专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置，特别是涉及用绝缘体封装的半导体装置。
背景技术：
以往，在半导体装置中，利用绝缘体封装半导体芯片和外部引线等。作为这种用绝缘体封装的手段，已知有压注塑模(压注成型)。这种压注塑模(transfer mould)中，通过将熔融的树脂充填于模具内，用树脂封装半导体芯片和外部引线等。以此形成用树脂封装半导体芯片和外部引线的半导体封装体。近年来，在空调机等所谓“生活家电”上应用的需求一直在增长的电动机的逆变器控制用的小容量功率模块，为了廉价而且大批量地生产，利用压注塑模生产的封装体型已经成为主流。在功率模块中，作为半导体芯片，在框架上搭载IGBT (绝缘栅极双极晶体管)和二极管(Di)等的功率芯片。又，也有在功率模块中内装功率芯片的栅极驱动电路的智能功率模块。功率模块的内部电路中，有内装半桥式电路、单相(全桥式)电路、3相桥式电路等的电路。功率模块中，为了散热，通常在功率模块的背面以螺栓紧固等方式安装散热器 (heat sink)。在该散热器与外部引线之间，为了确保绝缘性，有必要确保一定的绝缘距离。但是，近年来为了降低成本，功率模块的封装体尺寸逐步减小。因此在已有的 ICdntegrated Circuit，集成电路)型的封装体形状的情况下难以确保绝缘距离。为此利用例如在封装体与散热器间夹着绝缘片的方法以确保绝缘性。又，使封装体的一部分绕到散热器的侧面，以谋求确保绝缘距离。例如，日本实开昭61-173141号公报中记载的半导体装置中，在散热片的侧面形成封装体的模树脂的一部分。如上述公报所述的半导体装置那样，在散热片的侧面形成封装体的模树脂的一部分的情况下，在封装体的端部，搭载半导体芯片(半导体切片)的框架(引线框架)远离散热器(散热片)。因此，会产生传导半导体芯片的热量的框架的一部分远离散热器，半导体装置的散热性能低下的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述存在问题而作出的，其目的在于提供一种散热性能高的半导体
直ο本发明的半导体装置具备半导体芯片、支持半导体芯片的框架、封装半导体芯片和框架的绝缘体、夹着绝缘体与所述框架对向配置的散热器；框架沿着散热器的一表面以及与一表面邻接，并且与一表面交叉的另一表面这两个表面的至少一部分配置。如果采本发明的半导体装置，用绝缘体封装的框架沿着散热器一表面以及与一表面邻接、并且与一表面交叉的另一表面这两个表面的至少一部分配置。因此不但在一表面并且在另一表面框架与散热器对置。从而，能够增加框架与散热器对置的面积。借助于此， 能够提高散热器的散热量，所以可以提高半导体装置的散热性能。又，用绝缘体封装的框架沿着散热器的另一表面的至少一部分进行配置。这时，封装框架的绝缘体设置于散热器的另一表面上。因此，在从绝缘体突出的外部引线与散热器之间配置绝缘体。借助于此能够确保外部引线与散热器之间的沿面距离。从而能够确保外部引线与散热器的绝缘性。本发明的上面内容以及其他的目的、特征、状况以及优点可以从参照附图理解的本发明的下述详细说明来了解。
图1是本发明实施形态1的半导体 装置的概要概俯视图。图2是沿着图1的II-II线的概要剖面图。图3是表示本发明实施形态1的半导体装置的3相桥式电路的电路图。图4是表示本发明实施形态1的半导体装置的全桥式电路的电路图。图5是表示本发明实施形态1的半导体装置的半桥式电路的电路图。图6是表示本发明实施形态1的比较例的半导体装置的功率模块的概要立体图。图7是本发明实施形态1的比较例1的半导体装置的概要剖面图。图8是本发明实施形态1的比较例2的半导体装置的概要俯视图。图9是沿着图8的IX-IX线的概要剖面图。图10是表示本发明实施形态2的半导体装置安装于基板的状态的概要剖面图。图11是表示本发明实施形态2的比较例1的半导体装置安装于基板的状态的概要侧面图。图12是本发明实施形态3的半导体装置的概要剖面图。图13是本发明实施形态3的半导体装置的变形例的概要剖面图。图14是表示本发明实施形态3的比较例1的半导体装置的功率模块的概要立体图。图15是表示本发明实施形态3的半导体装置安装于基板的状态的概要正视图。
