專利名稱：半導(dǎo)體單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有吸熱元件和加熱元件中的至少一個(gè)元件的半導(dǎo)體單元并且更具體地涉及一種適合于從珀耳帖器件散熱的半導(dǎo)體單元。
背景技術(shù)：
公開號為57-2664的日本實(shí)用新型申請公開一種具有散熱器的混合集成電路單元。該混合集成電路單元在其一側(cè)上具有混合集成電路板而在其另一側(cè)上具有散熱器。 功能部件裝配于和接線于混合集成電路板上。散熱器由導(dǎo)熱體制成。散熱器形成為波紋 (corrugated)形狀，并且波紋形狀的分立部分接合到混合集成電路板。波紋散熱器的接合到板的表面具有矩形形狀，并且整個(gè)矩形表面通過粘合劑接合到板。公開號為64-35788的日本實(shí)用新型申請公開一種陶瓷板裝配結(jié)構(gòu)，其中陶瓷板裝配于金屬封裝的底壁上或者經(jīng)由彈性導(dǎo)體制成的波紋板裝配于金屬板上。波紋板被彎曲以吸收陶瓷板的任何翹曲。經(jīng)由波紋板的槽散發(fā)陶瓷板上的芯片部件生成的熱。在公開號為57-2664的日本實(shí)用新型申請所公開的混合集成電路單元中，將散熱器劃分成兩個(gè)部分，從而消散在散熱器與板之間的熱膨脹系數(shù)差在粘合層引起的應(yīng)力。然而該公開僅考慮在散熱器與板之間的應(yīng)力而未考慮在IC芯片與板之間的熱膨脹系數(shù)差所引起的應(yīng)力，從而不能按照需要防止在IC芯片與板之間的應(yīng)力所引起的板的任何翹曲。在公開號為64-35788的日本實(shí)用新型申請所公開的陶瓷板裝配結(jié)構(gòu)中，如在公開號為57-2664的日本實(shí)用新型申請所公開的混合集成電路單元的情況下那樣只考慮了在陶瓷板與波紋板之間的應(yīng)力。不能按照需要防止在芯片元件與陶瓷板之間的應(yīng)力所引起的陶瓷板的任何翹曲。本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體單元，該半導(dǎo)體單元恰當(dāng)?shù)胤乐箍赡苡捎诓季€板的加熱以及也可能由于形成于布線板上的導(dǎo)體層在制造布線板期間的吸熱或者發(fā)熱而引起的布線板的變形。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，半導(dǎo)體單元包括布線板、導(dǎo)體層和散熱片。布線板跨越在其厚度具有第一表面和第二表面。導(dǎo)體層形成于布線板的第一表面上。導(dǎo)體層當(dāng)在布線板的厚度方向上查看時(shí)具有長度和寬度。散熱片接合到布線板的第二表面。散熱片具有在導(dǎo)體層的長度方向上延伸的彎曲邊。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合作為示例圖示本發(fā)明原理的附圖進(jìn)行的下文描述中變得清楚。


通過參照對當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例以及附圖的下文描述，可以最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體單元的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2是示出了圖1的半導(dǎo)體單元的橫截面前視圖；圖3是示出了圖1的半導(dǎo)體單元的布線板的平面圖；圖4是示出了圖1的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片(radiator fin)的不完整透視圖；圖5A是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一修改的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片的不完整透視圖；圖5B是示出了圖5A的散熱器散熱片的前視圖；圖6A是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第二修改的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片的前視圖；圖6B是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第三修改的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片的前視圖；圖6C是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第四修改的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片的前視圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片的不完整透視圖；圖8是示出了圖7的半導(dǎo)體單元的布線板的平面圖；以及圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片的前視圖。
