半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体器件及其制造技术，例如涉及适用于作为逆变器(inverter)的构成要素发挥功能的半导体器件及其制造技术而有效的技术。
【背景技术】
[0002]在日本特开2014 — 67880号公报(专利文献1)记载了如下技术:充分确保介于半导体芯片与金属板之间的导电性材料的厚度，来提高半导体芯片与金属板的连接可靠性。具体而言，在专利文献1记载了:在工具上配置引线框架(Lead frame)，并在设于工具的突起部上配置夹具框架。由此，根据专利文献1记载的技术，能够在半导体芯片与金属板之间确保充分的空间。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2014 - 67880号公报【实用新型内容】
[0006]实用新型所要解决的技术问题
[0007]例如，在搭载半导体芯片的芯片搭载部与引线框架分离的半导体器件的制造工序中，有时在仅通过夹具(金属板)将芯片搭载部和引线框架连接的状态下进行搬送，所述夹具(金属板)将搭载于芯片搭载部的半导体芯片和形成于引线框架的引线连接。在该情况下，由于搬送中的冲击、振动，担忧发生对半导体芯片自身的损伤、对半导体芯片与夹具的连接部位、引线与夹具的连接部位的损伤、夹具自身的变形等。因而，在搭载半导体芯片的芯片搭载部与引线框架分离的半导体器件的制造工序中，希望提高半导体器件的可靠性。
[0008]其他技术问题和新特征将通过本说明书的记载和附图而得以清楚。
[0009]用于解决技术问题的手段
[0010]一实施方式的半导体器件的制造方法，包括如下工序:以跨过半导体芯片的电极焊盘和引线的方式，经由导电性粘接材料配置金属板的主体部，并且在引线框架的第一悬吊部上配置金属板的第二悬吊部。
[0011]此外，在一实施方式的半导体器件中，在俯视下，将支承金属板的支承部和金属板的延伸部相重叠的区域内包于封固体。
[0012]实用新型效果
[0013]根据一实施方式，能够提高半导体器件的可靠性。
【附图说明】
[0014]图1是在直流电源与3相感应电机之间配置有3相的逆变器电路的电路图。
[0015]图2是说明3相的逆变器电路的工作的时序图。
[0016]图3是表示实施方式1的包含逆变器电路及3相感应电机的电机电路构成的电路图。
[0017]图4是表示形成有IGBT的半导体芯片的外形形状的俯视图。
[0018]图5是表示半导体芯片的与表面相反一侧的背面的俯视图。
[0019]图6是表示形成于半导体芯片的电路的一例的电路图。
[0020]图7是表示实施方式1的IGBT的元件结构的剖视图。
[0021]图8是表示形成有二极管的半导体芯片的外形形状的俯视图。
[0022]图9是表示二极管的元件结构的剖视图。
[0023]图10的(a)是表示关联技术中的半导体器件的制造工序的一部(夹具搭载工序)的俯视图，图10的(b)是图10的(a)的A — A线剖视图。
[0024]图11的(a)是表示关联技术中的半导体器件的制造工序的一部(引线键合(wirebonding)工序)的俯视图，图11的(b)是图11的(a)的A — A线剖视图。
[0025]图12是说明关联技术中的改善余地的图。
[0026]图13的(a)是表示实施方式1中的半导体器件的外观构成的俯视图，图13的(b)是侧视图，图13的(c)是仰视图。
[0027]图14是表示实施方式1的半导体器件的封固体的内部结构的图，图14的(a)是俯视图，图14的(b)是图14的(a)的A — A线剖视图，图14的(c)是图14的(a)的B —B线剖视图。
[0028]图15是表示实施方式1的半导体器件的制造工序的图。
[0029]图16是表不接着图15的半导体器件的制造工序的图。
[0030]图17是表不接着图16的半导体器件的制造工序的图。
[0031]图18是表示接着图17的半导体器件的制造工序的图。
[0032]图19是表不接着图18的半导体器件的制造工序的图。
[0033]图20是表示接着图19的半导体器件的制造工序的图。
[0034]图21的(a)是表示引线框架的悬吊部和夹具的延伸部的配置结构的俯视图，图21的(b)是图21的(a)的在A — A线剖切的剖视图。
[0035]图22的(a)是表示引线框架的悬吊部和夹具的延伸部的配置结构的俯视图，图22的(b)是图22的(a)的在A — A线剖切的剖视图。
[0036]图23的(a)是表示引线框架的悬吊部和夹具的延伸部的配置结构的俯视图，图23的(b)是图23的(a)的在A — A线剖切的剖视图。