具体实施例方式以下根据附图对本发明的实施形态进行说明。实施形态1首先对本发明实施形态1的半导体装置的结构进行说明。作为半导体装置的一个例子，对具备SIP (Single Inline Package ；单列式封装体)形状的功率模块的半导体装置进行说明。参照图1和图2，半导体装置10主要具有半导体芯片1、框架2、绝缘体3、散热器 4、外部引线5以及焊线6。又，图1中，为了看起来更方便，用虚线表示绝缘体3和散热器 4 (heat sink)。又，图2中外部引线5的一部分以及焊线6用虚线表示。利用绝缘体3封装半导体芯片1、框架2、外部引线5的一部分、焊线6等，由此构成功率模块10a。绝缘体3 为例如树脂。但绝缘体3也可以是例如陶瓷等其他绝缘体。
半导体芯片1是对例如功率进行控制的功率芯片。更具体地说，半导体芯片1是例如IGBTla以及二极管lb。IGBTla以及二极管Ib被支持于框架2的一表面。夹着绝缘体3与框架2的另一表面对向地配置散热器4。框架2沿着散热器4的一表面(主面)4a、以及与一表面如邻接且与一表面如交叉的另一表面(侧面)4b这两个表面的至少一部分配置。框架2在一端具有屈曲部，该屈曲部设置为从散热器4的主面如起沿着侧面4b屈曲。框架2的屈曲部从散热器4的主面 4a起沿着侧面4b连续地延长而设置。形成框架2与散热器4的另一表面4b相对的面积 (对向面积)OA。封装框架2的绝缘体3配置于散热器4的侧面4b上。在外部引线5与散热器4 之间配置绝缘体3的一部分。外部引线5与散热器4的侧面4b之间的、配置于外部引线5 与散热器4之间的绝缘体3的表面距离，在本说明书中称为沿面距离AD。绝缘体3具有凹部3A。凹部3A由沿着散热器4的一表面如配置的平面部分3a 与沿着另一表面4b配置的突起部分北规定。散热器4具有用沿着平面部分3a的一表面如与沿着突起部分北的另一表面4b规定的角部4A。角部4A设置为嵌合入凹部3A。沿着散热器4的另一表面4b屈曲的框架2的延长部加配置于突起部分北的内侧。散热器4在沿着一表面如延伸的方向上，与外部引线5突出的方向相交叉的方向的散热器4的端部超出绝缘体3的端部地延伸设置。散热器4设置为在绝缘体3的一侧比绝缘体3仅长出突出长度Li，在另一侧，比绝缘体3仅长出突出长度L2。散热器4在沿着一表面如延伸的方向上延伸设置，使与外部引线5突出的方向的相反侧的散热器4的端部超过绝缘体3的端部。散热器4设置为比绝缘体3仅长出突出长度L3。突出长度Ll L3分别根据散热器4的散热量的设定进行设定。又，散热器4最好用螺栓安装于功率模块10a，也可以用粘结剂安装。IGBTla与二极管Ib用焊线(bonding wire) 6电气连接。该焊线6是例如Al (铝) 线。二极管Ib以焊线6与外部引线5电气连接。外部引线5设置为从绝缘体3突出。外部引线5具有输出端子fe、P侧栅极SkP端子5c、N侧栅极5d以及N端子k。 P侧的二极管Ib用焊线6电气连接于输出端子5a。P侧的IGBTla电气连接于P侧栅极5b。 N侧的IGBTla电气连接于N侧栅极5d。N侧的二极管Ib电气连接于N端子k。参照图3，半导体装置10作为功率模块IOa的内部电路也可以具有3相桥式电路。该3相桥式电路是在P端子⑵与N端子(N)连接主电源而构成。又，构成为在U端子(U)、V端子(V)以及W端子(W)连接输出。又，参照图4，也可以半导体装置10作为功率模块IOa的内部电路具有单相(半桥式)电路。又，参照图5，也可以半导体装置10作为功率模块IOa的内部电路具有半桥式电路。又，如上所述，在框架2之上，在散热器4的另一表面4b侧配置二极管lb，但也可以在散热器4的另一表面4b侧设置IGBTla。在这种情况下，比二极管Ib发热量更大的 IGBTla配置于散热器4的另一表面4b侧。借助于此，能减小沿着散热器4的另一表面4b 配置的框架2与IGBTla之间的距离。借助于此，能够将IGBTla的热量在散热器4的一表面如和另一表面4b这两个表面有效地释放。又，在与散热器4的一表面如交叉的方向上设置散热器4和框架2，只要使得能够增加散热器4与框架2的对向面积OA即可。因此，虽然在上面已经对散热器4的一表面如形成平坦状的情况进行了说明，但是为了缩小与框架2的距离，也可以散热器4的一表面 4a具有相对框架2突出的部分。