CN116403997A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供一种能够由1个引线框架生产适当数量的半导体装置的技术。半导体装置具有：矩形状的RC‑IGBT；IC芯片，其与RC‑IGBT电连接；多个控制端子，其与IC芯片电连接；多个功率端子，其与RC‑IGBT电连接；以及矩形状的封装树脂，其将RC‑IGBT及IC芯片覆盖。RC‑IGBT的纵横比大于或等于1.62，封装树脂的长度方向的长度小于或等于44mm，半导体装置的额定电流大于或等于25A。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
作为电力用半导体装置的功率模块用于各种设备，由各厂商提出各种功率模块。作为特别是面向家电制品等民用设备的功率模块，提出了具有由引线框架构成的端子的DIP(Dual Inline Package)型的传递成型的功率模块(例如专利文献1)。
专利文献1：日本特开2015-106685号公报
近年，从经济性的观点来看，小型的功率模块的高电流化以及高耐压化正在发展。为了高电流化以及高耐压化，需要扩大搭载于功率模块的功率芯片的尺寸，但如果扩大功率芯片的尺寸，则存在以下问题：由于能够由一个引线框架生产的功率模块的数量减少，所以生产率降低。
发明内容
因此，本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够由一个引线框架生产适当数量的半导体装置的技术。
本发明涉及的半导体装置具有：矩形状的RC-IGBT；IC芯片，其与所述RC-IGBT电连接；多个控制端子，其与所述IC芯片电连接；多个功率端子，其与所述RC-IGBT电连接；以及矩形状的封装树脂，其将所述RC-IGBT及所述IC芯片覆盖，所述多个控制端子从所述封装树脂的一个长边凸出，所述多个功率端子从所述封装树脂的另一个长边凸出，所述RC-IGBT的纵横比大于或等于1.62，所述封装树脂的长度方向的长度小于或等于44mm，所述半导体装置的额定电流大于或等于25A。
发明的效果
根据本发明，RC-IGBT的纵横比大于或等于1.62，封装树脂的长度方向的长度小于或等于44mm，半导体装置的额定电流大于或等于25A，因此能够由一个引线框架生产适当数量的半导体装置。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式1涉及的半导体装置的结构的俯视图。
图2是针对实施方式1涉及的半导体装置示出一部分的制造工序的俯视图。
图3是示意性地表示实施方式1涉及的RC-IGBT以及IC芯片的俯视图。
图4是表示实施方式1涉及的RC-IGBT的纵横比与封装树脂的长度X的关系的图。
图5是示意性地表示实施方式2涉及的RC-IGBT以及IC芯片的俯视图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。由以下的各实施方式说明的特征是例示，并非所有的特征都是必须的。另外，在以下示出的说明中，在多个实施方式中对同样的结构要素标注相同或类似的标号，主要针对不同的结构要素进行说明。另外，在以下记载的说明中，“上”、“下”、“左”、“右”、“表”或“背”等特定的位置以及方向并非必须与实际实施时的位置以及方向一致。
<实施方式1>
图1是示意性地表示本实施方式1涉及的半导体装置11的结构的俯视图。以下，使本实施方式1涉及的半导体装置11为功率模块进行说明。
图1的半导体装置11具有RC-IGBT(Reverse Conductive IGBT)
1、IC(Integrated Circuit)芯片2、多个控制端子3、多个功率端子4、封装树脂5、多个导线6a、6b、6c和自举二极管(bootstrap diode)7。此外，在图1中为方便起见，封装树脂5的外形由虚线表示。
RC-IGBT 1是矩形状的半导体开关元件，包含设置于1个半导体基板的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以及续流二极管。RC-IGBT 1的尺寸小于将IGBT和续流二极管设置于不同的半导体基板的结构的尺寸。因此，在使用了RC-IGBT 1作为半导体装置11的功率芯片的情况下，能够降低功率芯片的尺寸乃至半导体装置11的尺寸。
