JP2019192671A - Semiconductor device - Google Patents

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靖典 村上
Yasunori Murakami
靖典 村上
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文哉 向井
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Abstract

To suppress variations in electric characteristics of a temperature sense diode built into a semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device disclosed in the present specification comprises a semiconductor element including a temperature sense diode, a conductor plate arranged with the semiconductor element, and a sealing body integrally holding the semiconductor element and the conductor plate. In this semiconductor device, when viewed in a thickness direction of the sealing body, the semiconductor element is arranged so that a direction of current flowing in the temperature sense diode inclines to each side of a rectangular outer peripheral edge of the sealing body.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、温度センス用ダイオードを有する半導体素子と、半導体素子が配置された導体板と、半導体素子と導体板とを一体に保持する封止体とを備える。   Patent Document 1 discloses a semiconductor device. The semiconductor device includes a semiconductor element having a temperature sensing diode, a conductor plate on which the semiconductor element is disposed, and a sealing body that integrally holds the semiconductor element and the conductor plate.

特開2016−146428号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-146428

上記した半導体装置の封止体は、熱硬化性樹脂によって構成されており、金型を用いて成形される。熱硬化性樹脂は、高温で成形及び硬化されることから、その後の温度低下に伴って、成形後の封止体には熱収縮が生じる。このとき、封止体、導体板、半導体素子の間では、線膨張係数が互いに大きく異なることから、封止体の内部に配置された半導体素子には、比較的に大きな圧縮応力が作用する。通常、封止体は導体板に合わせて矩形の板形状を有するので、その内部に位置する半導体素子には、板形状の封止体に対して平行な方向に強く作用する。   The sealing body of the semiconductor device described above is made of a thermosetting resin and is molded using a mold. Since the thermosetting resin is molded and cured at a high temperature, thermal shrinkage occurs in the sealed body after the molding as the temperature decreases thereafter. At this time, since the linear expansion coefficients are greatly different among the sealing body, the conductor plate, and the semiconductor element, a relatively large compressive stress acts on the semiconductor element disposed inside the sealing body. Usually, since the sealing body has a rectangular plate shape in accordance with the conductor plate, the semiconductor element located inside thereof strongly acts in a direction parallel to the plate-shaped sealing body.

一般に、温度センス用ダイオードは、半導体素子の中心付近に位置しているため、封止体から半導体素子にかかる圧縮応力は、温度センス用ダイオードに強く作用する。温度センス用ダイオードに圧縮応力が作用すると、ピエゾ抵抗効果によって、温度センス用ダイオードの電気特性(例えば順方向電圧)に変化が生じる。ここで、温度センス用ダイオードの電気特性には、製造上の避けられないばらつき(個体差)が最初から存在している。このばらつきに上記した圧縮応力に起因する変化がさらに加わると、半導体装置に組み込まれた段階では、温度センス用ダイオードの電気特性のばらつきがさらに大きくなり得る。本明細書は、このような電気特性のばらつきを抑制し得る技術を提供する。   Generally, since the temperature sensing diode is located near the center of the semiconductor element, the compressive stress applied to the semiconductor element from the sealing body acts strongly on the temperature sensing diode. When compressive stress acts on the temperature sensing diode, a change occurs in the electrical characteristics (eg, forward voltage) of the temperature sensing diode due to the piezoresistive effect. Here, inevitable variations (individual differences) in manufacturing exist in the electrical characteristics of the temperature sensing diode from the beginning. When the variation due to the compressive stress described above is further added to this variation, the variation in the electrical characteristics of the temperature sensing diode can be further increased at the stage of incorporation into the semiconductor device. The present specification provides a technique capable of suppressing such variation in electrical characteristics.

本明細書が開示する半導体装置は、温度センス用ダイオードを有する半導体素子と、半導体素子が配置された導体板と、半導体素子と導体板とを一体に保持する封止体とを備える。この半導体装置では、封止体の厚み方向に沿って平面視したときに、温度センス用ダイオード内を流れる電流の向きが、封止体の矩形状の外周縁の各辺に対して傾くように、半導体素子が配置されている。   A semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor element having a temperature sensing diode, a conductor plate on which the semiconductor element is disposed, and a sealing body that integrally holds the semiconductor element and the conductor plate. In this semiconductor device, when viewed in plan along the thickness direction of the sealing body, the direction of the current flowing in the temperature sensing diode is inclined with respect to each side of the rectangular outer peripheral edge of the sealing body. A semiconductor element is arranged.

