CN107026129B - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体装置，其具备：绝缘基板，其载置半导体芯片；和壳体部，其粘接于绝缘基板，壳体部具有凹部，所述凹部设置有粘接剂，且供绝缘基板的正面侧插入，绝缘基板在沿着厚度方向的侧面具有形成于正面侧的正侧切口部和形成于背面侧的背侧切口部，正侧切口部与背侧切口部之间的顶点与绝缘基板的正面的在厚度方向上的长度为壳体部的凹部的在厚度方向上的长度的30％以上且70％以下。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体装置。

背景技术

以往，已知有将载置有半导体芯片等的绝缘基板组装于由树脂等形成的壳体部而成的半导体装置（例如，参照专利文献1～3）。绝缘基板嵌入并粘接到设置于壳体部的背面的孔部。

专利文献1：日本特开2013-258321号公报

专利文献2：日本特开2004-6905号公报

专利文献3：日本特开2000-133769号公报

发明内容

技术问题

在半导体装置中，优选绝缘基板与壳体部的粘接可靠性高。

技术方案

在本发明的第一方式中，提供一种半导体装置，具备：绝缘基板，其载置半导体芯片；和壳体部，其粘接于绝缘基板。壳体部可以具有凹部，所述凹部设置有粘接剂，且供绝缘基板的正面侧插入。绝缘基板在沿着厚度方向的侧面中，可以具有形成于正面侧的正侧切口部和形成于背面侧的背侧切口部。正侧切口部与背侧切口部之间的顶点与绝缘基板的正面的在厚度方向的长度可以为壳体部的凹部的在厚度方向的长度的30%以上且70%以下。

在厚度方向上，正侧切口部可以比背侧切口部短。正侧切口部相对于厚度方向的角度可以与背侧切口部相对于厚度方向的角度相同。正侧切口部相对于厚度方向的角度可以比背侧切口部相对于厚度方向的角度小。

正侧切口部相对于厚度方向的角度可以为15度以上且30度以下。背侧切口部相对于厚度方向的角度可以为20度以上且50度以下。

正侧切口部的在正面的端部与背侧切口部的在背面的端部相比，可以设置在绝缘基板中更靠近外侧的位置。正侧切口部的在正面的宽度可以为背侧切口部的在背面的宽度的一半以下。

半导体装置可以进一步具备设置于绝缘基板的正面的导电图案。正侧切口部的在正面的宽度可以比正侧切口部的在正面的端部与导电图案的距离小。正侧切口部的在正面的宽度可以为正侧切口部的在正面的端部与导电图案的距离的1/10以下。

在凹部中，与绝缘基板的侧面对置的侧壁相对于厚度方向，可以与正侧切口部朝着相同的一侧倾斜。凹部的侧壁可以与正侧切口部大致平行。

应予说明，上述的发明内容未列举本发明的所有特征。另外，这些特征群的再组合也可作为本发明。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的半导体装置100的概要的立体图。

图2是表示图1中示出的A-A截面的一个例子的图。

图3是将第一实施例的半导体装置100的截面中的绝缘基板30的侧面附近放大而得的图。

图4是将绝缘基板30的侧面附近放大而得的图。

图5是将第二实施例的半导体装置100的截面中的绝缘基板30的侧面附近放大而得的图。

图6是表示绝缘基板30的加工方法的一个例子的图。

图7是表示绝缘基板30的正面的另一例的图。

图8是表示第一比较例的图。

图9是表示第二比较例的图。

符号说明

10：壳体部

11：内部空间

12：盖部

13：对置面

14：主端子

16：副端子

18：封装材料

20：凹部

22：半导体芯片

24：粘接剂

26：侧壁

30：绝缘基板

31：端部

32：金属板

33：端部

34：绝缘层

36：导电图案

38：顶点

40：背侧切口部

42：正侧切口部

44：中间部

50：正面

52：背面

54：贯通部

56：残留部

100：半导体装置

110：壳体部

120：凹部

124：粘接剂

130：绝缘基板

132：金属板

134：绝缘层

136：导电图案

138：顶点

140：背侧切口部

142：正侧切口部

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式不限定与权利要求相关的发明。另外，实施方式中说明的特征的所有组合并不限定为解决本发明的技术问题所必需的。