具體實(shí)施例方式下文將參照圖1至圖4描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體單元。使用珀耳帖 (Peltier)器件作為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體。參照圖1，該圖以其橫截面?zhèn)纫晥D示出了半導(dǎo)體單元，珀耳帖器件10具有彼此面對的第一板IlA和第二板11B。第二板IlB用作為本發(fā)明的布線板。比如氮化鋁(AlN)的陶瓷材料優(yōu)選用于第一和第二板IlA和IlB的材料。陶瓷材料具有比金屬更低的熱膨脹系數(shù)、也具有電絕緣性質(zhì)并且還具有比氧化鋁更高的導(dǎo)熱系數(shù)。多個(gè)P型半導(dǎo)體器件12和N 型半導(dǎo)體器件13交替地設(shè)置于第一與第二板IlA與IlB之間。參照圖1和圖2，通過蝕刻銅鍍層在第一板IlA的內(nèi)表面上形成多個(gè)電極14A，并且通過蝕刻銅鍍層在第二板IlB的內(nèi)表面上形成多個(gè)電極14B。每個(gè)電極14B用作為本發(fā)明的導(dǎo)體層。鋁可以取代銅用于電極 14A和14B，在該情況下通過銅焊而不是通過蝕刻來形成電極14A和14B。參照圖3，如在附圖中所見的豎直方向和橫向方向分別對應(yīng)于第二板IlB的縱向方向和寬度方向。電極14B除了在附圖中的頂部的四個(gè)電極14B之外在平面圖中具有這樣的矩形形狀使得第二板IlB沿著縱向方向(長度方向)的尺寸大于沿著寬度方向(或者說寬度的方向)的尺寸。如圖3中所示，電極14B以規(guī)則方式布置于第二板IlB上。電極14B 以電極14B的縱向方向與第二板IlB的縱向方向重合這樣的定向布置于第二板IlB的內(nèi)表面上。注意在后端(或者在圖3的上端)的四個(gè)電極14B以它們的縱向方向與第二板IlB 的寬度方向重合這樣的定向布置。在本實(shí)施例中，電極14B在第二板IlB的縱向方向和寬度方向各自上的間隔設(shè)置成基本上相同。雖然在附圖中未示出，但是第一板IlA的電極14A如在第二板IlB的電極14B的情況下那樣以規(guī)則方式布置于第一板IlA上。注意在第一板IlA上的前端處(在圖3的下端處)的電極14A以它們的縱向方向與第一板IlA的寬度方向重合這樣的定向布置。其它電極14A以電極14A的縱向方向與第一板IlA的縱向方向重合這樣的定向布置于第一板IlA 的內(nèi)表面上。如圖1中所示，P型半導(dǎo)體器件12和N型半導(dǎo)體器件13經(jīng)由電極14A和14B串聯(lián)電連接。每個(gè)P型半導(dǎo)體器件12在其一個(gè)表面經(jīng)由對應(yīng)的電極14A接合到第一板IlA并且在其另一表面經(jīng)由對應(yīng)的電極14B連接到第二板11B。每個(gè)N型半導(dǎo)體器件13在其一個(gè)表面經(jīng)由對應(yīng)的電極14A接合到第一板IlA并且在其另一表面經(jīng)由對應(yīng)的電極14B接合到第二板11B。吸熱器15接合到圖1或者圖2中的第一板IlA的外表面(或者說上表面)， 并且散熱器散熱片17接合到圖1或者圖2中的第二板IlB的外表面(或者說下表面)。吸熱器15可以由結(jié)構(gòu)與散熱器散熱片17相同的吸熱器散熱片提供。可以通過改變流過P型半導(dǎo)體器件12和N型半導(dǎo)體器件13 二者的電流的方向來分別用散熱器和吸熱器散熱片取代吸熱器15和散熱器散熱片17。散熱器散熱片17用作為本發(fā)明的散熱片。分別地，第二板IlB的與第一板IlA面對的內(nèi)表面用作為本發(fā)明的布線板的第一表面，并且第二板IlB 的外表面用作為本發(fā)明的布線板的第二表面。如圖1和圖2中所示，每個(gè)P型半導(dǎo)體器件12的相對表面經(jīng)由焊料16分別接合到電極14A和14B。類似地，每個(gè)N型半導(dǎo)體器件13的相對表面經(jīng)由焊料16分別接合到電極14A和14B。當(dāng)電流流過珀耳帖器件10時(shí)，在P型半導(dǎo)體器件12與N型半導(dǎo)體器件13 之間傳熱，使得在第一板IlA與第二板IlB之間出現(xiàn)溫差并且第一板IlA和第二板IlB之一用于吸熱而另一個(gè)用于散熱。因此冷卻吸熱器15并且加熱散熱器散熱片17。下文將更具體地描述與珀耳帖器件10的第二板IlB接合的散熱器散熱片17。如圖3和圖4中所示，散熱器散熱片17是偏移(offset)散熱片并且由與電極14A和14B的材料相同的銅制成。散熱器散熱片17通過彎曲金屬板來形成并且具有基部18和從基部18 突出的多個(gè)突出物19。如圖4中所示，基部18具有形成于突出物19之間的多個(gè)底壁20。每個(gè)突出物19 具有從底壁20豎直延伸的一對豎直壁21和與底壁20平行延伸以將成對豎直壁21的遠(yuǎn)端互連的頂壁22。突出物19在散熱器散熱片17的寬度上隔開以便形成在散熱器散熱片17 的縱向方向(金屬板的彎曲方向)上延伸的多個(gè)突出物的縱向行。突出物19的行在散熱器散熱片17的寬度方向上隔開，使得突出物和凹陷交替形成于散熱器散熱片17的寬度方向上。因此，包括突出物和凹陷的一連串方波在散熱器散熱片17的寬度方向上形成。也就是說，散熱器散熱片17被彎曲成在每個(gè)底壁20與對應(yīng)的豎直壁21之間的邊界處具有彎曲邊并且也在每個(gè)豎直壁21與對應(yīng)的頂壁22之間的邊界處具有彎曲邊。在本實(shí)施例中，散熱器散熱片17的豎直壁21和底壁20用于散熱。散熱器散熱片17的豎直壁21和底壁20 用作為本發(fā)明的傳熱部分。如圖4中所示，以偏移方式連續(xù)形成在每個(gè)縱向行中的突出物19，使得任何兩個(gè)相鄰?fù)怀鑫?9在散熱器散熱片17的寬度方向上偏移。散熱器散熱片17的每個(gè)頂壁22用作為本發(fā)明的接合部分。每個(gè)頂壁22的接合到第二板IlB的表面用作為本發(fā)明的接合表面。突出物19的每個(gè)縱向行在其頂壁22上具有在散熱器散熱片17的縱向方向上延伸的具有恒定寬度的成直線的接合區(qū)T。接合區(qū)T的寬度與每個(gè)電極14B的寬度相同。在本實(shí)施例中，當(dāng)在第二板IlB的厚度方向(或者說厚度的方向)上查看時(shí)，在散熱器散熱片17 與電極14B之間存在重疊區(qū)(圖4中的陰影所示)。