JP6818039B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一の半導体装置は、パワーモジュールと、放熱部材とを備えている。放熱部材はパワーモジュールに接続される。金属部品には複数の凹部または凸部のいずれか一方が、放熱部材には複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。金属部品と放熱部材とは、複数の凹部と複数の凸部とが接触する複数の凹凸部において一体となっている。複数の凹凸部の一部である第1の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第1の凹凸部以外の第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第1の凹凸部の壁面は、高さ方向に対する第1の傾斜角度を有する第1の壁面部分と、第1の傾斜角度とは異なる第2の傾斜角度を有する第2の壁面部分とを含む。
本発明の一の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部または凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部と凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部の一部である第1の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第1の凹凸部以外の第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第1の凹凸部となるべき凹部である第1の凹部の壁面および第1の凹凸部となるべき凸部である第1の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第1の凹部の壁面の傾斜角度は、第1の凸部の壁面の傾斜角度と異なっている。一体化する工程においては、第1の凹部および第1の凸部が互いに接触することにより第1の凹部および第1の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。
本発明の他の半導体装置の製造方法は、まずパワーモジュールが準備され、パワーモジュールに接続される放熱部材が準備される。金属部品には複数の凹部または凸部のいずれか一方が形成されており、かつ放熱部材に複数の凹部または凸部のいずれか他方が形成されている。複数の凹部と凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、金属部品と放熱部材とが一体化される。複数の凹凸部の一部である第1の凹凸部は、複数の凹凸部のうち第1の凹凸部以外の第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい。第1の凹凸部となるべき凹部である第1の凹部の壁面および第1の凹凸部となるべき凸部である第1の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面である。第1の凹凸部は互いに間隔をあけて1対形成される。1対の第1の凹凸部となるべき1対の第1の凹部の底部の中央部間距離と、1対の第1の凹凸部となるべき1対の第1の凸部の先端の中央部間距離とは異なっている。一体化する工程においては、第1の凹部および第1の凸部が互いに接触することにより第1の凹部および第1の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する。
実施の形態1.
まず本実施の形態の第1例の半導体装置の構成について、図1〜図4を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。図1を参照して、本実施の形態の第1例の半導体装置101は、パワーモジュール100と、パワーモジュール100に接続される放熱部材としてのヒートシンク200とを備えている。パワーモジュール100は、半導体素子1と、半導体素子1が接続された配線部材2と、配線部材2に接続された絶縁層3と、配線部材2に絶縁層3を介して接続された金属部品4と、封止材5とを含んでいる。したがって金属部品4は半導体素子1に固定されており、逆に言えば金属部品4に半導体素子1が搭載されている。封止材5は、半導体素子1と、配線部材2と、絶縁層3と、金属部品4の一部(図1のZ方向上方の領域)とを封止している。封止材5は金属部品4の少なくとも一部(図1のZ方向下方の領域)を露出している。
まず本実施の形態の第1例の半導体装置の構成について、図19〜図22を用いて説明する。図19を参照して、本実施の形態の第1例の半導体装置201は、半導体装置102と基本的に同様の構成を有している。このため図19において半導体装置102と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図19および図20を参照して、半導体装置201は半導体装置102に対し、第1の凹凸部CV1の第1の壁面部分S1および第2の壁面部分S2のZ方向に対する第1の傾斜角度IA1、第2の傾斜角度IA2、ならびに第2の凹凸部CV2の壁面のZ方向に対する傾斜角度が異なっている。
本実施の形態においても実施の形態1と同様に、傾き補正機構部C1,V1が接続部C2,V2よりも先に互いに接触し、傾き補正機構部V1の先端97が傾き補正機構部C1の一体化前壁面C10のテーパに倣ってX方向に移動する。これにより、傾き抑制および正確な位置決めを可能とする。
まず本実施の形態の第1例の半導体装置の構成について、図36〜図39を用いて説明する。図36を参照して、本実施の形態の第1例の半導体装置301は、半導体装置102,201と基本的に同様の構成を有しており、複数の第1の凹凸部CV1は、X方向に関して複数の第2の凹凸部CV2を挟むように1対のみ配置されている。このため図36において半導体装置102,201と同様の構成である部分については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。図36および図37を参照して、半導体装置301は半導体装置102,201に対し、第1の凹凸部CV1の態様において大きく異なっている。
