功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法，該功率半導(dǎo)體裝置具有：功率半導(dǎo)體元件（1）；高壓電極（2），其與功率半導(dǎo)體元件（1）電連接；散熱板（4），其與功率半導(dǎo)體元件（1）連接，并具有散熱性；冷卻體（6），其經(jīng)由絕緣膜（5）與散熱板（4）連接；以及封裝體（10），其覆蓋高壓電極（2）的一部分、冷卻體（6）的一部分、功率半導(dǎo)體元件（1）、散熱板（4）以及絕緣膜（5）。冷卻體（6）包含：基座部（7），其一部分埋設(shè)在封裝體（10）中；以及冷卻部件（8），其與基座部（7）連接?；浚?）和冷卻部件（8）為獨(dú)立部件，冷卻部件（8）固定在從封裝體（10）露出的基座部（7）上。
【專利說明】功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別地，涉及一種能夠具有良好的組裝性的功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，針對功率半導(dǎo)體元件，以從物理及化學(xué)角度保護(hù)該半導(dǎo)體元件為目的，將負(fù)責(zé)與外部電連接的引線框架、和用于使該引線框架和半導(dǎo)體元件電連接的導(dǎo)線等一起載置在冷卻裝置上，并在該狀態(tài)下利用樹脂封裝，其中，該冷卻裝置用于將功率半導(dǎo)體元件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量迅速地散熱。
[0003]提出了一種冷卻裝置，該冷卻裝置為了提高冷卻性能，在與載置功率半導(dǎo)體元件的面相對的面上具有散熱片。例如在日本特開2007 - 184315號公報(bào)和日本特開2009 —295808號公報(bào)中公開了一種半導(dǎo)體模塊，其具有帶有散熱片的冷卻裝置。
[0004]但是，對于當(dāng)前具有帶有散熱片的冷卻裝置的功率半導(dǎo)體裝置，由于在樹脂封裝工序之前形成功率半導(dǎo)體裝置的冷卻裝置，因此，樹脂封裝工序之后的組裝工序必須在已具有冷卻裝置的狀態(tài)下實(shí)施。其結(jié)果，在樹脂封裝工序之后的工序中，因以凸起狀露出的散熱片而有損組裝性。例如，因從與載置有功率半導(dǎo)體元件的面相對的面凸起的散熱片，使樹脂封裝后的工序中的功率半導(dǎo)體裝置的操作性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的。本發(fā)明的主要目的在于，提供一種能夠提高功率半導(dǎo)體裝置的組裝性的功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0006]本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置具有:功率半導(dǎo)體元件；高壓電極，其與功率半導(dǎo)體元件電連接；散熱板，其與功率半導(dǎo)體元件連接，并具有散熱性；冷卻體，其經(jīng)由絕緣膜與散熱板連接；以及封裝體，其覆蓋高壓電極的一部分、冷卻體的一部分、功率半導(dǎo)體元件、散熱板以及絕緣膜。冷卻體包含:基座部，其一部分埋設(shè)在封裝體中；以及冷卻部件，其與基座部連接?；亢屠鋮s部件為獨(dú)立部件，冷卻部件固定在從封裝體露出的基座部上。
[0007]本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置由于包含作為獨(dú)立部件的基座部和冷卻部件，因此能夠在不將冷卻部件安裝在基座部上的狀態(tài)下，以覆蓋功率半導(dǎo)體元件的方式形成封裝體。由此，能夠提高功率半導(dǎo)體裝置的封裝體形成后的操作性，并能夠提高功率半導(dǎo)體裝置的組裝性。
[0008]本發(fā)明的上述及其他目的、特征、方面及優(yōu)點(diǎn)，通過與附圖相關(guān)聯(lián)而進(jìn)行理解的關(guān)于本發(fā)明的下述詳細(xì)說明，而變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是實(shí)施方式I的功率半導(dǎo)體裝置的概略剖面圖。
[0010]圖2是實(shí)施方式2的功率半導(dǎo)體裝置的概略剖面圖。[0011]圖3是實(shí)施方式3的功率半導(dǎo)體裝置的概略剖面圖。
[0012]圖4是實(shí)施方式4的功率半導(dǎo)體裝置的概略剖面圖。
