电力用半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用树脂封装的电力用半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在半导体装置中，电力用半导体装置在铁路车辆、混合动力汽车、电动汽车等车辆、家电设备、工业用机械等方面，被利用于对比较大的电力进行控制、整流。在使用时，由于电力用半导体元件发热，因此对电力用半导体装置中元件的散热性提出了要求。另外，由于施加几百V以上的高电压，因此需要与装置外部绝缘。
[0003]在此，IPM(Intelligent Power Module)是电力用半导体元件与控制用半导体元件成为一体而形成的模块。在作为配线材料而使用引线框的情况下，电力用半导体元件与控制用半导体元件被安装在以物理形式分离的芯片焊盘上，并利用金属细线等电连接。由于电力用半导体元件会有大电流通过，因此发热较大，要求具有作为模块的散热性。作为散热构造的一种，存在下述构造，即，通过使用高导热的树脂薄薄地填充在模块的背面，从而进行散热。此时，通过将搭载电力用半导体元件的芯片焊盘的位置设为比搭载控制用半导体元件的芯片焊盘低，从而降低热阻。
[0004]高导热的树脂被高密度地填充了承担散热的填料，粘度高。可以想到，高粘度树脂的流动阻力变大，因此，由于该流动阻力而使例如金属细线等变形。
[0005]为了抑制与控制用半导体元件连接的金属细线的变形，通常大多使树脂从电力用半导体元件侧向控制用半导体元件侧流动(例如，参照专利文献I)。树脂在从电力用半导体元件的电力用芯片焊盘上表面向控制用半导体元件的控制用芯片焊盘流动时，会向控制用芯片焊盘上表面、下表面两个方向流动。此时，由于向控制用芯片焊盘的下表面流动的树脂具有向下的矢量，因此，对金属细线作用将其压倒的流动阻力，导致金属细线的变形变大，与引线框或元件发生短路，从而导致成品率变差。
[0006]对此，提出了下述方案，即，将树脂注入口的引线框弯曲而改变树脂的流动性，并预先使一部分树脂量经由电力用芯片焊盘下方而填充至控制用芯片焊盘下方。(例如，参照专利文献I)。
[0007]专利文献1:日本特开2014 - 172239号公报
[0008]专利文献2:日本特开平I 一 268159号公报
[0009]但是，由于电力用芯片焊盘的上表面、下表面的流量截面积不同，因此，大部分的树脂会向电力用芯片焊盘的上表面流动。因此，存在下述问题，即，相对于金属细线产生向下的流动，变形量变大。
【发明内容】
[0010]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，得到一种能够使金属细线与引线框的接触不易发生，提高成品率的电力用半导体装置及其制造方法。
[0011]本发明所涉及的电力用半导体装置的制造方法的特征在于，具有下述工序:在电力用芯片焊盘上安装电力用半导体元件的工序；在配置于比所述电力用芯片焊盘高的位置处的控制用芯片焊盘上，安装对所述电力用半导体元件进行控制的控制用半导体元件的工序；利用金属细线将所述电力用半导体元件与所述控制用半导体元件电连接的工序；以及在由上模具与下模具构成的腔室内放入所述电力用芯片焊盘、所述控制用芯片焊盘、所述电力用半导体元件、所述控制用半导体元件以及所述金属细线，并利用树脂进行封装的工序，所述电力用芯片焊盘具有配置在所述金属细线的下方并向上方弯曲的弯曲部，从所述电力用芯片焊盘侧向所述控制用芯片焊盘侧注入所述树脂。
[0012]发明的效果
[0013]在本发明中，电力用芯片焊盘具有配置在金属细线的下方并向上方弯曲的弯曲部。在模塑时，从电力用芯片焊盘侧向控制用芯片焊盘侧注入的树脂在通过弯曲部后，流动的矢量朝向上方，因此金属细线从下向上受到反作用力。因此，金属细线与引线框的接触不易发生，提尚成品率。
【附图说明】
[0014]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的俯视图。
[0015]图2是沿图1的I — II线的剖面图。
[0016]图3是表示图1的装置内部的放大俯视图。
[0017]图4是将本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的弯曲部的前端部和控制用芯片焊盘的放大后的剖面图。
[0018]图5是表示本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的制造方法的剖面图。
[0019]图6是表示本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的变形例的剖面图。
[0020]图7是表示本发明的实施方式2所涉及的电力用半导体装置的俯视图。
[0021]图8是沿图7的I 一 II线的剖面图。
[0022]图9是表示本发明的实施方式2所涉及的电力用半导体装置的制造方法的剖面图。
[0023]图10是表示图9的装置内部的放大俯视图。
[0024]图11是表示可动销的动作的放大剖面图。
[0025]图12是表示本发明的实施方式3所涉及的电力用半导体装置的制造方法的剖面图。
[0026]图13是表示本发明的实施方式4所涉及的电力用半导体装置的制造方法的放大俯视图。
[0027]图14是表示本发明的实施方式5所涉及的电力用半导体装置的制造方法的放大俯视图。
[0028]标号的说明
[0029]I引线框，2电力用芯片焊盘，3控制用芯片焊盘，4电力用半导体元件，5绝缘片，6控制用半导体元件，7金属细线，8树脂，9弯曲部，10上模具，11下模具，12腔室，14套筒，15可动销
【具体实施方式】
[0030]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的电力用半导体装置及其制造方法进行说明。有时对于相同或对应的构成要素，标注相同的标号，省略重复说明。
[0031]实施方式1.
