CN105531816A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于得到一种能够以较低成本形成且具有高绝缘性的树脂封装构造的半导体装置及其制造方法。并且，在本发明中，散热件(3)在背面的外周端部具有成为倒角部的塌角面(9)或者C面(29)。多个芯片化后的功率元件(4)经由焊料(28)而搭载于散热件(3)的表面之上，绝缘片部(2)设置于散热件(3)的背面侧。绝缘片部(2)以绝缘层(2a)及金属箔(2b)的层叠构造而形成，设置于上层的绝缘层(2a)与散热件(3)的背面密接。模塑树脂(1)填充于塌角面(9)和绝缘片部(2)之间的间隙区域(S2)。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及由树脂进行封装的半导体装置及其制造方法，特别地，涉及具有与封装树脂相比热传导率较大的绝缘层的半导体装置及其制造方法。
背景技术
在电力用等半导体装置中，确保高绝缘性、并且将功率芯片所产生的热量高效地向外部进行散热是非常重要的。为了提高散热性能，优选使设置于功率芯片之下的绝缘层变薄，但如果使绝缘层变薄，则担心绝缘特性劣化。
另外，关于电力用等半导体装置，大多采用利用1种树脂对整体进行全体模塑(full-mold)等的树脂封装构造的半导体装置。另外，作为树脂封装构造的半导体装置，存在例如专利文献1所公开的半导体模块。
专利文献1：日本特开2011－9410号公报
发明内容
但是，在利用1种树脂对整体进行全体模塑的树脂封装构造的半导体装置中，封装用树脂兼用作与金属块等散热件接合的散热件下绝缘层。因此，如果使散热件下绝缘层的膜厚变薄，则树脂向散热件下绝缘层的形成区域进入的状况变差，模塑性极端地劣化，其结果，存在下述问题，即，使散热件下绝缘层变薄是极度困难的。
因此，不得不使绝缘层的膜厚以某种程度变厚，因此，散热性下降。为了使绝缘层的膜厚以某种程度变厚，且提高散热性，能够想到使用导热性良好的树脂作为绝缘层。但是，导热性良好的树脂的价格高，如果使用高价的高性能树脂作为绝缘层的构成材料，则存在导致成本增高的问题。
另外，能够想到下述构造，即，如专利文献1中公开的半导体模块所示，并非利用封装树脂，而是由绝缘层和热电性高的金属层(金属箔)的层叠构造构成散热件之下的绝缘片部，但存在无法具有高绝缘特性的问题。
本发明的目的在于解决上述问题，得到一种能够比较廉价地形成且具有高绝缘性的树脂封装构造的半导体装置及其制造方法。
本发明所涉及的第1方案的半导体装置的构造为，半导体元件由模塑树脂封装，在该半导体装置中，具有：散热件，在该散热件的表面之上载置所述半导体元件；以及绝缘片部，其形成于所述散热件的背面之上，所述绝缘片部，呈现为金属层和与所述模塑树脂相比热传导率较大的绝缘层的层叠构造，所述绝缘层密接于所述散热件的背面之上，所述散热件在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部，所述绝缘片部以沿所述散热件的背面具有同一平面的方式构成，在所述绝缘片部与所述倒角部之间设置间隙区域，除所述金属层的背面以外，所述模塑树脂将所述半导体元件、所述散热件以及所述绝缘片部封装。
本发明所涉及的第2方案的半导体装置的构造为，半导体元件由模塑树脂封装，在该半导体装置中，具有：散热件，在该散热件的表面之上载置所述半导体元件；以及绝缘片部，其形成于所述散热件的背面之上，所述绝缘片部，呈现为金属层和与所述模塑树脂相比热传导率较大的绝缘层的层叠构造，所述绝缘层密接于所述散热件的背面之上，所述散热件在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部，所述绝缘片部具有：主体部，其沿所述散热件的背面构成同一平面；以及弯曲部，其是表面区域从所述主体部起弯曲而形成的，与所述倒角部密接，除所述主体部处的所述金属层的背面以外，所述模塑树脂将所述半导体元件、所述散热件以及所述绝缘片部封装。
发明的效果
在本发明的第1方案所涉及的半导体装置中，关于散热件，通过在背面的外周端部设置的倒角部，由此借助于将电场集中部位分散为多个，从而能够使电场密度减小，实现绝缘性的改善。其结果，能够得到下述半导体装置，即，即使在担心由于半导体元件的工作时的升温等，而使得由绝缘层实现的绝缘性下降的情况下，也具有高绝缘性。
而且，由于绝缘片部形成同一平面，因此通过将由R倒角加工得到的R、或者由C倒角加工得到的C设定为不会对模塑树脂向上述间隙区域的填充产生障碍的尺寸而形成倒角部，从而能够将模塑树脂填充于在倒角部和绝缘片部(绝缘层)之间产生的间隙区域，其结果，能够比较廉价地得到具有良好的散热特性及绝缘特性的半导体装置。
在本发明的第2方案所涉及的半导体装置中，通过使绝缘片部的弯曲部与散热件的倒角部密接而设为在绝缘片部和倒角部之间不具有间隙区域的构造，从而排除在上述间隙区域形成成为放电原因的空隙的余地。因此，能够降低散热件与模塑树脂间的热阻，并且改善绝缘特性。
通过以下的详细说明和附图，使得本发明的目的、特征、方案、以及优点更清楚。
附图说明
图1是表示半导体装置的构造的说明图，该半导体装置是本发明的实施方式1。
图2是示意性地表示图1所示的散热件的倒角部的周边构造的说明图。
图3是示意性地表示在实施方式1中用于将塌角面形成于散热件的断裂加工处理的剖视图。
图4是示意性地表示作为实施方式2的半导体装置中的散热件的倒角部的周边构造的说明图。