[0013]圖5是表示實(shí)施方式I的功率半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
[0014]圖6是表示實(shí)施方式4的功率半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0016](實(shí)施方式I)
[0017]參照圖1，對本發(fā)明的實(shí)施方式I進(jìn)行說明。本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100具有:功率半導(dǎo)體元件I ;高壓電極2，其與功率半導(dǎo)體元件I電連接；散熱板4，其與功率半導(dǎo)體元件I連接，并具有高散熱性；冷卻體6，其經(jīng)由絕緣膜5與散熱板4連接；以及封裝體10，其對冷卻體6的一部分、功率半導(dǎo)體元件1、散熱板4以及絕緣膜5進(jìn)行覆蓋。
[0018]功率半導(dǎo)體兀件I 是具有例如 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等的半導(dǎo)體芯片，是能夠以高電壓控制大電流的元件。功率半導(dǎo)體元件I的一個(gè)主面與高壓電極2及信號端子20等電連接。例如，高壓電極2經(jīng)由焊料3而與功率半導(dǎo)體元件I電連接，信號端子20通過導(dǎo)線19進(jìn)行電連接。功率半導(dǎo)體元件I的另一個(gè)主面經(jīng)由焊料等(未圖示)而保持在散熱板4上。高壓電極2以能夠向功率半導(dǎo)體元件I施加高電壓的任意構(gòu)造設(shè)置。由于在高壓電極2中流過大電流，因此，高壓電極2和外部通過螺栓緊固的方法進(jìn)行連接。即，高壓電極2包含有用于使螺栓貫通的貫穿孔21。
[0019]散熱板4是用于使功率半導(dǎo)體元件I產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散的熱擴(kuò)散板，由散熱性高的材料構(gòu)成。例如，可以由銅(Cu)或鋁(Al)等構(gòu)成散熱板4。與搭載有功率半導(dǎo)體元件I的面相對的面經(jīng)由絕緣膜5而與冷卻體6連接。絕緣膜5具有電絕緣性，例如可以由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成。
[0020]冷卻體6包含有作為獨(dú)立部件的基座部7和冷卻部件8?；?和冷卻部件8連接而形成冷卻體6，例如，基座部7是具有凹部7a的板狀部件，冷卻部件8是以與凹部7a嵌合的方式構(gòu)成的柱狀部件?；?及冷卻部件8的材料為與散熱板4相同的高散熱性的材料，例如由銅或鋁等構(gòu)成即可?；?和冷卻部件8的材料可以是相同材料，也可以是不同的材料。
[0021]封裝體10對功率半導(dǎo)體元件1、高壓電極2、散熱板4、絕緣膜5及冷卻體6進(jìn)行封裝。封裝體10具有電絕緣性，例如由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成即可。此時(shí)，高壓電極2的一部分、信號端子20的一部分及冷卻體6的一部分從封裝體10露出。在從封裝體10露出的冷卻體6的一部分中，包含基座部7中的具有凹部7a的一個(gè)表面和冷卻部件8。具有凹部7a的基座部7的一個(gè)表面優(yōu)選形成為，該表面與平坦面相對，具有以在將功率半導(dǎo)體裝置100載置在平坦面上時(shí)功率半導(dǎo)體裝置100穩(wěn)定的程度平坦化后的面。
[0022]并且，冷卻體6以通過將冷卻體6和罩部件11彼此連接而構(gòu)成冷卻器的方式設(shè)置。即，在本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置100中，通過驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件I而產(chǎn)生的熱量主要從半導(dǎo)體元件向散熱板4、絕緣膜5、冷卻體6高效地傳導(dǎo)而通過冷卻器散熱。此時(shí)，在由基座部7和罩部件11包圍的區(qū)域中設(shè)置有冷卻部件8。由基座部7和罩部件11包圍的區(qū)域優(yōu)選構(gòu)成為能夠流動(dòng)冷媒。由此，從功率半導(dǎo)體元件I傳導(dǎo)至冷卻體6的熱量從基座部I及冷卻部件8向冷媒及罩部件11散熱。優(yōu)選基座部7及冷卻部件8的至少一方構(gòu)成為與冷媒及罩部件11的接觸面積較大。更優(yōu)選冷卻部件8構(gòu)成為與罩部件11中的與凹部7a相對的面接觸。由此，從功率半導(dǎo)體元件I傳導(dǎo)至冷卻部件8的熱量向冷媒及罩部件11散熱。
