半导体装置的制作方法

文档序号:18662190发布日期:2019-09-13 19:33阅读:150来源:国知局
半导体装置的制作方法

本说明书所公开的技术涉及一种半导体装置。



背景技术:

在日本特开2015-130465号公报中公开了一种半导体装置。该半导体装置具备:第一半导体元件以及第二半导体元件;密封体,其对第一半导体元件以及第二半导体元件进行密封;第一信号端子以及第二信号端子,其以跨及密封体的内外的方式而延伸。第一信号端子在密封体的内部经由接合线而与第一半导体元件连接。第二信号端子在密封体的内部经由接合线而与第二半导体元件连接。第一信号端子和第二信号端子从密封体向同一方向突出。



技术实现要素:

从密封体向同一方向突出的第一信号端子以及第二信号端子,通常与称为控制基板的外部设备相连接。因此,为了避免外部设备的大型化,而期望使第一信号端子与第二信号端子之间的距离(间隔)较小。另一方面,对于第一半导体元件与第二半导体元件之间的距离而言,由于密封体的内部的设计上的限制等,因此不能够太小。由此,当将第一信号端子和第二信号端子之间的距离设计得较小时,在密封体的内部,第一信号端子以及第二信号端子将分别离开第一半导体元件以及第二半导体元件。其结果为,对第一信号端子和第一半导体元件进行连接的接合线、或对第二信号端子和第二半导体元件进行连接的接合线变长。由于接合线越长,则例如阻抗越增大,因此信号传递中的劣化或损失越可能变大。或者,在使密封体成形的工序中,接合线易于发生位移,从而导致例如电气短路的可能性变高。本说明书提供一种能够缩短或省略接合线的技术。

本说明书所公开的技术被具体化为半导体装置。该半导体装置具备:第一半导体元件以及第二半导体元件;密封体,其对第一半导体元件以及第二半导体元件进行密封;第一信号端子,其跨及密封体的内外而延伸,并且在密封体的内部与第一半导体元件连接;第二信号端子,其跨及密封体的内外而延伸,并且在密封体的内部与第二半导体元件连接。第一信号端子和第二信号端子从密封体向同一方向突出。第一信号端子在密封体的内部具有随着向第一半导体元件接近而远离第二信号端子的区间。第二信号端子在密封体的内部具有随着向第二半导体元件接近而远离第一信号端子的区间。

根据上述结构,在密封体的外部,能够使第一信号端子与第二信号端子之间的距离(间隔)减小,同时,在密封体的内部,能够使第一信号端子以及第二信号端子分别接近第一半导体元件以及第二半导体元件。如前文所述,如果在密封体的外部第一信号端子与第二信号端子之间的距离较小,则能够避免连接有这些端子的外部设备的大型化。或者,在以与第一信号端子或第二信号端子邻接的方式而存在其他端子时,通过增大与该其他端子之间的距离,从而能够提高与该其他端子之间的绝缘性。另一方面,在密封体的内部,由于第一信号端子接近第一半导体元件,第二信号端子接近第二半导体元件,因此能够缩短或省略对第一信号端子和第一半导体元件进行连接的接合线(或其他的连接部件)、或对第二信号端子和第二半导体元件进行连接的接合线(或其他的连接部件)。

附图说明

图1为实施例的半导体装置10的俯视图。

图2为表示半导体装置10的内部结构的俯视图。

图3为图1中的iii-iii线的剖视图,且表示半导体装置10的内部结构。

图4为图1中的iv-iv线的剖视图,且表示半导体装置10的内部结构。

图5表示密封体12的内部的第一信号端子18以及第二信号端子19的结构。

图6为表示关于第一信号端子18以及第二信号端子19的一个改变例的图。

图7为表示关于第一信号端子18以及第二信号端子19的另一个改变例的图。

图8为表示关于第一信号端子18以及第二信号端子19的另一个改变例的图。

图9为表示与第一上侧散热板22的焊料吸收槽22d相关的一个改变例的图。

图10为表示第一上侧散热板22与第一导体间隔件24之间的焊接的图,且在第一上侧散热板22上采用了图9所示的改变例的焊料吸收槽22d。

图11为表示与焊料吸收槽22d相关的另一个改变例的图。

图12为表示与焊料吸收槽22d相关的另一个改变例的图。

图13为表示关于第一接头部22c的焊料吸收槽22e的一个改变例的图。

图14表示图13中的xiv线-xiv线的剖视图。

图15为表示第一上侧散热板22与第一导体间隔件24之间的焊接的图,且在第一上侧散热板22的第一接头部22c上采用了图13、图14所示的改变例的焊料吸收槽22e。

图16为表示与第二上侧散热板42的焊料接合区域s4、s5相关的改变例的图。

图17为表示第二上侧散热板42与第二导体间隔件44之间的焊接的图,且第二上侧散热板42的焊料接合区域s4、s5满足图16所示的位置关系。

图18为表示与悬吊端子13相关的改变例的图。

图19为表示与悬吊端子13相关的其他的改变例的图。

图20为表示与n端子15相关的改变例的图。

图21表示图20中的xxi线-xxi线的剖视图。

具体实施方式

在本技术的一个实施方式中,也可以为,第一信号端子和第二信号端子中的至少一方在密封体的外部直线性地延伸。根据这样的结构,在第一信号端子和/或第二信号端子与例如控制基板的连接器连接时,能够避免第一信号端子和/或第二信号端子发生变形的情况。换而言之,当假设第一信号端子和/或第二信号端子在密封体的外部弯曲时,在第一信号端子和/或第二信号端子例如与控制基板的连接器连接时易于发生变形。

