专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置的结构及其制造方法，特别涉及采用成批传递模制(transfer mold)方式制造的半导体装置。
背景技术：
作为电力用半导体装置的制造方式，一体性地形成被树脂密封的多个半导体装置，经过随后的切断(切割(dicing))而获得一个个树脂密封型半导体装置的成批传递模制方式，广为人知。采用成批传递模制方式后，能够提高电力用半导体装置的可靠性，实现小型化、低成本化。例如专利文献I公布了采用成批传递模制方式制造引线框结构的半导体装置的方法。在专利文献I中，公布了通过切割将成批树脂密封的多个半导体装置切成一个个半导体装置(单片化)时，预先在引线框上设置沿着切割线的线状的槽的技术。依据该技术，能够减少切割时的摩擦弓丨起的热，减少引线框的切断面中“毛刺”的产生。专利文献1:日本特开2002 - 110885号公报。
发明内容
在专利文献I中，在引线框设置线状的槽的目的，是为了获得易于切断、提高加工精度等加工方面的优点。在专利文献I中，如图1所示，成为从引线框切出的端子部从单片化的半导体装置的端面(切断面)的模制树脂露出的结构。通常在引线框结构的半导体装置中，模制树脂的作用是专门将端子部之间绝缘，所以成为这种结构后，水分就从露出半导体装置的端部的端子部和模制树脂的界面侵入，有可能使模制树脂的绝缘性降低，严重时还会出现界面剥离，使封装成为敞开的危险。特别是在电力用半导体装置中，因为要求它具备对于高电压及高电流而言的耐受性，所以端子部露出半导体装置的端面的结构，有可能降低电力用半导体装置的可靠性。本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提高采用成批传递模制方式制造的半导体装置的可靠性。本发明涉及的半导体装置，具备:基板，该基板包含金属底座板、在所述金属底座板上配置的绝缘片以及在所述绝缘片上配置的布线图案；半导体元件，该半导体元件配置在所述基板上；以及模制树脂，该模制树脂构成密封所述半导体元件的壳体，所述模制树脂延伸到所述基板的侧面，所述绝缘片及所述布线图案，在所述基板的侧面不从所述模制树脂露出，所述金属底座板在所述基板的侧面具有从所述模制树脂露出的伸出部。本发明涉及的半导体装置的制造方法，具备:(a)准备包含金属底座板、在所述金属底座板上配置的绝缘片以及在所述绝缘片上配置的布线图案的基板的工序；(b)在所述基板上安装半导体元件的工序；(c)在所述基板上形成覆盖所述半导体元件的模制树脂的工序；(d)在所述工序(c)后切断所述模制树脂及所述基板，切出多个搭载所述半导体元件的半导体装置的工序，在所述基板上，以沿着所述工序(d)中的切断线的方式预先形成贯通所述布线图案及所述绝缘片而到达所述金属底座板内的宽度大于所述切断线的槽，在所述工序(C )中，将所述模制树脂填充到所述槽的内部。依据本发明，由于绝缘片及布线图案不从半导体装置的端面露出，所以能够防止水分的侵入带来的绝缘片的劣化、布线图案与模制树脂的剥离，提高半导体装置的可靠性。另外，由于采用成批传递模制方式形成，所以还有利于半导体装置的小型化及低成本化。
图1是实施方式I涉及的半导体装置的剖面 图2是实施方式I涉及的半导体装置的俯视 图3是表示实施方式I涉及的半导体装置的内部结构的平面 图4是表示实施方式I涉及的半导体装置的单片化之前的状态的剖面 图5是用于讲述实施方式I涉及的半导体装置的制造方法的 图6是用于讲述实施方式I涉及的半导体装置的制造方法的 图7是用于讲述实施方式I涉及的半导体装置的制造方法的 图8是用于讲述实施方式I涉及的半导体装置的制造方法的 图9是用于讲述实施方式2涉及的半导体装置的结构及制造方法的 图10是用于讲述实施方式3涉及的半导体装置的结构及制造方法的 图11是用于讲述实施方式3涉及的半导体装置的结构及制造方法的图。
具体实施例方式(实施方式I)