本実施の形態の上記各例においても、他の実施の形態と同様に、加圧力Fを利用して、傾き補正機構部V1が傾き補正機構部C1または外斜面部C16と互いに接触することにより、傾き補正機構部C1または外斜面部C16と、傾き補正機構部V1との少なくともいずれか一方が塑性変形し、かしめ加工が進行する。底部99に先端97が接触する前に傾き補正機構部V1が傾き補正機構部C1または外斜面部C16に接することによるガイド効果をより高めるために、傾き補正機構部C1(外斜面部C16)および傾き補正機構部V1が接続部C2,V2よりも先に互いに接触する構成となっている。
図50〜図54はすべて、上記の各半導体装置の製造方法に含まれる、加圧手段20による複数の凹部と凸部とを互いに嵌合させる工程を示す概略断面図または概略平面図である。たとえば図7および図8に示すように、上記の各実施の形態1〜3においては、加圧手段20はパワーモジュール100上面の全面に載置される例を示している。ただし上記の実施の形態1に示したとおり、図7および図8の構成においても、パワーモジュール100上面の全面にて加圧手段20と接触可能であるとは限らない。本実施の形態においては、パワーモジュール100の平面視における全体での加圧力Fの印加ができない場合を示している。
Claims (13)
- 半導体素子と、前記半導体素子が搭載された金属部品と前記半導体素子とを封止し前記金属部品の少なくとも一部を露出する封止材とを含むパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの前記金属部品に接続される放熱部材とを備え、
前記金属部品には複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
前記複数の凹部および前記複数の凸部からなる複数の凹凸部の一部である第1の凹凸部は、1つの前記凹部と1つの前記凸部とを含み、
前記第1の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記第1の凹凸部以外の第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
前記第1の凹凸部の壁面は、前記高さ方向に対する第1の傾斜角度を有する第1の壁面部分と、前記第1の傾斜角度とは異なる第2の傾斜角度を有する第2の壁面部分とを含み、
前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の凹凸部において一体となっており、
前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部を挟むように1対配置されており、
前記金属部品には前記複数の凹部および前記凹部の一部としての複数の外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には前記複数の凹部および前記外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
前記1対の第1の凹凸部は、前記1対の第1の凹凸部のそれぞれに含まれる前記凸部である1対の凸部が、付根部側から先端側へ、前記複数の外斜面部に沿いかつ前記高さ方向に対して傾斜するように延びており、
前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の外斜面部と前記複数の凸部とが接触する複数の第1の凹凸部、および前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の第2の凹凸部において一体となっている、半導体装置。 - 前記複数の凹部および前記複数の凸部は、平面視においてドット状に配置されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の凹凸部を構成する前記凹部は、前記第1の凹凸部を構成する前記凸部よりも、高さ方向の寸法が大きい、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記金属部品の硬度は前記放熱部材の硬度と異なる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 半導体素子と、前記半導体素子が固定され複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方が形成された金属部品と、前記半導体素子を封止し前記金属部品の少なくとも一部を露出する封止材とを含むパワーモジュールを準備する工程と、
複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成され、前記パワーモジュールに接続される放熱部材を準備する工程と、
前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、前記金属部品と前記放熱部材とを一体化する工程とを備え、
前記複数の凹凸部の一部である第1の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記第1の凹凸部以外の第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
前記第1の凹凸部となるべき前記凹部である第1の凹部の壁面および前記第1の凹凸部となるべき前記凸部である第1の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、
前記第1の凹部の壁面の傾斜角度は、前記第1の凸部の壁面の傾斜角度と異なっており、
前記一体化する工程においては、前記第1の凹部および前記第1の凸部が互いに接触することにより前記第1の凹部および前記第1の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形し、
前記複数の凹部は前記第2の凹凸部となるべき第2の凹部を含み、
前記複数の凸部は前記第2の凹凸部となるべき第2の凸部を含み、
前記一体化する工程において前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合する際に、前記第1の凹部および前記第1の凸部は、前記第2の凹部および前記第2の凸部よりも先に互いに接触し、
前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部を挟むように1対配置されており、
前記金属部品には前記複数の凹部および前記凹部の一部としての複数の外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には前記複数の凹部および前記外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
