半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在半导体装置(101)中，散热部件(200)连接于功率模块(100)。在金属部件(4)中形成有多个凹部或凸部的任意一者，在散热部件(200)中形成有多个凹部或凸部的任意另一者。金属部件(4)和散热部件(200)在多个凹部和多个凸部接触的多个凹凸部处成为一体。多个凹凸部的一部分即第1凹凸部(C1、V1)与多个凹凸部中的第1凹凸部(C1、V1)之外的第2凹凸部(C2、V2)相比，高度方向的尺寸大。第1凹凸部(C1、V1)的壁面包含具有相对于高度方向的第1倾斜角度的第1壁面部分、和具有与第1倾斜角度不同的第2倾斜角度的第2壁面部分。

Semiconductor Device and Its Manufacturing Method

In a semiconductor device (101), a heat dissipation component (200) is connected to a power module (100). Any one of a plurality of concave or convex parts is formed in a metal component (4) and any other of a plurality of concave or convex parts is formed in a heat dissipation component (200). The metal component (4) and the heat dissipation component (200) are integrated at a plurality of concave and convex parts contacted by a plurality of concave and convex parts. Compared with the second concave-convex part (C2, V2) in addition to the first concave-convex part (C1, V1) in the plurality of concave-convex parts, the dimension of the height direction of the first concave-convex part (C1, V1) is larger. The wall of the first concave and convex part (C1, V1) contains the first wall part with the first inclined angle in relative height direction and the second wall part with the second inclined angle different from the first inclined angle.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及半导体装置及其制造方法，特别涉及具有连接了功率模块和散热器的构造的半导体装置及其制造方法。
技术介绍
在现有的包含功率模块的半导体装置中，功率模块和散热器通过导热脂热连接。但是，在使用了导热脂的情况下，担心在长期使用时，产生所谓的泵出现象或泄漏等故障。另外，在使用了导热脂的情况下，功率模块整体的热阻有可能增大。因此，作为替代通过导热脂将半导体装置所包含的功率模块和散热器连接的方法，开发了无脂连接方法。作为无脂连接方法的一个例子想到如下方法，即，在功率模块和散热器的接合面设置凹凸形状，在该凹凸部通过铆接加工进行加工以使得功率模块和散热器成为一体。该方法例如被日本特开2014-179394号公报(专利文献1)所公开，不使用脂状物而将功率模块和散热器连接。因此，能够期待确保长期使用时的该半导体装置的可靠性、及维持从功率模块向散热器的散热性能。专利文献1：日本特开2014-179394号公报
技术实现思路
日本特开2014-179394号公报所公开的半导体装置所包含的功率模块具有通过封装材料将半导体元件、焊料、配线部件、绝缘层及金属部件一体化的结构。在金属部件中设置了具有凹凸形状的凹凸部。另外，与功率模块连接的散热器在与金属部件相对的面，设置了能够与金属部件的凹凸部嵌合的具有凹凸形状的凹凸部。通过在堆叠了包含金属部件的功率模块和散热器的状态下施加冲压负载，使凹凸部塑性变形，从而将功率模块的金属部件和散热器接合而一体化。日本特开2014-179394号公报中的功率模块和散热器的凹凸部包含与半导体装置的高度方向相关的尺寸大的凹凸部、与高度方向相关的尺寸小的凹凸部。由此，会提高从功率模块向散热器的散热性能。但是，想到为此需要形成的全部凹凸部完全嵌合而固接。由于该凹凸部是通过锻造、压铸、挤压等机械加工形成的，因此在该凹凸部中存在其形状的尺寸波动(公差)。由于凹凸部的尺寸波动、及金属部件和散热器的位置关系的波动，功率模块有可能相对于散热器偏移而一体化，从而相对于原本的接合状态倾斜。在功率模块以相对于散热器倾斜的方式一体化的情况下，由于两者的接触部的热阻变大、产生波动，因此功率模块得不到所期望的散热性能。并且，担心产生如下故障，即，如果在功率模块相对于散热器倾斜的状态下通过冲压负载进行加压，则由于应力集中而封装材料破损或者在铆接加工后的装配工序中产生组装缺陷等。