[0023]在將冷卻體6和罩部件11連接而構(gòu)成冷卻器時(shí)，基座部7和罩部件11例如通過螺栓和螺母進(jìn)行緊固固定。在此情況下，在基座部7及罩部件11上設(shè)置貫穿孔17、18，基座部7的貫穿孔17上方不被封裝體10封裝。在基座部7的貫穿孔17上方配置螺母，通過將該螺母與從罩部件11側(cè)穿過罩部件11及基座部7的貫穿孔17后的螺栓緊固，從而能夠構(gòu)成具有冷卻器的功率半導(dǎo)體裝置100。
[0024]此外，在從上方觀察功率半導(dǎo)體裝置100時(shí)，以上述高壓電極2的貫穿孔21與基座部7及罩部件11的貫穿孔17、18之間不重疊的方式進(jìn)行設(shè)置。具體來說，貫穿孔17、18在基座部7和罩部件11的外形為矩形的情況下，分別設(shè)置在角部。另一方面，在高壓電極2相對于夾在相鄰的角部間的邊垂直地形成多個(gè)的情況下，高壓電極2的貫穿孔21沿邊設(shè)置多個(gè)。
[0025]下面，對本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100的制造方法進(jìn)行說明。參照圖5，本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100的制造方法具有:工序(S01)，在該工序中，形成對冷卻體6的一部分和功率半導(dǎo)體元件I進(jìn)行覆蓋的封裝體10，該冷卻體6用于冷卻功率半導(dǎo)體元件I ;以及工序(S03)，在該工序中，將冷卻部件8安裝在從封裝體10露出的冷卻體6上。
[0026]首先，在工序(SOl)中，通過以覆蓋冷卻體6的一部分和功率半導(dǎo)體元件I的方式形成封裝體10，從而在與冷卻體6連接的狀態(tài)下利用樹脂等進(jìn)行封裝，由此得到功率半導(dǎo)體裝置100。在此，所謂冷卻體6的一部分是指基座部7的一個(gè)表面，在本工序(SOl)中，冷卻部件8尚未與基座部7連接。除了功率半導(dǎo)體元件I和冷卻體6之外，還可以對與功率半導(dǎo)體元件I電連接的高壓電極2及信號端子20、與功率半導(dǎo)體元件I連接并具有高散熱性的散熱板4、使散熱板4和冷卻體6絕緣的絕緣膜5進(jìn)行封裝。此時(shí)，如上所述，高壓電極2的一部分及基座部7的一個(gè)表面從封裝體10露出。
[0027]下面，作為工序(S02)，對功率半導(dǎo)體元件I的特性實(shí)施檢查。在該工序(S02)中，例如檢查功率半導(dǎo)體元件I的電氣特性和可靠性。此時(shí)，在功率半導(dǎo)體裝置100的基座部7上沒有設(shè)置冷卻部件8。
[0028]下面，在工序(S03)中，在從封裝體10露出的基座部7上安裝冷卻部件8而形成冷卻體6。例如如上所述，在基座部7的與罩部件11相對的一側(cè)形成有凹部7a的情況下，可以使冷卻部件8與凹部7a嵌合。此時(shí)，以不向功率半導(dǎo)體裝置100施加負(fù)載的方式，使基座部7的凹部7a與冷卻部件8嵌合。特別地，由于在絕緣膜5受到壓力時(shí)容易產(chǎn)生裂紋等，因此，以不施加強(qiáng)烈振動(dòng)等的方式向基座部7安裝冷卻部件8。如上所述，通過實(shí)施上述工序(SOl)至工序(S03)，而完成本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置100的制造方法。
[0029]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，功率半導(dǎo)體裝置100由于具有通過作為獨(dú)立部件的基座部7和冷卻部件8形成的冷卻體6，因此，在功率半導(dǎo)體裝置100的制造方法中通過包含工序(SOl)和工序(S03)在內(nèi)的工序，從而將基座部7和冷卻部件8形成為功率半導(dǎo)體裝置100的冷卻體6。即，在通過工序(SOl)對具有基座部7的功率半導(dǎo)體裝置100進(jìn)行封裝后，能夠通過工序(S03)在從封裝體10露出的基座部7的一個(gè)表面上安裝冷卻部件8而形成冷卻體6。其結(jié)果，從封裝體10露出的基座部7的一個(gè)表面由于在安裝冷卻部件8之前是平坦面，因此，與現(xiàn)有的功率半導(dǎo)體裝置100的制造方法相比，能夠提高操作性等。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提高利用封裝體10對功率半導(dǎo)體裝置100進(jìn)行封裝后的組裝性。