前記1対の第1の凹凸部は、前記1対の第1の凹凸部のそれぞれに含まれる前記凸部である1対の凸部が、付根部側から先端側へ、前記複数の外斜面部に沿いかつ前記高さ方向に対して傾斜するように延びており、
前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の外斜面部と前記複数の凸部とが接触する複数の第1の凹凸部、および前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の第2の凹凸部において一体となっている、半導体装置の製造方法。 - 前記第1の凹部の底部の幅よりも前記第1の凸部の先端の幅が大きく、かつ前記第1の凸部の先端の幅よりも前記第1の凹部の開口部の幅が大きい、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の凹部の前記壁面の前記高さ方向に対する傾斜角度は、前記第1の凸部の前記壁面の前記高さ方向に対する傾斜角度よりも、少なくとも一部において大きく、
前記第1の凹部の幅は、底部側に向かうほど小さくなっている、請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の凹凸部は前記第2の凹凸部を挟むように1対のみ形成される、請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の凹部は前記第1の凸部よりも高さ方向の寸法が大きい、請求項5〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体素子と、前記半導体素子が固定され複数の凹部または複数の凸部のいずれか一方を形成された金属部品と、前記半導体素子を封止し前記金属部品の少なくとも一部を露出する封止材とを含むパワーモジュールを準備する工程と、
複数の凹部または複数の凸部のいずれか他方が形成され、前記パワーモジュールに接続される放熱部材を準備する工程と、
前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、前記金属部品と前記放熱部材とを一体化する工程とを備え、
前記複数の凹凸部の一部である第1の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記第1の凹凸部以外の第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
前記第1の凹凸部となるべき前記凹部である第1の凹部の壁面および前記第1の凹凸部となるべき前記凸部である第1の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、
前記第1の凹凸部は、前記第2の凹凸部を挟むように1対のみ形成され、
前記1対の前記第1の凹凸部となるべき1対の前記第1の凹部の底部の中央部間距離と、前記1対の前記第1の凹凸部となるべき1対の前記第1の凸部の先端の中央部間距離とは異なっており、
前記一体化する工程においては、前記第1の凹部および前記第1の凸部が互いに接触することにより前記第1の凹部および前記第1の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形し、
前記複数の凹部は前記第2の凹凸部となるべき第2の凹部を含み、
前記複数の凸部は前記第2の凹凸部となるべき第2の凸部を含み、
前記一体化する工程において前記複数の凹部と前記複数の凸部とを互いに嵌合する際に、前記第1の凹部および前記第1の凸部は、前記第2の凹部および前記第2の凸部よりも先に互いに接触し、
前記金属部品には前記複数の凹部および前記凹部の一部としての複数の外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか一方が、前記放熱部材には前記複数の凹部および前記外斜面部、または前記複数の凸部のいずれか他方が形成されており、
前記1対の第1の凹凸部は、前記1対の第1の凹凸部のそれぞれに含まれる前記凸部である1対の凸部が、付根部側から先端側へ、前記複数の外斜面部に沿いかつ前記高さ方向
に対して傾斜するように延びており、
前記金属部品と前記放熱部材とは、前記複数の外斜面部と前記複数の凸部とが接触する複数の第1の凹凸部、および前記複数の凹部と前記複数の凸部とが接触する複数の第2の凹凸部において一体となっている、半導体装置の製造方法。 - 前記1対の前記第1の凹凸部となるべき1対の前記第1の凹部の底部の中央部間距離は、前記1対の前記第1の凹凸部となるべき1対の前記第1の凸部の先端の中央部間距離より大きい、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記パワーモジュールを準備する工程においては、前記半導体素子と、前記複数の凹部および前記複数の外斜面部、または前記凸部のいずれか一方が形成された前記金属部品と、前記半導体素子および前記金属部品の少なくとも一部を封止する前記封止材とを含むパワーモジュールが準備され、
前記パワーモジュールに接続される放熱部材を準備する工程においては、前記複数の凹部および外斜面部、または凸部のいずれか他方が形成され、
前記一体化する工程においては、前記複数の凹部および前記複数の凸部、ならびに前記複数の外斜面部および前記複数の凸部を互いに嵌合して複数の凹凸部を形成することにより、前記金属部品と前記放熱部材とが一体化され、
前記複数の凹凸部のうち前記外斜面部および前記凸部により形成される第1の凹凸部は、前記複数の凹凸部のうち前記凹部および前記凸部により形成される第2の凹凸部よりも、高さ方向の寸法が大きく、
前記第1の凹凸部となるべき前記外斜面部の壁面および前記第1の凹凸部となるべき前記凸部である第1の凸部の壁面は高さ方向に対して傾斜した傾斜面であり、
前記複数の凹部、前記外斜面部および前記凸部を形成する工程において形成される、前記1対の前記第1の凹凸部となるべき1対の前記外斜面部の底部の内周間距離は、前記1対の前記第1の凹凸部となるべき1対の前記第1の凸部の先端の中央部間距離より大きくなっており、
前記一体化する工程においては、前記外斜面部および前記第1の凸部が互いに接触することにより前記外斜面部および前記第1の凸部の少なくともいずれか一方が塑性変形する、請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記金属部品は前記放熱部材と硬度が異なる、請求項5〜12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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