CN110998832A - 半导体装置以及半导体模块 - Google Patents

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Abstract

提供能够确保绝缘性并且能够小型化的半导体装置以及半导体模块。在绝缘基材(2)之上设置有形成了配线电路的引线框(1)。在引线框(1)的配线电路之上经由焊料(41)而接合有半导体元件(3)的背面电极，引线框(1)与半导体元件(3)的表面电极通过导线(5)而电连接。另外，引线框(1)具有内置于封装树脂(10)的端子(1a)和从封装树脂(10)露出的端子(1b)，在端子(1a)经由焊料(42)而接合有端子座(6)。引线框(1)、绝缘基材(2)、半导体元件(3)、以及端子座(6)通过封装树脂(10)而被一体地封装。

Description

半导体装置以及半导体模块
技术领域
本发明涉及形成了封装树脂的半导体装置以及半导体模块。
背景技术
通常，半导体装置为了半导体元件的保护以及配线电路的绝缘而进行树脂封装。以往，已知使用模具而将半导体元件以及配线电路一体地进行了树脂封装的模塑型半导体装置。模塑型半导体装置与向壳体内填充树脂而对半导体元件进行保护的壳体型半导体装置相比，生产率高，能够小型化。但是，就模塑型半导体装置而言，由于在封装时通过模具对形成配线电路的引线框等的端子进行夹持，因此成为端子从封装树脂的侧面水平地凸出的构造。对于这样的构造，存在在端子与外置于半导体装置的散热板之间产生沿面放电的问题。为了解决该问题，正在研究将端子从封装树脂的上表面引出的方法。在专利文献1中，通过在封装树脂内向与搭载了半导体元件的面相对地设置的电路基板连接端子，从而确保了端子与散热板之间的绝缘性。
专利文献1：日本特开2015-76488号公报
发明内容
但是，存在以下课题，即，在将流过大电流的多个端子从封装树脂的上表面引出的情况下，为了确保端子间的绝缘性，无法将多个端子相邻地配置，半导体装置大型化。
本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于提供能够确保端子间的绝缘性，并且能够小型化的模塑型半导体装置。
本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有：绝缘基材；引线框，其设置于所述绝缘基材之上；半导体元件，其搭载于所述引线框；封装树脂，其将所述绝缘基材、所述引线框以及所述半导体元件一体地封装；以及端子座，其具有端子部件以及基座，该端子部件的一端在所述封装树脂内与所述引线框接合，另一端从所述封装树脂露出而与外部配线连接，该基座的一部分与所述封装树脂接触，对所述端子部件进行支撑。
发明的效果
根据本发明涉及的半导体装置，与引线框接合的端子座通过封装树脂而与半导体元件一体地封装，由此能够确保端子间的绝缘性，并且实现半导体装置的小型化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的剖面图。
图2是表示将本发明的实施方式1涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构的剖面图。
图3是表示在本发明的实施方式1涉及的半导体装置的端子座安装了模具的状态的概略结构的剖面图。
图4是表示在本发明的实施方式1涉及的半导体装置的端子座安装了模具的状态的概略结构的剖面图。
图5是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的斜视图。
图6是表示在本发明的实施方式2涉及的半导体装置安装了控制电路基板的状态的概略结构的斜视图。
图7是表示将本发明的实施方式3涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构的剖面图。
图8是表示将本发明的实施方式4涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构的剖面图。
图9是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置的概略结构的剖面图。
图10是表示本发明的实施方式6涉及的半导体装置的概略结构的斜视图。
图11是表示对本发明的实施方式6涉及的半导体装置进行制造的一个工序的斜视图。
图12是表示本发明的实施方式7涉及的半导体模块的概略结构的剖面图。
具体实施方式
实施方式1.
