JP2012244040A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ溶接で接続導体と外部端子が接合される半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a connection conductor and an external terminal are joined by laser welding and a method for manufacturing the same.
従来から、この種の半導体装置は知られている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1、2に記載の半導体装置では、レーザ溶接で発生するスパッタによる半導体チップへのダメージを防止するため、半導体チップを樹脂で被覆することが行われている。
Conventionally, this type of semiconductor device is known (see, for example,
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載の半導体装置では、半導体チップは、セラミックスを上下から銅箔で挟んだ絶縁基板上に半田により接合されている。かかる絶縁基板を使用する構成では、ヒートスプレッダを使用する構成に比べて熱拡散性が劣るという欠点がある。
However, in the semiconductor devices described in
ところで、半導体チップを覆うための樹脂は、少量で半導体チップを効率的に保護できれば有利である。一般的に、半導体チップを覆うための樹脂は、流動性があるので、不必要な範囲まで広がりうり、かかる場合、作業性が悪いだけでなく、使用する樹脂の量が不必要に多くなりコスト上の問題も生じうる。更に、基板の表面の全体に亘って樹脂が充填されると、半導体チップの電極と外部端子との間の電気的接続に、中間端子(例えば、特許文献1に記載の半導体装置における接続導体14)等が必要となりうり、部品点数や作業工数が増えてしまう問題も生じる。
By the way, it is advantageous if the resin for covering the semiconductor chip can efficiently protect the semiconductor chip with a small amount. In general, the resin used to cover the semiconductor chip has fluidity, so it can spread to unnecessary areas. In such a case, not only the workability is poor, but the amount of resin used is unnecessarily high and the cost is low. The above problems can also arise. Further, when the resin is filled over the entire surface of the substrate, an intermediate terminal (for example, the
そこで、本発明は、良好な作業性で比較的少量の樹脂により効率的に半導体チップをレーザ溶接時のスパッタから保護することができる、熱拡散性に優れた半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention provides a semiconductor device excellent in thermal diffusibility and a method for manufacturing the same, which can efficiently protect a semiconductor chip from sputtering during laser welding with a relatively small amount of resin with good workability. Objective.
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、凹部を有するヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの凹部内に固着された半導体チップと、
前記半導体チップに固着された接続導体と、
前記接続導体の溶接部を露出させつつ、前記ヒートスプレッダの凹部内で前記半導体チップを被覆する絶縁樹脂部と、
前記接続導体の溶接部にレーザ溶接で接合された外部端子とを備えることを特徴とする、半導体装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a heat spreader having a recess,
A semiconductor chip fixed in the recess of the heat spreader;
A connection conductor fixed to the semiconductor chip;
An insulating resin portion that covers the semiconductor chip in the recess of the heat spreader while exposing the welded portion of the connection conductor;
An external terminal joined by laser welding to the welded portion of the connection conductor is provided. A semiconductor device is provided.
また、本発明の他の一局面によれば、凹部を備えるヒートスプレッダの前記凹部内に半導体チップを固着する工程と、
接続導体を前記半導体チップに固着する工程と、
前記接続導体の溶接予定部を露出させつつ前記半導体チップを被覆する態様で、前記ヒートスプレッダの凹部内に樹脂を充填する工程と、
前記接続導体の露出した溶接予定部に外部端子をレーザ溶接で接合する工程とを含む、半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a step of fixing a semiconductor chip in the recess of the heat spreader including the recess,
Fixing the connection conductor to the semiconductor chip;
In the aspect of covering the semiconductor chip while exposing the planned welding portion of the connection conductor, filling the resin into the recess of the heat spreader;
There is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of joining an external terminal to the exposed welding portion of the connection conductor by laser welding.
本発明によれば、良好な作業性で比較的少量の樹脂により効率的に半導体チップをレーザ溶接時のスパッタから保護することができる、熱拡散性に優れた半導体装置及びその製造方法が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device excellent in thermal diffusibility and a method for manufacturing the same, which can efficiently protect a semiconductor chip from sputtering during laser welding with a relatively small amount of resin with good workability. .
