CN102569256B - 树脂密封型半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供实现重叠配置元件且散热性较高的树脂密封型半导体的树脂密封型半导体装置及其制造方法。具备：第一半导体开关元件，在表面接合有第一发射极端子，在背面接合有第一集电极端子；第二半导体开关元件，在表面接合有第二发射极端子，在背面接合有第二集电极端子；第一散热板，与该第一集电极端子接合；第二散热板，与该第二集电极端子接合；整体地覆盖该第一半导体开关元件和该第二半导体开关元件的模塑树脂。并且，该第一散热板、该第二散热板从该模塑树脂露出，该第一发射极端子和该第二发射极端子相对并且分离。

Description

树脂密封型半导体装置及其制造方法
本申请是下述申请的分案申请：
发明名称：树脂密封型半导体装置及其制造方法
申请日：2009年2月18日
申请号：200910006437.5。
技术领域
本发明涉及树脂密封型半导体装置及其制造方法，以将多个半导体开关元件重叠的方式配置，并且一体地进行树脂密封，由此，缩小安装面积。
背景技术
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管）或功率MOSFET等是被广泛使用于电力的转换或马达控制的半导体开关元件。作为使用了半导体开关元件的装置的一例，参照图25对使用IGBT的三相交流反相器电路（inverter circuit）进行说明。
三相交流反相器电路301具备U相302、V相304、W相306。并且，U相302、V相304、W相306分别具备上支路（upper arm）310和下支路（lower arm）312。上支路310具备IGBT314和与其并联连接的续流二极管316。下支路312也同样地具备IGBT318和与其并联连接的续流二极管320。并且，U相302与高电压直流电源连接，进行从控制电路传送的控制信号的开关，并向负载322传送交流成分。并且，V相304、W相306也与U相302相同。
这样，利用多个IGBT（半导体开关元件）的装置通过树脂密封进行安装的情况较多。例如，如图26所示那样安装上述的三相交流反相器电路301的U相302。在图26中，将第一导体电极334以及第二导体电极332配置在绝缘衬底335上。
在第一导体电极334上，以已经描述了的上支路的IGBT314的集电极和续流二极管316的阴极连接的方式，配置IGBT314和续流二极管316。另一方面，在第二导体电极332上，以已经描述了的下支路的IGBT318的集电极和续流二极管320的阴极连接的方式，配置IGBT318和续流二极管320。配置在第一导体电极334以及第二导体电极332上的元件利用引线布线308进行预定的连接，从而实现图25的连接。
并且，在图26中，从控制端子338提供IGBT314的控制信号，从控制端子340提供IGBT318的控制信号。
搭载有元件的绝缘衬底被树脂密封的情况很多。参照图27到图32概括说明一般的树脂密封的工艺。如图27所示，此处应该被树脂密封的结构即插入物360被配置在由上模具350和下模具352形成的腔357中。向腔内部提供模塑树脂（molding resin）的树脂块（resin tablet）356和塞子（plunger）354被配置在下模具352的一部分上。
其次，如图28所示，利用上模具350和下模具352进行紧固。此时，上、下模具将应该被提供给腔内的模塑树脂进行加热，降低树脂粘度。其次，塞子354向腔内部方向进行移动，将模塑树脂注入到腔内部（图29）。并且，使上模具350、下模具352温度下降，使腔内的模塑树脂358硬化（图30）。最后，将上模具350及下模具352从上述的被硬化了的模塑树脂上取下（图31）并且进行所希望的切断等，树脂密封结束（图32）。
对于上述的树脂密封的方法来说，即使插入物的厚度具有制造偏差，该偏差若在规定的范围内，则能够毫无问题地进行树脂密封。但是，在这样的树脂密封的方法中，存在散热特性的提高不充分这一问题。此外，也不能满足缩小安装面积的要求，要求进行改善。
为了缩小树脂密封型半导体装置的安装面积，在树脂密封型半导体装置的厚度方向上将半导体元件进行重叠配置。即，在上述的三相交流反相器的例子中，存在在以在构成在U相、V相、W相的任意一个中所使用的下支路的IGBT上装载构成该上支路的IGBT的方式进行重叠的状态下进行树脂密封的情况（专利文献1-9），由此，与在如图26所示的平坦的表面（衬底）上搭载了元件的情况进行比较，能够将安装面积缩小至大约一半左右。
专利文献1：特开2006-049542号公报；
专利文献2：特开2006-134990号公报；
专利文献3：特开2004-193476号公报；
专利文献4：特开2002-026251号公报；
专利文献5：特开2004-047850号公报；
专利文献6：特开2005-064116号公报；
专利文献7：特开2005-064115号公报；
专利文献8：特开2005-333008号公报；
专利文献9：特开2005-303018号公报。
如上所述，在将两个IGBT进行重叠的状态下进行树脂密封的半导体装置中，与在平坦的表面（衬底）上搭载了多个元件的情况相比较，能够以高密度来搭载元件。一般地，在电力用等的半导体装置中，散热性为重要的特性。并且，如上所述，当以高密度搭载元件时，还需要增加IGBT等的被树脂密封的元件的散热性。因此，考虑制造如图34记载的插入物401。图34中记载的插入物401是被搭载在塑模模具内部并且应该进行树脂密封的结构。插入物401是以将IGBT408和IGBT410、二极管424和二极管426重叠的方式进行配置的结构。
