本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，尤其涉及一種對散熱性有要求的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

在使用了IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)等半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置(功率模塊)中，需要有效地對半導(dǎo)體芯片發(fā)出的熱量進(jìn)行散熱，以將半導(dǎo)體芯片的溫度保持在規(guī)定溫度以下。

在現(xiàn)有技術(shù)中，有如下一種功率模塊，即，在該功率模塊中，由高導(dǎo)熱性的絕緣陶瓷板和設(shè)置在其兩個表面上的底板固定在一起而形成所謂的絕緣基板，在絕緣基板的一個表面通過焊料(solder、焊錫)等接合材料(連接材料)接合(連接)半導(dǎo)體芯片，在絕緣基板的另一個表面通過焊料(solder)等接合材料直接或者間接地接合冷卻器，其中，絕緣陶瓷板由氮化硅、氮化鋁或者氧化鋁等構(gòu)成，底板由鋁或者銅(包括其合金。下同)等高導(dǎo)熱性金屬構(gòu)成。

然而，根據(jù)使用條件的不同，有時會產(chǎn)生如下情況：由于絕緣基板與冷卻器之間的熱膨脹系數(shù)的差異，產(chǎn)生熱應(yīng)力，使接合絕緣基板和冷卻器的接合材料產(chǎn)生裂紋(crack)，從而在所要求的使用壽命期間無法維持足夠的散熱性能。

于是，為了解決這樣的問題，提出了在絕緣基板與冷卻器之間配置應(yīng)力緩和部件的技術(shù)方案(例如，專利文獻(xiàn)1)。

專利文獻(xiàn)1中的應(yīng)力緩和部件由形成有多個通孔的厚度為0.3～3mm的鋁板構(gòu)成。應(yīng)力緩和部件的各通孔構(gòu)成應(yīng)力吸收空間。應(yīng)力緩和部件通過釬焊方式(brazing)焊接在絕緣基板和散熱片(heat sink) 上。由于應(yīng)力吸收空間的作用，應(yīng)力緩和部件發(fā)生變形，從而使熱應(yīng)力得到緩和。

【專利文獻(xiàn)1】日本發(fā)明專利公開公報特開2006-294699號

但是，在使用配置有專利文獻(xiàn)1所述那樣的具有應(yīng)力吸收空間的應(yīng)力緩和部件的半導(dǎo)體裝置時，存在2個大問題。

第1個大問題為導(dǎo)熱性的問題。即，應(yīng)力緩和部件的平均導(dǎo)熱率低于母材的平均導(dǎo)熱率。其原因在于，由于應(yīng)力緩和部件的應(yīng)力吸收空間內(nèi)填充空氣，而空氣的導(dǎo)熱率極低，因而，平均來看，應(yīng)力緩和部件的導(dǎo)熱率是低于母材所具有的導(dǎo)熱率的，其降低程度與應(yīng)力吸收空間占應(yīng)力緩和部件的體積的比例相對應(yīng)。另外，上述應(yīng)力緩和部件的優(yōu)選厚度為1～4mm，然而熱量在該應(yīng)力緩和部件中擴(kuò)散效果并不好。這是由于熱量的傳遞受到應(yīng)力吸收空間的妨礙。再者，在絕緣基板與散熱片的連接部使用了導(dǎo)熱率低于母材的釬焊焊料，由于該連接部的數(shù)量較多，因而會導(dǎo)致整體的熱阻增加。

第2個大問題為生產(chǎn)性的問題。因處理溫度的關(guān)系，不能是先將半導(dǎo)體芯片安裝在絕緣基板上，之后在此狀態(tài)下，再對應(yīng)力緩和部件和絕緣基板實施釬焊。即，需要先將冷卻器、應(yīng)力緩和部件以及絕緣基板固定在一起形成基板ASSY(集合體)，在此狀態(tài)下，進(jìn)行焊接半導(dǎo)體芯片的“焊片”作業(yè)(die bond)，之后再進(jìn)行焊接引線的“焊線”作業(yè)(wire bond)。在進(jìn)行焊片和焊線作業(yè)時，優(yōu)選絕緣基板被完全固定，但是，在冷卻器和應(yīng)力緩和部件之間，很難在結(jié)構(gòu)上獲得足夠的剛性。從而，會出現(xiàn)如下等問題：例如在需要進(jìn)行加壓的工序中，絕緣基板或者芯片斷裂、損壞，例如在使用超聲波進(jìn)行焊接的加工工序中，因超聲波焊接遺漏而導(dǎo)致未固定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述那樣的問題，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高導(dǎo)熱性且具有良好的生產(chǎn)性的半導(dǎo)體裝置。

