CN105144373A - 半导体装置 - Google Patents

半导体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105144373A
CN105144373A CN201380074731.4A CN201380074731A CN105144373A CN 105144373 A CN105144373 A CN 105144373A CN 201380074731 A CN201380074731 A CN 201380074731A CN 105144373 A CN105144373 A CN 105144373A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor device
control circuit
moulding resin
radiator
circuit substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380074731.4A
Other languages
English (en)
Inventor
山本圭
多田和弘
北井清文
芳原弘行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN105144373A publication Critical patent/CN105144373A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/562—Protection against mechanical damage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49517—Additional leads
    • H01L23/49531—Additional leads the additional leads being a wiring board
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49537—Plurality of lead frames mounted in one device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49568—Lead-frames or other flat leads specifically adapted to facilitate heat dissipation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/162—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits the devices being mounted on two or more different substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293—Organic, e.g. plastic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49503—Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad
    • H01L23/49506—Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad an insulative substrate being used as a diepad, e.g. ceramic, plastic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明的目的是提供一种利用模塑树脂将引线框和控制电路基板一体地封装的可靠性高的半导体装置。本发明所涉及的半导体装置(100)具有：金属部件(7)，其在一个面搭载有半导体元件(11)；金属板(9)，其经由绝缘层(8)配置于金属部件(7)的另一面侧；印刷配线板(3)，其搭载有与半导体元件(11)电连接的电气部件(4)；以及封装树脂(10)，其将金属部件(2)、印刷配线板(3)和金属板(9)一体地封装，在使用环境温度下的线膨胀系数为15～23×10﹣6(1/K)。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及将搭载有功率半导体元件的引线框、安装有电气部件的印刷配线板、及作为散热部件的散热器等利用传递模塑封装的模塑型半导体装置。
背景技术
在现有的半导体装置中，为了实现高可靠性且小型的半导体装置，应用预先形成有绝缘层的绝缘金属基板，为了缓和温度变化时向绝缘层的应力集中，在功率半导体元件周围配置有大量的模塑树脂。现有的半导体装置为了一体地对包含功率半导体元件在内的电路部进行加强，具有特定线膨胀系数的材质的模塑树脂(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开平8-298299号公报(第4页、第1图)
