)時，為了填補兩者的接觸面的細微縫隙以提昇散熱性能而多塗布有散熱膏(heat dissipation grease)。
但散熱膏的熱傳導率與金屬相比係非常低，故為了更提昇散熱性能，亦已實現一種不使用散熱膏，而使散熱片(heat dissipation fin)與功率半導體裝置的金屬部基板(base plate)一體化的散熱片一體型功率半導體裝置。於散熱片一體型的功率半導體裝置中，係於基板設置散熱片接合用的溝，且在使包含有形成有該溝的部分的基板之一部分的表面露出的狀態下進行樹脂塑模(mold)，並將散熱片插入基板的溝且夾合固定，藉此使基板與散熱片成為一體，而謀求散熱性能的提昇。
於如上所述地謀求高散熱化的功率半導體裝置中，已知藉由於散熱片與基板之間插入金屬板，並使該 金屬板發揮將功率半導體裝置連接於接地(earth)電位的作用，而抑制來自功率半導體的放射雜訊(radiation noise)、誤動作(參照專利文獻1)。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
[專利文獻1]日本特開2012-49167號公報
然而，於上述習知技術中，由於樹脂封裝功率半導體元件時的加熱、冷卻，而有導致在功率半導體裝置的模組(module)翹曲的狀態下完工的情形，或有於插入的金屬板本身產生翹曲的情形。因此，於上述習知技術中，存有在金屬板與基板之間產生縫隙，而導致兩者間的電阻增大的問題。另外，屬於金屬的基板表面會於大氣中形成有氧化膜，而金屬氧化膜的電阻與金屬本身相比係較大。故於上述習知技術中，係藉由於散熱片與基板之間夾入金屬板而實現金屬板與基板間的電性接觸，因此除了基板表面的氧化膜因金屬板與基板間的接觸被破壞而露出金屬的微小區域外，兩者間的電性接觸係藉由通過形成於基板表面的氧化膜而進行。因此，即使於金屬板、基板未產生翹曲，而為基板與金屬板面接觸的情形中，亦會有因金屬彼此間的接觸而導通的部分所占的比例小，而導致基板與金屬板間的電阻增大的問題。
本發明係為了解決上述課題而研發者，目的為獲得一種具有可良好地抑制來自功率半導體元件的放射雜訊及誤動作之效果的功率半導體裝置。
為了解決上述課題達成目的，本發明之功率半導體裝置，係具有：塑模部，具有：功率半導體元件；基板，於一方的面裝載功率半導體元件，於另一方的面形成有具有複數個溝的凸部；以及塑模樹脂，以使凸部露出的方式將功率半導體元件封裝；複數個散熱片，藉由插入複數個溝的各者且夾合而固定於基板；以及金屬板，具有供凸部插入的切除部，將凸部插入切除部而將金屬板配置於塑模部與複數個散熱片之間；金屬板係具有從切除部的邊緣突出，且於將凸部插入切除部時卡入凸部之側面的突起。
本發明的功率半導體裝置可達到將基板與金屬板之間的電阻減小，且提高抑制來自功率半導體元件的放射雜訊和誤動作的功效之功效。
1‧‧‧塑模部
2‧‧‧散熱片
3‧‧‧金屬板
11‧‧‧功率半導體元件
12‧‧‧基板
13‧‧‧塑模樹脂
31‧‧‧開口
32‧‧‧突起
33‧‧‧切口
34‧‧‧金屬箔
100‧‧‧功率半導體裝置
121‧‧‧凸部
122‧‧‧溝
123‧‧‧平坦面
124‧‧‧側面
L1‧‧‧寬度
L2‧‧‧間隔
第1圖係顯示本發明之功率半導體裝置的第1實施形態之構成的分解斜視圖。
第2圖係第1實施形態之功率半導體裝置的剖面圖。
第3圖係第1實施形態之功率半導體裝置的塑模部的 剖面圖。
第4圖係第1實施形態之功率半導體裝置的金屬板的平面圖。
第5圖係金屬板與基板接觸的部分的擴大剖面圖。
第6圖係金屬板與基板接觸的部分的擴大剖面圖。
第7圖係顯示作為切除部而切出切口的金屬板之一例的圖。
第8圖係本發明之功率半導體裝置的第2實施形態的金屬板的平面圖。
第9圖係金屬板與基板接觸的部分的擴大剖面圖。
第10圖係金屬板與基板接觸的部分的擴大剖面圖。