本發(fā)明的第1技術(shù)方案為：半導(dǎo)體裝置具有：絕緣基板，其具有 絕緣板和設(shè)置在所述絕緣板的兩個表面上的底板；半導(dǎo)體芯片，其設(shè)置在所述絕緣基板上，該半導(dǎo)體裝置還具有冷卻器，所述冷卻器由冷卻部件和冷卻器外套構(gòu)成，其中，所述冷卻部件通過接合材料與所述絕緣基板的內(nèi)表面接合；所述冷卻器外套由鋁合金構(gòu)成，所述冷卻部件為由鋁合金構(gòu)成的導(dǎo)熱金屬部件和由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件一體形成的復(fù)合部件，所述導(dǎo)熱金屬部件的位于與所述熱應(yīng)力吸收部件連接的表面的相反一側(cè)的表面上形成有凸片或者槽，所述熱應(yīng)力吸收部件配置在與所述絕緣基板的內(nèi)表面接合的一側(cè)，所述熱應(yīng)力吸收部件的屈服應(yīng)力小于所述接合部件的屈服應(yīng)力。

本發(fā)明的第2技術(shù)方案為：在所述冷卻部件上配置著多個絕緣基板。

本發(fā)明的第3技術(shù)方案為：所述熱應(yīng)力吸收部件由純度在99.5％以上的鋁構(gòu)成。

本發(fā)明的第4技術(shù)方案為：所述底板的至少與所述接合材料接觸的部分由銅或者銅合金構(gòu)成，在所述絕緣基板的內(nèi)表面通過所述接合材料接合著具有線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層的部件，所述線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層由銅或者銅合金構(gòu)成，其與所述冷卻部件形成一體。

本發(fā)明的第5技術(shù)方案為：所述底板由銅或者銅合金與鋁或者鋁合金的層積結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

本發(fā)明的第6技術(shù)方案為：所述底板包括由純度在99.5％以上的鋁構(gòu)成的層。

本發(fā)明的第7技術(shù)方案為：所述導(dǎo)熱金屬部件由純度不足99.0％的鋁合金構(gòu)成。

本發(fā)明的第8技術(shù)方案為：所述半導(dǎo)體芯片由碳化硅構(gòu)成。

本發(fā)明的第9技術(shù)方案為：所述冷卻部件為導(dǎo)熱金屬部件和由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件一體形成的復(fù)合部件，導(dǎo)熱金屬部件的厚度為1mm以上10mm以下，熱應(yīng)力吸收部件的厚度在該導(dǎo)熱金屬部件的厚度以下。

本發(fā)明的第10技術(shù)方案為：半導(dǎo)體裝置具有：絕緣基板，其具 有絕緣板和設(shè)置在所述絕緣板的兩個表面上的底板；半導(dǎo)體芯片，其設(shè)置在所述絕緣基板上，該半導(dǎo)體裝置還具有冷卻器，所述冷卻器由冷卻部件和冷卻器外套構(gòu)成，其中，所述冷卻部件通過接合材料與所述絕緣基板的內(nèi)表面接合；所述冷卻器外套由鋁合金構(gòu)成，所述冷卻部件為由鋁合金構(gòu)成的導(dǎo)熱金屬部件和由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件層積形成的復(fù)合部件，所述導(dǎo)熱金屬部件的位于與所述熱應(yīng)力吸收部件連接的表面的相反一側(cè)的表面上形成有凸片或者槽，所述熱應(yīng)力吸收部件配置在與所述絕緣基板的內(nèi)表面接合的一側(cè)，所述熱應(yīng)力吸收部件由純度在99.5％以上的鋁構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，采用熱應(yīng)力吸收部件，能夠緩和因熱膨脹系數(shù)間的差異而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。從而能夠滿足導(dǎo)熱性、生產(chǎn)性、可靠性以及成本的要求。

本發(fā)明的目的、特征、方式以及優(yōu)點通過以下的詳細(xì)說明和附圖能夠變得更為明了。

附圖說明

圖1是表示實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2是普通的三相變頻器用IGBT模塊的電路圖。

圖3是由1in1的模塊構(gòu)成實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置時的剖視圖。

圖4是由1in1的模塊構(gòu)成實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置時的俯視圖。

圖5是表示溫度循環(huán)次數(shù)對接合材料的裂紋長度的影響的圖。

圖6是表示經(jīng)反復(fù)溫度測試后的冷卻部件的翹曲或者彎曲與導(dǎo)熱金屬部件厚度或者熱應(yīng)力吸收部件厚度之間的關(guān)系的圖。

圖7是表示鋁的純度與屈服強(qiáng)度(proof stress)之間的關(guān)系的圖。

圖8是表示實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖9是表示實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的其他例子的剖視圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對實施方式進(jìn)行說明。