[0030]在本實(shí)施方式中，如上所述，冷卻體6可以由具有凹部7a的基座部7和與凹部7a嵌合的冷卻部件8構(gòu)成，但并不限定于此。例如，也可以由板狀的基座部7和利用粘接劑等與基座部7接合的冷卻部件8構(gòu)成。只要不對功率半導(dǎo)體裝置100的特性造成影響，能夠以任意方法將基座部7和冷卻部件8連接而形成冷卻體6。
[0031]另外，在本實(shí)施方式中，絕緣膜5及封裝體10可以具有在將基座部7和冷卻部件8連接時(shí)不發(fā)生變形的程度的剛性。由此，在工序(S03)中，在經(jīng)由基座部7向功率半導(dǎo)體裝置100內(nèi)部施加力時(shí)，能夠抑制絕緣膜5及封裝體10的變形或損傷，從而能夠防止散熱板4和基座部7的泄漏(leakage)等。
[0032]另外，在本實(shí)施方式中，如上所述，高壓電極2通過螺栓緊固而與外部連接?？梢詫⒋藭r(shí)的與螺栓相緊固的螺母設(shè)為螺母套筒。具體來說，可以在高壓電極2和基座部7之間的區(qū)域設(shè)置螺母套筒。螺母套筒具有中空構(gòu)造，并包含固定在內(nèi)部的螺母，在螺母側(cè)具有開口部。在此情況下，在工序(SOI)中，在將螺母套筒配置在高壓電極2和基座部7之間的區(qū)域中的狀態(tài)下通過封裝體10進(jìn)行封裝。由此，由于螺母套筒的周圍被封裝體10覆蓋，因此，能夠使得高壓電極2和基座部7之間的區(qū)域也由封裝體10進(jìn)行封裝。由此，在工序(SOl)中，無需以在高壓電極2和基座部7之間的區(qū)域不形成封裝體10的方式進(jìn)行控制，能夠提高功率半導(dǎo)體裝置的組裝性。此時(shí)，通過將螺栓從高壓電極2側(cè)穿過設(shè)置在高壓電極2上的貫穿孔和螺母套筒的開口部而與螺母套筒內(nèi)的螺母緊固，由此，能夠?qū)⒏邏弘姌O2和外部電連接。
[0033](實(shí)施方式2)
[0034]下面，參照圖2，對本發(fā)明的實(shí)施方式2的功率半導(dǎo)體裝置200及其制造方法進(jìn)行說明。本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置200及其制造方法具有基本上與實(shí)施方式I所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100及其制造方法相同的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施方式I所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100的不同點(diǎn)在于，冷卻部件8具有帶有彈性的彈性部8a。在本實(shí)施方式中，冷卻部件8構(gòu)成為，在一個(gè)端部具有與基座部7的凹部7a嵌合的根部8c，在另一個(gè)端部具有彈性部8a，該冷卻部件8以一定的接觸壓力而與罩部件11抵接。這樣，即使在基座部7和與基座部7相對的罩部件11之間的距離或冷卻部件8的長度存在一定量的波動(dòng)的情況下，冷卻部件8也能夠與罩部件11接觸。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)與實(shí)施方式I相同的效果，并且，能夠提高功率半導(dǎo)體裝置的冷卻性。
[0035]在本實(shí)施方式中，如上所述，可以利用彈性部8a與罩部件11抵接，但并不限定于此。例如，彈性部8a可以被熱傳導(dǎo)性高的罩8b覆蓋，該罩8b與罩部件11抵接。此時(shí)，由于罩Sb還與根部Sc連接，因此，能夠形成從根部Sc經(jīng)由罩Sb至罩部件11為止的傳熱路徑。由此，能夠提高向冷媒及罩部件11的熱傳導(dǎo)，能夠提高冷卻體的冷卻性。另外，通過利用罩8b使相鄰的冷卻部件8之間的區(qū)域變窄，從而能夠使冷媒有效地在冷卻部件8之間流動(dòng)，能夠提高冷卻性。