上述したように、温度センス用ダイオードに圧縮応力が作用すると、ピエゾ抵抗効果によって、温度センス用ダイオードの電気特性に変化が生じる。この電気特性に生じる変化の度合いは、圧縮応力の大きさだけでなく、圧縮応力が作用する向きによっても変化する。特に、温度センス用ダイオードに作用する圧縮応力の向きが、温度センス用ダイオード内を流れる電流の向きに対して垂直であると、温度センス用ダイオードの電気特性に生じる変化は大きくなる。また、封止体の形状は、例えば矩形の板状であって、例えば球形のような対称形ではないことから、封止体の内部で生じる圧縮応力には異方性があり、その大きさが方向に応じて変化する。   As described above, when compressive stress acts on the temperature sensing diode, the electrical characteristics of the temperature sensing diode change due to the piezoresistance effect. The degree of change in the electrical characteristics varies not only according to the magnitude of the compressive stress but also depending on the direction in which the compressive stress acts. In particular, when the direction of the compressive stress acting on the temperature sensing diode is perpendicular to the direction of the current flowing in the temperature sensing diode, a change that occurs in the electrical characteristics of the temperature sensing diode becomes large. Further, since the shape of the sealing body is, for example, a rectangular plate shape and not a symmetric shape such as a spherical shape, the compressive stress generated inside the sealing body has anisotropy, and its size Changes depending on the direction.

本明細書が開示する技術では、これらの関係性を組み合わせて用いることで、温度センス用ダイオードの電気特性のばらつきを抑制する。具体的には、温度センス用ダイオードの実際の電気特性に応じて、封止体内における温度センス用ダイオードの向きを個別に決定する。即ち、封止体内における温度センス用ダイオードの向きを変更すれば、温度センス用ダイオードに圧縮応力が強く作用する方向が変化するので、温度センス用ダイオードの電気特性に生じる変化を調整することができる。従って、温度センス用ダイオードの電気特性に既存する製造上の個体差に応じて、封止体内に配置する温度センス用ダイオードの向きを個別に決定すれば、圧縮応力に起因する電気特性の変化によって、既存する製造上の個体差を相殺することができる。その結果、本明細書が開示する半導体装置では、封止体の厚み方向に沿って平面視したときに、温度センス用ダイオード内を流れる電流の向きが、封止体の矩形状の外周縁の各辺に対して傾くように、半導体素子が配置され得る。   In the technology disclosed in this specification, variations in electrical characteristics of the temperature sensing diode are suppressed by using these relationships in combination. Specifically, the direction of the temperature sensing diode in the sealed body is individually determined according to the actual electrical characteristics of the temperature sensing diode. That is, if the direction of the temperature sensing diode in the sealing body is changed, the direction in which the compressive stress acts on the temperature sensing diode changes, so that the change that occurs in the electrical characteristics of the temperature sensing diode can be adjusted. . Therefore, if the orientation of the temperature sensing diode to be arranged in the sealed body is individually determined according to the existing individual differences in manufacturing of the electrical characteristics of the temperature sensing diode, the change in the electrical characteristics caused by the compressive stress The individual differences in manufacturing can be offset. As a result, in the semiconductor device disclosed in the present specification, when viewed in plan along the thickness direction of the sealing body, the direction of the current flowing in the temperature sensing diode is that of the rectangular outer peripheral edge of the sealing body. A semiconductor element may be arranged to be inclined with respect to each side.