图1是表示本发明的一个实施方式的半导体装置100的概要的立体图。半导体装置100具备壳体部10和盖部12。壳体部10在内部收容半导体芯片等电子部件。壳体部10可以具有由树脂等形成的框结构。在壳体部10所包围的空间内填充有凝胶等封装材料。盖部12被设置为覆盖壳体部10所包围的空间的上部。盖部12可以用粘接剂固定于壳体部10。

在壳体部10的上表面设有与壳体部10所收容的电子部件连接的多个主端子14和多个副端子16。电子部件包括IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管）等功率设备。主端子14例如像IGBT的发射极端子或集电极端子那样，与有大电流流通的端子连接。另外，副端子16例如像IGBT的栅极端子那样，与不流通大电流的控制端子连接。

图2是表示图1中示出的A-A截面的一个例子的图。在图2中，示意地示出各部件，图2中的各部件的比例尺与图1中示出的各部件的比例尺不一致。另外，在图2中，示出半导体装置100的背面附近的截面，省略盖部12、主端子14和副端子16。

半导体装置100还具备粘接于壳体部10的绝缘基板30。绝缘基板30的正面侧插入到设置于壳体部10的背面的凹部20的内部。应予说明，在本说明书中，将盖部12侧的半导体装置100的面称为正面，将绝缘基板30侧的面称为背面。另外，在绝缘基板30等各部件中，也将盖部12侧的面称为正面，将相反侧的面称为背面。

凹部20与壳体部10的内部空间11连续形成。使插入到凹部20中的绝缘基板30的正面的至少一部分从内部空间11露出。在露出于内部空间11的绝缘基板30的正面载置有半导体芯片22等电子部件。壳体部10的内部空间11用凝胶等封装材料18密封。

绝缘基板30具有金属板32和以覆盖金属板32的正面的方式设置的绝缘层34。金属板32由铝或铜等金属形成。金属板32对由收容于壳体部10的内部的半导体芯片22等产生的热进行散热。绝缘层34由加入了导电性填料的有机绝缘材料和/或氧化铝等陶瓷形成，对金属板32的正面进行绝缘。

在绝缘层34的正面形成有导电图案36。导电图案36由铜等金属形成，具有规定的布线图案。在导电图案36的正面载置有半导体芯片22等电子部件。导电图案36和电子部件可以具有与图1中示出的主端子14和副端子16连接的端子。

插入于凹部20的绝缘基板30通过粘接剂24粘接于壳体部10。将本例的粘接剂24在插入绝缘基板30之前预先设置到凹部20，在绝缘基板30插入到凹部20之后，通过加热等进行固化。

绝缘基板30具有沿着厚度方向的侧面。该侧面是指绝缘基板30中的正面与背面之间的面。在绝缘基板30的侧面设有形成于绝缘基板30的正面侧的正侧切口部42和形成于绝缘基板30的背面侧的背侧切口部40。

正侧切口部42在绝缘基板30的侧面中具有从正面切割了规定的范围而成的形状。绝缘基板30在正侧切口部42的侧面相对于绝缘基板30的厚度方向倾斜地形成。该斜面以越接近绝缘基板30的正面，越切入到绝缘基板30的内侧的方式设置。本例的正侧切口部42以遍及整个绝缘层34和金属板32的正面侧的一部分的区域的方式形成。

背侧切口部40在绝缘基板30的侧面中具有从背面切割了规定的范围而成的形状。绝缘基板30在背侧切口部40的侧面相对于绝缘基板30的厚度方向倾斜地形成。该斜面以越接近绝缘基板30的背面，越切入到绝缘基板30的内侧的方式设置。

在绝缘基板30的侧面，在正侧切口部42与背侧切口部40之间形成有顶点38。顶点38例如是指在侧面中外侧最突出的点。另外，顶点38还可以称为正侧切口部42和背侧切口部40交叉的点。

正侧切口部42的在绝缘基板30的正面的端部设置在比顶点38更靠近绝缘基板30的内侧的位置。同样地，背侧切口部40的在绝缘基板30的背面的端部设置在比顶点38更靠近绝缘基板30的内侧的位置。