在本技术的一个实施方式中,也可以为,第一信号端子和第二信号端子中的至少一方在密封体的内部具有包含至少两个弯曲部的曲轴形状。根据这样的结构,能够牢固地将第一信号端子和/或第二信号端子相对于密封体而固定。

在本技术的一个实施方式中,也可以为,第一信号端子和第二信号端子具有互相面对称的形状。根据这样的结构,能够很容易地进行半导体装置的设计以及制造。此外,通过具有结构上的对称性,从而能够抑制在半导体装置中局部产生较高的应力的情况(即,应力集中)。

在本技术的一个实施方式中,第一信号端子和第二信号端子中的至少一方为板状,并且在密封体的内部于厚度方向上弯曲。根据这样的结构,能够更加牢固地将第一信号端子和/或第二信号端子相对于密封体而固定。

在下文中,将参照附图而对本发明的代表性且非限定性的具体示例进行详细地说明。该详细的说明的意图单纯在于向本领域技术人员示出用于实施本发明的优选的示例,并未意图对本发明的范围进行限定。此外,对于下文所公开的追加性的特征以及发明而言,为了提供被进一步改善的半导体装置、及其使用方法以及制造方法,而能够与其他的特征或发明独立地或者共同地使用。

此外,在以下的详细说明中所公开的特征或工序的组合在最广泛的意义上并非是实施本发明时所必须的,尤其是仅为了对本发明的代表性的具体示例进行说明而记载的内容。而且,对于上述以及下述的代表性的具体示例的各种各样的特征、以及独立权利要求和从属权利要求所记载的各种各样的特征而言,在提供本发明的追加性地且有用的实施方式时,并非必须如这里所记载的具体示例那样、或者所列举的顺序那样组合。

本说明书和/或权利要求书所记载的全部特征与实施例和/或权利要求所记载的特征的构成不同,其意图在于,作为针对申请最初的公开以及要求保护的特定事项的限定而以单独且互相独立的方式被公开。而且,对于全部的数值范围以及群组或者集团的记载具有作为针对申请最初的公开以及要求保护的特定事项的限定而公开了它们的中间结构的意图。

(实施例)

参照附图,对实施例的半导体装置10进行说明。本实施例的半导体装置10能够在例如电动汽车、混合动力车、燃料电池车这类的电动汽车中,使用于转换器或逆变器这类的电力转换电路中。但是,半导体装置10的用途并未被特别限定。半导体装置10能够在各种各样的装置或电路中广泛地采用。

如图1至图4所示,半导体装置10具备:第一半导体元件20、第二半导体元件40、密封体12、多个端子14、15、16、18、19。第一半导体元件20和第二半导体元件40为功率半导体元件,并被密封于密封体12的内部。虽然密封体12并未被特别限定,但例如由环氧树脂这类的热固化性树脂构成。本实施例中的密封体12大体上具有板状形状,并且具有上表面12a、位于上表面12a的相反侧的下表面12b、与上表面12a和下表面12b邻接的第一端面12c、与上表面12a和下表面12b邻接且位于第一端面12c的相反侧的第二端面12d。但是,密封体12的形状并未被限定于在本实施例中所例示的形状,能够适当地进行变更。

各个端子14、15、16、18、19从密封体12的外部跨及内部而延伸,且在密封体12的内部与第一半导体元件20和第二半导体元件40中的至少一方电连接。虽然是一个示例,但在多个端子14、15、16、18、19中包括有作为电力用的p端子14、n端子15以及o端子16、作为信号用的多个第一信号端子18以及多个第二信号端子19。p端子14、n端子15和o端子16从密封体12的第二端面12d突出,并沿着同一方向而互相平行地延伸。多个第一信号端子18以及多个第二信号端子19从密封体12的第一端面12c突出,并沿着同一方向而互相平行地延伸。多个第一信号端子18以及多个第二信号端子19例如与外部的控制基板2的连接器4相连接(参照图5)。

第一半导体元件20具有上表面电极20a、下表面电极20b和多个信号电极20c。上表面电极20a以及多个信号电极20c位于第一半导体元件20的上表面上,下表面电极20b位于第一半导体元件20的下表面上。第一半导体元件20为,具有上下一对的电极20a、20b的纵向型的半导体元件。多个信号电极20c为,用于输入或输出针对第一半导体元件20的驱动信号、表示第一半导体元件20的温度的温度信号、以及表示第一半导体元件20的电流的电流信号的这类各种信号的电极。同样地,第二半导体元件40具有上表面电极40a、下表面电极40b和多个信号电极40c。上表面电极40a以及多个信号电极40c位于第二半导体元件40的上表面上,下表面电极40b位于第二半导体元件40的下表面上。即,对于第二半导体元件40而言,也为具有上下一对的电极40a、40b的纵向型的半导体元件。本实施例中的第一半导体元件20和第二半导

体元件40互相为相同种类的半导体元件,详细而言,为内置igbt(insulatedgatebipolartransistor:绝缘栅双极型晶体管)和二极管的rc-igbt(reverseconductingigbt:逆导型igbt)元件。

但是,第一半导体元件20和第二半导体元件40各自并未被限定于rc-igbt元件,也可以为例如mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor:金属-氧化物半导体场效应晶体管)元件这类其他的功率半导体元件。或者,第一半导体元件20和第二半导体元件40各自也可以被置换为二极管元件和igbt元件(或mosfet元件)这类两个以上的半导体元件。第一半导体元件20和第二半导体元件40的具体结构并未被特别限定,能够采用各种半导体元件。在该情况下,第一半导体元件20和第二半导体元件40也可以为彼此不同种类的半导体元件。此外,第一半导体元件20和第二半导体元件40各自能够利用例如硅(si)、碳化硅(sic)、或氮化镓(gan)这类的各种半导体材料而被构成。虽然在构成第一半导体元件20的上表面电极20a和下表面电极20b的材料中,并未特别限定,但能够采用例如铝类或其他金属。同样地,虽然在构成第二半导体元件40的上表面电极40a和下表面电极40b的材料中,并未特别限定,但能够采用例如铝类或其他金属。