[0037]图24的(a)、(b)是表示接着图20的半导体器件的制造工序的图，图24的(a)是表示该制造工序的俯视图，图24的(b)是图24的(a)的A — A线剖切而成的剖视图。
[0038]图25是表示接着图24的半导体器件的制造工序的图。
[0039]图26的(a)、(b)是表示接着图25的半导体器件的制造工序的图，图26的(a)是表示封固工序的俯视图，图26的(b)是图26的(a)的A — A线剖切而成的剖视图。
[0040]图27是表示接着图26的半导体器件的制造工序的图。
[0041]图28是表不接着图27的半导体器件的制造工序的图。
[0042]图29是图25的在A — A线剖切的剖视图。
[0043]图30的(a)是表示本实施方式1的电子装置的构成的俯视图，图30的(b)是从图30的(a)的纸面下侧观察的侧视图。
[0044]图31的(a)是表示变形例1的半导体器件的外观构成的俯视图，图31的(b)是侧视图。
[0045]图32是表示变形例1的半导体器件的封固体的内部结构的图，图32的(a)是俯视图，图32的(b)是图32的(a)的A — A线剖视图，图32的(c)是图32的(a)的B — B线剖视图。
[0046]图33是表示在变形例1的半导体器件的制造方法中实施了夹具搭载工序及引线键合工序之后的状态的图。
[0047]图34的(a)是表示变形例2的半导体器件的外观构成的俯视图，图34的(b)是侧视图。
[0048]图35是表示变形例2的半导体器件的封固体的内部结构的图，图35的(a)是俯视图，图35的(b)是图35的(a)的A — A线剖视图，图35的(c)是图35的(a)的B — B线剖视图。
[0049]图36是表示在变形例2的半导体器件的制造方法中实施了夹具搭载工序及引线键合工序之后的状态的图。
[0050]图37是在直流电源与SR电机之间配置有逆变器电路的电路图。
[0051]图38是说明实施方式2的逆变器电路的工作的图。
[0052]图39的(a)是表不PM电机用的逆变器电路的一部分的图，图39的(b)是表不SR电机用的逆变器电路的一部分的图。
[0053]图40的(a)是表示实施方式2的半导体器件的外观构成的俯视图，图40的(b)是侧视图，图40的(c)是仰视图。
[0054]图41的(a)是表示实施方式2的半导体器件的内部结构的俯视图，图41的(bl)是图41的(a)的Al - A1线剖视图，图41的(b2)是图41的(a)的A2 — A2线剖视图。图41的(cl)是图41的(a)的B1 — B1线剖视图，图41的(c2)是图41的(a)的B2 — B2线剖视图。
[0055]图42是表示实施方式2的半导体器件的制造工序的图。
[0056]图43是表不接着图42的半导体器件的制造工序的图。
[0057]图44是表不接着图43的半导体器件的制造工序的图。
[0058]图45是表不接着图44的半导体器件的制造工序的图。
[0059]图46是表不接着图45的半导体器件的制造工序的图。
[0060]图47是表不接着图46的半导体器件的制造工序的图。
[0061]图48是表不接着图47的半导体器件的制造工序的图。
[0062]图49的(a)是表示变形例的半导体器件的外观构成的俯视图，图49的(b)是侧视图。
[0063]图50的(a)是表示变形例的半导体器件的封固体的内部结构的俯视图，图50的(bl)是图50(a)的A1 — A1线剖视图，图50的(b2)是图50的(a)的A2 — A2线剖视图。图50的(cl)是图50的(a)的B1 — B1线剖视图，图50的(c2)是图50的(a)的B2 — B2线剖视图。
[0064]图51是表示在变形例的半导体器件的制造方法中实施了夹具搭载工序及引线键合工序之后的状态的图。
[0065]附图标记的说明
[0066]CLP 夹具
[0067]EXU延伸部
[0068]HL悬吊部
[0069]LD1 引线
[0070]LF引线框架
[0071]MR封固体
[0072]TAB芯片搭载部。
【具体实施方式】
[0073]在以下的实施方式中为了便于说明，在需要时分割为多个部分或实施方式来进行说明，除了特别明示的情况之外，这些部分或实施方式并非彼此毫无关系，一方是另一方的一部分或全部的变形例、详细信息、补充说明等关系。
[0074]此外，在以下的实施方式中，提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)时，除了特别明示的情况及原理上明确限定为特定数量的情况等，并不限定于特定数量，可以是特定数量以上或以下。
[0075]而且，在以下的实施方式中，对于其构成要素(包括要素步骤等)，除了特别明示的情况及原理上明确是必须的情况等，不言而喻，其未必一定是必须的。