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例(実施例1)による半導体装置1の要部を上面視で示す図である。図2は、図1に示す半導体装置1のラインA−Aに沿った断面図である。図3は、図1に示す半導体装置1のラインB−Bに沿った断面図である。図4は、ヒートスプレッダ20の単品図であり、図4(A)は上面図を示し、図4(B)はラインA−Aに沿った断面図を示す。尚、図1においては、第1外部端子80の下方の構成が理解しやすいようにするための便宜上、第1外部端子80については、透視図で示されている。尚、半導体装置1の上下方向は、半導体装置1の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、半導体装置1のヒートスプレッダ20に対して半導体チップ10が存在する側を上方とする。半導体装置1は、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用のインバータを構成するものであってよい。
FIG. 1 is a top view of a main part of a
半導体装置1は、図1及び図2に示すように、半導体チップ10と、接続導体12と、ヒートスプレッダ20と、絶縁樹脂部70と、第1外部端子80と、第2外部端子82とを含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
半導体チップ10は、パワー半導体素子を含み、本例ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含む。尚、半導体チップ10が含むパワー半導体素子の種類や数は、任意である。半導体チップ10は、IGBTに代えて、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field‐Effect Transistor)のような他のスイッチング素子を含んでもよい。半導体チップ10は、ヒートスプレッダ20上に半田50により接合される。図示の例では、半導体チップ10は、IGBTからなる半導体チップ10Aと、FWD(Free Wheeling Diode)からなる半導体チップ10Bからなる。この場合、半導体チップ10Aは、上面にエミッタ電極を備え、下面にコレクタ電極を備える。また、半導体チップ10Bは、上面にアノード電極を備え、下面にカソード電極を備える。
The
ヒートスプレッダ20は、半導体チップ10で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ20は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成されてもよい。銅としては、伝導率が銅材の中で最も高い無酸素銅(C1020)が好適である。
The
ヒートスプレッダ20は、図4に示すように、半導体チップ10A、10Bのそれぞれの設置領域に対応して、凹部22A,22Bを有する。凹部22A,22Bは、ヒートスプレッダ20の上側の表面(半導体チップ10A、10Bが設置される側の面)に形成される。凹部22A,22Bは、例えばプレスにより形成されてもよい。凹部22A,22Bは、半導体チップ10A、10Bをそれぞれ内部に含むことができるように、上面視で、それぞれ、半導体チップ10A、10Bの外形よりも大きい外形を有する。凹部22A,22Bの深さDは、以下で説明するように、半導体チップ10A、10Bの厚み(高さ)と、半導体チップ10A、10Bの下方の半田50の厚みとを足した合計厚みと同一又はそれよりも大きくなるように設定される。尚、凹部22Aの深さDと凹部22Aの22Bの深さDは、互いに同一であってよいが、必ずしも同一である必要はない。例えば、凹部22A,22Bの深さDは、それぞれ対応する半導体チップ10A、10Bの厚さに応じて設定されてもよい。また、凹部22A,22Bは、図示の例では、互いに連続しない態様でそれぞれ別個に形成されているが、互いに連続する態様で形成されてもよい。即ち、凹部22A,22Bは、凹部22Aと凹部22Bの間の隔壁22c(図4参照)を無くして1つの凹部として形成されてもよい。また、凹部22A,22Bのそれぞれは、典型的には、一定の深さを有しているが、深さが変化してもよい。例えば、凹部22A,22B内における半導体チップ10A、10Bの位置決め用の段差が凹部22A,22B内の表面(凹部22A,22Bの底部の表面)に形成されてもよい。また、凹部22A,22B内の表面は、平滑な表面であってもよいし、微小な凹凸が形成されてもよい。この微小な凹凸は、半導体チップ10A、10Bとヒートスプレッダ20との接合を実現する半田50の厚みを管理するために形成されてもよい。尚、以下では、ヒートスプレッダ20の上面とは、特に言及しない限り、ヒートスプレッダ20における凹部22A,22Bが形成されていない領域の上面を指す。