IC芯片2与RC-IGBT 1电连接，对RC-IGBT 1进行控制。例如，IC芯片2经由导线6a而与RC-IGBT 1电连接，作为对RC-IGBT 1进行控制的功能而具有对RC-IGBT 1进行驱动的功能以及在发生异常时对RC-IGBT 1进行保护的功能等。在图1的例子中，IC芯片2包含：高压IC芯片2a，其经由导线6a而与3个RC-IGBT 1电连接；以及低压IC芯片2b，其经由导线6a而与3个RC-IGBT 1电连接。并且，高压IC芯片2a以及低压IC芯片2b搭载于框架部，与该框架部电连接。
如上述所示构成的IC芯片2能够通过6个RC-IGBT 1而进行3相(U相、V相、W相)的AC输出。此外，IC芯片2也可以取代包含高压IC芯片2a以及低压IC芯片2b，而是将它们一体化的一个IC芯片。另外，RC-IGBT 1的数量不限于6个。
多个控制端子3与IC芯片2电连接。例如，多个控制端子3可以是经由导线6b而与IC芯片2电连接的框架部，也可以是经由导线6b与用于搭载IC芯片2的框架部(即，管芯键合部)电连接的其它框架部。在图1的例子中，在一些控制端子3之上搭载有自举二极管7。根据这样的结构，能够在用户等处省略将本实施方式1涉及的半导体装置11和自举二极管连接的工作等。
多个功率端子4与RC-IGBT 1电连接。例如，多个功率端子4可以是经由导线6c而与RC-IGBT 1电连接的框架部，也可以是经由导线6c与用于搭载RC-IGBT 1的框架部(即，管芯键合部)电连接的其它框架部。功率端子4可以与搭载有RC-IGBT 1的管芯键合部一体化，也可以是与管芯键合部进行了超声波接合的导电部件，也可以是经由导线或焊料等而与管芯键合部电连接的导电部件。
此外，虽然在图1中为方便起见，记载为与一个RC-IGBT 1连接的导线6c的数量是1根，但也可以是大于或等于2根。在下文中，针对与1个RC-IGBT 1连接的导线6c的数量大于或等于2根、导线6c与RC-IGBT 1以及多个功率端子4中的至少任意一个连接的例子进行说明。
封装树脂5覆盖RC-IGBT 1、IC芯片2、多个导线6a、6b、6c以及自举二极管7等。封装树脂5具有绝缘性，将RC-IGBT 1、IC芯片2、多个导线6a、6b、6c以及自举二极管7等彼此绝缘或进行保护。以下，在本实施方式1中，使封装树脂5呈矩形状，半导体装置11的形状对应于封装树脂5的形状而进行说明。
如图1所示，多个控制端子3从封装树脂5的一个长边(在图1中，左侧的长边)凸出，多个功率端子4从封装树脂5的另一个长边(在图1中，右侧的长边)凸出。根据这样的结构，多个控制端子3以及多个功率端子4各自设置于封装树脂5的一侧。因此，安装半导体装置11的印刷电路板的布线变得容易，其结果，能够期待大电流路径中的寄生电感降低以及噪声降低。
此外，在图1的例子中，在俯视观察时，多个控制端子3相对于IC芯片2而配置于与RC-IGBT 1相反侧。另外，在俯视观察时，多个功率端子4相对于IC芯片2而配置于与RC-IGBT1相同侧。根据这样的结构，能够使多个控制端子3尽可能靠近IC芯片2，能够使多个功率端子4尽可能靠近RC-IGBT 1。因此，不仅能够降低半导体装置11的尺寸，还能够期待下述的附加效果，即，能够调整各相的电感而使电气特性稳定。
图2是针对本实施方式1涉及的半导体装置11示出一部分的制造工序的俯视图。搭载有IC芯片2等的框架部、多个控制端子3以及多个功率端子4被包含于形成有图案的金属板即引线框架12。
从多个控制端子3的前端部分彼此相连、以及多个功率端子4的前端部分彼此相连的图2的状态，以使这些前端部分彼此分离的方式切断引线框架12。然后，通过弯折多个控制端子3以及多个功率端子4而完成半导体装置11。在图2的例子中，引线框架12的宽度方向与半导体装置11的长度方向相对应，由一个引线框架12能够生产8个半导体装置11。此外，如图2所示，有时在封装树脂5设置有螺孔5a。
在此，在本实施方式1涉及的半导体装置11中，RC-IGBT 1的长边相对于短边的比例，即纵横比大于或等于1.62，封装树脂5的长度方向的长度小于或等于44mm，半导体装置11的额定电流大于或等于25A。
图3是示意性地表示本实施方式1涉及的RC-IGBT 1以及IC芯片2的俯视图。在图3中省略了功率端子4的一部分以及控制端子3等的图示。