當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)， 散熱器散熱片17的頂壁22的部分位于每個(gè)重疊區(qū)中。當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，整個(gè)重疊區(qū)位于頂壁22中。此外還有在散熱器散熱片17的寬度方向并置的任何兩個(gè)相鄰重疊區(qū)之間的分離區(qū)。頂壁22的與每個(gè)重疊區(qū)重合的接合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比被設(shè)置成大于頂壁22的與每個(gè)分離區(qū)重合的接合表面的面積與分離區(qū)的面積之比。散熱器散熱片17的豎直壁21在散熱器散熱片17的縱向方向上延伸、在其縱向方向上具有抗彎曲的硬度以抵抗熱應(yīng)力所引起的變形。另一方面，在其寬度方向上具有彎曲邊的散熱器散熱片17在其寬度方向上可彈性變形。也就是說，在其寬度方向上可彈性變形的散熱器散熱片17由于硬度而難以在其縱向方向上彈性變形。當(dāng)散熱器散熱片17如圖1和圖2中所示通過銅焊來固定到第二板IlB時(shí)，頂壁22 接合到第二板IlB的散熱表面。每行的多個(gè)突出物19連續(xù)形成于電極14B的縱向方向上。 電極14B的縱向方向與散熱器散熱片17的彎曲邊延伸的方向重合。在每個(gè)縱向行中的任何兩個(gè)相鄰?fù)怀鑫?9偏移的方向與電極14A的寬度方向重合。在散熱器散熱片17固定到第二板IlB時(shí)，電極14B和頂壁22跨越第二板IlB以彼此重疊的關(guān)系來設(shè)置。也就是說，頂壁22被定位成對應(yīng)于電極14B。如圖3和圖4中所示，如在平面圖中電極14B的投影的區(qū)域S位于每行突出物19中的接合區(qū)T內(nèi)。每個(gè)接合區(qū)T在電極14B的縱向方向上連續(xù)延伸。下文將具體描述根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體單元的散熱。當(dāng)電流流過珀耳帖器件10 時(shí)，在P型半導(dǎo)體器件12與N型半導(dǎo)體器件13之間傳熱以由此引起在第一板IlA與第二板IlB之間的溫差。因此，冷卻用于吸熱的第一板IlA而加熱用于散熱的第二板11B。關(guān)于在第二板IlB中傳送的熱，經(jīng)由頂壁22的接合到第二板IlB的表面(或者說接合表面)向豎直壁21和底壁20傳送第二板IlB的熱。散熱器散熱片17的突出物19的豎直壁21和底壁20的熱被散發(fā)以加熱介質(zhì)、比如流過散熱器散熱片17的空氣或者任何其它流體。電極14B生成的熱由于在第二板IlB與電極14B之間的相對大的熱膨脹系數(shù)差而引起在第二板IlB中形成熱應(yīng)力。熱應(yīng)力引起第二板IlB的變形、比如翹曲。在本實(shí)施例中，由相同材料制成的電極14B和頂壁22形成量值與第二板1IB相同的熱應(yīng)力以由此抵消熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形，這防止整個(gè)第二板IlB的變形。向散熱器散熱片17傳送電極14B的熱。由于在第二板IlB與散熱器散熱片17之間的熱膨脹系數(shù)差而在第二板IlB的外表面中出現(xiàn)熱應(yīng)力。在出現(xiàn)于第二板IlB的外表面中的熱應(yīng)力之中，在第二板IlB的寬度方向上作用并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力由散熱器散熱片17在其寬度方向上的彈性變形吸收。雖然在電極14B的縱向方向上作用的熱應(yīng)力迫使第二板IlB跨越第二板IlB的縱向方向翹曲，但是散熱器散熱片17在其縱向方向上的硬度抵抗引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力。這樣，在電極14B的縱向方向上作用的熱應(yīng)力不引起第二板IlB的變形。在本實(shí)施例中，如在平面圖中電極14B的投影的區(qū)域S位于每行突出物19中的接合區(qū)T內(nèi)。因此，經(jīng)由與相應(yīng)電極14B對應(yīng)的接合區(qū)T向服務(wù)器散熱片17迅速傳送電極 14B的熱，這使得易于防止由于在第二板IlB與電極14B之間的熱膨脹系數(shù)差所致的熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形。
在本實(shí)施例中，如在平面圖中電極14B的投影的區(qū)域S位于每行突出物19中的在電極14B的縱向方向上延伸的接合區(qū)T，并且電極14B和散熱器散熱片17均由相同的銅制成。如果接合區(qū)T和電極14B的投影的區(qū)域S在面積和形狀上均相同、頂壁22和電極14B 在厚度和材料上均相同并且接合區(qū)T和電極14B的投影的區(qū)域S以彼此重疊的關(guān)系來設(shè)置，則抵消熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形。在本實(shí)施例(其中接合區(qū)T和電極14B的投影的區(qū)域S被設(shè)置成彼此大面積重疊)中，由相應(yīng)電極14B生成的熱應(yīng)力所引起的第二板 IlB的變形和在位于接合區(qū)T中的電極14B的投影的區(qū)域S中生成的熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形相互近似。也就是說，電極14B所生成的并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力基本上被投影的區(qū)域S中的電極14B所生成的并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力所抵消。 