As shown in FIG. 4, the
半導体チップ10A、10Bは、図1及び図2に示すように、ヒートスプレッダ20のそれぞれの凹部22A,22B内に固着される。半導体チップ10A、10Bは、好ましくは、ヒートスプレッダ20の基本面(凹部22A,22Bが形成されていない領域の面)よりも上方に突出しない態様で、凹部22A,22B内に固着される。半導体チップ10A、10Bは、上述の如く、それぞれの凹部22A,22B内において、ヒートスプレッダ20に半田50により固着(接合)される。半導体チップ10A、10Bは、横方向で(上下方向に直角な方向で)凹部22A,22B内の周壁221及び隔壁22cから離間する態様で、凹部22A,22B内に固着されてよい。
The
接続導体12は、半導体チップ10A、10Bの電極に半田50により固着(接合)される。図示の例では、接続導体12は、IGBTのエミッタ電極と、FWDのアノード電極に半田50により接合される。接続導体12は、側面視で、図2に示すように、上向きに凸形状をなし、ヒートスプレッダ20の上面から上方に離間した上部121と、ヒートスプレッダ20の上面付近の高さに延在する2つの接続部122と、上部121及び2つの接続部122を繋ぐ上下方向の脚部123とから構成される。2つの接続部122は、それぞれ、IGBTのエミッタ電極と、FWDのアノード電極に接合される。接続導体12の上部121は、後述の如く、第1外部端子80との接合のための溶接部を画成する。
The
絶縁樹脂部70は、図1及び図2に示すように、ヒートスプレッダ20の凹部22A,22B内に形成される。具体的には、ヒートスプレッダ20の凹部22A,22Bは、上述のように接続導体12が接合された半導体チップ10A、10Bを内部に含む状態で、樹脂が充填される。樹脂は、好ましくは、凹部22A,22B内のみに充填され、上面視で凹部22A,22Bの外形よりも外側に広がらないように充填される。即ち、凹部22A,22B内の周壁221(図4参照)は、凹部22A,22B内に充填された樹脂が上面視で凹部22A,22Bの外形よりも外側に広がらないように堰止める機能を果たす。これにより、凹部22A,22B内に充填される樹脂により凹部22A,22B内に絶縁樹脂部70が形成される。尚、絶縁樹脂部70を構成する樹脂は、任意の樹脂材料であってよく、例えばエポキシ樹脂が使用されてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the insulating
絶縁樹脂部70の最大厚さは、図2に示すように、凹部22A,22Bの深さに対応した厚さであってよい。絶縁樹脂部70は、少なくとも後述のレーザ溶接時のスパッタから半導体チップ10A、10Bを保護できる態様で、半導体チップ10A、10Bを覆っていればよい。即ち、絶縁樹脂部70は、半導体チップ10A、10Bの上面を含む全体(下面を除く全体)を覆うように設けられる。図示の例では、上述の如く、凹部22A,22Bの深さDは、半導体チップ10A、10Bの厚みと、半導体チップ10A、10Bの下方の半田50の厚みとを足した合計厚みよりもより大きくなるように設定されている。そして、絶縁樹脂部70は、凹部22A,22Bの深さに対応した厚さを有し、これにより、半導体チップ10A、10Bの上面を含む全体を覆う。尚、図示の例では、絶縁樹脂部70は、上下方向で、半導体チップ10A、10Bと接続導体12との接合を実現する半田50の上面(即ち、接続導体12の接続部122の下面)と略同一の高さまで延在する。接続導体12の上部121は、絶縁樹脂部70に被覆されず、絶縁樹脂部70の上方に露出される。尚、絶縁樹脂部70の最大厚さは、充填時の表面張力を利用して、凹部22A,22Bの深さよりも僅かに大きくてもよい。
The maximum thickness of the insulating
尚、ヒートスプレッダ20の上面は、絶縁樹脂部70を構成する樹脂以外の樹脂で更に被覆されてもよい。例えば、シリコンゲルのようなゲル材料が、ヒートスプレッダ20の上面を封止するように付与されてもよい。但し、この場合、ゲル材料は、後述の第2外部端子82のヒートスプレッダ20へのレーザ溶接による接合が完了した後に設けられる。
Note that the upper surface of the
第1外部端子80は、図1及び図2に示すように、接続導体12の上部121にレーザ溶接により接合される。第1外部端子80は、ヒートスプレッダ20の上面から離間してヒートスプレッダ20の上方に延在する。第1外部端子80は、接続導体12の上部121に対応する高さに設けられる。第1外部端子80は、図1に示すように、上面視で、接続導体12の上部121と重なるように延在する。尚、第1外部端子80の幅(長手方向に対して垂直方向の長さ)は、任意であってよい。図示の例では、第1外部端子80の幅は、図1に示すように、接続導体12の上部121の幅と略同一であるが、接続導体12の上部121の幅よりも大きく設定されてもよい。また、図示の例では、第1外部端子80は、ヒートスプレッダ20の上方において同一面内に延在する平面状の形態を有しているが、上下に段差を有してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first