[0036](實(shí)施方式3)[0037]下面，參照圖3，對本發(fā)明的實(shí)施方式3的功率半導(dǎo)體裝置300及其制造方法進(jìn)行說明。本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置300及其制造方法具有基本上與實(shí)施方式I所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100及其制造方法相同的結(jié)構(gòu)，與實(shí)施方式I所涉及的功率半導(dǎo)體裝置100及其制造方法的不同點(diǎn)在于，冷卻部件包含有金屬帶12。在本實(shí)施方式中，金屬帶12在工序(S03)中以形成與基座部7之間能夠流過冷媒的空間的方式而與基座部7進(jìn)行超聲波接合。此時(shí)，絕緣膜5及封裝體10可以具有不會(huì)因在超聲波接合時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)等而發(fā)生變形的程度的剛性。由此，能夠增大冷卻部件和冷媒的接觸面積。另外，金屬帶12的材料為高散熱性的材料，可以使用例如Al。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)與實(shí)施方式I相同的效果，并且，能夠提高功率半導(dǎo)體裝置300的冷卻性。金屬帶12和基座部7在多個(gè)部位進(jìn)行接合，且優(yōu)選金屬帶12設(shè)置為在與冷媒能夠流動(dòng)的方向垂直的方向上延伸。由此，能夠增大金屬帶12和冷媒的接觸面積，并能夠提高功率半導(dǎo)體裝置300的冷卻性。更優(yōu)選設(shè)置為金屬帶12和罩部件11接觸。由此，能夠增大金屬帶12與冷媒及罩部件11之間的接觸面積，從而能夠進(jìn)一步提高功率半導(dǎo)體裝置300的冷卻性。
[0038]在本實(shí)施方式中，如上所述，冷卻部件可以包含金屬帶12，但并不限定于此。只要冷卻部件以形成與基座部7之間能夠流過冷媒的空間的方式而與基座部7進(jìn)行接合，則也可以包含金屬導(dǎo)線等。由此，也能夠增大冷卻部件和冷媒的接觸面積。
[0039](實(shí)施方式4)
[0040]在上述實(shí)施方式中，對冷卻部件和基座部構(gòu)成為獨(dú)立部件時(shí)的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但在下面的實(shí)施方式中，對冷卻部件和基座部一體構(gòu)成的例子進(jìn)行說明。
[0041]作為現(xiàn)有技術(shù)，在將具有冷卻裝置的功率半導(dǎo)體裝置安裝在冷卻器上時(shí)，為了抑制緊固力隨時(shí)間的劣化，且抑制功率半導(dǎo)體裝置尺寸的增大，在日本特開2007 — 184315號公報(bào)中提出了一種半導(dǎo)體模塊，其將樹脂封裝區(qū)域限定為不對螺栓緊固部進(jìn)行封裝。另外，由于在高壓電極中流過大電流，因此，高壓電極和外部端子的連接必須通過使螺栓和螺母緊固而進(jìn)行。此時(shí)，必須進(jìn)行控制以使得樹脂不會(huì)流入至構(gòu)成螺栓-螺母緊固部的高壓電極和冷卻裝置之間的區(qū)域。由此，功率半導(dǎo)體裝置的樹脂封裝工序的組裝性受損。本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法就是為解決上述問題而提出的。
[0042]本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置具有:功率半導(dǎo)體元件；高壓電極，其與功率半導(dǎo)體元件電連接；散熱板，其與功率半導(dǎo)體元件連接，并具有散熱性；冷卻體，其經(jīng)由絕緣膜與所述散熱板連接；螺母套筒，其位于高壓電極和冷卻體之間的區(qū)域中；以及封裝體，其對高壓電極的一部分、冷卻體的一部分、功率半導(dǎo)體元件、散熱板、絕緣膜及螺母套筒進(jìn)行覆蓋，螺母套筒包含螺母，該螺母套筒在與高壓電極2接觸的這一側(cè)具有開口部，冷卻體的所述基座部包含貫穿孔，螺母及開口部位于貫穿孔的上方。
[0043]根據(jù)本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置及其制造方法，由于在使螺母套筒位于高壓電極和冷卻體之間且配置在冷卻體的貫穿孔上方的狀態(tài)下形成封裝體，因此，無需以使樹脂不會(huì)流入至處于高壓電極和冷卻體之間且位于冷卻體的貫穿孔上方的區(qū)域的方式進(jìn)行控制。其結(jié)果，能夠提高功率半導(dǎo)體裝置的組裝性。