使用图1至图5，对本发明的实施方式1涉及的半导体装置进行说明。图1是本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。如图1所示，半导体装置100具有引线框1、绝缘基材2、半导体元件3、端子座6以及封装树脂10。
在绝缘基材2之上设置有形成了配线电路的引线框1。在引线框1的配线电路之上经由焊料41而接合有半导体元件3的背面电极，引线框1和半导体元件3的表面电极通过导线5而电连接。另外，引线框1具有内置于封装树脂10的端子1a和从封装树脂10露出的端子1b，在端子1a经由焊料42而接合有端子座6。封装树脂10以将引线框1、绝缘基材2、半导体元件3、以及端子座6一体地封装的方式形成。
图2是将本发明的实施方式1涉及的半导体装置的一部分放大后的剖面图。如图2所示，端子座6由导电性的端子部件7和支撑端子部件7的绝缘性的基座8构成。
端子部件7具有与引线框1连接的初级端子7a侧和与外部配线连接的次级端子7b侧，它们之间通过基座8而固定。初级端子7a侧在内置于封装树脂10的状态下，经由焊料42而与引线框1的端子1a接合。另外，次级端子7b侧形成有与外部配线连接的凹部，从封装树脂10的上表面露出。能够向次级端子7b的凹部插入可拆卸的螺钉等连接件9，将外部配线固定而连接。
基座8具有设置了端子部件7的水平部81和水平部81的一个端部立起而得到的分隔壁部82。基座8在水平部81的初级端子7a侧的面处与封装树脂10接触，相反面从封装树脂10露出。另外，分隔壁部82设置为，在设置了水平部81的面的相反面处与封装树脂10接触，分隔壁部82的上表面从封装树脂10露出。
上述由端子部件7和基座8构成的端子座6如图3所示，是使用模具18而封装的。端子座6在端子部件7与引线框1的端子1a接合的状态下设置于模具18。另外，端子座6以基座8的水平部81的前端插入至在模具18设置的插入部181的方式受到支撑。另外，基座8的分隔壁部82的上表面以与模具18密接的状态设置。这样，通过将端子座6设置于模具18，从而即使在高的成型压力的情况下，也能够防止封装树脂10向端子部件7的次级端子7b漏出。
另外，如图4所示，也可以使用模具19，以分隔壁部82的上表面、分隔壁部82的填充封装树脂10的面的相反面、以及水平部81的上表面与模具19密接的方式设置端子座6。这样，通过在模具19设置端子座6，从而能够进一步防止封装树脂10向端子部件7的次级端子7b漏出。
图5是通过封装树脂10将端子座6和半导体元件3一体地封装后的半导体装置的斜视图。如图5所示，端子座6设置于形成为平面大致矩形形状的封装树脂10的一个边，在端子座6相邻地排列有与外部配线连接的多个端子部件7。这里，在图5中，例示出半导体装置100构成将未图示的电源与负载装置之间进行连接的三相电力用逆变器电路的情况，在端子座6排列有电源侧和负载装置侧的6个端子部件7。
多个端子部件7各自由在端子座6设置的绝缘性的分隔板15分隔。此时，分隔板15的高度设置为比端子部件7的紧固有连接件9的面高。由此，在多个端子部件7以一列相邻地排列于端子座6的情况下，也能够防止与端子部件7连接的外部配线彼此接触。
如上所述，半导体装置100设为如下结构，即，端子座6具有与外部配线连接的端子部件7和对端子部件7进行支撑的绝缘性的基座8，通过封装树脂10而将引线框1、绝缘基材2、以及半导体元件3一体地封装。多个端子部件7以由绝缘性的基座8隔开的方式排列，由此能够在确保绝缘性的同时从封装树脂10将多个端子相邻地引出，能够实现半导体装置100的小型化。
绝缘基材2是绝缘层21与金属箔22层叠而成的绝缘片。在绝缘基材2的绝缘层21侧设置有引线框1，金属箔22侧以从封装树脂10露出的方式设置。绝缘基材2的绝缘层21由导热性优异的绝缘材料形成，例如能够使用含有填充材料的环氧树脂。另外，作为金属箔22，能够使用例如铜箔、铝箔等。
对于半导体元件3，能够使用例如将交流电力变换为直流电力的转换器部所用的二极管、将直流电力变换为交流电力的逆变器部所用的双极晶体管、IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)、GTO(Gate Turn-Off thyristor)等。
引线框1例如通过对厚度约0.6mm的铜板进行冲压成型而形成配线电路。在引线框1的配线电路，形成有用于确保绝缘基材2的端部处的绝缘性的台阶部11。台阶部11以与绝缘基材2的端部相比位于内侧的方式设置。