图5是表示实施方式2的半导体装置的效果的说明图。
图6是表示绝缘片部的弯曲部相对于主体部的弯曲角度的说明图。
图7是表示第2方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
图8是表示第3方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
图9是表示第4方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
图10是表示第5方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
图11是表示在第6方式中设置的绝缘片部和散热件之间的关系的说明图。
图12是表示实施方式1的半导体装置的应用例的剖视图。
图13是表示实施方式2的半导体装置的应用例的剖视图。
图14是表示前提技术的半导体装置的剖面构造的说明图。
具体实施方式
(前提技术)
如前所述，在当前的树脂封装构造的半导体装置中，存在如果将导热性良好的高性能树脂等绝缘材料作为绝缘层使用则成本增高的问题。因此，想到了下述层叠构造绝缘方法，即，如在专利文献1中公开的半导体模块所示，通过由绝缘层和热电性高的金属层(金属箔)的层叠构造构成绝缘片部，使用膜厚较薄、且导热性良好的绝缘材料作为上述绝缘层，从而容易地兼顾绝缘性的确保和高散热特性，而不导致大幅的成本增高。
关于上述的层叠构造绝缘方法，由于仅在必要的部位、即在表面搭载有半导体元件的散热件(HeatSpreader)正下方形成使用了导热性良好的高性能绝缘材料的绝缘层，因此在成本方面也是有利的。
图14是表示通过上述层叠构造绝缘方法而得到的通常的半导体装置61(半导体模块)的剖面构造的说明图。本图(a)是整体的剖视图，本图(b)是本图(a)中的关注区域A3的放大图。此外，在图14(a)中标注有XYZ正交坐标系。
如图14(a)所示，多个(2个)芯片化后的半导体元件、即功率元件4经由焊料28而搭载于散热件33的表面之上，多个功率元件4、4间由铝线5连接，功率元件4、信号端子6间由铝线5连接。另外，主端子7直接设置于散热件33的表面之上。
绝缘片部62设置于散热件33的背面侧。绝缘片部62由绝缘层62a及金属箔62b的层叠构造形成，绝缘层62a的表面与散热件33的背面密接。
并且，除金属箔62b的背面以外的绝缘片部62、散热件33、功率元件4以及铝线5的整体、信号端子6及主端子7的一部分由模塑树脂1封装，从而构成半导体装置61。此外，绝缘片部62的背面、即金属箔62b的背面露出。
图14(a)所示的半导体装置61存在如下问题，即，在高温、高湿度的环境下，水分从以封装体的形态实施一体封装的模塑树脂1和绝缘片部62之间的粘接界面侵入，在散热件33和露出了背面的金属箔62b之间形成导电性高的路径，由此发生绝缘破坏。容易发生绝缘破坏的部位是散热件33的背面外周的端部正下方。其原因在于，由于散热件33的背面外周的端部离半导体装置61的底面处的水分的侵入口近，且形成有锐利的电极构造，因此电力线集中，电场密度变大。
因此，为了消除上述绝缘破坏的问题，想到如图14(b)所示，通过将绝缘片部62的边缘部弯折，向金属箔62b的边缘部分正下方也填充模塑树脂1，与金属箔62b牢固地粘接，从而将从外部空气侵入的水分的吸湿路径的距离D62延长至2倍，即使在高温、高湿的环境下，通过使水分难以到达至散热件33的外周端部，从而使得绝缘破坏难以发生，半导体装置61的可靠性得到改善。此外，吸湿路径的距离D62变长为以往的2倍左右的原因是，弯曲后的金属箔62b的背面部分被加入至吸湿路径。
但是，如前所述，由于散热件33的底面外周的端部在图14的XZ平面中是接近90°的锐角，因此在向隔着绝缘层62a的散热件33、金属箔62b间施加电压时，电力线的密度变高，电场容易集中于由上述底面外周的端部及其附近区域构成的电场集中部位90，其结果，存在绝缘特性劣化的问题。
下面叙述的实施方式以解决上述的前提技术的问题为目的，是在比较廉价的状态下具有高绝缘性的半导体装置及其制造方法。
＜实施方式1＞
(构造)
图1是表示半导体装置51的构造的说明图，该半导体装置51是本发明的实施方式1。本图(a)是表示剖面构造的剖视图，本图(b)是表示平面构造的俯视图。此外，在图1(a)、(b)中分别标注有XYZ正交坐标系。
如本图所示，多个(2个)芯片化后的功率元件4经由焊料28而搭载于散热件3的表面之上。并且，多个功率元件4、4间由铝线5连接，功率元件4、信号端子6间由铝线5连接。另外，主端子7直接设置于散热件3的表面之上。此外，散热件3的材质优选为加工性容易、热传导率高的铝、铜等金属。
绝缘片部2设置于散热件3的背面侧。绝缘片部2由绝缘层2a及金属箔2b(金属层)的层叠构造形成，设置于上层的绝缘层2a的表面与散热件3的背面密接。绝缘层2a与模塑树脂1相比热传导率较大，具有高绝缘性。
并且，除金属箔2b的背面以外的绝缘片部2、散热件3、功率元件4以及铝线5的整体、信号端子6及主端子7的一部分由模塑树脂1封装，从而构成实施方式1的半导体装置51。此外，信号端子6及主端子7的除上述一部分以外的部分以及绝缘片部2的背面没有由模塑树脂1封装。因此，金属箔2b的背面露出至外部。
在实施方式1的半导体装置51中，散热件3在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部。