[0032]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的俯视图。图2是沿图1的I 一 II线的剖面图。图3是表示图1的装置内部的放大俯视图。
[0033]引线框I具有外引线和内引线，内引线具有与外引线连接的引线、电力用芯片焊盘2以及配置在比电力用芯片焊盘2高的位置处的控制用芯片焊盘3。RC-1GBT (ReverseConducting -1nsulated Gate Bipolar Transistor)等电力用半导体元件4通过无铅焊料安装在电力用芯片焊盘2上。并不限定于无铅焊料，也可以是导电性粘接剂，只要使用具有导电性的接合材料即可。
[0034]由绝缘层和铜箔构成的绝缘片5粘接在电力用芯片焊盘2的背面。对电力用半导体元件4进行控制的控制用半导体元件6通过导电性粘接剂安装在控制用芯片焊盘3上。
[0035]金属细线7将电力用半导体元件4与控制用半导体元件6电连接。具体地说，在电力用半导体元件4的表面设置有源极电极与栅极电极，源极电极与引线通过Al导线电连接，栅极电极与控制用半导体元件6通过Au导线电连接，控制用半导体元件6与引线全部通过Au导线电连接。此外，Al导线也可以是包含Cu的导线，Au导线也可以是包含Cu的导线。
[0036]由树脂8对电力用芯片焊盘2、控制用芯片焊盘3、电力用半导体元件4、控制用半导体元件6以及金属细线7进行封装。树脂8为了兼顾绝缘性与散热性，是在环氧树脂等树脂中含有3102或BN等导热填料的树脂。利用树脂8封装的电力用半导体装置，是在背面使绝缘片5的铜箔露出，引线框I的外引线从两端部突出，除此之外的部分由树脂封装的构造的DIP型封装。在外引线中，一侧是功率外引线，另一侧是控制外引线。
[0037]在电力用半导体元件4与控制用半导体元件6之间，电力用芯片焊盘2具有配置在金属细线7的下方并向上方弯曲的弯曲部9。电力用芯片焊盘2和弯曲部9不与控制用芯片焊盘3物理接触。
[0038]图4是将本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的弯曲部的前端部和控制用芯片焊盘放大后的剖面图。弯曲部9的前端部位于比控制用芯片焊盘3的上表面低的位置。因此，金属细线7与引线框I的接触不易发生。
[0039]下面，对上述电力用半导体装置的制造方法进行说明。图5是表示本发明的实施方式I所涉及的电力用半导体装置的制造方法的剖面图。首先，在电力用芯片焊盘2上通过焊料安装电力用半导体元件4。在电力用芯片焊盘2的背面粘接绝缘片5。然后，在配置于比电力用芯片焊盘2高的位置处的控制用芯片焊盘3上，通过导电性粘接剂安装对电力用半导体元件4进行控制的控制用半导体元件6。
[0040]然后，利用金属细线7将电力用半导体元件4与控制用半导体元件6电连接。具体地说，通过Al导线将电力用半导体元件4与引线连接，通过Au导线将电力用半导体元件4与控制用半导体元件6连接，且将控制用半导体元件6与引线连接。
[0041]然后，向由上模具10与下模具11构成的腔室12内，放入电力用芯片焊盘2、控制用芯片焊盘3、电力用半导体元件4、控制用半导体元件6以及金属细线7，并进行合模。然后，将熔融的具有热固化性的树脂8挤入到腔室12内，使其热固化、成型并进行封装。在该传递模塑时，为了抑制由树脂8引起Au导线漂移，因而从电力用芯片焊盘2侧向控制用芯片焊盘3侧注入树脂8。在树脂8遍布于腔室12内后，经由熔融的树脂8向腔室12内施加流体静压。施加流体静压后，在树脂8已硬化的定时，打开模具取出成型品，传递模塑完成。通过该传递模塑将电力用芯片焊盘2与绝缘片5压固而形成封装体。然后，将外引线加工成规定的尺寸、形状，制造工序完成。
[0042]在本实施方式中，电力用芯片焊盘2具有配置在金属细线7的下方并向上方弯曲的弯曲部9。在模塑时，从电力用芯片焊盘2侧向控制用芯片焊盘3侧注入的树脂8通过弯曲部9后，由于流动的矢量朝向上方，因此金属细线7从下向上受到反作用力。因此，即使作为树脂8使用高粘度的高导热树脂，金属细线7与引线框I的接触也不易发生，使成品率提高。并且，由于金属细线7变得不易变形，所以能够提高树脂8的流速，提高生产率。另夕卜，通过使用高导热且高粘度的树脂8，并且将电力用半导