引线框1的台阶部11例如通过进行半冲裁加工而形成。引线框1的台阶部11的高度设为例如大于或等于0.1mm且小于或等于引线框的厚度的一半即0.3mm。通过设为大于或等于0.1mm，从而能够抑制在填充于绝缘基材2与引线框1之间的封装树脂10内产生孔洞。并且，通过设为小于或等于引线框1的厚度的一半即0.3mm，从而能够确保强度。
对于导线5，能够使用例如铝线、铜线等。另外，作为引线框1与半导体元件3以及端子座6之间的接合材料，示出了使用焊料41、42的例子，但不限于焊料，能够使用例如银膏。
封装树脂10确保封装后的部件间的绝缘性，并且作为半导体装置100的壳体而起作用。作为封装树脂10的成型方法，能够使用例如传递成型、注塑成型、压缩成型等。另外，作为封装树脂10的材料，能够使用例如含有填充材料的环氧树脂、酚醛树脂等。
对于端子部件7，能够使用导电性高的金属，例如铜。另外，更优选在端子部件7的表面镀敷镍等镀层。
基座8由绝缘性高的材料形成，能够使用例如聚酯树脂、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸树脂、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等直链聚酯、聚苯醚、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚氨酯、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂以及聚酯树脂等。
另外，在成型前对基座8实施等离子体照射或UV照射等表面处理，以使得与封装树脂10之间的密接性变高。另外，为了呈现物理性的锚固效应，更优选对表面实施喷砂处理。
实施方式2.
参照图6，对用于实施本发明的实施方式2涉及的半导体装置进行说明。图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的概略结构的斜视图。是。在图6中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分。本实施方式的半导体装置100在设置了控制电路基板12这一点上与实施方式1不同，其它结构是相同的。
在本实施方式中，如图6所示，以与搭载了半导体元件3的面相对的方式设置有控制电路基板12。在控制电路基板12配置有进行半导体元件3的动作控制的控制电路。
在形成为平面大致矩形形状的封装树脂10的一个边设置有与引线框1的端子1a连接的端子座6，在其他边，引线框1的端子1b被从封装树脂10的侧面弯折地引出。引线框1的端子1b插入至控制电路基板12的通孔部121，通过焊料等接合。
就这样的结构而言，也与实施方式1同样地，能够通过将端子座6与半导体元件3一体地封装，从而确保端子间的绝缘性，并且实现半导体装置100的小型化。并且，在本实施方式中，通过将控制电路基板12以与搭载了半导体元件3的面相对的方式设置，从而能够将控制电路与流过大电流的主电路分离地配置。由此，配线电路的绕引变得容易，能够使半导体装置100小型化。
实施方式3.
参照图7，对用于实施本发明的实施方式3涉及的半导体装置进行说明。图7是表示将本实施方式3涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构的剖面图。在图7中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分。就本实施方式的半导体装置100而言，端子座6的端子部件7的构造与实施方式1不同，其它结构是相同的。
在本实施方式中，如图7所示，在端子部件7的初级端子7a侧形成有嵌入口71，引线框1的端子1a插入至嵌入口71。嵌入口71是根据引线框1的尺寸而适当设计的，通过压接而将引线框1与端子部件7电连接。
就这样的结构而言，也与实施方式1同样地，能够通过将端子座6与半导体元件3一体地封装，从而确保端子间的绝缘性，并且实现半导体装置100的小型化。并且，在本实施方式中，设为如下结构，即，在将引线框1的端子1a插入至在端子部件7形成的嵌入口71之后，进行压接而连接。由此，不需要通过焊料等不同种的金属而接合，因此安装变得容易，能够提高生产率。另外，通过将嵌入口71内置于封装树脂10，从而能够确保相对于来自外部的振动的强度。
实施方式4.