<第1實施方式>

<結(jié)構(gòu)>

下面，在沒有特別指定的情況下記載了銅或者鋁等材料名稱時，也包括含有其他添加物的例如銅合金或者鋁合金。

圖1是表示本實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是普通的三相變頻器用IGBT模塊的電路圖，圖3是表示由1in1(1輸入1輸出)的模塊構(gòu)成本實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置時的剖視圖，圖4是表示由1in1的模塊構(gòu)成實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置時的俯視圖。

如圖3和圖4所示，在冷卻部件12上通過接合材料23接合有多個(這里為6個)絕緣基板13，絕緣基板13上安裝著半導(dǎo)體芯片11(這里為IGBT芯片，但二極管未圖示)。該模塊被環(huán)氧樹脂8封裝。各模塊之間，通過接合材料24，由引線框架9電連接。

冷卻部件12是由熱應(yīng)力吸收部件1和導(dǎo)熱金屬部件2層積形成的復(fù)合部件，其中，熱應(yīng)力吸收部件1由至少純度在99.5％以上，優(yōu)選99.9％以上的純鋁構(gòu)成，導(dǎo)熱金屬部件2的材質(zhì)為銅或者鋁等。

圖5是表示熱循環(huán)試驗(-40℃～175℃)中的溫度循環(huán)次數(shù)對接合部件的裂紋長度，即接合材料的裂紋長度的影響的附圖。其中，接合材料23為高強(qiáng)度焊料，絕緣基板13為DBC(覆銅陶瓷基板)。當(dāng)冷卻部件12是厚度為6mm的鋁合金(合金名稱為A6063)與厚度為0.5mm且純度為4N的鋁的復(fù)合部件時(在圖中，記載為“熱應(yīng)力吸收部件0.5t”)，接合材料23基本上不會產(chǎn)生裂紋。當(dāng)冷卻部件12僅由厚度為6.5mm的鋁合金(A6063)構(gòu)成時(在圖中，記載為“無熱應(yīng)力吸收部件”)，接合材料23上會產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的裂紋。

由于鋁的純度的不同，成本與效果的關(guān)系也不同，因而，圖1所示的熱應(yīng)力吸收部件1的厚度101的最佳值根據(jù)鋁的純度的不同而不 同。鋁的純度越高，熱應(yīng)力吸收部件1的厚度101可以被設(shè)定得越小，但是，設(shè)定為大約0.05～0.5mm即可。

從成本、重量、機(jī)械強(qiáng)度以及耐腐蝕性的觀點來看，優(yōu)選使用純度不足99.0％的鋁合金、例如合金名稱為A6063(JIS記號)這樣的鋁合金來形成導(dǎo)熱金屬部件2。

導(dǎo)熱金屬部件2兼作結(jié)構(gòu)材料。尤其是在車載用途等情況下，需要考慮將共振頻率設(shè)定得較高，以在實際使用時不會產(chǎn)生共振，因而，需要導(dǎo)熱金屬部件2具有一定的厚度。優(yōu)選在車載用途等情況下，導(dǎo)熱金屬部件2的厚度102大約為2mm以上，即使在固定使用時，導(dǎo)熱金屬部件2也最好具有1mm以上的厚度。反之，如果太厚的話，熱阻則會顯著增加，因而，導(dǎo)熱金屬部件2具有10mm以下，優(yōu)選4mm以下的厚度為好。

當(dāng)熱應(yīng)力吸收部件1由高純度的鋁構(gòu)成時，有時會看到，由于溫度循環(huán)等原因，熱應(yīng)力吸收部件1產(chǎn)生如皺紋這樣的變形，因而，也需要重視該變形不會對兼作結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱金屬部件2產(chǎn)生較大影響。

