CN116895612A - 半导体装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置及半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。目的在于提供能够提高半导体装置的耐吸湿性的技术。半导体装置具有：树脂绝缘片(1)；散热片(2)，其设置于树脂绝缘片(1)之上；半导体元件(3)，其搭载于散热片(2)之上；引线框(5)，其一端部与半导体元件(3)连接；第1树脂体(8)，其以树脂绝缘片(1)的背面露出的状态对树脂绝缘片(1)、散热片(2)、半导体元件(3)及引线框(5)的一端部进行封装；以及第2树脂体(9)，其以树脂绝缘片(1)的背面露出的状态对第1树脂体(8)进行封装。

Description

半导体装置及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。
背景技术
为了提高半导体装置的可靠性，提出了具有多个树脂层的半导体装置。例如，在专利文献1中公开了通过多个树脂层进行双重封装的半导体装置的结构、半导体装置的制造方法。
专利文献1：日本特开2000-183281号公报
但是，在专利文献1所记载的技术中，第1树脂层构成半导体装置的上表面。即，半导体元件的上侧仅由第1树脂层封装。这样，半导体元件的上侧未被双重封装，因此空气中的水分有可能进入第1树脂层的内部。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够提高半导体装置的耐吸湿性的技术。
本发明涉及的半导体装置具有：绝缘片；散热片，其设置于所述绝缘片之上；半导体元件，其搭载于所述散热片之上；引线框，其一端部与所述半导体元件连接；第1树脂体，其以所述绝缘片的背面露出的状态对所述绝缘片、所述散热片、所述半导体元件及所述引线框的所述一端部进行封装；以及第2树脂体，其以所述绝缘片的背面露出的状态对所述第1树脂体进行封装。
发明的效果
根据本发明，半导体元件被第1树脂体封装，第1树脂体被第2树脂体封装，因此能够对第1树脂体进行密封。由此，能够提高半导体装置的耐吸湿性。
附图说明
图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。
图2是用于说明实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的说明图。
图3是实施方式1涉及的半导体装置的制造中途的结构即模块的剖视图。
图4是实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。
图5是表示实施方式3涉及的半导体装置的连结变更例的俯视图。
具体实施方式
<实施方式1>
<半导体装置的结构＞
下面，使用附图对实施方式1进行说明。图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。
如图1所示，具有树脂绝缘片1、散热片(heat spreader)2、半导体元件3、多个引线框5、第1树脂体8、第2树脂体9。
树脂绝缘片1是在绝缘片之上形成有金属箔(例如，铜箔)的带有金属箔的树脂绝缘片。绝缘片例如以含有BN填料的环氧树脂为主要材料而构成。此外，树脂绝缘片1也可以是带有厚铜的树脂绝缘片。
散热片2例如以铜为主要材料而构成，设置于树脂绝缘片1之上。半导体元件3例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)或二极管等功率半导体元件。半导体元件3经由焊料4搭载于散热片2之上。此外，半导体元件3的个数并不限于1个，也可以是多个。
各引线框5例如以铜为主要材料而构成，具有通过键合导线7与半导体元件3的表面电极(未图示)连接的一端部。键合导线7例如是铝导线或铜导线。此外，键合导线7也可以是金线导线或银线导线等球键合导线。
第1树脂体8例如以环氧树脂等热固性树脂为主要材料而构成。第1树脂体8例如形成为长方体状，以树脂绝缘片1的背面露出的状态对树脂绝缘片1、散热片2、半导体元件3及多个引线框5的一端部进行封装。