发明内容
在现有的半导体装置中，将在绝缘金属基板上形成的电路部、半导体元件、引线框等一体地利用模塑树脂进行封装。从小型化/低成本化、生产率的角度出发，在能够确保绝缘性的范围内，以尽可能减少模塑树脂的使用量的方式对这些部件进行封装。
此处，将控制电路基板与引线框及功率半导体元件一体地利用传递模塑进行封装，该控制电路基板具有印刷配线板和电气部件而形成对功率半导体元件进行控制的电路。由此，与控制电路基板相对于引线框、功率半导体元件等分体的情况相比，不仅能够使半导体装置整体小型化，还利用绝缘性高的模塑树脂对控制电路基板上的电气部件周围进行封装，因此，能够减小电气部件的间隔而进行安装，还能够实现控制电路基板的小型化。
然而，在将控制电路基板与引线框、功率半导体元件等一体地利用模塑树脂进行封装的情况下，与现有的半导体装置相比，内置有控制电路基板的半导体装置整体的大小变得非常大，模塑树脂的使用量也与其成正比地增加。并且，对于内置有控制电路基板的半导体装置，与现有的半导体装置相比，半导体装置的尺寸变大，从而在模塑树脂成型后或由于使用环境温度，而导致翘曲或热应力的增大。其结果，存在下述问题，即，设置于引线框和散热用途的金属板之间的绝缘层发生剥离、裂纹，可靠性下降。
并且，通过采用使内置于模塑树脂的控制电路基板的一部分从半导体装置凸出的构造，从而模塑树脂成型时的定位、与外部端子的电连接变得容易。在该情况下，控制电路基板的一部分凸出，由此模塑树脂与控制电路基板的界面向模塑树脂外部露出。由此，存在下述问题，即，针对在温度循环试验等可靠性试验时所产生的应力，与模塑树脂和控制电路基板的界面不露出的情况相比，该模塑树脂与控制电路基板的界面容易成为剥离的起点。
本发明就是为了解决如上所述的问题而提出的，得到一种半导体装置，其通过对设置于引线框与金属板之间的绝缘层发生的剥离、裂纹进行抑制，从而能够将引线框和控制电路基板利用模塑树脂一体地进行封装，可靠性较高。
本发明所涉及的半导体装置，具有：金属部件，其在一个面搭载有半导体元件；金属板，其经由绝缘层配置于所述金属部件的另一面侧；印刷配线板，其搭载有与所述半导体元件电连接的电气部件；以及封装树脂，其将所述金属部件、所述印刷配线板和所述金属板一体地封装，线膨胀系数为15～23×10﹣6(1/K)。
发明的效果
本发明将用于将控制电路基板一体地树脂封装的树脂的线膨胀系数设为15～23×10﹣6(1/K)，将引线框和控制电路基板一体地封装，因此，即使在大型的半导体装置中，也能够抑制因可靠性试验引起的设置于引线框和金属板之间的绝缘层发生剥离、裂纹，获得高可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的半导体装置的剖面示意图。
图2是表示本发明的实施方式2的半导体装置的剖面示意图。
图3是表示本发明的实施方式3的半导体装置的剖面示意图。
图4是表示本发明的实施方式4的半导体装置的背面示意图。
图5是表示本发明的实施方式4的半导体装置的背面示意图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1的半导体装置的构造的剖面示意图。此外，图1是示意性地表示半导体装置的构造的剖面图，因此概略性地示出各部分的位置关系、各种配线、部件等。
首先，说明本发明的实施方式1的半导体装置的整体结构。如图1所示，半导体装置100具有作为金属部件的引线框2、控制电路基板5、金属基板7、作为封装树脂的模塑树脂10。
在引线框2形成有规定的电路的配线图案(未图示)。在引线框2的一个面(以下第1主面)通过软钎焊接合而搭载有作为半导体元件11的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)、二极管、作为用于检测电流值的电流检测单元的分流电阻、用于检测温度的作为温度检测单元的热敏电阻等(未图示)。此外，作为半导体元件11，并不限定于IGBT，也可以例如采用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)等而实施。
在配置这些半导体元件11等的配线图案的上方，与引线框2的第1主面相距规定的间隔而配置有控制电路基板5，该控制电路基板5形成有利用印刷配线板3及电气部件4对半导体元件11等进行控制的电路。并且，控制电路基板5与引线框2之间(未图示)、引线框2与半导体元件11之间等所需的部位通过键合线6适当电连接。此外，在本实施方式1中作为键合线使用了铝线，但其不限定于铝线。也可以是铜线等电阻值较低的材料。通过使用如铜线这种电阻值较低的材料，还能够应对大电流化。在利用金线的情况下，也能够获得相同的效果。
在引线框2的与第1主面相反侧的面(设为第2主面)配置有作为散热板起作用的金属基板7。金属基板7由绝缘层8和作为金属板的散热器9构成，按照引线框2的第2主面、绝缘层8、散热器9的顺序配置。
搭载有半导体元件11等的引线框2、控制电路基板5及金属基板7利用模塑树脂10一体地进行传递模塑封装。此时，以引线框2的外部引线部、和散热器9的与配置有绝缘层8侧相反的面从模塑树脂10露出这种状态进行封装。