第1外部端子80と接続導体12の上部121とは、図1及び図2に示すように、1つの溶接点80a,12aにて溶接により接合されてもよいし、2つ以上の溶接点にて互いに接合されてもよい。第1外部端子80と接続導体12の間の溶接点80a,12aは、好ましくは、ヒートスプレッダ20の上面よりも上方向にひいては半導体チップ10A、10Bの上面よりも上方向にオフセットした位置に設定される。図示の例では、接続導体12側の溶接点12aは、ヒートスプレッダ20の上面から上方向に離間した上部121に設定されている。
The first
第2外部端子82は、図1及び図3に示すように、ヒートスプレッダ20の上面にレーザ溶接により接合される。尚、ヒートスプレッダ20には、上述の如く半導体チップ10AとしてのIGBTのコレクタ電極(及び半導体チップ10BとしてのFWDのカソード電極)が接続されるので、ヒートスプレッダ20自体がIGBTのコレクタ電極の取り出し部を構成する。第2外部端子82は、側面視で、図3に示すように、下向きに凸形状をなす部位を有し、当該部位は、ヒートスプレッダ20の上面から上方に離間した高さに延在する上部822と、ヒートスプレッダ20の上面に接する下部821と、上部822及び下部821を繋ぐ上下方向の脚部823とから構成される。第2外部端子82の下部821は、ヒートスプレッダ20の上面との接合のための溶接部を画成する。第2外部端子82の下部821は、上面視で、図1に示すように、ヒートスプレッダ20における凹部22A,22Bの存在しない表面に対向する。尚、第2外部端子82の上部822は、第1外部端子80と同一の高さに延在してもよい。また、第2外部端子82は、第1外部端子80と共に同一のバスバーモジュール(図11参照)に組み込まれてもよい。また、第2外部端子82は、上面視で、図1に示すように、第1外部端子80に対して平行な関係で、ヒートスプレッダ20における凹部22A,22Bの存在しない領域の上方を延在してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 3, the second
第2外部端子82の下部821とヒートスプレッダ20の上面とは、図1及び図3に示すように、1つの溶接点82a,20aにて溶接により接合されてもよいし、2つ以上の溶接点にて互いに接合されてもよい。また、第2外部端子82は、好ましくは、ヒートスプレッダ20の上面に直接接合される。これにより、中間端子(例えば図8に示す中間端子14)等を必要とすることなく、IGBTのコレクタ電極を直接取り出すことができる。
The
図5は、レーザ溶接時のスパッタに起因したIGBTの耐圧不良の発生メカニズムの主なる一例を示す図であり、半導体チップ10Aに対応するIGBTの断面図を示す図である。尚、この耐圧不良の発生メカニズムは、FWDの場合も同様である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a main example of the generation mechanism of the breakdown voltage failure of the IGBT caused by sputtering during laser welding, and is a diagram illustrating a cross-sectional view of the IGBT corresponding to the
レーザ溶接時には、スパッタとして煤(カーボン)が発生する場合がある。このような煤は、例えば周辺の樹脂がレーザ溶接時に焼けることで発生する。このような煤が、図5に示すように、半導体チップ(IGBT)のエッジ部分に付着すると、コレクタ−エミッタ間がショートすることで、耐圧不良が生じると考えられる。 During laser welding, soot (carbon) may be generated as spatter. Such wrinkles occur, for example, when the surrounding resin is burned during laser welding. As shown in FIG. 5, when such a flaw adheres to the edge portion of the semiconductor chip (IGBT), it is considered that a breakdown voltage failure occurs due to a short circuit between the collector and the emitter.
