本發(fā)明涉及一種例如處理大電流的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1中，公開了將半導(dǎo)體模塊固定于冷卻器的半導(dǎo)體裝置。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2010-192717號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了確保半導(dǎo)體模塊的散熱性，優(yōu)選在半導(dǎo)體模塊與冷卻器之間設(shè)置絕緣脂。但是，由于半導(dǎo)體模塊與冷卻器的線膨脹系數(shù)不同，因此在半導(dǎo)體模塊的使用時(shí)，半導(dǎo)體模塊與冷卻器的間隔隨時(shí)間變化。由此，有時(shí)會(huì)發(fā)生絕緣脂從半導(dǎo)體模塊與冷卻器之間脫出至外部而在半導(dǎo)體模塊與冷卻器之間進(jìn)入空氣的抽出現(xiàn)象。存在下述問題，即，如果在半導(dǎo)體模塊與冷卻器之間進(jìn)入空氣，則無法維持半導(dǎo)體模塊的散熱性。

本發(fā)明就是為了解決上述的問題而提出的，其目的在于提供一種能夠?qū)Π雽?dǎo)體模塊的散熱性的降低進(jìn)行抑制的半導(dǎo)體裝置。

本申請(qǐng)的發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的特征在于，具有：半導(dǎo)體模塊，其具有半導(dǎo)體元件、散熱板以及樹脂，該散熱板與該半導(dǎo)體元件連接，在該散熱板形成有散熱板通孔，該樹脂以露出該散熱板的下表面的方式將該半導(dǎo)體元件和該散熱板覆蓋；冷卻器；第1絕緣脂，其設(shè)置于該散熱板的下表面與該冷卻器之間，將該散熱板與該冷卻器熱連接；以及第2絕緣脂，其以與該第1絕緣脂連接的方式設(shè)置于該散熱板通孔。

本申請(qǐng)的發(fā)明涉及的另一個(gè)半導(dǎo)體裝置的特征在于，具有：半導(dǎo)體模塊，其具有半導(dǎo)體元件、散熱板以及樹脂，該散熱板與該半導(dǎo)體元件連接，該樹脂以露出該散熱板的下表面的方式將該半導(dǎo)體元件和該散熱板覆蓋；冷卻器；密封部件，其將包含該散熱板與該冷卻器之間的區(qū)域的區(qū)域密封而創(chuàng)造密封區(qū)域；以及絕緣脂，其將該密封區(qū)域填滿。

本發(fā)明的其他特征在下面加以明確。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)υ诎雽?dǎo)體裝置的使用中空氣進(jìn)入至半導(dǎo)體模塊與冷卻器之間這一情況進(jìn)行抑制，因此能夠?qū)Π雽?dǎo)體模塊的散熱性的降低進(jìn)行抑制。

附圖說明

圖1是實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖2是半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖3是第2絕緣脂的注入時(shí)的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖4是表示擴(kuò)散后的絕緣脂的圖。

圖5是實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖6是實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖7是半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖8是實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖9是實(shí)施方式5涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖10是實(shí)施方式6涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖11是實(shí)施方式7涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖12是實(shí)施方式8涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖13是實(shí)施方式9涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖14是第2止回閥等的仰視圖。

圖15是表示第2止回閥的變形例的圖。

圖16是實(shí)施方式10涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖17是半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖18是變形例涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。對(duì)相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，有時(shí)省略重復(fù)說明。

實(shí)施方式1.