因而防止第二板IlB的變形。在通過焊接將散熱器散熱片17固定到第二板IlB時(shí)，散熱器散熱片17通過它的彈性變形來吸收由于焊接而引起的電極14B在寬度方向上的熱應(yīng)力并且通過它的硬度來抵抗電極14B在縱向方向上的熱應(yīng)力。因此以如在珀耳帖器件100在操作中的情況下那樣的方式防止第二板IlB的變形。上述第一實(shí)施例提供以下有利效果。(1)接合到第二板IlB的散熱器散熱片17跨越散熱器散熱片17的縱向方向具有抗彎曲的硬度以抵抗散熱器散熱片17在縱向方向上的熱應(yīng)力所引起的變形并且在與散熱器散熱片17的縱向方向垂直的方向上可彈性變形。第二板IlB的電極14B的熱由散熱器散熱片17吸收、然后從散熱器散熱片17散發(fā)。在出現(xiàn)于第二板IlB中的熱應(yīng)力之中，在電極14B的寬度方向上作用并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力由散熱器散熱片17在其寬度方向的彈性變形所吸收，并且在電極14B的縱向方向上作用并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力被散熱器散熱片17的硬度所抵抗。因此防止第二板IlB的變形。(2)電極14B的熱經(jīng)由與電極14B對應(yīng)的接合區(qū)T由散熱器散熱片17吸收。因此，第二板IlB的電極14B的熱容易傳向散熱器散熱片17，這使得易于防止熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形。(3)接合區(qū)T的寬度與電極14B的寬度相同，并且電極14B的區(qū)域S位于接合區(qū)T 內(nèi)。第二板IlB的電極14B的經(jīng)由接合區(qū)T中的區(qū)域S由散熱器散熱片17吸收的熱更容易傳向散熱器散熱片17，這防止熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形。(4)在本實(shí)施例(其中電極14B和散熱器散熱片17由相同材料制成)中，由相應(yīng)電極14B生成的熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形和在位于對應(yīng)的接合區(qū)T中的電極14B 的投影的區(qū)域S中生成的熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形相互近似。也就是說，電極14B 生成的熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形被接合區(qū)T生成的熱應(yīng)力所引起的第二板IlB的變形所抵消。因此基本上防止了由于電極14B的熱所導(dǎo)致的第二板IlB的任何翹曲。(5)由于散熱器散熱片17為偏移型散熱片，所以接合到第二板IlB的散熱器散熱片17可以制成為單個(gè)部件。使用偏移散熱片使得易于形成接合區(qū)T。以單個(gè)部件制成的散熱器散熱片17有助于通過銅焊將它們裝配到第二板11B。因此容易制造半導(dǎo)體單元。(6)重復(fù)經(jīng)過珀耳帖器件10的流動電流形成引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力。然而，提供散熱器散熱片17用于減少由于熱應(yīng)力所導(dǎo)致的第二板IlB的變形，由此增加珀耳帖器件10和焊接接頭的壽命。
下文將參照圖5A和5B描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一修改的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片17A。第一修改的散熱器散熱片17A是具有在散熱器散熱片17A的縱向方向 (彎曲邊的方向)上延伸的多個(gè)直線突出物19的直線散熱片。突出物19并置于散熱器散熱片17A的寬度方向上(與彎曲邊的方向垂直的方向上)。在本實(shí)施例中，當(dāng)在第二板IlB 的厚度方向上查看時(shí)，在散熱器散熱片17A與電極14B之間存在重疊區(qū)(圖5A中的陰影所示)。當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，散熱器散熱片17A的頂壁22的部分位于每個(gè)重疊區(qū)中。當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，整個(gè)重疊區(qū)位于散熱器散熱片17A的頂壁22中。散熱器散熱片17A的每個(gè)突出物19具有從底壁20豎直延伸的一對豎直壁21和與底壁20平行延伸以將成對豎直壁21的遠(yuǎn)端互連的頂壁22。頂壁22的接合到電極14B 的整個(gè)接合表面對應(yīng)于接合區(qū)T，并且頂壁22的寬度與電極14B的寬度相同。如在平面圖中電極14B的多個(gè)投影的區(qū)域S位于每個(gè)接合區(qū)T中或者每個(gè)頂壁22上。在其寬度方向上具有沿著散熱器散熱片17A的縱向方向延伸的多個(gè)彎曲邊的散熱器散熱片17A在其寬度方向上可彈性變形并且跨越其縱向方向具有抗彎曲的硬度。雖然根據(jù)本第一修改的半導(dǎo)體單元提供與根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體單元相同的效果，但是根據(jù)第一修改的直線散熱片在結(jié)構(gòu)上更簡易、因此比根據(jù)第一實(shí)施例的偏移散熱片更容易制成。