为了抑制组装缺陷并提高装配工序用的装置的组装精度，需要吸收部件的尺寸等的波动并调整为部件间的平面彼此平行等的处理。即，需要经过各部件的形状的确认、平面间的平行状态的维持、在维持平行状态的同时进行加压工序的各工艺。为了经过这样的各工艺必须使用大型且成本高的装置，存在不能提高生产性的担心。本专利技术就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供即使不使用大型的装置，也能够以高生产性稳定地使功率模块和散热器一体化，能够抑制在用于该一体化的加工时产生的倾斜及伴随于此的热阻的波动的半导体装置及其制造方法。本专利技术的一个半导体装置具备功率模块和散热部件。散热部件连接于功率模块。在金属部件中形成有多个凹部或凸部的任意一者，在散热部件中形成有多个凹部或凸部的任意另一者。金属部件和散热部件在多个凹部和多个凸部接触的多个凹凸部处成为一体。多个凹凸部的一部分即第1凹凸部与多个凹凸部中的第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大。第1凹凸部的壁面包含具有相对于高度方向的第1倾斜角度的第1壁面部分、和具有与第1倾斜角度不同的第2倾斜角度的第2壁面部分。本专利技术的其它半导体装置具备功率模块和散热部件。散热部件连接于功率模块。在金属部件中形成有多个凹部及外斜面部、或凸部的任意一者，在散热部件中形成有多个凹部及外斜面部、或凸部的任意另一者。金属部件和散热部件在多个外斜面部和多个凸部接触的多个第1凹凸部、及多个凹部和多个凸部接触的多个第2凹凸部处成为一体。多个第1凹凸部与多个第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大。多个第1凹凸部彼此隔开间隔地配置为1对。就1对第1凹凸部而言，1对第1凹凸部的每一者所包含的凸部即1对凸部以从根部侧向顶端侧，沿多个外斜面部并且相对于高度方向倾斜的方式延伸。第1凹凸部的壁面包含具有相对于高度方向的第1倾斜角度的第1壁面部分、具有与第1倾斜角度不同的第2倾斜角度的第2壁面部分。就本专利技术的一个半导体装置的制造方法而言，首先准备功率模块，准备与功率模块连接的散热部件。在金属部件中形成有多个凹部或凸部的任意一者，并且在散热部件中形成有多个凹部或凸部的任意另一者。通过将多个凹部和凸部彼此嵌合而形成多个凹凸部，从而将金属部件和散热部件一体化。多个凹凸部的一部分即第1凹凸部与多个凹凸部中的第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大。构成第1凹凸部的凹部即第1凹部的壁面及构成第1凹凸部的凸部即第1凸部的壁面，为相对于高度方向倾斜的倾斜面。第1凹部的壁面的倾斜角度与第1凸部的壁面的倾斜角度不同。在进行一体化的工序中，通过第1凹部及第1凸部彼此接触，从而第1凹部及第1凸部的至少任意一者产生塑性变形。就本专利技术的其它半导体装置的制造方法而言，首先准备功率模块，准备与功率模块连接的散热部件。在金属部件中形成有多个凹部或凸部的任意一者，并且在散热部件中形成有多个凹部或凸部的任意另一者。通过将多个凹部和凸部彼此嵌合而形成多个凹凸部，从而将金属部件和散热部件一体化。多个凹凸部的一部分即第1凹凸部与多个凹凸部中的第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大。构成第1凹凸部的凹部即第1凹部的壁面及构成第1凹凸部的凸部即第1凸部的壁面，为相对于高度方向倾斜的倾斜面。第1凹凸部彼此隔开间隔地形成1对。构成1对第1凹凸部的1对第1凹部的底部的中央部间距离与构成1对第1凹凸部的1对第1凸部的顶端的中央部间距离不同。在进行一体化的工序中，通过第1凹部及第1凸部彼此接触，从而第1凹部及第1凸部的至少任意一者产生塑性变形。就本专利技术的另一其它半导体装置的制造方法而言，首先准备功率模块，准备与功率模块连接的散热部件。在金属部件中形成有多个凹部及外斜面部、或凸部的任意一者，并且在散热部件中形成有多个凹部及外斜面部、或凸部的任意另一者。通过将多个凹部及凸部、以及多个外斜面部及凸部彼此嵌合而形成多个凹凸部，从而将金属部件和散热部件一体化。多个凹凸部中的由外斜面部及凸部形成的第1凹凸部与多个凹凸部中的由凹部及凸部形成的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大。构成第1凹凸部的外斜面部的壁面及构成第1凹凸部的凸部即第1凸部的壁面，为相对于高度方向倾斜的倾斜面。第1凹凸部彼此隔开间隔地形成1对。在形成多个凹部、外斜面部及凸部的工序中形成的构成1对第1凹凸部的1对外斜面部的底部的内周间距离比构成1对第1凹凸部的1对第1凸部的顶端的中央部间距离大。在进行一体化的工序中，通过外斜面部及第1凸部彼此接触，从而第1凹部及第1凸部的至少任意一者产生塑性变形。专利技术的效果根据本专利技术，构成与第2凹凸部相比高度方向的尺寸大的第1凹凸部的第1凹部及第1凸部，在金属部件和散热部件一体化时作为引导机构起作用。即，第1凹凸部具有如下作用，即，功率模块与散热器不会相对于原本的接合状态倾斜而偏移地一体化。