通过绝缘基板30具有背侧切口部40，从而能够在顶点38的下侧扩展绝缘基板30与壳体部10之间的空间。另外，通过绝缘基板30具有正侧切口部42，从而能够在顶点38的上侧扩展绝缘基板30与壳体部10之间的空间。

因此，能够在绝缘基板30与壳体部10之间较多地设置粘接剂24，能够提高绝缘基板30与壳体部10之间的粘接可靠性。换言之，由于绝缘基板30与壳体部10的粘接面积增大，所以即使在反复施加热应力的情况下，也能够抑制在粘接剂24产生裂纹。特别是，能够提高对于在绝缘基板30的厚度方向上的热收缩应力的耐力。另外，由于在顶点38的上下方向形成粘接剂24来支撑绝缘基板30，所以能够抑制绝缘基板30从凹部20脱落。

（第一实施例）

图3是将第一实施例的半导体装置100的截面中的绝缘基板30的侧面附近放大而得的图。在图3中，省略粘接剂24和封装材料18。在本例中，将用最短距离连接绝缘基板30的正面和背面的方向称为厚度方向。

在厚度方向上，将顶点38与绝缘基板30的正面之间的长度记为h1，将顶点38与绝缘基板30的背面之间的长度记为h2，将凹部20的长度记为h3。凹部20具有与绝缘基板30的正面对置的对置面13。凹部20的长度可以是从壳体部10的背面到对置面13的长度。优选h1为h3的30%以上且70%以下。h1可以为h3的40%以上且60%以下。

应予说明，绝缘基板30的正面与壳体部10之间的粘接剂24的厚度与h1和h3相比足够小。因此，在h1为h3的30%以上且70%以下的情况下，顶点38位于凹部20在厚度方向上的中央附近。通过这样的构成，能够在顶点38的上侧和下侧这两侧配置足够的粘接剂24。

另外，在厚度方向上，正侧切口部42可以比背侧切口部40短。在图3的例子中，正侧切口部42的长度与h1相等，背侧切口部40的长度与h2相等。由此，可以在使绝缘基板30的背面侧从壳体部10突出的同时，使顶点38配置于凹部20的中央附近。通过使绝缘基板30的背面侧突出，能够使绝缘基板30的背面与散热片等容易地接触。

另外，优选背侧切口部40的一半以上插入到凹部20的内部。换言之，优选h3-h1≥h2/2。由此，能够确保背侧切口部40与凹部20之间的空间。

另外，在厚度方向上，在正侧切口部42比背侧切口部40短的情况下，正侧切口部42相对于厚度方向的角度θ1与背侧切口部40相对于厚度方向的角度θ2可以相同。由此，可以使正侧切口部42的在绝缘基板30的正面的宽度w1比背侧切口部40的在绝缘基板30的背面的宽度w2小。由此，能够提高绝缘基板30的粘接可靠性，并且能够增大正侧切口部42的在绝缘基板30的正面的端部与导电图案36的端部的爬电距离w3。因此，能够增大导电图案36与金属板32之间的耐压。

另外，正侧切口部42相对于厚度方向的角度θ1可以比背侧切口部40相对于厚度方向的角度θ2小。此时，可以进一步使正侧切口部42的宽度w1比背侧切口部40的宽度w2小，进一步增大爬电距离w3。

更具体而言，正侧切口部42相对于厚度方向的角度θ1可以为15度以上且30度以下。另外，背侧切口部40相对于厚度方向的角度θ2可以为20度以上且50度以下。然而，如上所述，优选θ1小于等于θ2。

另外，正侧切口部42的在正面的端部31与背侧切口部40的在背面的端部33相比，设置在更靠近绝缘基板30的外侧的位置。绝缘基板30的外侧是指在与绝缘基板30的厚度方向垂直的面内，与绝缘基板30的中心的距离更大的一侧。

应予说明，正侧切口部42的在绝缘基板30的正面的宽度w1可以为背侧切口部40的在绝缘基板30的背面的宽度w2的一半以下。由此，能够提高绝缘基板30与壳体部10的粘接可靠性，并且能够增大爬电距离w3。