并且，在IGBT408的表面侧、即配置栅极和发射极的面上，散热器（heat spreader）422与上述的发射极接合。对于该接合来说，例如，通过焊料416等进行。散热器422为金属制。散热器422不仅与IGBT408的发射极接合，也与二极管426的阳极接合。对于散热器422来说，在与IGBT408的发射极接合的面的相反面上，通过绝缘层430与作为散热板的铜箔434接合。铜箔434的与绝缘层430接合的面的相反面是模塑树脂工序之后也要在外部露出的面。
此外，关于与IGBT408重叠配置的IGBT410，散热器420与IGBT410的背面、即形成集电极的面接合。散热器420为金属制。散热器420不仅与IGBT410的发射极接合，也与二极管424的阴极接合。对于散热器420来说，在与IGBT410的发射极接合的面的相反面上，通过绝缘层432与作为散热板的铜箔436接合。铜箔436的与绝缘层432接合的面的相反面是模塑树脂工序之后也要在外部露出的面。
对于具备这样结构的插入物401来说，使用具备图33中记载的下模具402、中间模具404、上模具406的模具，利用模塑树脂进行树脂密封。如图33所示，对于下模具402来说，在其上表面，与中间模具404以及上模具406接触，对于上模具406来说，在其下表面，与中间模具404以及下模具402的上表面接触，进行紧固。下面，对使用了下模具402、中间模具404、上模具406的树脂密封的方法与参照图27到图32进行说明的方法的不同点进行说明。
对于插入物401的铜箔434和铜箔436来说，预定各自的与绝缘膜430、432接触的面的相反侧的面露出到模塑树脂外部，所以，配置在腔400内部并且向腔内导入模塑树脂时，必须按压腔内壁。即，腔内壁与铜箔434、铜箔436接触，由此，能够不使模塑树脂浸入到腔内部和铜箔434、铜箔436之间，如上所述能够使铜箔434和铜箔436的一部分露出到模塑树脂外部。
由此，除了从与散热器422连接且延伸到树脂密封后的模塑树脂外部的IGBT408的发射极端子440、和IGBT410的集电极端子438以及主电极428的散热，也进行从铜箔434和铜箔436的散热。因此，能够制造散热性良好的树脂密封型半导体装置。
但是，为了实施上述的制造方法，插入物401的总厚度和由模具（下模具402、中间模具404、上模具406）形成的腔400的腔总深度（图33中以A表示）必须完全一致。若在二者完全一致的状态下将插入物401导入到腔400中并且进行模塑树脂的注入，则能够使铜箔434和铜箔436的一部分向模塑树脂外部露出，并且，不存在在插入物上施加不需要的力的弊端。但是，在插入物401的制造中，不能避免总厚度B产生一定的偏差。
所以，存在插入物401的总厚度B是比腔总深度小的值的情况。此时，如图35所示，在利用下模具402、中间模具404、上模具406进行紧固之后，在铜箔434和上模具406的内壁之间、或者铜箔436和下模具402的内壁之间产生间隔450、间隔452。当以保持产生间隔450、452的状态进行树脂密封时，应该露出到模塑树脂外部的铜箔434和铜箔436的一部分也被模塑树脂454覆盖（图36）。其结果是，存在装置的散热特性的改善、提高比较困难的问题。
另一方面，也考虑插入物401的总厚度是比腔总深度A大的值的情况。此时，如图37所示，不能进行下模具402、中间模具404、上模具406的紧固。并且，例如，在下模具402上表面和上模具406下表面之间空出间隔460。此处，为了消除上述的间隔460，加强对下模具402、中间模具404、上模具406或其中任意一个的按压，强制进行紧固，则存在元件受到损伤这一问题（图38的462、464、466、468）。
这样，作为将想要缩小安装面积的IGBT等的半导体开关元件进行重叠配置的插入物，以使插入物的散热特性提高为目的，在将插入物的一部分紧密接触在模具内壁上的状态下进行模塑树脂的情况下，根据插入物的制造偏差，存在由模塑树脂覆盖了插入物的整体、或受到插入物破裂等的损伤这一问题。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的技术问题而提出的，其目的在于提供能够缩小安装面积和提高散热特性的树脂密封型半导体装置及其制造方法。
本发明的树脂密封型半导体装置具备：第一半导体开关元件，在表面具有发射极，在背面具有集电极；第一发射极端子，与该第一半导体开关元件的该表面接合；第一集电极端子，与该第一半导体开关元件的该背面接合；第二半导体开关元件，在表面具有发射极，在背面具有集电极；第二发射极端子，与该第二半导体开关元件的该表面接合；第二集电极端子，与该第二半导体开关元件的该背面接合；第一散热板，与该第一集电极端子的与该第一半导体开关元件的接合面的相反侧的面接合；第二散热板，与该第二集电极端子的与该第二半导体开关元件的接合面的相反侧的面接合；模塑树脂，整体地覆盖该第一半导体开关元件和该第二半导体开关元件。
并且，其特征在于，该第一散热板的与该第一集电极端子的接合面的相反侧的面从该模塑树脂露出，该第二散热板的与该第二集电极端子的接合面的相反侧的面从该模塑树脂露出，该第一半导体开关元件和该第二半导体开关元件以该第一半导体开关元件的发射极与该第二半导体开关元件的发射极相对的方式配置，该第一发射极端子和该第二发射极端子分离。