由此，能够提供高生产性且稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其具备：功率模块，其包含半导体元件、搭载有所述半导体元件的金属部件、以及对所述半导体元件进行封装且使所述金属部件的至少一部分露出的封装材料；以及散热部件，其与所述功率模块的所述金属部件连接，在所述金属部件中形成有多个凹部或凸部的任意一者，在所述散热部件中形成有多个凹部或凸部的任意另一者，所述多个凹凸部的一部分即第1凹凸部与所述多个凹凸部中的所述第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大，所述第1凹凸部的壁面包含具有相对于所述高度方向的第1倾斜角度的第1壁面部分、和具有与所述第1倾斜角度不同的第2倾斜角度的第2壁面部分，所述金属部件和所述散热部件在所述多个凹部和所述多个凸部接触的多个凹凸部处成为一体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.31 JP 2016-2128921.一种半导体装置，其具备：功率模块，其包含半导体元件、搭载有所述半导体元件的金属部件、以及对所述半导体元件进行封装且使所述金属部件的至少一部分露出的封装材料；以及散热部件，其与所述功率模块的所述金属部件连接，在所述金属部件中形成有多个凹部或凸部的任意一者，在所述散热部件中形成有多个凹部或凸部的任意另一者，所述多个凹凸部的一部分即第1凹凸部与所述多个凹凸部中的所述第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大，所述第1凹凸部的壁面包含具有相对于所述高度方向的第1倾斜角度的第1壁面部分、和具有与所述第1倾斜角度不同的第2倾斜角度的第2壁面部分，所述金属部件和所述散热部件在所述多个凹部和所述多个凸部接触的多个凹凸部处成为一体。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第1凹凸部的宽度越朝向所述第1凹凸部所包含的所述凹部的底部侧变得越小。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，所述第1凹凸部以夹着所述第2凹凸部的方式仅配置有1对。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，构成所述第1凹凸部的所述凹部与构成所述第1凹凸部的所述凸部相比，高度方向的尺寸大。5.一种半导体装置，其具备：功率模块，其包含半导体元件、搭载有所述半导体元件的金属部件、以及对所述半导体元件进行封装且使所述金属部件的至少一部分露出的封装材料；以及散热部件，其与所述功率模块的所述金属部件连接，在所述金属部件中形成有多个凹部及外斜面部、或凸部的任意一者，在所述散热部件中形成有多个凹部及外斜面部、或凸部的任意另一者，所述多个第1凹凸部与所述多个第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大，所述多个第1凹凸部以夹着所述多个第2凹凸部的方式仅配置有1对，就所述1对第1凹凸部而言，所述1对第1凹凸部的每一者所包含的所述凸部即1对凸部，以从根部侧向顶端侧沿所述多个外斜面部并且相对于所述高度方向倾斜的方式延伸，所述第1凹凸部的壁面包含具有相对于所述高度方向的第1倾斜角度的第1壁面部分、和具有与所述第1倾斜角度不同的第2倾斜角度的第2壁面部分，所述金属部件和所述散热部件在所述多个外斜面部和所述多个凸部接触的多个第1凹凸部、及所述多个凹部和所述多个凸部接触的多个第2凹凸部处成为一体。6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，所述外斜面部包含于与所述凹部不同的其它凹部。7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其中，所述金属部件的硬度与所述散热部件的硬度不同。8.一种半导体装置的制造方法，其具备如下工序：准备功率模块的工序，该功率模块包含半导体元件、固定有所述半导体元件且形成有多个凹部或凸部的任意一者的金属部件、以及对所述半导体元件进行封装且使所述金属部件的至少一部分露出的封装材料；准备散热部件的工序，该散热部件形成多个凹部或凸部的任意另一者，与所述功率模块连接；以及通过将所述多个凹部和凸部彼此嵌合而形成多个凹凸部，从而将所述金属部件和所述散热部件一体化的工序，所述多个凹凸部的一部分即第1凹凸部与所述多个凹凸部中的所述第1凹凸部之外的第2凹凸部相比，高度方向的尺寸大，构成所述第1凹凸部的所述凹部即第1凹部的壁面及构成所述第1凹凸部的所述凸部即第1凸部的壁面，为相对于高度方向倾斜的倾斜面，所述第1凹部的壁面的倾斜角度与所述第1凸部的壁面的倾斜角度不同，在进行所述一体化的工序中，通过所述第1凹部及所述第1凸部彼此接触，从而所述第1凹部及所述第1凸部的至少任意一者产生塑性变形。9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，所述多个凹部包含构成所述第2凹凸部的第2凹部，所述多个凸部包含构成所述第2凹凸部的第2凸部，在进行所述一体化的工序中，将所述多个凹部和凸部彼此嵌合时，所述第1凹部及所述第1凸部与所述第2凹部及所述第2凸部相比先彼此接触。10.根据权利要求8或9所述的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：多田晴菜，中岛泰，三田泰之，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP