半导体装置的制作方法

本发明涉及半导体装置。

背景技术：

半导体装置包含功率器件，并作为电力转换装置而使用。功率器件是包含例如igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)、功率mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)的半导体芯片。这样的半导体装置包含该半导体芯片和经由焊料来配置半导体芯片的绝缘电路基板。绝缘电路基板具备绝缘板、形成于该绝缘板上的多个电路图案以及形成于该绝缘板的背面的金属板。半导体芯片经由焊料配置于多个电路图案中的任一个。

这样的半导体装置的绝缘电路基板有时由于热循环，因绝缘板与多个电路图案之间的热膨胀系数之差而产生应力的集中，在绝缘板产生裂纹等损伤。针对这样的问题，例如提出有以下那样的技术。以电路图案的角部的端面与金属板的角部的端面在俯视时一致的方式将电路图案和金属板设置于绝缘板，进而使电路图案的角部的曲率大于金属板的角部的曲率(例如，参照专利文献1)。另外，以电路图案的角部的端面在俯视时相比于金属板的角部的端面处于靠内侧的位置的方式将电路图案和金属板设置于绝缘板，进而使电路图案的角部的曲率大于金属板的角部的曲率(例如，参照专利文献2)。

另外，在半导体装置中，在经由焊料将散热板配置于绝缘电路基板的金属板的背面的情况下，有时随着时间的变化而在焊料与金属板之间的界面产生应力的集中。因此，还提出有以下的方案，即：使电路图案的面积小于金属板的面积，且电路图案的至少一个角部与金属板的角部在俯视时重叠(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-011862号公报

专利文献2：日本特开2016-058595号公报

专利文献3：日本特开2010-232545号公报

技术实现要素：

技术问题

但是，在半导体装置中，即使提出有各种防止应力的集中的方法，但依电路图案的个数、形状、配置位置，也会产生对于绝缘电路基板的应力的集中从而绝缘电路基板受到损伤。如果绝缘电路基板产生损伤，则半导体装置的可靠性将降低。因此，希望提出能够有助于解决这样的问题的各种技术。

本发明是鉴于这样的情形而完成的，目的在于提供能够抑制对于绝缘电路基板的损伤的产生的半导体装置。

技术方案

根据本发明的一个观点，提供一种半导体装置，其具有绝缘电路基板，该绝缘电路基板具有绝缘板和形成于所述绝缘板的正面的多个电路图案，并且在所述多个电路图案中的与所述绝缘板的外缘部面对的外缘角部，与所述绝缘板的角部对应的所述外缘角部的曲率小于不与所述绝缘板的角部对应的所述外缘角部的曲率。

技术效果

根据公开的技术，能够提供可抑制对于绝缘电路基板的损伤的产生并抑制可靠性降低的半导体装置。

附图说明

图1是第一实施方式的半导体装置的侧截面图。

图2是第一实施方式的半导体装置中所含的绝缘电路基板的俯视图(正面)。

图3是第一实施方式的半导体装置所含的绝缘电路基板的俯视图(背面)。

图4是将第一实施方式的绝缘电路基板的一部分放大了的俯视图。

图5是第二实施方式的半导体装置所含的绝缘电路基板的电路图案的俯视图。

符号说明

10绝缘电路基板

11绝缘板

12电路图案

13金属板

13a凹坑

14沟部

15键合线

20、21半导体芯片

22电子部件

30接触部件

40外部连接端子

41壳体

42封装部件

50半导体装置

a1～a4角部区域

b1～b4侧部区域

r1～r50外缘角部

具体实施方式

以下，参照附图关于实施方式进行说明。应予说明，在以下的说明中，在图1的半导体装置50中，“正面”以及“上表面”表示朝向上侧的面。同样地，在图1的半导体装置50中，“上”表示上侧的方向。在图1的半导体装置50中，“背面”以及“下表面”表示朝向下侧的面。同样地，在图1的半导体装置50中，“下”表示下侧的方向。根据需要，在其他的附图中，也指同样的方向性。“正面”、“上表面”、“上”、“背面”、“下表面”、“下”、“侧面”仅是确定相对的位置关系的方便的表达，并非限定本发明的技术思想。例如，“上”和“下”并非指必须相对于地面的铅锤方向。即，“上”和“下”的方向不限定于重力方向。另外，曲率(1/r)表示两边的角部处的平均值。另外，曲率半径(r)为曲率的倒数。

[第一实施方式]