本发明的树脂密封型半导体装置具备：第一半导体开关元件，在表面具有发射极，在背面具有集电极；第二半导体开关元件，在表面具有发射极，在背面具有集电极；主电极输出端子，被该第一半导体开关元件的表面和该第二半导体开关元件的背面夹持；第一集电极端子，与该第一半导体开关元件的该背面接合；第二发射极端子，与该第二半导体开关元件的该表面接合；有机成分的第一高散热绝缘体，与该第一集电极端子的与该第一半导体开关元件的接合面的相反侧的面接合；有机成分的第二高散热绝缘体，与该第二集电极端子的与该第二半导体开关元件的接合面的相反侧的面接合；第一散热板，与该第一高散热绝缘体的与该第一集电极端子的接合面的相反侧的面接合；第二散热板，与该第二高散热绝缘体的与该第二发射极端子的接合面的相反侧的面接合；模塑树脂，整体地覆盖所述第一半导体开关元件与所述第二半导体开关元件。
并且，其特征在于，该第一散热板的与该第一高散热绝缘体的接合面的相反侧的面露出到该模塑树脂的外部，该第二散热板的与该第二高散热绝缘体的接合面的相反侧的面露出到该模塑树脂的外部，该第一高散热绝缘体和该第二高散热绝缘体的玻璃态转化温度比该模塑树脂软化的温度低。
本发明的树脂密封型半导体装置的制造方法，具备如下工序：在表面具有发射极、背面具有集电极的第一半导体开关元件的该表面上接合第一发射极端子，在该第一半导体开关元件的该背面上接合第一集电极端子；在该第一集电极端子的与该第一半导体开关元件的接合面的相反侧的面上接合第一散热板；在表面具有发射极、背面具有集电极的第二半导体开关元件的该表面上接合第二发射极端子，在该第二半导体开关元件的该背面上接合第二集电极端子；在该第二集电极端子的与该第二半导体开关元件的接合面的相反侧的面上接合第二散热板；将该第一、第二半导体开关元件、该第一、第二发射极端子、该第一、第二集电极端子以及该第一、第二散热板放入到由上模具和下模具形成的腔内部，向该腔内部注入模塑树脂，整体地覆盖该第一半导体开关元件和该第二半导体开关元件。
并且，其特征在于，将该模塑树脂注入到该腔内部时，使该第一散热板的与该第一集电极端子的接合面的相反侧的面接触到该下模具的内部底面，使该第二散热板的与该第二集电极端子的接合面的相反侧的面接触到该上模具的内部上表面，以该第一半导体开关元件的发射极和该第二半导体开关元件的发射极相对的方式，配置该第一半导体开关元件和该第二半导体开关元件，使该第一发射极端子与该第二发射极端子分离。
本发明的树脂密封型半导体装置的制造方法，具备如下工序：在表面具有发射极、背面具有集电极的第一半导体开关元件的该背面上接合第一集电极端子；在该第一集电极端子的与该第一半导体开关元件的接合面的相反侧的面上，接合有机成分的第一高散热绝缘体；在该第一高散热绝缘体的与该第一集电极端子的接合面的相反侧的面上接合第一散热板；在表面具有发射极、背面具有集电极的第二半导体开关元件的该表面上接合第二发射极端子；在该第二发射极端子的与该第二半导体开关元件的接合面的相反侧的面上，接合有机成分的第二高散热绝缘体；在该第二高散热绝缘体的与该第二发射极端子的接合面的相反侧的面上接合第二散热板；以被该第一半导体开关元件的表面和该第二半导体开关元件的背面夹持的方式，接合主电极输出端子；将该第一、第二半导体开关元件、该第一集电极端子、该第二发射极端子、该第一、第二高散热绝缘体、该第一、第二散热板、该主电极输出端子放入到由上模具和下模具形成的腔内部，向该腔内部注入模塑树脂，整体地覆盖该第一半导体开关元件和该第二半导体开关元件。
并且，其特征在于，将该模塑树脂注入到该腔内部时，使该第一散热板的与该第一高散热绝缘体的接合面的相反侧的面接触到该下模具的内部底面，使该第二散热板的与该第二高散热绝缘体的接合面的相反侧的面接触到该上模具的内部上表面，该第一高散热绝缘体与该第二高散热绝缘体的玻璃态转化温度比该模塑树脂软化的温度低。
根据本发明，能够无弊病地进行树脂密封型半导体装置的小型化和散热特性的提高。
附图说明
图1是实施方式1的树脂密封型半导体装置的剖面图。
图2是图1的在箭头B方向观察的剖面图。
图3是图1的在箭头C方向图的剖面图。
图4是表示图1的树脂密封型半导体装置的概况图。
图5是表示图1的树脂密封型半导体装置的概况图。
图6是表示图1的树脂密封型半导体装置的概况图。
图7是说明实施方式1的树脂密封型半导体装置的制造方法的图。
图8是说明实施方式1的树脂密封型半导体装置的冷却结构的图。
图9是说明实施方式1的树脂密封型半导体装置的冷却结构的图。
图10是实施方式2的树脂密封型半导体装置的剖面图。
图11是图10的在箭头B方向观察的剖面图。
图12是图10的在箭头C方向观察的剖面图。
图13是说明实施方式2的树脂密封型半导体装置的冷却结构的图。
图14是说明实施方式2的树脂密封型半导体装置的冷却结构的图。
图15是说明实施方式2的树脂密封型半导体装置的冷却结构的图。
图16是表示在实施方式2的树脂密封型半导体装置中形成三相交流反相器的例子的图。
图17是说明连接到汇流条（bus bar）的图16的结构的立体图。
图18是图17的主视图。
图19是以图18的D表示的部分周边的放大图。
图20是实施方式3的树脂密封型半导体装置的剖面图。
图21是图1的在箭头B的方向观察的剖面图。                                 
图22是对实施方式3的树脂密封型半导体装置的制造方法进行说明的图。
图23是对实施方式3的树脂密封型半导体装置的制造方法进行说明的图。
图24是实施方式4的树脂密封型半导体装置的剖面图。
图25是说明三相交流反相器的电路图。
图26是对单相的布局例子进行说明的图。
图27是对已知的树脂密封工序进行说明的图。
图28是对已知的树脂密封工序进行说明的图。
图29是对已知的树脂密封工序进行说明的图。
图30是对已知的树脂密封工序进行说明的图。
图31是对已知的树脂密封工序进行说明的图。
图32是对已知的树脂密封工序进行说明的图。
图33是对在树脂密封工序中使用的模具进行说明的图。
