[发明专利]半导体装置

说明书

本申请是申请日为2009年7月3日，申请号为200910158728.6，发明名称为“半导体装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体装置，其中绝缘基板和散热件彼此联接以便热量能够在其间进行传导。

背景技术

已知具有以下结构的半导体装置：由例如氮化铝制成的绝缘基板、由纯铝制成的前金属板和后金属板、通过例如焊接接合至前金属板的半导体元件、接合至后金属板的用作散热装置的散热件。该金属板分别接合至绝缘基板的前表面和后表面。该散热件联接至后金属板以与后金属板进行传热。散热件散发由半导体元件产生的热量。上述半导体装置要求长时间保持散热件的散热性能。然而，根据使用条件，常规结构的绝缘基板、金属板和散热件之间的线性膨胀系数的差异会产生热应力。这可导致接合部分破裂和翘曲，从而降低散热件的散热性能。

为了消除这种缺陷，日本特许公报第2003-17627号公开了一种在后金属板上具有热应力松弛部分的半导体模块，该热应力松弛部分由具有预定深度的台阶、凹槽或凹陷形成。热应力松弛部分的数量和尺寸确定为使得后金属板对前金属板的体积比不超过0.6。

日本特许公报第2007-173405号公开了一种半导体模块，其中在后金属板和散热件的接合表面上，形成由孔或凹槽形成的非接合区域以及其中没有孔和凹槽的接合区域。接合区域的面积设定为后金属板的整个接合表面的65％至85％。

在日本特许公开第2003-17627号所公开的半导体模块中，当温度变化时，在后金属板上形成的作为热应力松弛部分的台阶、凹槽或凹陷使半导体模块中产生的热应力松弛。因此，为了提高热应力松弛性能，台阶、凹槽或凹陷优选尽可能地大。然而，增大台阶、凹槽或凹陷的尺寸反而会减小后金属板和散热件之间的接合面积。这降低了后金属板的导热率。因此，需要考虑导热率和热应力松弛性能之间的平衡。即，形成热应力松弛部分的台阶、凹槽或凹陷越大，则散热效率就越低。因此，在改善应力松弛性能方面存在限制。

同样地，根据日本特许公报第2007-173405号所公开的半导体模块，非接合区域越大，则半导体模块的后金属板的导热率就越低。这使得应力松弛性能的改善存在限制。

特别地，在诸如其上安装有产生大量热量的半导体元件的功率模块的半导体装置的情况下，需要在不降低散热效率的情况下，改善松弛半导体装置中产生的热应力的功能。日本特许公报第2004-6717号公开了一种功率半导体装置，其包括绝缘基板、分别接合至绝缘基板的前表面和后表面的前金属板和后金属板(低热膨胀系数金属板)、通过例如焊接接合至前金属板前表面的功率半导体元件、以及联接到后金属板以与后金属板热传导的散热件。后金属板的线性膨胀系数与功率半导体元件和绝缘基板的线性膨胀系数具有相同的量级。散热件具有由形成于散热件中的多个凹槽限定的多个间隔壁。间隔壁排列在对应于绝缘基板的区域中。各个间隔壁的远端不被固定。因此，在上述公报中公开的功率半导体装置的散热件的刚度低于间隔壁远端被固定的散热件的刚度。因此，通过散热件的形变而减小了在散热件和绝缘基板中产生的热应力。然而，因为间隔壁通过低热膨胀系数金属板仅排列于对应于绝缘基板的区域中，所以散热件的刚度不能做得足够低。因此散热件不能充分地降低热应力。而且，日本特许公报第2004-6717号公开了一种结构，其中在没有接合低热膨胀系数金属板的区域下方提供具有自由远端的间隔壁。然而，因为具有自由远端的间隔壁降低了散热件的刚度，所以横向长度大于低热膨胀系数金属板的散热件的刚度可降低至低于散热件所需的最小刚度。

此外，日本特许公报第5-299549号公开了一种传热冷却装置，其包括箱体和多个间隔壁。间隔壁在箱体中限定了多个流动通道。间隔壁沿着箱体底部的对角线排列，以便相邻间隔壁之间的间隔朝着对角线的方向减小。在日本特许公报第5-299549号中公开的传热冷却装置中，在传热冷却装置的中央部分处的相邻间隔壁之间的间隔较小，该位置的温度容易上升，所以在中央部分增加间隔壁的数量。因此，在冷却装置中央部分的散热效率高于其它部分的散热效率。

然而，在日本特许公报第5-299549号公开的传热冷却装置中，因为多个间隔壁从冷却装置的一角朝向另一角以预定间隔排列，所以冷却装置的刚度增大。因此，当传热冷却装置的温度变化时，该装置不能发挥充分的应力松弛性能。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供散热性能优异和应力松弛可靠的半导体装置。本发明的另一个目的是提供避免散热件刚度降低的半导体装置。