ここで、本実施例によれば、上述の如く、半導体チップ10A、10Bは凹部22A,22B内で絶縁樹脂部70によりその上面及び側面(即ちエッジ部分を構成する上面及び側面)が保護される。従って、図5に示すような第1外部端子80や第2外部端子82のレーザ溶接時に煤が発生した場合でも、絶縁樹脂部70によって半導体チップ10A、10Bのエッジ部分に煤が付着することを防止することができる。これにより、レーザ溶接時のスパッタに起因して半導体チップ10A、10Bに耐圧不良が生じるのを防止することができる。また、絶縁樹脂部70により半導体チップ10A、10Bを保護することができるので、レーザ溶接時に半導体チップ10A、10Bを保護するための特別な治具なども不要とすることができる。
Here, according to the present embodiment, as described above, the
図6は、比較例による半導体装置の要部を上面視で示す図である。図7は、図6に示す比較例による半導体装置のラインA−Aに沿った断面図である。図8は、図6に示す比較例による半導体装置のラインB−Bに沿った断面図である。尚、図6乃至図8において、図1乃至図4に示した本実施例による半導体装置1における対応する構成要素については、同様の参照符号を付している。
FIG. 6 is a diagram showing a main part of a semiconductor device according to a comparative example in a top view. FIG. 7 is a sectional view taken along line AA of the semiconductor device according to the comparative example shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line BB of the semiconductor device according to the comparative example shown in FIG. 6 to 8, the same reference numerals are assigned to the corresponding components in the
この比較例による半導体装置は、ヒートスプレッダ20’に、本実施例による凹部22A,22Bが形成されず、それ故に、ヒートスプレッダ20’の上面上に半導体チップ10A、10Bが設けられると共に、ヒートスプレッダ20’の上面の全体に亘って一定の厚さで絶縁樹脂部70’が設けられる。即ち、絶縁樹脂部70’は、ヒートスプレッダ20’の上面よりも高い位置にある半導体チップ10A、10Bの上面を覆うように、ヒートスプレッダ20’の上面から上方に所定厚みで形成される。また、絶縁樹脂部70’がヒートスプレッダ20’の上面の全体に亘って形成されるため、ヒートスプレッダ20’の上面には、コレクタ電極の取り出し用の中間端子14が半田50により接合される。ヒートスプレッダ20’の上面に半導体チップ10A、10Bが接合され、半導体チップ10A、10Bに接続導体12が接合され、更に、中間端子14が半田50により接合された後、絶縁樹脂部70’が形成される。
In the semiconductor device according to the comparative example, the
ここで、この比較例では、絶縁樹脂部70’により半導体チップ10A、10Bの全体を覆うので、第1及び第2外部端子80,82’と接続導体12及び中間端子14との間のレーザ溶接時のスパッタから半導体チップ10A、10Bを保護することができる。しかしながら、絶縁樹脂部70’がヒートスプレッダ20’の上面の全体を覆うので、絶縁樹脂部70’を形成するために必要な樹脂の量が比較的多くなる。また、絶縁樹脂部70’がヒートスプレッダ20’の上面の全体を覆うので、図8に示すように、コレクタ端子を第2外部端子82’へと取り出すための中間端子14が必要となる。即ち、第2外部端子82’をヒートスプレッダ20’の上面に直接接合できないため、絶縁樹脂部70’から上方に露出する中間端子14を設定する必要がある。従って、かかる比較例の構成では、比較的多い使用する樹脂の量に起因したコスト増のみならず、中間端子14を必要とすることから部品点数や作業工数が増えてしまう。
Here, in this comparative example, since the
これに対して、本実施例によれば、上述の如く、ヒートスプレッダ20の凹部22A,22B内に半導体チップ10A、10Bを収容し、ヒートスプレッダ20の凹部22A,22B内にのみ樹脂を充填して半導体チップ10A、10Bを保護する絶縁樹脂部70を形成する。従って、絶縁樹脂部70’がヒートスプレッダ20’の上面の全体を覆う比較例に比べて、半導体チップ10A、10Bを保護する絶縁樹脂部70を形成するために必要な樹脂の量を低減することができる。また、ヒートスプレッダ20の上面に絶縁樹脂部70が形成されない領域が存在するので、第2外部端子82をヒートスプレッダ20の上面(絶縁樹脂部70が形成されない領域)に直接接合することが可能であり、上記の比較例で必要となるような中間端子14を無くすことができる。また、本実施例によれば、ヒートスプレッダ20の凹部22A,22B内に樹脂を充填して絶縁樹脂部70を形成するので、表面張力の作用等で樹脂の流動が凹部22A,22B内に規制され、ヒートスプレッダ20の上面(ヒートスプレッダ20における凹部22A,22Bが形成されていない領域の上面)への樹脂の望ましくない流動(広がり)を防止することができる。このように本実施例によれば、半導体チップ10A、10Bと第2外部端子82との間の電気的接続を効率的に実現可能であり、良好な作業性で比較的少量の樹脂により半導体チップ10A、10Bを効率的に保護することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, as described above, the