控制电路基板5具有：形成有配线图案的印刷配线板3；以及搭载于印刷配线板3的配线图案上的电气部件4。印刷配线板3例如能够使用厚度为1.6mm的通常用于电子设备的印刷配线板，但厚度并不限定于此。另外，印刷配线板的耐热性等级也不限定于FR-4，在作为搭载于引线框2的半导体元件11使用碳化硅(SiC:SiliconCarbide)而设想元件的高温动作的情况等下，也能够使用耐热性等级高的相当于FR-5的印刷配线板3。
电气部件4优选如图1所示安装于印刷配线板3的两面，但也可以安装于单面。通过在印刷配线板3的两面安装电气部件，从而针对因温度循环等而产生的热应力，抑制正反面的热膨胀率差，刚性变得更高，由此能够抑制所产生的翘曲。另外，通过在印刷配线板3的两面进行安装，由此，印刷配线板的面积抑制为单面安装的一半左右，实现半导体装置的小型化。
引线框2及控制电路基板5如图1所示大致平行地配置。作为以这种方式大致平行地配置的方法，能够采用在引线框2上设置支柱而支撑控制电路基板5的方法、利用与引线框2连接的键合线(未图示)维持的方法等。引线框2与控制电路基板5的间隔考虑下述内容而设定，即，将在引线框2的第1主面搭载的半导体元件11等电连接的键合线6的环高、以及在印刷配线板3的与引线框2相对侧的面所配置的电气部件4的高度。该间隔是为了防止两者接触而所需的高度，而且优选设为尽可能较窄。例如，也能够将使引线框2的一部分变形而得到的导电性的结构，用作引线框2的支柱，将支柱与控制电路基板5上的回路电连接。
还能想到不在引线框2的上方将控制电路基板5封装，而是与引线框2横向排列而将整体利用模塑树脂10一体地进行封装的情况，但由于半导体装置的设置面积变大、模塑树脂10的树脂量变多，经济性不好，并且由于线膨胀系数不同的各部件的配置不均衡，半导体装置的翘曲变大，因此非优选。但是，在与半导体装置的设置面积的限制相比对半导体装置的高度更加存在限制的情况下，不限定于此。
金属基板7具有绝缘层8及散热器9，作为用于将由引线框2的第1主面上的半导体元件11等产生的热量进行散热的散热板起作用。绝缘层8是对环氧树脂等热硬化性树脂填充了导热性高的无机粉末填料而形成的，例如将二氧化硅或氧化铝、氮化硼或氮化铝等绝缘性的粉末1种或者多种混合而填充至树脂中。对于树脂，环氧树脂等热硬化性树脂由于与引线框2、散热器9的粘接性优异而为优选，但并不限定于此，例如可以为热塑性树脂。绝缘层8的厚度以200μm左右的膜厚形成。绝缘层8的厚度并不限定于此，能够根据半导体装置所要求的热阻、热容量、绝缘耐压而在50～300μm的范围内适当选择。
散热器9例如由5mm厚的铝板等金属板构成。作为散热器9而使用的金属板能够考虑散热性进行选择，不限定于铝板，但由于控制电路基板5也一体地封装的半导体装置变得非常大型，因此轻量的铝为优选。另外，对于金属板的形状、厚度并没有限定，能够根据半导体装置所要求的热阻、热容量而使用较厚的金属板、金属箔等，能够在100μm～10mm的范围内适当选择。作为金属板的尺寸，使用一边的长度大于或等于50mm的金属板。在搭载有多个半导体元件的情况下，从散热性的角度出发，通过将散热器设为大于或等于50mm而确保散热性。
半导体装置100利用模塑树脂10而一体地进行传递模塑成型。关于模塑成型温度，通常在180℃前后进行，在模塑成型后冷却至室温的情况，或在实施作为可靠性试验之一的温度循环试验的情况下，模塑树脂进行热膨胀或热收缩。不仅是模塑树脂，在各部件处也产生热膨胀/热收缩，变形量为(部件的长度)×(部件的线膨胀系数α)×(温度差ΔT)，由于线膨胀系数α不同的材料一体地相接，从而由于温度差而产生应力、翘曲。变形量随着部件尺寸而增大。一体地内置有控制电路基板的半导体装置与未内置有控制电路基板的半导体装置相比，非常大型，模塑树脂在半导体装置中占有的体积比例变高。因此，因温度差引起的产生于半导体装置的应力、翘曲，很大程度上受模塑树脂的线膨胀系数大小的影响。
作为对半导体装置的要求，不仅需要防止因在温度循环等可靠性试验中绝缘层从散热器剥离、绝缘层发生裂纹而引起电气可靠性下降，还需要在经由脂状物与散热片接触的情况下，避免成为脂状物涂敷面的散热器的露出面以凹形状翘曲。这是由于，如果与散热器、散热片相比导热性较差的脂状物较厚地涂抹于设置面的中央，则导致散热性的恶化。
下面，对本实施方式1的半导体装置的制造方法进行说明。首先，对散热器9的一个面涂敷环氧类树脂而形成绝缘层8。然后，利用蚀刻加工等在绝缘层8上形成例如使用了铜的电路图案(未图示)。
接着，在该电路图案上的规定位置涂敷焊膏(未图示)，在该焊膏上安装半导体元件11等电子部件。然后，进行回流焊。即，将金属基板7加热为高温，使涂敷的焊膏在高温下熔融而将半导体元件11等电子部件和电路图案电连接。将该电路图案和引线框连接。连接例如能够使用软钎焊接合、超声波接合。
接着，将电路图案和半导体元件11通过键合线6电连接。将电气部件4固定于形成有规定配线图案的印刷配线板3。由此形成控制电路基板5。引线框2与控制电路基板5利用规定的方法进行电连接。接着，为了通过传递模塑将具有半导体元件11及电路图案的引线框2、绝缘层8、控制电路基板5等整体进行封装，而设置于设定为大约180℃的成型模中并使模塑树脂10流入。此时，也可以在负压气氛中使模塑树脂10流入，由此还能够抑制在模塑树脂10中发生空隙。