[0044]下面，參照圖4，對本發(fā)明實(shí)施方式4的功率半導(dǎo)體裝置400及其制造方法進(jìn)行具體說明。圖4是具有螺母套筒14的類型的功率半導(dǎo)體裝置400的概略剖面圖。本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置400，如上述所示，具有:功率半導(dǎo)體元件I ;高壓電極2，其與功率半導(dǎo)體元件I電連接；散熱板4，其與功率半導(dǎo)體元件I連接，并具有散熱性；冷卻體16，其經(jīng)由絕緣膜5與散熱板4連接；螺母套筒14，其位于高壓電極2和冷卻體16之間的區(qū)域中；以及封裝體10，其對高壓電極2的一部分、冷卻體16的一部分、功率半導(dǎo)體元件1、散熱板4、絕緣膜5及螺母套筒14進(jìn)行覆蓋。
[0045]功率半導(dǎo)體兀件I 由具有例如 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等的半導(dǎo)體芯片構(gòu)成。功率半導(dǎo)體元件I的一個(gè)主面與高壓電極2和信號端子20等電連接。例如，高壓電極2經(jīng)由焊料等而與功率半導(dǎo)體元件I電連接，信號端子20通過導(dǎo)線接合法等進(jìn)行電連接。功率半導(dǎo)體元件I的另一個(gè)主面經(jīng)由焊料等(未圖示)而保持在散熱板4上。高壓電極2以能夠向功率半導(dǎo)體元件I施加高電壓的任意構(gòu)造進(jìn)行設(shè)置。由于在高壓電極2中流過大電流，因此，高壓電極2和外部通過螺栓緊固的方法進(jìn)行連接。即，高壓電極2包含有用于使螺栓貫通的貫穿孔21。
[0046]散熱板4是用于使功率半導(dǎo)體元件I產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散的熱擴(kuò)散板，由散熱性高的材料構(gòu)成。例如，由銅(Cu)或鋁(Al)等構(gòu)成散熱板4即可。與搭載有功率半導(dǎo)體元件I的面相對的面經(jīng)由絕緣膜5而與冷卻體16連接。
[0047]絕緣膜5具有電絕緣性，例如由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成即可。
[0048]冷卻體16設(shè)置為通過與罩部件11彼此連接而構(gòu)成冷卻器。即，在本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置400中，通過驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件I而產(chǎn)生的熱量主要從半導(dǎo)體元件向散熱板4、絕緣膜5、冷卻體16高效地傳導(dǎo)而散熱。
[0049]在本實(shí)施方式中，冷卻體16包含一體的基座部7和冷卻部件8。冷卻體16的材料為與散熱板4相同的聞散熱性的材料,例如為銅或招等即可?；?和冷卻部件8的材料可以是相同材料，也可以是不同的材料。
[0050]并且，冷卻體16設(shè)置為通過與罩部件11彼此連接而構(gòu)成冷卻器。S卩，在本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置400中，通過驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件I所產(chǎn)生的熱量主要從半導(dǎo)體元件向散熱板4、絕緣膜5、冷卻體16高效地傳導(dǎo)而通過冷卻器進(jìn)行散熱。
[0051]在將冷卻體16和罩部件11連接而構(gòu)成冷卻器時(shí)，例如在基座部7及罩部件11上設(shè)置貫穿孔17、18，基座部7及罩部件11通過螺栓和螺母進(jìn)行緊固固定。由此能夠構(gòu)成具有冷卻器的功率半導(dǎo)體裝置400。此外，在從上方觀察功率半導(dǎo)體裝置400時(shí)，以上述高壓電極2的貫穿孔21與基座部7及罩部件11的貫穿孔17、18之間不重疊的方式進(jìn)行設(shè)置。貫穿孔17、18在基座部7和罩部件11的外形為矩形的情況下，分別設(shè)置在角部。另一方面，在高壓電極2相對于夾在相鄰的角部間的邊垂直地形成多個(gè)的情況下，高壓電極2的貫穿孔21沿邊設(shè)置多個(gè)。
[0052]高壓電極2和外部的端子通過將螺栓和螺母15緊固而進(jìn)行連接。螺母15以收容在螺母套筒14中的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。螺母套筒14具有中空構(gòu)造，包含固定在內(nèi)部的螺母15，在螺母15側(cè)具有開口部。螺母套筒14設(shè)置為位于高壓電極2和冷卻體16 (基座部7)之間的區(qū)域，其開口部位于高壓電極2的貫穿孔21下方。此時(shí)，除了開口部之外，螺母套筒14的周圍由封裝體10覆蓋。通過將螺栓從高壓電極2側(cè)穿過高壓電極2的貫穿孔21和螺母套筒14的開口部而與螺母套筒14內(nèi)的螺母15緊固，從而能夠?qū)⒏邏弘姌O2和外部電連接。