半导体装置10还具备第一上侧散热板22、第一导体间隔件24和第一下侧散热板26。第一导体间隔件24使用例如铜或其他的金属这类具有导电性的材料而被构成。第一导体间隔件24为大致板形状或者块形状的部件,并且具有上表面24a、和位于与上表面24a相反一侧的下表面24b。第一导体间隔件24位于密封体12内。第一导体间隔件24的上表面24a经由焊料层23而与第一上侧散热板22接合。第一导体间隔件24的下表面24b经由焊料层25而与第一半导体元件20的上表面电极20a接合。即,第一导体间隔件24与第一半导体元件20电连接。虽然第一导体间隔件24不一定是必要的,但是确保了将第一信号端子18与第一半导体元件20进行连接时的空间。

第一上侧散热板22以及第一下侧散热板26由例如铜、铝或其他的金属这类的热传导性优异的材料构成。第一上侧散热板22为大致长方体形状或板形状的部件,并且具有上表面22a、和位于与上表面22a相反一侧的下表面22b。第一上侧散热板22的上表面22a在密封体12的上表面12a上露出于外部。此外,第一上侧散热板22的下表面22b经由焊料层23而与前述的第一导体间隔件24的上表面24a接合。即,第一上侧散热板22经由第一导体间隔件24而与第一半导体元件20电连接以及热连接。由此,第一上侧散热板22不仅构成半导体装置10的电气电路的一部分,而且还作为将第一半导体元件20的热向外部释放的散热板而发挥功能。

第一下侧散热板26为大致长方体形状或板形状的部件,并且具有上表面26a、和位于与上表面26a相反一侧的下表面26b。第一下侧散热板26的下表面26b在密封体12的下表面12b上露出于外部。此外,第一下侧散热板26的上表面26a经由焊料层27而与第一半导体元件20的下表面电极20b接合。即,第一下侧散热板26与第一半导体元件20电连接以及热连接。由此,第一下侧散热板26也不仅构成半导体装置10的电气电路的一部分,而且还作为将第一半导体元件20的热向外部释放的散热板而发挥功能。以此方式,本实施例的半导体装置10具有在密封体12的双面12a、12b上露出了第一上侧散热板22以及第一下侧散热板26的双面冷却结构。

半导体装置10还具备第二上侧散热板42、第二导体间隔件44和第二下侧散热板46。第二导体间隔件44使用例如铜或其他的金属这类具有导电性的材料而被构成。第二导体间隔件44为大致板形状或者块形状的部件,并且具有上表面44a、和位于与上表面44a相反一侧的下表面44b。第二导体间隔件44位于密封体12内。第二导体间隔件44的上表面44a经由焊料层43而与第二上侧散热板42接合。第二导体间隔件44的下表面44b经由焊料层45而与第二半导体元件40的上表面电极40a接合。即,第二导体间隔件44与第二半导体元件40电连接。第二导体间隔件44不一定是必要的,但是确保了将第二信号端子19与第二半导体元件40进行连接时的空间。

第二上侧散热板42以及第二下侧散热板46由例如铜、铝或其他的金属这类的热传导性优异的材料构成。第二上侧散热板42为大致长方体形状或板形状的部件,并且具有上表面42a、和位于与上表面42a相反一侧的下表面42b。第二上侧散热板42的上表面42a在密封体12的上表面12a上露出于外部。此外,第二上侧散热板42的下表面42b经由焊料层43而与前述的第二导体间隔件44的上表面44a接合。即,第二上侧散热板42经由第二导体间隔件44而与第二半导体元件40电连接以及热连接。由此,第二上侧散热板42不仅构成半导体装置10的电路的一部分,而且还作为将第二半导体元件40的热向外部释放的散热板而发挥功能。

第二下侧散热板46为大致长方体形状或板形状的部件,并且具有上表面46a、和位于与上表面46a相反一侧的下表面46b。第二下侧散热板46的下表面46b在密封体12的下表面12b上露出于外部。此外,第二下侧散热板46的上表面46a经由焊料层47而与第二半导体元件40的下表面电极40b接合。即,第二下侧散热板46与第二半导体元件40电连接以及热连接。由此,第二下侧散热板46也不仅构成半导体装置10的电气电路的一部分,而且还作为将第二半导体元件40的热向外部释放的散热板而发挥功能。以此方式,本实施例的半导体装置10具有在密封体12的双面12a、12b上露出了第二上侧散热板42以及第二下侧散热板46的双面冷却结构。第二下侧散热板46经由后述的第一接头部22c以及第二接头部46c而与第一上侧散热板22连接。

如上文所述,在半导体装置10中,作为外部连接端子而具备p端子14、n端子15以及o端子16。本实施例中的p端子14、n端子15以及o端子16由铜构成。但是,p端子14、n端子15和o端子16并未被限定于铜,也可以由其他的导体构成。p端子14在密封体12的内部与第一下侧散热板26的上表面26a连接。n端子15在密封体12的内部与第二上侧散热板42的下表面42b连接。而且,o端子16与第二下侧散热板46的上表面46a连接。虽然是一个示例,但p端子14和o端子16分别与第一下侧散热板26和第二下侧散热板46一体形成。但是,p端子14和o端子16的一方或双方也可以通过例如焊接而分别与第一下侧散热板26和第二下侧散热板46接合。此外,虽然后文会叙述,但n端子15通过焊接而与第二上侧散热板42的第三接头部42c接合。