注入的模塑树脂10被加热为成型模温度而硬化，能够从成型模中取出。之后，可以根据需要在炉等中进行热处理，以进一步硬化。另外，并不限定于这种方法，可以在传递模塑工序中将散热器9和引线框2在成型模中一体地封装，该散热器在一个面设置有绝缘层8，该引线框2例如使用铜而构成，形成有电路图案，预先利用回流焊工序安装了半导体元件11。
模塑树脂10例如能够选择环氧树脂类模塑树脂。对于模塑树脂10，在环氧树脂中作为填充材料而填充有二氧化硅或氧化铝，模塑成型前形成为平板状。二氧化硅能够使用熔融二氧化硅、晶体二氧化硅，即使在单体中也能够混合多种而进行填充。为了将模塑树脂10的线膨胀系数调整为较小，填充线膨胀系数小的熔融二氧化硅是有效的，相反，在将模塑树脂10的线膨胀系数调整为较大的情况下，还可以通过下述方法应对，即，减少二氧化硅填充量，或者二氧化硅填充量基本不变而将熔融二氧化硅的一部分换成晶体二氧化硅。通过这种方式，还具有能够防止模塑树脂10中的环氧树脂的量增加，并防止模塑树脂10的阻燃性下降的优点。
模塑树脂10通常在室温下为固态，但在该传递模塑工序中，在设定为180℃的成型模内成型时成为液态而成型。模塑树脂10是环氧类等热硬化性树脂，因此，通过加热而随着时间进行硬化，在成型模内与引线框2、控制电路基板5等粘接，并固化。此时，模塑树脂10由于从液态变化为固态，因此产生体积收缩。并且，在模塑成型后从成型模中取出半导体装置100时，从大约180℃冷却至室温，因此，经过150℃～160℃的冷却工序。在此，不仅是模塑树脂10，而且引线框2、控制电路基板5、使用了铝的散热器9等各部件也对应于各线膨胀系数而进行热收缩。散热器9为了提高散热性，例如可以采用5mm厚度等，在与引线框2、控制电路基板5相比充分厚的情况下，对半导体装置100整体的翘曲的影响也变大，由于在散热器9的一个面设置有绝缘层8，因此，散热器9的翘曲对绝缘层8从散热器9剥离、绝缘层8发生裂纹的影响也变大。
如果模塑树脂10的线膨胀系数与散热器9的材质即铝的线膨胀系数等同，即，大约为24×10﹣6(1/K)，则在从成型模中取出而冷却至室温时的热收缩量与散热器9等同，但由于在从成型模中取出之前，在成型模内模塑树脂10伴随着硬化而硬化收缩，因此，如果冷却至室温，则半导体装置100成为凸翘曲。(凸翘曲是指散热器9的露出面侧翘曲为凸状)。
另一方面，在模塑树脂10的线膨胀系数比散热器9的线膨胀系数小的范围内，在模塑成型后从成型模中取出而冷却至室温的情况下，半导体装置100的凸翘曲得到抑制，翘曲量变小。如果进一步将模塑树脂10的线膨胀系数设定得过小，则半导体装置100会相反地变为凹翘曲。
由于半导体装置100的翘曲量变大，从而设置于散热器9的一个面的绝缘层8发生剥离、裂纹，或者与控制电路基板5发生剥离，导致电气可靠性的下降。
在如将控制电路基板5一体地内置的这种半导体装置中，使用环境温度下的模塑树脂10的线膨胀系数设为15～23×10﹣6(1/K)，从而能够获得下述的半导体装置100，该半导体装置100不会变为凹翘曲，绝缘层8、控制电路基板5的剥离也得到抑制，可靠性高。在此，作为使用环境温度，是使用半导体装置的周围的环境温度，或者模塑树脂所接触的半导体元件的工作温度，例如可以考虑﹣40℃～125℃的范围。另外，在半导体元件11采用SiC的情况下，可以考虑该使用环境温度的高温侧例如成为150℃～200℃。
另外，作为半导体装置的可靠性试验之一，存在温度循环试验。在该温度循环试验的温度差下，也发生因各部件的热膨胀差引起的翘曲。散热器由于为金属材料，因此，线膨胀系数不会由于温度循环条件而较大地变化。然而，如模塑树脂这样的热硬化性树脂材料存在玻璃化转变温度(Tg)，在比Tg高的温度下，从玻璃区域变为橡胶区域，从而通常线膨胀系数急剧地增加。由此，模塑树脂的Tg优选比温度循环试验的高温侧的温度高。例如，在温度循环试验以﹣40℃～125℃进行试验的情况下，模塑树脂10的Tg优选大于或等于125℃。更优选为，模塑树脂10的Tg大于或等于150℃。通过以上述方式进行设定，Tg变得比使用环境温度的高温侧高，能够抑制绝缘层8从散热器9剥离、绝缘层8发生裂纹，抑制模塑树脂10和控制电路基板5的剥离。
在以上述方式构成的半导体装置中，通过将在传递模塑成型中使用的模塑树脂10的线膨胀系数设定为15～23×10﹣6(1/K)，能够使铝制的散热器9不发生翘曲或使铝制的散热器9成为凸翘曲的状态。由此，抑制绝缘层8从散热器9剥离、绝缘层8发生裂纹，还抑制模塑树脂10和控制电路基板5的剥离，从而可靠性提高。
另外，通过对模塑树脂10的线膨胀系数的范围进行限定，从而在模塑树脂10成型后在半导体装置背面处露出的散热器9的表面不翘曲或者成为凸形状(凸翘曲)，因此，还能够防止在向该散热器9安装散热片时因对散热性而言重要的半导体装置中央部的脂状物引起的热阻下降。(如果散热器9的表面发生凹翘曲，则在使用脂状物安装散热片的情况下，对散热性而言重要的半导体装置的中央部处的脂状物变厚，损害散热性。)
实施方式2.
