CN107665875A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够将热干涉减少，且使散热性提高，并且抑制产品成本的增加的半导体装置。半导体装置(1)具备：功率芯片(8、9)；IC芯片(10)，其对功率芯片(8、9)进行驱动；以及引线框(2)，其具有薄壁部(3、3a)以及比薄壁部(3、3a)的厚度厚的厚壁部(4)。功率芯片(8、9)搭载于厚壁部(4)。另外，IC芯片(10)搭载于薄壁部(3a)。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及构成逆变器等电力转换装置的电力用半导体装置，特别是涉及局部地具有不同厚度的引线框的结构。
背景技术
对于作为电力用半导体装置的传递模塑构造封装的DIPIPM(Dual InlinePackage Intelligent Power Module)，要求高散热性和绝缘性。为了提高散热性，通过增加经由接合材料而接合的芯片正下方的引线框的厚度，从而在热量输入至导热性低的绝缘片之前的阶段中促进热扩散是有效的。因此，就当前要求散热性的品种而言，奉行的是将引线框整体的厚度均一地变厚的设计。
另外，例如在专利文献1中，就只搭载功率芯片的模块而言，公开了具备局部地具有不同厚度的引线框的结构，芯片搭载部整体是厚壁部。
专利文献1：日本特开2015-95486号公报
然而，在将引线框整体的厚度均一地变厚的情况下，材料成本增加。并且，由于因引线框的冲裁限制条件导致的图案布局的扩大，而使得封装件尺寸增大。由此，存在产品成本增加的问题。
另外，在将专利文献1中记载的技术应用至搭载有功率芯片及对功率芯片进行驱动的IC(Integrated Circuit)芯片的模块的情况下，不仅功率芯片，温度限制低的IC芯片也搭载在作为芯片搭载部的厚壁部。在该情况下，为了抑制材料成本的增加而需要将形成厚壁部的区域尽可能地变小，因此厚壁部中的搭载有IC芯片的部分和搭载有功率芯片的部分之间的距离缩短，存在从功率芯片向IC芯片的热干涉变大的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够将热干涉减少，且使散热性提高，并且抑制产品成本的增加的半导体装置。
本发明涉及的半导体装置具备：功率芯片；IC芯片，其对所述功率芯片进行驱动；以及引线框，其具有薄壁部和比所述薄壁部的厚度厚的厚壁部，所述功率芯片搭载于所述厚壁部，所述IC芯片搭载于所述薄壁部。
发明的效果
根据本发明，半导体装置具备：功率芯片；IC芯片，其对功率芯片进行驱动；以及引线框，其具有薄壁部和比薄壁部的厚度厚的厚壁部，功率芯片搭载于厚壁部，IC芯片搭载于薄壁部。
因此，对于作为主要发热源的功率芯片，能够通过使作为散热体的引线框中的功率芯片正下方的部分的厚度增加而促进热扩散。由此，能够提高半导体装置的散热性。
另外，温度限制低的IC芯片搭载在薄壁部，因此能够将引线框中的搭载有IC芯片的部分与搭载有功率芯片的部分之间的距离扩大。由此，能够减少从功率芯片向IC芯片的热干涉。
并且，仅在引线框中的搭载有功率芯片的部分设置厚壁部，因此能够将形成厚壁部的区域缩小。由此，能够抑制材料成本及封装件尺寸的增加，因此能够抑制产品成本的增加。
附图说明
图1是实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。
图2是实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。
图3是用于说明厚壁部处的热扩散的图。
图4是用于说明厚壁部的形成位置的图。
图5是实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。
图6是实施方式3涉及的半导体装置的剖视图。
图7是实施方式4涉及的半导体装置的剖视图。
图8是实施方式5涉及的半导体装置的剖视图。
标号的说明
1、1A、1B、1C、1D半导体装置，2引线框，3、3a薄壁部，4厚壁部，5、5a端子，6绝缘层，7散热器，8、9功率芯片，10IC芯片，11导线，15模塑树脂。
具体实施方式
<实施方式1>