使用图1～图3来说明第一实施方式的半导体装置。图1是第一实施方式的半导体装置的侧截面图，图2是第一实施方式的半导体装置所含的绝缘电路基板的俯视图(正面)。应予说明，在图2中，省略了封装部件和壳体的图示。图3是第一实施方式的半导体装置所含的绝缘电路基板的俯视图(背面)。应予说明，图3是图2所示的绝缘电路基板10的背面的俯视图。关于正面侧的电路图案12，由虚线表示其位置。另外，在第一实施方式中，在不对多个电路图案12、多个半导体芯片20、21、多个接触部件30、多个键合线15、多个外部连接端子40各自进行区分的情况下，标注相同的符号来进行说明。应予说明，关于这些部件以外的构成部件，有多个的部件也不各自进行区分，而标注相同的符号来以相同的符号进行说明。

如图1和图2所示，半导体装置50具有绝缘电路基板10、接合于绝缘电路基板10的正面的半导体芯片20、21以及电子部件22。半导体装置50具有接合于绝缘电路基板10的正面的接触部件30。半导体芯片20、21、电子部件22以及接触部件30介由焊料等接合部件(省略图示)接合于绝缘电路基板10的正面。另外，半导体装置50具有将绝缘电路基板10的正面与半导体芯片20、21的主电极电连接的键合线15。另外，在接触部件30以压入的方式安装有外部连接端子40。半导体装置50的这些部件由壳体41覆盖。壳体41的开口部介由粘接剂(省略图示)接合于绝缘电路基板10的绝缘板11的外周部。应予说明，外部连接端子40的前端部从壳体41向上方延伸出。进而，半导体装置50通过封装部件42封装壳体41内部。

绝缘电路基板10具有绝缘板11、形成于绝缘板11的正面的多个电路图案12和形成于绝缘板11的背面的金属板13。绝缘板11具备绝缘性，并且由导热性优异的陶瓷或者绝缘树脂构成。陶瓷为氧化铝、氮化铝、氮化硅等。绝缘树脂为纸苯酚基板、纸环氧基板、玻璃复合基板、玻璃环氧基板等。这样的绝缘板11的厚度为0.2mm以上且2.5mm以下。

多个电路图案12由导电性优异的材质构成。作为这样的材质，例如由铜或铜合金等构成。这样的多个电路图案12的厚度为0.1mm以上且2.5mm以下。并且，对于电路图案12的表面，为了使耐腐蚀性提升，可以通过镀覆处理来形成镀膜。用于镀膜的镀覆材料为例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。绝缘板11的形成有多个电路图案12的区域(第一形成区域)在俯视时呈长方形。

另外，如图2所示，在多个电路图案12中，将与绝缘板11的外缘部面对的各个角部设为外缘角部r1～r50。将多个电路图案12的不与绝缘板11的外缘部面对且相对于该外缘部处于内侧的角部设为内侧角部。另外，将电路图案12的与绝缘板11的角部面对的部分设为角部区域a1～a4。将电路图案12的除了角部区域a1～a4以外的、与绝缘板11的外缘部面对的部分设为侧部区域b1～b4。即，多个电路图案12的各个角部包含：处于角部区域a1～a4的外缘角部r1、r20、r25、r44，处于侧部区域b1～b4的外缘角部r2～r19、r21～r24、r26～r43、r45～r50，以及内侧角部。在长方形的绝缘板11中，多个电路图案12包含：处于与绝缘板11的四角相对的角部区域a1～a4的外缘角部r1、r20、r25、r44，处于与绝缘板11的除了四角以外的四边相对的侧部区域b1～b4的外缘角部r2～r19、r21～r24、r26～r43、r45～r50，以及内侧角部。多个电路图案12之中，包含角部区域a1～a4和侧部区域b1～b4的电路图案12位于绝缘板11的外缘部侧。外缘部侧的电路图案12只要包含与绝缘板11的外缘部面对的部分即可。在这样的绝缘板11的外缘部侧较多地配置面积小于绝缘板11的内侧的电路图案12的面积的电路图案12。特别地，面积稍小的电路图案12沿着绝缘板11的长度方向在绝缘板11的外缘部侧设置得较多。

接触部件30大多设置于多个电路图案12之中的绝缘板11的外缘部侧的电路图案12。另一方面，多个电路图案12之中，相比于外缘部侧的电路图案12，半导体芯片20、21大多配置于内侧的电路图案12。