[0076]同样，在以下的实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况及原理上明确认为不能是这样的情况等，包括实质上与其形状等近似或类似的情形等。这与上述数值及范围是同样。
[0077]此外，在用于说明实施方式的全部附图中，原则上对同一部件标注同一符号，省略其重复说明。需要说明的是，为了容易理解附图，虽然是俯视图有时也标注阴影线。
[0078](实施方式1)
[0079]逆变器电路是将直流电力转换为交流电力的电路。例如，若交替输出直流电源的正极和负极，则与之相应地电流方向逆转。在该情况下，由于电流方向交替逆转，可以认为输出是交流电力。这就是逆变器电路的原理。在此，虽说是交流电力，如以单相交流电力、3相交流电力为代表，有多种形态。因此，在本实施方式1中，尤其是以将直流电力转换为3相交流电力的3相逆变器电路为例进行说明。但是，本实施方式1的技术构思不限于适用于3相逆变器电路的情况，例如可广泛适用于单相逆变器电路等。
[0080]< 3相逆变器电路的构成>
[0081]图1是在直流电源E与3相感应电机MT之间配置有3相逆变器电路INV的电路图。在本实施方式1中，作为3相感应电机MT的一例，举出永磁同步电机(Permanent Magnetsynchronous Motor，此后省略称之为PM电机)为例进行说明。如图1所示，为了从直流电源E转换为3相交流电力，使用由开关SW1?SW6的6个开关构成的3相逆变器电路INV。具体而言，如图1所示，3相逆变器电路INV包括:将开关SW1和开关SW2串联连接的第一支路(leg) LG1 ;将开关SW3和开关SW4串联连接的第二支路LG2 ;将开关SW5和开关SW6串联连接的第三支路LG3，第一支路LG1?第三支路LG3并联连接。此时，开关SW1、开关SW3和开关SW5构成上桥臂(arm)，开关SW2、开关SW4和开关SW6构成下桥臂。
[0082]并且，开关SW1与开关SW2之间的点U和3相感应电机MT的U相连接。同样，开关SW3与开关SW4之间的点V和3相感应电机MT的V相连接，开关SW5与开关SW6之间的点W和3相感应电机MT的W相连接。如此构成3相逆变器电路INV。
[0083]< 3相逆变器电路的工作>
[0084]接着，说明具有上述构成的3相逆变器电路INV的工作。图2是说明3相逆变器电路INV的工作的时序图。在图2中，3相逆变器电路INV的开关SW1和开关SW2的开关工作是如下这样进行:例如，在开关SW1接通时开关SW2断开，而在开关SW1断开时开关SW2接通。同样，3相逆变器电路INV的开关SW3和开关SW4的开关工作是如下这样进行:开关SW3接通时开关SW4断开，而在开关SW3断开时开关SW4接通。此外，3相逆变器电路INV的开关SW5和开关SW6的开关工作是如下这样进行:开关SW5接通时开关SW6断开，而在开关SW5断开时开关SW6接通。
[0085]并且，如图2所示，3组开关组的开关工作以具有120度相位差的方式进行。此时，点U、点V、点W的各自的电位，与3组开关组的开关工作相应地变化为0、E。。并且，例如，U相与V相之间的线间电压是从U相的电位减去V相的电位而成，因此变化为+E。、。、一 E。。另一方面，V相与W相之间的线间电压是相对于U相与V相之间的线间电压而相位错开120度的电压波形，而且，W相与U相之间的线间电压是相对于V相与W相之间的线间电压而相位错开120度的电压波形。通过这样使开关SW1?开关SW6开关工作，由此各自的线间电压成为阶梯状的交流电压波形，而且彼此的线间电压的交流电压波形具有120度的相位差。因而，根据3相逆变器电路INV，能够将从直流电源E供给的直流电力转换为3相交流电力。
[0086]<实际的3相逆变器电路的构成例>
[0087]本实施方式1的半导体器件是在例如电动汽车、混合动力车等所使用的3相感应电机的驱动电路中使用。具体而言，该驱动电路包含逆变器电路，该逆变器电路是具有将直流电力转换为交流电力的功能的电路。图3是表示包括本实施方式1的逆变器电路及3相感应电机的电机电路构成的电路图。
[0088]在图3中，电机电路具有3相感应电机MT及逆变器电路INV。3相感应电机MT被构成为通过不同相位的3相电压而驱动。具体而言，在3相感应电机MT中，利用相位错开120度的被称为U相、V相、W相的3相交流，绕着作为导体的转子RT而产生旋转磁场。在该情况下，磁场绕转子RT旋转。这意味着将作为导体的转子RT横切的磁通会发生变化。结果，在作为导体的转子RT产生电磁感应，在转子RT流过感应电流。并且，关于在旋转磁场中流过感应电流，根据法朗明左手定律，意味着对转子RT施加力，借助该力的作用，转子RT旋转。如此可知，在3相感应电机MT中，通过利用3相交流，能够使转子RT旋转。也就是说，在3相感应电机MT中，3相交流是必须的。因此，在电机电路，通过利用从直流形成交流的逆变器电路INV，由此向3相感应电机供给3相交流。