下面对本实施形态的半导体装置的制造方法进行说明。参照图2，半导体芯片1、框架2、外部引线5的一部分、焊线6利用绝缘体(树脂)3 以压注塑模(transfer mould)封装。绝缘体(树脂)3为例如环氧树脂等的热固化树脂。 作为压注塑模的条件，可以适用一般的压注塑模的条件。在利用压注塑模形成的功率模块IOa安装散热器4。安装时在绝缘体3的凹部3A 嵌入散热器4的角部4A。借助于此，在功率模块10容易地对散热器4进行定位。在将散热器4定位于功率模块IOa的状态下，在功率模块IOa用例如螺栓固定散热器4。下面对本实施形态的半导体装置的作用效果与比较例相比较着进行说明。首先，对本实施形态的比较例1和2的半导体装置进行说明。参照图6与图7，在本实施形态的比较例1的半导体装置10中，功率模块IOa只安装于散热器4的一表面4a。 也就是说，框架2不沿着散热器4的另一表面4b配置。因此，与本实施形态的比较例1中框架2沿着散热器4的另一表面4b配置的情况相比散热性能变低。又，由于绝缘体3不配置在散热器4的另一表面4b上，因此散热器4的一表面如与外部引线5之间的距离变小。该散热器4的一表面如与外部引线5之间的绝缘体3的表面距离成了沿面距离AD，但在本实施形态的比较例1的半导体装置10中，确保沿面距离 AD是困难的。参照图8和图9，本实施形态的比较例2的半导体装置10中，绝缘体3延伸到散热器4的另一表面4b上。但是，框架2的沿着散热器4的一表面如的方向上延长的部分超过散热器4的一表面如而延长。从而，框架2的在沿着散热器4的一表面如的方向上延长的部分与散热器4之间的距离LF变大，所以散热性能下降。因此，本实施形态的比较例 2，与框架2沿着散热器4的另一表面4b配置的情况相比散热性能变低。接着，对本实施形态的半导体装置进行说明。参照图2，如果采用本实施形态的半导体装置10，用绝缘体3封装的框架2沿着散热器4的一表面(主面)4a、以及与一表面 (主面)4b邻接并且与一表面(主面) 交叉的另一表面(侧面)4b这两个表面的至少一部分配置。因此，除了支持半导体芯片1的主面如，在侧面4b，框架2也与散热器4对置。从而可以增加支持半导体芯片1的框架2与散热器4对置的面积(对置面积)0A。借助于此， 能够提高散热器4的散热量，所以能够提高半导体装置10的散热性能。又，用绝缘体3封装的框架2沿着散热器4的侧面4b的至少一部分配置。这时， 封装框架2的绝缘体3设置于散热器4的侧面4b上。因此，在从绝缘体3突出的外部引线 5与散热器4之间配置绝缘体3。借助于此，能够确保外部引线5与散热器4之间的沿面距离AD。从而能够确保外部引线5与散热器4之间的绝缘。又，即使是将绝缘体3配置于散热器4的侧面4b上，外部引线5与散热器4之间的距离也没什么变化。也就是说，能够维持外部引线5与散热器4之间的距离。因此，不扩大外部引线5与散热器4之间的距离，就能够确保外部引线5与散热器4之间的沿面距离 AD。这样就不会使半导体装置10变大，而且能够确保绝缘性。在本实施形态的半导体装置10中，绝缘体3包含由沿着散热器4的一表面如配置的平面部分3a与沿着另一表面4b配置的突起部分3b规定的凹部3A，散热器4具有以沿着平面部分3a的一表面4a和沿着突起部分3b的另一表面4b规定的角部4A，使得该角部 4A嵌合入凹部3A。借助于此，在将散热器4安装于绝缘体3的时候，能够使散热器4的角部4A嵌合到绝缘体3的凹部3A。因此，能够容易地将散热器4定位于绝缘体3。又可以沿着散热器 4的侧面4b可靠地配置用绝缘体3封装的框架2的延长部2a。从而能够可靠地提高散热性能。实施形态2本发明实施形态2与上述实施形态1相比较，主要是绝缘体3的形状不同。参照图10，在半导体装置10中，绝缘体3具有外部引线5突出的端面3c，端面3c 设置于与外部引线5突出的方向相交叉的方向上。绝缘体3的端面3c形成与基板11的上表面Ila接触，并能支持半导体装置10的结构。基板11是例如印刷电路基板。外部引线 5在绝缘体3的端面3c与基板11的上表面Ila接触的状态下插入基板11的通孔lib。就这样将半导体装置10安装于基板11。