半导体功率器件制造技术

一种半导体器件（１１），包括： 产生热量的半导体芯片（１２，３２）； 电和热连接到半导体芯片（１２，３２）的第一表面的第一散热片（１３，３０，３４ａ），用作半导体芯片（１２，３２）的电极并释放热量； 电和热连接到半导体芯片（１２，３２）的第二表面的第二散热片（１４，３１，２７，４１），用作半导体芯片（１２，３２）的电极并释放热量； 模制树脂（１７），其中半导体芯片（１２，３２）和散热片（１３，１４，２７，３０，３１，３４ａ，４１）用模制树脂（１７）覆盖，以便散热片（１３，１４，２７，３０，３１，３４ａ，４１）暴露于模制树脂（１７）的基本平坦表面（１９，２９）上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种其中产生热量的半导体芯片位于一对散热片之间的半导体器件以及制造该器件的方法。
技术介绍
用于控制大电功率和电流的半导体芯片在使用中产生如此多的热量，因此包括该芯片的建议的半导体器件包括由金属如铜和铝构成的一对散热片，以便有效地释放由芯片产生的热量。如图1所示，在建议的半导体器件1中，半导体芯片2和耦合器5位于第一散热片3或下部散热片3和第二散热片4或上部散热片4之间。上部散热片4和耦合器5、耦合器5和芯片2、以及芯片2和下部散热片3分别由焊料连接。上部和下部散热片4、3还用做半导体芯片的电极。模制树脂6位于散热片3、4之间以密封芯片2、耦合器5和焊料。如图1所示，上部和下部散热片4、3分别在器件1的下表面和上表面露出。因此，上部和下部散热片4、3有效地传递和释放由芯片2产生的热量，同时部分地被模制树脂绝缘。如图2所示，在使用时，半导体器件1位于冷却部件7和U形金属固定器9之间，而U形固定器通过螺栓10连接到冷却部件7。两个绝缘片8分别位于冷却部件7和器件1之间以及器件1和金属固定器9之间。冷却部件7由金属如铜和铝构成，它能有效地传递和释放热量。虽然未示出，冷却部件包括冷却水通道。金属固定器9由金属如铜和铝构成。绝缘片8必须由导热的和弹性可收缩的绝缘材料制成。在半导体器件1中，露出上部和下部散热片4、3，因此需要绝缘片8绝缘暴露表面，需要金属固定器9将芯片2产生的热量从上部散热片4传递给冷却部件7。因此，图2中所示的装配制品的结构相对复杂，并且装配制品的制造成本较高。此外，半导体器件1的厚度偏离到某种程度。因此，当利用金属固定器9将半导体器件1固定于冷却部件7上时，难以控制金属固定器9对着冷却部件7压紧器件1的力。当半导体器件1的厚度偏离预定值太多时，半导体器件1将断裂或不牢固地固定于冷却部件7上。如果只用绝缘片8吸收足够的力，则可解决上述问题。然而，得不到可弹性收缩以便足以用于绝缘片8的材料。而且，在半导体器件1中，由半导体芯片2产生的热量通过绝缘片8和金属固定器9之一部分地从上部散热片4传递到冷却部件7。因此，通过上部散热片4的热传递路径比通过下部散热片3的热传递路径更长，因此上部散热片4释放热量的效率低于下部散热片3。
技术实现思路
鉴于上述问题已经做出了本专利技术。本专利技术的第一目的是通过简化用于绝缘散热片的装置和用于从散热片释放热量的装置，降低半导体功率器件的制造成本。本专利技术的第二目的是改进了散热片的热释放能力。在本专利技术中，半导体器件包括半导体芯片、第一散热片、第二散热片和模制树脂。第一散热片电和热连接到半导体芯片的表面上，并起半导体芯片的电极的作用和用于释放由半导体芯片产生的热量。第二散热片电和热连接到半导体芯片的另一表面上，并起半导体芯片的电极的作用和用于释放热量。半导体芯片和散热片用模制树脂覆盖，以便在模制树脂的基本平坦表面上露出散热片。利用这种结构，用于绝缘散热片和从半导体芯片释放热量的装置变得简单了，因此该器件优选可以低成本制造并具有优选释放热的能力。附图说明通过下面参照附图的详细说明使本专利技术的上述和其它目的、特点和优点更明显。图中图1是建议的半导体器件的剖视图；图2是用建议的器件和冷却单元装配的制品的正视图；图3是根据本专利技术第一实施例的半导体器件的剖视图；图4A和4B分别是用图3的半导体器件和冷却单元装配的制品的正视图和侧视图；图5是用图3的半导体器件和冷却单元装配的另一制品的正视图；图6是根据本专利技术第二实施例的半导体器件的剖视图；图7是根据本专利技术第三实施例的半导体器件的剖视图；图8是根据本专利技术第四实施例的半导体器件的剖视图；图9是根据本专利技术第五实施例的半导体器件的剖视图；图10是根据本专利技术第六实施例的半导体器件的剖视图；图11是根据本专利技术第七实施例的半导体器件的剖视图；图12是图11的半导体器件的侧视图；图13是根据本专利技术第八实施例的半导体器件的剖视图；图14是根据本专利技术第九实施例的半导体器件的剖视图；图15是用图13的半导体器件、绝缘板和冷却部件装配的制品的分解剖视图； 图16是用根据本专利技术第十一实施例的半导体器件和冷却部件装配的制品的分解剖视图；图17是根据本专利技术第十二实施例的半导体器件的剖视图；和图18是图17的下部散热片的平面图。