参照图8，对用于实施本发明的实施方式4涉及的半导体装置进行说明。图8是表示将本实施方式4涉及的半导体装置的一部分放大后的概略结构的剖面图。是。在图8中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分。就本实施方式的半导体装置100而言，端子座6的基座8的构造与实施方式1不同，其它结构是相同的。
在本实施方式中，如图8所示，基座8的分隔壁部82是分为封装树脂10侧的内侧分隔壁部821和外侧分隔壁部822而构成的。在内侧分隔壁部821与外侧分隔壁部822之间形成有切口部820。内侧分隔壁部821设置为与外侧分隔壁部822相比上表面低。在对封装树脂10进行成型时，通过将模具以与外侧分隔壁部822的上表面密接的方式设置，从而能够防止树脂向端子座6的次级端子7b漏出，并且能够向切口部820填充树脂。
就这样的结构而言，也与实施方式1同样地，能够通过将端子座6与半导体元件3一体地封装，从而确保端子间的绝缘性，并且实现半导体装置100的小型化。能够实现半导体装置100的小型化。并且，在本实施方式中，通过在分隔壁部82设置切口部820，从而能够增大封装树脂10与分隔壁部82之间的接触面积，能够防止封装树脂10与分隔壁部82之间的剥离。即，能够提高封装树脂10与端子座6之间的密接性。
实施方式5.
参照图9，对用于实施本发明的实施方式5涉及的半导体装置进行说明。图9是表示本实施方式5涉及的半导体装置的概略结构的剖面图。在图9中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分。本实施方式的半导体装置100仅端子座6的构造与实施方式1不同，其它结构是相同的。
在本实施方式中，如图9所示，端子部件7以初级端子7a侧与次级端子7b侧呈90度位置关系的方式设置。此时，安装连接件9的次级端子7b侧从封装树脂10的侧面露出。另外，在基座8，以保护不受短路等损害的方式设置有将次级端子7b的上部覆盖的凸出部83。
就这样的结构而言，也与实施方式1同样地，能够通过将端子座6与半导体元件3一体地封装，从而确保端子间的绝缘性，实现半导体装置100的小型化。并且，即使在以将端子座6侧的封装树脂10的侧面设为上部的方式设置了半导体装置100的情况下，安装连接件9的次级端子7b侧也处于上部，由此对外部配线进行连接变得容易，作业性提高。此外，基座8设为了设置有凸出部83的结构，但只要确保次级端子7b的绝缘性，也可以不设置凸出部83。
实施方式6.
参照图10、图11，对用于实施本发明的实施方式6涉及的半导体装置进行说明。图10是表示实施方式6涉及的半导体装置的斜视图。图11是表示对实施方式6涉及的半导体装置进行制造的一个工序的斜视图。在图10、图11中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分。在实施方式1中，在将形成了端子1b的引线框1从封装树脂10引出时，从封装树脂10的侧面弯折地引出，与此相对，在本实施方式中，在从封装树脂10的上表面引出这一点上是不同的。
在本实施方式中，如图10所示，在封装树脂10的一个边设置有与引线框的端子1a接合的端子座6，在其他边，引线框1的端子1b被从封装树脂10的上表面引出。这里，以引线框1的端子1a为与成为高电压的主电路连接的主端子、端子1b为与成为低电压的控制电路连接的控制端子的方式，形成有配线电路。
图11示出对图10的具有引线框1的半导体装置进行制造的一个工序。如图11所示，引线框1在树脂封装之前弯折成“コ”字型。在该状态下，将半导体元件3以及端子座6与引线框1接合。然后，在使用模具而形成了封装树脂10之后，通过将引线框1的从封装树脂10的上表面延伸出来的部分切除，从而能够形成引线框1的端子1b。
就这样的结构而言，也与实施方式1同样地，能够通过将端子座6与半导体元件3一体地封装，从而确保端子间的绝缘性，并且实现半导体装置100的小型化。并且，在本实施方式中，设为如下结构，即，通过将未与端子座6接合的引线框1的端子1b设为与控制电路连接的端子，从而在封装树脂10的上表面将端子1b相邻地排列。由此，与从封装树脂10的侧面将端子1b引出的情况相比，能够使半导体装置小型化。这里，引线框1的端子1b也可以连接至与半导体元件3搭载面相对设置的控制电路基板12。
实施方式7.
