专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在基板上搭载有多个功率半导体元件等的半导体芯片的半导体装置的布线技术。
背景技术：
在这样的半导体装置中，将金属的热分流器隔着绝缘层搭载在金属的基底板 (base plate)上，利用焊料将IGBT或二极管等的半导体芯片接合在热分流器上。作为对这些多个半导体芯片进行连接的方法，存在以铝导线等的导线进行连接的引线接合(参照专利文献1)和使引线框直接与半导体芯片连接的直接引线接合(DLB)(参照专利文献2)。[专利文献1]日本特开平11-086546号公报 [专利文献2]日本特开2007-142138号公报。当基板上所搭载的芯片数量增加时，在引线接合中，导线根数增加，所以，生产率降低。另外，DLB与引线接合相比，能够降低电阻和电感成分，具有热循环性高这样的优点，但是，在与多个芯片连接的情况下，各接合部位的焊料厚度产生偏差，其结果是，热循环性降低。进而，由于对应多个芯片，所以需要进行复杂的弯曲加工，存在利用模具进行的成形次数增加而使制造成本增加这样的问题。目前，正在进行使用以SiC为代表的能够高温动作的材料的半导体元件的开发， 要求在高温状态下稳定地连接多个芯片的结构。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种半导体装置，能够以低成本制造且具有高热循环性，并且，具有与多个芯片对应的板电极。本发明的半导体装置具有多个半导体芯片，形成在基板上；板电极，冲压加工成将所述多个半导体芯片的电极间连接的预定图形，其中所述板电极具有利用半冲压加工所形成的半切部，所述半切部的凸部侧与所述半导体芯片的所述电极接合。本发明的半导体装置中的被冲压加工成预定图形的板电极具有利用半冲压加工所形成的半切部，所述半切部的凸部侧与所述半导体芯片的所述电极接合，所以，能够以低成本制造与多个半导体芯片对应的板电极。
图1是表示本发明的板电极的剖面图。图2是表示本发明的板电极的制造工序的平面图。图3是表示本发明的板电极的制造工序的平面图以及剖面图。图4是表示本发明的板电极的制造工序的平面图以及剖面图。图5是表示本发明的板电极的制造工序的平面图以及剖面图。
图6是表示应用了本发明的板电极的半导体装置的立体图。图7是表示应用了本发明的板电极的半导体装置的立体图。图8是表示本发明的板电极和半导体芯片的图7的主要部分放大图。图9是表示本发明的板电极和半导体芯片的剖面图。图10是表示保护环/板电极间距离与保护环表面的电场之间的关系的图。图11是表示前提技术的半导体芯片的布线结构的立体图。附图标记说明 1 板电极
Ia半切部 Ib压花加工部 Ic贯通孔 Id狭缝 2热分流器 3基底板 4绝缘层 5半导体芯片 6保护环 7控制用驱动基板 8接合材料 9 电极柱 IOd引线框 IOw 导线。
具体实施例方式(前提技术)
图11表示本发明的前提技术的半导体芯片的布线结构，图11 (a)表示引线接合，图11 (b)表示 DLB。在图11中，在绝缘层4上配设有金属制的热分流器2，在热分流器2上设置有半导体芯片5。根据图11 (a)所示的引线接合，利用铝导线等的导线IOw将各半导体芯片5之间连接，但是，当芯片数量增加时，导线数量增加，成本增加。另外，图11 (b)所示的DLB是使引线框IOd直接与半导体芯片5连接的方式，但是，在使引线框IOd与多个半导体芯片5连接的情况下，各接合部位的焊料厚度产生偏差， 所以，存在热循环性降低这样的问题。进而，为了使引线框IOd与多个半导体芯片5对应， 需要进行复杂的弯曲加工，利用模具进行的成形次数增加，所以，制造成本增加。因此，在本发明中，对单板进行全切以及半冲压加工，形成图形，由此，以低成本实现进行多个半导体芯片5的连接的板电极。(实施方式1) 〈结构〉
图1是表示为了连接多个半导体芯片而使用的本发明的板电极的剖面图。厚度为t的板电极1由实施了厚度为a的半冲压加工的半切部Ia和进一步在半切部Ia中实施了压花加工的压花加工部Ib构成。并且，板电极1如后述那样被实施冲压加工(全切)成为预定图形。作为板电极1的材料，使用低电阻的铜(Cu)或铝(Al)。图6是应用板电极1的半导体装置的立体图。在图6所示的半导体装置中，在金属的基底板3上隔着绝缘层4设置有金属的热分流器2，在热分流器2上搭载有IGBT芯片或二极管芯片等的多个半导体芯片5。另外，在热分流器2上还搭载有进行IGBT的栅极驱动的控制用驱动基板7。虽然未图示，但是，控制用驱动基板7利用发射极中继端子或栅极中继端子连接到印刷基板，能够利用外部信号对控制用驱动基板7进行控制。