在本实施方式2中，使在实施方式1中使用的印刷配线板13一部分向模塑树脂的外部凸出这一点不同。如上所述，通过使印刷配线板13的一部分向模塑树脂10的外部凸出，从而能够容易地进行树脂封装时控制电路基板5的定位。
图2是表示本发明的实施方式2的半导体装置的剖面示意图。在图2中，半导体装置200具有金属部件即引线框2、控制电路基板5、金属基板7、封装树脂即模塑树脂10。如图2所示，除了下述构造以外，与实施方式1等同，即，控制电路基板5具有印刷配线板13，印刷配线板13的一部分向半导体装置200的模塑树脂10的外部凸出。
控制电路基板15优选与引线框2大致平行，固定方法并没有特别限定，但通过使印刷配线板13的一部分从模塑树脂10向外部露出，能够利用成型模将该露出部夹着而进行固定。由此，存在如下优点，即，能够使控制电路基板5的配置位置、与引线框的平行度更准确而无偏差地进行生产。另外，还能够将配线图案的一部分配置于印刷配线板13的向模塑树脂10的外部凸出部分的一部分处。
在以上述方式构成的半导体装置中，通过将在传递模塑成型中使用的模塑树脂10的线膨胀系数设定为15～23×10﹣6(1/K)，能够使铝制的散热器9不发生翘曲或将铝制的散热器9设为凸翘曲。由此，抑制绝缘层8发生剥离或裂纹，还抑制模塑树脂10和控制电路基板5的剥离，从而可靠性提高。并且，使印刷配线板13向模塑树脂10的外部凸出，因此能够容易地进行树脂封装时的控制电路基板5的定位。
实施方式3.
在本实施方式3中，将在实施方式1中使用的散热器9设为形成有凹凸的带散热片散热器12这一点不同。如上所述，通过在散热器上形成凹凸，从而能够提高散热性。
图3是表示本发明的实施方式3的半导体装置的剖面示意图。在图3中，半导体装置300具有金属部件即引线框2、控制电路基板5、金属基板17以及封装树脂即模塑树脂10。如图3所示，除了下述构造以外，与实施方式1等同，即，金属基板17具有带散热片散热器12，在带散热片散热器12的与配置有引线框2的面相反侧的面设置有凹凸。
通过在带散热片散热器12的露出面处设置凹凸，从而散热性更高。虽然也与此时凹凸的长度、间隔相关，但如果散热器的翘曲成为向散热器的露出面侧的凹翘曲，则起到散热片的作用的凸部分会彼此接近，损害散热性。
在以上述方式构成的半导体装置中，通过将在传递模塑成型中使用的模塑树脂10的线膨胀系数设定为15～23×10﹣6(1/K)，能够使铝制的散热器12不发生翘曲或将铝制的散热器12设为凸翘曲。由此，抑制绝缘层8发生剥离或裂纹，还抑制模塑树脂10和控制电路基板5的剥离，从而可靠性提高。并且，通过在带散热片散热器12的与配置有金属部件的面相反侧的面设置凹凸，能够提高散热性。
实施方式4.