参照图12，对用于实施本发明的实施方式7涉及的半导体装置进行说明。图12是表示实施方式7涉及的半导体模块的剖面图。在图12中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分。在本实施方式中，在实施方式1的半导体装置100安装散热器16，设为半导体模块200。
在本实施方式中，如图12所示，半导体模块200构成为，在半导体装置100的绝缘基材2的金属箔22侧经由未图示的硅脂而安装散热器16。
在封装树脂10的一个边，设置有与引线框1的端子1a接合的端子座6，从其他边将引线框1的端子1b引出。端子座6以端子部件7的次级端子7b从封装树脂10的上部露出的方式设置。这里，以端子1a为与成为高电压的主电路连接的主端子、端子1b为与成为低电压的控制电路连接的控制端子的方式，形成有配线电路。
就这样的结构而言，也与实施方式1同样地，能够确保端子间的绝缘性，并且通过将端子座6与半导体元件3一体地封装，从而实现半导体装置100的小型化。并且，与连接于主电路的引线框1的端子1a接合的端子座6设为如下结构，即，端子部件7的次级端子7b以从封装树脂10的上部露出的方式设置。由此，与从封装树脂10的侧面将成为高电压的主端子引出的情况相比，变得在端子与散热器16之间不易产生沿面放电。因此，不再需要为了确保绝缘性而使端子与散热器16之间的距离变大，能够实现半导体模块200的小型化。
此外，在实施方式1至7中，作为绝缘基材2，示出了使用将绝缘层21与金属箔22层叠而成的绝缘片的例子，但作为绝缘基材2，也可以使用在陶瓷形成了配线图案的绝缘基板。此时，引线框1的端子与绝缘基板的配线图案通过超声波接合、激光照射等而接合。另外，也可以通过焊料回流等而接合。通过使用绝缘基板，从而能够提高半导体装置100的散热性。绝缘基板的陶瓷能够使用例如二氧化硅、氮化铝、氮化硅等。
另外，在实施方式1至7中，示出了将端子座6设置于封装树脂10的一个边的例子，但也可以设置多个端子座6，例如也可以在相对的两个边分别设置端子座6。
另外，在实施方式1至7中，示出了在端子座6设置了分隔板15的例子，但只要能够确保绝缘性，也可以省略分隔板15的一部分或者全部。
标号的说明
100半导体装置，200半导体模块，1引线框，1a、1b端子，2绝缘基材，21绝缘层，22金属箔，3半导体元件，41、42焊料，5导线，6端子座，7端子部件，7a初级端子，7b次级端子，8基座，81水平部，82分隔壁部，9连接件，10封装树脂，11台阶部，12控制电路基板，15分隔板，16散热器，18、19模具

Claims (9)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
绝缘基材；
引线框，其设置于所述绝缘基材之上；
半导体元件，其搭载于所述引线框；
封装树脂，其将所述绝缘基材、所述引线框以及所述半导体元件一体地封装；以及
端子座，其具有端子部件以及基座，该端子部件的一端在所述封装树脂内与所述引线框接合，另一端从所述封装树脂露出而与外部配线连接，该基座的一部分与所述封装树脂接触，对所述端子部件进行支撑。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
基座具有水平部和分隔壁部，该分隔壁部是所述水平部的一端立起得到的。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
端子部件形成有嵌入口，向所述嵌入口插入引线框而连接。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
基座形成有切口部，在所述切口部填充有封装树脂。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
端子座具有多个端子部件，所述多个端子部件的至少1个由分隔板进行了分隔。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
引线框以从封装树脂的上表面凸出的方式设置。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
端子部件的与外部配线连接的另一端以从封装树脂的侧面露出的方式设置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
引线框被从封装树脂引出，连接至与搭载了半导体元件的面相对设置的控制电路基板。
9.一种半导体模块，其特征在于，
在权利要求1至权利要求8中任一项所述的半导体装置的搭载了半导体元件的面的相反面安装了散热器。
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