图34是对已知的模塑树脂工序前的结构进行说明的图。
图35是说明散热性相关的技术问题的图。
图36是说明散热性相关的技术问题的图。
图37是关于对元件的损伤相关的技术问题进行说明的图。
图38是关于对元件的损伤相关的技术问题进行说明的图。
具体实施方式
实施方式1
本实施方式涉及能够实现小型化和提高散热特性的树脂密封型半导体装置及其制造方法。图1是本实施方式的树脂密封型半导体装置11的剖面图。树脂密封型半导体装置11具备第一IGBT10。第一IGBT10在表面上具有栅极、发射极，在背面上具有集电极。第一控制端子28通过第一内部布线32连接到第一IGBT10的栅极。此外，第一发射极端子22利用焊料18与第一IGBT10的发射极连接。并且，第一集电极端子20利用焊料18与第一IGBT10的集电极连接。
并且，本实施方式的树脂密封型半导体装置11还具备第一二极管14。第一二极管14在表面上形成有阴极，在背面上形成有阳极。第一二极管14的阴极利用焊料18连接到第一集电极端子20。第一二极管14的阳极利用焊料18连接到第一发射极端子22。因此，对于第一集电极端子20来说，其预定的面与第一IGBT10的集电极以及第一二极管14的阴极连接。此外，对于第一发射极端子22来说，其预定的面与第一IGBT10的发射极以及第一二极管14的阳极连接。
在上述第一集电极端子20的与第一IGBT10的集电极以及第一二极管14的阴极连接的面的相反侧的面（以下称为第一集电极端子散热面）上配置有第一绝缘层36。为了第一集电极端子20的绝缘，第一绝缘层36与第一集电极端子散热面接触地配置。在第一绝缘层36的与第一集电极端子散热面接触的面的相反面上配置有第一散热板38。第一散热板38是平板状，在与第一绝缘层36接触的面的相反侧的面，从塑模树脂34露出到外部。此处，第一散热板38是金属制，提高塑模树脂34内部特别是第一集电极端子20的散热性。并且，上述第一集电极端子散热面是通过第一绝缘层36而与第一散热板38连结并进行散热的面。但是，也存在从第一集电极端子散热面以外的面进行第一集电极端子20的散热的情况。后述的第二集电极端子散热面也是用样的。
以下，为了说明的方便，将由上述的第一IGBT10、第一二极管14、第一集电极端子20、第一发射极端子22、第一内部布线32、第一控制端子28、第一绝缘层36、第一散热板38构成的结构称为“高侧（high side）”。
树脂密封型半导体装置11还具备第二IGBT12。第二IGBT12在表面上具有栅极、发射极，在背面上具有集电极。第二控制端子30通过第二内部布线33连接到第二IGBT12的栅极。此外，第二发射极端子26利用焊料18而与第二IGBT12的发射极连接。并且，第二集电极端子24利用焊料18而与第二IGBT12的集电极连接。
并且，本实施方式的树脂密封型半导体装置11具备第二二极管16。对于第二二极管16来说，在表面上形成有阴极，在背面上形成有阳极。第二二极管16的阴极利用焊料18连接到第二集电极端子24。并且，焊料18配置在与高侧相对应的位置。
并且，第二二极管16的阳极利用焊料18连接到第二发射极端子26。因此，对于第二集电极端子24来说，其预定的面与第二IGBT12的集电极以及第二二极管16的阴极连接。此外，对于第二发射极端子26来说，其预定的面与第二IGBT12的发射极以及第二二极管16的阳极连接。
在上述的第二集电极端子24的与第二IGBT12的集电极以及第二二极管16的阴极连接的面的相反侧的面（以下称为第二集电极端子散热面）上，配置有第二绝缘层37。为了第二集电极端子24的绝缘，第二绝缘层37与第二集电极端子散热面接触地配置。在第二绝缘层37的与第二集电极端子散热面接触的面的相反的面上配置有第二散热板39。第二散热板39是平板状，在与第二绝缘层37接触的面的相反侧的面上，从塑模树脂34露出到外部。此处，第二散热板39是金属制，提高塑模树脂34内部特别是第二集电极端子24的散热性。
以下为了便于说明，将由上述的第二IGBT12、第二二极管16、第二集电极端子24、第二发射极端子26、第二内部布线33、第二控制端子30、第二绝缘层37、第二散热板39构成的结构称为“低侧（low side）”。
对于本实施方式的树脂密封型半导体装置11来说，由塑模树脂34整体地覆盖上述的高侧和低侧。并且，以第一发射极端子22和第二发射极端子26相对的方式配置高侧和低侧。此处，第一发射极端子22和第二发射极端子26隔开0.1mm左右的间隔。该间隔不特别地限于0.1mm，能够设定至少比高侧和低侧的厚度的制造偏差之和（总厚度偏差）大的值。并且，以充满该间隔的方式在第一发射极端子22和第二发射极端子26之间形成有塑模树脂34。
并且，第一IGBT10、第二IGBT12、第一二极管14、第二二极管16被塑模树脂34覆盖，第一集电极端子20、第二集电极端子24、第一发射极端子22、第二发射极端子26、第一控制端子28、第二控制端子30具备延伸至塑模树脂34的外部的部分。
对于第一集电极端子20与第二集电极端子26延伸的方向来说，无论在塑模树脂34内外，均为平行，二者在塑模树脂34的外部延伸的方向为同一方向。此外，对于第一发射极端子22与第二集电极端子24延伸的方向来说，无论在塑模树脂34内外，均为平行，二者在塑模树脂34的外部延伸的方向为同一方向。并且，第一集电极端子20与第二发射极端子26在塑模树脂34外部延伸的方向和第一发射极端子22与第二集电极端子24在塑模树脂34外部延伸的方向为相反方向。
本实施方式的树脂密封型半导体装置具备上述的结构，形成图25中所说明的三相交流反相器的交流U相302、V相304、W相306的任意一个。