本实施方式4在下述点不同，即，在实施方式1、实施方式2及实施方式3中使用的散热器9或者带散热片散热器12的与设置有绝缘层8的面相反侧(背面侧)的外周部(端部)设置有台阶部即台阶13。如上所述，通过在散热器的背面侧的外周部(端部)形成台阶部，能够不损害散热性并提高可靠性。
图4是表示本发明的实施方式1的半导体装置的背面示意图。在图4中，在散热器9的与设置有绝缘层8的面相反侧(背面侧)的外周部处具有台阶13。另外，图4中的虚线AB处的散热器9的剖面构造示意图是如图1或图2所示的构造。图5是表示本发明的实施方式4的半导体装置的背面示意图。在图5中，在带散热片散热器12的与配置有引线框2的面相反侧(背面侧)的面设置凹凸，并在该面的外周部(端部)具有台阶13。另外，图5中的虚线AB处的带散热片散热器12的剖面构造示意图是如图3所示的构造。
如图4、图5所示，优选在散热器9或带散热片散热器12的与设置有绝缘层8的面相反侧的外周部处设置台阶13。通过以上述方式设置台阶13，由此，模塑树脂10环绕至金属板7、17的背面侧，成为模塑树脂10环抱散热器12的构造，能够不损害散热性并提高可靠性，从而温度循环试验的可靠性提高。如本实施方式所示，在控制电路基板5也一体地利用模塑树脂10封装的构造中，模塑后的半导体装置自身变大，另外，各种结构部件被封装于模塑树脂10内。在如上述的构造的情况下，不仅如实施方式1～3那样通过对模塑树脂10的线膨胀系数进行规定来提高可靠性，还如本实施方式这样在散热器9或带散热片散热器12的与设置有绝缘层8的面相反侧的外周部设置台阶13，从而成为由模塑树脂10将散热器12环抱的构造，由此，能够获得进一步提高可靠性的半导体装置。
作为台阶13的形状，没有特别限定，但优选如图所示将散热器环抱的构造，优选在散热器9或带散热片散热器12的与设置有绝缘层8的面相反面侧的外周部，连续地设置。另外，台阶13的形状设为不损害散热器9或带散热片散热器12强度的程度的较大的大小，更有效。作为该台阶13的大小，例如，相对于散热器9或带散热片散热器12的大小70mm×50mm×厚度5mm，将台阶13的截面尺寸设置为1mm×1mm左右，由此能够不损害散热性，提高可靠性。另外，对于设置有该台阶13的构造，在使用绝缘片作为绝缘层8的情况下，更有效。在使用绝缘片的情况下，由于由温度循环所产生的应力，会使绝缘片自身从散热器9、带散热片散热器12剥离或绝缘片自身发生裂纹，使可靠性恶化，但通过设置如上所示的台阶13，从而能够抑制绝缘片的剥离、裂纹，能够提高可靠性。
作为散热器9、带散热片散热器12可使用的金属板7、17的厚度能够在0.1～10mm的范围内适当选择，但更优选为，在厚度较厚的范围更有效。特别是在使用铝等线膨胀系数较大的金属材料的情况下，根据散热器的厚度的不同对可靠性带来影响。如本实施方式所示，在使控制电路基板与散热器相对地配置并由模塑树脂对整体进行树脂封装的构造的情况下，与散热器以外的部件的平衡也变得重要。在本实施方式中，在与控制电路基板的厚度相比散热器的厚度更厚的情况下，特别有效，例如在控制电路基板的厚度为1.6mm的情况下，散热器即金属板的厚度优选大于或等于1.6mm。另外，作为散热器的材料，可以使用铜，还能够与所使用的散热器的材料匹配地，适当选择并使用其他要使用的材料的特性。
在以上述方式构成的半导体装置中，通过将在传递模塑成型中使用的模塑树脂10的线膨胀系数设定为15～23×10﹣6(1/K)，能够使铝制的散热器12不发生翘曲或将铝制的散热器12设为凸翘曲。由此，抑制绝缘层8发生剥离或裂纹，还抑制模塑树脂10和控制电路基板5的剥离，从而提高可靠性。另外，通过在散热器9的与配置有金属部件的面相反侧的面或者带散热片散热器12的与配置有金属部件的配置面相反侧的面设置凹凸，并且在这些面的外周部设置台阶13，从而能够提高散热性。
实施例
制作实施方式1的构造的半导体装置即功率模块，在功率模块制作后，投入到绝缘层8即绝缘片的剥离、控制电路基板5与模塑树脂10的剥离的确认以及温度循环可靠性试验中。
[实施例1]
模塑树脂的硬化后的线膨胀系数能够通过对作为填充材料的二氧化硅的填充量进行增减而调整。在本实施例中，作为填充材料使用熔融二氧化硅，以80重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为15×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的散热器即铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲大致为0，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例2]
在本实施例中，作为填充材料使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并隔开一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为15μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例3]
在本实施例中，作为填充材料使用熔融二氧化硅，以73重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为21×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为60μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例4]
在本实施例中，作为填充材料使用熔融二氧化硅和晶体二氧化硅，以73重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为23×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为70μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例5]
在本实施例中，将铝基底的厚度设为0.1mm。作为模塑树脂的填充材料，使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×0.1mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为55μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例6]
在本实施例中，将铝基底的厚度设为1mm。作为模塑树脂的填充材料，使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×1mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为20μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例7]
在本实施例中，将铝基底的厚度设为2mm。作为模塑树脂的填充材料，使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×2mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为8μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例8]
在本实施例中，将铝基底的厚度设为3mm。作为模塑树脂的填充材料，使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×3mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为7μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例9]
在本实施例中，将铝基底的厚度设为5mm。作为模塑树脂的填充材料，使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为15μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[实施例10]