在绝缘体3的端面3c与散热器4的另一表面4b之间配置搭载有IGBTla与二极管Ib的框架2的一部分。在半导体装置10安装于基板11的状态下，沿着散热器4的另一表面4b配置的框架2的延长部2a沿着基板11的上表面Ila延伸地配置。又，本实施形态的除此以外的结构和制造方法与上述实施形态1相同，因此对相同的要素赋予相同符号，不重复说明。接着，对于本实施形态的半导体装置的作用效果与比较例进行比较地加以说明。参照图11，如本实施形态的比较例1的半导体装置10所示，在SIP形状的功率模块IOa中，外部引线5从封装体一侧突出。在功率模块IOa安装散热器4。散热器4也可以具有散热片4d。由于外部引线5从封装体的一侧突出，因此，半导体装置10以在基板11 上竖立状态安装。所以也有不得不仅用外部引线5支撑半导体装置10的情况。在这种情况下，由于振动等原因在外部引线5上施加应力，会有导致外部引线5断裂的危险。与此相对，如果采用本实施形态的半导体装置10，则进一步具备与半导体芯片1 电气连接而且从绝缘体3突出的外部引线5，绝缘体3具有外部引线5突出的端面3c，端面 3c设置于与外部引线5突出的方向相交叉的方向上，在端面3c与散热器4的另一表面4b 之间设置框架2的一部分。在本实施形态的半导体装置10中，绝缘体3的端面3c设置于与外部引线5突出的方向相交叉的方向上，因此在端面3c能够与基板11接触。因此，能够以绝缘体3的端面 3c支撑半导体装置10。借助于此，能够减小外部引线5支持的负载。从而，能够抑制由于振动等造成的外部引线5发生断裂的情况。又，由于在绝缘体3形成端面3c，因此能够加大外部引线5与散热器4之间的沿面距离AD。又，由于用绝缘体3的端面3c将半导体装置10支持于基板11，因此可以使半导体 装置10在基板11上保持稳定的状态。又，由于在绝缘体3的端面3c将半导体装置10安装于基板11，因此可以容易地将半导体装置10定位于基板11。由于在绝缘体3的端面3c与散热器4的另一表面4b之间配置框架2的一部分，因此，能够通过利用绝缘体3的端面3c与散热器4的另一表面4b之间的空间提高半导体装置10的散热性能。实施形态3本发明的实施形态3与上述实施形态1相比，主要是框架、绝缘体以及散热器的形状不同。本实施形态中，作为半导体装置的一个例子，对具备DIP(Dual Inline Package ； 双列直插式封装体)形状的功率模块的半导体装置进行说明。参照图12，散热器4的另一表 面4b具有配置于一表面4a的一端的第1另一表面 4bi和配置于一表面4a的另一端的第2另一表面4b2。在散热器4的第1另一表面41^和第2另一表面4b2的至少一部分配置绝缘体3。散热器4用框架2夹着散热器4的第1另一表面4bi和第2另一表面4b2的方式配置。绝缘体3形成为从配置散热器4的一侧(框架2的一侧)的外部引线5起算的高度Hl比从配置半导体芯片KIGBTla与二极管lb)的一侧(框架2的另一侧)的外部引线 5起算的高度H2大。外部引线5从绝缘体3突出，向配置半导体芯片1 (IGBTla与二极管lb)的一侧屈曲。外部引线5的屈曲的前端部5t的长度设计得比从绝缘体3的外部引线5起算的高度 H2长。又，散热器4的沿着一表面4a延伸的方向的形状可根据散热器4的散热量的设定而形成。又，散热器4也可以具有如图13所示那样的在剖面上看的凸状。参照图13，在本实施形态的变形例的半导体装置10中，散热器4具有在与第1另一表面4bi和第2另一表面4b2交叉的方向上向外侧突出的突出部4c。突出部4c也可以形成为超过绝缘体3的外延部而向外侧突出。突出部4c的与绝缘体3对向的面4Cl与绝缘体3分开配置。绝缘体3不配置于作为散热器4的另一表面4b的一部分的、与突出部4c相连的部分。利用突出部4c的与绝缘体3对向的面4Cl、另一表面4b的一部分以及绝缘体3的下表面形成空间S。在散热器4 的突出部4c和绝缘体3之间设置空间S。在该空间S不配置绝缘体3。又，本实施形态的除此以外的结构和制造方法与上述实施形态1相同，因此对相同要素赋予相同符号，不进行重复说明。下面，对于本实施形态的半导体装置的作用效果与比较例比较着进行说明。参照图14和图15，像本实施形态的比较例1的半导体装置10那样，DIP形状的功率模块IOa其外部引线5从封装体的两侧突出。