功率半导体模块的制造方法及功率半导体模块与流程

本发明涉及功率半导体模块的制造方法。

背景技术：

功率半导体模块具有功率芯片和控制用芯片。功率芯片在其厚度方向上进行通电，因此功率芯片的背面成为电极。因此，为了构成多个相(桥臂)的功率半导体模块，需要多个功率芯片。作为其对策，专利文献1公开了在1个芯片形成有多个横型的功率半导体元件和控制电路的单芯片模块。

专利文献1：日本特开平9－120995号公报

但是，就现有的单芯片模块而言，因功率模块通电时的发热而使控制电路的温度上升。因此，就控制电路而言，需要将动作极限温度设计得高，存在电路规模变大这样的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于实现功率半导体模块的小型化。

本发明的功率半导体模块的制造方法具有下述工序：工序(a)，形成内置多个横型功率晶体管的功率半导体芯片；工序(b)，按照与功率半导体芯片不同的工艺规则形成进行功率半导体芯片的控制的控制用芯片；以及工序(c)，使用由工序(a)形成的功率半导体芯片和由工序(b)形成的控制用芯片而形成一个功率半导体模块。

本发明的功率半导体模块具有：功率半导体芯片，其内置多个横型功率晶体管；以及控制用芯片，其进行功率半导体芯片的控制，控制用芯片中的半导体的电路线宽小于功率半导体芯片中的半导体的电路线宽。

发明的效果

本发明的功率半导体模块的制造方法具有下述工序：工序(a)，形成内置多个横型功率晶体管的功率半导体芯片；工序(b)，按照与功率半导体芯片不同的工艺规则形成进行功率半导体芯片的控制的控制用芯片；以及工序(c)，使用由工序(a)形成的功率半导体芯片和由工序(b)形成的控制用芯片而形成一个功率半导体模块。根据该制造方法，控制用芯片和横型功率晶体管由不同的芯片形成，因此能够使控制用芯片由于横型功率晶体管导通时的发热而受到的影响变小。因此，能够将控制用芯片的动作极限温度设计得低，所以能够实现控制用芯片的小型化乃至功率半导体模块的小型化。另外，通过按照不同的工艺规则形成功率半导体芯片和控制用芯片，从而能够按照最佳的工艺规则形成控制用芯片，能够实现控制用芯片的小型化。

本发明的功率半导体模块具有：功率半导体芯片，其内置多个横型功率晶体管；以及控制用芯片，其进行功率半导体芯片的控制，控制用芯片中的半导体的电路线宽小于功率半导体芯片中的半导体的电路线宽。因此，能够实现控制用芯片的小型化乃至功率半导体模块的小型化。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的功率半导体模块的结构的俯视图。

图2是表示实施方式1涉及的功率半导体模块的结构的剖视图。

图3是表示实施方式1涉及的功率半导体模块的制造工序的流程图。

图4是表示实施方式2涉及的功率半导体模块的结构的俯视图。

图5是表示实施方式2涉及的功率半导体模块的结构的剖视图。

图6是表示实施方式3涉及的功率半导体模块的结构的剖视图。

图7是表示实施方式4涉及的功率半导体模块的结构的剖视图。

标号的说明

2n、2p、2u、2v、2w金属图案，3n、3p、3u、3v、3w控制用芯片，5控制侧端子，6输入导线，7功率侧端子，8输出导线，9模塑树脂，10栅极焊盘，11支撑体，101、102、103、104功率半导体模块。

具体实施方式

＜a.实施方式1＞

＜a－1.结构＞

图1是实施方式1涉及的功率半导体模块101的俯视图，图2是功率半导体模块101的剖视图。

功率半导体模块101具有6合1芯片1、控制用芯片3u、3v、3w、框架4、控制侧端子5以及功率侧端子7。

6合1芯片1呈在1张半导体基板之上形成有6个功率晶体管的结构。6个功率晶体管是指u相上桥臂的功率晶体管1up、u相下桥臂的功率晶体管1un、v相上桥臂的功率晶体管1vp、v相下桥臂的功率晶体管1vn、w相上桥臂的功率晶体管1wp以及w相下桥臂的功率晶体管1wn。

构成6合1芯片1的功率晶体管均为横型的功率晶体管。就图1所示的各功率晶体管而言，标有梨皮面阴影的区域为源极区域，未标有阴影的区域为漏极区域。但是，功率晶体管并不限于mosfet，也可以是igbt，在该情况下，集电极区域代替漏极区域。