最佳实施例下面参照各个实施例详细说明本专利技术。第一实施例如图3所示，根据第一实施例的半导体器件11包括产生热量的半导体芯片12、第一散热片13或上部散热片13、第二散热片14或下部散热片14、耦合器15、和模制树脂17。上部和下部散热片14、13各电和热连接到半导体芯片12上，以便从半导体芯片12释放热量并用做半导体芯片12的电极。耦合器15位于半导体芯片12和上部散热片14之间，以便电和热连接到半导体芯片12和上部散热片14。半导体芯片12例如是功率半导体，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和例如薄矩形板形状的闸流晶体管。上部散热片14、下部散热片13和耦合器15例如由铜制成。代替铜，可以采用具有相对高导热率和导电率的材料，如铝。如图3所示，芯片12的第一表面或下表面和下部散热片13的上表面通过焊料16连接，而芯片12的第二表面或上表面和耦合器15的下表面也通过焊料连接，耦合器15的上表面和上部散热片14的下表面也同样通过焊料连接。由半导体芯片12产生的热量通过耦合器15和上、下部散热片14、13传递并释放到半导体芯片11的外部。上、下部散热片14、13通过耦合器15和焊料16电连接到半导体芯片12，以便分别用做例如集电极和发射极。虽然未示出，半导体芯片12的控制电极如栅极焊盘利用键合线电连接到从模制树脂17突出的引线框架。每个散热片14、13的厚度约为1mm。包括延伸部14a的上部散热片14是通过弯曲金属板形成的。上下散热片14、13、耦合器15和焊料16嵌入例如由环氧树脂构成的模制树脂17中，以便延伸部14a和下部散热片13暴露于模制树脂17的下表面19上，并且延伸部14a和下部散热片13的暴露表面基本上处于公共面内，如图3所示。模制树脂17通过插入模制形成，其中采用一对模具(未示出)用环氧树脂模制上下部散热片14、13、耦合器15和焊料16。如图4A和4B所示，半导体器件11包括从模制树脂17突出的两个端子14b、13a。每个端子14b、13a包括水平部分垂直部分。垂直部分不互相面对，如图4A所示。上部散热片14电连接到端子14b之一上，其水平部分从图3中的上部散热片14的前端向前延伸。另一方面，为矩形板的下部散热片13电连接到另一端子13a上，其水平部分从图3中的下部散热片13的后端向后延伸。耦合器15是稍小于半导体芯片12的矩形板。散热片13、14之间的距离例如约为1-2mm。当半导体器件11固定于冷却单元20上时，如图4A和4B所示，首先，将半导体器件11放置在冷却单元20的冷却部件21上，并且绝缘片22位于器件11和冷却部件21之间，以便模制树脂17的下表面19面对绝缘片22。因此，延伸部14a和下部散热片13的暴露表面通过绝缘片22分别热连接到冷却部件21。绝缘片22由导热的并可弹性收缩到预定程度的绝缘材料构成。冷却部件21由能有效地散热的金属如铜和铝制成。虽然未示出，冷却部件21包括冷却水通道。然后，U形塑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体器件(11)，包括产生热量的半导体芯片(12，32)；电和热连接到半导体芯片(12，32)的第一表面的第一散热片(13，30，34a)，用作半导体芯片(12，32)的电极并释放热量；电和热连接到半导体芯片(12，32)的第二表面的第二散热片(14，31，27，41)，用作半导体芯片(12，32)的电极并释放热量；模制树脂(17)，其中半导体芯片(12，32)和散热片(13，14，27，30，31，34a，41)用模制树脂(17)覆盖，以便散热片(13，14，27，30，31，34a，41)暴露于模制树脂(17)的基本平坦表面(19，29)上。2.根据权利要求1的半导体器件(11)，其中第二散热片(27，41)的两端暴露于基本平坦表面(19，29)上。3.根据权利要求1的半导体器件(11)，其中半导体芯片(12)的第一和第二表面基本上垂直于基本平坦表面(29)。4.根据权利要求1的半导体器件(11)，其中半导体芯片(12)的第一和第二表面相对于基本平坦表面(29)倾斜。5.根据权利要求1的半导体器件(11)，还包括产生热量的另一半导体芯片(33)。6.根据权利要求5的半导体器件(11)，还包括另一第一散热片(34b)，其中另一第一散热片(34b)电和热连接到另一半导体芯片(33)的第一表面上，并用作另一半导体芯片(33)的电极和释放由另一半导体芯片(33)产生的热量，第二散热片(31)电和热连接到另一半导体芯片(33)的第二表面，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野尚彦，手嵨孝纪，中瀬好美，三浦昭二，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：