圖6是表示在1000次的熱循環(huán)試驗(-40℃～175℃)結(jié)束后，冷卻部件12的最大的彎曲或者翹曲的圖。其中，接合材料23為高強(qiáng)度焊料，絕緣基板13為DBC(覆銅陶瓷基板)。由圖6可知，當(dāng)導(dǎo)熱金屬部件2(這里為鋁合金)的厚度102是熱應(yīng)力吸收部件1(這里為純度4N的純鋁)的厚度101的8倍以上時，冷卻部件2基本上不會發(fā)生翹曲或者彎曲。另外，由圖6可知，當(dāng)導(dǎo)熱金屬部件2(這里為鋁合金)的厚度102小于熱應(yīng)力吸收部件1(這里為純度4N的純鋁)的厚度101時，冷卻部件2容易發(fā)生翹曲或者彎曲等變形。尤其是，當(dāng)熱應(yīng)力吸收部件1的厚度101大于導(dǎo)熱金屬部件2的厚度102時(當(dāng)導(dǎo)熱金屬部件2的厚度102與熱應(yīng)力吸收部件1的厚度101之比小于1時)，冷卻部件12的機(jī)械特性主要取決于熱應(yīng)力吸收部件1，翹曲或者彎曲難以控制在一定的值。因而，以導(dǎo)熱金屬部件2比較厚為好，使導(dǎo)熱金屬部件2的厚度102與熱應(yīng)力吸收部件1的厚度101 之比至少為1倍以上，優(yōu)選為8倍以上。

從接合強(qiáng)度的穩(wěn)定性和成本的觀點來看，優(yōu)選通過熱軋方式預(yù)先使熱應(yīng)力吸收部件1和導(dǎo)熱金屬部件2形成一體(固定在一起)?；蛘?，也可以利用冷噴涂法(使粉末材料在熔化溫度以下的固相狀態(tài)下與基材碰撞、成膜的方法)或者金屬噴涂法等在導(dǎo)熱金屬部件2上形成鋁膜，以構(gòu)成熱應(yīng)力吸收部件1。

該由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件1為最弱層，其在溫度循環(huán)下因疲勞失效而產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的裂紋。當(dāng)作為結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱金屬部件2和熱應(yīng)力吸收部件1的接合界面由釬焊焊料等形成時，有時不是在熱應(yīng)力吸收部件1的母材中產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的裂紋，而是在界面部分產(chǎn)生如界面剝離那樣一下子擴(kuò)展的裂紋。因此，優(yōu)選不采用接合材料，使導(dǎo)熱金屬部件2和熱應(yīng)力吸收部件1直接接合。

冷卻部件12中的像這樣形成的熱應(yīng)力吸收部件1的表面可以通過例如鍍鎳等方式被實施表面處理。另外，為了提高冷卻部件12的導(dǎo)熱率，優(yōu)選在導(dǎo)熱金屬部件2上形成凸片或者槽等，以擴(kuò)大表面積。

再者，在導(dǎo)熱金屬部件2的下方可以具有用于液冷式冷卻的水套(water jacket)21。水套21例如由鋁合金構(gòu)成，其與導(dǎo)熱金屬部件2相連接。

另外，半導(dǎo)體芯片11通過芯片焊接材料22被接合在絕緣基板13上。作為芯片焊接材料22，例如可以使用銀納米粒子的低溫?zé)Y(jié)材料、Cu-Sn(銅錫合金)或者Ag-Sn(銀錫合金)這樣的液相擴(kuò)散接合材料、或者焊料(solder)等作為能夠?qū)щ姾蛯?dǎo)熱的良導(dǎo)體的接合材料。再者，也可以通過銅固相擴(kuò)散接合或者超聲波接合等方式將半導(dǎo)體芯片11和絕緣基板13直接接合。

絕緣基板13具有：底板5，其與芯片焊接材料22相接；底板7，其與冷卻部件12相面對；絕緣陶瓷6，其被底板5和底板7夾持配置。利用釬焊焊料等預(yù)先使底板5、底板7以及絕緣陶瓷6形成一體(固定在一起)。

底板5和底板7例如可以使用銅或者鋁等能夠?qū)щ姾蛯?dǎo)熱的良導(dǎo) 體。絕緣陶瓷6可以使用氮化硅、氮化鋁或者氧化鋁等的陶瓷，該陶瓷為電絕緣體，且為能夠?qū)岬牧紝?dǎo)體。

再者，絕緣基板13的底板7和冷卻部件12的熱應(yīng)力吸收部件1通過接合材料23相接合。作為接合材料23，例如可以使用銀納米粒子的低溫?zé)Y(jié)材料、銀漿材料、Cu-Sn(銅錫合金)或者Ag-Sn(銀錫合金)這樣的液相擴(kuò)散接合材料、或者焊料(solder)等作為能夠?qū)岬牧紝?dǎo)體的接合材料。但是，在使用溫度范圍內(nèi)，接合材料23的屈服應(yīng)力(或者屈服強(qiáng)度)需要大于熱應(yīng)力吸收部件1的屈服應(yīng)力(或者屈服強(qiáng)度)。在利用焊料(solder)進(jìn)行接合時，需要注意焊料的屈服應(yīng)力，例如優(yōu)選使用Sn-Cu-Sb(錫銅銻合金)這樣的高強(qiáng)度焊料。

