用而發(fā)熱。因此，在半導(dǎo)體元件4中，半導(dǎo)體元件4的中央部的溫度有時(shí)比半導(dǎo)體元件4的角部的溫度高。另外，半導(dǎo)體元件4的周邊緣部容易向周圍釋放熱。另一方面，半導(dǎo)體元件4的中央部難以向周圍釋放熱。由此，在矩形形狀的半導(dǎo)體元件4中，半導(dǎo)體元件4的中央部的溫度有時(shí)也比半導(dǎo)體元件4的角部的溫度高。
[0034]在半導(dǎo)體元件4的中央部的溫度比半導(dǎo)體元件4的角部的溫度高的情況下，從半導(dǎo)體元件4的角部傳遞到散熱片6的熱量比從半導(dǎo)體元件4的中央部傳遞到散熱片6的熱量小。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置2中，半導(dǎo)體元件4的下表面42和散熱片6的上表面6a沒有固定的位置為所傳遞的熱量較小的角部的位置。因此，將半導(dǎo)體元件4的下表面42和散熱片6的上表面6a部分地固定，并抑制從半導(dǎo)體元件4傳遞到散熱片6的熱量降低。
[0035]凹陷部10俯視觀察時(shí)也可以形成于半導(dǎo)體裝置2的與周邊區(qū)域4b重疊的位置。由此，抑制因凹陷部10而妨礙熱從半導(dǎo)體元件4向散熱片6的傳遞。由此，抑制半導(dǎo)體裝置2的散熱性能變差。
[0036]在將半導(dǎo)體元件4固定于散熱片6的半導(dǎo)體裝置2中，從半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱經(jīng)由焊料8傳遞到散熱片6。在圖2中，從半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱從焊料8所處的區(qū)域朝向散熱片6的內(nèi)部側(cè)(圖2下側(cè))傳遞。在熱朝向散熱片6的內(nèi)部側(cè)傳遞時(shí)，不僅從焊料8所處的區(qū)域筆直地朝向下方傳遞，而且比焊料8所處的區(qū)域更擴(kuò)散并傳遞。S卩，從散熱片6的上表面6a朝向散熱片6的內(nèi)部傳遞熱的傳熱路徑以從散熱片6的上表面6a朝向散熱片6的較深位置逐漸擴(kuò)散的方式形成。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置2中，凹陷部10的內(nèi)表面和半導(dǎo)體元件4的矩形的面形成的角度Θ形成為比45°小的角度。因此，通過在散熱片6形成凹陷部10，抑制上述傳熱路徑的寬度減小。由此，抑制因凹陷部10而使半導(dǎo)體裝置2的散熱性能變差。
[0037]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置2中，凹陷部10形成在散熱片6的上表面6a。因此，在半導(dǎo)體裝置2的制造工序中，在將焊料片、半導(dǎo)體元件4、工具(例如，用于使焊料8回流的工具)等配置于散熱片6的上表面6a時(shí)，能夠使用凹陷部10作為對(duì)位用標(biāo)記。
[0038]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置2中，凹陷部10通過沖壓加工形成。因此，與通過切削加工等形成凹陷部10的情況不同，不會(huì)因凹陷部10的加工而使散熱片6的體積減小。因此，散熱片6的熱容量不會(huì)減小。由此，抑制半導(dǎo)體裝置2的散熱性能降低。
[0039]在上述實(shí)施例中，在半導(dǎo)體元件4與散熱片6之間配置焊料片，之后使溫度上升，從而在半導(dǎo)體元件4與散熱片6之間填充液態(tài)的焊料8。但是，也可以通過在半導(dǎo)體元件4的下表面或散熱片6的上表面6a的任一面上涂敷液態(tài)的焊料8，而填充液態(tài)的焊料8。
[0040]在上述實(shí)施例中，凹陷部10俯視觀察時(shí)為三角形。但是，凹陷部10也可以為其他形狀。例如，凹陷部10也可以為半圓形、圓形、橢圓、矩形、多邊形等。另外，在上述實(shí)施例中，凹陷部10通過沖壓加工形成。但是，凹陷部10也可以通過切削加工等其他方法形成。
[0041]實(shí)施例2
[0042]如圖5、圖6所示，實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置102具備:半導(dǎo)體元件4、散熱片106和中間部件104。散熱片106與實(shí)施例1的散熱片6同樣地由Cu(銅)形成。在散熱片106的上表面106a配置有中間部件104。中間部件104為板狀，俯視觀察時(shí)為矩形形狀。但是，中間部件104形成為俯視觀察時(shí)角部被倒角的形狀。中間部件104由金屬形成。作為形成中間部件104的材料，例如能夠使用CuMo (鉬銅)。對(duì)形成中間部件104的材料，在后面詳細(xì)地進(jìn)行說明。散熱片106的上表面106a和中間部件104的下表面由焊料8固定。
