半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別是涉及具有陶瓷電路基板的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，在 GTO(Gate Turn Off Thyristor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等功率半導(dǎo)體裝置中，使用陶瓷電路基板。在該陶瓷電路基板中，陶瓷基板的 一個(gè)面與金屬電路板接合，另一個(gè)面與金屬散熱板接合。并且，在金屬電路板處安裝半導(dǎo)體 元件，使散熱器與金屬散熱板接合。
[0003] 由于金屬電路板的熱膨脹率大于陶瓷基板的熱膨脹率，因此由于半導(dǎo)體元件的使 用時(shí)的熱量，金屬電路板比陶瓷基板更為膨脹。因此，在陶瓷基板處發(fā)生翹曲。
[0004] 例如，在日本特開平10 - 200219號(hào)公報(bào)中，公開了下述電路基板，即，在陶瓷基板 的一個(gè)面形成有金屬電路板，在相反面形成有金屬散熱板。在該公報(bào)記載的電路基板中，金 屬電路板的厚度和金屬散熱板的厚度之比、以及陶瓷基板的外周緣與金屬電路及金屬散熱 板各自的外周緣之間的余量寬度設(shè)定于規(guī)定的數(shù)值范圍。由此，在陶瓷基板處發(fā)生裂紋的 情況減少。
[0005] 在上述公報(bào)記載的電路基板中，未考慮金屬電路板的電路圖案。如果不考慮金屬 電路板的電路圖案，單純地使金屬電路板的厚度變厚，則金屬電路板由于半導(dǎo)體元件的使 用時(shí)的熱量而膨脹的量變大。因此，在陶瓷基板發(fā)生較大的翹曲。由此，有時(shí)陶瓷基板破損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明就是鑒于上述課題而提出的，其目的在于，提供一種能夠抑制陶瓷基板的 翹曲的半導(dǎo)體裝置。
[0007] 本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有：半導(dǎo)體元件；以及陶瓷電路基板，其安裝有半導(dǎo)體元 件。陶瓷電路基板包含：陶瓷基板，其具有彼此相對(duì)的一個(gè)面和另一個(gè)面；金屬電路板，其 與陶瓷基板的一個(gè)面接合，且與半導(dǎo)體元件電連接；以及金屬散熱板，其與陶瓷基板的另一 個(gè)面接合。金屬電路板的厚度大于金屬散熱板的厚度。金屬散熱板的與陶瓷基板相反側(cè)的 面的表面積大于金屬電路板的與陶瓷基板相反側(cè)的面的表面積。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，形成電路圖案的金屬電路板的厚度大于金屬散熱板的 厚度。并且，金屬散熱板的與陶瓷基板相反側(cè)的面的表面積大于金屬電路板的與陶瓷基板 相反側(cè)的面的表面積。因此，能夠在金屬電路板的體積和金屬散熱板的體積之間取得平衡。 由此，能夠抑制由在陶瓷基板處產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致的陶瓷基板的翹曲。因此，能夠抑制陶瓷 基板破損。
[0009] 通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行理解的、與本發(fā)明相關(guān)的以下的詳細(xì)說(shuō)明，使本發(fā)明的上述及 其它目的、特征、方案以及優(yōu)點(diǎn)變得明確。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0011] 圖2是表示卸下圖1所示的半導(dǎo)體裝置的蓋后的狀態(tài)的俯視圖。
[0012] 圖3是沿圖2的III - III線的剖視圖。
[0013] 圖4是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的仰視圖。
[0014] 圖5是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0015] 圖6是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的仰視圖。
[0016] 圖7是概略地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0017] 圖8是概略地表示將散熱器與本發(fā)明的實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置接合后的狀態(tài)的 剖視圖。
[0018] 圖9是概略地表示對(duì)比例的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0019] 圖10是概略地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0020] 圖11是表示現(xiàn)有技術(shù)以及實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的熱阻的圖。
[0021] 圖12是表示金屬電路板以及金屬散熱板的厚度和熱阻之間的關(guān)系的圖。
[0022] 圖13是概略地表示實(shí)施例的陶瓷電路基板的結(jié)構(gòu)的圖。
[0023] 圖14是表示金屬電路板和金屬散熱板的體積比與翹曲量之間的關(guān)系的圖。
