[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法，特别是涉及一种应用在逆变器等中的功率晶体管、晶闸管、功率模块、功率IC等电力用半导体装置的冷却技术。

背景技术

在家电设备、节能直接驱动器或智能致动器、车辆马达驱动用等逆变器控制电力设备等中，使用功率IC、功率模块等统称为功率设备的电力用半导体装置。

图1是表示以往的通常的半导体装置的构造的截面图。在该半导体装置中，一般形成有将树脂盒101和放热板102组合而成的容器，在容器的内部容纳有包含半导体元件的部件，其中，上述树脂盒101由如聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate)等那样的树脂形成，上述放热板102由铜、铜合金或金属基复合材料等金属形成。放热板102还通过热传导性润滑脂112被安装于冷却器103。通过将放热板102与冷却器103进行螺旋固定，保持与热传导性润滑脂112之间的紧密接合性。

在放热板102上，焊接有绝缘基板104，通过绝缘基板104上的导电箔105而配置有作为电路部件的半导体元件106和焊线(bondingwire)107。另外，设置有外部连接端子108，该外部连接端子108的一端通过焊线107连接于半导体元件106，另一端引出到外部。并且，在树脂盒101的内部，填充有由硅凝胶(silicon gel)、环氧树脂(epoxyresin)、其它树脂材料构成的密封树脂109。密封树脂109还被环氧树脂等的固态树脂110密封，在该固态树脂110上固定有由与树脂盒同种或不同的材料构成的端子保持架111。另外，有时省略固态树脂110，端子保持架111作为盖子而配置在树脂盒101的全面。通过该构造，实现具有比较优良的电气特性和可靠性的半导体装置。

另外，在半导体元件106的工作温度为超过100℃的高温、并且是在高电压(kV级)下使用的电力用半导体装置的情况下，需要使用使半导体元件106的发热迅速地放出到放热板102、并且具有较高的绝缘性的材料来作为设置在半导体元件106与放热板102之间的绝缘基板104。因此，在图1所示的以往的半导体装置中，作为绝缘基板104而使用由热传导性和绝缘特性优良的氮化铝等陶瓷构成的材料，使热传导性润滑脂112介于放热板102与冷却器103之间，由此有效地将热从放热板102放出到冷却器103。

在如上述那样构成的以往的半导体装置中，介于放热板102与冷却器103之间的热传导性润滑脂112通过被设置在半导体装置周围的安装螺钉而使放热板102加压接触到冷却器103。但是，存在如下问题：由于螺钉的紧固力的差异、放热板102、冷却器103、或其两者的变形等而使加压力变得不均匀，接触热电阻变得不均匀。

另外，由于绝缘基板104的厚度薄且热容量较小，因此无法期待使在半导体元件106中产生的热进行扩散的效果。因此，特别是在半导体元件106的温度上升变大的半导体装置的起动时，存在过渡时的热电阻变大、过渡温度上升变大的问题。另外，在如上所述的放热板102与冷却器103之间，在接触热电阻暂时增大时，也存在温度上升变大、冷却效率降低的问题。

并且，由陶瓷构成的绝缘基板104的线膨胀系数与由金属构成的放热板102的线膨胀系数存在较大的差异。因此，由于伴随半导体装置工作时的发热的热膨胀的差异而引起放热板102发生变形。由此，发生如下的反复现象：在放热板102与冷却器103之间的距离开放到组装时的热传导性润滑脂112的涂敷厚度以上，停止工作时或发热少时，其变形恢复到原来的距离。通过该反复现象可观察到热传导性润滑脂112从接触面逐渐被挤出的现象。其结果，存在如下问题：放热板102与冷却器103之间的热传导性润滑脂112的量变得不充分，接触热电阻显著地增大，导致半导体元件106的热失控。

为了解决这种诸多问题，在日本国特许公报特开2005-348529号中公开了如下的逆变器装置：该逆变器装置通过提高电力用半导体装置的冷却效率，来实现逆变器装置的通电容量的提高以及小型化，并且制造性优良。图2是表示安装有在日本国特许公报特开2005-348529号中所公开的半导体装置的半导体元件的部分的构造的截面图。在该半导体装置中，多个半导体元件106被焊接于多个导体13～15，导体13～15通过绝缘体12接合于放热板11。