第2树脂体9以PPS(Poly Phenylene Sulfide：聚苯硫醚)、PBT(Poly ButyleneTerephthalate：聚对苯二甲酸丁二醇酯)、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene：：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PC(Polycarbonate：聚碳酸酯)等热塑性树脂为主要材料而构成。第2树脂体9具有主体部9a、从主体部9a的外周部的整个区域向外侧凸出的凸缘部9b。主体部9a例如形成为长方体状，以树脂绝缘片1的背面露出的状态对第1树脂体8进行封装。由于通过第2树脂体9对第1树脂体8进行密封，因此能够对水分从外部向第1树脂体8内的浸入进行抑制。由此，能够提高半导体装置的耐吸湿性。
在主体部9a通过嵌件成型一体地设置有多个引线框5。多个引线框5的一端部延伸至第1树脂体8的内部，多个引线框5的另一端部从主体部9a的上端面(表面)露出到外部。在各引线框5的另一端部设置有供用于与外部设备(未图示)进行固定的螺钉(未图示)插入的螺孔5a。在第2树脂体9的与螺孔5a相对的部位设置有螺母收容部9c，该螺母收容部9c收容用于将插入至螺孔5a的螺钉固定的螺母10。
在凸缘部9b设置有多个(例如两个)安装孔9d，该安装孔9d例如收容能够安装散热器(未图示)的衬套11。
此外，各引线框5的另一端部也可以通过焊接与外部设备连接。在该情况下，在各引线框5不设置螺孔5a，在螺母10及第2树脂体9不设置螺母收容部9c，就能够与外部设备连接。
另外，优选第1树脂体8以比第2树脂体9硬的树脂材料为主要材料而构成。与半导体元件3接触的第1树脂体8硬这一点能够期待半导体装置的功率循环耐量的提高等可靠性的提高。另外，第2树脂体9柔软这一点能够缓和在经由衬套11紧固于散热器(heat sink)时施加于第2树脂体9的应力，因此能够期待对在第2树脂体9产生的裂缝进行抑制。
另外，优选第1树脂体8、第2树脂体9、树脂绝缘片1、散热片2、多个引线框5及键合导线7的线膨胀系数相近。由此，能够期待半导体装置的功率循环耐量的提高等可靠性的提高。特别地，如果第1树脂体8和键合导线7的线膨胀系数相近，则能够缓和与半导体元件3驱动时的发热及冷却相伴的对键合导线7的热应力，能够期待功率循环耐量的提高。
<半导体装置的制造方法>
接着，对半导体装置的制造方法进行说明。图2是用于说明实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的说明图。图3是实施方式1涉及的半导体装置的制造中途的结构即模块12的剖视图。
如图2所示，在将散热片2固定于树脂绝缘片1之上后，在回流焊装置20中，在散热片2之上涂敷糊状的焊料，在焊料之上搭载半导体元件3，通过加热而进行焊接。接着，在焊线机22中，在各引线框5和半导体元件3之间连接键合导线7。此外，DLB装置21如后述的实施方式2那样，在通过直接引线键合方式将引线框5和半导体元件3连接的情况下使用。
接着，在模塑装置23中，通过第1树脂体8，以树脂绝缘片1的背面露出的状态对树脂绝缘片1、散热片2、半导体元件3及多个引线框5的一端部进行封装，由此进行形成图3所示的模块12的一次模塑。
接着，在冲压机24中，将多个引线框5的另一端侧的多余部分切去，将多个引线框5的另一端侧折弯，然后除去第1树脂体8的多余部分。
接着，在模塑装置25中，执行通过第2树脂体9以树脂绝缘片1的背面露出的状态对模块12进行封装的二次模塑，由此完成图1所示的半导体装置。此外，也可以是在模塑装置23中同时形成多个模块12的制造方法。
<效果>
实施方式1涉及的半导体装置具有：树脂绝缘片1；散热片2，其设置于树脂绝缘片1之上；半导体元件3，其搭载于散热片2之上；多个引线框5，它们的一端部与半导体元件3连接；第1树脂体8，其以树脂绝缘片1的背面露出的状态对树脂绝缘片1、散热片2、半导体元件3及多个引线框5的一端部进行封装；以及第2树脂体9，其以树脂绝缘片1的背面露出的状态对第1树脂体8进行封装。
半导体元件3被第1树脂体8封装，第1树脂体8被第2树脂体9封装，因此能够对第1树脂体8进行密封。由此，能够提高半导体装置的耐吸湿性。
另外，各引线框5的另一端部从第2树脂体9的表面露出，在各引线框5的另一端部设置螺孔5a，在第2树脂体9的与螺孔5a相对的部位设置有螺母收容部9c，该螺母收容部9c收容用于将插入至螺孔5a的螺钉固定的螺母10。