下面，使用附图对本发明的实施方式1进行说明。图1是实施方式1涉及的半导体装置1的俯视图。图2是半导体装置1的剖视图，更具体地说，是图1的II-II线剖视图。在这里，图1是表示连结杆切断工序前的附图。此外，朝向图1的纸面将左右方向设为X轴方向，将上下方向设为Y轴方向而进行说明。
如图1和图2所示，半导体装置1例如是功率模块，具备：功率芯片8、9、IC芯片10、引线框2、模塑树脂15、绝缘层6以及散热器7。引线框2具备：由模塑树脂15封装的内引线2a；与内引线2a相连的外引线2b；以及与外引线2b相连的外框部2c。内引线2a具备多个薄壁部3、3a、多个比薄壁部3、3a的厚度厚的厚壁部4。另外，各薄壁部3的一部分与各厚壁部4分别相连。各薄壁部3a的一部分与各厚壁部4分别相连。此外，外引线2b及外框部2c具有与薄壁部3、3a相同的厚度。
功率芯片8、9是例如将SiC作为材料而形成的SiC芯片，经由接合材料16(参照图3)搭载于厚壁部4。此外，功率芯片8、9不限定于SiC芯片，例如也可以是将Si作为材料而形成的Si芯片。IC芯片10是用于对功率芯片8、9进行驱动的电子部件，搭载于薄壁部3a。功率芯片8经由导线11与薄壁部3电连接，并且经由导线12与功率芯片9电连接。功率芯片9经由导线13与IC芯片10电连接。IC芯片10经由导线14与薄壁部3a电连接。
引线框2的一部分即内引线2a、功率芯片8、9、IC芯片10、绝缘层6、以及散热器7的除了下表面以外的部分由模塑树脂15封装。例如使用环氧树脂作为模塑树脂15。外引线2b及外框部2c从模塑树脂15露出，外引线2b构成从模塑树脂15向第1方向凸出的端子5、5a。外框部2c在连结杆切断工序中被从外引线2b切断、去除。在这里，第1方向为Y轴方向。
绝缘层6配置于厚壁部4的下表面。散热器7例如是将导热性高的铜等金属作为材料而形成的，配置于绝缘层6的下表面。
接下来，使用图3，对厚壁部4处的热扩散进行说明。在这里，对功率芯片8进行说明，但在功率芯片9的情况下也同样如此。图3是用于说明厚壁部4处的热扩散的图。
如图3所示，功率芯片8搭载于厚壁部4，因此对于作为主要发热源的功率芯片8，能够通过使作为散热体的引线框2中的功率芯片8正下方的部分的厚度增加而促进热扩散。由此，能够实现散热性的提高和热阻的降低。此外，图3中的虚线C示出了热扩散。
另外，如果将芯片端部-搭载框端部距离，即，功率芯片8的端部和与该功率芯片8的该端部侧对应的厚壁部4的端部之间的距离设为a，将框厚度，即，厚壁部4的厚度设为t，则厚壁部4的厚度设定为在功率芯片8的4边中的至少1边满足t≥a。由此，热量扩散至厚壁部4的端部，从而能够进一步实现散热性的提高。在这里，与该功率芯片8的该端部侧对应的厚壁部4的端部是功率芯片8及厚壁部4处，朝向图3的纸面而位于相同侧的端部。
接下来，使用图4，对形成厚壁部4的位置进行说明。图4是用于说明厚壁部4的形成位置的图。
如图4所示，考虑到是通过使用了卷料的顺序进给型冲裁加工形成的，各厚壁部4沿与第1方向正交的第2方向设置于一条直线上。在这里，第1方向为Y轴方向，第2方向为X轴方向。
下面，详细地进行说明。针对平板状的卷材沿X轴方向依次进给而依次进行冲裁加工，从而制造局部地具有不同厚度的引线框2，即，具有内引线2a、外引线2b以及外框部2c的引线框2，其中，该内引线2a具有多个薄壁部3、3a和多个厚壁部4。各薄壁部3、3a和与各薄壁部3、3a相连的各厚壁部4是在X轴方向隔开间隔而形成的。更具体地说，各厚壁部4是在由沿X轴方向笔直地形成的2条虚线包围的区域，在X轴方向彼此隔开间隔而设置的。另外，各薄壁部3是在由2条虚线包围的区域外侧的区域，换言之，在相对于由2条虚线包围的区域从-Y方向侧与其相邻的区域，在X轴方向彼此隔开间隔而设置的。各薄壁部3a是在由2条虚线包围的区域外侧的区域，换言之，在相对于由2条虚线包围的区域从+Y方向侧与其相邻的区域，在X轴方向彼此隔开间隔而设置的。另外，外引线2b是在由2条虚线包围的区域外侧的区域，换言之，在相对于由2条虚线包围的区域沿Y轴方向与其相邻的区域，在X轴方向彼此隔开间隔而设置的。在这里，所谓+Y方向是朝向图4的纸面时的上方向，所谓-Y方向是朝向图4的纸面时的下方向。
如上所述，实施方式1涉及的半导体装置1具备：功率芯片8、9；IC芯片10，其对功率芯片8、9进行驱动；以及引线框2，其具有薄壁部3、3a和比薄壁部3、3a的厚度厚的厚壁部4，功率芯片8、9搭载于厚壁部4，IC芯片10搭载于薄壁部3a。
因此，对于作为主要发热源的功率芯片8、9，能够通过使作为散热体的引线框2中的功率芯片8、9正下方的部分的厚度增加而促进热扩散。由此，能够使半导体装置1的散热性提高。
另外，温度限制低的IC芯片10搭载于薄壁部3a，因此能够将引线框2中的搭载有IC芯片10的部分和搭载有功率芯片8、9的部分之间的距离扩大。由此，能够将从功率芯片8、9向IC芯片10的热干涉减少。
并且，仅在引线框2中的搭载有功率芯片8、9的部分设置厚壁部4，因此能够将形成厚壁部4的区域缩小。由此，能够抑制材料成本及封装件尺寸的增加，因此能够抑制产品成本的增加。
如果将功率芯片8、9的端部和与该功率芯片8、9的该端部侧对应的厚壁部4的端部之间的距离设为a，将厚壁部4的厚度设为t，则在功率芯片8、9的4边中的至少1边满足t≥a。因此，热量扩散至厚壁部4的端部，从而能够进一步实现散热性的提高。
厚壁部4为多个，半导体装置1还具备对引线框2的一部分、功率芯片8、9及IC芯片10进行封装的模塑树脂15，引线框2还具有从模塑树脂15向Y轴方向凸出的端子5、5a，各厚壁部4沿与Y轴正交的X轴方向设置于一条直线上。因此，在引线框2的制造工序中，能够采用使用了卷料的顺序进给型冲裁加工，因此能够实现制造效率的提高。另外，绝缘层6形成为由图4的虚线包围的区域所示的矩形状，因此绝缘层6的形状简单，能够缩小绝缘层6的面积。
功率芯片8、9是将SiC作为材料形成的，因此虽然热阻增加，但通过设置有厚壁部4而使散热性提高，因此能够对热阻的增加量进行吸收。
此外，厚壁部4也可以被实施镀敷。在该情况下，能够使功率芯片8、9正下方的厚壁部4和接合材料16(参照图3)之间的界面的接触热阻减小。由此，能够抑制热阻的恶化。
<实施方式2>
接下来，对实施方式2涉及的半导体装置1A进行说明。图5是实施方式2涉及的半导体装置1A的剖视图。此外，在实施方式2中，对与在实施方式1中已说明的结构要素相同的结构要素标注相同标号并省略说明。另外，在图5及其以后将模塑树脂15的图示省略。
如图5所示，在实施方式2中采用了将厚壁部4向下方沉降的结构。更具体地说，通过将薄壁部3中的与厚壁部4的连接部分以向下方弯折的状态进行固定，从而厚壁部4的上表面设置于比薄壁部3、3a的上表面的高度位置低的高度位置。
并且，如果将厚壁部4的下沉尺寸与厚壁部4的厚度之和，即，薄壁部3、3a的上表面的高度位置与厚壁部4的上表面的高度位置之差与厚壁部4的厚度之和设为A，将绝缘层6的厚度与散热器7的厚度之和设为B，则厚壁部4的下沉尺寸及厚壁部4的厚度设定为满足A>B。
如上所述，就实施方式2涉及的半导体装置1A而言，厚壁部4的上表面设置于比薄壁部3、3a的上表面的高度位置低的高度位置，因此能够容易地确保外形的绝缘高度。在这里，外形的绝缘高度为从散热器7的背面至端子5、5a的下表面为止的高度。另外，能够容易地确保作为IC芯片10的搭载部的薄壁部3a与厚壁部4之间的距离，因此易于抑制从功率芯片8、9向温度限制低的IC芯片10的热干涉。
如果将薄壁部3、3a的上表面的高度位置与厚壁部4的上表面的高度位置之差与厚壁部4的厚度之和设为A，将绝缘层6的厚度与散热器7的厚度之和设为B，则满足A>B。因此，能够抑制散热器7的材料成本且能够确保功率芯片8、9正下方的厚壁部4的厚度，因此能够实现半导体装置1的绝缘性的提高及热阻的减小。
<实施方式3>
接下来，对实施方式3涉及的半导体装置1B进行说明。图6是实施方式3涉及的半导体装置1B的剖视图。此外，在实施方式3中，对与在实施方式1、2中已说明的结构要素相同的结构要素标注相同标号并省略说明。
如图6所示，在实施方式3中，厚壁部4和薄壁部3、3a由不同部件形成，厚壁部4由具有比薄壁部3、3a高的导热性的部件形成。更具体地说，厚壁部4具备：在薄壁部3的下表面配置的第1部件4a；以及在第1部件4a的下表面配置的第2部件4b。在这里，第1部件4a例如由银形成，第2部件4b例如由纯铜形成。或者，也可以是，第1部件4a例如由纯铜形成，第2部件4b例如由银形成。在冲裁加工前，向卷料中的包含成为厚壁部4的部分在内的区域的下表面接合第1部件4a，向第1部件4a的下表面接合第2部件4b。然后，进行顺序进给型的冲裁加工，从而形成薄壁部3和厚壁部4。此外，包含成为厚壁部4的部分在内的区域是包含在X轴方向相邻的厚壁部4彼此之间的部分的区域。