图2是图1的在箭头B方向观察的剖面图。如图2所示，第一IGBT10的栅极利用第一内部布线32被连接到第一控制端子28。此外，第二IGBT12的栅极利用第二内部布线33被连接到第二控制端子30。第一控制端子28、第二控制端子30都具备延伸到塑模树脂34外部的部分。
图3是从图1的C箭头方向观察本实施方式的树脂密封型半导体装置11的仰视图。第二散热板39以与第二集电极端子散热面的较宽的范围重叠的方式配置。
图4、5、6是从各种角度表示上述的树脂密封型半导体装置11的图，对这些所赋予的附图标记已经记载了，因此省略说明。
图7是对本实施方式的树脂密封型半导体装置11的制造方法进行说明的图。使用下模具50、中间模具52、上模具54，实施本实施方式的树脂密封型半导体装置11的模塑树脂的树脂密封。即，在将高侧和低侧放入到由下模具50、中间模具52、上模具54的内壁形成的腔内部的状态下，向腔内部注入模塑树脂，进行高侧和低侧的树脂密封。
以下，参照图7对树脂密封的工序进行详细描述。首先，将利用焊接等进行组装后的低侧搭载在下模具50上。将低侧的应该延伸到模塑树脂外部的第二发射极端子26和第二集电极端子24的一部分搭载在下模具50的上侧面上。
然后，在第二发射极端子26和第二集电极端子24的载置于下模具50的上侧面上的部分上，重叠载置中间模具52。对于中间模具52来说，至少在其一部分上具备由中间模具52和下模具50夹持第二发射极端子26和第二集电极端子24一部分的部分。
然后，将利用焊接等进行组装后的高侧搭载在中间模具52上。具体地说，将应该延伸到模塑树脂外部的第一集电极端子20和第一发射极端子22的部分搭载在中间模具52的上侧面上。
接下来，在第一集电极端子20和第一发射极端子22的载置于中间模具52的上侧面上的部分上，重叠载置上模具54。对于上模具54来说，至少在其一部分上，具备由中间模具52和上模具54夹持第一发射极端子22和第一集电极端子20一部分的部分。
并且，在这样将高侧和低侧配置在下模具50、中间模具52、上模具54的腔中的状态下，第一发射极端子22和第二发射极端子26位于相对的位置上，在二者之间设置有固定的间隔。该间隔能够根据中间模具52的厚度进行调整。
接下来，进行下模具50、中间模具52、上模具54的紧固。对于紧固来说，对上模具50和下模具54或者这些中的一个施加力，固定高侧及低侧。在本实施方式中，至少在进行该紧固的状态下，第一散热板38的与第一绝缘层36接触的面的相反面（以下称为第一散热面），与上模具54的内壁接触。此外，第二散热板39的与第二绝缘层37接触的面的相反面（以下称为第二散热面），与下模具50的内壁接触。
此外，进行紧固的状态下的第一发射极端子22和第二发射极端子26的距离（在图7中以C来表示该距离）为0.1mm，但是，如上所述，不特别限于该值。
接下来，在进行了上述的紧固的状态下，向腔内部注入模塑树脂，对高侧和低侧整体地进行树脂密封。
上述的树脂密封型半导体装置及其制造方法具有以下特征。首先，如参照图7所说明的那样，在本实施方式中，在第一发射极端子22和第二发射极端子26之间设置了间隔（在图7中以C表示）的状态下进行树脂密封。因此，在产生上述的技术问题的情况下、在高侧和低侧的厚度之和比腔总深度大的情况下，间隔C都吸收这二者的背离（差）。因此，能够避免IGBT元件等受到损伤的弊病。由此，不需要在树脂密封工序前严格管理高侧和低侧的厚度、或者在紧固时为了避免对高侧以及低侧施加过剩的力而设置缓冲层、或者使模具结构复杂化而进行对应等，从而能够以简便的工序低价地制造。
并且，如上所述，在第一散热面以及第二散热面与腔内壁接触的状态下进行模塑树脂的注入，因此，模塑树脂不附着在这些面上。因此，能够使第一散热面以及第二散热面露出到模塑树脂外部，所以，能够使树脂密封型半导体装置的散热特性提高。此处，高侧和低侧都以IGBT的集电极朝向树脂密封型半导体装置的外侧的方式配置，这对于散热特性来说是理性的配置。即，能够形成为如下结构：能够将散热板配置在IGBT的集电极侧，由此，具备与IGBT元件的投影面积相同（或者其以上）的散热板的散热面积。
并且，本实施方式的树脂密封型半导体装置将高侧和低侧重叠地纵向配置，因此与将它们配置为平面状的情况相比较，能够削减安装面积。
并且，对于本实施方式的树脂密封型半导体装置来说，第一集电极端子20和第二发射极端子26在塑模树脂34的外部延伸的方向、和第一发射极端子22与第二集电极端子24在塑模树脂34的外部延伸的方向为相反方向。因此，流过高侧和低侧的电流的方向为相反方向，所以，能够减少互感。
此处，对使本实施方式的树脂密封型半导体装置的散热特性进一步提高的结构进行说明。
图8是对利用焊料60将叶片状的冷却结构62安装在第一发射极端子22和第二集电极端子24上的树脂密封型半导体装置进行说明的图。根据本实施方式的结构，由于已经描述的第一散热板38和第二散热板39进行的散热能够得到较高的散热效果，但是，在集电极端子、发射极端子的任意一个或全部上设置叶片状的冷却结构62这样的冷却结构，从而能够进一步提高散热特性。
图9是说明上述的冷却结构的其他例子的图。如图9所示，也能够在集电极端子、发射极端子的任意一个或全部上设置冷却板64。
通过本实施方式，作为树脂密封型半导体装置具备的元件，列举了第一IGBT10、第二IGBT12、第一二极管14、第二二极管16，但是，本发明不限于此。即，本发明的第一效果为：在将多个半导体元件重叠配置地进行树脂密封的树脂密封工序中，能够制作没有对半导体元件的损伤等的弊病、且散热特性良好的树脂密封型半导体装置。因此，为了得到本发明的效果，不限定半导体元件的种类。
