半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率器件、高频用开关IC等半导体装置，特别是涉及搭载了功率半导体元件的半导体装置。
【背景技术】
[0002]在逆变装置、无停电电源装置、工作机器、工业用机器人等中，作为其主体装置独立地使用了半导体装置(功率半导体模块)。
[0003]作为以往的半导体装置，提出有例如图17中示出的半导体装置。
[0004]对于这种以往的半导体装置而言，例如列举出2合I的功率半导体模块100为例。
[0005]对该功率半导体模块100而言，利用焊料103使绝缘基板102接合在用于放热的基板101上。绝缘基板102由绝缘板102a、在绝缘板102a的正面固定的电路板102b以及在绝缘板102a的背面固定的金属板102c构成。
[0006]在绝缘基板102的电路板102b上，通过焊料105固定有半导体芯片(功率半导体元件)104。
[0007]而且，基板101、绝缘基板102和半导体芯片104被配置在下端敞开的箱状树脂壳体106内。在该树脂壳体106内注入有密封树脂。在此，107是焊接到电路板102b的外部端子，108是将半导体芯片104彼此、半导体芯片104与电路板102b之间进行连接的键合线。
[0008]作为其他的以往示例，提出有在具有金属层的印刷基板固定多个导电柱，将该导电柱固定到绝缘基板上的半导体芯片和/或电路板而成的半导体装置(专利文献I和2)。
[0009]另外，提出有一种通过在开关元件的栅极-发射极之间增设电容器，以使开关元件不进行不期望地导通的半导体装置(专利文献3)。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2009-64852号公报
[0013]专利文献2:日本特开2004-228403号公报
[0014]专利文献3:日本特开2000-243905号公报
【发明内容】
[0015]技术问题
[0016]但是，图17所记载的半导体装置100使用了键合线108，因此难以降低半导体装置的内部布线的电感。因此，难以进行半导体装置100内部的半导体芯片104的高速开关。另外，必须将与键合线连接的引绕布线的电路板102b配置在绝缘基板102上，因此难以使半导体装置小型化。
[0017]另外，在专利文献I和2所记载的半导体装置中，键合线较短并且使用了截面积大的导电柱，因此可以降低内部布线的电感。而且，能够形成绝缘基板和印刷基板的多层电路，因此也可以实现半导体装置的小型化。但是，没有充分发挥以SiC等为代表的高速开关元件的能力。
[0018]而且，在专利文献3所记载的半导体装置中，其内部的开关元件与电路板之间通过键合线连接。因此，半导体装置的内部布线的电感变大，因电容器产生的电流旁路效果变小，因此无法有效地进行抑制不期望的导通。
[0019]本发明是针对上述课题而做出的，其目的在于提供一种能够良好地发挥因电路阻抗降低元件产生的电流旁路效果的半导体装置。
[0020]技术方案
[0021]为了实现上述目的，本发明的半导体装置的第一形态具备:绝缘基板，具有绝缘板和电路板；半导体芯片，在正面具有栅电极和源电极，背面固定于电路板；印刷基板，具有第一金属层和第二金属层，并且与绝缘基板对置；第一导电柱，两端电连接且机械连接到栅电极和第一金属层；第二导电柱，两端电连接且机械连接到源电极和第二金属层；以及电路阻抗降低元件，通过第一导电柱和第二导电柱而电连接在栅电极与源电极的之间。
[0022]另外，本发明的半导体装置的第二形态具备:绝缘基板，具有绝缘板和电路板，半导体芯片，在正面具有栅电极和源电极，背面固定于电路板；印刷基板，具有第一金属层和第二金属层，并与绝缘基板对置；第一导电柱，两端电连接且机械连接到栅电极和第一金属层；第二导电柱，两端电连接且机械连接到源电极和上述第二金属层；以及元件连接端子，用于通过第一导电柱和第二导电柱，而将电路阻抗降低元件连接在栅电极与源电极之间。
[0023]有益效果
[0024]根据本发明，通过用导电柱和印刷基板对在半导体芯片进行的栅极布线和源极布线进行布线，能够在不增大尺寸的情况下降低内部布线的电感。并且，经由导电柱而在半导体芯片的栅电极与源电极之间电连接电路阻抗降低元件，因此能够有效地发挥电路阻抗降低元件的电流旁路效果。因此能够抑制半导体芯片的栅电极电压的振荡，并且可靠地抑制半导体芯片不期望地导通。