图1 图3是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置100的结构的图。在这里，作为它的例子示出电力用半导体装置。图1是半导体装置100的剖面图，图2是其俯视图。另外，图3是表示半导体装置100的内部结构的图，是省略了后文讲述的套板7及模制树脂8的半导体装置100的平面图。此外，图1与沿着图2及图3所示的Al - A2线的剖面对应。本实施方式涉及的半导体装置100，具备用金属底座板1、在金属底座板I上配置的绝缘片2和在绝缘片2上配置的布线图案3构成的金属基板10。在金属基板10的布线图案3上，安装着电力用的半导体元件4和使布线图案3与外部电导通的导电部件即外部端子连通部5。这些布线图案3、半导体元件4及外部端子连通部5，经由引线接合部6连接。在金属基板10上，半导体元件4及引线接合部6被模制树脂8覆盖，贯通模制树脂8地在布线图案3上直立设置外部端子连通部5。模制树脂8在密封半导体元件4及引线接合部6的同时还作为保持金属基板10、半导体元件4、外部端子连通部5、引线接合部6的壳体发挥作用。另外，模制树脂8还具有确保金属基板10上的各要素之间的绝缘的作用。在模制树脂8上配置着热塑性树脂的套板7，该套板7与金属基板10中的半导体元件4的安装面相对地配置，具有多个使外部端子连通部5露出的开口 7a(插塞套)。如图2所示，半导体装置100的上表面，除了外部端子连通部5露出的开口 7a的部分之外，都被套板7覆盖。在金属基板10和套板7之间填充模制树脂8而形成该结构。另外，如图1所示，模制树脂8以覆盖金属基板10的侧面的方式延伸。在金属基板10的侧面，绝缘片2及布线图案3的外端被模制树脂8覆盖。这样，绝缘片2及布线图案3在金属基板10的侧面就不会从模制树脂8露出。金属底座板I的侧面的大部分也被模制树脂8覆盖。但是金属底座板I在其侧面的下部(下表面的边缘部)具有伸出部la，该伸出部Ia在金属基板10的侧面从模制树脂8露出。绝缘片2 —般由热传导性优异的无机填充物体和有机成分构成。这种绝缘片2因为具有吸湿性，所以有被水分劣化的危险。但是在本实施方式中，由于绝缘片2被模制树脂8完全密封，不向外部露出，所以能够防止被水分劣化。这样，就能够充分确保布线图案3和金属底座板I之间的绝缘。这可以使绝缘片2薄膜化，所以还有利于半导体装置100的小型化。同样，因为布线图案3也被模制树脂8完全密封，不向外部露出，所以布线图案3和模制树脂8的界面不向外部露出。因此，能够防止水分从该界面侵入带来的模制树脂8的绝缘性下降。此外，绝缘片2及布线图案3被模制树脂8完全密封后，能够防止机械性的振动带来的金属底座板I和绝缘片2之间的剥离、绝缘片2和布线图案3之间的剥离，还可以获得能够防止布线图案3和金属底座板I之间的(模制树脂8引起的)绝缘性下降的效果。另外，金属底座板I的外径如果包含伸出部Ia在内，就和半导体装置100的外径大小相同，所以能够有效地将半导体元件4产生的热扩散出去。作为金属底座板I的材质，首选铜、铜合金类的金属或铝等。重视成本及轻量化这两者时，使用铝即可，重视散热性时，使用铜或铜合金的金属即可。这样，依据本实施方式，可以获得可靠性高的半导体装置100。另外，如后文所述，因为该半导体装置100采用成批传递模制方式形成，所以还有利于半导体装置的小型化及低成本化。此外，半导体装置100搭载的半导体元件4，可以是将以往的硅(Si)作为材料的元件，但优选例如将以碳化硅(SiC)为首的宽间隙半导体作为材料的元件。用宽间隙半导体形成的元件耐热性优异，所以能够提高半导体元件4的动作温度。这是因为即使绝缘片2吸湿，半导体元件4在高温中动作时，也可以利用该热将该水分向外部散发的缘故。作为宽间隙半导体，除了 SiC之外，例如还有氮化镓(GaN)类材料、金刚石等。本实施方式的半导体装置100，采用成批传递模制方式形成。就是说，可以通过切割从一体性地形成多个半导体装置100的构造体中获得一个个半导体装置100。单片化前的半导体装置100如图4所示，在金属底座板I的伸出部Ia的部分，与邻接的其它的半导体装置100连接。如图4所示，在半导体装置100的单片化之前的状态下，在金属基板10形成与各半导体装置100之间的切割线DL (切断线)对应的线状的槽11 (凹部)。槽11贯通布线图案3及绝缘片2，进入金属底座板I内，其内部被填充模制树脂8。两个半导体装置100被在金属基板10的槽11的中央部切断，模制树脂8残留在各半导体装置100的侧面(切断面)，而且在该金属底座板I的侧面，形成从模制树脂8露出的伸出部la。下面，讲述本实施方式涉及的半导体装置100的制造方法。