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。半導(dǎo)體裝置10具有以例如Cu或者Al為主成分的散熱板12。在散熱板12通過焊料14而連接有半導(dǎo)體元件16。半導(dǎo)體元件16是在上表面形成了陽極、在下表面形成了陰極的二極管。在散熱板12通過焊料22而連接有半導(dǎo)體元件24。半導(dǎo)體元件24是在上表面形成了發(fā)射極和柵極、在下表面形成了集電極的IGBT。

在半導(dǎo)體元件16的上表面經(jīng)由焊料18而連接有主端子20。該主端子20經(jīng)由焊料26而與半導(dǎo)體元件24的發(fā)射極連接。在半導(dǎo)體元件24的柵極經(jīng)由導(dǎo)線28而連接有控制端子30。

半導(dǎo)體元件16、24、散熱板12等以露出散熱板12的下表面的方式被樹脂39覆蓋。樹脂39為例如環(huán)氧樹脂。主端子20及控制端子30從樹脂39的側(cè)面伸出至外部。由半導(dǎo)體元件16、24、散熱板12、主端子20、控制端子30以及樹脂39構(gòu)成1個(gè)半導(dǎo)體模塊。

在散熱板12形成有沿厚度方向?qū)⑸岚?2貫穿的散熱板通孔12a。在樹脂39設(shè)置有與散熱板通孔12a連接的樹脂通孔39a。在主端子20設(shè)置有主端子通孔20a。這3個(gè)孔全部沿半導(dǎo)體模塊的厚度方向而設(shè)置。通過形成散熱板通孔12a、樹脂通孔39a以及主端子通孔20a，從而形成將半導(dǎo)體模塊貫穿的半導(dǎo)體模塊通孔。

在散熱板12的下表面粘貼有絕緣片40。絕緣片40具有第1膜42和第2膜44。關(guān)于絕緣片40的材料，由兼具電絕緣性和散熱性的材料形成即可，不特別地進(jìn)行限定，例如為陶瓷材料。在絕緣片40形成有與散熱板通孔12a連接的絕緣片通孔40a。

半導(dǎo)體裝置10具有用于冷卻半導(dǎo)體模塊的冷卻器50。在散熱板12的下表面與冷卻器50之間設(shè)置有第1絕緣脂52。散熱板12的下表面與冷卻器50之間這一概念包含絕緣片通孔40a。第1絕緣脂52將散熱板12與冷卻器50熱連接。第1絕緣脂52是由兼具電絕緣性和散熱性的材料形成的。在散熱板通孔12a，以與第1絕緣脂52連接的方式設(shè)置有第2絕緣脂54。第2絕緣脂54和第1絕緣脂52優(yōu)選是由相同材料而形成的。

圖2是半導(dǎo)體裝置10的俯視圖，在圖2中為了便于說明而示出了樹脂39的內(nèi)部。主端子通孔20a形成于半導(dǎo)體裝置的中央。散熱板12通過焊料60而與主端子62連接。另外，散熱板12通過焊料64而與主端子66連接。主端子62、66伸出至樹脂39的外部。

對(duì)半導(dǎo)體裝置10的制造方法進(jìn)行說明。首先，以主端子通孔20a位于散熱板通孔12a的正上方的方式將主端子20等進(jìn)行焊接，對(duì)半導(dǎo)體模塊進(jìn)行組裝。通過模塑成型而形成具有樹脂通孔39a的樹脂39，完成半導(dǎo)體模塊。

接下來，以散熱板通孔12a與絕緣片通孔40a重疊的方式，在半導(dǎo)體模塊的散熱板12的下表面粘貼絕緣片40。接下來，在冷卻器50之上設(shè)置第1絕緣脂52。然后，在該第1絕緣脂52之上，使絕緣片40與之接觸，將散熱板12與冷卻器50熱連接。

接下來，將第2絕緣脂54裝入至散熱板通孔12a。圖3是第2絕緣脂的注入時(shí)的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。使第2絕緣脂54從半導(dǎo)體模塊的上方流入至樹脂通孔39a。由此，第2絕緣脂54與第1絕緣脂52相接觸。如此，圖1所示的半導(dǎo)體裝置10完成。此外，在圖1示出了不僅在散熱板通孔12a而且在樹脂通孔39a也設(shè)置有少量的絕緣脂的狀態(tài)。