图2是示意性地表示散热件3的倒角部的周边构造的说明图。如本图(a)所示，形成有以半径R(Radius)进行R倒角加工而得到的塌角面9(R面)作为倒角部。另一方面，如本图(c)所示，形成有以倒角长度C(Chamfering)进行C倒角加工而得到的C面29作为倒角部。如图2(a)、(c)所示，采用塌角面9及C面29中的一种面作为倒角部。
下面，说明在本说明书中叙述的倒角部。倒角部是散热件3的剖面形成面即垂直平面(图1、图2所示的XZ平面)的端部被切除而得到的面，如上所述，能够想到塌角面9及C面29。
关于塌角面9，以圆弧表示出曲率，数字表示其中心部分位于何处。例如，在图2(a)所示的R为10μm的情况下，以从开始出现弧形的部分起进入内侧10μm的部分为中心描绘圆弧而得到的弧面成为塌角面9。
另一方面，C面29是通过从角的前端部向内将角切掉而得到的面。例如，在图2(c)所示的C为10μm的情况下，通过从角起将边的长度为10μm的直角等腰三角形切掉，从而得到C面29。
另一方面，由于绝缘片部2(绝缘层2a及金属箔2b)形成为具有同一平面，而不弯曲，因此除塌角面9以外的散热件3的背面和绝缘层2a的表面密接，可填充模塑树脂1的间隙区域S2被设置于塌角面9(C面29)和绝缘片部2(绝缘层2a)之间。
如图2(b)所示，由于塌角面9(C面29)被设置于散热件3的底面端部，因此散热件3的外周端部的尖利程度减轻，电力线向外周端部的集中得以分散，电场密度下降。并且，由于发生电场集中的部位分散为塌角面9的两端部及其附近的电场集中部位91及92，因此电场密度进一步下降。由于这些现象，整体上来说电场集中得到缓和，在均具有导电性的金属箔2b和散热件3这两个电极间形成的绝缘层2a的耐压提高，能够改善半导体装置51的绝缘特性。
如上所述，在实施方式1的半导体装置51中，关于散热件3，通过在背面的外周端部设置的倒角部(塌角面9、C面29)，由此借助于使电场集中部位分散为多个(电场集中部位91、92)等，从而能够使电场密度减小，改善由绝缘层2a实现的绝缘性。
其结果，能够得到下述半导体装置51，即，即使在担心由于功率元件4等半导体元件的工作时的升温等，而使得由绝缘层2a实现的绝缘性下降的情况下，也具有高绝缘性。关于该效果，由于在将SiC芯片搭载于散热件3时，绝缘片部2的升温增大，担心由绝缘层2a实现的绝缘特性下降，因此特别有效，其中，该SiC芯片由使用了SiC的功率元件4等半导体元件构成。
而且，由于绝缘片部2形成同一平面，因此如后所述，通过将由R倒角加工得到的R、由C倒角加工得到的C设定为不会对封装树脂向间隙区域S2的填充产生障碍的尺寸，从而能够可靠地将模塑树脂1填充于间隙区域S2，其结果，能够得到具有良好的散热特性及绝缘特性的半导体装置51。
下面，叙述由R倒角加工得到的R、由C倒角加工得到的C的具体的尺寸设定。在形成塌角面9时，优选将R设为100～300μm。将R设为大于或等于100μm的理由在于，在假定模塑树脂1中的填料12的尺寸为50μm左右的情况下，能够将模塑树脂1无障碍地填充于间隙区域S2，在传递模塑处理时，能够将模塑压力充分地施加于模塑树脂1。
另一方面，在R与100μm相比充分小的情况下，由于填料12的填堵性(packingproperty)，间隙区域S2中的模塑树脂1的填充受到阻碍，至少一部分未被填充，在传递模塑处理时未充分地施加模塑压力。其结果，在间隙区域S2产生空隙的可能性增高。由于同样的理由，在形成C面29时，优选将C设为大于或等于100μm。
如上所述，通过对塌角面9及C面29的R及C的尺寸进行设定，从而能够得到下述稳定性高的构造的半导体装置51，即，即使在间隙区域S2内，模塑树脂1也能够被无障碍地填充。
(制造方法)
能够通过包含以下的步骤(a)～(c)在内的半导体装置的制造方法而制造实施方式1的半导体装置51。
步骤(a)：通过由焊料28进行接合，从而准备在表面之上载置有功率元件4的散热件3。此时，执行以下的步骤(a-1)。
步骤(a-1)：执行使用了冲裁模具的断裂加工处理，在散热件3的背面的外周端部形成通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部(塌角面9、C面29)。
此外，在步骤(a)中包含以下的已有的工序。在利用焊料将功率元件4(功率芯片)与框架(包含信号端子6、主端子7在内的部分)接合后，利用铝线5将功率元件4与功率元件4间、功率元件4与框架间、框架与框架间等接合，得到安装框架构造。此外，还能够想到经由框架而进行由焊料28实现的散热件3与功率元件4间的接合的方式。
步骤(b)：准备由绝缘层2a及金属箔2b构成的绝缘片部2。
步骤(c)：执行传递模塑处理，该传递模塑处理为，利用模塑树脂1，对除金属箔2b的背面以外的绝缘片部2、散热件3、功率元件4及铝线5的整体、信号端子6及主端子7的一部分进行封装。下面，说明传递模塑处理的内容。
在将绝缘片部2设置于由模具(上模具、下模具)形成的空腔内后，将已完成至导线键合工序的上述安装框架构造设于空腔内的规定位置，在合模后，利用传递模塑成型法，将模塑树脂1注入填充至模具内的空腔，进行加热及加压而使模塑树脂1以及绝缘片部2硬化。其结果，能够得到树脂封装后的半导体装置构造，在该构造中，绝缘层2a与散热件3的背面(除倒角部以外)密接，并且利用模塑树脂1对各构成部2～7进行了树脂封装。
