服强度尚O
[0023]图3示出了示意性表示了晶体管3的表面电极与焊接材料的0.2%屈服强度的不同的曲线图。晶体管3的表面电极是在晶体管3的芯片的表面露出的电极。典型的情况下，表面电极由AlSi合金(铝一硅合金)制成。图3的坐标系的纵轴为0.2%屈服强度，横轴为温度。曲线图Gl表示第一焊接材料(Sn - Sb焊接材料、或Zn — Al焊接材料)的0.2%屈服强度，曲线图G2表示表面电极的0.2%屈服强度，曲线图G3表示第二焊接材料(Sn —Cu焊接材料)的0.2%屈服强度。0.2%屈服强度均随着温度的上升而降低，但一直满足第一焊接材料>表面电极>第二焊接材料的关系。(此外，在本说明书公开的技术中，也可以是表面电极>第一焊接材料>第二焊接材料。)
[0024]S卩，无论在什么温度下，第二焊接材料的强度都最低。这表示了在热循环重复时，第二焊接材料劣化最严重而最早产生裂缝的可能性较高。其中，热循环在长时间使用半导体装置的期间，因晶体管3的发热而产生。
[0025]若长时间使用半导体装置2，则在强度较低的第二焊接材料6、即金属隔离物4与引线框架8a的接合部最先产生裂缝。若产生裂缝，则金属隔离物4与引线框架8a之间的电阻增加。因此，半导体装置2的性能降低。但是，晶体管3不受裂缝影响，晶体管3不会被破坏。
[0026]对导入了第二焊接材料6的其它优点进行说明。在半导体装置2中，在两个引线框架8a、8b之间，通过两种焊接材料5、6层叠并接合晶体管3和金属隔离物4。若晶体管3发热，则根据晶体管、引线框架等的热膨胀率的不同而在各部件产生应力。若在金属隔离物4与引线框架8a之间的接合部、即第二焊接材料6产生裂缝，则接合力降低，金属隔离物4与引线框架8a容易相对偏移。这样一来，金属隔离物4与引线框架8a之间的偏移使其他部分(晶体管3、第一焊接材料5)产生的应力缓和。因此，可抑制将晶体管3接合的第一焊接材料5的劣化。即，通过在第二焊接材料6产生裂缝，可抑制第一焊接材料5的劣化的发展。
[0027]参照图4对第二实施例的半导体装置2a进行说明。该半导体装置2a在晶体管3的两侧分别配置了金属隔离物4a、4b。在晶体管3的各侧，晶体管3经由第一焊接材料5与金属隔离物4a(4b)接合，在金属隔离物4a(4b)的相反侧经由第二焊接材料6与引线框架8a(Sb)接合。换言之，在半导体装置2a中，在树脂模塑体13的两侧分别固定了引线框架8a、8b，各个引线框架8a、8b与金属隔离物4a、4b分别通过第二接合材料6接合，在两个金属隔离物4a、4b之间配置了晶体管3，两个金属隔离物4a、4b的每一个经由第一焊接材料5与晶体管3接合。在该构成中，引线框架8a与金属隔离物4a之间的接合部(第二焊接材料6)、以及引线框架Sb与金属隔离物4b之间的接合部(第二焊接材料6)的强度比晶体管3的两侧的接合部(第一焊接材料5)低。因此，与晶体管3的两侧的接合部相比，能够在引线框架8a与金属隔离物4a之间的接合部、或者引线框架8b与金属隔离物4b之间的接合部先产生裂缝。若与第一实施例的半导体装置2比较，则由于设置了两处强度较低的接合部，所以在晶体管3的两侧更难以产生裂缝。
[0028]参照图5对第三实施例的半导体装置2b进行说明。该半导体装置2b在引线框架Sb上经由第二焊接材料6接合金属隔离物4，并在其上经由第一焊接材料5接合晶体管3。换言之，在晶体管3与引线框架Sb之间配置并接合有金属隔离物4。另外，晶体管3与另一个引线框架8a通过接合引线15电连接。在引线框架Sb上，以树脂模塑有晶体管3和金属隔离物4。引线框架8a为细板状的金属棒，其一端埋设于树脂，另一端从树脂露出。一个引线框架8a与晶体管3通过接合引线连接这一点与上述的半导体装置2、2a不同。在第三实施例的半导体装置2b中，也在引线框架Sb与晶体管3之间配置金属隔离物4，金属隔离物4与晶体管3通过第一焊接材料5接合，金属隔离物4与引线框架Sb通过第二焊接材料6接合。因此，与晶体管3和金属隔离物4的接合部相比，金属隔离物4和引线框架Sb之间的接合部容易先产生裂缝，可抑制在与晶体管3接触的位置产生裂缝。第三实施例的半导体装置2b也具有与上述的半导体装置2、2a相同的优点。
[0029]对实施例中说明了的技术相关的注意点进行叙述。第一焊接材料5是第一接合材料的一个例子，第二焊接材料6是第二接合材料的一个例子。在实施例中，作为接合材料(焊接材料)的强度的基准，使用了 0.2%屈服强度。强度的基准并不限定于0.2%屈服强度。在能够测定接合材料的屈服应力的情况下，也可以应用屈服应力作为强度的基准。或者，也可以应用预先决定的预测寿命作为强度的基准。预测寿命能够通过寿命试验、评价寿命的模拟来得到。其中，材料的“强度”存在各种定义。在本说明书公开的技术中，可以使用任意的强度的定义。