図9乃至図10は、図1に示した半導体装置1の製造方法の流れの一例の要部を示す図である。図9(A)乃至(C)は、図1におけるラインA−Aに沿った断面に対応し、図10(A)乃至(B)は、図1におけるラインA−Aに沿った断面に対応し、図10(C)は、図1におけるラインB−Bに沿った断面に対応する。
9 to 10 are diagrams showing an example of a main part of an example of the flow of the manufacturing method of the
先ず、図9(A)に示すように、凹部22A,22Bを備えるヒートスプレッダ20が用意される。尚、ここでは、理解を容易にするための説明の都合上、単一のヒートスプレッダ20が用意されている。しかしながら、ヒートスプレッダ20は、複数のヒートスプレッダ20を形成するフープ材が用意されてもよく、最終段階で、フープ材が切断されて各ヒートスプレッダ20へと分割されてもよい。
First, as shown in FIG. 9A, a
次いで、図9(B)に示すように、ヒートスプレッダ20の凹部22A,22B内に半導体チップ10A、10Bが半田50により接合される。尚、この際、凹部22A,22B内において、半導体チップ10A、10Bと半田50とにより占められる部分以外は空間である。
Next, as shown in FIG. 9B, the semiconductor chips 10 </ b> A and 10 </ b> B are joined by
次いで、図9(C)に示すように、半導体チップ10A、10Bに接続導体12が半田50により接合される。
Next, as illustrated in FIG. 9C, the
次いで、図10(A)に示すように、凹部22A,22B内に樹脂が充填され、半導体チップ10A、10Bを覆う絶縁樹脂部70が形成される。この際、絶縁樹脂部70からは、接続導体12の溶接予定部、即ち接続導体12の上部121が露出する。
Next, as shown in FIG. 10A, the
次いで、図10(B)に示すように、絶縁樹脂部70から露出する接続導体12の上部121に第1外部端子80がレーザ溶接により接合される。レーザ溶接は、第1外部端子80を接続導体12の上部121に対して下方に押し付けた状態で、第1外部端子80に上方から略面直方向にレーザ光を照射することにより実行されてもよい。このようなレーザ溶接に用いるレーザとしては、例えばYAGレーザ、CO2レーザ、半導体レーザなどの任意のレーザが使用されてもよい。
Next, as shown in FIG. 10B, the first
次いで、図10(C)に示すように、ヒートスプレッダ20の上面(凹部22A,22B以外の部位)に第2外部端子82がレーザ溶接により接合される。同様に、レーザ溶接は、第2外部端子82をヒートスプレッダ20の上面に対して下方に押し付けた状態で、第2外部端子82に上方から略面直方向にレーザ光を照射することにより実行されてもよい。尚、第2外部端子82の接合は、第1外部端子80の接合よりも前に又は第1外部端子80の接合と同時に実行されてもよい。要するに、第1外部端子80及び第2外部端子82の接合は、絶縁樹脂部70が形成された後であれば任意の適切なタイミングで実行されてよい。例えば、第1外部端子80及び第2外部端子82のレーザ溶接は、絶縁樹脂部70を形成する樹脂が完全に硬化してから実行されてもよいし、絶縁樹脂部70を形成する樹脂が硬化する前に実行されてもよい。尚、第1外部端子80及び第2外部端子82の接合後に、シリコンゲルのようなゲル材料が、ヒートスプレッダ20の上面を封止するように付与されてもよい。
Next, as shown in FIG. 10C, the second
図11は、他の実施例(実施例2)による半導体装置2を示す斜視図であり、バスバーモジュール60が組み付けられる前の状態を示す。本実施例2において、上述の実施例1と実質的に同一であってよい構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
FIG. 11 is a perspective view showing a
本実施例2では、6つのヒートスプレッダ20が1つのモジュールとして搭載されている。各ヒートスプレッダ20の構成は、上述した実施例1による半導体装置1の場合と同様であってよい。6つのヒートスプレッダ20上の各半導体チップ10A、10Bは、モータ駆動用のインバータのU相、V相、W相の各上アーム及び各下アームを構成するものであってよい。このように、1つのモジュール内に任意の数のヒートスプレッダ20を含んでもよい。
In the second embodiment, six