另外，底板7和熱應(yīng)力吸收部件1可以不通過接合材料23進(jìn)行接合，而通過銅固相擴(kuò)散接合或者超聲波接合等方式進(jìn)行直接接合。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，作為發(fā)熱體的半導(dǎo)體芯片11與冷卻部件12之間的熱阻極小，從而能夠得到良好的導(dǎo)熱性。另外，因絕緣基板13和冷卻部件12之間的熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力通過熱應(yīng)力吸收部件1(純鋁板)的塑性變形，其大部分被吸收，因而，能夠充分地確保絕緣基板13與冷卻部件12之間可靠地連接。

圖7是表示鋁的純度與屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系的圖。在圖中，縱軸表示鋁的屈服強(qiáng)度(arb.unit)，橫軸表示鋁的純度。

一般來說，即使是被稱為純鋁的純度在99％以上的鋁，其屈服強(qiáng)度(屈服應(yīng)力)也有所不同。如果是純度在3N(99.9％)以上的鋁的話，基本不會出現(xiàn)加工硬化。從而，從該觀點來看，優(yōu)選采用純度在3N(99.9％)以上的鋁。

但是，即使是純度大約為99.5％的鋁，其屈服強(qiáng)度(屈服應(yīng)力)與純度在4N以上的鋁的屈服強(qiáng)度(屈服應(yīng)力)的差異也較小(不足2倍)。從而，即便是使用較為便宜的、作為接合材料的焊料(solder)，如果選擇上述Sn-Cu-Sb(錫銅銻合金)這樣的高強(qiáng)度焊料的話，也存在純度為99.5％的鋁的屈服強(qiáng)度(屈服應(yīng)力)在焊料的屈曲強(qiáng)度(屈 服應(yīng)力)以下的溫度范圍，根據(jù)使用環(huán)境的不同，實際使用上可以沒有問題。

由于鋁材料的純度越高，其成本越高，因而，在設(shè)計時，按照使用環(huán)境，在實際使用時沒有問題的范圍內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)募兌燃纯伞?/p>

如上所示，由于能夠以簡單的結(jié)構(gòu)緩和因絕緣基板13和冷卻部件12之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，因而，能夠滿足導(dǎo)熱性、生產(chǎn)性、可靠性以及成本的要求。

另外，在本實施方式中，公開了一種液冷式的冷卻器，在該冷卻器中，于冷卻部件12的外周部分，通過電子束焊或者FSW(攪拌摩擦焊)等方法使由鋁合金構(gòu)成的水套21和冷卻部件12被密封，但是，冷卻器也可以為空冷式的冷卻器。另外，即使采用液冷式的冷卻器，水套21和冷卻部件21的密封也并不局限于焊接，也可以以夾持O形環(huán)等高彈性材料或者墊圈等方式來進(jìn)行密封。

另外，水套21的材質(zhì)并不局限于鋁合金，但是，還是優(yōu)選使用例如ADC12這樣的鋁合金。如果采用ADC12的話，可以利用作為便宜的制造方法的鋁壓鑄法來進(jìn)行制造。另外，如前面所述，可以與冷卻部件12相焊接。再者，由于ADC12的線膨脹系數(shù)與冷卻部件12的線膨脹系數(shù)相同，因而，在水套21與冷卻部件12之間的接合部不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。并且，ADC12不但重量輕，而且還便宜。

另外，在本實施方式中，安裝在絕緣基板上的半導(dǎo)體芯片11的數(shù)量為1個(參照圖1)，但是，也可以在同一絕緣基板上安裝多個同種類或者IGBT和二極管的組合這樣的功能不同的半導(dǎo)體芯片。另外，可以進(jìn)行各種組合，如將多個絕緣基板安裝在同一冷卻器上(參照圖4)等。

另外，半導(dǎo)體芯片11的材質(zhì)并不局限于Si(硅)，也可以采用SiC(碳化硅)或者GaN(氮化鎵)等這樣的寬禁帶(side bandgap)半導(dǎo)體、或者這些物質(zhì)的混裝組合等，并沒有特別限制。這里，寬禁帶半導(dǎo)體一般是指具有大約2eV以上的禁帶寬度的半導(dǎo)體，眾所周知的有以GaN(氮化鎵)為代表的3族氮化物、以ZnO(氧化鋅)為代 表的2族氮化物，以ZnSe(硒化鋅)為代表的2族硫?qū)倩锖蚐iC(碳化硅)等。