下文將參照圖6A至6C描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第二至第四修改的半導(dǎo)體單元的散熱器散熱片17B至17D。每個(gè)散熱器散熱片17B-17D如在圖5A和5B的第一修改的情況下那樣為直線散熱片。在圖6A的散熱器散熱片17B中，散熱器散熱片17B被形成為將在散熱器散熱片17B的寬度方向上在任何兩個(gè)相鄰?fù)怀鑫?9的相對豎直壁21之間的隔開距離被設(shè)置成在第一修改的情況下的對應(yīng)間距的一半。在第二修改中，當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，在散熱器散熱片17B與電極14B之間的存在重疊區(qū)。頂壁22的與每個(gè)重疊區(qū)重合的接合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比為1/2。在第二修改中，在并置于散熱器散熱片17B的寬度方向上的任何兩個(gè)相鄰重疊區(qū)之間的分離區(qū)。頂壁22的與每個(gè)重疊區(qū)重合的接合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比與頂壁22的與每個(gè)分離區(qū)重合的接合表面的面積與分離區(qū)的面積之比相同。在圖6B的散熱器散熱片17C中，散熱器散熱片17C的突出物19按照兩個(gè)不同間隔隔開。具體而言，當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)在散熱器散熱片17C與電極14B 之間存在的重疊區(qū)時(shí)，散熱器散熱片17C形成于重疊區(qū)，同時(shí)在散熱器散熱片17C的寬度方向上在任何兩個(gè)相鄰?fù)怀鑫?9的相對豎直壁21之間的隔開距離被設(shè)置為在第一修改的情況下的對應(yīng)間隔的三分之一。當(dāng)在并置于散熱器散熱片17C的寬度方向上的任何兩個(gè)相鄰重疊區(qū)之間存在分離區(qū)時(shí)，散熱器散熱片17C形成于分離區(qū)，同時(shí)在散熱器散熱片17C的寬度方向上在相對豎直壁21之間的隔開距離被設(shè)置為與在第一修改的情況下的對應(yīng)間隔相同。因此，窄底壁20A和寬底壁20B如圖6B中所示形成于散熱器散熱片17C中。在第三修改中，頂壁22的與每個(gè)重疊區(qū)重合的接合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比為2/3。頂壁22 的與每個(gè)重疊區(qū)重合的接合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比被設(shè)置為大于頂壁22的與每個(gè)分離區(qū)重合的接合表面的面積與分離區(qū)的面積之比。在圖6C的散熱器散熱片17D中，散熱器散熱片17D的突出物19的隔開間隔為在圖5B的第一修改的情況下的間隔的兩倍大。因此，當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)， 電極14B未跨越第二板IlB與散熱器散熱片17D的它的整個(gè)對應(yīng)頂壁22重疊。如圖6C中所示，以跨越第二板IlB與散熱器散熱片17D的頂壁22重疊的電極14B與不與散熱器散熱片17D的頂壁22重疊的電極14B交替這樣的方式來形成散熱器散熱片17D。在圖6C的第四修改中，當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，在散熱器散熱片17D與電極14B之間存在重疊區(qū)。頂壁22的與每個(gè)重疊區(qū)重合的結(jié)合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比為零或者1。 在第四修改中，在并置于散熱器散熱片17D的寬度方向上的任何兩個(gè)相鄰重疊區(qū)之間存在分離區(qū)。頂壁22的與每個(gè)分離區(qū)重合的接合表面的面積與分離區(qū)的面積之比為零或者1。如在第一實(shí)施例的情況下那樣，第一至第四修改的每個(gè)散熱器散熱片17A-17D通過它的彈性變形來吸收由電極14B在寬度方向上的熱應(yīng)力所引起的變形并且通過它的硬度來抵抗電極14B在縱向方向上的熱應(yīng)力所引起的變形。因此防止第二板IlB的變形。下文將參照圖7和圖8描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體單元。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例不同在于與第一實(shí)施例的散熱器散熱片17對應(yīng)的散熱器散熱片27不僅在散熱器散熱片27的寬度方向上可彈性變形而且在散熱器散熱片27的縱向方向上可彈性變形。 由于第二實(shí)施例在除了散熱器散熱片之外的結(jié)構(gòu)上與第一實(shí)施例相同，所以通過并入對第一實(shí)施例的描述來省略關(guān)于第二實(shí)施例的共同元件或者部分的描述，并且第一實(shí)施例的相同的參考標(biāo)號用于第一和第二實(shí)施例的共同元件或者部分。參照圖7和圖8，散熱器散熱片27由用于電極14A和14B的銅制成。散熱器散熱片27通過彎曲金屬板來形成并且具有基部觀和從基部觀突出的多個(gè)突出物四。如圖7 中所示，每個(gè)突出物四具有從底壁30豎直延伸的一對豎直壁31和與底壁30平行延伸以將成對豎直壁31的遠(yuǎn)端互連的頂壁32。突出物四在散熱器散熱片27的寬度方向上間隔地形成。如圖7中所示，散熱器散熱片27在散熱器散熱片27的寬度方向上形成有一連串交替方形突出物和方形凹陷。