【附图说明】
[0025]图1是示出本发明的半导体装置的第一实施方式的主要部分的剖视图。
[0026]图2是示出第一实施方式的等效电路的电路图。
[0027]图3是示出第二实施方式的等效电路的电路图。
[0028]图4是示出本发明的半导体装置的第三实施方式的立体图。
[0029]图5是图4的半导体装置的纵剖视图。
[0030]图6是不出图5的绝缘基板的图，(a)是俯视图，(b)是侧视图，(C)是仰视图。
[0031]图7是不出图5的印刷基板的图，(a)是主视图，(b)是后视图。
[0032]图8是示出图5的半导体装置的等效电路的电路图。
[0033]图9是示出在绝缘基板上安装了印刷基板的状态的立体图。
[0034]图10是第三实施方式中的工作时的电压-电流波形图。
[0035]图11是不出绝缘基板的变形例的图，(a)是俯视图，(b)是侧视图，(C)是仰视图。
[0036]图12是示出第四的实施方式中的印刷基板的图，(a)是主视图，(b)是后视图。
[0037]图13是示出第四的实施方式中的电容器电容与反向恢复损耗的关系的图。
[0038]图14是示出本发明的半导体装置的第五实施方式的主要部分的剖视图。
[0039]图15是示出本发明的半导体装置的第六实施方式的主要部分的剖视图。
[0040]图16是示出本发明的半导体装置的第七实施方式的主要部分的剖视图。
[0041]图17是示出以往示例的剖视图。
[0042]符号说明
[0043]2、PM…功率半导体模块
[0044]3、3A、3B…绝缘基板
[0045]3a…绝缘板
[0046]3b、14…电路板
[0047]3c…金属板
[0048]4…半导体芯片
[0049]4cl...漏电极
[0050]4s…源电极
[0051]4g…栅电极
[0052]4A…第一半导体芯片
[0053]4B…第二半导体芯片
[0054]5…印刷基板
[0055]5gl、5g2…第一金属层
[0056]5sl、5s2…第二金属层
[0057]6…绝缘树脂
[0058]7…接合材料
[0059]8…第一导电柱
[0060]9…第二导电柱
[0061]10、10A、10B …电容器
[0062]lls、llg …导电柱
[0063]12d、12s、12g …外部端子
[0064]13A…下臂部
[0065]13B…上臂部
[0066]16a、16b…第二金属层
[0067]16c、16d…第一金属层
[0068]17a、17b …导电柱
[0069]17g…第一导电柱
[0070]17s…第二导电柱
[0071]18、19、20、21a、21b、22a、22b …外部端子
[0072]24…绝缘树脂
[0073]51…第三导电柱
[0074]52…第四导电柱
【具体实施方式】
[0075]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0076]需要说明的是，本申请的描述中使用的“电连接且机械连接”的用语不限于对象物彼此通过直接接合而连接的情况，还包括对象物彼此通过焊料和/或金属烧结材料等导电性的接合材料而连接的情况。
[0077]图1是示出本发明的半导体装置的第一实施方式的示意结构的剖视图。
[0078]图1示出了作为本发明的半导体装置的功率半导体模块2。功率半导体模块2具备绝缘基板3、半导体芯片4、印刷基板5、第一导电柱8、第二导电柱9和电路阻抗降低元件10。
[0079]绝缘基板3具有绝缘板3a、在绝缘板3a的主面固定的电路板3b以及在绝缘板3a的与主面相反的一侧固定的金属板3c。绝缘板3a由陶瓷等构成，电路板3b和金属板3c由铜和/或铝等构成。另外，电路板3b由用于栅电极的第一电路板3g、用于源电极的第二电路板3s以及用于漏电极的第三电路板3d构成，并且第一电路板3g、第二电路板3s以及第三电路板3d相互绝缘。
[0080]在电路板3b的表面，使用焊料等接合材料7来固定半导体芯片4。半导体芯片4由功率MOSFET和/或IGBT (绝缘栅双极型晶体管)等用于开关的功率半导体元件构成。在本说明书的实施方式的说明中，对半导体芯片4为功率MOSFET的情况进行说明。
[0081]在与绝缘基板3的固定有电路板3b的一侧的面对置地配置有印刷基板5。印刷基板5具有由