[0053]封裝體10對功率半導(dǎo)體元件1、高壓電極2、信號端子20、散熱板4、絕緣膜5、冷卻體16及螺母套筒14進(jìn)行封裝。封裝體10具有電絕緣性，例如由環(huán)氧樹脂等構(gòu)成即可。此時(shí)，高壓電極2的一部分、信號端子20的一部分及冷卻體16的一部分從封裝體10露出。此外，在本實(shí)施方式中，貫穿孔17、18的上部沒有被封裝體10封裝。如上所述，由于貫穿孔
17、18的上部沒有設(shè)置高壓電極2，因此，在以貫穿孔17、18的上部不被封裝體10封裝的方式形成封裝體10的情況下，功率半導(dǎo)體裝置400的組裝性也不會(huì)受損。另一方面，在以圖4所示的高壓電極2和冷卻體16之間的區(qū)域不被封裝體10封裝的方式形成封裝體10的情況下，功率半導(dǎo)體裝置400的組裝性受損。由此，如圖4所示，通過設(shè)置螺母套筒14，能夠由封裝體10進(jìn)行覆蓋，能夠提高組裝性。
[0054]下面，對本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置400的制造方法進(jìn)行說明。參照圖6，本實(shí)施方式所涉及的功率半導(dǎo)體裝置400的制造方法具有下述工序:工序(S10)，在該工序中，準(zhǔn)備功率半導(dǎo)體元件1、與功率半導(dǎo)體元件I電連接并包含貫穿孔21的高壓電極2、與功率半導(dǎo)體元件I連接并具有散熱性的散熱板4、經(jīng)由絕緣膜5與散熱板4連接的冷卻體16 ;工序(S20)，在該工序中，準(zhǔn)備螺母套筒14，其具有中空構(gòu)造，內(nèi)部包含螺母15，并且該螺母套筒14具有開口部；以及工序(S30)，在該工序中，以開口部位于高壓電極2的貫穿孔下方的方式將螺母套筒14配置在高壓電極2和冷卻體16之間的區(qū)域，并形成對高壓電極2的一部分、冷卻體16的一部分、功率半導(dǎo)體元件1、散熱板4、絕緣膜5和螺母套筒14進(jìn)行覆蓋的封裝體10。
[0055]首先，在工序(SlO)中，通過準(zhǔn)備功率半導(dǎo)體元件1、與功率半導(dǎo)體元件I電連接并包含貫穿孔21的高壓電極2、與功率半導(dǎo)體元件I連接并具有散熱性的散熱板4、經(jīng)由絕緣膜5與散熱板4連接的冷卻體16，從而在與冷卻體16連接的狀態(tài)下，得到?jīng)]有被封裝體10封裝的功率半導(dǎo)體裝置400。
[0056]然后，在工序(S20)中準(zhǔn)備螺母套筒14。關(guān)于螺母套筒14，只要具有中空構(gòu)造，在內(nèi)部包含螺母15，并且該螺母套筒14具有開口部即可，可以形成為任意的形狀。
[0057]然后，在工序(S30)中，在功率半導(dǎo)體裝置400上形成封裝體10。在該工序(S30)中，以開口部位于功率半導(dǎo)體裝置400的基座部7的貫穿孔17上方的方式將螺母套筒14配置在高壓電極2和冷卻體16之間的區(qū)域，形成對高壓電極2的一部分、冷卻體16的一部分、散熱板4、絕緣膜5和螺母套筒14進(jìn)行覆蓋的封裝體10。由此，除了開口部之外，能夠使得螺母套筒14的周圍被封裝體10覆蓋。由此，與必須進(jìn)行設(shè)計(jì)使得樹脂不向高壓電極2和冷卻體16之間的區(qū)域中的位于高壓電極2的貫穿孔下方的部分流入的現(xiàn)有功率半導(dǎo)體裝置的制造方法相比，能夠容易地形成封裝體10，能夠提高組裝性。
[0058]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在將用于連接固定高壓電極2和外部端子的固定部件設(shè)置在高壓電極2和冷卻體16之間的區(qū)域時(shí)，通過對預(yù)先準(zhǔn)備的螺母套筒14進(jìn)行定位后實(shí)施封裝，從而能夠在不限制封裝體10的形成的條件下形成固定部件。因此，能夠提高功率半導(dǎo)體裝置400的組裝性。