[0030]在实施例中，作为第一焊接材料5的候补，示出了 Sn - Sb焊接材料、Zn — Al焊接材料，作为第二焊接材料6的候补，示出了 Sn - Cu焊接材料。第一接合材料、第二接合材料并不限定于这些焊接材料。只要第二接合材料的强度比第一接合材料低即可。作为第一接合材料的其他候补，能够列举Ni纳米粒子、Ag纳米粒子。这些纳米粒子作为将两种金属接合的接合材料而被公知。另外，作为接合材料的Ni纳米粒子、Ag纳米粒子与Sn — Cu焊接材料相比0.2%屈服强度较高。并且，晶体管与金属隔离物的结合也适合采用使用Cu(铜)作为母材并使用Sn (锡)作为嵌入材料来形成CuSn的液相扩散结合(TLP transient LiquidPhase Diffus1n Bonding)、或使用Ni (镲)作为母材并使用Sn (锡)作为嵌入材料来形成NiSn的液相扩散结合。它们的强度也比Sn — Cu焊接材料的强度高。其中，在液相扩散结合的情况下，嵌入材料扩散后的区域相当于“接合材料”。
[0031]本说明书公开的技术并不限定于模塑晶体管的半导体装置。除了晶体管以外，例如也合适应用于模塑二极管的半导体装置。
[0032]以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些具体例仅是例示，并不对权利要求书进行限定。权利要求书所记载的技术包含对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。本说明书或者附图所说明的技术要素单独或者通过各种组合来发挥技术的有用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或者附图所例示的技术能够同时实现多个目的，实现其中的一个目的本身具有技术的有用性。
【主权项】
1.一种半导体装置，其特征在于，具备: 半导体元件； 引线框架； 金属隔离物，其被配置在半导体元件与引线框架之间；以及树脂模塑体，其对半导体元件和金属隔离物进行密封并且与引线框架的一面密接，金属隔离物与半导体元件通过第一接合材料接合，并且金属隔离物与引线框架通过第二接合材料接合， 第二接合材料的强度比第一接合材料的强度低。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述强度以基于预先决定的基准的预测寿命来决定。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述强度以屈服应力或者0.2%屈服强度来决定。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的半导体装置，其特征在于， 在树脂模塑体的两侧分别固定有引线框架，至少一方的引线框架与所述金属隔离物通过第二接合材料接合。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于， 另一方的引线框架与其他的金属隔离物通过第二接合材料接合，所述其他的金属隔离物与半导体元件通过第一接合材料接合。
6.根据权利要求1?5中任意一项所述的半导体装置，其特征在于， 第二接合材料为Sn — Cu焊接材料。
7.根据权利要求1?6中任意一项所述的半导体装置，其特征在于， 第一接合材料为Sn — Sb焊接材料、Zn 一 Al焊接材料、镲纳米粒子、银纳米粒子中的任意一种。
8.根据权利要求1?6中任意一项所述的半导体装置，其特征在于， 半导体元件与金属隔离物通过使用嵌入材料作为第一接合材料的扩散接合来接合。
【专利摘要】本说明书涉及以树脂模塑半导体元件且该半导体元件与在模塑表面露出的引线框架接合的半导体装置。本说明书提供一种即使疲劳劣化发展而在接合材料产生裂缝，也能够减少裂缝对半导体元件造成的影响的技术。半导体装置(2)具备晶体管(3)、引线框架(8a、8b)、在一个面通过第一接合材料(5)与晶体管(3)接合并且在另一个面通过第二接合材料(6)与引线框架(8b)接合的金属隔离物(4)、以及树脂模塑体(13)。树脂模塑体(13)对晶体管(3)和金属隔离物(4)进行密封。引线框架(8a、8b)的一面与树脂模塑体(13)密接。第二接合材料(6)被选定为其强度比第一接合材料(5)的强度低的材料。
【IPC分类】H01L23-48, H01L21-60, H01L21-52
【公开号】CN104756250
【申请号】CN201280076651
【发明人】浅井林太郎, 谷田笃志
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2012年11月20日
【公告号】DE112012007149T5, WO2014080449A1