[0043]半導(dǎo)體元件4配置于中間部件104的上表面。中間部件104的上表面和半導(dǎo)體元件4的下表面42由焊料8固定。但是，通過對(duì)中間部件104進(jìn)行倒角，中間部件104不位于半導(dǎo)體元件4的角部所處的位置。因此，半導(dǎo)體元件4的角部和中間部件104未被相互固定。
[0044]在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置102中，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力的半導(dǎo)體元件4的角部和中間部件104未被相互固定。由此，在半導(dǎo)體裝置102的溫度發(fā)生變化時(shí)，能夠降低半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
[0045]在將半導(dǎo)體元件4的線膨脹系數(shù)設(shè)為a 1、將中間部件104的線膨脹系數(shù)設(shè)為α 2、將散熱片106的線膨脹系數(shù)設(shè)為α 3時(shí)，中間部件104的材料以a α 2< α 3的關(guān)系成立的方式進(jìn)行選擇。例如，在半導(dǎo)體元件4(具體來說，半導(dǎo)體基板)由SiC形成、散熱片106由Cu(銅)形成的情況下，作為形成中間部件104的材料，能夠使用CuMo(鉬銅)。另夕卜，在半導(dǎo)體元件4的線膨脹系數(shù)a 散熱片106的線膨脹系數(shù)α 3大的情況下，也可以Wa1Sapa 3的方式選擇中間部件104的材料。此外，中間部件104的線膨脹系數(shù)a 2也可以與半導(dǎo)體元件4的線膨脹系數(shù)a i相等。
[0046]半導(dǎo)體元件4的線膨脹系數(shù)和散熱片106的線膨脹系數(shù)存在差異。因此，在將半導(dǎo)體元件4利用焊料直接固定于散熱片106的半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)半導(dǎo)體裝置的溫度上升時(shí)，產(chǎn)生與半導(dǎo)體元件4的尺寸變化量和散熱片106的尺寸變化量之差對(duì)應(yīng)的熱應(yīng)力。在實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置102中，半導(dǎo)體元件4和散熱片106經(jīng)由中間部件104被固定。另外，中間部件104的線膨脹系數(shù)a2滿足a a 2< a 3的關(guān)系。通過滿足上述關(guān)系，半導(dǎo)體元件4的尺寸變化量和中間部件104的尺寸變化量的差異比半導(dǎo)體元件4的尺寸變化量和散熱片106的尺寸變化量的差異小。因此，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置102中，與半導(dǎo)體元件4直接固定于散熱片106的情況相比，能夠降低半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
[0047](比較例)
[0048]以下，對(duì)比較例的半導(dǎo)體裝置(未圖示)的熱應(yīng)力分析的數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行說明(參照?qǐng)D7)。該熱應(yīng)力分析模擬了冷熱循環(huán)試驗(yàn)。比較例的半導(dǎo)體裝置為與實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置2大致相同的結(jié)構(gòu)。因此，使用圖1，對(duì)比較例的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。比較例的半導(dǎo)體裝置與實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置2同樣地，在散熱片6的上表面固定有半導(dǎo)體元件4(參照?qǐng)D1)。但是，在比較例中，與實(shí)施例1不同，在散熱片6的表面沒有形成有凹陷部10。因此，在比較例的半導(dǎo)體裝置中，半導(dǎo)體元件4的整個(gè)下表面42(包含角部)固定于散熱片6的上表面。