同样地，在本实施方式中所示的结构只要不超出本发明的范围，能够进行各种变形。例如，作为第一散热板38以及第二散热板39，也可以使用铜箔。此外，第一绝缘层36、第二绝缘层37也可以省略或以其他的结构来代替。
实施方式2
本实施方式涉及能够将结构简化并且提高散热特性、电特性的树脂密封型半导体装置。图10是本实施方式的树脂密封型半导体装置的剖面图。并且，在图10中，给出与图1相同的附图标记的部分是与图1相同的结构要素，因此省略说明。以下，对与实施方式1的结构上的不同点进行说明。
本实施方式的第一IGBT10的背面以及形成有第一二极管14的阴极的面通过焊料18与第一散热器72接合。此外，第二IGBT12的背面以及形成有第二二极管16的阴极的面通过焊料18与第二散热器76接合。第一散热器72、第二散热器76是导电性良好的金属板。
在第一散热器72的与第一IGBT10的背面等接触的面上，连接第一IGBT10的集电极端子74。集电极端子74具备延伸到塑模树脂34的外部的部分。
在第二散热器76的与第二IGBT12的集电极以及第二二极管16的阴极接合的面上，还配置有连接导线70。连接导线70在塑模树脂34的内部连接散热器76和第一发射极端子22。
对于本实施方式的树脂密封型半导体装置来说，是构成三相交流反相器的U相、V相、W相的任意一个的模块，必须连接（在实施方式1中定义的）高侧的发射极端子和低侧的集电极端子。因此，在本实施方式中，在塑模树脂34内部进行该连接，由此，将结构简化。集电极端子74和第二发射极端子26不论在模塑树脂内外都平行地配置，二者朝向塑模树脂34外部的相同方向延伸。此处，第一发射极端子22在塑模树脂34外部延伸的方向，是集电极端子74和第二发射极端子26在塑模树脂34外部延伸的方向相反侧，并且，不论在塑模树脂34内外都平行。并且，对于第一发射极端子22、集电极端子74、第二发射极端子26来说，根据其作用，也能够分别称为主电极输出端子、主电极P端子、主电极N端子。
图11和图12示出从本实施方式的树脂密封型半导体装置的其他角度观察的图。图11是图10的在箭头B方向观察的剖面图。图12是图10的在箭头C方向观察的剖面图。这样结构的树脂密封型半导体装置的制造方法与实施方式1相同，因此省略说明。
为了使本实施方式的树脂密封型半导体装置的散热特性提高，例如，考虑图13、14、15这样的结构。图13中示出通过焊料81在第一发射极端子22的延伸到塑模树脂34外部的部分的表面、背面上安装有叶片状的冷却结构80、82的状态。此时，能够提高第一发射极端子22的散热特性。
图14是对在第一发射极端子22的散热中也利用与第一散热板38接触地配置的冷却板90的树脂密封型半导体装置进行说明的图。冷却板90是为了进行散热板（此处为第一散热板38）的散热而设置的。在本实施方式中，冷却板90通过油脂层（grease layer）84、高散热绝缘体86、绝缘层88而与第一发射极端子22连接，所以，能够同时进行第一散热板38的散热和第一发射极端子22的散热。此时，必须使第一散热板38和第一发射极端子22电绝缘，所以，在本实施方式中，使用绝缘层88。
图15是说明与图14相同地在第一发射极端子的冷却中也利用冷却板90的结构的图。但是，图15的第一发射极端子92具备在塑模树脂34的外部形成得较厚的部分94。由于该形成得较厚的部分94与高散热绝缘层96接触，所以能够容易实现第一散热板38和第一发射极端子92的冷却结构的共有化。
这样，在第一发射极端子92的延伸到塑模树脂34外部的部分，设置形成得较厚的部分94，由此，与图14的结构相比较，能够降低冷却板90和第一发射极端子92之间的热电阻。即，根据图15所示的结构，形成得较厚的部分94具有热容量（heat capacity），所以，在形成得较厚的部分94和第一发射极端子92之间没有热电阻，能够提高过渡热特性。
与本实施方式的树脂密封型半导体装置的散热特性有关的特征如上所述。以下，说明与电特性有关的特征。
参照图16、17、18、19对本实施方式的树脂密封型半导体装置的电特性进行说明。图16是构成三相交流反相器的U相的树脂密封型半导体装置110、V相的树脂密封型半导体装置112、W相的树脂密封型半导体装置114分别被冷却板98夹持的结构。U相的树脂密封型半导体装置110、V相的树脂密封型半导体装置112、W相的树脂密封型半导体装置114分别是图10所示的树脂密封型半导体装置。此处，U相的树脂密封型半导体装置110、V相的树脂密封型半导体装置112、W相的树脂密封型半导体装置114的各端子在模塑树脂的外部延伸的方向相同。即，U相的树脂密封型半导体装置110、V相的树脂密封型半导体装置112、W相的树脂密封型半导体装置114各自的集电极端子74、第二发射极端子26在同一方向上延伸，同样地，第一发射极端子22也分别在同一方向上延伸。
利用螺丝紧固等将电抗100和电抗101固定在隔着冷却板重叠配置的三个模块（树脂密封型半导体装置）上。电抗100和电抗101以如下方式配置：由电抗100和电抗101夹持上述的“隔着冷却板重叠配置的三个模块（树脂密封型半导体装置）”。
这样结构的三相交流反相器进一步连接到汇流条（bus bar）。以下参照图17进行说明。图17是在图16的结构中附加了N汇流条102、P汇流条104的结构的立体图。N汇流条102与三个模块的集电极端子74连接。另一方面，P汇流条104与三个模块的第二发射极端子26连接。此处，N汇流条102和P汇流条104平行地配置。
对于上述的电极配置的三相交流反相器来说，能够将流过P汇流条104－树脂密封型半导体装置（反相器模块）－N汇流条102的电流的环路的面积变窄。因此，能够降低装置的电感。