如果伴隨半導(dǎo)體模塊的通電，半導(dǎo)體裝置反復(fù)進(jìn)行膨脹和收縮，則第1絕緣脂52向第1絕緣脂52的外周方向進(jìn)行擴(kuò)散。在圖4示出了擴(kuò)散后的絕緣脂70。如果第1絕緣脂52向外周方向進(jìn)行擴(kuò)散，則有可能會(huì)在至此為止原本存在第1絕緣脂52的部位進(jìn)入空氣，半導(dǎo)體模塊的散熱性降低。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置10，如圖4所示，第2絕緣脂54對(duì)第1絕緣脂52的擴(kuò)散量進(jìn)行補(bǔ)充。因而，能夠防止在散熱板12與冷卻器50之間的原本存在第1絕緣脂52的部位出現(xiàn)空間，因此能夠?qū)Π雽?dǎo)體模塊的散熱性的降低進(jìn)行抑制。

半導(dǎo)體裝置10能夠在具有對(duì)第1絕緣脂52的擴(kuò)散量進(jìn)行補(bǔ)充的第2絕緣脂的前提下進(jìn)行適當(dāng)變形。例如，也可以將樹脂通孔39a和主端子通孔20a省略而僅在散熱板通孔12a設(shè)置絕緣脂(第2絕緣脂)。在該情況下，在將半導(dǎo)體模塊反轉(zhuǎn)而將第2絕緣脂裝入至散熱板通孔12a之后，將半導(dǎo)體模塊安裝于冷卻器50。

也可以并非是在散熱板12設(shè)置散熱板通孔12a，而是在散熱板12設(shè)置凹部，在該凹部設(shè)置第2絕緣脂。然而，為了確保半導(dǎo)體模塊的剛性，優(yōu)選該凹部的寬度盡可能地小，在寬度小的凹部無法收容足夠量的第2絕緣脂。為了確保足夠量的第2絕緣脂，優(yōu)選形成散熱板通孔12a而不是凹部。

也可以通過以避開散熱板通孔12a的正上方的方式設(shè)置主端子20，由此在省略主端子通孔20a的同時(shí)設(shè)置半導(dǎo)體模塊通孔。也可以省略絕緣片40。另外，半導(dǎo)體模塊與冷卻器50也可以通過螺絲固定等而進(jìn)行固定。在將半導(dǎo)體模塊與冷卻器50進(jìn)行了螺絲固定的情況下也可能發(fā)生抽出現(xiàn)象，因此本發(fā)明是有效的。

這些變形也能夠適當(dāng)應(yīng)用于下面的實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置。下面的實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置與實(shí)施方式1的共通點(diǎn)多，因此以與實(shí)施方式1的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明。

實(shí)施方式2.

圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。設(shè)置有多個(gè)樹脂通孔39b。該半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)在俯視觀察時(shí)呈扇形的半導(dǎo)體模塊通孔。為了在維持半導(dǎo)體模塊的剛性的同時(shí)形成半導(dǎo)體模塊通孔，如實(shí)施方式2這樣設(shè)置多個(gè)半導(dǎo)體模塊通孔是有效的。此外，半導(dǎo)體模塊通孔的平面形狀不限定于扇形或圓形。

實(shí)施方式3.

圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。設(shè)置有多個(gè)散熱板通孔12a、樹脂通孔39a以及主端子通孔20a。還設(shè)置多個(gè)第2絕緣脂54，將多個(gè)散熱板通孔12a之中填滿。圖7是實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。半導(dǎo)體模塊通孔不僅設(shè)置于半導(dǎo)體模塊的中央部，還設(shè)置于外周部。外周部的半導(dǎo)體模塊通孔是以在主端子20、60、66以及控制端子30未設(shè)置通孔的方式形成的。通過將半導(dǎo)體模塊通孔分散地設(shè)置于半導(dǎo)體模塊的中央部和外周部，從而能夠利用第2絕緣脂54迅速地對(duì)第1絕緣脂52的擴(kuò)散量進(jìn)行補(bǔ)充。

實(shí)施方式4.

圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。樹脂39在樹脂通孔39a的至少一部分形成有寬度比散熱板通孔12a的寬度大的寬幅部39c。在圖8示出了散熱板通孔12a的寬度為x1、寬幅部39c的寬度為比x1大的x2。

在樹脂通孔39a設(shè)置有與第2絕緣脂54相接觸的第3絕緣脂80。第3絕緣脂80的一部分設(shè)置于樹脂通孔39a的一部分即寬幅部39c。寬幅部39c比散熱板通孔12a寬度大，因此能夠收容大量的絕緣脂。因而，即使第1絕緣脂52的擴(kuò)散量大，也能夠補(bǔ)充足夠量的絕緣脂。而且，由于能夠使得散熱板通孔12a維持小寬度，因此能夠維持半導(dǎo)體模塊的剛性。

也可以并非是設(shè)置樹脂通孔39a，而是在樹脂39設(shè)置凹部，在該凹部設(shè)置第3絕緣脂。在該情況下，優(yōu)選使凹部的寬度比散熱板通孔12a的寬度大。

實(shí)施方式5.

圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。該半導(dǎo)體裝置具有將樹脂通孔39a的至少一部分阻塞的阻擋件90。阻擋件90緊實(shí)地嵌入于樹脂39的寬幅部39c。此外，阻擋件90既可以通過粘接劑等而固定于樹脂39，也可以單純地插入于樹脂通孔39a。利用阻擋件90，能夠防止第2絕緣脂54漏出至樹脂通孔39a的上方。

實(shí)施方式6.

圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。該半導(dǎo)體裝置具有將阻擋件90固定的凝膠92。在樹脂通孔39a之中，以與阻擋件90的上表面相接觸的方式設(shè)置凝膠92，從而能夠?qū)⒆钃跫?0固定。

實(shí)施方式7.

圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式7涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。阻擋件90在樹脂通孔39a(寬幅部39c)之中設(shè)置為能夠在樹脂通孔39a之中移動(dòng)。在阻擋件90之上設(shè)置有由彈簧形成的彈性體100。在彈性體100之上設(shè)置有固定于樹脂39的凝膠92。并且，如果阻擋件90在樹脂通孔39a之中沿遠(yuǎn)離冷卻器50的方向移動(dòng)，則彈性體100發(fā)生彈性變形。

在阻擋件90固定于樹脂39的情況下，如果半導(dǎo)體模塊與冷卻器靠近，則第1絕緣脂52不得不向外周方向進(jìn)行擴(kuò)散。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式7涉及的半導(dǎo)體裝置，在半導(dǎo)體模塊與冷卻器50靠近時(shí)，第2絕緣脂54對(duì)彈性體100施加向上的力，使彈性體100收縮。由此，第1絕緣脂52進(jìn)入至散熱板通孔12a之中。隨后，如果半導(dǎo)體模塊遠(yuǎn)離冷卻器50，則彈性體100伸展而使散熱板通孔12a之中的第1絕緣脂52返回至原來的部位(散熱板12與冷卻器50之間)。因而，能夠?qū)Φ?絕緣脂52的擴(kuò)散進(jìn)行抑制。此外，彈性體100能夠彈性變形即可，不限定于彈簧，例如也可以由橡膠形成。

實(shí)施方式8.

圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式8涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。在將樹脂通孔39a包圍的樹脂39的壁面設(shè)置有第1止回閥110，以使得第2絕緣脂54不會(huì)向與第1絕緣脂52相反的方向流動(dòng)。第1止回閥110由例如樹脂形成。利用第1止回閥110能夠防止第2絕緣脂54從半導(dǎo)體模塊的上方漏出。

實(shí)施方式9.

圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式9涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。在絕緣片40的下表面設(shè)置有第2止回閥112，該第2止回閥112防止第1絕緣脂52向第1絕緣脂52的外周方向進(jìn)行擴(kuò)散。圖14是第2止回閥112等的仰視圖。第2止回閥112是以在俯視觀察時(shí)將散熱板通孔12a包圍的方式設(shè)置的線狀凸起。以環(huán)狀設(shè)置有多個(gè)第2止回閥112。利用第2止回閥112能夠?qū)Φ?絕緣脂52的向外周方向的流動(dòng)進(jìn)行抑制。

第2止回閥設(shè)置在散熱板12與冷卻器50之間，以防止第1絕緣脂52向第1絕緣脂52的外周方向而進(jìn)行擴(kuò)散，在此前提下該第2止回閥能夠進(jìn)行各種變形。例如，也可以省略絕緣片40而將第2止回閥安裝于散熱板12，也可以將第2止回閥安裝于冷卻器50。另外，如圖15所示，也可以由多個(gè)直線地形成的第2止回閥114將散熱板通孔12a包圍。

實(shí)施方式10.

圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式10涉及的半導(dǎo)體裝置200的剖視圖。半導(dǎo)體裝置200具有密封部件202。密封部件202將半導(dǎo)體模塊的樹脂39覆蓋。半導(dǎo)體模塊的端子(主端子20及控制端子30)貫穿與密封部件202接觸的絕緣材料204而伸出至密封部件202之外。密封部件202的下端部固定于冷卻器50。

利用密封部件202形成了密封區(qū)域，該密封區(qū)域包含散熱板12與冷卻器50之間的區(qū)域、與半導(dǎo)體模塊的側(cè)面相接觸的區(qū)域、與半導(dǎo)體模塊的上表面相接觸的區(qū)域、散熱板通孔12a以及樹脂通孔39a。該密封區(qū)域是一連串的連續(xù)的區(qū)域。在密封區(qū)域填滿了絕緣脂206。此外，在冷卻器50設(shè)置凹部50a，絕緣脂206將該凹部50a填滿。

圖17是圖16的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。在圖17示出了密封部件202的內(nèi)部。絕緣脂206在俯視觀察時(shí)將半導(dǎo)體模塊包圍。

由于絕緣脂206將密封區(qū)域填滿，因此散熱板12與冷卻器50之間的絕緣脂206不會(huì)流失。因而，能夠?qū)Π雽?dǎo)體模塊的散熱性的降低進(jìn)行抑制。并且，如果散熱板12與冷卻器50之間的絕緣脂206被向外周側(cè)擠出，則半導(dǎo)體模塊通孔之中的絕緣脂206會(huì)供給至散熱板12與冷卻器50之間，因此絕緣脂206在密封區(qū)域進(jìn)行循環(huán)。絕緣脂206的循環(huán)有助于半導(dǎo)體模塊的散熱性的提高。

利用密封部件將包含散熱板12與冷卻器50之間的區(qū)域的區(qū)域密封而創(chuàng)造密封區(qū)域，在該密封區(qū)域填滿絕緣脂，在此前提下能夠進(jìn)行各種變形。圖18是變形例涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。密封部件250將樹脂39的下端與冷卻器50連接。該密封部件250以將散熱板12與冷卻器50之間的區(qū)域包圍的方式形成為環(huán)狀。由阻擋件90和密封部件250形成了密封區(qū)域。在密封區(qū)域填滿了絕緣脂252。

密封部件的材料不特別地進(jìn)行限定，但通過采用金屬，能夠期待散熱效果的提高。也可以在冷卻器50不形成凹部50a。此外，上述的各實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體裝置的特征也可以適當(dāng)?shù)亟M合而進(jìn)行使用。

標(biāo)號(hào)的說明

10半導(dǎo)體裝置，12散熱板，12a散熱板通孔，16半導(dǎo)體元件，20主端子，20a主端子通孔，24半導(dǎo)體元件，30控制端子，39樹脂，39a、39b樹脂通孔，39c寬幅部，40絕緣片，40a絕緣片通孔，50冷卻器，52第1絕緣脂，54第2絕緣脂，80第3絕緣脂，90阻擋件，92凝膠，100彈性體，110第1止回閥，112第2止回閥，200半導(dǎo)體裝置，202、250密封部件，204絕緣材料，206、252絕緣脂。