因此，半导体装置和外部设备的连接能够通过螺钉紧固，能够将它们牢固地连接，因此能够期待半导体装置的可靠性的提高。
另外，第1树脂体8包含比第2树脂体9硬的树脂材料。与半导体元件3接触的第1树脂体8硬这一点能够期待半导体装置的功率循环耐量的提高等可靠性的提高。另外，第2树脂体9柔软这一点能够缓和在经由衬套11紧固于散热器时施加于第2树脂体9的应力，因此能够期待对在第2树脂体9产生的裂缝进行抑制。
另外，半导体装置还具有键合导线7，该键合导线7将半导体元件3和引线框5的一端部连接，键合导线7、第1树脂体8、第2树脂体9、树脂绝缘片1、散热片2及引线框5中的至少两者的线膨胀系数相近，因此能够期待半导体装置的功率循环耐量的提高。特别地，如果第1树脂体8和键合导线7的线膨胀系数相近，则能够缓和与半导体元件3驱动时的发热及冷却相伴的对键合导线7的热应力，能够期待功率循环耐量的提高。
另外，实施方式1涉及的半导体装置的制造方法具有：工序(a)，通过第1树脂体8，以树脂绝缘片1的背面露出的状态对树脂绝缘片1、散热片2、半导体元件3及多个引线框5的一端部进行封装，由此形成模块12；工序(b)，将模块12中的多个引线框5的另一端侧的多余部分切去，将多个引线框5的另一端侧折弯，除去第1树脂体8的多余部分；以及工序(c)，通过第2树脂体9，以树脂绝缘片1的背面露出的状态对模块12进行封装。
因此，通过在二次模塑前在与一次模塑不同的另外的模具内进行引线切割、引线弯曲、多余树脂除去，从而与在模具外分别进行这些处理相比，半导体装置的制造效率提高。
另外，在工序(a)中，由于模块12形成有多个，因此与1个1个地形成模块12的情况相比半导体装置的制造效率提高。
<实施方式2>
接着，对实施方式2涉及的半导体装置进行说明。图4是实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。此外，在实施方式2中，对与在实施方式1中说明过的结构要素相同的结构要素标注相同标号并省略说明。
在实施方式1中，多个引线框5的一端部通过键合导线7与半导体元件3连接，但在实施方式2中，如图4所示，引线框5的一端部通过直接引线键合方式与半导体元件3的表面电极连接。具体而言，图4中右侧的引线框5的一端部和半导体元件3的表面电极通过焊接、钎焊、熔接、或导电性粘接剂进行连接。此外，也可以不仅是图4中右侧的引线框5，左侧的引线框5的一端部也通过直接引线键合方式进行连接。
由此，与实施方式1的情况相比能够期待半导体装置的可靠性提高。
<实施方式3>
接着，对实施方式3涉及的半导体装置进行说明。图5(a)～(c)是表示实施方式3涉及的半导体装置的连结变更例的俯视图。
图5(a)是将2合1型汇总为1个的情况下的连结变更例，图5(b)是将6合1型汇总为1个的情况下的连结变更例。图5(c)是将2合1型设为3个的情况下的连结变更例。此外，在实施方式3中，对与在实施方式1、2中说明过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5(a)、(b)、(c)所示，排列多个通过第1树脂体8进行了一次模塑的模块12，通过引线框5将各个模块12连结。虽然未图示，但之后，通过以热塑性树脂为主要材料构成的第2树脂体9进行二次模塑。此外，引线框5可以如实施方式1那样通过键合导线7与半导体元件3连接，也可以如实施方式2那样通过直接引线键合方式与半导体元件3连接。
由于第2树脂体9包含热塑性树脂，因此能够实现半导体装置的形状的多样化，能够期待半导体装置的制造效率的提高。
此外，可以将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。
下面，以汇总为附记的方式记载本发明的各方案。
(附记1)
半导体装置具有：
绝缘片；
散热片，其设置于所述绝缘片之上；
半导体元件，其搭载于所述散热片之上；
引线框，其一端部与所述半导体元件连接；
第1树脂体，其以所述绝缘片的背面露出的状态对所述绝缘片、所述散热片、所述半导体元件及所述引线框的所述一端部进行封装；以及
第2树脂体，其以所述绝缘片的背面露出的状态对所述第1树脂体进行封装。
(附记2)
根据附记1所述的半导体装置，其中，
所述引线框的另一端部从所述第2树脂体的表面露出，
在所述引线框的所述另一端部设置螺孔，