多个第一信号端子18在密封体12的内部分别与第一半导体元件20的多个信号电极20c连接。在本实施例中,第一信号端子18与第一半导体元件20的信号电极20c之间经由接合线18a而被连接。但是,第一信号端子18与信号电极20c之间也可以不经由接合线18a或其他的连接部件而被直接连接。同样地,多个第二信号端子19在密封体12的内部分别与第二半导体元件40的多个信号电极40c连接。第二信号端子19与第二半导体元件40的信号电极40c之间也经由接合线19a而被连接。但是,第二信号端子19与信号电极40c之间也可以不经由接合线19a或其他的连接部件而被直接连接。

如图2、图3所示,半导体装置10的第一上侧散热板22还具有由导体构成的第一接头部22c。同样地,第二下侧散热板46也还具有由导体构成的第二接头部46c。第一接头部22c和第二接头部46c位于密封体12的内部。第一上侧散热板22的第一接头部22c经由焊料层50而与第二下侧散热板46的第二接头部46c接合。即,第一接头部22c以及第二接头部46c使第一上侧散热板22与第二下侧散热板46之间电连接。由此,第一半导体元件20和第二半导体元件40经由第一接头部22c以及第二接头部46c而被串联连接。第一接头部22c以及第二接头部46c能够由例如铜构成。第一接头部22c和第一上侧散热板22既可以被一体形成,也可以相互接合。这种情况的接合方法并未被特别限定,也可以通过例如焊接而被接合。同样地,第二接头部46c和第二下侧散热板46既可以被一体形成,也可以相互接合。这种情况的接合方法也并未被特别限定,也可以通过例如焊接而被接合。

半导体装置10的第二上侧散热板42具有由导体构成的第三接头部42c。第三接头部42c位于密封体12的内部,并经由焊料层60(参照图17)而与n端子15接合。由此,第二半导体元件40经由第二上侧散热板42以及第三接头部42c而与n端子15电连接。第三接头部42c能够由例如铜构成。第三接头部42c和第二上侧散热板42既可以被一体形成,也可以相互接合。这种情况的接合方法并未被特别限定,也可以通过例如焊接而被接合。

如图2、图3所示,在第一上侧散热板22的下表面22b上,以包围焊料层23的方式设置有焊料吸收槽22d。通过该焊料吸收槽22d,从而能够在对第一导体间隔件24和第一上侧散热板22进行焊接时,收纳剩余的焊料,并能够防止焊料润湿扩散至非意图的范围内的情况。同样地,在第二上侧散热板42的下表面42b上,以包围焊料层43的方式设置有焊料吸收槽42d。通过该焊料吸收槽42d,从而能够在对第二导体间隔件44和第二上侧散热板42进行焊接时,收纳剩余的焊料,并能够防止其润湿扩散至非意图的范围内的情况。虽然是一个示例,但在本实施例的半导体装置10中,在第一上侧散热板22和第二上侧散热板42各自中采用了相同形状的部件。

在第一上侧散热板22中,在第一接头部22c上也设置有焊料吸收槽22e。焊料吸收槽22e以包围位于其与第二接头部46c之间的焊料层50的方式而被设置。通过该焊料吸收槽22e,从而能够在对第一接头部22c和第二接头部46c进行焊接时,收纳剩余的焊料,并能够防止焊料润湿扩散至非意图的范围内的情况。同样地,在第二上侧散热板42的第三接头部42c中也设置有焊料吸收槽42e。该焊料吸收槽42e以包围位于其与n端子15之间的焊料层60(参照图17)的方式而被设置。通过该焊料吸收槽42e,从而能够在对第二上侧散热板42的第三接头部42c和n端子15进行焊接时,收纳剩余的焊料,并能够防止其润湿扩散至非意图的范围内的情况。

接下来,对第一信号端子18和第二信号端子19的详细情况进行说明。如图5所示,各个第一信号端子18在密封体12的内部弯曲,并且具有朝向第一半导体元件20进行位移的位移区间18x。在该位移区间18x中,随着接近第一半导体元件20,从而第一信号端子18远离第二信号端子19。同样地,各个第二信号端子19在密封体12的内部弯曲,并且具有朝向第二半导体元件40进行位移的位移区间19x。在该位移区间19x中,随着接近第二半导体元件40,从而第二信号端子19远离第一信号端子18。

根据上述结构,在密封体12的外部,能够使第一信号端子18与第二信号端子19之间的距离d1减小,并且在密封体12的内部,能够使第一信号端子18以及第二信号端子19分别接近于第一半导体元件20以及第二半导体元件40。如前文所述,多个第一信号端子18以及多个第二信号端子19与外部的控制基板2的连接器4连接。因此,如果在密封体12的外部处第一信号端子18与第二信号端子19之间的距离d1较小,则能够避免连接多个第一信号端子18和多个第二信号端子19的控制基板2的大型化。

另一方面,由于在密封体12的内部,第一信号端子18接近第一半导体元件20,因此能够缩短对第一信号端子18和第一半导体元件20进行连接的接合线18a(或其他的连接部件)。或者,也能够在不经由接合线18a的条件下,将第一信号端子18与第一半导体元件20之间直接连接。同样地,也能够缩短或省略对第二信号端子19和第二半导体元件40进行连接的接合线19a(或其他的连接部件)。