也就是說，散熱器散熱片27被彎曲成在每個(gè)底壁30與對應(yīng)的豎直壁31之間的邊界處具有彎曲邊并且也在每個(gè)豎直壁31與對應(yīng)的頂壁32之間的邊界處具有彎曲邊。在本實(shí)施例中，散熱器散熱片27的豎直壁31和底壁30用于散熱。散熱器散熱片27的豎直壁31和底壁30用作為本發(fā)明的傳熱部分。如圖7中所示，在本實(shí)施例中的散熱器散熱片27的成對豎直壁31在散熱器散熱片27的彎曲邊的方向上以之字形方式彎曲。成對豎直壁31被隔開使得底壁30的寬度恒定并且頂壁32的寬度也恒定。如上文提到的那樣，在散熱器散熱片27的平面圖中，頂壁32 以之字形方式形成于散熱器散熱片27的整個(gè)彎曲邊的縱向方向上。在本實(shí)施例中，散熱器散熱片27的整個(gè)彎曲邊的縱向方向用作為本發(fā)明的彎曲邊的延伸方向。散熱器散熱片27 的突出物四在其頂壁32上具有在縱向方向上延伸的具有恒定寬度的接合區(qū)T。接合區(qū)T 的寬度與電極14B的寬度相同。在本實(shí)施例中，當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，在散熱器散熱片27與電極14B之間存在重疊區(qū)(圖7中的陰影所示)。當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，散熱器散熱片27的頂壁22的部分位于每個(gè)重疊區(qū)中。當(dāng)在第二板IlB的厚度方向上查看時(shí)，整個(gè)重疊區(qū)位于頂壁22中。此外，在并置于散熱器散熱片27的寬度方向上的任何兩個(gè)相鄰重疊區(qū)之間存在分離區(qū)。頂壁32的與每個(gè)重疊區(qū)重合的接合表面的面積與重疊區(qū)的面積之比被設(shè)置成大于頂壁32的與每個(gè)分離區(qū)重合的接合表面的面積與分離區(qū)的面積之比。以之字形方式在散熱器散熱片27的縱向方向上彎曲的豎直壁31在散熱器散熱片 27的縱向方向上可彈性變形。因此，散熱器散熱片27不僅在散熱器散熱片27的寬度方向上可彈性變形而且在散熱器散熱片的縱向方向上可彈性變形。注意散熱器散熱片27的厚度被設(shè)置成大于第一實(shí)施例的散熱器散熱片17的厚度。當(dāng)散熱器散熱片27如圖8中所示通過銅焊來固定到第二板IlB時(shí)，頂壁32接合到第二板IlB的散熱表面。散熱器散熱片27的每個(gè)突出物四被形成為在電極14B的縱向方向上連續(xù)延伸。電極14B的縱向方向和散熱器散熱片27的整個(gè)彎曲邊的縱向方向相同。當(dāng)散熱器散熱片27固定到第二板IlB時(shí)，電極14B和頂壁32跨越第二板IlB以彼此重疊的關(guān)系來設(shè)置。也就是說，用作為本發(fā)明的接合部分的頂壁32被定位成對應(yīng)于電極14B。如在平面圖中電極14B在第二板IlB上投影的面積如圖7和圖8中所示位于對應(yīng)的接合區(qū)T中。接合區(qū)T連續(xù)形成于電極14B的縱向方向上。第二實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例的效果(2)至(5)基本上相同的效果。在本實(shí)施例中，接合到第二板IlB的散熱器散熱片27在整個(gè)彎曲邊的縱向方向上可彈性變形并且也在與整個(gè)彎曲邊的縱向方向垂直的方向上可彈性變形。注意在與整個(gè)彎曲邊的縱向方向垂直的方向上的彈性變形程度(或者對于給定應(yīng)力水平的每單位應(yīng)力的變形量)比在整個(gè)彎曲邊的縱向方向上的彈性變形量大得多。也就是說，散熱器散熱片27跨越散熱器散熱片27 的縱向方向具有抗彎曲的特定硬度水平。第二板IlB的電極14B的熱由散熱器散熱片27 吸收、然后從散熱器散熱片27發(fā)散。在出現(xiàn)于第二板IlB中的熱應(yīng)力之中，在電極14B的寬度方向上作用并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力由散熱器散熱片27的彈性變形吸收，并且在電極14B的縱向方向上作用并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力被散熱器散熱片27的硬度所抵抗。因此防止第二板IlB的變形。在第一實(shí)施例的跨越其縱向方向具有抗彎曲的硬度的散熱器散熱片17中，如果增加第二板11的厚度，則出現(xiàn)于第二板IlB的外表面中的熱應(yīng)力可能變得大于出現(xiàn)于第二板IlB的內(nèi)表面中的熱應(yīng)力。因此，第二板IlB可能不能抵抗在散熱器散熱片27的縱向方向上作用并且引起變形的熱應(yīng)力。然而在本實(shí)施例的散熱器散熱片27中，散熱器散熱片 27在其縱向方向上變形，使得出現(xiàn)于第二板IlB的內(nèi)表面中的熱應(yīng)力變成與出現(xiàn)于第二板 IlB的外表面中的熱應(yīng)力相同。因此防止了第二板IlB的變形?？梢愿鶕?jù)在散熱器散熱片的厚度與具有電極14B的第二板IlB的厚度之間的關(guān)系形成散熱器散熱片27以便具有如下硬度，該硬度如在第一實(shí)施例的情況下那樣抵抗在散熱器散熱片17的縱向方向上作用并且引起第二板IlB變形的熱應(yīng)力。可替換地，可以形成散熱器散熱片27以便如在第二實(shí)施例的情況下那樣在散熱器散熱片27的縱向方向上可彈性變形。通過減小第一實(shí)施例的電極14B的厚度，可以形成散熱器散熱片17以便如在第二實(shí)施例的情況下那樣在散熱器散熱片17的縱向方向上可彈性變形。因此防止了第二板IlB翹曲。雖然在本實(shí)施例的散熱器散熱片27中存在電極14B的行與突出物四的行之間的一對一的對應(yīng)關(guān)系，但是可以用別的方式布置電極14B和突出物四。