正侧切口部42在正面的宽度w1比正侧切口部42的在绝缘基板30的正面的端部31与导电图案36的爬电距离w3足够小。由此，能够抑制由于设置正侧切口部42而导致的爬电距离w3的减少。例如，优选正侧切口部在正面的宽度w1为上述的爬电距离w3的1/10以下。

图4是将绝缘基板30的侧面附近放大而得的图。本例的绝缘基板30在侧面具有正侧切口部42与背侧切口部40之间的中间部44。中间部44的相对于绝缘基板30的厚度方向的角度与正侧切口部42和背侧切口部40中的任一个都不同。中间部44的至少一部分与绝缘基板30的厚度方向大致平行。

此时，绝缘基板30的侧面中的顶点38是指延长正侧切口部42而得的面与延长背侧切口部40而得的面交叉的点。应予说明，绝缘基板30的在各个切口部中的侧面具有平面形状，但根据切口部的加工精度，也认为存在在各个切口部的端部中，绝缘基板30的侧面不形成为平面形状的情况。此时，在从绝缘基板30的正面50观察正侧切口部42的情况下，延长正侧切口部42时的倾斜可以使用最初检测到的第一直线部分的倾斜。同样地，在从绝缘基板30的背面52观察背侧切口部40的情况下，延长背侧切口部40时的倾斜可以使用最初检测到的第二直线部分的倾斜。顶点38可以为第一直线部分与第二直线部分的交点。

在本例中，将绝缘基板30的厚度方向的正侧切口部42的长度记为ha，将中间部44的长度记为hb，将背侧切口部40的长度记为hc。Hc可以比ha大。Hc可以比ha与hb的和大。Ha可以与hb相等。

作为一个例子，绝缘基板30的厚度为1mm以上且2.2mm以下。绝缘层34的厚度为80μm以上且160μm以下。Hc为0.6mm以上且1.4mm以下。ha和hb均为0.2mm以上且0.4mm以下。

（第二实施例）

图5是将第二实施例的半导体装置100的截面中的绝缘基板30的侧面附近放大而得的图。在第一实施例中，壳体部10的凹部20中的与绝缘基板30的侧面对置的侧壁被设置为与绝缘基板30的厚度方向平行。在第二实施例中，凹部20的侧壁26相对于绝缘基板30的厚度方向，与正侧切口部42朝着相同的一侧倾斜。

换言之，侧壁26以随着朝向壳体部10的背面侧，凹部20的开口面积变大的方式倾斜。作为一个例子，凹部20的侧壁与正侧切口部42大致平行地倾斜。这里的大致平行是指倾斜之差在±10度以内的状态。

通过这样的构成，能够将绝缘基板30容易地插入到凹部20的规定的位置。另外，由于能够在与背侧切口部40对置的区域较多地配置粘接剂24，从而也能够提高粘接可靠性。

图6是表示绝缘基板30的加工方法的一个例子的图。图6的上部分表示绝缘基板30的截面，下部分表示绝缘基板30的正面。首先，准备具有与多个绝缘基板30相应的面积的基底基板。在图6中，仅示出2个绝缘基板30，但也可以由1个基底基板制造更多的绝缘基板30。

基底基板具有金属板和绝缘层。在基底基板的规定的位置形成导电图案36。另外，以包围与绝缘基板30对应的区域的方式在基底基板的正面形成正侧切口部42，在背面形成背侧切口部40。

此时，以正侧切口部42和背侧切口部40不贯通基底基板的方式在正侧切口部42与背侧切口部40之间设置残留部56。残留部56与图4中示出的中间部44对应。并且，通过沿着正侧切口部42和背侧切口部40分割基底基板而制造多个绝缘基板30。

图7是表示绝缘基板30的正面的另一例的图。本例的绝缘基板30具有矩形形状。然而，绝缘基板30在矩形的边缘部具有多个贯通部54。各个贯通部54以从正面至背面贯通绝缘基板30的边缘部的方式成为切口。

通过设置贯通部54，从而在将绝缘基板30插入到壳体部10的凹部20的情况下，能够使预先配置于凹部20的内部的粘接剂24容易地蔓延到与背侧切口部40对置的区域。由此，能够进一步提高绝缘基板30与壳体部10的粘接可靠性。