以下根據圖式對本發明的功率半導體裝置的實施形態進行詳細說明。又，本發明並不被限定於此實施形態。
(第1實施形態)
第1圖為顯示本發明之功率半導體裝置的第1實施形態之構成的分解斜視圖。第2圖為第1實施形態的功率半導體裝置的剖面圖。第1實施形態的功率半導體裝置100係具有：模製部1、散熱片2、及金屬板3。
第3圖為第1實施形態的功率半導體裝置的模製部的剖面圖。模製部1係具有：功率半導體元件11；於一方的面裝載功率半導體元件11的基板12；以及封裝功率半導體元件11的塑模樹脂13，裝載功率半導體元件 11的基板12與塑模樹脂13係一體成形而形成。在基板12的與裝載有功率半導體元件11的面為相反側的面係形成有凸部121，且從塑模樹脂13突出。於凸部121係設置有複數個溝122。另外，凸部121的周緣係形成為平坦面123。基板12係以較金屬板3軟且熱傳導性高的金屬(鋁(aluminum)等)作為材料而形成。
第4圖為第1實施形態的功率半導體裝置的金屬板的平面圖。金屬板3係切除有大致矩形狀的開口31作為切除部，於開口31可插入凸部121。在此，所謂大致矩形係包含為了防止應力集中於角落部分而施加有打圓部的形狀。於開口31的相對向的2邊(在此為兩短邊)的邊緣係設置有突起32。突起32的前端彼此的間隔L2係較基板12的凸部的寬度L1小。金屬板3係藉由較基板12的材料硬的金屬形成，例如可使用鋼板。
散熱片2為薄板狀，且事先準備有與設置在凸部121的複數個溝122的數量相同的數量，該等散熱片的各者係插入凸部121的溝122，且以從左右夾入的方式夾合而固定於基板12。
第5圖、第6圖為金屬板與基板接觸的部分的擴大剖面圖，第5圖為顯示於開口31插入凸部121前的狀態，第6圖為顯示於開口31插入凸部121後的狀態。由於突起32的前端彼此的間隔L2較基板12的凸部121的寬度L1小，故於將基板12的凸部121插入開口31時，突起32將削到凸部121的側面124，而在突起32卡入凸部121 之側面124的狀態下使凸部121嵌合於開口31。此時，基板12表面的氧化膜被破壞，內部的未氧化的金屬露出，而實現金屬板3與基板12的電性接觸。藉由使突起32全體成為金屬彼此接觸的部分，即可降低金屬板3與基板12間的電阻。
在此，若突起32過小，則將難以充分確保金屬板3與基板12之間藉由金屬彼此接觸而導通的部分的面積。另一方面，若突起32過大，則將使金屬板3與基板12間的縫隙變大而成為功率半導體裝置100之小型化的阻礙。若使突起32的大小為0.5至1.5mm左右，則可不使功率半導體裝置100大型化地確保金屬板3與基板12之間的藉由金屬彼此接觸而導通的部分的面積，然而上述範圍僅為一例，本發明並不被限定於該範圍內。
又，在此雖以僅於開口31的兩短邊邊緣設置突起32之形狀的金屬板3為例，但突起32亦可僅設置於開口31的長邊邊緣，或亦可於短邊及長邊的雙方皆設置。另外，突起32亦可僅設置於開口31的相對向的2邊的一方的邊緣。當僅於開口31的相對向的2邊的一方的邊緣設置突起32時，由於在未設置突起32的邊的部分因金屬板3的側面將推壓於凸部121的側面124，故相較於藉由平坦面123謀求導通的習知構造可減小兩者間的電阻。另外，於開口31的各邊的邊緣設置的突起32的數量不限於2個，亦可在其以上或以下。此外，亦可使開口31的各邊的邊緣的突起32的數量不同。
另外，於上述說明中，雖以將可插入凸部121的開口31作為切除部從金屬板3切去為例，但亦可取代開口31而以切口33作為切除部而切去，而使金屬板3成為大致ㄈ字型亦可。第7圖為顯示有切去切口作為切除部的金屬板之一例的圖。當將可供凸部121插入的切口33作為切除部而切去時，藉由於隔有開放的邊的相對向的兩邊形成突起32，即可於將凸部121插入切口33時使突起32刮削凸部121的側面124。藉由將可插入凸部121的切除部設置成切口狀，即可減少金屬板3的材料使用量。