而且,在本实施例的半导体装置10中,以与第一信号端子18邻接的方式而存在有悬吊端子13,以与第二信号端子19邻接的方式而存在另一悬吊端子17。由于一个悬吊端子13与第一下侧散热板26连接,因此需要与第一信号端子18电绝缘。同样地,由于另一个悬吊端子17与第二下侧散热板46连接,因此需要与第二信号端子19电绝缘。关于这一点,如果第一信号端子18与第二信号端子19之间的距离d1较小,则能够使第一信号端子18与悬吊端子13之间的距离d2、或第二信号端子19与悬吊端子17之间的距离d3增大。由此,能够分别提高第一信号端子18与悬吊端子13之间的绝缘性、以及第二信号端子19与悬吊端子17之间的绝缘性。另外,在第一信号端子18与悬吊端子13之间,为了增大它们之间的沿面距离(creepingdistance),而在密封体12中形成有凹部12e。同样地,在第二信号端子19与悬吊端子17之间,为了增大它们之间的沿面距离,而在密封体12中形成有凹部12f。

在本实施例的半导体装置10中,第一信号端子18与第二信号端子19分别在密封体12的外部沿直线延伸。根据这样的结构,能够在第一信号端子18以及第二信号端子19与例如控制基板2的连接器4连接时,避免第一信号端子18以及第二信号端子19发生变形的情况。但是,作为其他的实施方式,第一信号端子18和第二信号端子19中的一方或双方也可以在密封体12的外部弯曲。

在本实施例的半导体装置10中,第一信号端子18和第二信号端子19分别夹着位移区间18x、19x而具有两个弯曲部,且在密封体12的内部具有曲轴形状。根据这样的结构,能够牢固地将第一信号端子18以及第二信号端子19相对于密封体12而进行固定。但是,作为其他的实施方式,如图6所示,第一信号端子18和第二信号端子19分别只要至少具有位移区间18x、19x即可,并不一定具有曲轴形状。在图6所示的示例中,在第一信号端子18和第二信号端子19各自中,位移区间18x、19x延伸至各个信号端子18、19的顶端为止。

如图7所示,在第一信号端子18和第二信号端子19中的一方或双方之中,也可以在密封体12的内部形成有切口18c、19c。根据这样的结构,通过使密封体12的一部分进入切口18c、19c内,从而使第一信号端子18和/或第二信号端子19相对于密封体12而被更加牢固地固定。但是,在本实施例的半导体装置10中,第一信号端子18和第二信号端子19各自通过具有位移区间18x、19x,从而相对于密封体12而被牢固地固定。由此,在第一信号端子18以及第二信号端子19中,并不一定需要设置切口18c、19c。而且,通过省略切口18c、19c,从而能够减少例如第一信号端子18或第二信号端子19的阻抗。

在本实施例的半导体装置10中,第一信号端子18和第二信号端子19具有相互面对称的形状。根据这样的结构,能够易于实施半导体装置10的设计和制造。此外,通过具有结构上的对称性,从而能够抑制在半导体装置10中局部性地产生较高的应力的情况(即,应力集中)。

在本实施例的半导体装置10中,第一信号端子18和第二信号端子19各自为板状,并且在密封体12的内部在厚度方向上弯曲。根据这样的结构,能够更加牢固地将第一信号端子18以及第二信号端子19相对于密封体12而进行固定。但是,作为其他的实施方式,如图8所示,第一信号端子18和第二信号端子19中的一方或双方也可以不在密封体12的内部在厚度方向上弯曲。即,第一信号端子18和第二信号端子19中的一方或双方也可以在密封体12的内部为平坦。

(与焊料吸收槽22d、42d相关的改变例)

如前文所述,在第一上侧散热板22的下表面22b上,以包围焊料层23的方式设置有焊料吸收槽22d。通过该焊料吸收槽22d,从而在对第一导体间隔件24和第一上侧散热板22进行焊接时,收纳剩余的焊料,并防止了焊料扩撒至非意图的范围内的情况。但是,由于对于成为剩余的焊料的量而言,存在个体差异,因此在例如剩余的焊料的量较少时,剩余的焊料仅被收纳在焊料吸收槽22d的一部分区间内。在该情况下,焊料层23的周缘的一部分位于焊料吸收槽22d的内部,其他一部分位于焊料吸收槽22d的外部,从而在两者之间焊料的接触角(焊料的焊脚形状)可能大不相同。

在此,当焊料在两个部件之间熔融时,因熔融的焊料的表面张力而产生的吸附力会作用于两个部件之间。而且,该吸附力的大小根据焊料的接触角而变化。因此,在仅在焊料吸收槽22d的一部分区间内收纳了剩余的焊料的状态下,作用于第一导体间隔件24与第一上侧散热板22之间的吸附力也会不均等地产生。其结果为,第一导体间隔件24和第一上侧散热板22的相对位置或姿态会发生变化,从而有可能降低半导体装置10的尺寸精度。尤其是,当焊料层23的周缘中的、对置的两边上焊料的接触角(即,产生的吸附力)互不相同时,两个部件的相对位置或姿态将易于发生变化,从而半导体装置10的尺寸精度易于降低。

关于上述的课题,在焊料吸收槽22d中能够采用下述的结构。如图9所示,在此,将第一上侧散热板22的下表面22b中的、与被插入于其和第一导体间隔件24之间的焊料层23接触的区域称为第一焊料接合区域s1。在该情况下,在第一焊料接合区域s1的周缘中的、在第一方向(图9中的左右方向)上对置的两边52、56位于焊料吸收槽22d内,并且在第二方向(图9中的上下方向)上对置的其他两边54、58位于焊料吸收槽22d外即可。虽然是一个示例,但第一方向和第二方向的边也可以相互正交。