在图3中图示了封装树脂5的长度方向的长度X和RC-IGBT 1的宽度方向的长度A。在图3的封装树脂5的长度方向的长度X、RC-IGBT 1的宽度方向的长度A、与除该长度A之外必要的RC-IGBT1彼此之间的距离等长度B之间，式(1)成立。
X＝6×A+B…(1)
在此，考虑半导体装置11的外形尺寸即长度X的优化。就搬运图2的引线框架12的制造装置而言，允许的引线框架12的宽度方向的尺寸通常是100mm。引线框架12的宽度方向上的半导体装置11的长度方向的列数越多，能够由一个引线框架12生产的半导体装置11的数量就越大，半导体装置11的生产率就越好。但是，在这种情况下，形成封装树脂5的塑模工序中的树脂的填充性变差。
因此，引线框架12的宽度方向上的半导体装置11的长度方向的列数与图2同样地为两列。在这种情况下，在与一个半导体装置11相对应的引线框架12的宽度方向的长度W、除了该长度W之外必要的引线框架12的外框等的长度B’、引线框架12的尺寸即100mm之间，需要使式(2)成立。
2×W+B’≤100…(2)
如果将引线框架12的外框与用于树脂成型的模具之间的长度即10mm代入式(2)的长度B’，则对于与1个半导体装置11相对应的引线框架12的宽度方向的长度W，式(3)成立。
W≤45…(3)
在与1个半导体装置11相对应的引线框架12的宽度方向的长度W、1个半导体装置11的长度方向的长度X、它们之间的间隙S之间，式(4)成立。
X+S＝W…(4)
如果将1mm代入式(4)的间隙S，则对于1个半导体装置11的长度X即封装树脂5的长度X，式(5)成立。
X≤44…(5)
将4个功率端子4之间的三处的绝缘距离、RC-IGBT 1之下的用于形成焊脚的空间以及电极的长度以及图2的螺孔5a的尺寸之和即20mm代入式(1)的长度B。图4是表示这种情况下的RC-IGBT1的纵横比与封装树脂5的长度X的关系的图。此外，在使RC-IGBT1的长度方向的长度固定的情况下，RC-IGBT 1的宽度方向的长度A越短，则RC-IGBT 1的纵横比越大。
图4中芯片尺寸大的情况下的与封装树脂5的44mm的长度X相对应的RC-IGBT 1的纵横比为1.62。因此，优选将与1个半导体装置11相对应的引线框架12的长度W设为小于或等于45mm，将封装树脂5的长度X设为小于或等于44mm，将RC-IGBT 1的纵横比设为大于或等于1.62。根据这样的结构，能够在考虑搬运引线框架12的制造装置的允许的同时，尽可能地增大能够由1个引线框架12生产的半导体装置11的数量。其结果，能够在抑制设备投资的同时提高生产率。
在图3中图示出连接RC-IGBT 1和IC芯片2的导线6a。导线6a使用由铝以及铜等金属构成的细导线。大于或等于2根导线6a以在各RC-IGBT 1的宽度方向上排列的状态与各RC-IGBT 1之中的IC芯片2侧的部分连接。
如图3所示，根据RC-IGBT 1与大于或等于2根导线6a的大于或等于2个连接点沿RC-IGBT 1的宽度方向排列的结构，能够充分利用纵横比大的RC-IGBT 1的有效面积。此外，大于或等于2个连接点沿RC-IGBT 1的宽度方向排列意味着，例如大于或等于2个连接点的排列方向和RC-IGBT 1的宽度方向所成的角度小于或等于5°。
另外，在图3中图示出连接到功率端子4的图1的导线6c与RC-IGBT 1的连接点1a。导线6c使用由金属构成的粗导线。连接到RC-IGBT 1的导线6c的数量优选大于或等于2根，更优选如图3所示大于或等于3根。
大于或等于2根导线6c以在各RC-IGBT 1的长度方向上排列的状态与各RC-IGBT 1之中的远离IC芯片2的部分连接。其结果，如图3所示，RC-IGBT 1与大于或等于2根导线6c的大于或等于2个连接点1a沿RC-IGBT 1的长度方向排列。此外，大于或等于2个连接点1a沿RC-IGBT 1的长度方向排列意味着，例如大于或等于2个连接点1a的排列方向和RC-IGBT 1的长度方向所成的角度小于或等于5°。另一方面，RC-IGBT 1与大于或等于2根导线6c的大于或等于2个连接点不沿RC-IGBT 1的宽度方向排列。根据这样的结构，能够将与1个半导体装置11相对应的引线框架12的长度W(有时也称为单间距宽度)设为小于或等于45mm。