但是，在树脂密封型半导体装置等的半导体装置中被决定要求耐压，根据该要求耐压，决定必要绝缘距离（沿面距离）。在本实施方式的树脂密封型半导体装置中，P电极、N电极、输出端子（发射极端子或集电极端子）也需要确保满足上述的要求耐压的必要沿面距离。
在本实施方式中，在使上述的沿面距离为d的情况下，使集电极端子74和第二发射极端子26的距离为比d大的值。并且，使冷却板90和第一发射极端子22的距离为比d大的值，所以能够满足要求耐压。并且，图18是图17的侧面图。此外，图19是将图18的虚线周边放大了的图。并且，图19所示的距离X和距离Y是比上述的值d大的值。
对于提高上述的散热特性或提高电特性的结构的应用来说，不限于图10的树脂密封型半导体装置，也可以是其他实施方式的树脂密封型半导体装置。即，本实施方式与实施方式1相同地，在第一发射极端子22和第二发射极端子26相对、并且在二者之间设置有间隔的结构的树脂密封型半导体装置中使散热特性、电特性提高，所以，只要不脱离该范围就不特别地限定。
实施方式3
本实施方式涉及能够不在高侧和低侧之间设置间隔地进行树脂密封工序的树脂密封型半导体装置及其制造方法。参照图20、21、22、23说明本实施方式。本实施方式的树脂密封型半导体装置具备在表面上形成有栅极、发射极并且在背面上形成有集电极的第一IGBT200和第二IGBT202。还具备在表面上形成有阴极并且在背面上形成有阳极的第一二极管212、第二二极管214。
并且，第一IGBT200的发射极以及第一二极管212的阳极利用焊料216连接到平板状的第一散热器208连接。具有延伸到模塑树脂229的外部的部分的第一发射极端子224连接到第一散热器208。在第一散热器208的与第一IGBT200等连接的面的相反面上，配置有作为有机成分的第一高散热绝缘体217。第一高散热绝缘体217是其玻璃态转化温度（glass transition temperature）比塑模模具温度低的材料。一般地，塑模模具温度大概为180℃左右，但本发明不特别限定。
对于第一高散热绝缘体217来说，在与第一散热器208接触的面的相反面上，与第一散热板201接合。对于第一散热板201来说，在与第一高散热绝缘体217接触的面的相反面，露出到模塑树脂229的外部。
并且，本实施方式的树脂密封型半导体装置具备平板状的输出端子228。对于输出端子228来说，在其一个面上利用焊料216等与第一IGBT200的集电极以及第一二极管的阴极接合。对于输出端子228来说，在与第一IGBT200的集电极等接合的面的相反面上，与第二IGBT的发射极以及第二二极管214的阳极接合。并且，输出端子228在上述第一发射极端子的相反方向上具有延伸到模塑树脂229外部的部分。
并且，第二IGBT202的集电极和第二二极管214的阴极利用焊料216等连接到平板状的第二散热器210。具有延伸到模塑树脂229的外部的部分的第二集电极端子226与第二散热器210连接。此处，第二集电极端子226与第一发射极端子224不论在模塑树脂内外均为平行，并且从模塑树脂229在同一方向上延伸到外部。
在第二散热器210的与第二IGBT202的集电极等连接的面的相反面上配置有第二高散热绝缘体218。第二高散热绝缘体218的成分与第一高散热绝缘体217相同。此处，第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218例如为环氧树脂，厚度分别为0.2～0.3mm左右。此外，在玻璃态转化温度下，能够在其厚度的10%左右的范围内膨胀或者收缩。并且，第二高散热绝缘体218的与第二散热器210接触的面的相反面露出到模塑树脂229的外部。并且，图21是用于对第一IGBT200和第二IGBT202的控制端子进行说明的图，是图20的从箭头B观察的图。这与在实施方式1中所说明的相同，因此省略说明。
这样，本实施方式的树脂密封型半导体装置与实施方式1不同，在高侧和低侧之间没有间隔。但是，将高侧和低侧搭载在模具的腔内部，使模具上升到得到模塑树脂的流动性的温度即塑模模具温度时，第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218达到玻璃态转化温度。所以，在进行树脂密封时，即使在高侧和低侧的总厚度和腔深度之间存在背离，也能够通过第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218进行膨胀或者收缩来吸收该背离。参照图22和图23更具体地进行说明。
图22为对高侧和低侧的总厚度是比腔深度小的值的情况进行说明的图。在该情况下，存在在树脂密封工序后应该露出到外部的第一散热面和第二散热面被模塑树脂覆盖的危险。但是，本实施方式的第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218在玻璃态转化温度下若不被施加力，则进行热膨胀。因此，由于第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218的热膨胀，能够弥补高侧与低侧的总厚度和腔深度的背离。所以，在注入模塑树脂时，高侧与低侧的总厚度和腔深度一致，所以与实施方式1等同样地，能够使散热板在表面露出，并且也能够避免对元件的损伤。
图23是对高侧和低侧的总厚度是比腔深度大的值的情况进行说明的图。在该情况下，在由下模具、中间模具、上模具进行紧固时，对高侧和低侧施加力。但是，本实施方式的第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218在玻璃态转化温度下进行软化，在被施加力时进行收缩。因此，利用第一高散热绝缘体217和第二高散热绝缘体218的热膨胀，能够弥补高侧和低侧的总厚度与腔深度的背离。所以，在注入模塑树脂时高侧和低侧的总厚度与腔深度一致，因此与实施方式1等同样地，能够进行避免对IGBT等元件的损伤的模塑树脂。