尤其是，由于與硅芯片相比可以在大電流密度下使用的、芯片面積小進(jìn)而使整個裝置能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的碳化硅芯片的芯片面積較小，因而，到達(dá)冷卻器的熱量的擴(kuò)散方式會對熱阻產(chǎn)生顯著的影響。從而，不具有妨礙熱量擴(kuò)散的部件且熱量擴(kuò)散良好的本發(fā)明很適用于安裝有碳化硅芯片的半導(dǎo)體裝置。

<效果>

根據(jù)本實施方式，半導(dǎo)體裝置具有：絕緣基板13；半導(dǎo)體芯片11，其設(shè)置在絕緣基板13上；冷卻部件12，其通過接合材料23與絕緣基板13的內(nèi)表面相接合。

絕緣基板13具有作為絕緣板的絕緣陶瓷6、分別設(shè)置在絕緣陶瓷6的兩個表面上的底板5和底板7。

冷卻部件12為由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件1和導(dǎo)熱金屬部件2一體形成的復(fù)合部件。

熱應(yīng)力吸收部件1配置在與絕緣基板13的內(nèi)表面接合的一側(cè)，熱應(yīng)力吸收部件1的屈服應(yīng)力小于接合材料23的屈服應(yīng)力。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，能夠利用具有簡單結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力吸收部件1來緩和因絕緣基板13的等效線膨脹系數(shù)與冷卻部件12的熱膨脹系數(shù)之間的差異而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。從而能夠滿足導(dǎo)熱性、生產(chǎn)性、可靠性以及成本的要求。

另外，根據(jù)本實施方式，在作為冷卻部件12的一部分的熱應(yīng)力吸收部件1上，通過接合材料23接合多個安裝了半導(dǎo)體芯片11的絕緣基板13，因而，與針對各絕緣基板分別配置熱應(yīng)力吸收部件1的情況相比，能夠提供更為便宜的半導(dǎo)體裝置。

另外，作為利用環(huán)氧樹脂8封裝該模塊時的獨特效果，操作容易，能夠在與冷卻板接合之前檢查半導(dǎo)體芯片的特性，以能夠僅將質(zhì)量良好的半導(dǎo)體芯片安裝在冷卻板上，進(jìn)而能夠形成高品質(zhì)且價格低廉的變頻器。

另外，在利用被稱為箱(case)型的凝膠(gel)狀的材料進(jìn)行封裝時，也能夠得到上述的利用環(huán)氧樹脂封裝時的獨特效果以外的效果。

另外，根據(jù)本實施方式，熱應(yīng)力吸收部件1由純度在99.5％以上的鋁構(gòu)成。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，能夠通過熱應(yīng)力吸收部件1(純鋁材)的塑性變形來降低絕緣基板13的等效線膨脹系數(shù)與冷卻部件12的線膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。通過采用純度在99.5％以上的鋁，即使在由焊料(solder)(高強(qiáng)度焊料)構(gòu)成接合材料23時，也能夠?qū)⒔雍喜牧?3的屈服應(yīng)力(或者屈服強(qiáng)度)設(shè)定得比熱應(yīng)力吸收部件1的屈服應(yīng)力大，并且，不僅能夠采用價格較為便宜的焊料(solder)作為接合材料23，還能夠針對溫度循環(huán)確保足夠的可靠性。

另外，根據(jù)本實施方式，導(dǎo)熱金屬部件2由純度不足99.0％的鋁合金構(gòu)成。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，由純鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件1和導(dǎo)熱金屬部件2容易接合，從成本、重量、機(jī)械強(qiáng)度以及耐腐蝕性的觀點來看，該結(jié)構(gòu)為優(yōu)選結(jié)構(gòu)。再者，從重量輕、高耐腐蝕性以及成本的觀點來看，一般也使用鋁合金(鋁壓鑄)構(gòu)成水套21，采用該結(jié)構(gòu)時，可以進(jìn)行焊接，而且不需要密封結(jié)構(gòu)，因而能夠以便宜的價格進(jìn)行制造。另外，采用相同的材料，能夠抑制機(jī)械特性的失配(mismatch)。