可以形成散熱器散熱片使得每個(gè)突出物以大角度朝著散熱器散熱片的寬度方向彎曲并且一個(gè)突出物對應(yīng)于兩行電極14B。在這種情況下，電極14B和突出物四為二對一的對應(yīng)關(guān)系。下文將參照圖9描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體單元。在本實(shí)施例中，在第二板IlB的縱向方向上形成的多個(gè)槽形成于第二板IlB的如下表面中，與第一實(shí)施例的散熱器散熱片17對應(yīng)的散熱器散熱片37固定到該表面。槽形成于第二板IlB的寬度方向上。 當(dāng)在散熱器散熱片37的縱向方向上查看時(shí)，散熱器散熱片37是以之字形方式形成的三角形散熱片。散熱器散熱片37基本上沒有第一實(shí)施例的底壁和頂壁、但是具有斜壁。通過并入對第一實(shí)施例的描述來省略關(guān)于第三實(shí)施例的共同元件或者部分的描述，并且第一實(shí)施例的相同參考標(biāo)號用于第一和第三實(shí)施例的共同元件或者部分。如圖9中所示，各自用作為本發(fā)明的導(dǎo)體層的多個(gè)電極14B形成于第二板IlB的一個(gè)表面(第一表面)上，并且散熱器散熱片37接合到第二板IlB的另一個(gè)或者說外表面 (第二表面)。第二板IlB的表面(散熱器散熱片37固定到該表面)具有在第二板IlB的寬度方向上設(shè)置的多個(gè)槽111。當(dāng)在第二板IlB的縱向方向上查看時(shí)，每個(gè)槽111是V形。 雖然在附圖中未示出，但是跨越散熱器散熱片37的長度形成每個(gè)槽111以由此提高抵抗散熱器散熱片37在縱向方向上的熱應(yīng)力的彎曲強(qiáng)度。雖然散熱器散熱片37具有多個(gè)彎曲邊，但是不同于第一實(shí)施例，散熱器散熱片37 基本上沒有底壁和頂壁。散熱器散熱片37通過彎曲金屬板來形成并且具有連續(xù)形成的并且在交替方向上傾斜的壁38。散熱器散熱片37的彎曲邊形成散熱器散熱片37的頂部和底部。在散熱器散熱片37的任何兩個(gè)相鄰頂部之間的距離與在第二板IlB的任何兩個(gè)相鄰槽11之間的距離相同。在本實(shí)施例中，散熱器散熱片37固定到第二板IlB而散熱器散熱片37在其頂部插入于第二板IlB的槽111中。當(dāng)散熱器散熱片37這樣插入于第二板IlB的槽111中時(shí)， 散熱器散熱片37和第二板IlB相互表面與表面接觸。通過表面與表面接觸的在第二板IlB 與散熱器散熱片37之間的接合強(qiáng)度大于通過線接觸的強(qiáng)度。通過在第二板IlB中形成槽 111，基本上沒有頂壁的散熱器散熱片37可以固定到第二板11B。此外，通過在第二板IlB 中形成槽111來提高抵抗散熱器散熱片37在縱向方向上的熱應(yīng)力的彎曲強(qiáng)度。因此防止了熱應(yīng)力所引起的變形。在第二板IlB中形成槽111并不限于散熱器散熱片37的情況。在第二板IlB的縱向方向上的硬度小的散熱片中，在第二板IlB中形成槽111有效減少跨越第二板IlB的縱向方向的變形。在本實(shí)施例(其中通過使用槽111將基本上沒有頂壁的散熱器散熱片37接合到第二板11B)中，槽的橫截面形狀不受限制，并且自由確定接合的散熱器散熱片的形狀?？梢允褂萌缭诘谝缓偷诙?shí)施例(包括修改)的情況下那樣的具有頂壁的散熱器散熱片17、 17A-17D和27來代替第三實(shí)施例中的散熱器散熱片37。在這種情況下，在第二板IlB中形成形狀與散熱器散熱片17、17A-17D和27的相應(yīng)頂壁相符的槽。已經(jīng)在上述實(shí)施例的背景中描述本發(fā)明，但是它不限于實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，可以用如下文舉例的各種方式實(shí)施本發(fā)明。雖然在上述實(shí)施例中將珀耳帖器件的板(或者第二板)用于布線板，但是可以使用具有除了珀耳帖器件之外的散熱器元件的任何布線板?？梢允褂镁哂凶儔浩骰蛘吖β士刂齐娮釉娜魏尾季€板。雖然在上述實(shí)施例中使用偏移散熱片、直線散熱片和三角形散熱片中的任一個(gè)作為散熱器散熱片，但是可以使用比如人字形散熱片、穿孔散熱片或者鋸齒形散熱片這樣的散熱片。雖然在上述實(shí)施例中使用矩形電極作為導(dǎo)體層，但是導(dǎo)體層的形狀并不限于矩形。根據(jù)本發(fā)明，要求導(dǎo)體層具有在縱向方向上延伸的尺寸。導(dǎo)體層的形狀排除規(guī)則多邊形(比如沒有縱向方向的方形和圓形)、但是包括矩形和橢圓形。 雖然在上述實(shí)施例中散熱器散熱片和導(dǎo)體層相同，但是散熱器散熱片和導(dǎo)體層的材料可以不同。任何材料可以用于散熱器散熱片和導(dǎo)體層，只要在散熱器散熱片的接合表面與布線板之間生成的熱應(yīng)力和在導(dǎo)體層與布線板之間生成的熱應(yīng)力分布成相互抵消。雖然在上述實(shí)施例中散熱器散熱片的接合部分(接合區(qū)T)的寬度與導(dǎo)體層(在電極的表面上的投影的區(qū)域幻的寬度基本上相同，但是散熱器散熱片的接合部分的寬度無需與導(dǎo)體層的寬度相同，只要在散熱器散熱片的接合表面與布線板之間生成的熱應(yīng)力和在導(dǎo)體層與布線板之間生成的熱應(yīng)力分布成相互抵消。雖然在上述實(shí)施例中已經(jīng)描述了用作為本發(fā)明的散熱片的散熱器散熱片，但是可以通過改變流過珀耳帖器件的電流的方向來使用也用作為本發(fā)明的散熱片的吸收器散熱片。