在所述第2树脂体的与所述螺孔相对的部位设置有螺母收容部，该螺母收容部收容用于将插入至所述螺孔的螺钉固定的螺母。
(附记3)
根据附记1所述的半导体装置，其中，
所述第1树脂体包含比所述第2树脂体硬的树脂材料。
(附记4)
根据附记1所述的半导体装置，其中，
还具有键合导线，该键合导线将所述半导体元件和所述引线框的所述一端部连接，
所述键合导线、所述第1树脂体、所述第2树脂体、所述绝缘片、所述散热片及所述引线框中的至少两者的线膨胀系数相近。
(附记5)
根据附记4所述的半导体装置，其中，
所述键合导线与所述第1树脂体的线膨胀系数相近。
(附记6)
根据附记1所述的半导体装置，其中，
所述引线框的所述一端部通过直接引线键合方式与所述半导体元件的表面电极连接。
(附记7)
根据附记1所述的半导体装置，其中，
所述第2树脂体包含热塑性树脂。
(附记8)
一种半导体装置的制造方法，其是对附记1所述的半导体装置进行制造的方法，
该半导体装置的制造方法具有：
工序(a)，通过所述第1树脂体，以所述绝缘片的背面露出的状态对所述绝缘片、所述散热片、所述半导体元件及所述引线框的所述一端部进行封装，由此形成模块；
工序(b)，将所述模块的所述引线框的另一端侧的多余部分切去，将所述引线框的另一端侧折弯，除去所述第1树脂体的多余部分；以及
工序(c)，通过所述第2树脂体，以所述绝缘片的背面露出的状态对所述模块进行封装。
(附记9)
根据附记8所述的半导体装置的制造方法，其中，
在工序(a)中，形成了多个所述模块。
标号的说明
1树脂绝缘片，2散热片，3半导体元件，5引线框，5a螺孔，8第1树脂体，9第2树脂体，9c螺母收容部，10螺母，12模块。

Claims (9)

1.一种半导体装置，其具有：
绝缘片；
散热片，其设置于所述绝缘片之上；
半导体元件，其搭载于所述散热片之上；
引线框，其一端部与所述半导体元件连接；
第1树脂体，其以所述绝缘片的背面露出的状态对所述绝缘片、所述散热片、所述半导体元件及所述引线框的所述一端部进行封装；以及
第2树脂体，其以所述绝缘片的背面露出的状态对所述第1树脂体进行封装。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述引线框的另一端部从所述第2树脂体的表面露出，
在所述引线框的所述另一端部设置螺孔，
在所述第2树脂体的与所述螺孔相对的部位设置有螺母收容部，该螺母收容部收容用于将插入至所述螺孔的螺钉固定的螺母。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1树脂体包含比所述第2树脂体硬的树脂材料。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
还具有键合导线，该键合导线将所述半导体元件和所述引线框的所述一端部连接，
所述键合导线、所述第1树脂体、所述第2树脂体、所述绝缘片、所述散热片及所述引线框中的至少两者的线膨胀系数相近。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述键合导线与所述第1树脂体的线膨胀系数相近。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述引线框的所述一端部通过直接引线键合方式与所述半导体元件的表面电极连接。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第2树脂体包含热塑性树脂。
8.一种半导体装置的制造方法，其是对权利要求1所述的半导体装置进行制造的方法，
该半导体装置的制造方法具有：
工序(a)，通过所述第1树脂体，以所述绝缘片的背面露出的状态对所述绝缘片、所述散热片、所述半导体元件及所述引线框的所述一端部进行封装，由此形成模块；
工序(b)，将所述模块的所述引线框的另一端侧的多余部分切去，将所述引线框的另一端侧折弯，除去所述第1树脂体的多余部分；以及
工序(c)，通过所述第2树脂体，以所述绝缘片的背面露出的状态对所述模块进行封装。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，
在工序(a)中，形成了多个所述模块。
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