[0049]圖7所示的數(shù)值計(jì)算結(jié)果為非線性應(yīng)變振幅。圖7示出非線性應(yīng)變振幅的大小相對(duì)較大的區(qū)域204和相對(duì)較小的區(qū)域202的分布。非線性應(yīng)變振幅通過(塑性應(yīng)變+蠕變應(yīng)變)/2的式子求算。此外，在非線性應(yīng)變振幅的大小較大的位置，半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱應(yīng)力的大小也較大。非線性應(yīng)變振幅相對(duì)較大的區(qū)域204位于半導(dǎo)體元件4的下表面200的角部。即，圖7示出在半導(dǎo)體元件4的角部產(chǎn)生的熱應(yīng)力比其他部分大。在實(shí)施例1、實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置2、102中，如上所述，熱應(yīng)力容易變大的半導(dǎo)體元件4的下表面42的角部和散熱片未被相互固定。因此，在實(shí)施例1、實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置2、102中，能夠有效地降低半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
[0050]在上述實(shí)施例中，半導(dǎo)體元件4具備SiC基板。但是，半導(dǎo)體元件4也可以具備Si基板。
[0051]在上述實(shí)施例1中，半導(dǎo)體元件4的下表面42與散熱片6的沒有形成有凹陷部10的部分之間由焊料8固定。但是，也可以存在兩者之間部分未被固定的部位(例如空隙等)。同樣，也可以存在上述實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件4的下表面42與中間部件104的上表面之間部分未被固定的部位。
[0052]以上，對(duì)本發(fā)明的具體例詳細(xì)地進(jìn)行了說明，但這些只不過是例示，并不限定權(quán)利要求的范圍。權(quán)利要求范圍所記載的技術(shù)包含對(duì)以上例示的具體例進(jìn)行了各種變形、變更的技術(shù)。另外，本說明書或附圖中說明的技術(shù)要素單獨(dú)或者通過各種組合而發(fā)揮技術(shù)實(shí)用性，不限于申請(qǐng)時(shí)權(quán)利要求中記載的組合。另外，本說明書或附圖中例示的技術(shù)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的，實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)目的的技術(shù)自身具有技術(shù)實(shí)用性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，具備: 俯視觀察時(shí)呈矩形形狀的半導(dǎo)體元件；和 供半導(dǎo)體元件固定的被固定部件， 半導(dǎo)體元件被配置為其矩形形狀的面朝向被固定部件的表面， 半導(dǎo)體元件的矩形形狀的面的一部分固定于被固定部件的表面， 半導(dǎo)體元件的矩形形狀的面的至少角部未固定于被固定部件的表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 半導(dǎo)體元件的矩形形狀的面由接合材料固定于被固定部件的表面， 在被固定部件的表面，在矩形形狀的面的角部所處的位置形成有凹陷。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 半導(dǎo)體裝置還具備配置在半導(dǎo)體元件的矩形形狀的面與被固定部件的表面之間的中間部件， 半導(dǎo)體元件和被固定部件經(jīng)由中間部件相互固定， 中間部件不位于矩形形狀的面的至少角部與被固定部件的表面之間。
【專利摘要】本說明書公開了一種半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置具備：俯視觀察時(shí)呈矩形形狀的半導(dǎo)體元件和供半導(dǎo)體元件固定的被固定部件。半導(dǎo)體元件被配置為其矩形形狀的面朝向被固定部件的表面。半導(dǎo)體元件的矩形形狀的面的一部分固定于被固定部件的表面，半導(dǎo)體元件的矩形形狀的面的至少角部未固定于被固定部件的表面。在上述半導(dǎo)體裝置中，在半導(dǎo)體裝置的溫度變化的情況下容易產(chǎn)生熱應(yīng)力的半導(dǎo)體元件的角部和被固定部件未被相互固定。由此，能夠降低半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱應(yīng)力。另外，由于僅采用半導(dǎo)體元件的角部和被固定部件未被相互固定的結(jié)構(gòu)，因此能夠抑制半導(dǎo)體裝置的體積增大。
【IPC分類】H01L21/52
【公開號(hào)】CN105190855
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380074546
【發(fā)明人】織本憲宗, 今井誠(chéng)
【申請(qǐng)人】豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2013年3月13日
【公告號(hào)】EP2975637A1, EP2975637A4, US20160027714, WO2014141399A1