在本实施例中，将铝基底的厚度设为10mm。作为模塑树脂的填充材料，使用熔融二氧化硅，以77重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为17×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×10mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，并通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为28μm，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，即使进行500次后，也不存在剥离、动作异常。
[对比例1]
在本对比例中，作为填充材料，使用熔融二氧化硅，以86重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为10×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凹翘曲且大约为40μm。由此，经由脂状物将铝基底板接合于散热片后的热阻上升了大约30％。另外，利用超声波探伤装置确认到：在成型后，局部发生绝缘层的剥离。
[对比例2]
在本对比例中，作为填充材料，使用熔融二氧化硅，以83重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为13×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凹翘曲且大约为15μm。由此，经由脂状物将铝基底板接合于散热片后的热阻上升了大约10％。另外，通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到，在成型后，不存在绝缘层或控制电路基板与模塑树脂的剥离，但确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，在进行500次后，绝缘层的局部发生剥离。
[对比例3]
在本对比例中，作为填充材料，使用熔融二氧化硅和晶体二氧化硅，以73重量％的填充量进行填充，将线膨胀系数调整为25×10﹣6(1/K)。
使用该模塑树脂，将在70mm×50mm×5mm的铝基底板上搭载有0.2mm厚的绝缘层、0.7mm厚的铜引线框，并间隔一定距离搭载有厚度1.6mm的控制电路基板的结构一体地成型而得到半导体装置，模塑成型后的铝基底板露出面的翘曲成为凸翘曲且大约为100μm。通过利用超声波探伤装置进行观察、或从切断截面的显微镜观察确认到下述情况，即，成型后，未发生绝缘层的剥离，但在控制电路基板与模塑树脂的界面产生局部剥离。另外，确认到在﹣40℃/125℃的温度循环试验中，在进行500次后，控制电路基板与模塑树脂的界面的剥离加深。
此外，在表1中，针对在各实施例及对比例中使用的树脂的线膨胀系数(α)(1/K)、铝基底板的翘曲量(μm)以及评价结果进行汇总。
[表1]
※1在铝基底露出面为凸翘曲的情况下为正翘曲
根据表1可知，在所使用的树脂的α处于15～23×10﹣6(1/K)之间时，抑制发生剥离，另外，即使在温度循环试验中，也不存在劣化。并且，优选所使用的树脂的α处于17～23×10﹣6(1/K)之间。通过将树脂的α设为大于或等于17×10﹣6(1/K)，从而即使在考虑了制造偏差的情况下，铝基底板的翘曲也成为凸翘曲，能够可靠地抑制发生剥离。
此外，在表2中，针对在实施例5至实施例10中使用的铝基底板的厚度(μm)、铝基底板的翘曲量(μm)及评价结果进行汇总。
[表2]
根据表2可知，在所使用的铝基底板的厚度处于0.1～10(mm)之间时，抑制发生剥离，另外，即使在温度循环试验中，也不存在劣化。但是，模塑成型后的铝基底板的翘曲根据铝基底板的厚度的不同而不同，可靠性更高且铝基底板的翘曲变小的铝基底板的厚度，处于控制电路基板的厚度1.6～6(mm)左右之间。
标号的说明
100、200、300半导体装置，2引线框，3、13印刷配线板，4电气部件，5、15控制电路基板，6键合线，7、17金属基板，8绝缘层，9散热器，10模塑树脂，11半导体元件，12带散热片散热器，13台阶。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
金属部件，其在一个面搭载有半导体元件；
金属板，其经由绝缘层配置于所述金属部件的另一面侧；
印刷配线板，其搭载有与所述半导体元件电连接的电气部件；以及
封装树脂，其将所述金属部件、所述印刷配线板和所述金属板一体地封装，线膨胀系数为15～23×10﹣6(1/K)。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述封装树脂的玻璃化转变温度比使用环境温度高。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述印刷配线板与所述金属部件相对地配置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
使所述印刷配线板的一部分向所述封装树脂的外部凸出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
在所述印刷配线板的两面配置有所述电气部件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述金属板的至少一个边的长度大于或等于50mm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
在所述金属板的与配置有所述金属部件的面相反侧的面设置有凹凸。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，
所述金属板的厚度比所述印刷配线板的厚度厚。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
在所述金属板的与配置有所述金属部件的面相反侧的面的端部设置有台阶部。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
在所述金属板的与配置有所述金属部件的面相反侧的面的外周部设置有台阶部。
CN201380074731.4A 2013-03-15 2013-12-26 半导体装置 Pending CN105144373A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013053638 2013-03-15
JP2013-053638 2013-03-15
PCT/JP2013/007628 WO2014141346A1 (ja) 2013-03-15 2013-12-26 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105144373A true CN105144373A (zh) 2015-12-09

Family

ID=51536049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380074731.4A Pending CN105144373A (zh) 2013-03-15 2013-12-26 半导体装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6360035B2 (zh)
CN (1) CN105144373A (zh)
WO (1) WO2014141346A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210134754A1 (en) * 2019-10-30 2021-05-06 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105405830A (zh) * 2015-12-09 2016-03-16 西安华为技术有限公司 系统级封装模块和封装方法
CN108431950B (zh) * 2015-12-25 2021-06-29 三菱电机株式会社 半导体装置及其制造方法
TWI730604B (zh) * 2019-01-22 2021-06-11 美商莫仕有限公司 使用專用電子封裝製造工藝的智能連接器及其製造方法
JP7080365B1 (ja) 2021-03-02 2022-06-03 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179732A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Hitachi Ltd 半導体パワーモジュール