[0024] 圖15是表示現(xiàn)有技術(shù)以及實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的熱阻的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面，基于附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0026] (實(shí)施方式1)
[0027] 首先，參照?qǐng)D1~圖4,對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0028] 參照?qǐng)D1~圖3,本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置例如是功率模塊。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體 裝置主要具有：殼體1 ;蓋2 ;電極端子3 ;半導(dǎo)體元件4 ;焊料5 ;配線6 ;封裝樹脂7 ;以及陶 瓷電路基板10。此外，在圖2中，為了易于觀察，封裝樹脂7未圖示。
[0029] 主要參照?qǐng)D1，在殼體1的一個(gè)面?zhèn)劝惭b有蓋2。蓋2是為了進(jìn)行防塵及防水的結(jié) 構(gòu)。在殼體1的與一個(gè)面相對(duì)的另一個(gè)面?zhèn)龋惭b有陶瓷電路基板10。殼體1在陶瓷電路 基板10的周圍形成。殼體1例如由樹脂形成。作為該樹脂，例如使用PPS(聚苯硫醚）。
[0030] 在殼體1安裝有電極端子3。電極端子3從殼體1的一個(gè)面?zhèn)嚷冻?。另外，電極端 子3從殼體1的內(nèi)周側(cè)露出。電極端子3包含：多個(gè)負(fù)極輸入端子（N);正極輸入端子（P); 柵極端子（Pg);接地端子（Pe);交流電極端子（AC)。
[0031] 主要參照?qǐng)D2及圖3,半導(dǎo)體元件4安裝于陶瓷電路基板10。半導(dǎo)體元件4經(jīng)由焊 料5與陶瓷電路基板10接合。半導(dǎo)體元件4例如是功率用半導(dǎo)體元件。具體地說(shuō)，半導(dǎo)體 元件 4 是 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)、GT0 (Gate Turn Off Thyristor)、 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等。
[0032] 半導(dǎo)體元件4優(yōu)選由寬帶隙材料形成。即，半導(dǎo)體元件4包含能帶隙大于或等于 2eV的材料。具體地說(shuō)，半導(dǎo)體元件4是使用了碳化硅、氮化鎵、金剛石等材料的半導(dǎo)體芯 片。此外，碳化娃的能帶隙是2. 20~3. 02eV，氮化鎵的能帶隙是3. 39eV，金剛石的能帶隙 是 5. 47eV。
[0033] 主要參照?qǐng)D3及圖4,陶瓷電路基板10包含陶瓷基板11、金屬電路板12、以及金屬 散熱板13。陶瓷基板11具有彼此相對(duì)的一個(gè)面Ila和另一個(gè)面lib。陶瓷基板11的一個(gè) 面Ila和另一個(gè)面Ilb之間的厚度例如大于或等于0. 25mm而小于或等于0. 635mm。具體地 說(shuō)，陶瓷基板11的厚度例如能夠設(shè)為〇· 25mm、0. 32mm、0. 635mm。另外，陶瓷基板11的外形 例如是長(zhǎng)度80mm及寬度55mm。
[0034] 陶瓷基板11例如由氮化硅材料、氮化鋁材料、氧化鋁材料形成。優(yōu)選陶瓷基板11 由氮化硅材料形成。即，優(yōu)選陶瓷基板11包含氮化硅。
[0035] 金屬電路板12與陶瓷基板11的一個(gè)面Ila接合。金屬電路板12與半導(dǎo)體元件4 電連接。金屬電路板12經(jīng)由焊料5與半導(dǎo)體元件4接合。金屬電路板12具有電路圖案。
[0036] 金屬電路板12的厚度能夠與陶瓷基板11的厚度相應(yīng)地進(jìn)行變更。例如，在陶瓷 基板11的厚度為〇. 25mm的情況下，能夠?qū)⒔饘匐娐钒?2的厚度設(shè)為大于或等于0. 6mm而 小于或等于0. 8mm。另外，例如在陶瓷基板11的厚度為0. 32mm的情況下，能夠?qū)⒔饘匐娐?板12的厚度設(shè)為大于或等于0. 8mm而小于或等于I. 0_。另外，例如在陶瓷基板11的厚 度為0. 635mm的情況下，能夠?qū)⒔饘匐娐钒?2的厚度設(shè)為大于或等于1.0 mm而小于或等于 2. 0_。另外，金屬電路板12的外形例如是長(zhǎng)度74_及寬度49_。該金屬電路板12的外 形是除了電路圖案以外的金屬電路板12的外緣所形成的形狀。
[0037] 金屬電路板12例如由銅、鋁、銀以及它們的合金形成。優(yōu)選金屬電路板12由銅形 成。即，優(yōu)選金屬電路板12含有銅。
[0038] 金屬散熱板13與陶瓷基板11的另一個(gè)面Ilb接合。金屬散熱板13例如由實(shí)心 金屬板形成。在該情況下，金屬散熱板13不具有圖案。
[0039] 金屬散熱板13的厚度能夠與陶瓷基板11的厚度相應(yīng)地進(jìn)行變更。例如在陶瓷基 板11的厚度為〇· 25mm的情況下，能夠?qū)⒔饘偕岚?3的厚度設(shè)為大于或等于0· 5mm而 小于或等于0. 7_。另外，例如在陶瓷基板11的厚度為0. 32mm的情況下，能夠?qū)⒔饘偕?板13的厚度設(shè)為大于或等于0. 6mm而小于或等于0. 9_。另外，例如在陶瓷基板11的厚 度為0. 635mm的情況下，能夠?qū)⒔饘偕岚?3的厚度設(shè)為大于或等于1.0 mm而小于或等于 2. 0_。另外，金屬散熱板13的外形例如是寬度78. 4_及長(zhǎng)度53. 4_。該金屬散熱板13 的外形是金屬散熱板13的外緣所形成的形狀。
[0040] 金屬散熱板13例如由銅、鋁、銀以及它們的合金形成