第1實施形態的功率半導體裝置係可減小基板與金屬板間的電阻，提高抑制來自功率半導體元件的放射雜訊和誤動作的功效。
(第2實施形態)
第2實施形態的功率半導體裝置係與第1實施形態相同地如第1圖、第2圖所示地具有塑模部1、散熱片2、及金屬板3。塑模部1係如第3圖所示地具有：功率半導體元件11；裝載功率半導體元件11的基板12；及封裝功率半導體元件11的塑模樹脂13。第8圖為本發明之功率半導體裝置的第2實施形態的金屬板的平面圖。金屬板3係將開口31作為切除部而切去，而可於開口31插入凸部121。於開口31的四邊的邊緣貼附有金屬箔34。作為金屬箔34，可使用以銅箔或鋁箔(aluminum foil)等延展性佳且較金屬板3軟質的金屬作為材料的箔。
第9圖、第10圖為金屬板與基板接觸的部分 的擴大剖面圖。第9圖顯示於開口31插入凸部121前的狀態，第10圖顯示於開口31插入凸部121後的狀態。於將基板12的凸部121插入開口31時，金屬箔34係配合基板12與金屬板3間的縫隙的形狀而變形。藉由以金屬箔34填埋基板12與金屬板3間的縫隙，即可增加金屬板3與基板12間的接觸面積，使兩者間的電阻減小。
在此，若金屬箔34過薄，則無法充分填埋基板12與金屬板3之間的縫隙而難以充分確保金屬板3與基板12間的接觸面積。另一方面，若金屬板34過厚，則金屬箔34將難以變形而無法充分確保金屬板3與基板12間的接觸面積。若將金屬箔34的厚度設為0.1至0.3mm左右，則可確保金屬板3與基板12間的接觸面積，然而該範圍僅為一例，本發明並不被該範圍所限定。
於上述說明中，雖以於開口31的四邊緣使用貼附有金屬箔34的金屬板3的構成為例，但金屬箔34亦可僅貼附於開口31的至少1邊的邊緣。但，由增加基板12與金屬板3間的接觸面積的觀點來看，較佳係於開口31的全部邊的邊緣配置金屬箔34。另外，與第1實施形態相同地，金屬板3亦可取代開口31而切去切口33作為切除部。
與第1實施形態相同，第2實施形態的功率半導體裝置亦可減少基板與金屬板間的電阻，提高抑制來自功率半導體元件的放射雜訊和誤動作的效果。
(產業上的可利用性)
如上所述，本發明之功率半導體裝置在可提高抑制來自功率半導體元件的放射雜訊和誤動作的效果之點上十分有用。
3‧‧‧金屬板
31‧‧‧開口
32‧‧‧突起
L2‧‧‧間隔

Claims (3)

  1. 一種功率半導體裝置，係包含：塑模部，具有：功率半導體元件；基板，於一方的面裝載前述功率半導體元件，於另一方的面形成有具有複數個溝的凸部；以及塑模樹脂，以使前述凸部露出的方式將前述功率半導體元件封裝；複數個散熱片，藉由插入前述複數個溝的各者且夾合而固定於前述基板；以及金屬板，具有供前述凸部插入的切除部，將前述凸部插入該切除部而將該金屬板配置於前述塑模部與前述複數個散熱片之間；前述金屬板係具有從前述切除部的邊緣突出，且於將前述凸部插入前述切除部時卡入前述凸部之側面的突起。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率半導體裝置，其中，前述切除部為矩形狀，前述突起係形成於前述切除部的相對向的2邊的邊緣。
  3. 一種功率半導體裝置，係包含：塑模部，具有：功率半導體元件；基板，於一方的面裝載前述功率半導體元件，於另一方的面形成有具有複數個溝的凸部；以及塑模樹脂，以使前述凸部露出的方式將前述功率半導體元件封裝；複數個散熱片，藉由插入前述複數個溝的各者且夾合而固定於前述基板；以及 金屬板，具有供前述凸部插入的切除部，將前述凸部插入該切除部而將該金屬板配置於前述塑模部與前述複數個散熱片之間；前述金屬板係具有：配置於前述切除部的邊緣，且於將前述凸部插入前述切除部時被夾持在前述凸部與前述切除部之間的金屬箔。
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