另外，在执行步骤(c)后，执行下面的后处理。即，在经过用于使模塑树脂1完全硬化的加热工序后，经过连结杆等框架多余部分的切断、引线端子(信号端子6、主端子7)的成型、产品测试等，完成作为产品的半导体装置51。
图3是示意性地表示上述的前述步骤(a-1)中的用于形成塌角面9的断裂加工处理的内容的剖视图。
如本图所示，通过针对设置于冲裁用上模具10a、下模具10b间的平板构造的散热件材料30，将上模具10a压下而对散热件材料30进行冲裁加工，从而能够得到具有塌角面9的散热件3。
以上述方式，能够执行使用了冲裁用模具10a、10b的断裂加工处理，将通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部(塌角面9、C面29)形成于散热件3的背面的外周端部。
此外，关于R倒角加工及C倒角加工各自中的R的确定及C的确定，能够使用下述等已有的方法实现，即：使用上述的利用冲裁模具10a、10b进行的断裂加工处理，对间距进行调整；以及使用专用的刀具。
例如，如果使制造散热件3时的冲裁用模具10a、10b间的间距变大，则能够使作为塌角量的R变大而进行加工。优选冲裁模具10a、10b间的间距大，不必使塌角面9、C面29过小，能够节省由模具10a、10b的磨损导致的替换刀的成本、维护的工时，具有无需成本的优点。
如上所述，如果在100～300μm的范围进行R的设定，则能够将在冲裁后的散热件3的背面外周的端部产生的毛刺抑制为小于或等于10μm。
如上所述，通过执行已有的断裂加工处理而得到具有倒角部(塌角面9、C面29)的绝缘片部2，从而能够比较廉价地制造出实施方式1的半导体装置51。
＜实施方式2＞
(构造)
图4是示意性地表示作为实施方式2的半导体装置52中的散热件3的倒角部的周边构造的说明图。图4(a)所示的构造相当于图1所示的半导体装置51的关注区域A1，图4(b)所示的构造是图4(a)中的关注区域A2的放大图。
如图4所示，绝缘片部20设置于散热件3的背面侧。绝缘片部20由绝缘层20a及金属箔20b(金属层)的层叠构造形成，绝缘层20a的表面与包含塌角面9在内的散热件3的背面密接。另外，绝缘层20a与模塑树脂1相比热传导率较大，具有高绝缘性。
以上述方式，绝缘片部20具有：主体部20m，其沿散热件3的背面(除塌角面9以外)构成同一平面；以及弯曲部20x，其以与塌角面9密接的方式，从主体部20m起弯曲而形成。此外，绝缘层20a及金属箔20b分别形成为主体部20m及弯曲部20x处的膜厚相同，即，绝缘片部20形成为，连同弯曲部20x在内，膜厚是均匀的。此外，绝缘层20a及金属箔20b分别优选为在传递模塑处理时弯曲部20x不会由于模塑树脂1的流动而变形、破损的材料。
此外，在图4中，作为在散热件3的背面端部形成的倒角部而示出塌角面9，但与实施方式1同样地，也可以取代塌角面9而设置C面29，在该情况下，成为使绝缘片部20的弯曲部20x与C面29密接的构造。
如上所述，在实施方式2的半导体装置52中，通过使绝缘片部20(绝缘层20a)的弯曲部20x与散热件3的塌角面9(C面29)密接，从而如图4(b)所示，可靠地避免在传递模塑处理时模塑树脂1侵入至塌角面9的正下方的现象。因此，能够得到在塌角面9的正下方确实不存在空隙的构造的半导体装置52。
关于实施方式2的半导体装置52，通过使绝缘片部20的弯曲部20x与散热件3的倒角部(塌角面9、C面29)密接，从而呈现为在绝缘片部20和倒角部之间未设置在实施方式1的半导体装置51中产生的间隙区域S2(参照图2)的构造。因此，通过可靠地排除在间隙区域S2形成作为放电原因的空隙的余地，从而能够得到降低散热件3与模塑树脂1间的热阻、并且改善了绝缘特性的半导体装置52。
如上所述，实施方式2的半导体装置52的绝缘特性得到改善，另外，即使在如实际使用那样长时间对半导体装置52施加电压的情况下，可靠性也得到提高，能够实现长寿命化。
如前所述，由于绝缘片部20形成为，连同弯曲部20x在内，膜厚是均匀的，因此如图4(b)所示，在位于倒角部(塌角面9、C面29)下方的绝缘片部20(金属箔20b)的弯曲部20x的下方形成绝缘片部下间隙区域S20。因此，模塑树脂1填充于绝缘片部下间隙区域S20，与此相应地，模塑树脂1与绝缘片部20的粘接面积增加，其结果，绝缘片部20的绝缘层20a及金属箔20b间、绝缘片部20及模塑树脂1间难以产生剥离，所以能够实现可靠性的提高。
下面，对这一点进行详细记述。如上所述，由于模塑树脂1与绝缘片部20的粘接面积增加，因此绝缘层20a与金属箔20b间的界面、以及绝缘片部20与模塑树脂1间的界面的粘接力提高。因此，能够降低针对组装后的半导体装置52进行的测试工序的、由绝缘特性引起的不合格率。特别地，在实际使用时，在反复的冷热气氛环境下，能够抑制绝缘层20a与金属箔20b间的界面、绝缘层20a与模塑树脂1间的界面的剥离，能够实现装置的长寿命化，其中，上述剥离是由绝缘层20a、金属箔20b及模塑树脂1的膨胀、收缩产生的，以绝缘片部20的边缘作为起点。
图5是表示实施方式2的半导体装置52的效果的说明图。图5相当于图4(a)中的关注区域A2的放大图。
在传递模塑处理时，在填充模塑树脂1时，如图5所示，由于正在流动的模塑树脂1的前端、即接缝区域位于金属箔20b的正下方(未被施加电压、不影响散热的区域)，因此即使产生空隙(void)13，也不会对半导体装置52的电气性能造成不良影响。因此，即使是在实际长时间使用半导体装置52的情况下，也能够降低绝缘不良和散热不良。