実施例1の半導体装置10の内部構造を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the semiconductor device 10 according to the first embodiment. 図1のII−II線における断面図。Sectional drawing in the II-II line of FIG. 半導体装置10の製造方法のフローチャート。4 is a flowchart of a method for manufacturing the semiconductor device 10. 半導体装置10にかかる圧縮応力Fに対して、決定した温度センス用ダイオード20の実装角度θを基に半導体装置10を組み立てる工程を示す。A process of assembling the semiconductor device 10 based on the determined mounting angle θ of the temperature sensing diode 20 with respect to the compressive stress F applied to the semiconductor device 10 will be described. 温度センス用ダイオード20の順方向電圧の頻度分布を示す。The frequency distribution of the forward voltage of the temperature sensing diode 20 is shown. 温度センス用ダイオード20の順方向電圧のトリミング量ΔVに対する温度センス用ダイオード20の実装角度θを示す。The mounting angle θ of the temperature sensing diode 20 with respect to the trimming amount ΔV of the forward voltage of the temperature sensing diode 20 is shown. 温度センス用ダイオード20の実装角度θに対して生じる順方向電圧の変化の度合いを示す。The degree of change in forward voltage that occurs with respect to the mounting angle θ of the temperature sensing diode 20 is shown. 実施例2の半導体装置100の内部構造を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a semiconductor device 100 according to a second embodiment.

図1−図7を参照して、実施例1の半導体装置10及びその製造方法について説明する。図1に示すように、半導体装置10は、半導体素子12、導体スペーサ14、上側導体板16、下側導体板18及び封止体30を備える。半導体素子12は、封止体30の内部に封止されている。封止体30は、例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性の樹脂で構成されている。   With reference to FIGS. 1-7, the semiconductor device 10 of Example 1 and its manufacturing method are demonstrated. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 includes a semiconductor element 12, a conductor spacer 14, an upper conductor plate 16, a lower conductor plate 18, and a sealing body 30. The semiconductor element 12 is sealed inside the sealing body 30. The sealing body 30 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin.

半導体素子12は、エミッタ電極12aとコレクタ電極12bとを有する。エミッタ電極12aは半導体素子12の上面に位置しており、コレクタ電極12bは半導体素子12の下面に位置している。半導体素子12は、一例ではあるがIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子を採用することができる。但し、半導体素子12は、IGBT素子に特別に限定されず、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)素子などの他のパワー半導体素子であってもよい。半導体素子12は、例えばシリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、又は窒化ガリウム(GaN)といった各種の半導体材料を用いて構成されることができる。エミッタ電極12a及びコレクタ電極12bを構成する材料には、特に限定されないが、例えばアルミニウム系又はその他の金属を採用することができる。   The semiconductor element 12 has an emitter electrode 12a and a collector electrode 12b. The emitter electrode 12 a is located on the upper surface of the semiconductor element 12, and the collector electrode 12 b is located on the lower surface of the semiconductor element 12. As an example, the semiconductor element 12 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element. However, the semiconductor element 12 is not particularly limited to the IGBT element, and may be another power semiconductor element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) element. The semiconductor element 12 can be configured using various semiconductor materials such as silicon (Si), silicon carbide (SiC), or gallium nitride (GaN). The material constituting the emitter electrode 12a and the collector electrode 12b is not particularly limited, and for example, aluminum or other metals can be adopted.

導体スペーサ14は、例えば銅又はその他の金属といった導電性を有する材料を用いて構成されることができる。導体スペーサ14は、概して板形状あるいはブロック形状の部材であり、上面14aと、上面14aとは反対側に位置する下面14bとを有する。導体スペーサ14の下面14bは半導体素子12のエミッタ電極12aに、はんだ層34を介して接合されている。導体スペーサ14の上面14aは、後述する上側導体板16の下面16bに、はんだ層32を介して接合されている。これにより、導体スペーサ14は半導体素子12と電気的に接続されている。導体スペーサ14は、必ずしも必要とされないが、後述する複数の第1信号端子26及び複数の第2信号端子28を半導体素子12に接続する際のスペースを確保する。   The conductive spacer 14 can be configured using a conductive material such as copper or other metal. The conductor spacer 14 is a generally plate-shaped or block-shaped member, and has an upper surface 14a and a lower surface 14b located on the opposite side of the upper surface 14a. The lower surface 14 b of the conductor spacer 14 is joined to the emitter electrode 12 a of the semiconductor element 12 via the solder layer 34. An upper surface 14 a of the conductor spacer 14 is joined to a lower surface 16 b of the upper conductor plate 16 described later via a solder layer 32. Thereby, the conductor spacer 14 is electrically connected to the semiconductor element 12. The conductor spacer 14 is not necessarily required, but ensures a space for connecting a plurality of first signal terminals 26 and a plurality of second signal terminals 28 described later to the semiconductor element 12.