对于本实施方式来说，只要应该被树脂密封的高侧和低侧的总厚度偏差在如下的厚度的范围内就能够没有弊病地进行树脂密封，该厚度是：第一高散热绝缘体217以及第二高散热绝缘体218在玻璃态转化温度以上时能够进行膨胀或收缩的厚度。因此，若预先取得由高侧和低侧构成的插入物的偏差（总厚度的偏差），则与其相对应地将第一高散热绝缘体217以及第二高散热绝缘体218的厚度、材质等进行最优化，由此，不使树脂密封型半导体装置的厚度不必要地变厚就能够得到与实施方式1同样的效果。
此处，根据IGBT元件的厚度的偏差等适当决定第一高散热绝缘体217以及第二高散热绝缘体218的厚度，所以，不限定于上述的值。同样地，关于第一高散热绝缘体217以及第二高散热绝缘体218达到玻璃态转化温度时能够进行热膨胀、收缩的范围，根据IGBT元件等的偏差适当决定即可，所以不被限定。
实施方式4
本实施方式涉及在高侧和低侧之间配置有弹性结构体的树脂密封型半导体装置及其制造方法。参照图24对本实施方式进行说明。在图24中，给出与图1相同的附图标记的部分与图1相同，因此省略说明。本实施方式的树脂密封型半导体装置的特征在于，配置有夹持在第一发射极端子22和第二发射极端子26这二者之间的弹性结构体300。
弹性结构体300是平板状的绝缘体，是至少在厚度方向上具有弹性的材料。弹性结构体300以如下方式配置：在被第一IGBT10和第二IGBT12夹持的同时，也被第一二极管14和第二二极管16夹持。
对于这样的树脂密封型半导体装置来说，例如，在由弹性结构体300使高侧和低侧一体化的状态下，导入到腔内部。此处，弹性结构体300能够向厚度方向变形的范围，以能够吸收高侧和低侧的总厚度偏差的方式决定。
即，即使存在高侧和低侧的总厚度偏差，也能够通过弹性结构体300进行变形，从而使该总厚度与模具的腔厚度一致。因此，在将高侧和低侧配置在模具的腔内部的状态下，在实施方式1中定义的第一散热面和第二散热面分别与上模具和下模具的内壁接触。
此处，如上所述，在实施方式1中，也使第一散热面和第二散热面分别与上模具和下模具的内壁接触。这是在第一集电极端子20等的树脂密封工序时由模具固定的部分由于在高侧达到上侧、在低侧达到下侧的按压力得到的效果。但是，在本实施方式中，不是“第一集电极端子20等在树脂密封工序时由模具固定的部分”，而是由弹性结构体300产生上述的按压力。
并且，在实施方式1中，第一发射极端子22和第二发射极端子26、或者第一控制端子28和第二控制端子30之间被塑模树脂34“分隔”。但是，在本实施方式中，由弹性结构体300进行上述的“分隔”，从而得到更可靠的防短路效果。这样，在本实施方式中，利用弹性结构体300，能够在树脂密封工序中使第一散热面和第二散热面与模具紧密接触，并且，在完成品中得到防止端子间短路的效果。
通过以上的实施方式1～实施方式4，对树脂密封型半导体装置及其制造方法进行了说明，但是，能够考虑对这些进行各种变形。即，本发明的最重要的特征在于：在使元件重叠的状态下被树脂密封的树脂密封型半导体装置中，将具有比塑模模具温度低的玻璃态转化温度的高散热绝缘体与该元件重叠配置，或者在高侧和低侧之间设置间隔，或者设置弹性结构体，由此，能够制作在树脂密封工序中不对元件带来损伤、散热特性良好的树脂密封型半导体装置。因此，只要不脱离该范围，能够适当地进行各种变形。
例如，第一集电极端子20通过第一绝缘层36与第一散热板38接合，但是，作为使第一集电极端子20直接与第一散热板38接合的结构，也不失去本发明的效果。因此，本发明中所谓的“接合”，应该广义地解释为包括例如通过（夹持）第一绝缘层36等间接地接合的情况和直接地接合的情况。在其他实施方式中也是相同的。
附图标记说明：11是树脂密封型半导体装置，10是第一IGBT，12是第二IGBT，14是第一二极管，16是第二二极管，20是第一集电极端子，22是第一发射极端子，26是第二发射极端子，24是第二集电极端子，38是第一散热板，39是第二散热板，34是塑模树脂，50是下模具，52是中间模具，54是上模具，70是连接导线，216是第一高散热绝缘体，218是第二高散热绝缘体，300是弹性结构体。

Claims (1)

1. 一种树脂密封型半导体装置，其特征在于，
具有：第一半导体开关元件（10），在表面具有发射极，在背面具有集电极；第一散热器（72），与所述第一半导体开关元件的所述集电极接合；第一发射极端子（22），与所述第一半导体开关元件的所述发射极接合；集电极端子（74），与所述第一散热器连接；第二半导体开关元件（12），在表面具有发射极，在背面具有集电极；第二散热器（76），与所述第二半导体开关元件的所述集电极接合；第二发射极端子（26），与所述第二半导体开关元件的所述发射极接合；模塑树脂（34），整体地覆盖所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件；连接导线（70），在所述模塑树脂内部对所述第一发射极端子和所述第二散热器进行连接，
所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件以所述第一半导体开关元件的发射极与所述第二半导体开关元件的发射极相对的方式配置，
所述第一发射极端子和所述第二发射极端子分离。
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