半导体装置及其制造方法_2

文档序号:8435984阅读:来源:国知局
率,杂质越少越好。散热板12的与绝缘层11 粘接的面相反一侧的面(第1面)从密封树脂4露出。
[0026] 本实施方式1的半导体装置的特征之一在于,如图1(a)所示,构成为在与规定的 2条边相对的位置上,配置有绝缘层11的弯曲区域11a。规定的2条边是指四边形散热板 12的与引线框1之间存在间隙的2条边,图1 (a)中为散热板12的左右2条边。具体将在 后面描述,本实施方式1的半导体装置中,通过在与该规定的2条边相对的位置上配置绝缘 层11的弯曲区域11a,能够降低发生绝缘破坏的可能性。
[0027] 另外,本实施方式1的半导体装置中,如图1(a)所示,在正极侧功率端子5的基端 形成有孔15a,在输出侧功率端子7的基端形成有孔15b。正极侧功率端子5的基端是正极 侧功率端子5从引线框1引出的部分。输出侧功率端子7的基端是输出侧功率端子7从引 线框1引出的部分。
[002引正极侧功率端子5的基端的宽度与输出侧功率端子7的基端的宽度要大于正极侧 功率端子5的前端的宽度与输出侧功率端子7的前端的宽度,从而使得电流流路的截面积 不会因孔15a、15b的形成而不足。
[0029] 图1 (a)、化)中图示的正极侧控制端子8和负极侧控制端子9各有2个,但其数量 并不限于此,可W根据功率半导体元件2的功能来变动端子数。
[0030] 图2是采用上述说明的结构的本发明实施方式1的电路图,采用的是将IGBT2a和 FWD化作为一对,串联连接两对而成的结构。图2所示的电路图构成逆变器的1条臂。将 FWD化反向并联连接是为了防止因连接成使得IGBT2a进行开关动作时的过电压所产生的 反向恢复电流通过FWD化而导致IGBT2a破坏。例如,将具有上述电路结构的3个半导体装 置组合起来,能够形成=相交流用逆变器电路,从而能够用于控制电动机旋转的用途等。
[0031] 接下来,对于在本实施方式1的半导体装置中能够通过在与规定的2条边相对的 位置上配置绝缘层11的弯曲区域11a来降低发生绝缘破坏的可能性的情况进行说明。
[0032] IGBT2a所产生的热量依次传递至接合材料10、引线框1、绝缘层11、散热板12,并 通过从密封树脂4露出的散热板12的面而释放至外部。
[0033] 本实施方式1的作为绝缘层11 一部分的弯曲区域11a如图1化)所示,沿着散热板 12的侧面向下侧(散热板12侧)弯曲而配置。由此,在本实施方式1的半导体装置中,散 热板12的边缘12a被绝缘层11覆盖。因此,即使在填充密封树脂4时产生了空气层(空 隙),引线框1与散热板12的边缘12a之间除了空气层W外还存在有绝缘层11,从而不容 易发生绝缘破坏。该里,散热板12的边缘12a是指散热板12在绝缘层11侧的角。
[0034] 从弯曲点向散热板12侧延伸的弯曲区域11a的距离取决于散热板12的厚度12b, 优选为绝缘层11的端部不会从密封树脂4露出的距离。目P,本实施方式1的绝缘层11具 有弯曲区域11a,但其端部存在于密封树脂4内。该是因为,当绝缘层11的端部露出在外部 时,绝缘层11就会成为水分的浸透口,从而有可能导致绝缘层11所具有的绝缘耐压因吸湿 而发生劣化。发明人通过实验了解到,弯曲区域11a向散热板12的第1面侧延伸的延伸距 离例如只要是在散热板12的厚度1化的1/2W上且2/3W下的长度即可。具体而言,例如, 若散热板12的厚度为2mm,则弯曲区域11a向散热板12侧延伸的延伸距离为1mm~1. 3mm。 另外,在本实施方式1中,弯曲区域11a构成为紧贴散热板12的侧面。若是该结构,则能够 降低穿过球状的空气层而使得引线框1与散热板12因空气层相连的可能性。
[0035] 此外,在本实施方式1中,散热板12的规定的2条边的边缘12a如图1化)所示, 形成为R形(圆头锥形)。散热板12的规定的2条边的边缘12a是图1(a)的左右2条边 靠近引线框1的一侧。散热板12的R形例如在使用模具进行冲压加工,散热板12使用的 是化,且厚度1化为2mm的情况下,形成0.1mm左右的R形。该里,冲压加工中的冲模(die) 和冲孔的间隙设定为散热板12的厚度12b的5%左右。通过将由此形成的散热板12的R 形与绝缘层11接触,能够容易地使柔软性较差的绝缘层11弯曲。