另外，在实施方式2的半导体装置52中，与实施方式1的半导体装置51同样地，散热件3具有0.5mm～5mm的厚度，倒角部具有下述尺寸特性，即，在通过R倒角加工而得到塌角面9时，R设定为大于或等于100μm，在通过C倒角加工而得到C面29时，C设定为大于或等于100μm。
而且，由于实施方式2的半导体装置52具有上述的尺寸特性，因此在将模塑树脂1中所产生的填料12的尺寸假设为50μm左右的情况下，模塑树脂1充分地填充于倒角部下方的绝缘片部下间隙区域S20，在传递模塑处理时能够充分地施加模塑压力。
其结果，能够得到下述稳定性高的构造的半导体装置52，即，即使在绝缘片部下间隙区域S20内，模塑树脂1也能够被无障碍地填充。
以上述方式，实施方式2的半导体装置52能够实现针对模塑树脂1内部的空隙的空隙对策，并且与实施方式1的半导体装置51同样地，能够降低以往使用高绝缘材料(树脂)的困扰、成本。
图6是表示弯曲部20x相对于主体部20m的弯曲角度的说明图。如本图所示，需要使弯曲部20x相对于主体部20m以弯曲角度AG弯曲，以使弯曲部20x与散热件3的塌角面9密接。
此时，由于需要设为绝缘层20a不产生裂纹的范围，因此作为弯曲角度AG，在塌角面9的情况下优选小于或等于15°，在C面29的情况下优选小于或等于45°。
因此，在利用R倒角加工形成塌角面9的情况下，优选以使弯曲部20x相对于主体部20m的弯曲角度AG限定于10°～15°的范围的方式形成，在利用C倒角加工形成C面29的情况下，优选以使弯曲部20x相对于主体部20m的弯曲角度AG限定于小于或等于45°的方式形成。
如上所述，在形成塌角面9作为倒角部的情况下，由于以使弯曲部20x相对于主体部20m的角度为10°～15°的范围的方式形成半导体装置52的散热件3，因此得到满足由R倒角加工得到的塌角面9和绝缘片部20(绝缘层20a)的密接性、并且绝缘层20a不会产生裂纹的构造，从而能够提高绝缘特性的改善程度。
同样地，在形成C面29作为倒角部的情况下，由于以使弯曲部20x相对于主体部20m的角度为45°的方式形成半导体装置52的散热件3，因此得到满足由C倒角加工得到的C面29和绝缘片部20(绝缘层20a)的密接性、并且绝缘层20a不会产生裂纹的构造，从而能够提高绝缘特性的改善程度。
(制造方法)
能够通过包含以下的步骤(a)～(c)在内的半导体装置的制造方法而制造实施方式2的半导体装置52。
步骤(a)：准备在表面之上载置有功率元件4的散热件3。此时，进行与实施方式1相同的判断加工处理(步骤(a-1))，形成倒角部(塌角面9、C面29)。此外，步骤(a)的处理内容包含已有的方法，与实施方式1的半导体装置51的情况相同。
步骤(b)：准备由绝缘层20a(～22a)及金属箔20b(～22b)构成的绝缘片部20(～22)。此外，作为在步骤(b)中准备的绝缘片部20，存在整体具有同一平面的加工前、即不具有弯曲部20x(～22x)及主体部20m(～22m)的构造的绝缘片部20，和加工后、即具有弯曲部20x及主体部20m的构造的绝缘片部20。
步骤(c)：执行传递模塑处理，该传递模塑处理为，利用模塑树脂1，对除主体部20m处的金属箔20b的背面以外的绝缘片部2、散热件3、功率元件4及铝线5的整体、信号端子6及主端子7的一部分进行封装。
另外，与实施方式1的半导体装置51同样地，在步骤(c)后执行后处理。
(弯曲部形成处理)
并且，关于实施方式2的半导体装置52，在通过步骤(b)准备了加工前的绝缘片部20(21)的情况下，执行用于得到加工后绝缘片部20的以下的弯曲部形成处理作为包含于上述步骤(c)中的步骤(c-1)。
步骤(c-1)：在将加工前的绝缘片部20(21)设置于由模具(上模具、下模具)形成的空腔内后，将已完成至导线键合工序的上述安装框架构造设于空腔内的规定位置，进行模具的合模，从而使加工前的绝缘片部20的与倒角部(塌角面9、C面29)相对应的区域弯曲，形成沿散热件3的背面构成同一平面的主体部20m、和以与倒角部密接的方式从主体部20m起弯曲而形成的弯曲部20x。
然后，利用传递模塑成型法，将模塑树脂1注入填充至模具内的空腔，进行加热及加压而使模塑树脂1以及绝缘片部20硬化。其结果，在执行步骤(c)中的传递模塑处理后，绝缘片部20的主体部20m与除上述倒角部以外的散热件3的背面密接，弯曲部20x与散热件3的倒角部密接。
(第1方式(利用加工后的绝缘片部20))
在执行步骤(b)的初始阶段，作为步骤(b-1)，预先准备具有与散热件3的倒角部相对应的弯曲部20x的绝缘片部20。在第1方式中，无需执行上述的弯曲部形成处理就得到了加工后的绝缘片部20。
在采用第1方式的情况下，在弯曲部20x处的绝缘层20a的表面和散热件3的倒角部(塌角面9、C面29)相对的位置关系下，将绝缘片部20和安装框架构造(包含散热件3)搭载于在模具内形成的空腔，然后执行传递模塑处理。
这样，正在流动的模塑树脂1的前端、即接缝区域进入至位于绝缘片部20的形成弯曲部20x的金属箔20b下侧的绝缘片部下间隙区域S20。在完成模塑树脂1的注入后，在保持压力的同时模塑树脂1进行硬化时，由于绝缘片部20(绝缘层20a)的弯曲部20x与散热件3的塌角面9牢固地密接，构成绝缘层20a的绝缘材料也硬化，因此能够设为绝缘片部20与散热件3牢固地粘接的状态。此外，通过从以空腔作为基准而设置于与浇口(树脂注入口)相反侧的气孔抽真空，从而能够将接缝区域外移至空腔外、即半导体装置52外。