另外，根據(jù)本實施方式，半導(dǎo)體裝置具有作為套部件的水套21，該水套21由鋁合金構(gòu)成，其與冷卻部件12的導(dǎo)熱金屬部件2相連接。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，由于水套21由鋁合金(鋁壓鑄)構(gòu)成，因而，能夠通過焊接對水套21和冷卻部件12進(jìn)行固定以及密封，不需要特別的密封結(jié)構(gòu)。從而能夠以便宜的價格進(jìn)行制造。另外，采用相同的材料，能夠抑制機(jī)械特性的失配。

另外，根據(jù)本實施方式，半導(dǎo)體裝置的制造方法包括：準(zhǔn)備絕緣基板13的工序；將半導(dǎo)體芯片11配置在絕緣基板13上的工序；形成冷卻部件12的工序；通過接合材料23使冷卻部件12的熱應(yīng)力吸 收部件1一側(cè)與絕緣基板13的內(nèi)表面接合的工序。

準(zhǔn)備絕緣基板13的工序為：準(zhǔn)備具有作為絕緣板的絕緣陶瓷6、設(shè)置在絕緣陶瓷6的兩個表面上的底板5和底板7的絕緣基板13。

形成冷卻部件12的工序為：通過熱軋方式使由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件1和導(dǎo)熱金屬部件2形成一體，以形成作為復(fù)合部件的冷卻部件12。

另外，熱應(yīng)力吸收部件1的屈服應(yīng)力小于接合材料23的屈服應(yīng)力。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，能夠利用具有簡單結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力吸收部件1來緩和因絕緣基板13的等效線膨脹系數(shù)與冷卻部件12的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。從而能夠滿足導(dǎo)熱性、生產(chǎn)性、可靠性以及成本的要求。

<第2實施方式>

<結(jié)構(gòu)>

圖8是表示本實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。當(dāng)絕緣基板13a的底板5a和底板7a由銅或者銅合金形成的DBC基板(直接鍵合銅基板，覆銅基板)時，如圖8所示，可以設(shè)置線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31，該線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31接合在冷卻部件12的熱應(yīng)力吸收部件1上，與之形成一體。

優(yōu)選該線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31由與DBC基板的底板(底板5a和底板7a)材質(zhì)相同的銅或者銅合金形成。另外，作為線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31的形成方法，可以通過釬焊等將冷卻部件12的熱應(yīng)力吸收部件1一側(cè)與銅板(線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31)相接合、形成一體，也可以利用冷噴涂法或者金屬噴涂法等形成銅膜，以構(gòu)成線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31。尤其是優(yōu)選冷噴涂法，其原因在于，利用該方法，可以以較為便宜的價格大面積地形成較厚的銅膜。

然后，通過接合材料23使線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31與絕緣基板13的內(nèi)表面接合。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，由于接合材料23的上下面兩側(cè)為由相同 材料構(gòu)成的部件，因而，能夠使施加給接合材料23的熱應(yīng)力平均化，進(jìn)一步使絕緣基板13a與冷卻部件12更可靠地接合。尤其是，當(dāng)接合材料23為焊料(solder)時，該效果更顯著。

<變形例>

圖9是表示本實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的其他例子的剖視圖。如圖9所示，絕緣基板13b的底板5b由銅板51和鋁板52構(gòu)成。另外，絕緣基板13的底板7b由鋁板72和銅板71構(gòu)成。銅板51和銅板71由銅或者銅合金構(gòu)成。鋁板52和鋁板72由鋁或者鋁合金構(gòu)成。

在底板5b、絕緣陶瓷6以及底板7b整個一體形成絕緣基板13b的情況下，當(dāng)?shù)装?b的表面?zhèn)葹殂~(銅板71)時，與上述情況相同，通過在熱應(yīng)力吸收部件1上設(shè)置與之形成一體的線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31，能夠得到與上述相同的效果。

再者，當(dāng)鋁板72(還有鋁板52)由至少純度在99.5％以上，優(yōu)選99.9％以上的純鋁構(gòu)成時，絕緣基板13b的主要因絕緣陶瓷的設(shè)置而產(chǎn)生的熱應(yīng)力被緩和，因而，能夠進(jìn)一步使絕緣基板13b與冷卻部件12更可靠地接合。

<效果>

根據(jù)本實施方式，底板7a、或者底板7b的作為與接合材料23接觸的部分的銅板71由銅或者銅合金構(gòu)成。并且，半導(dǎo)體裝置具有由銅或者銅合金構(gòu)成的線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31，該線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31通過接合材料23與絕緣基板的內(nèi)表面接合。線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31還與冷卻部件12接合。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，當(dāng)絕緣基板為其底板由導(dǎo)熱率較高的銅構(gòu)成的DBC基板時，通過接合材料23使由與接觸接合材料23的部分的底板(底板7a或者銅板71)相同的銅或者銅合金構(gòu)成的線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31與絕緣基板的內(nèi)表面接合，能夠使位于接合材料23兩側(cè)并夾持該接合材料23的部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力平均化，并且使絕緣基板與冷卻部件12更可靠地接合。尤其是，當(dāng)接合材料23為焊料(solder) 時，該效果更顯著。