功率晶体管1up的源极区域和功率晶体管1un的漏极区域通过金属图案2u进行电连接。另外，功率晶体管1vp的源极区域和功率晶体管1vn的漏极区域通过金属图案2v进行电连接。另外，功率晶体管1wp的源极区域和功率晶体管1wn的漏极区域通过金属图案2w进行电连接。

功率晶体管1up、1vp、1wp的漏极区域通过金属图案2p进行电连接。另外，功率晶体管1un、1vn、1wn的漏极区域通过金属图案2n进行电连接。

在金属图案2u形成有与功率晶体管1up的栅极电极电连接的栅极焊盘10。同样地，在金属图案2v、2w分别形成有与功率晶体管1vp、1wp的栅极电极电连接的栅极焊盘10。

在框架4之上搭载控制用芯片3u、3v、3w。控制用芯片3u、3v、3w分别通过输入导线6与4个控制侧端子5及框架4进行电连接。另外，控制用芯片3u通过输入导线6与在金属图案2u、2n设置的栅极焊盘10及金属图案2u进行电连接。控制用芯片3u是对u相的功率晶体管1up、1un进行控制的芯片。

控制用芯片3v通过输入导线6与在金属图案2v、2n设置的栅极焊盘10及金属图案2v进行电连接。控制用芯片3v是对v相的功率晶体管1vp、1vn进行控制的芯片。

控制用芯片3w通过输入导线6与在金属图案2w、2n设置的栅极焊盘10及金属图案2w进行电连接。控制用芯片3w是对w相的功率晶体管1wp、1wn进行控制的芯片。

金属图案2p、2n、2u、2v、2w分别通过输出导线8与不同的功率侧端子7进行电连接。

至此说明的功率半导体模块101的结构要素由模塑树脂9进行封装。如图2所示，框架4及功率侧端子7的一部分从模塑树脂9露出。另外，虽然在图2中未示出，但控制侧端子5的一部分也从模塑树脂9露出。

在图1、2中，将功率半导体模块101作为模塑型的半导体模块而示出，但也可以是壳体型的半导体模块。另外，控制侧端子5和功率侧端子7可以是插入型及面安装型中的任意者。

＜a－2.制造方法＞

图3是表示实施方式1涉及的功率半导体模块101的制造方法的流程图。下面，根据图3对功率半导体模块101的制造方法进行说明。

首先，形成内置6个功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn的6合1芯片1(步骤s1)。

接下来，按照与6合1芯片1不同的工艺规则形成进行6合1芯片1的控制的控制用芯片3u、3v、3w，将它们搭载于框架4(步骤s2)。在这里，工艺规则例如是指与电路的线宽相关的规则，控制用芯片3u、3v、3w以小于6合1芯片1的线宽制作。

接下来，将多个功率晶体管通过金属图案2n、2p、2u、2v、2w进行电连接(步骤s3)。

然后，通过输入导线6将控制用芯片3u、3v、3w与控制侧端子5、框架4、金属图案2n、2u、2v、2w进行电连接(步骤s4)。另外，通过输出导线8将金属图案2n、2p、2u、2v、2w与功率侧端子7进行电连接(步骤s5)。

最后，通过模塑树脂9对控制用芯片3u、3v、3w、6合1芯片1、金属图案2n、2p、2u、2v、2w、输入导线6及输出导线8进行封装(步骤s6)。

由此，制造出功率半导体模块101。此外，在图3的流程中，步骤s2和步骤s3哪个先进行都可以。另外，步骤s4和步骤s5哪个先进行都可以。

在本实施方式中，作为功率半导体芯片使用了6合1芯片，但功率半导体芯片的横型功率晶体管的集成数不限于6个。例如，作为功率半导体芯片既可以使用集成有2个横型功率晶体管的2合1芯片，也可以使用集成有4个横型功率晶体管的4合1芯片。另外，上述变形例也能够应用于后述的实施方式。

＜a－3.效果＞

本实施方式涉及的功率半导体模块的制造方法具有下述工序：工序(a)，形成内置多个横型功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn的功率半导体芯片即6合1芯片1；工序(b)，按照与6合1芯片1不同的工艺规则形成进行6合1芯片1的控制的控制用芯片3u、3v、3w；以及工序(c)，使用由工序(a)形成的6合1芯片1和由工序(b)形成的控制用芯片3u、3v、3w而形成一个功率半导体模块。根据该制造方法，控制用芯片3u、3v、3w与横型功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn由不同的芯片形成，因此能够使控制用芯片3u、3v、3w由于横型功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn导通时的发热而受到的影响变小。因此，能够将控制用芯片3u、3v、3w的动作极限温度设计得低，所以能够实现控制用芯片3u、3v、3w的小型化以及功率半导体模块101整体的小型化。另外，通过按照不同的工艺规则形成6合1芯片1与控制用芯片3u、3v、3w，从而能够按照最佳的工艺规则形成控制用芯片3u、3v、3w，能够实现控制用芯片3u、3v、3w的小型化。