首先，准备由金属底座板1、绝缘片2及布线图案3构成的、用于形成多个半导体装置100的金属基板10 (—体性地形成多个半导体装置100的金属基板10)。然后，以沿着将半导体装置100单片化时的切割线DL的方式，在金属基板10形成线状的槽11。槽11形成为贯通布线图案3及绝缘片2，到达金属底座板I内。槽11可以用铣刀(router)等形成。槽11的深度取决于金属底座板I的厚度、材质及大小，最好尽量较深地进入金属底座板I。但是如果使槽11过于深，装卸时就容易使金属底座板I折断或者弯曲，所以根据制造装置的输送系统的情况适当调整即可。在这里，为了切断金属基板10后也使模制树脂8残留在金属底座板I的侧面，需要使槽11的宽度大于切割线DL的宽度。槽11的宽度相当于形成它的铣刀等的刀刃的宽度，切割线DL的宽度相当于切割使用的铣刀等的刀刃的宽度。就是说，在本实施方式中，加工槽11使用的铣刀等的刀刃的宽度，大于切割使用的铣刀等的刀刃的宽度即可。然后，使用焊锡等导电性接合材料，将半导体元件4及外部端子连通部5安装到金属基板10上，进而使用引线接合部6进行使布线图案3、半导体元件4及外部端子连通部5连接的布线。图5示出该布线工序后的状态的半导体装置100的平面图。可知沿着切割线DL在线上形成槽11。使用引线接合部6进行布线后，与金属基板10中的半导体元件4的安装面相对地安装热塑性树脂的套板7 (板状部件)。图6是套板7的平面图。另外，图7是与金属基板10相对地配置套板7时(单片化前)的半导体装置100的俯视图，图8是其剖面图。在金属基板10上安装套板7后，外部端子连通部5就如图8所示地嵌入套板7的开口 7a，如图7所示地外部端子连通部5从开口 7a向半导体装置100的上表面露出。接着，在金属基板10及套板7之间填充模制树脂8。这样，半导体元件4、引线接合部6就被模制树脂8密封。这时，在金属基板10的槽11内也填充模制树脂8。在单片化后的半导体装置100中，该槽11内填充的模制树脂8覆盖金属基板10的侧面。最后，沿着切割线DL切断套板7、模制树脂8及金属基板10，使半导体装置100单片化(切割)。这样，可以获得多个图1所示的半导体装置100。该切割工序也可以使用铣刀等进行。由于铣刀等的刀刃切断槽11内的部分(即金属底座板I的较薄的部分)，所以铣刀等要切断的金属的厚度变薄，容易切断。进而，切断热塑性树脂的套板7时铣刀等的刀刃的磨损，与切断模制树脂8时相比较少，能够很容易地切断。这样，在半导体装置100的上部配置套板7后，可以使铣刀等要切断的模制树脂8的厚度较薄，进而能够很容易地切断，而且还减少铣刀等的刀刃的磨损。如前所述，在该切割工序中使用的铣刀等的刀刃的宽度，小于金属基板10的槽11的宽度。否则，切割之际槽11内的模制树脂8就会被全部除去，在单片化后的半导体装置100中，金属基板10的侧面就不能够被模制树脂8覆盖，绝缘片2、布线图案3的端部有可能会露出。这时，本发明的效果降低，半导体装置100的可靠性下降。另外，使切割线的宽度较大时，可以获得的半导体装置100的数量减少，还带来制造成本的上升。因此，在本实施方式中，切割使用的铣刀等的刀刃的宽度，小于金属基板10的槽11的宽度。但是如果使刀刃过于薄，刀刃的寿命就会下降，还可能出现切割线的摆动等问题，所以最好考虑这些问题，使刀刃的宽度、材质最佳化。此外，在图5等中，示出一体性地形成横向两个、纵向3个合计6个半导体装置100的样态，但是它们的个数可以是任意的。(实施方式2)
在实施方式I中，使金属基板10形成的槽11为方槽形状(截面为“匚”字形(有棱角的“U”字形))，但是槽11的截面形状取决于形成它的铣刀等的刀刃的形状，例如还可以是V槽形状(截面为“V”字形)、U槽形状(截面为“U”字形)等。图9示出在单片化前的金属基板10中形成V槽形状的槽11的例子。但是，考虑到切割半导体装置100时的尺寸精度等，由于与V槽形状相比，方槽形状进而U槽形状在切割工序中不要求很高的对位精度，所以能够容易地进行切割。(实施方式3)
图10及图11是用于讲述实施方式3涉及的半导体装置的结构及制造方法的图。图10是表示实施方式3涉及的半导体装置100的单片化前的状态的剖面图，图11是其俯视图。在本实施方式中，在半导体装置100的上表面部分配置的套板7中，也沿着切割线DL的方式形成线状的槽12。在套板7设置的槽12的宽度大于为了半导体装置100的单片化而切割所使用的刀刃的宽度。这样，在半导体装置100的切割中，能够使铣刀等切断的部分的厚度变薄，切断面积变小。因此，能够在进一步提高切割时的切断速度的同时，还减少切断刀刃的磨损，所以有利于降低制造成本。此外，本发明在其发明的范围内可以自由组合各实施方式，或者适当地对各实施方式进行变形、省略。符号说明