[0059]對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但這些僅用于例示，并不作為限定性的內(nèi)容，可以明確地知曉發(fā)明的范圍由所付的權(quán)利要求書進(jìn)行解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種功率半導(dǎo)體裝置，其具有: 功率半導(dǎo)體元件； 高壓電極，其與所述功率半導(dǎo)體元件電連接； 散熱板，其與所述功率半導(dǎo)體元件連接，并具有散熱性； 冷卻體，其經(jīng)由絕緣膜與所述散熱板連接；以及 封裝體，其覆蓋所述高壓電極的一部分、所述冷卻體的一部分、所述功率半導(dǎo)體元件、所述散熱板以及所述絕緣膜， 所述冷卻體包含:基座部，其一部分埋設(shè)在所述封裝體中；以及冷卻部件，其與所述基座部連接， 所述基座部和所述冷卻部件為獨(dú)立部件，所述冷卻部件固定在從所述封裝體露出的所述基座部上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中， 所述基座部具有凹部， 所述冷卻部件與所述凹部嵌合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述 的功率半導(dǎo)體裝置，其中， 所述冷卻部件在一個(gè)端部具有與所述凹部嵌合的根部，在另一個(gè)端部具有帶有彈性的彈性部， 該功率半導(dǎo)體裝置具有罩部件，該罩部件以與所述彈性部接觸的方式設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中， 所述冷卻部件以在與所述基座部之間形成能夠流過冷媒的空間的方式，與所述基座部接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中， 所述冷卻部件包含金屬帶， 所述金屬帶與所述冷媒能夠流動(dòng)的方向垂直地延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中， 該功率半導(dǎo)體裝置具有罩部件，該罩部件以與所述冷卻部件接觸的方式設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述高壓電極和所述冷卻體之間的區(qū)域還具有螺母套筒， 所述螺母套筒包含螺母，并具有開口部， 所述螺母及所述開口部位于所述高壓電極下方， 通過所述封裝體對除了所述螺母套筒之外的所述區(qū)域進(jìn)行覆蓋。
8.—種功率半導(dǎo)體裝置，其具有: 功率半導(dǎo)體元件； 高壓電極，其與所述功率半導(dǎo)體元件電連接； 散熱板，其與所述功率半導(dǎo)體元件連接，并具有散熱性； 冷卻體，其經(jīng)由絕緣膜與所述散熱板連接； 螺母套筒，其位于所述高壓電極和所述冷卻體之間的區(qū)域；以及封裝體，其覆蓋所述高壓電極的一部分、所述冷卻體的一部分、所述功率半導(dǎo)體元件、所述散熱板、所述絕緣膜以及所述螺母套筒，所述高壓電極包含貫穿孔， 所述螺母套筒包含螺母，并在與所述高壓電極接觸側(cè)具有開口部，所述螺母及所述開口部位于所述貫穿孔的下方。
9.一種功率半導(dǎo)體裝置的制造方法，其具有下述工序: 形成封裝體的工序，該封裝體覆蓋對功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行冷卻的冷卻體的一部分和所述功率半導(dǎo)體元件；以及 將冷卻部件安裝在從所述封裝體露出的所述冷卻體上的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 在將所述冷卻部件向所述冷卻體安裝前，進(jìn)行所述功率半導(dǎo)體元件的檢查。
11.一種功率半導(dǎo)體裝置的制造方法，其具有下述工序: 準(zhǔn)備功率半導(dǎo)體元件、高壓電極、散熱板以及冷卻體的工序，其中，該高壓電極與所述功率半導(dǎo)體元件電連接，并包含貫穿孔，該散熱板與所述功率半導(dǎo)體元件連接，并具有散熱性，該冷卻體經(jīng)由絕緣膜與所述散熱板連接； 準(zhǔn)備螺母套筒的工序，該螺母套筒具有中空構(gòu)造，在內(nèi)部包含螺母，并且該螺母套筒具有開口部；以及 以使所述開口部位于所述貫穿孔的下方的方式，將所述螺母套筒配置在所述高壓電極和所述冷卻體之間的區(qū)域，并形成封裝體的工序，該封裝體對所述高壓電極的一部分、所述冷卻體的一部分、所述功率半導(dǎo)體元件、所述散熱板、所述絕緣膜以及所述螺母套筒進(jìn)行覆至Jhl o
【文檔編號】H01L23/31GK103681540SQ201310416427
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】宮本升, 吉松直樹, 牛島光一 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社