上側導体板16及び下側導体板18は、例えば銅又はその他の金属といった、導電性を有する材料を用いて構成されることができる。上側導体板16は、例えば、概して板形状あるいは直方体形状の部材であり、上面16aとその上面16aの反対側に位置する下面16bとを有する。前述したが、上側導体板16の下面16bは、導体スペーサ14の上面14aにはんだ層32を介して接合されている。これにより、上側導体板16は、導体スペーサ14と電気的に接続され、導体スペーサ14を介して半導体素子12と電気的に接続されている。本実施例においては、一例ではあるが、上側導体板16の上面16aは、封止体30の外部に露出している。   The upper conductor plate 16 and the lower conductor plate 18 can be configured using a conductive material such as copper or other metal. The upper conductor plate 16 is, for example, a generally plate-shaped or rectangular parallelepiped member, and has an upper surface 16a and a lower surface 16b positioned on the opposite side of the upper surface 16a. As described above, the lower surface 16 b of the upper conductor plate 16 is joined to the upper surface 14 a of the conductor spacer 14 via the solder layer 32. Thus, the upper conductor plate 16 is electrically connected to the conductor spacer 14 and is electrically connected to the semiconductor element 12 via the conductor spacer 14. In the present embodiment, although it is an example, the upper surface 16 a of the upper conductor plate 16 is exposed to the outside of the sealing body 30.

下側導体板18は、例えば、概して板形状あるいは直方体形状の部材であり、上面18aとその上面18aの反対側に位置する下面18bとを有する。下側導体板18の上面18aは、半導体素子12のコレクタ電極12bにはんだ層36を介して接合されている。これにより、下側導体板18は半導体素子12と電気的に接続されている。本実施例においては、一例ではあるが、下側導体板18の下面18bは、封止体30の外部に露出している。上側導体板16及び下側導体板18は、半導体素子12と熱的にも接続されており、半導体素子12で発生した熱を外部に放出する放熱板としても機能する。即ち、本実施例の半導体装置10は封止体30の両面に放熱板がそれぞれ露出する両面冷却構造を有する。但し、半導体装置10は両面冷却構造に限定されず、例えば、上側導体板16の上面16a、又は、下側導体板18の下面18bのいずれか一方の面が、封止体30の外部に露出している片面冷却構造を有していてもよい。   The lower conductor plate 18 is, for example, a generally plate-shaped or rectangular parallelepiped member, and has an upper surface 18a and a lower surface 18b located on the opposite side of the upper surface 18a. The upper surface 18 a of the lower conductor plate 18 is joined to the collector electrode 12 b of the semiconductor element 12 via the solder layer 36. Thereby, the lower conductor plate 18 is electrically connected to the semiconductor element 12. In this embodiment, although it is an example, the lower surface 18 b of the lower conductor plate 18 is exposed to the outside of the sealing body 30. The upper conductor plate 16 and the lower conductor plate 18 are also thermally connected to the semiconductor element 12 and function as a heat radiating plate that releases the heat generated in the semiconductor element 12 to the outside. That is, the semiconductor device 10 of this embodiment has a double-sided cooling structure in which the heat sink is exposed on both sides of the sealing body 30. However, the semiconductor device 10 is not limited to the double-sided cooling structure, and for example, one of the upper surface 16 a of the upper conductor plate 16 and the lower surface 18 b of the lower conductor plate 18 is exposed to the outside of the sealing body 30. It may have a single-sided cooling structure.

図2に示すように、半導体装置10は、複数の第1信号端子26と複数の第2信号端子28とを備える。複数の第1信号端子26と複数の第2信号端子28とは、封止体30の外部から内部に亘って延びており、封止体30の内部で半導体素子12に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the semiconductor device 10 includes a plurality of first signal terminals 26 and a plurality of second signal terminals 28. The plurality of first signal terminals 26 and the plurality of second signal terminals 28 extend from the outside to the inside of the sealing body 30 and are electrically connected to the semiconductor element 12 inside the sealing body 30. Yes.