另外，根據(jù)本實施方式，底板5b和底板7b由銅或者銅合金與鋁或者鋁合金的層積結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，當(dāng)采用由導(dǎo)熱率較高的銅和容易塑性變形的鋁層積而成的層積結(jié)構(gòu)作為底板時，通過接合材料23在絕緣基板13b的內(nèi)表面接合線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31，該線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31由銅或者銅合金構(gòu)成，與絕緣基板13b的作為接觸接合材料23的部分的底板(銅板71)材質(zhì)相同，從而，能夠使位于接合材料23兩側(cè)并夾持該接合材料23的部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力平均化，并且使絕緣基板13b與冷卻部件12更可靠地接合。尤其是，當(dāng)接合材料23為焊料(solder)時，該效果更顯著。

另外，根據(jù)本實施方式，底板5b和底板7b包括由純度在99.5％以上的鋁構(gòu)成的層。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，由于絕緣基板13b的主要因絕緣陶瓷6的設(shè)置而產(chǎn)生的熱應(yīng)力被緩和，因而，能夠使絕緣基板13b與冷卻部件12更可靠地接合。

另外，根據(jù)本實施方式，半導(dǎo)體裝置的制造方法包括：準(zhǔn)備絕緣基板的工序；將半導(dǎo)體芯片11配置在絕緣基板上的工序；形成冷卻部件12的工序；形成線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31的工序；通過接合材料23使線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31與絕緣基板的內(nèi)表面接合的工序。

準(zhǔn)備絕緣基板的工序為：準(zhǔn)備具有作為絕緣板的絕緣陶瓷6以及設(shè)置在絕緣陶瓷6的兩個表面上的底板的絕緣基板。

形成冷卻部件12的工序為：利用由鋁構(gòu)成的熱應(yīng)力吸收部件1和導(dǎo)熱金屬部件2形成作為復(fù)合部件的冷卻部件12。

形成線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31的工序為：利用冷噴涂法在冷卻部件12的熱應(yīng)力吸收部件1一側(cè)形成由銅或者銅合金構(gòu)成的線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31。

另外，熱應(yīng)力吸收部件1的屈服應(yīng)力小于接合材料23的屈服應(yīng)力，底板7a、或者底板7b的至少與接合材料23接觸的部分由銅或者 銅合金構(gòu)成。

采用像這樣的結(jié)構(gòu)時，當(dāng)絕緣基板為其底板由導(dǎo)熱率較高的銅構(gòu)成的DBC基板時，通過接合材料23在絕緣基板的內(nèi)表面接合線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31，該線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31由銅或者銅合金構(gòu)成，其材質(zhì)與絕緣基板的作為接觸接合材料23的部分的底板(底板7a或者銅板71)相同，從而，能夠使位于接合材料23兩側(cè)并夾持該接合材料23的部件產(chǎn)生的熱應(yīng)力平均化，并且使絕緣基板與冷卻部件12更可靠地接合。尤其是優(yōu)選形成線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31的冷噴涂法，其原因在于，該方法為通過形成銅膜來形成線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層31的方法，能夠以較為便宜的價格大面積地形成較厚的銅膜。

在上述各實施方式中，也記載了各構(gòu)成要素的材質(zhì)、材料、尺寸、形狀、相對配置關(guān)系或者實施條件等，但是，這些在所有的方式中僅為例示，本發(fā)明并不局限于上面所記載的內(nèi)容。從而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以推定出無數(shù)個未例示的變形例。例如，在對任意的構(gòu)成要素進(jìn)行變形時或者省略時，進(jìn)而有時可以提取出至少一個實施方式中的至少一個構(gòu)成要素，將其與其他實施方式的構(gòu)成要素進(jìn)行組合。

【附圖標(biāo)記說明】

1：熱應(yīng)力吸收部件；2：導(dǎo)熱金屬部件；5、5a、7、7a：底板；6：絕緣陶瓷；8：環(huán)氧樹脂；9：引線框架；11：半導(dǎo)體芯片；12：冷卻部件；13、13a、13b：絕緣基板；21：水套；22：芯片焊接材料；23、24：接合材料；31：線膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)層；51、71：銅板；52、72：鋁板；101、102：厚度。