另外，在本实施方式涉及的功率半导体模块的制造方法中，工序(b)是以小于6合1芯片1的电路线宽形成控制用芯片3u、3v、3w的工序。因此，能够实现控制用芯片3u、3v、3w的小型化。

另外，本实施方式涉及的功率半导体模块101具有内置多个横型功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn的功率半导体芯片即6合1芯片1和进行6合1芯片1的控制的控制用芯片3u、3v、3w。并且，控制用芯片3u、3v、3w中的半导体的电路线宽小于6合1芯片1中的半导体的电路线宽。因此，能够实现控制用芯片3u、3v、3w的小型化。

＜b.实施方式2＞

＜b－1.结构＞

下面，对与实施方式1相同或对应的结构标注相同的参照标号而对实施方式2的结构进行说明。

图4是实施方式2涉及的功率半导体模块102的俯视图，图5是功率半导体模块102的剖视图。

功率半导体模块102具有6合1芯片1、控制用芯片3p、3n、框架4、控制侧端子5以及功率侧端子7。

6合1芯片1内置了u相上桥臂的功率晶体管1up、u相下桥臂的功率晶体管1un、v相上桥臂的功率晶体管1vp、v相下桥臂的功率晶体管1vn、w相上桥臂的功率晶体管1wp以及w相下桥臂的功率晶体管1wn。就功率半导体模块101的6合1芯片1而言，功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn是依次以一列的方式配置的。与此相对，就功率半导体模块102的6合1芯片1而言，功率晶体管是以3行2列的方式配置的。即，在图4中的左侧的列使各自的源极区域及漏极区域对齐而配置功率晶体管1up、1vp、1wp，在右侧的列使各自的源极区域及漏极区域对齐而配置功率晶体管1un、1vn、1wn。

功率半导体模块102中的各功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn的由金属图案2p、2n、2u、2v、2w形成的连接形态、栅极焊盘10的配置与功率半导体模块101相同。

在框架4之上搭载控制用芯片3p、3n。控制用芯片3p、3n通过输入导线6分别与6个控制侧端子5及框架4进行电连接。另外，控制用芯片3p通过输入导线6与在金属图案2u、2v、2w设置的栅极焊盘10及金属图案2u、2v、2w进行电连接。控制用芯片3p是对6合1芯片1所内置的功率晶体管中的构成各相的下桥臂的功率晶体管1up、1vp、1wp进行控制的芯片，在本说明书中，也称为下桥臂控制用芯片。

控制用芯片3n通过输入导线6与在金属图案2n设置的栅极焊盘10进行电连接。控制用芯片3n是对6合1芯片1所内置的功率晶体管中的构成各相的上桥臂的功率晶体管1un、1vn、1wn进行控制的芯片，在本说明书中，也称为上桥臂控制用芯片。

金属图案2p、2n、2u、2v、2w通过输出导线8分别与不同的功率侧端子7进行电连接。

至此说明的功率半导体模块102的结构要素由模塑树脂9进行封装。如图5所示，框架4及功率侧端子7的一部分从模塑树脂9露出。另外，虽然在图5中未示出，但控制侧端子5的一部分也从模塑树脂9露出。

在图4、5中，将功率半导体模块102作为模塑型的半导体模块而示出，但也可以是壳体型的半导体模块。另外，控制侧端子5和功率侧端子7可以是插入型及面安装型中的任意者。

＜b－2.制造方法＞

根据图3的流程图对实施方式2涉及的功率半导体模块102的制造方法进行说明。

首先，形成内置6个功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn的6合1芯片1(步骤s1)。

接下来，按照与6合1芯片1不同的工艺规则形成控制用芯片3p、3n，将它们搭载于框架4(步骤s2)。在这里，工艺规则例如是指与电路的线宽相关的规则，控制用芯片3p、3n以小于6合1芯片1的线宽制作。并且，控制用芯片3n以小于控制用芯片3p的线宽制作。即，关于半导体的电路线宽，处于6合1芯片1＞控制用芯片3p＞控制用芯片3n的关系。