半導体装置10の半導体素子12は、温度センス用ダイオード20をさらに有する。温度センス用ダイオード20は、半導体素子12の上面の中心付近に位置している。加えて、半導体装置10は、封止体30の厚み方向に沿って平面視したときに、温度センス用ダイオード20内を流れる電流の向きが封止体30の矩形状の外周縁の各辺に対して傾くように、半導体素子12が配置されている。温度センス用ダイオード20は、例えばポリシリコンで構成されている。温度センス用ダイオード20は、p型半導体層20pとn型半導体層20nとを有する。温度センス用ダイオード20は、p型半導体層20p上にアノード電極20aを有し、n型半導体層20n上にカソード電極20cを有している。温度センス用ダイオード20のアノード電極20a及びカソード電極20cは、例えばアルミニウムやポリシリコン等で構成されている。   The semiconductor element 12 of the semiconductor device 10 further includes a temperature sensing diode 20. The temperature sensing diode 20 is located near the center of the upper surface of the semiconductor element 12. In addition, in the semiconductor device 10, when viewed in plan along the thickness direction of the sealing body 30, the direction of the current flowing in the temperature sensing diode 20 is on each side of the rectangular outer periphery of the sealing body 30. The semiconductor element 12 is disposed so as to be inclined with respect to the semiconductor element 12. The temperature sensing diode 20 is made of polysilicon, for example. The temperature sensing diode 20 includes a p-type semiconductor layer 20p and an n-type semiconductor layer 20n. The temperature sensing diode 20 has an anode electrode 20a on the p-type semiconductor layer 20p and a cathode electrode 20c on the n-type semiconductor layer 20n. The anode electrode 20a and the cathode electrode 20c of the temperature sensing diode 20 are made of, for example, aluminum or polysilicon.

半導体装置10の半導体素子12は、p型用信号パッド22及びn型用信号パッド24をさらに備える。p型用信号パッド22及びn型用信号パッド24を構成する材料には、特に限定されないが、例えばアルミニウム系又はその他の金属が採用されている。p型用信号パッド22は、複数の第1信号端子26にボンディングワイヤ27を用いて接続されている。n型用信号パッド24は、複数の第2信号端子28にボンディングワイヤ29を用いて接続されている。   The semiconductor element 12 of the semiconductor device 10 further includes a p-type signal pad 22 and an n-type signal pad 24. The material constituting the p-type signal pad 22 and the n-type signal pad 24 is not particularly limited. For example, an aluminum-based or other metal is used. The p-type signal pad 22 is connected to a plurality of first signal terminals 26 using bonding wires 27. The n-type signal pad 24 is connected to the plurality of second signal terminals 28 using bonding wires 29.

温度センス用ダイオード20は、p型半導体層20pからn型半導体層20nへ定電流が流れると、順方向電圧を発生する。この順方向電圧は、温度に対して強い相関があり、温度センス用ダイオード20の温度が上昇すると、順方向電圧は低下する。上述したように、温度センス用ダイオード20は、半導体素子12の上面の中心付近に位置する。そのため、温度センス用ダイオード20の温度は、半導体素子12の温度と略一致する。これにより、温度センス用ダイオード20を用いて、半導体素子12の温度を検出することができる。   The temperature sensing diode 20 generates a forward voltage when a constant current flows from the p-type semiconductor layer 20p to the n-type semiconductor layer 20n. This forward voltage has a strong correlation with temperature, and the forward voltage decreases as the temperature of the temperature sensing diode 20 increases. As described above, the temperature sensing diode 20 is located near the center of the upper surface of the semiconductor element 12. Therefore, the temperature of the temperature sensing diode 20 substantially matches the temperature of the semiconductor element 12. Thereby, the temperature of the semiconductor element 12 can be detected using the temperature sensing diode 20.