根据上述结构,如图10所示,在对第一上侧散热板22和第一导体间隔件24进行焊接时,剩余的焊料被收纳于焊料吸收槽22d的位置被限定于第一焊料接合区域s1的对置的两边52、56。通过将剩余的焊料流入焊料吸收槽22d的位置限定为第一焊料接合区域s1的周缘中的一部分,从而即使在剩余的焊料的量中发生一定的变动,在该两边52、56中,剩余的焊料也同样地被焊料吸收槽22d收纳,从而焊料23的接触角也大致相等。另一方面,由于第一焊料接合区域s1的对置的其他两边54、58分别位于焊料吸收槽22d之外,因此焊料23的接触角大致相等。

由于在第一焊料接合区域s1的对置的各两边(52和56、54和58)上,焊料23的接触角分别大致相等,因此抑制了第一上侧散热板22和第一导体间隔件24的相对位置或姿态的变化,从而提高了半导体装置10的尺寸精度。另外,由于制造阶段的焊料23构成了前述的半导体装置10的焊料层23,因此在此标记了相同的符号。此外,如图10所示,在对第一上侧散热板22和第一导体间隔件24进行焊接时,也可以根据需要而利用夹具j。上述的焊料吸收槽22d所涉及的结构在第二上侧散热板42的焊料吸收槽42d中也能够同样采用。

关于焊料吸收槽22d、42d的结构,能够进行各种各样的变更。例如,如图11所示,在第一上侧散热板22的下表面22b上,也可以沿着第一焊料接合区域s1的周缘而设置在第一方向上对置的两个焊料吸收槽22d。即,焊料吸收槽22d也可以不被形成为环状。即使在该情况下,第一焊料接合区域s1的周缘之中的、第一方向上对置的两边52、56也位于焊料吸收槽22d内,并且第二方向上对置的其他两边54、58也位于焊料吸收槽22d外。

或者,如图12所示,也可以使焊料吸收槽22d的宽度或截面面积在对置的两个区间、和对置的其他两个区间之间互不相同。详细而言,相对于第一方向上对置的两个区间的宽度,也可以充分减小第二方向上对置的两个区间的宽度。由此,在第二方向上对置的两个区间中,截面面积被减小到未完全收纳剩余的焊料的程度。根据这样的结构,在对第一上侧散热板22和第一导体间隔件24进行焊接时,在第一焊料接合区域s1的第二方向上对置的两边54、58会超过焊料吸收槽22d而位于其外侧。另一方面,第一方向上对置的两边52、56则被留在焊料吸收槽22d的位置上。即,即使根据图12所示的结构,第一焊料接合区域s1的周缘中的、第一方向上对置的两边52、56也位于焊料吸收槽22d内,并且第二方向上对置的其他两边54、58也位于焊料吸收槽22d外。另外,焊料吸收槽22d也可以不一定被形成为环状,也可以在例如上述的四个区间中被分割。

(与焊料吸收槽22e相关的改变例)

如前文所述,第一上侧散热板22的第一接头部22c和第二下侧散热板46的第二接头部46c经由焊料层50而相互接合。而且,在第一上侧散热板22的第一接头部22c中,以包围焊料层50的方式设置有焊料吸收槽22e。在第一上侧散热板22的第一接头部22c和第二下侧散热板46的第二接头部46c被相互焊接在一起时,将因熔融的焊料的表面张力而在两个接头部22c、46c之间作用有吸附力。在此,由于第一上侧散热板22的第一接头部22c位于从第一上侧散热板22的重心分离的位置处,因此作用于第一接头部22c上的吸附力易于使第一上侧散热板22的位置或姿态发生变化。第二下侧散热板46也是同样。如此,如果在两个部件被相互焊接在一起时,因熔融的焊料的表面张力而产生的吸附力在至少一方的部件中作用于从重心分离的位置上,则两个部件的相对位置或姿态易于发生变化,从而有可能使产品的尺寸精度降低。

关于上述的课题,在第一接头部22c的焊料吸收槽22e中,能够采用下述的结构。如图13、图14所示,将在第一上侧散热板22的第一接头部22c中与焊料层50接触的区域称为第二焊料接合区域s2,将在第二下侧散热板46的第二接头部46c中与焊料层50接触的区域称为第三焊料接合区域s3。在该情况下,焊料吸收槽22e的内周缘e只要在俯视观察时(参照图13)位于与第三焊料接合区域s3相比靠外侧即可。即,只要以第一接头部22c中的第二焊料接合区域s2的面积大于第二接头部46c中的第三焊料接合区域s3的面积的方式形成第一接头部22c的焊料吸收槽22e即可。另外,这里所说的俯视观察的含义是指,沿着与将第一接头部22c和第二接头部46c互相接合的焊料层50垂直的方向进行观察的情况。

根据上述的结构,如图15所示,在半导体装置10的制造阶段中,在对第一接头部22c与第二接头部46c之间进行焊接时,熔融的焊料50的相对于第二焊料接合区域s2的接触角θ充分大于90度。如前文所述,当焊料50在第一接头部22c与第二接头部46c之间熔融时,将因熔融的焊料50的表面张力f而在第一接头部22c与第二接头部46c之间作用有吸附力。该吸附力的大小根据接触角θ而变化,在接触角θ超过90度的范围内,接触角θ越大,则吸附力越降低。通过使作用于第一接头部22c和第二接头部46c上的吸附力减低,从而抑制了第一上侧散热板22与第二下侧散热板46的第二接头部46c之间的相对位置或姿态的变化,并提高了半导体装置10的尺寸精度。在此,由于制造阶段中的焊料50在半导体装置10中构成焊料层50,因此在此标记相同的符号。

(与第二上侧散热板42相关的改变例)