图7是表示在图6所示的半导体装置中用图1所示的板电极1对各半导体芯片5 进行连接的状态的立体图。板电极1与热分流器2接近设置，所以，在两导体中流动的彼此相反方向的电流抵消彼此的磁通量，与引线接合相比，寄生电感降低。图9是表示使板电极1与半导体芯片5接合的样态的剖面图，也是作为图7的A部放大图的图8的d-d’剖面图。板电极1的半切部Ia经由焊料或银等的接合材料8而与半导体芯片5接合。此处，在板电极1上设置有从半切部Ia的凸部侧突出的压花加工部lb， 所以，压花加工部Ib与半导体芯片5抵接，由此，确保接合材料8的厚度为与压花加工部Ib 的高度相等的厚度。因此，即使在利用板电极1进行多个半导体芯片5的连接的情况下，也能够在各接合部位保持接合材料8的厚度均勻，热循环性提高。图8是图7的A部放大图。在半导体芯片5的外周部分，产生与半导体装置进行控制的电压相当的电场，但是，当半导体芯片5的外周部分与其上面的板电极1接近时，从板电极1注入电子，在密封材料中形成了空间电荷。该空间电荷滞留在设置于半导体芯片5 的外周部的保护环6的附近，由此，保护环6表面部的电场上升，半导体芯片内部的电场也上升，由此，漏电流增加。在图10中，示出保护环6和板电极1的距离(图9中所示的h)与保护环6表面的电场的关系。图10示出如下情况h越小，保护环6表面的电场越高。产生空间电荷的保护环6表面的电场阈值为lkV/mm，所以，通过使h为0. 6mm以上，由此，漏电流被抑制。并且，保护环6的角部分的曲率小的部分与直线部分相比，成为高电场，所以，如图8所示，将保护环6的角部分的上面的板电极1除去，由此，抑制保护环6的角部分的电场，能够进一步抑制漏电流。如图7所示，在板电极1上的不位于半导体芯片5之上的部位设置有电极柱9。发射极电极接合在电极柱9上，进行外部连接。在传递模塑工序中，电极柱9的上表面与模具接触，但是，此处电极柱9之下没有半导体芯片5，所以，利用板电极1的弯曲效应(bend effect),电极柱9的上表面相对于基底板3保持平行。另外，电极柱9的上表面相对于接合的发射极电极也保持平行。由此，在利用焊料将电极柱9和发射极电极接合的情况下，焊料厚度均勻，所以，确保了热循环性。另外，在使用一边以高压按压接合部位一边用超声波进行接合的超声波(US)接合的情况下，能够在接合面施加均勻的压力。另外，与电极柱9连接的发射极电极和构成控制系统的其他半导体装置的发射极电极一起被连接到层压汇流条，但是，层压汇流条存在耐热温度的制约，一般推荐105°C以下。因此，如图7所示，将电极柱9的周围的板电极1除去，形成狭缝ld，增大从半导体芯片 5到电极柱9之间的热电阻，由此，使与电极柱9连接的外部电极即发射极电极的温度保持在适当范围。并且，在IGBT或二极管等的半导体芯片5中，也可以使用带隙比Si的带隙大的 SiC等的宽带隙半导体。作为宽带隙半导体，除了 SiC之外，还有GaN类材料或金刚石。本发明的板电极1具有较高的热循环性，所以，在搭载有上述的能够高温动作的半导体芯片5 的半导体装置中也能够稳定地使用。<制造工序>
图2 图5是表示板电极1的制造工序的剖面图以及平面图。下面，根据图2 图5 对板电极1的制造工序进行说明。首先，对图2所示的成为板电极1的单板实施冲压加工，做成与多个半导体芯片对应的形状(图3 (a))。在该阶段，在板电极1上形成有后面详述的贯通孔Ic和狭缝Id。图 3 (b)是图3 (a)的a-a’剖面图。然后，对板电极1实施半冲压加工，在板电极1的各处形成半切部Ia (图4)。如图4 (a)的b-b’剖面图即图4 (b)所示，在板电极1的背面形成有半切部Ia的凸部，该部分经由焊料等的接合材料与半导体芯片接合。此处，使半切部Ia的凸部的高度a为板电极 1的厚度t的一半以下t/2)，由此，能够成形性较好且以较高的尺寸精度形成，板电极 1的大面积化变得容易。进而，在半切部Ia实施压花加工，形成点状的压花加工部Ib (图5)。如图5 (a) 的c-c’剖面图即图5 (b)所示，压花加工部Ib从半切部Ia的凸部突出。这样，本发明的板电极1不需要为了成为与多个半导体芯片对应的形状而进行复杂的弯曲加工，所以，能够以较少的模具低价地形成。并且，不会象引线接合那样，即使芯片数增加，工序数也不增加，所以，从削减工序数这样的角度考虑也是低成本的。由于以上的理由，能够低价地制作搭载本发明的板电极1的半导体装置。< 效果 >