接下来，将功率晶体管1up、1un、1vp、1vn、1wp、1wn通过金属图案2n、2p、2u、2v、2w进行电连接(步骤s3)。

然后，通过输入导线6将控制用芯片3p与控制侧端子5、框架4、金属图案2u、2v、2w、栅极焊盘10进行电连接，通过输入导线6将控制用芯片3n与控制侧端子5、框架4、金属图案2n进行电连接(步骤s4)。

另外，通过输出导线8将金属图案2n、2p、2u、2v、2w与功率侧端子7进行电连接(步骤s5)。

最后，通过模塑树脂9对控制用芯片3n、3p、6合1芯片1、金属图案2n、2p、2u、2v、2w、输入导线6以及输出导线8进行封装(步骤s6)。由此，制造出功率半导体模块102。

＜b－3.效果＞

就实施方式2的功率半导体模块102而言，控制用芯片具有：控制用芯片3n，其是对多个横型功率晶体管中的作为上桥臂动作的功率晶体管1un、1vn、1wn进行控制的上桥臂控制用芯片；以及控制用芯片3p，其是对多个横型功率晶体管中的作为下桥臂动作的功率晶体管1up、1vp、1wp进行控制的下桥臂控制用芯片。并且，在实施方式2的功率半导体模块的制造工序中，按照不同的工艺规则而形成控制用芯片3n和控制用芯片3p。因此，通过按照对于控制用芯片3n和控制用芯片3p各自来说最佳的工艺规则制作控制用芯片3n和控制用芯片3p，从而实现功率半导体模块102的小型化。

另外，在实施方式2的功率半导体模块的制造工序中，作为下桥臂控制用芯片的控制用芯片3p以比作为上桥臂控制用芯片的控制用芯片3n小的电路线宽形成。上桥臂控制用芯片与下桥臂控制用芯片相比要求大的耐压，但通过以比下桥臂控制用芯片大的电路线宽形成上桥臂控制用芯片，从而确保了上桥臂控制用芯片的耐压，并且实现下桥臂控制用芯片的小型化。由此，实现功率半导体模块102的小型化。

＜c.实施方式3＞

＜c－1.结构＞

图6是实施方式3的功率半导体模块103的剖视图。就实施方式1的功率半导体模块101而言，如图2所示，6合1芯片1的整体通过模塑树脂9进行封装。与此相对，就实施方式3的功率半导体模块103而言，如图6所示，6合1芯片1的下表面从模塑树脂9露出。功率半导体模块103的除此以外的结构与功率半导体模块101相同。

在实施方式3中，对在实施方式1的功率半导体模块101的基础上使6合1芯片1的下表面从模塑树脂9露出的结构进行了说明，但也可以是在实施方式2的功率半导体模块102的基础上使6合1芯片1的下表面从模塑树脂9露出的结构。

＜c－2.效果＞

实施方式3的功率半导体模块的制造方法具有下述工序，即，(c1)通过模塑树脂9对功率半导体芯片即6合1芯片1的除了下表面以外的部位和控制用芯片3u、3v、3w进行封装。通过使6合1芯片1的下表面从模塑树脂9露出，从而6合1芯片1的下表面成为向功率半导体模块外部散热的散热面。因此，能够降低6合1芯片1与散热面之间的稳态热阻。

＜d.实施方式4＞

＜d－1.结构＞

图7是实施方式4的功率半导体模块104的剖视图。功率半导体模块104是在实施方式1的功率半导体模块101的结构的基础上将支撑体11与6合1芯片1的下表面接合，使支撑体11的下表面从模塑树脂9露出。支撑体11例如由如金属那样的导热良好的材料构成。功率半导体模块104的除此以外的结构与功率半导体模块101相同。

在实施方式4中，对在实施方式1的功率半导体模块101的基础上使与6合1芯片1的下表面接合的支撑体11的下表面从模塑树脂9露出的结构进行了说明。但是，也可以是在实施方式2的功率半导体模块102的基础上使与6合1芯片1的下表面接合的支撑体11的下表面从模塑树脂9露出的结构。

＜d－2.效果＞

实施方式4的功率半导体模块的制造方法具有下述工序：工序(c1)，将支撑体11与功率半导体芯片即6合1芯片1的下表面接合；以及(c2)工序，通过模塑树脂9对支撑体11的除了下表面以外的部位、6合1芯片1以及控制用芯片3u、3v、3w进行封装。通过使支撑体11的下表面从模塑树脂9露出，从而支撑体11的下表面成为向功率半导体模块外部散热的散热面。因此，能够降低6合1芯片1与散热面之间的暂态热阻。

此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。