特别地，在绝缘板11的长度方向上，接触部件30设置于外缘部侧的电路图案12，并且半导体芯片20、21设置于比接触部件30靠内侧的位置。另外，半导体芯片20、21不设置于角部区域a1～a4和侧部区域b1、b3。半导体芯片20、21配置于比角部区域a1～a4和侧部区域b1～b4靠内侧的位置。半导体芯片20、21配置于绝缘板11的长度方向上的比外缘部侧的电路图案12靠内侧的电路图案12。或者，半导体芯片20、21在配置于绝缘板11的长度方向上的外缘部侧的电路图案12的情况下，相对于接触部件30隔着后述的沟部14而配置于内侧。进而，在与绝缘板11的角部相对的电路图案12设置接触部件30，而不设置半导体芯片20、21。关于这样的多个电路图案12的角部的详情后面叙述。

另外，在这样的电路图案12，适当地形成沟部14。沟部14形成于配置半导体芯片20、21的配置区域之间、该配置区域与配置接触部件30等端子和/或电子部件22的区域之间。

金属板13由导热性优异的金属构成。这样的金属为铝、铁、银、铜或者至少含有这些金属中的一种的合金等。另外，散热板、冷却单元(省略图示)可以形成于金属板13的背面。这样的金属板13的厚度与多个电路图案12的厚度相同，为0.1mm以上且2.5mm以下。应予说明，绝缘板11和金属板13在俯视时如图3所示，呈长方形。另外，金属板13在俯视时，面积小于绝缘板11的面积，大于形成有电路图案12的区域的面积，并呈长方形。进而，金属板13俯视时在形成有电路图案12的区域的外侧并且沿着外缘部形成有多个凹坑(凹部)13a。凹坑13a例如为圆形状。其直径为50μm以上且1.0mm以下。因而，绝缘电路基板10呈长方形。另外，在绝缘电路基板10中，电路图案12的总体积小于金属板13的体积。

键合线15将半导体芯片20、21与电路图案12之间、或者多个半导体芯片20、21之间适当地电连接。这样的键合线15由导电性优异的材质构成。作为这样的材质，由金、银、铜、铝或者至少含有这些金属中的一种的合金等构成。另外，键合线15的直径为例如100μm以上且200μm以下。其他的键合线15的直径为例如350μm以上且500μm以下。

作为具有这样的构成的绝缘电路基板10，能够使用例如dcb(directcopperbonding：直接覆铜)基板、amb(activemetalbrazed：活性金属钎焊)基板、树脂绝缘基板。另外，也可以经由混入有金属氧化物的填充物的硅酮等导热硅脂将如上所述的冷却单元(省略图示)安装于绝缘电路基板10的金属板13，来使散热性提升。该情况下的冷却单元由例如导热性优异的铝、铁、银、铜或者至少包含这些金属中的一种的合金等构成。另外，作为冷却单元，能够应用由一块或多块翅片构成的散热片以及基于水冷的冷却装置等。

半导体芯片20包含由硅或碳化硅构成的功率器件元件。功率器件元件为例如igbt、功率mosfet等开关元件。这样的半导体芯片20例如在背面具备漏电极(或者集电极)作为主电极，在正面具备栅电极以及作为主电极的源电极(或者发射电极)。另外，半导体芯片21包含sbd(schottkybarrierdiode：肖特基势垒二极管)、fwd(freewheelingdiode：续流二极管)等二极管。这样的半导体芯片21在背面具备阴极作为主电极，在正面具备阳极作为主电极。上述的半导体芯片20、21的背面侧接合到预定的电路图案12上。应予说明，半导体芯片20、21介由焊料(省略图示)接合到电路图案12上。应予说明，焊料以无铅焊料为基础。无铅焊料以例如由锡和银组成的合金、由锡和锑组成的合金、由锡和锌组成的合金、由锡和铜组成的合金之中的至少某一种合金为主成分。另外，焊料中也可以包含添加物。添加物为例如铜、铋、铟、镍、锗、钴或硅。另外，虽然省略图示，但是也可以使用兼具igbt和fwd的功能的rc(reverse-conducting：反向导通)-igbt来代替半导体芯片20、21。另外，根据需要，可以配置例如引线框、外部连接端子(针状端子、接触部件等)、电子部件(热敏电阻、电流传感器)等来代替半导体芯片20、21。应予说明，这样的半导体芯片20、21的厚度为例如180μm以上且220μm以下，平均为200μm左右。电子部件22包含电容器、电阻、热敏电阻、电流传感器、控制ic(intergratedcircuit：集成电路)等。