另外，绝缘片部20的边缘部相对于散热件3伸出的伸出长度由半导体装置52的额定容量、由散热件3和金属箔20b这两个电极间所需的沿面距离决定。例如，对于1200V额定容量的半导体装置52，如果绝缘片部20相对于散热件3的伸出长度为1.5mm左右，则没有问题。同样的情况也适用于实施方式1的半导体装置51。例如，对于1200V额定容量的半导体装置51，如果绝缘片部2相对于散热件3的伸出长度为1.5mm左右，则没有问题。
(第2、第3方式(利用加工前的绝缘片部20))
在第2及第3方式中，使用具有同一平面的、平板构造的加工前的绝缘片部20而执行步骤(b)。因此，执行在下面叙述的弯曲部形成处理作为包含于步骤(c)中的步骤(c-1)。
在第2及第3方式中，将下述情况作为前提，即，在加工前的绝缘片部20的一部分相对于散热件3的背面伸出的位置关系下，将加工前的绝缘片部20和安装框架构造(包含散热件3)搭载于在模具内形成的空腔，然后执行传递模塑处理。
图7及图8是表示弯曲部形成处理(第2及第3方式)的内容的剖视图。如图7所示，在第2方式中，将向上方(+Z方向)凸出的固定销14设置于模塑用下模具(未图示)。因此，在传递模塑处理时，如果散热件3及绝缘片部20被收容于模塑用上模具及下模具内的空腔，则在进行上模具及下模具的合模时，通过固定销14，以使绝缘层20a与塌角面9密接的方式，将绝缘片部20的前端部向上方按压。
其结果，由于绝缘片部20的前端部分被弯曲，因此最迟在完成模塑树脂1的填充后的保持压力时的阶段，能够形成从主体部20m起以与塌角面9密接的方式弯曲的弯曲部20x。在形成弯曲部20x后，模塑树脂1进行硬化，从而能够使绝缘片部20的弯曲部20x处的绝缘层20a与散热件3的塌角面9粘接。
另一方面，也可以像图8中示出的第3方式那样，取代图14中示出的固定销14而设置可动销15，该可动销15在凸出状态时从模塑用下模具(未图示)向上方凸出，在收容状态时至少一部分收容于下模具内。此外，在图8中，分别以实线示出可动销15处于收容状态、以虚线示出可动销15处于凸出状态。
在第3方式的情况下，在散热件3及绝缘片部20被收容于模塑用上模具及下模具内的空腔后，使可动销15从收容状态变化为凸出状态。这样，通过凸出状态的可动销15，以使绝缘层20a与塌角面9密接的方式，将绝缘片部20的前端部向上方按压。
其结果，与第2方式的情况同样地，能够得到弯曲部20x及主体部20m，使绝缘片部2的弯曲部20x处的绝缘层20a与散热件3的塌角面9粘接。
此外，在第3方式的情况下，优选在形成了弯曲部20x的阶段，在模塑树脂1硬化前，将可动销15从凸出状态设为收容状态，将可动销15从模塑树脂1的形成区域拔出。其原因在于，由于在收容状态时，可动销15被收容于下模具内、即可动销15的前端部下降至空腔面，因此能够在完成半导体装置52后，不在由模塑树脂1形成的封装体表面残留由可动销15造成的销的深度的痕迹。
(第4方式(利用加工前的绝缘片部21))
在第4方式中，使用具有同一平面的、平板构造的加工前的绝缘片部21而执行步骤(b)。然后，执行在下面叙述的弯曲部形成处理作为包含于步骤(c)中的步骤(c-1)。
图9是表示弯曲部形成处理(第4方式)的内容等的说明图。本图(a)是表示在执行步骤(b)时散热件3和加工前的绝缘片部21之间的关系的说明图，本图(b)是表示在作为步骤(c-1)而执行的弯曲部形成处理时散热件3和加工后的绝缘片部21之间的关系的剖视图。
在步骤(b)中，如图9(a)所示，取代绝缘片部20而准备加工前的绝缘片部21，该加工前的绝缘片部21呈现为绝缘层21a及金属箔21b(金属层)的层叠构造，除凸起部16以外，绝缘层21a及金属箔21b具有同一平面。此外，绝缘片部21在金属箔21b的前端部分的背面设置有凸起部16这一点上，与绝缘片部20不同。关于凸起部16，优选加工性、绝缘性、粘接性良好的树脂材料。
在第4方式中，将下述情况作为前提，即，在与凸起部16相对应的绝缘片部21(绝缘层21a)的表面相对于散热件3的背面伸出的位置关系下，将加工前的绝缘片部21和安装框架构造(包含散热件3)搭载于在模具内形成的空腔，然后执行传递模塑处理。
如图9(b)所示，在第4方式中，通过将凸起部16设置于绝缘片部21的金属箔21b的前端部的背面侧，从而在传递模塑处理时，如果散热件3及绝缘片部21被收容于模塑用上模具及下模具内的空腔，则在进行上模具及下模具的合模时，通过凸起部16，以使绝缘层21a与塌角面9密接的方式，将绝缘片部21的前端部向图中右斜上方按压。
其结果，由于绝缘片部21的前端部分被弯曲，因此最迟在完成模塑树脂1的填充后的保持压力时的阶段，能够形成从主体部21m起以与塌角面9密接的方式弯曲的弯曲部21x。在形成弯曲部21x后，模塑树脂1进行硬化，从而能够将绝缘片部21的弯曲部21x处的绝缘层21a与散热件3的塌角面9粘接。
(第5方式(利用加工前的绝缘片部20))
在第5方式中，使用具有同一平面的、平板构造的加工前的绝缘片部20而执行步骤(b)。然后，执行在下面叙述的弯曲部形成处理作为包含于步骤(c)中的步骤(c-1)。
在第5方式中，将下述情况作为前提，即，在加工前的绝缘片部20的一部分相对于散热件3的背面伸出的位置关系下，将加工前的绝缘片部20和安装框架构造(包含散热件3)搭载于在模具内形成的空腔，然后执行传递模塑处理。