CN1988137A (zh) * 2005-12-19 2007-06-27 三菱电机株式会社 半导体装置
JP2007184315A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Hitachi Ltd 樹脂封止型パワー半導体モジュール
JP2009123953A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Omron Corp トランスファーモールド型パワーモジュール
JP2011151157A (ja) * 2010-01-21 2011-08-04 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3516789B2 (ja) * 1995-11-15 2004-04-05 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール
JP3674333B2 (ja) * 1998-09-11 2005-07-20 株式会社日立製作所 パワー半導体モジュール並びにそれを用いた電動機駆動システム
JP4220641B2 (ja) * 2000-01-13 2009-02-04 電気化学工業株式会社 樹脂モールド用回路基板と電子パッケージ
JP2003158226A (ja) * 2001-11-20 2003-05-30 Sony Corp 半導体装置
JP2007165692A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Denso Corp 電子装置の製造方法
JP5018355B2 (ja) * 2007-09-05 2012-09-05 株式会社デンソー モールドパッケージ
JP5258825B2 (ja) * 2010-03-23 2013-08-07 三菱電機株式会社 パワー半導体装置及びその製造方法
JP5373713B2 (ja) * 2010-07-23 2013-12-18 三菱電機株式会社 半導体装置
EP2613350B1 (en) * 2010-09-02 2019-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor module
WO2012073306A1 (ja) * 2010-11-29 2012-06-07 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュール
JP5251991B2 (ja) * 2011-01-14 2013-07-31 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュール
JP2012182344A (ja) * 2011-03-02 2012-09-20 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
JP5807348B2 (ja) * 2011-03-10 2015-11-10 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP5518000B2 (ja) * 2011-06-10 2014-06-11 三菱電機株式会社 パワーモジュールとその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179732A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Hitachi Ltd 半導体パワーモジュール
CN1988137A (zh) * 2005-12-19 2007-06-27 三菱电机株式会社 半导体装置
JP2007184315A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Hitachi Ltd 樹脂封止型パワー半導体モジュール
JP2009123953A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Omron Corp トランスファーモールド型パワーモジュール
JP2011151157A (ja) * 2010-01-21 2011-08-04 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210134754A1 (en) * 2019-10-30 2021-05-06 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US11929342B2 (en) * 2019-10-30 2024-03-12 Shinko Electric Industries Co., Ltd. Semiconductor device with leads having step surfaces

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014141346A1 (ja) 2017-02-16
WO2014141346A1 (ja) 2014-09-18
JP6360035B2 (ja) 2018-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9443778B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US10462921B2 (en) Method for producing an electronic module assembly and electronic module assembly
US8674492B2 (en) Power module
US7985630B2 (en) Method for manufacturing semiconductor module
WO2017175612A1 (ja) パワーモジュール、パワー半導体装置及びパワーモジュール製造方法
JP5807348B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
CN113454774B (zh) 封装芯片及封装芯片的制作方法
JP5895220B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN105144373A (zh) 半导体装置
JP2016018866A (ja) パワーモジュール
JP2005191071A (ja) 半導体装置
JP2006166604A (ja) 電力変換装置
JPWO2017057093A1 (ja) 半導体装置とその製造方法
KR20150108685A (ko) 반도체모듈 패키지 및 그 제조 방법
JP2010192591A (ja) 電力用半導体装置とその製造方法
US7602060B2 (en) Heat spreader in a flip chip package
CN108493166B (zh) 一种功率半导体模块封装结构及封装方法
JP5258825B2 (ja) パワー半導体装置及びその製造方法
JP5195282B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2008181922A (ja) 熱伝導基板、その製造方法および熱伝導基板を用いた半導体装置
JP2010103231A (ja) 電子装置
CN108878377A (zh) 功率模块及其制作方法以及空调器
JP6698965B1 (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
JP6906654B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US12107024B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151209

RJ01 Rejection of invention patent application after publication