I金属底座板、Ia伸出部、2绝缘片、3布线图案、4半导体元件、5外部端子连通部、6引线接合部、7套板、7a开口、8模制树脂、10金属基板、11金属基板的槽、12套板的槽、100半导体装置、DL切割线。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，具备: 基板，包含金属底座板、在所述金属底座板上配置的绝缘片以及在所述绝缘片上配置的布线图案； 半导体元件，配置在所述基板上；和 模制树脂，构成密封所述半导体元件的壳体， 所述模制树脂延伸到所述基板的侧面， 所述绝缘片及所述布线图案，在所述基板的侧面不从所述模制树脂露出， 所述金属底座板在所述基板的侧面具有从所述模制树脂露出的伸出部。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中还具备: 导电部件，该导电部件贯通所述模制树脂，使所述布线图案和外部电导通； 热塑性树脂的套板，配置在所述模制树脂上，具有使所述导电部件露出的开口。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其中金属底座板由包含铜或铝的材料构成。
4.如权利要求1或2所述的半导体装置，其中所述半导体元件将宽间隙半导体作为材料。
5.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备: (a)准备包含金属底座板、在所述金属底座板上配置的绝缘片以及在所述绝缘片上配置的布线图案的基板的工序； (b)在所述基板上安装半导体元件的工序； (c)在所述基板上形成覆盖所述半导体元件的模制树脂的工序； (d)在所述工序(C)后切断所述模制树脂及所述基板，切出多个搭载所述半导体元件的半导体装置的工序； 在所述基板上，以沿着所述工序(d)中的切断线的方式预先形成有贯通所述布线图案及所述绝缘片而到达所述金属底座板内的、宽度大于所述切断线的槽， 在所述工序(c )中，将所述模制树脂填充到所述槽的内部。
6.如权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中在所述工序(d)中，切断所述模制树脂及所述基板的刀刃的宽度，小于所述槽的宽度。
7.如权利要求5或6所述的半导体装置的制造方法，其中所述槽的截面形状是“匚”字形、“V”字形、“U”字形中的某一个。
8.如权利要求5或6所述的半导体装置的制造方法，其中所述工序(c)包含: (c-Ι)与所述基板中的所述半导体元件的安装面相对地配置热塑性树脂的板状部件的工序， (c - 2)在所述基板和所述板状部件之间填充所述模制树脂的工序。
9.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中在所述板状部件，以沿着所述工序(d)中的切断线的方式预先形成有宽度大于所述切断线的槽。
10.如权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其中在所述工序(d)中，用于切断所述模制树脂及所述基板的刀刃的宽度，小于所述板状部件的所述槽的宽度。
全文摘要
本发明涉及半导体装置及其制造方法。半导体装置(100)具备金属基板(10)，其包含金属底座板(1)、在金属底座板(1)上配置的绝缘片(2)及在绝缘片(2)上配置的布线图案(3)；和半导体元件(4)，其配置在金属基板(10)上。半导体元件(4)被模制树脂(8)密封。模制树脂(8)延伸到金属基板(10)的侧面。在金属基板(10)的侧面，绝缘片(2)及布线图案(3)不从模制树脂(8)露出，另一方面，金属底座板(1)具有从模制树脂(8)露出的伸出部(1a)。根据本发明，能够提高采用成批传递模制方式制造的半导体装置的可靠性。
文档编号H01L21/56GK103208466SQ20121038597
公开日2013年7月17日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年1月16日
发明者冈诚次, 多田和弘, 吉田博 申请人:三菱电机株式会社