尚、バスバーモジュール60は、6つのヒートスプレッダ20に対応して、6組の第1外部端子80及び第2外部端子82を含んでよい。第1外部端子80及び第2外部端子82は、樹脂で形成された支持体84によりモジュール化されてもよい。バスバーモジュール60は、例えば樹脂のインサート成形により形成されてもよい。尚、本実施例2では、バスバーモジュール60を各ヒートスプレッダ20に対して位置決めして下方向に押圧した状態で、各第1外部端子80及び第2外部端子82に対して順次又は同時にレーザ溶接が実行されてもよい。また、各第1外部端子80及び第2外部端子82のレーザ溶接による接合後に、ゲル材料が各ヒートスプレッダ20の上面を封止するように付与されてもよい。
The
尚、ヒートスプレッダ20は、図11に示すように、絶縁層30を介してヒートシンク40に接合されてよい。絶縁層30は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層30は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層30は、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40の間に設けられ、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40に接合する。絶縁層30は、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ20からヒートシンク40への高い熱伝導性を確保する。ヒートシンク40は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成されてもよい。ヒートシンク40は、上面がヒートスプレッダ20に接合される。ヒートシンク40は、下面側にフィン42を備える。フィン42の数や配列態様は任意である。フィン42は、図示のようなストレートフィンであってもよいし、その他、ピンフィンの千鳥配置等で実現されてもよい。半導体装置2の実装状態では、フィン42は、冷却水や冷却油のような冷却媒体と接触する。このようにして、半導体装置2の駆動時に生じる半導体チップ10からの熱は、ヒートスプレッダ20、絶縁層30を介して、ヒートシンク40のフィン42から冷却媒体へと伝達され、半導体装置2の冷却が実現される。
In addition, the
図12は、他の実施例(実施例3)による半導体装置3の断面図であり、図1に示した半導体装置1のラインB−Bに沿った断面図に相当する。本実施例3は、第2外部端子82が、第2外部端子部202としてヒートスプレッダ200と一体に形成されている点が、上述の実施例1による半導体装置1の構成と異なる。本実施例3において、上述の実施例1と実質的に同一であってよい構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
12 is a cross-sectional view of the
本実施例3では、ヒートスプレッダ200は、本体部201と、第2外部端子部202とを一体に備える。ヒートスプレッダ200は、例えば異型材リードフレームにより形成されてもよい。この場合、本体部201と第2外部端子部202とが初期的に連結されているので、本体部201と第2外部端子部202との間の接合(レーザ溶接)が不要となる。第2外部端子部202の端部(本体部201側とは逆側の端部)は、図示しない基板に半田等により接続されてもよい。尚、本体部201の他の構成は、上述した実施例1による半導体装置1のヒートスプレッダ20の構成(特に図2の断面図を参照して説明した構成)と同様であってよい。
In the third embodiment, the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述の実施例1では、半導体装置1は、他の構成(例えば、走行モータ駆動用のDC/DC昇圧コンバータの素子の一部)を含んでよいし、また、半導体装置1は、半導体チップ10A、10Bと共に、他の素子(コンデンサ、リアクトル等)を含んでもよい。また、半導体装置1は、車両用のインバータに適用されるものであったが、半導体装置1は、他の用途(鉄道、エアコン、エレベータ、冷蔵庫等)で使用されるインバータに使用されてもよい。更に、半導体装置1は、インバータ以外の装置、例えば、コンピューター用のMPU(Microprocessor Unit)や、無線通信機の送信部の電力増幅回路に使用される高周波パワーモジュールに使用されてもよい。これらは、上述の実施例2,3においても同様である。
For example, in the first embodiment described above, the
また、上述の実施例1では、ヒートスプレッダ20がIGBTのコレクタ電極と等電位になることから、コレクタ電極を取り出すための第2外部端子82をヒートスプレッダ20上にレーザ溶接で接合しているが、例えば、IGBTに代えてMOSFETからなる半導体チップ10Aを用いる場合には、ヒートスプレッダ20がMOSFETのドレイン電極と等電位になることから、ドレイン電極を取り出すための同様の第2外部端子82をヒートスプレッダ20上にレーザ溶接で接合すればよい。
In the first embodiment, since the