接触部件30具备在内部形成有圆筒状的贯通孔的主体部和分别设置于主体部的开口端部的凸状的凸缘。接触部件30由导电性优异的金属构成。这样的金属例如为银、铜、镍或者至少包含这些金属中的一种的合金。为了使耐腐蚀性提升，可以对接触部件30的表面通过镀覆处理形成镀膜。用于镀膜的镀覆材料为例如镍、镍-磷合金、镍-硼合金。在这样的接触部件30中，开口端部处的贯通孔的半径为0.1mm以上且1.0mm以下。另外，开口端部处的凸缘的外径的半径为0.5mm以上且2.0mm以下。

外部连接端子40具有棒状的主体部和分别形成于主体部的两端部的锥状的前端部。主体部成为棱柱状。外部连接端子40的截面的对角线的长度比接触部件30的主体部的直径长数个百分点。因此，外部连接端子40能够相对于接触部件30压入。另外，外部连接端子40也由导电性优异的金属构成。这样的金属为例如银、铜、镍或者至少包含这些金属中的一种的合金。

壳体41呈箱状，并由热可塑性树脂构成。作为这样的树脂，有pps树脂、pbt树脂、pbs树脂、pa树脂或者abs树脂等。另外，壳体41形成有供外部连接端子40延伸出到壳体41外的开口孔(省略图示)。这样的壳体41的开口部的边部经由粘接剂接合到绝缘电路基板10的绝缘板11的外缘部。

封装部件42可以为例如硅酮凝胶。另外，包含有环氧树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂等热固化性树脂以及包含于热固化性树脂的填充材料。作为这样的封装部件42的一例，含有环氧树脂以及环氧树脂中作为填充物的二氧化硅、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等填充材料。

此处，关于在绝缘电路基板10中多个电路图案12的各角部的曲率相等的情况进行说明。绝缘板11、电路图案12以及金属板13的热膨胀系数分别不同。进而，金属板13以及多个电路图案12的厚度相等，另外，在俯视时，金属板13的面积大于多个电路图案12的形成区域。即，相对于绝缘板11，金属板13的体积大于多个电路图案12的总体积。例如，金属板13的体积比多个电路图案12的总体积大10％以上且100％以下。如果这样的绝缘电路基板10受到热循环，则因热膨胀系数之差会受到热应力，从而绝缘板11受到损伤。特别地，在绝缘电路基板10中，在多个电路图案12之中，配置有比绝缘板11的内侧的电路图案12相对小的绝缘板11的外缘部侧的电路图案12。因此，在绝缘板11的外缘部会产生更大的热应力。进而，在绝缘板11的外缘部，在角部处会产生比侧部更大的热应力。

因此，关于第一实施方式的绝缘电路基板10的多个电路图案12，使与绝缘板11的外缘部面对的外缘角部r1～r50的曲率小于不与绝缘板11的外缘部面对的内侧角部的曲率。进而，在外缘角部r1～r50的曲率之中，与绝缘板11的角部相对应的外缘角部r1、r20、r25、r44的曲率小于不与绝缘板11的角部相对应的外缘角部r2～r19、r21～r24、r26～r43、r45～r50的曲率。即，多个电路图案12的角部的曲率按内侧角部、处于侧部区域b1～b4的外缘角部r2～r19、r21～r24、r26～r43、r45～r50、处于角部区域a1～a4的外缘角部r1、r20、r25、r44的顺序变小。

关于其详细情况，用图4来进行说明。图4是将第一实施方式的绝缘电路基板的一部分放大了的俯视图。应予说明，图4是图2的左上部的放大图。另外，在图4中，省略键合线15的图示、半导体芯片20、21以及接触部件30的图示。据此，角部区域a1以及侧部区域b1、b4的电路图案12的外缘角部r1～r11、r47～r50相比于这些角部以外的角部即内侧角部，曲率小。进而，外缘角部r1～r11、r47～r50之中，角部区域a1的外缘角部r1的曲率比侧部区域b1、b4的外缘角部r2～r11、r47～r50的曲率更小。例如，外缘角部r1的曲率半径r为1.0mm左右，而外缘角部r2～r11、r47～r50的曲率半径r为0.8mm左右。另外，角部区域a1以及侧部区域b1、b4以外的电路图案12的角部(内侧角部)的曲率半径r为0.5mm左右。外缘角部r1的曲率半径r为0.8mm以上，优选为0.8mm以上且1.1mm以下。外缘角部r2～r11、r47～r50的曲率半径r为0.6mm以上，优选为0.6mm以上且0.9mm以下。另外，角部区域a1以及侧部区域b1、b4以外的电路图案12的角部(内侧角部)的曲率半径r为0.3mm以上，优选为0.3mm以上且0.7mm以下。由此，能够抑制绝缘电路基板10中的裂纹的产生，并且能够确保需要的电极面积。另外，图4中未示出的角部区域a2～a4以及侧部区域b1～b4的外缘角部r12～r46的曲率也小于绝缘板11的内侧的电路图案12的角部(内侧角部)的曲率。进而，角部区域a2～a4的外缘角部r20、r25、r44的曲率也小于侧部区域b1～b4的外缘角部r12～r19、r21～r24、r26～r43、r45、r46的曲率。由此，在绝缘电路基板10中能够缓和对绝缘板11的外缘部产生的热应力。在绝缘板11的外缘部，能够缓和对角部产生的更大的热应力。