图10是表示弯曲部形成处理(第5方式)的内容的剖视图。如本图所示，在第5方式中，通过将凸部17x设置于模塑用下模具17的表面的一部分，从而将凹陷部设置于由上模具和下模具17所形成的、模塑树脂1的注入区域即空腔。因此，在传递模塑处理时，通过使凸部17x的一个斜面和塌角面9相对，将散热件3及绝缘片部20收容于空腔内，从而在进行上模具及下模具的合模时，通过凸部17x，以使绝缘层20a与塌角面9密接的方式，将绝缘片部20的前端部向斜上方按压。
其结果，由于绝缘片部20的前端部分被弯曲，因此最迟在完成模塑树脂1的填充后的保持压力时的阶段，能够形成从主体部20m起以与塌角面9密接的方式弯曲的弯曲部20x。在形成弯曲部20x后，模塑树脂1进行硬化，从而能够将绝缘片部20的弯曲部20x处的绝缘层20a与散热件3的塌角面9粘接。
此外，关于模塑用下模具17的凸部17x，在倒角部为塌角面9的情况下，以绝缘片部20的弯曲部20x可相对于主体部20m按10°～15°的角度弯曲的形状设置上述一个斜面，在倒角部为C面29的情况下，以绝缘片部20的弯曲部20x可相对于主体部20m按45°的角度弯曲的形状设置上述一个斜面。
(第6方式(利用加工后的绝缘片部22))
图11是表示在第6方式中设置的绝缘片部22和散热件3之间的关系的说明图。本图(a)是表示散热件3和绝缘片部22之间的关系的说明图，本图(b)是表示传递模塑处理时的内容的剖视图。
如图11(a)所示，在第6方式中，是使用呈现为绝缘层22a及金属箔22b(金属层)的层叠构造的绝缘片部22而执行的。此外，绝缘片部22的绝缘层22a在下述方面与绝缘片部20不同，即，与散热件3的塌角面9(C面29)相对应地具有可与塌角面9(C面29)密接的形状的倾斜面23，关于绝缘层22a的膜厚，在倾斜面23的低部侧和高部侧，膜厚不同，绝缘层22a具有高低差。因此，在绝缘片部22，低部侧的区域成为主体部22m，形成倾斜面23的区域成为弯曲部22x。
如上所述，在第6方式中，在执行步骤(b)的初始阶段，作为步骤(b-1)，预先准备绝缘层22a具有与散热件3的倒角部相对应的倾斜面23的加工后的绝缘片部22。因此，在第6方式中，无需执行上述的弯曲部形成处理就得到了加工后的绝缘片部22。
在采用第6方式的情况下，将下述情况作为前提，即，在绝缘层22a的倾斜面23和散热件3的倒角部(塌角面9、C面29)相对的位置关系下，将绝缘片部22和散热件3搭载于在模具内形成的空腔，然后执行传递模塑处理。此时，低部侧的绝缘层22a的表面与散热件3的背面密接。
因此，在步骤(c)所执行的传递模塑处理中，如图11(b)所示，在散热件3的塌角面9和绝缘层22a的倾斜面23密接的状态下被收容于空腔，在注入模塑树脂1后使模塑树脂1硬化。其结果，与第1方式同样地，能够设为绝缘片部22与散热件3牢固地粘接的状态。
此外，关于绝缘层22a的倾斜面23，在倒角部为塌角面9的情况下，设置为绝缘片部22的弯曲部22x相对于主体部22m以10°～15°的角度弯曲的形状，在倒角部为C面29的情况下，设置为绝缘片部22的弯曲部22x相对于主体部22m以45°的角度弯曲的形状。
以上述方式，通过使用具有弯曲部20x(21x、22x)的绝缘片部20(21、22)而执行第1～第6方式中的任意者，从而能够比较廉价地制造实施方式2的半导体装置52，该半导体装置52具有弯曲部20x与散热件3的倒角部(塌角面9、C面29)密接的构造。
此外，在第1及第6方式中，由于在步骤(b)的阶段得到了加工后的绝缘片部20(22)，因此也可以先于步骤(c)的传递模塑处理而进行绝缘片部20(22)和散热件3的接合。
＜应用例＞
图12是表示实施方式1的半导体装置51的应用例的剖视图。如本图所示，在半导体装置51中，从模塑树脂1露出的金属箔2b的背面经由焊料18而与冷却鳍片19接合。
图13是表示实施方式2的半导体装置52的应用例的剖视图。如本图所示，在半导体装置52中，从模塑树脂1露出的金属箔20b的背面经由焊料18而与冷却鳍片19接合。此外，在图13中示出了绝缘片部20，但也可以取代绝缘片部20而使用绝缘片部21(参照图9)或绝缘片部22(参照图11)。
如图12及图13所示，为了以无脂状物的状态将金属箔2b(20b)和冷却鳍片19接合，采用的是使用了焊料18的焊料接合。如上所述，关于半导体装置51、52，在绝缘层2a(20a)与金属箔2b(20b)间的界面、绝缘片部2(20)与模塑树脂1间的界面处难以发生剥离，具有高可靠性。
以往，由于使用脂状物而对相当于半导体装置51、52的功率模块进行安装，因此存在热阻增大的课题。另一方面，如图12、图13所示，关于半导体装置51、52，由于散热件3与模塑树脂1间的热阻降低等，因此装置自身具有高可靠性。因此，即使采用冷却鳍片19的焊料接合安装，也能够消除上述的热阻增大的课题。
如上所述，图12及图13所示的实施方式1及实施方式2的应用例具有下述效果，即，除高价的高散热绝缘片以外，还没有采用高价的脂状物，能够以较低成本实现带冷却鳍片19的半导体装置51(52)。
并且，像图13所示的半导体装置52那样，使用具有弯曲部20x的绝缘片部20，越是使弯曲部20x的面积增大，则金属箔20b和模塑树脂1之间的界面的粘接力越上升，能够进一步改善装置自身的可靠性。
此外，本发明在该发明的范围内，能够对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
详细地说明了本发明，但上述说明在所有的方面均为例示，本发明不限定于此。可以理解为，能够想到没有例示出的变形例并未超出本发明的范围。