另外，连接点1a的俯视观察时的形状是在一个方向上延伸的。在图3的例子中，连接点1a的俯视观察时的形状是在作为一个方向的长度方向上延伸的椭圆形状，连接点1a的长度方向和RC-IGBT 1的长度方向所成的角度大于或等于40°而小于或等于50°，优选为45°。根据这样的结构，能够在缩短RC-IGBT 1的宽度方向的长度A的同时确保导线6c彼此之间的绝缘距离。这对于1个半导体装置11的长度X(即，封装树脂5的长度X)如小于或等于44mm这样比较小、搭载纵横比大于或等于1.62的RC-IGBT 1的结构特别有效。
<实施方式2>
图5是示意性地表示本实施方式2涉及的RC-IGBT 1以及IC芯片2的俯视图。以下，在本实施方式2涉及的结构要素中，对于与上述的结构要素相同或类似的结构要素标注相同或类似的标号，主要针对不同的结构要素进行说明。
在本实施方式2中，IC芯片2呈矩形状，RC-IGBT 1的宽度方向的长度小于或等于IC芯片2的长度方向的长度的1/3。并且，IC芯片2在RC-IGBT 1侧包含键合焊盘2c，RC-IGBT 1在IC芯片2侧包含栅极焊盘1b，导线6a将键合焊盘2c和栅极焊盘1b连接。此外，在如实施方式1那样由高压IC芯片2a以及低压IC芯片2b驱动6个RC-IGBT 1的情况下，只要设置2组图5的结构即可。
在传递成型的半导体装置中，如果导线6a长，则在塑模工序中注入树脂时容易将导线6a冲走，因此有时导线6a脱落而发生短路故障。与此相对，根据本实施方式2的上述结构，能够缩短RC-IGBT 1与IC芯片2的距离，因此能够缩短导线6a，能够抑制短路故障。
<变形例>
在实施方式1、2中，RC-IGBT 1的材料可以是通常的硅，也可以是宽带隙半导体。宽带隙半导体包含例如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等。包含宽带隙半导体的RC-IGBT1的耐压性高、损耗低，因此能够降低RC-IGBT 1芯片尺寸，其结果，能够使半导体装置11小型化。另外，因为能够提高RC-IGBT 1的芯片的耐热性，也能够期待半导体装置11的散热所需的鳍片尺寸的小型化。
此外，能够将各实施方式以及各变形例自由组合，或适当地将各实施方式以及各变形例变形、省略。
标号的说明
1RC-IGBT，1a连接点，1b栅极焊盘，2IC芯片，2c键合焊盘，3控制端子，4功率端子，5封装树脂，6a、6c导线，11半导体装置。

Claims (5)

1.一种半导体装置，其具有：
矩形状的RC-IGBT；
IC芯片，其与所述RC-IGBT电连接；
多个控制端子，其与所述IC芯片电连接；
多个功率端子，其与所述RC-IGBT电连接；以及
矩形状的封装树脂，其将所述RC-IGBT及所述IC芯片覆盖，
所述多个控制端子从所述封装树脂的一个长边凸出，
所述多个功率端子从所述封装树脂的另一个长边凸出，
所述RC-IGBT的纵横比大于或等于1.62，
所述封装树脂的长度方向的长度小于或等于44mm，
所述半导体装置的额定电流大于或等于25A。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
还具有大于或等于2根导线，所述大于或等于2根导线将所述RC-IGBT和所述多个功率端子中的至少任意一个连接，
所述RC-IGBT与所述大于或等于2根导线的大于或等于2个连接点沿所述RC-IGBT的长度方向排列。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
还具有大于或等于2根导线，所述大于或等于2根导线将所述RC-IGBT和所述多个功率端子中的至少任意一个连接，
所述RC-IGBT与所述大于或等于2根导线的大于或等于2个连接点各自的俯视观察时的形状是在一个方向上延伸的，
所述一个方向和所述RC-IGBT的长度方向所成的角度大于或等于40°而小于或等于50°。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述IC芯片呈矩形状，
所述RC-IGBT的宽度方向的长度小于或等于所述IC芯片的长度方向的长度的1/3，
所述IC芯片在所述RC-IGBT侧包含键合焊盘，
所述RC-IGBT在所述IC芯片侧包含栅极焊盘，
该半导体装置还具有将所述键合焊盘和所述栅极焊盘连接的导线。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中，
所述RC-IGBT的材料包含宽带隙半导体。
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