在本实施例的半导体装置10中,在第二上侧散热板42上分别焊接有第二导体间隔件44和n端子15。图16为对第二上侧散热板42进行俯视观察的图,且表示第二上侧散热板42的第四焊料接合区域s4和第五焊料接合区域s5。第四焊料接合区域s4为,第二导体间隔件44被焊接的范围,且为位于与第二导体间隔件44之间的焊料层43所接触的范围。第五焊料接合区域s5为,n端子15被焊接的范围,且为位于与n端子15之间的焊料层60所接触的范围。在此,第二上侧散热板42的重心42g在俯视观察时,位于连结第四焊料接合区域s4和第五焊料接合区域s5的范围s6内。将该范围s6为,位于第四焊料接合区域s4与第五焊料接合区域s5之间的范围,其设为不包括第四焊料接合区域s4以及第五焊料接合区域s5。

根据上述的结构,如图17所示,在对半导体装置10进行制造时,能够相对于第二上侧散热板42而同时对第二导体间隔件44和n端子15进行焊接。此时,在第二上侧散热板42上,在第四焊料接合区域s4和第五焊料接合区域s5各自上分别作用有熔融的焊料43、60的表面张力f1、f2。如果在单一的第二上侧散热板42上,有表面张力f1、f2这样的外力作用于两处,则第二上侧散热板42的位置或姿态会易于发生变化,从而有可能使半导体装置10的尺寸精度降低。尤其是,在两个表面张力f1、f2相对于第二上侧散热板42的重心42g而偏离地作用时,则第二上侧散热板42的姿态易于发生变化(即,易于倾斜)。关于这一点,在本实施例的半导体装置10中,如前文所述,第二上侧散热板42的重心42g在俯视观察时位于连结第四焊料接合区域s4和第五焊料接合区域s5的范围s6内。根据这样的结构,由于熔融的焊料的表面张力f1、f2隔着第二上侧散热板42的重心42g而分别作用于两侧,因此抑制了第二上侧散热板42的位置的变化,尤其是抑制了姿态的变化。其结果为,能够提高半导体装置10的尺寸精度。

(与悬吊端子13、17相关的改变例)

如前文所述,本实施例的半导体装置10具备悬吊端子13、17(参照图5)。此外,在密封体12上,以与悬吊端子13、17邻接的方式而设置有凹部12e、12f。当半导体装置10进行动作而使半导体元件20、40发热时,密封体12发生热膨胀。此时,在凹部12e、12f的位置上,应力易于局部性地变高,从而有可能产生裂纹。

关于上述的课题,如图18所示,悬吊端子13可以在密封体12的内部扩大其基端中的宽度尺寸w2。根据这样的结构,悬吊端子13相对于第一下侧散热板26而难以位移(即,刚性提高),从而密封体12的热膨胀通过悬吊端子13而被抑制。由此,在与悬吊端子13邻接的凹部12e中,缓和了在密封体12中产生的应力,从而能够抑制在凹部12e中产生裂纹的情况。同样地,在另一个悬吊端子17中,也可以扩大其基端的宽度尺寸,由此也缓和了在另一个凹部12f中产生的应力。

虽然是一个示例,但在图18所示的示例中,悬吊端子13具备从第一下侧散热板26起延伸的第一区间sc1、和从第一区间sc1起延伸的第二区间sc2。第一区间sc1为被形成于密封体12的内部的区间,第二区间sc2为从密封体12的内部跨及外部而延伸的区间。第一区间sc1的宽度尺寸w1大于第二区间sc2的宽度尺寸w2。另外,在第一区间sc1中,悬吊端子13的宽度尺寸随着趋向于第一下侧散热板26而从w2向w1逐渐增大。同样的结构也能够在另一个悬吊端子17中采用,由此也能够缓和在另一个凹部12f中产生的应力。

虽然未被特别限定,但悬吊端子13的基端e1只要位于使凹部12e向其深度方向延长的范围内即可。即,在使假想线l1从凹部12e的位于悬吊端子13侧的一端e3起沿着凹部12e的深度方向而延伸时,该假想线l1只要与悬吊端子13的第一区间sc1交叉即可。根据这样的结构,由于悬吊端子13的基端e1位于凹部12e的附近,因此能够有效地抑制在凹部12e处在密封体12中产生裂纹的情况。另一方面,在使假想线l2从凹部12e的中心c1起沿着凹部12e的深度方向而延伸时,该假想线l2也可以不与悬吊端子13的第一区间sc1交叉。但是,作为其他实施方式,悬吊端子13的第一区间sc1也可以进一步放大直至与从凹部12e的中心c1起延伸的该假想线l2交叉的位置为止。关于第一区间sc1的形状,并未被限定于此处所说明的形状,能够进行适当变更。

在半导体装置10的使用时,如果半导体元件20、40发热,则密封体12会主要在密封体12的长度方向(图1的左右方向)上发生热膨胀。关于这种情况,由于悬吊端子13、17相对于密封体12的长度方向而垂直地延伸,因此密封体12的热膨胀通过悬吊端子13、17而被有效地抑制。

悬吊端子13、17的结构能够进行各种各样的变更。在图19中示出了悬吊端子13的几个改变例。另外,图19(a)-(e)所示的各个结构在另一个悬吊端子17中也能够采用。在图19(a)所示的悬吊端子13中,悬吊端子13的基端e1中的宽度尺寸w1被进一步扩大,在使假想线l2从凹部12e的中心c1起沿着凹部12e的深度方向而延伸时,该假想线l2与悬吊端子13的第一区间sc1交叉。根据这样的结构,由于悬吊端子13以更大的面积与密封体12接触,因此密封体12的热膨胀通过悬吊端子13而被进一步抑制。由此,进一步抑制了因半导体元件20、40的发热而产生的密封体12的热膨胀,并且能够更加缓和在凹部12e中产生的应力。