标号的说明
1模塑树脂，2、20～22绝缘片部，2a、20a～22a绝缘层，2b、20b～22b金属箔，3散热件，4功率元件，6信号端子，7主端子，9塌角面，10a上模具，10b、17下模具，12填料，13空隙，14固定销，15可动销，16凸起部，18、28焊料，19冷却鳍片。

Claims (10)

1.一种半导体装置(51)，其构造为，半导体元件(4)由模塑树脂(1)封装，
在该半导体装置中，具有：
散热件(3)，在该散热件的表面之上载置所述半导体元件；以及
绝缘片部(2)，其形成于所述散热件的背面之上，
所述绝缘片部，
呈现为金属层(2b)和与所述模塑树脂相比热传导率较大的绝缘层(2a)的层叠构造，所述绝缘层密接于所述散热件的背面之上，
所述散热件在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部(9、29)，
所述绝缘片部(2)以沿所述散热件的背面具有同一平面的方式构成，在所述绝缘片部与所述倒角部之间设置间隙区域(S2)，
除所述金属层的背面以外，所述模塑树脂将所述半导体元件、所述散热件以及所述绝缘片部封装。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述散热件具有0.5mm～5mm的厚度，
关于所述倒角部，在R倒角加工的情况下，R被设定为大于或等于100μm，在C倒角加工的情况下，C被设定为大于或等于100μm。
3.一种半导体装置(52)，其构造为，半导体元件(4)由模塑树脂(1)封装，
在该半导体装置中，具有：
散热件(3)，在该散热件的表面之上载置所述半导体元件；以及
绝缘片部(20)，其形成于所述散热件的背面之上，
所述绝缘片部，
呈现为金属层(20b)和与所述模塑树脂相比热传导率较大的绝缘层(20a)的层叠构造，所述绝缘层密接于所述散热件的背面之上，
所述散热件在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部(9、29)，
所述绝缘片部(20～22)具有：主体部(20m～22m)，其沿所述散热件的背面构成同一平面；以及弯曲部(20x～22x)，其是表面区域从所述主体部起弯曲而形成的，与所述倒角部密接，
除所述主体部处的所述金属层的背面以外，所述模塑树脂将所述半导体元件、所述散热件以及所述绝缘片部封装。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
所述绝缘片部形成为，连同所述弯曲部在内，膜厚是均匀的。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述散热件具有0.5mm～5mm的厚度，
关于所述倒角部，在R倒角加工的情况下，R被设定为大于或等于100μm，在C倒角加工的情况下，C被设定为大于或等于100μm。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述弯曲部以所述绝缘层不产生裂纹的范围的角度弯曲。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，
所述倒角部是通过R倒角加工而得到的，所述弯曲部相对于所述主体部以10～15°的范围弯曲。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，
所述倒角部是通过C倒角加工而得到的，所述弯曲部相对于所述主体部以45°的角度弯曲。
9.一种半导体装置的制造方法，其制造权利要求1所述的半导体装置(51)，
在该半导体装置的制造方法中，具有如下步骤，即：
(a)准备在表面之上载置有所述半导体元件(4)的所述散热件(3)的步骤；
(b)准备所述绝缘片部(2)的步骤；以及
(c)执行传递模塑处理的步骤，该传递模塑处理为，利用所述模塑树脂而将除所述金属层的背面以外的所述绝缘片部、所述散热件以及所述半导体元件封装，
所述步骤(a)包含如下步骤，即：
(a-1)执行使用了冲裁模具(10a、10b)的断裂加工处理，在所述散热件的背面的外周端部形成所述倒角部(9、29)的步骤，
在执行所述步骤(c)后，所述模塑树脂填充于在所述倒角部和所述绝缘片部的所述绝缘层之间设置的所述间隙区域。
10.一种半导体装置的制造方法，其制造权利要求3所述的半导体装置(52)，
在该半导体装置的制造方法中，具有如下步骤，即：
(a)准备在表面之上载置有所述半导体元件(4)的所述散热件(3)的步骤；
(b)准备整体具有同一平面的加工前的所述绝缘片部(20～22)的步骤；以及
(c)执行传递模塑处理的步骤，该传递模塑处理为，利用所述模塑树脂而将除所述主体部处的所述金属层的背面以外的所述绝缘片部、所述散热件以及所述半导体元件封装，
所述步骤(a)包含如下步骤，即：
(a-1)执行使用了冲裁模具(10a、10b)的断裂加工处理，在所述散热件的背面的外周端部形成所述倒角部(9、29)的步骤，
所述步骤(c)包含如下步骤，即：
(c-1)执行弯曲部形成处理的步骤，该弯曲部形成处理为，通过针对加工前的所述绝缘片部使与所述倒角部相对应的区域弯曲，从而以使所述倒角部与所述弯曲部密接的方式，设置所述主体部及所述弯曲部。
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