[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置，具体涉及具有在具备强制冷却式的冷却器的电路基板上接合的半导体元件的半导体装置。

背景技术

具备散热片(heat sink)、对该散热片层叠且粘接的基板、和搭载于该基板的电路图案上的半导体元件的半导体装置是众所周知的。在半导体元件产生的热是从该半导体元件的底面经由基板传递到散热片而散热。在这种半导体装置中，对散热片要求在半导体元件因过负载而瞬变的产生大量热的状态下发挥必要的冷却效果。但是，如果以半导体元件瞬变的产生大量热的状态为基准设定散热片的冷却能力，则半导体装置就会大型化。

在专利文献1中公开了在用于电力变换装置的半导体元件中，能够抑制因过负载而半导体元件的温度急剧上升的情况的半导体模块。如图16(a)所示，半导体模块51包括隔着绝缘基板53而设置在金属基板52上的半导体元件54和设置在半导体元件54正上方及附近的蓄热器55。蓄热器55在比半导体元件54的可使用的上限温度稍低的温度下从固相变化为液相，由此暂时吸收半导体元件54的热，然后散热。在半导体元件54产生的热通常经由金属基板52传递到未图示的冷却器。但是，在过负载状态中如果冷却器的冷却能力不充分，则多余的热暂时蓄积在蓄热器55后，传递到冷却器。

在专利文献2中公开了有效地对半导体模块内部产生的热进行散热，而能够抑制施加到所述内部存在的接合界面的热应力的可靠性高的半导体装置。在该半导体装置中，如图16(b)所示，在设有铜箔61a、61b的绝缘基板61上，焊接了IGBT62的集电极。IGBT62的发射极焊接到电极用构件63。电极用构件63由陶瓷构成，包括：具有排成一列的多个贯通孔64a的支撑体64，以及埋入这些贯通孔64a的铜柱(post)65。在电极用构件63的与IGBT62相反一侧的面焊接有铜电极66。

在专利文献1的半导体模块51中，冷却器的能力只要能处理非过负载的状态即正常状态的半导体元件54的发热即可，因此能够抑制装置的大型化。处于发热状态的半导体元件54的温度分布并不均匀，因其部位不同而温度有所不同。一般，半导体元件54的温度在中央部高，且越向周边部就越低。但是，在专利文献1中，对于发热状态的半导体元件54的温度分布不均匀，没有多做考虑。此外，专利文献1没有明确记载蓄热器55本身是否由向固相和液相变化的物质形成，或者在蓄热器55内部是否收入向固相和液相变化的物质。假设蓄热器55本身由向固相和液相变化的物质形成时，如果在蓄热器55处于液相状态时半导体模块51振动或倾斜，则蓄热器55会从规定位置移动。因而，难以为车载用或有振动的状态的用途而使用。

此外，在专利文献2中，没有言及令铜电极66发挥在过负载时暂时蓄积热，然后散热的散热片堆(heat mass)作用。当然，没有对处于发热状态的半导体元件(IGBT62)的温度分布不均匀考虑如何更适当地发挥散热片堆的功能。

专利文献1：日本特开2002-270765号公报

专利文献2：日本特开2006-237429号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备散热片堆的半导体装置，能够抑制半导体元件的温度急剧上升，且能以更少的材料制作具有同等性能的散热片堆。

为了达成上述目的，在本发明的实例中，提供具备半导体元件、强制冷却式的冷却器及散热片堆的半导体装置。所述冷却器上被传递所述半导体元件产生的热。所述散热片堆以与所述半导体元件热耦合的方式接合到所述半导体元件上。所述散热片堆形成为使与发热状态的所述半导体元件的高温部位对应的散热片堆部位的热阻，低于与同一半导体元件的低温部位对应的散热片堆部位的热阻。

附图说明

图1是将本发明具体化的第一实施方式的半导体装置的立体图。

图2(a)是半导体装置的示意剖视图，图2(b)是图2(a)所示的散热片堆的剖视图。

图3是表示图1所示的半导体元件的温度分布的示意图。

图4(a)是设置图1的散热片堆时的半导体元件的温度分布的示图，图4(b)是表示设置图5(a)的散热片堆时的半导体元件的温度分布的示意图。

图5(a)是具有长方体形状的主体部的散热片堆的示意图，图5(b)是具有圆顶状的主体部的散热片堆的示意图。

图6是表示设置各种形状的散热片堆以及没有设置散热片堆时的半导体元件的最高温度随时间变化的曲线图。

图7(a)是将本发明具体化的第二实施方式的散热片堆的前视图，图7(b)是图7(a)的散热片堆的示意仰视图。

图8是表示设置了在四角没有脚部的散热片堆时的半导体元件的温度分布的示意图，