在图19(b)所示的悬吊端子13中,悬吊端子13的一个侧边缘13b在第一区间sc1内弯曲。根据这样的结构,从而能够缓和与悬吊端子13的侧边缘13b相接的密封体12的应力集中,并且更加缓和在位于附近的凹部12e中产生的应力。在图19(c)所示的悬吊端子13中,从凹部12e的中心c1起沿着凹部12e的深度方向而延伸的假想线l2与悬吊端子13的第一区间sc1交叉。而且,悬吊端子13的一个侧边缘13b在第一区间sc1中弯曲。即,图19(c)所示的悬吊端子13具有19(a)以及图19(b)所示的悬吊端子13的两个特征,并能够有效地缓和在凹部12e中产生的应力。

在图19(d)所示的悬吊端子13中,在第一区间sc1与第二区间sc2之间,悬吊端子13的宽度尺寸w1、w2不连续地变化,且第一区间sc1中的宽度尺寸w1固定。根据这样的结构,由于悬吊端子13以更大的面积与密封体12接触,因此密封体12的热膨胀通过悬吊端子13而被进一步抑制。由此,进一步地抑制了因半导体元件20、40的发热而产生的密封体12的热膨胀,从而能够更加缓和在凹部12e中产生的应力。在图19(e)所示的悬吊端子13中,悬吊端子13的第一区间sc1中的宽度尺寸w1朝向与凹部12e相反一侧(即,图中的左侧)而扩大。根据这样的结构,能够在不与凹部12e或第一信号端子18干涉的条件下,进一步地增大悬吊端子13的第一区间sc1中的宽度尺寸w1。由此,由于悬吊端子13进一步不易位移(即,由于刚性提高),因此能够更加缓和在凹部12e中产生的应力。在此,悬吊端子13的第一区间sc1的一部分也可以位于密封体12的外部。

(与n端子15相关的改变例)

在本实施例的半导体装置10中,如前文所述,n端子15经由焊料层60而与第二上侧散热板42的第三接头部42c接合。即,在半导体装置10的制造阶段中,实施n端子15与第二上侧散热板42的第三接头部42c之间的焊接。在该焊接中,需要防止熔融了的焊料层60在n端子15或第三接头部42c处非意图地向较宽的范围扩展的情况。针对该课题,能够在n端子15中采用下述的结构。

如图20、图21所示,n端子15也可以在与焊料层60接触的接合区域s7、和与之邻接的非接合区域s8之间的分界b处具有在其厚度方向上弯曲的弯曲部15a。根据这样的结构,在半导体装置10的制造阶段中,抑制了具有流动性的焊料层60超过弯曲部15a而润湿扩散的情况。由此,防止了焊料层60超过接合区域s7和非接合区域s8的有意图的分界b而过度地润湿扩散的情况。

弯曲部15a在半导体装置10的制造阶段中,通过弯曲加工等,从而能够易于形成。因此,通过对形成有弯曲部15a的位置进行变更,从而能够在n端子15处很容易地对接合区域s7的分界b进行变更。因此,能够使接合区域s7与第二上侧散热板42的第三接头部42c的形状(或者,焊料吸收槽42e的位置)相对应,从而使第二上侧散热板42与n端子15之间的接合面积最大化。由此,通过n端子15的弯曲部15a以及第二上侧散热板42的第三接头部42c,从而进一步地抑制了制造阶段中的焊料层60的润湿扩散。另外,这里所说明的技术并不限定于n端子15,也能够在其他的种类(或者,其他的用途)的电力端子中采用。

虽然未被特别限定,但n端子15也可以具有厚板区间和薄板区间。如图21所示,厚板区间的厚度尺寸t1大于薄板区间的厚度尺寸t2。在该情况下,弯曲部15a只要位于薄板区间即可。当弯曲部15a位于薄板区间时,能够通过弯曲加工等而易于形成弯曲部15a。因此,例如,即使焊料吸收槽42e的位置被变更,也能够易于使n端子15中的弯曲部15a的位置与变更后的焊料吸收槽42e的位置相对应。因此,能够易于使第二上侧散热板42与n端子15之间的接合面积最大化。

另外,第二上侧散热板42与n端子15之间的接合面积越大,则在第一半导体元件20发热时,在n端子15中产生的热应力越大。关于这一点,当在n端子15中设置有弯曲部15a时,能够通过弯曲部15a来缓和该热应力。因此,即使使第二上侧散热板42与n端子15之间的接合面积最大化,也能够防止半导体装置10的可靠性降低的情况。

如上所述,通过对n端子15中的弯曲部15a的位置进行变更,从而能够对焊料层60中的接合面积(即,接合区域s7的面积)进行调节。在此,越使焊料层60中的接合面积增大,则弯曲部15a的位置越沿着n端子15的长度方向而接近密封体12的外表面(即,密封体12的外部)。在该情况下,由于从密封体12的外表面至由焊料层60实现的接合部分为止的距离变短,因此从外部被施加于n端子15上的振动变得易于传递至由焊料层60实现的接合部分为止。当来自外部的振动易于传递至由焊料层60实现的接合部分上时,从而例如会有在焊料层60中产生裂纹这样的可靠性降低的担忧。但是,如果在n端子15中设置有弯曲部15a,则能够通过弯曲部15a而缓和该振动。因此,通过在n端子15中设置弯曲部15a,从而能够在使由焊料层60实现的接合面积增大的同时,防止半导体装置10的可靠性降低的情况。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1