另外，接触部件30配置于包含角部区域a1的电路图案12。接触部件30的接合部分在俯视时为圆形状。因此，能够有效地利用具有小曲率的电路图案12的正面区域。另一方面，半导体芯片21、22不配置于包含角部区域a1的电路图案12。半导体芯片21、22的接合部分在俯视时为长方形。因此，不能将半导体芯片21、22配置于具有小曲率的电路图案12的正面的区域的角部附近。在配置半导体芯片21、22的情况下，为了适合接合部分的形状需要较多的面积。因而，优选接触部件30配置于包含角部区域a1和侧部区域b1、b4的电路图案12。另一方面，半导体芯片21、22优选不配置于包含角部区域a1和侧部区域b1、b4的电路图案12，而配置于比包含角部区域a1以及侧部区域b1、b4的电路图案12靠内侧的电路图案12。通过这样地使半导体芯片21、22以及接触部件30与角部的曲率不同的电路图案12对应地进行配置，能够有效地利用电路图案12的正面的区域。

上述半导体装置50具有绝缘电路基板10，并且该绝缘电路基板10具有绝缘板11以及形成于绝缘板11的正面的多个电路图案12。此时，多个电路图案12中的与绝缘板11的外缘部面对的外缘角部r1～r50的曲率之中，与绝缘板11的角部对应的外缘角部r1、r20、r25、r44的曲率小。因此，能够缓和对绝缘板11的外缘部产生的热应力。特别地，在绝缘板11的外缘部，能够缓和对角部产生的更大的热应力。因而，能够抑制绝缘电路基板10的损伤的产生，能够防止半导体装置50的可靠性的降低。

[第二实施方式]

在第二实施方式中，使用图5说明第一实施方式的绝缘电路基板10所含的电路图案12的其他的方式。应予说明，第二实施方式的半导体装置除了以下说明的电路图案12以外，具有与第一实施方式相同的构成。图5是第二实施方式的半导体装置所包含的绝缘电路基板的电路图案的俯视图。图5所示的电路图案12在绝缘板11中沿着外缘部设置，并适用于配置接触部件30。在图5中，作为一例，示出关于图2中的包含外缘角部r33、r34的电路图案12的3个种类。

如在第一实施方式中所说明，多个电路图案12的包含于角部区域a1～a4以及侧部区域b1～b4的外缘角部r1～r50的曲率小于电路图案12的内侧角部的曲率。但是，如果使外缘角部r1～r50的曲率过小，则包含外缘角部r1～r50的电路图案12的面积会受到限制。因此，将配置接触部件30的电路图案12的外缘角部设为该接触部件30的开口端部处的外径的曲率半径以上且将搭载有该接触部件30的电路图案12的宽度的一半设为半径的曲率半径以下。例如，在图5的(a)中，示出电路图案12的外缘角部r33、r34的曲率半径与接触部件30的开口部的外周的曲率半径大致相等的情况。另外，在图5的(b)中，示出电路图案12的外缘角部r33、r34的曲率半径与将搭载有接触部件30的电路图案12的宽度的一半设为半径的曲率半径大致相等的情况。在图5的(c)中，进一步示出电路图案12的前端部与以接触部件30的开口部的中心部为中心的同心圆为大致相同的形状的情况。在图5的(a)～(c)的任一种情况下，接触部件30都配置于电路图案12的宽度方向的中央。并且，通过与接触部件30的开口部的外周相应地设定配置接触部件30的电路图案12的外缘角部(以及前端部)的曲率，能够在不限制接触部件30的配置区域的状态下减小外缘角部的曲率。