在其中熱傳遞出現(xiàn)于相反方向上的吸收器散熱片的情況下，可以實(shí)現(xiàn)與在散熱器散熱片的情況下相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體單元，包括布線板(11A，11B)，跨越其厚度具有第一表面和第二表面；導(dǎo)體層(14A，14B)，形成于所述布線板(11A，11B)的所述第一表面上；以及散熱片(15，17，17A，17B，17C，17D，27，37)，接合到所述布線板(ΙΙΑ,ΙΙΒ)的所述第二表面，其特征在于所述導(dǎo)體層(14Α，14Β)當(dāng)在所述布線板(11Α，11Β)的厚度方向上查看時(shí)具有長度和寬度，其中所述散熱片(15，17，17A，17B，17C，17D，27，37)具有在所述導(dǎo)體層(14A, 14B)的長度方向上延伸的彎曲邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述導(dǎo)體層(14A，14B)是形成于所述布線板(11A，11B)的所述第一表面上的多個(gè)導(dǎo)體層(14A，14B)中的一個(gè)，所述導(dǎo)體層(14A，14B)當(dāng)在所述布線板(11A，11B)的厚度方向上查看時(shí)具有各自的長度和寬度， 所述導(dǎo)體層(14A，14B)被定位成使得所述長度的方向彼此重合，所述散熱片(15，17，17A， 17B，17C，17D，27)具有接合部分和從所述結(jié)合部分延伸的傳熱部分，其中當(dāng)在所述布線板 (ΙΙΑ,ΙΙΒ)的厚度方向上查看時(shí)在所述散熱片(15，17，17A，17B，17C，17D，27)與所述導(dǎo)體層(14A，14B)之間存在重疊區(qū)，其中當(dāng)在所述布線板(ΙΙΑ,ΙΙΒ)的厚度方向上查看時(shí)，所述散熱片(15，17，17A，17B，17C，17D，27)的所述接合部分的至少部分位于每個(gè)重疊區(qū)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于當(dāng)在所述布線板(IlB)的厚度方向上查看時(shí)位于每個(gè)重疊區(qū)中的所述接合部分的面積與所述重疊區(qū)的面積之比為1/2或者更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述導(dǎo)體層(14B)被定位成使得所述寬度的方向彼此重合，其中當(dāng)所述重疊區(qū)中的至少兩個(gè)重疊區(qū)并置于所述導(dǎo)體層 (14B)的寬度方向上時(shí)，在并置于所述導(dǎo)體層(14B)的寬度方向上的所述重疊區(qū)之間的至少存在分離區(qū)，其中當(dāng)在所述布線板(IlB)的厚度方向上查看時(shí)位于每個(gè)重疊區(qū)中的所述接合部分的面積與所述重疊區(qū)的面積之比被設(shè)置成大于當(dāng)在所述布線板(IlB)的厚度方向上查看時(shí)位于所述分離區(qū)中的所述接合部分的面積與所述分離區(qū)的面積之比。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述接合部分具有在所述導(dǎo)體層(14B)的長度方向上延伸的具有恒定寬度的成直線的接合區(qū)(T)，所述接合區(qū)(T)的寬度與每個(gè)導(dǎo)體層(14B)的寬度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述導(dǎo)體層(14B)和所述散熱片 (17，17A，27)由相同材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述散熱片(17)是偏移散熱片并且所述導(dǎo)體層(14B)設(shè)置成對應(yīng)于所述接合區(qū)(T)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述散熱片(17)的所述結(jié)合部分是所述散熱片(17)的多個(gè)接合部分之一，其中所述散熱片(17)的所述結(jié)合部分連續(xù)形成于所述導(dǎo)體層(14B)的長度方向上，其中所述導(dǎo)體層(14B)被定位成使得所述寬度的方向彼此重合，其中連續(xù)形成于所述導(dǎo)體層(14B)的長度方向上的兩個(gè)相鄰接合部分在所述導(dǎo)體層(14B)的寬度方向上偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述傳熱部分以之字形方式形成于所述散熱片(XT)的所述彎曲邊延伸的方向上。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述導(dǎo)體層(14B)被定位成使得所述寬度的方向彼此重合，其中所述導(dǎo)體層(14B)在其寬度方向上的間隔基本上相同，其中每個(gè)導(dǎo)體層(14B)設(shè)置有P型半導(dǎo)體器件(1 和N型半導(dǎo)體器件(13)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體單元，其特征在于所述布線板 (IlB)的所述第二表面具有形成于所述導(dǎo)體層(14B)的長度方向上的槽(111)，其中所述散熱片(37)接合到所述布線板(IlB)而所述散熱片(37)插入于所述布線板(IlB)的所述槽 (111)中。
全文摘要
半導(dǎo)體單元包括布線板、導(dǎo)體層和散熱片。布線板跨越其厚度具有第一表面和第二表面。導(dǎo)體層形成于布線板的第一表面上。導(dǎo)體層當(dāng)在布線板的厚度方向上查看時(shí)具有長度和寬度。散熱片接合到布線板的第二表面。散熱片具有在導(dǎo)體層的長度方向上延伸的彎曲邊。
文檔編號H01L23/367GK102403285SQ20111026431
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者守作直人, 秋山泰有 申請人:株式會社豐田自動織機(jī)