[0089]以下，说明该逆变器电路INV的实际构成例。如图3所示，例如，在本实施方式1的逆变器电路INV，与3相对应地设有IGBTQ1和二极管FWD。S卩，在实际的逆变器电路INV中，例如，图1所示的开关SW1?开关SW6分别由将图3所示这样的IGBTQ1和二极管FWD反向并联连接而成的构成要素构成。即，在图3中，第一支路LG1的上桥臂及下桥臂、第二支路LG2的上桥臂及下桥臂、第三支路LG3的上桥臂及下桥臂分别由将IGBTQ1和二极管FWD反向并联连接而成的构成要素构成。
[0090]在此，例如，作为逆变器电路INV的开关元件，可以考虑使用功率MOSFET (MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。米用该功率M0SFET，是通过施加于栅电极的电压来控制导通/截止工作的电压驱动型，因此具有可高速开关的优点。另一方面，在功率MOSFET中，具有随着谋求高耐压化而导通电阻变大、发热量变大的性质。这是由于，在功率MOSFET中，通过使低浓度的外延层(漂移层)的厚度加厚来确保耐压，但若低浓度的外延层的厚度变厚则作为副作用而电阻变大。
[0091]对此，作为开关元件，也存在能够处理大功率的双极晶体管，但双极晶体管是通过基极电流来控制导通/截止工作的电流驱动型，因此具有开关速度一般比前述的功率MOSFET还慢的性质。
[0092]因而，在大功率且需要高速开关的电动汽车、混合动力车的电机等用途中，用功率M0SFET、双极晶体管难以应对。因此，在上述的大功率且需要高速开关的用途中使用IGBT。该IGBT由功率MOSFET和双极晶体管的组合构成，是兼具备功率MOSFET的高速开关特性和双极晶体管的高耐压性的半导体元件。由此，利用IGBT可实现大功率且高速开关，因此是适于大电流且需要高速开关的用途的半导体元件。基于以上，在本实施方式1的逆变器电路INV采用IGBT作为开关元件。
[0093]并且，本实施方式1的逆变器电路INV中，在正电位端子PT与3相感应电机MT的各相(U相，V相，W相)之间，IGBTQ1和二极管FWD反向并联地连接，且在3相感应电机MT的各相与负电位端子NT之间，IGBTQ1和二极管FWD反向并联地连接。即，按各单相设置2个IGBTQ1和2个二极管FWD，3相计设置6个IGBTQ1和6个二极管FWD。并且，在各个IGBTQ1的栅电极连接有栅极控制电路GC，通过该栅极控制电路GC控制IGBTQ1的开关工作。在这样构成的逆变器电路INV中，通过用栅极控制电路GC控制IGBTQ1的开关工作，将直流电力转换为3相交流电力，并将该3相交流电力供给到3相感应电机MT。
[0094]< 二极管的必要性>
[0095]如上所述，在本实施方式1的逆变器电路INV中使用IGBTQ1作为开关元件，以与该IGBTQ1反向并联连接的方式设置二极管FWD。仅从利用开关元件实现开关功能的观点来看，作为开关元件的IGBTQ1是必须的，但认为没有设置二极管FWD的必要。对于这一点，在连接于逆变器电路INV的负载含有电感(inductance)的情况下，是需要设置二极管FWD的。以下说明其理由。
[0096]在负载为不含有电感的纯电阻时，不需要回流的能量，因此不需要二极管FWD。但是，在负载连接有如电机这样的包含电感的电路的情况下，存在负载电流向与接通的开关相反的方向流过的模式。即，在负载含有电感的情况下，有时从负载的电感向逆变器电路INV返回能量(有时电流逆流)。
[0097]此时，在IGBTQ1单体中，不具有能够流过该回流电流的功能，因此需要与IGBTQ1反向并联地连接二极管FWD。S卩，在逆变器电路INV中，在如电机控制这样负载含有电感的情况下，在关闭IGBTQ1时，必须要将积蓄于电感的能量(1/2LI2)释放。然而，IGBTQ1单体无法流过用于将积蓄于电感的能量释放的回流电流。因此，为了使积蓄于该电感的电能回流，与IGBTQ1反向并联地连接二极管FWD。也就是说，二极管FWD具有为了将积蓄于电感的电能释放而流过回流电流的功能。基于以上可知，在与含有电感的负载连接的逆变器电路中，需要与作为开关元件的IGBTQ1反向并联地设置二极管FWD。该二极管FWD称为续流二极管(freewheel d1de)。
[0098]< IGBT 的结构 >
[0099]参照【附图说明】本实施方式1的构成逆变器电