また、上述の実施例1では、絶縁樹脂部70を形成する樹脂よりも安価な樹脂(例えばシリコンゲル)によりヒートスプレッダ20の上面等が封止されうるが、このような封止は省略されてもよい。或いは、絶縁樹脂部70を形成する樹脂と同一の樹脂によりヒートスプレッダ20の上面等が封止されてもよい。これらは、上述の実施例2,3においても同様である。
In the first embodiment described above, the upper surface of the
また、上述した実施例1では、絶縁樹脂部70は、半導体チップ10A、10Bの上面の全体(接続導体12の接続部122が接合された領域を除く全体)を被覆しているが、半導体チップ10A、10Bのエッジ部分のみ、即ち半導体チップ10A、10Bの上面の外周部と側面のみを被覆する構成であってもよい。具体的には、図5に示したガードリング(エミッタ電極とコレクタ電極の間を絶縁するためのリング状の絶縁部位)のみ被覆する構成又はガードリング及びその周辺を被覆する構成であってもよい。但し、半導体チップ10A、10Bの上面への直接的なスパッタの衝突による物理的なダメージを防止するため、絶縁樹脂部70は半導体チップ10A、10Bの上面の全体を被覆することが望ましい。これらは、上述の実施例2,3においても同様である。
In the first embodiment described above, the insulating
1,2,3 半導体装置
10(10A,10B) 半導体チップ
12 接続端子
12a 溶接点
20,200 ヒートスプレッダ
20a 溶接点
22A,22B 凹部
30 絶縁層
40 ヒートシンク
42 フィン
50 半田
60 バスバーモジュール
70 絶縁樹脂部
80 第1外部端子
80a 溶接点
82 第2外部端子
82a 溶接点
84 支持体
121 上部
122 接続部
201 本体部
202 第2外部端子部
221 周壁
821 下部
822 上部
823 脚部
1, 2 and 3 Semiconductor device 10 (10A, 10B)
Claims (4)
前記ヒートスプレッダの凹部内に固着された半導体チップと、
前記半導体チップに固着された接続導体と、
前記接続導体の溶接部を露出させつつ、前記ヒートスプレッダの凹部内で前記半導体チップを被覆する絶縁樹脂部と、
前記接続導体の溶接部にレーザ溶接で接合された外部端子とを備えることを特徴とする、半導体装置。 A heat spreader having a recess;
A semiconductor chip fixed in the recess of the heat spreader;
A connection conductor fixed to the semiconductor chip;
An insulating resin portion that covers the semiconductor chip in the recess of the heat spreader while exposing the welded portion of the connection conductor;
An external terminal joined by laser welding to a welded portion of the connection conductor.
接続導体を前記半導体チップに固着する工程と、
前記接続導体の溶接予定部を露出させつつ前記半導体チップを被覆する態様で、前記ヒートスプレッダの凹部内に樹脂を充填する工程と、
前記接続導体の露出した溶接予定部に外部端子をレーザ溶接で接合する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 Fixing a semiconductor chip in the recess of the heat spreader including the recess;
Fixing the connection conductor to the semiconductor chip;
In the aspect of covering the semiconductor chip while exposing the planned welding portion of the connection conductor, filling the resin into the recess of the heat spreader;
And a step of joining an external terminal to the exposed welding portion of the connection conductor by laser welding.
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JP2019079905A (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-23 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
US11631641B2 (en) | 2018-10-05 | 2023-04-18 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device, semiconductor module, and vehicle |
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