（第一比较例）

图8是表示第一比较例的图。第一比较例具有壳体部110和绝缘基板130。在壳体部110的背面设有凹部120。在凹部120的内部设有粘接剂124。

绝缘基板130具有金属板132和绝缘层134。在绝缘层134上形成有导电图案136。应予说明，本例的绝缘基板130的侧面与绝缘基板130的厚度方向平行。因此，难以增加粘接剂124的量。

也考虑到通过使凹部120的开口面积比绝缘基板130的外形大，从而使粘接剂124的量增大的情况，但此时，绝缘基板130在凹部120中的位置偏差增大。另外，由于绝缘基板130的侧面不具有顶点，所以绝缘基板130易于从凹部120脱落。

（第二比较例）

图9是表示第二比较例的图。在本例中，在绝缘基板130的侧面具有正侧切口部142、顶点138和背侧切口部140。其中，顶点138位于凹部120的近下端。

在本例中，背侧切口部140的大部分从凹部120突出。因此，难以在与背侧切口部140对置的区域设置粘接剂124，绝缘基板130与壳体部110的粘接可靠性劣化。

另外，正侧切口部142与背侧切口部140的大小几乎相同。因此，导电图案136与金属板132的爬电距离变小，耐压劣化。

对于这些比较例，根据第一实施例和第二实施例的半导体装置100，能够提高绝缘基板30与壳体部10的粘接可靠性。另外，能够抑制导电图案36与金属板32的爬电距离的减少。

以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术的范围并不限于上述实施方式中记载的范围。对上述实施方式进行各种变更或改良对于本领域技术人员而言也是显而易见的。根据权利要求书的记载可知其进行了各种变更或改良的方式也包括在本发明的技术方案内。

Claims (11)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：

绝缘基板，其载置半导体芯片；和

壳体部，其粘接于所述绝缘基板，

所述壳体部具有凹部，所述凹部设置有粘接剂，且供所述绝缘基板的正面侧插入，

所述绝缘基板在沿着厚度方向的侧面具有形成于所述正面侧的正侧切口部和形成于背面侧的背侧切口部，

所述正侧切口部与所述背侧切口部之间的顶点与所述绝缘基板的正面的在所述厚度方向上的长度为所述壳体部的所述凹部的在所述厚度方向上的长度的30％以上且70％以下，

所述绝缘基板在所述正侧切口部的侧面相对于所述绝缘基板的厚度方向倾斜地形成，所述绝缘基板在所述背侧切口部的侧面相对于所述绝缘基板的厚度方向倾斜地形成，

所述顶点是在侧视所述绝缘基板时，所述正侧切口部与所述背侧切口部交叉的点或所述正侧切口部的延长线与所述背侧切口部的延长线交叉的点，

在所述厚度方向上，所述正侧切口部比所述背侧切口部短。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述正侧切口部相对于所述厚度方向的角度与所述背侧切口部相对于所述厚度方向的角度相同。

3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述正侧切口部相对于所述厚度方向的角度比所述背侧切口部相对于所述厚度方向的角度小。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述正侧切口部相对于所述厚度方向的角度为15度以上且30度以下。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述背侧切口部相对于所述厚度方向的角度为20度以上且50度以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述正侧切口部的在所述正面的端部与所述背侧切口部的在所述背面的端部相比，设置在所述绝缘基板中更靠近外侧的位置。

7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述正侧切口部的在所述正面的宽度为所述背侧切口部的在所述背面的宽度的一半以下。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还具备设置于所述绝缘基板的所述正面的导电图案，

所述正侧切口部的在所述正面的宽度比所述正侧切口部的在所述正面的端部与所述导电图案之间的距离小。

9.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，所述正侧切口部的在所述正面的宽度为所述正侧切口部的在所述正面的端部与所述导电图案之间的距离的1/10以下。

10.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述凹部中的与所述绝缘基板的侧面对置的侧壁相对于所述厚度方向，与所述正侧切口部朝着相同的一侧倾斜。

11.根据权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，所述凹部的所述侧壁与所述正侧切口部大致平行。

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