本发明的半导体装置具有在基板上形成的多个半导体芯片5、冲压加工成将多个半导体芯片5的电极间连接的预定图形的板电极1，板电极1具有利用半冲压加工所形成的半切部la，半切部Ia的凸部侧与半导体芯片5的电极接合，所以，能够以低成本制造具有与多个半导体芯片对应的布线结构的半导体装置。另外，在本发明的半导体装置中，板电极1还具有利用压花加工而形成在半切部 Ia上并且从半切部Ia的凸部侧突出的压花加工部lb，所以，压花加工部Ib与半导体芯片 5抵接，由此，确保接合材料8的厚度为与压花加工部Ib的高度相等的厚度。因此，在利用板电极1进行多个半导体芯片5的连接的情况下，也能够在各接合部位使接合材料8的厚度保持均勻，热循环性提高。另外，在本发明的半导体装置中，半导体芯片5在外周部具有保护环6，板电极1的半切部Ia外的部分和半导体芯片5的保护环6的间隔为0. 6mm以上，所以，抑制保护环6 表面的电场，抑制漏电流。另外，在本发明的半导体装置中，与半导体芯片5的保护环6的角部分对应的板电极1的区域被除去，由此，对电场最集中的保护环6的角部分的电场进行缓和，抑制漏电流。另外，在本发明的半导体装置中，半切部Ia的凸部的高度为板电极1的厚度的一半以下，所以，能够成形性较好且以较高的尺寸精度形成，板电极1的大面积化变得容易。
另外，本发明的半导体装置还具有在正下方不存在半导体芯片5的板电极1的区域上设置的电极柱9和与电极柱9连接的外部电极，所以，在传递模塑工序中，由于板电极1 的弯曲效应，电极柱9的上表面相对于外部电极也保持平行，所以，电极柱9和外部电极的接合面的焊料厚度均勻，确保了热循环性。另外，在使用超声波(US)接合的情况下，能够在接合面施加均勻的压力。另外，在本发明的半导体装置中，位于电极柱9的周边的板电极1的至少一部分被除去，所以，从半导体芯片5到电极柱9之间的热电阻变大，能够使与电极柱9连接的外部电极的温度保持在适当范围。另外，在本发明的半导体装置中，以宽带隙半导体形成半导体芯片5，由此，即便在搭载了进行高温动作的半导体芯片5的情况下，也能够不使板电极1的热循环性降低地提高半导体芯片5的绝缘性能。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，具有 多个半导体芯片，形成在基板上；以及板电极，冲压加工成将所述多个半导体芯片的电极间连接的预定图形， 所述板电极具有利用半冲压加工所形成的半切部，所述半切部的凸部侧与所述半导体芯片的所述电极接合。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述板电极还具有压花加工部，该压花加工部利用压花加工而形成在所述半切部上并且从所述半切部的所述凸部侧突出。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体芯片在外周部具有保护环，所述板电极的所述半切部外的部分与所述半导体芯片的所述保护环的间隔为0. 6mm 以上。
4.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，与所述半导体芯片的所述保护环的角部分对应的所述板电极的区域被除去。
5.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 所述半切部的凸部的高度为所述板电极的厚度的一半以下。
6.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，还具有电极柱，设置在正下方不存在所述半导体芯片的所述板电极的区域上；外部电极，与所述电极柱连接。
7.如权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，位于所述电极柱的周边的所述板电极的至少一部分被除去。
8.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 所述半导体芯片以宽带隙半导体形成。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种半导体装置，能够以低成本制造且具有高热循环性，并且，具有与多个芯片对应的板电极。本发明的半导体装置具有在基板上形成的多个半导体芯片(5)和将多个半导体芯片(5)的电极间连接的板电极(1)。板电极(1)具有利用半冲压加工所形成的半切部(1a)，半切部(1a)的凸部侧与半导体芯片的电极接合。
文档编号H01L25/04GK102437138SQ201110198380
公开日2012年5月2日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年9月29日
发明者大开美子, 山口义弘 申请人:三菱电机株式会社