在外部引线5突出的一侧的相反侧将散热器4安装于功率模块10a。半导体装置10利用外部引线5安装于基板11。功率模块IOa仅安装于散热器4的一表面4a。因此，在本实施形态的比较例1中， 与框架2沿着散热器4的另一表面4b配置的情况相比散热性能降低。又，绝缘体3不配置于散热器4的另一表面4b，所以散热器4的一表面4a与外部引线5之间的沿面距离AD变小。与此相对，如果采用本实施形态的半导体装置10，则散热器4的另一表面4b包含配置于一表面4a的一端的第1另一表面4bi和配置于一表面4a的另一端的第2另一表面 4b2。因此，用第1另一表面4bi和第2另一表面4b2这两个表面，可以形成与框架2的对向面积OA。所以，与以第1另一表面4bi或第2另一表面4b2的一个表面形成对向面积 OA的情况相比，散热量可以翻倍。从而能够增加散热量，因此能够提高散热性能。如果采用 本实施形态的变形例的半导体装置10，散热器4包含有在与另一表面4b 相交叉的方向上向外侧突出的突出部4c，在突出部4c与绝缘体3之间设有空间S。借助于此，利用突出部4c可以扩大散热器4的面积。因此，能提高散热性能。又， 通过在突出部4c和绝缘体3之间设置空间S,能够确保从外部引线5到不配置绝缘体3的散热器4的另一表面4b的一部分的沿面距离AD。所以能够扩大散热器4的面积，而且能够确保沿面距离AD。从而能够提高散热性能并且确保绝缘。上述各实施形态可以进行适当组合。上面对本发明进行了详细说明、表示，但这只是例示，本发明并不限于这些例示， 可以理解为发明的范围根据所附的权利要求书解释。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，具备 半导体芯片；支持所述半导体芯片的框架；封装所述半导体芯片和所述框架的绝缘体；以及夹着所述绝缘体与所述框架相对配置的散热器，所述框架沿着所述散热器的一表面、以及与所述一表面相邻并且与所述一表面相交叉的另一表面这两个表面的至少一部分配置。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述绝缘体包含凹部，其中所述凹部由沿着所述散热器的所述一表面配置的平面部分和沿着所述另一表面配置的突起部分规定，所述散热器具有角部，其中，所述角部由沿着所述平面部分的所述一表面和沿着所述突起部分的所述另一表面规定， 将所述角部收容于所述凹部。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，进一步具备与所述半导体芯片电气连接并且从所述绝缘体突出的外部引线， 所述绝缘体具有所述外部引线突出的端面，该端面设置于与所述外部引线突出的方向相交叉的方向上，在所述端面与所述散热器的所述另一表面之间配置所述框架的一部分。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述散热器的所述另一表面包含配置于所述一表面的一端的第1另一表面和配置于所述一表面的另一端的第2另一表面。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述散热器包含在与所述另一表面相交叉的方向上向外侧突出的突出部， 在所述突出部与所述绝缘体之间设置空间。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体芯片包含控制功率的功率芯片。
全文摘要
本发明的半导体装置(10)具备半导体芯片(1)、支持半导体芯片(1)的框架(2)、封装半导体芯片(1)和框架(2)的绝缘体(3)、以及夹着绝缘体(3)与框架(2)相对配置的散热器(4)，框架(2)沿着散热器(4)的一表面(4a)以及与一表面(4a)相邻并且与一表面(4a)交叉的另一表面(4b)这两个表面的至少一部分配置。借助于此，能够得到散热性能高的半导体装置。
文档编号H01L23/367GK102237321SQ20111014691
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年6月24日
发明者长原辉明 申请人:三菱电机株式会社