[0036] 图3(a)~图3(e)表示该半导体装置的制造工序。
[0037] 图3(a)中示出实施了将功率半导体元件2搭载到引线框1上的巧片接合(die bonding)工序,并进一步实施了利用接合线3将功率半导体元件2与引线框1相连接的引 线接合工序后的状态。图3(b)中示出在密封模具13内设置粘贴了绝缘层11的散热板12 与引线框1的工序。图3(c) (d)中示出在密封工序中填充密封树脂4的中间过程。图3(e) 中示出密封树脂4的填充完成后的状态。该里,密封模具13由下模具13a和上模具13b构 成。
[0038] 如前所述,本实施方式1的绝缘层11 W环氧树脂为主材料,因此其热传导率在从 半导体装置的功率半导体元件2起的散热路径中是最低的。因此,在本实施方式1中,为了 提高散热性,在绝缘层11中高密度地填充陶瓷填料。陶瓷填料使用例如氧化侣(Al2〇3)或 BN填料。
[0039] 该里,当在绝缘层11中高密度地填充陶瓷填料时,与单独使用环氧树脂的情况相 比,绝缘层11的柔软性变差,因此在预先弯曲绝缘层11的情况下,绝缘层11有可能发生断 裂。因此,发明人通过各种实验,找到了无需增加新的工序就能将高密度地填充了陶瓷填料 的绝缘层11弯曲的制造方法。该制造方法是利用密封工序中使用的模具的热量所引起的 模具温度、W及传递模塑法中密封树脂的流动所产生的应力,使绝缘层11软化,并改变形 状而弯曲。该里的模具温度为170°CW上且180°CW下,是能够使固化反应前的密封树脂4 软化从而呈现出流动性的温度。
[0040] 如图3(b) (C) (d)所示,从散热板12伸出并向散热板12的外侧伸展的绝缘层11 的弯曲区域11a的下方没有受到散热板12的支撑,因此,在因模具温度而软化的状态下从 上面流动下来的密封树脂4的自重所产生的应力会使其变形(弯曲)。本实施方式1中,通 过利用密封树脂4的自重,无需增加新的工序,就能使绝缘层11的弯曲区域11a向散热板 12的厚度方向弯曲。
[0041] 图3(a)~图3(e)中说明了在密封过程中使弯曲区域11a弯曲的工序,但若即使 是增加工序也无碍,则可W在配置密封模具13之前预先使绝缘层11的弯曲区域11a弯曲。
[0042] 下面,对图3(a)~图3(e)所示的半导体装置的制造工序进行详细说明。
[004引图3(a)的状态由忍片接合工序和引线接合工序构成。
[0044] 在巧片接合工序中,用接合材料10将IGBT2a与FWD化接合到引线框1上。该里, 在接合材料10使用的是Sn-Ag-化焊料等的情况下,若预先在引线框1的接合位置上形成 锻Ag,则能提高接合位置的浸润性,从而有助于减少焊料内的空隙,因此在可靠性和散热性 方面是优选的。另外,本实施方式1中,为了使接合材料10烙化而对引线框1进行预加热 并在达到260°CW上的时刻搭载功率半导体元件2,但由于在大气中焊料很快就会氧化而 导致浸润性降低,因此,功率半导体元件2的搭载工序优选在还原气氛下进行。
[004引弓I线接合工序中,用接合线3将IGBT2a与FWD化及引线框1电连接。接合线3例 如通过加热接合或超声波接合而连接。该里,作为侣线的接合线3虽然能够与作为化的引 线框1相接合,但化的氧化会导致工艺稳定性和可靠性出现问题,因此优选预先对引线框 实施锻Ni。与A1的情况相同,锻Ni会牢固地形成作为薄氧化膜的纯化状态,因此不会因加 热而发生状态变化,且在超声波振动下能较为容易地破坏纯化状态而露出新生面,因此其 接合性优异。
[0046]将IGBT2a与引线框1连接的接合线3若无特殊问题,则可W使用与连接IGBT2a 和FWD化及引线框1所用的接合线3相同的接合线。该种情况下,可W减少一道工序,在缩 短交付周期方面是优选的。
[0047] 图3(b)中,在密封模具13内配置散热板12和绝缘层11的层叠体、W及经过了巧 片接合工序和引线接合工序之后的引线框1。此时,为了构成弯曲区域11a,绝缘层11的面 积比散热板12的面积要大。例如在散热板12的一边为20mm,厚度为2mm的情况下,为了确 保弯曲区域11a的宽度有1mm,使用其中一组相对的2条边为22mm而另外2条边为20mm的 绝缘层11即可。该里,对散热板12和绝缘层1
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