第1部件4a及第2部件4b是具有比薄壁部3、3a高的导热特性的部件。此外，厚壁部4并非必须由2种部件形成，也可以由具有比薄壁部3、3a高的导热特性的1种部件形成，还可以由大于或等于3种部件形成。
如上所述，就实施方式3涉及的半导体装置1B而言，厚壁部4和薄壁部3、3a由不同部件形成，厚壁部4由具有比薄壁部3、3a高的导热特性的部件形成，因此能够进一步实现散热性的提高。
<实施方式4>
接下来，对实施方式4涉及的半导体装置1C进行说明。图7是实施方式4涉及的半导体装置1C的剖视图。此外，在实施方式4中，对与在实施方式1至3中已说明的结构要素相同的结构要素标注相同标号并省略说明。
如图7所示，在实施方式4中，厚壁部4具有2种不同的厚度。更具体地说，例如，在与功率芯片8的一端部侧对应的区域，厚壁部4与其他区域相比厚度形成得薄。此外，厚壁部4不限定于2种不同的厚度，也可以具有大于或等于3种不同的厚度。
就实施方式4涉及的半导体装置1C而言，厚壁部4具有至少2种不同的厚度，因此能够针对厚壁部4的各部位调整为所需的热阻。通过使厚壁部4具有不同的厚度，从而能够容易地进行热阻值的调整，因此能够减少产品成本的上升。
<实施方式5>
接下来，对实施方式5涉及的半导体装置1D进行说明。图8是实施方式5涉及的半导体装置1D的剖视图。此外，在实施方式5中，对与在实施方式1至4中已说明的结构要素相同的结构要素标注相同标号并省略说明。
如图8所示，在实施方式5中，厚壁部4还设置于经由导线11与功率芯片8连接的引线框2的导线键合部分。由此，对于在通电时从导线11发出的热量，也能够经由厚壁部4向绝缘层6侧散热。
此外，本发明能够在该发明的范围内，将各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其具备：
功率芯片；
IC芯片，其对所述功率芯片进行驱动；以及
引线框，其具有薄壁部和比所述薄壁部的厚度厚的厚壁部，
所述功率芯片搭载于所述厚壁部，所述IC芯片搭载于所述薄壁部。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
如果将所述功率芯片的端部和与该功率芯片的该端部侧对应的所述厚壁部的端部之间的距离设为a，将所述厚壁部的厚度设为t，则在所述功率芯片的4边中的至少1边满足t≥a。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述厚壁部的上表面设置于比所述薄壁部的上表面的高度位置低的高度位置。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述厚壁部为多个，
所述半导体装置还具备对所述引线框的一部分、所述功率芯片及所述IC芯片进行封装的模塑树脂，
所述引线框还具有从所述模塑树脂向第1方向凸出的端子，
各所述厚壁部沿与所述第1方向正交的第2方向设置于一条直线上。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述厚壁部和所述薄壁部由不同部件形成，
所述厚壁部由具有比所述薄壁部高的导热特性的部件形成。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述厚壁部被实施了镀敷。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述厚壁部具有至少2种不同的厚度。
8.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
还具备：绝缘层，其配置于所述厚壁部的下表面；以及散热器，其配置于所述绝缘层的下表面，
如果将所述薄壁部的上表面的高度位置与所述厚壁部的上表面的高度位置之差与所述厚壁部的厚度之和设为A，将所述绝缘层的厚度与所述散热器的厚度之和设为B，则满足A>B。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述厚壁部还设置于经由导线与所述功率芯片连接的所述引线框的导线键合部分。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述功率芯片是将SiC作为材料而形成的。
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