本実施例の半導体装置10の封止体30は、熱硬化性樹脂によって構成されており、金型を用いて成形される。熱硬化性樹脂は、高温で成形及び硬化されることから、その後の温度低下に伴って、成形後の封止体30には熱収縮が生じる。このとき、封止体30、導体板16、18、半導体素子12の間では、線膨張係数が互いに大きく異なることから、封止体30の内部に配置された半導体素子12には、比較的に大きな圧縮応力が作用する。封止体30は導体板16、18に合わせて矩形の板形状を有するので、その内部に位置する半導体素子12には、板形状の封止体30に対して平行な方向に強く作用する。   The sealing body 30 of the semiconductor device 10 according to the present embodiment is made of a thermosetting resin and is molded using a mold. Since the thermosetting resin is molded and cured at a high temperature, thermal shrinkage occurs in the molded body 30 after the molding as the temperature decreases thereafter. At this time, the linear expansion coefficients are greatly different between the sealing body 30, the conductor plates 16 and 18, and the semiconductor element 12, so that the semiconductor element 12 disposed inside the sealing body 30 is relatively A large compressive stress acts. Since the sealing body 30 has a rectangular plate shape in accordance with the conductor plates 16 and 18, the semiconductor element 12 located inside thereof strongly acts in a direction parallel to the plate-shaped sealing body 30.

上記したように温度センス用ダイオード20は、半導体素子12の中心付近に位置しているため、封止体30から半導体素子12にかかる圧縮応力は、温度センス用ダイオード20に強く作用する。温度センス用ダイオード20に圧縮応力が作用すると、ピエゾ抵抗効果によって、温度センス用ダイオード20の電気特性(例えば順方向電圧)に変化が生じる。ここで、温度センス用ダイオード20の電気特性には、製造上の避けられないばらつき(個体差)が最初から存在している。このばらつきに上記した圧縮応力に起因する変化がさらに加わると、半導体装置10に組み込まれた段階では、温度センス用ダイオード20の電気特性のばらつきがさらに大きくなり得る。   As described above, since the temperature sensing diode 20 is located near the center of the semiconductor element 12, the compressive stress applied to the semiconductor element 12 from the sealing body 30 acts strongly on the temperature sensing diode 20. When compressive stress acts on the temperature sensing diode 20, a change occurs in the electrical characteristics (eg, forward voltage) of the temperature sensing diode 20 due to the piezoresistive effect. Here, in the electrical characteristics of the temperature sensing diode 20, inevitable variations in manufacturing (individual differences) exist from the beginning. If the variation due to the compressive stress described above is further added to this variation, the variation in the electrical characteristics of the temperature sensing diode 20 can be further increased at the stage of incorporation into the semiconductor device 10.

上述したように、温度センス用ダイオード20に圧縮応力が作用すると、ピエゾ抵抗効果によって、温度センス用ダイオード20の電気特性に変化が生じる。この電気特性に生じる変化の度合いは、圧縮応力の大きさだけでなく、圧縮応力が作用する向きによっても変化する。特に、温度センス用ダイオード20に作用する圧縮応力の向きが、温度センス用ダイオード20内を流れる電流の向きに対して垂直であると、温度センス用ダイオード20の電気特性に生じる変化は大きくなる。また、封止体30の形状は、例えば矩形の板状であって、例えば球形のような対称形ではないことから、封止体30の内部で生じる圧縮応力には異方性があり、その大きさが方向に応じて変化する。   As described above, when compressive stress acts on the temperature sensing diode 20, the electrical characteristics of the temperature sensing diode 20 change due to the piezoresistance effect. The degree of change in the electrical characteristics varies not only according to the magnitude of the compressive stress but also depending on the direction in which the compressive stress acts. In particular, when the direction of the compressive stress acting on the temperature sensing diode 20 is perpendicular to the direction of the current flowing through the temperature sensing diode 20, a change that occurs in the electrical characteristics of the temperature sensing diode 20 becomes large. Moreover, since the shape of the sealing body 30 is, for example, a rectangular plate, and not a symmetric shape such as a spherical shape, the compressive stress generated inside the sealing body 30 has anisotropy. The size changes depending on the direction.

本実施例の半導体装置10では、これらの関係性を組み合わせて用いることで、温度センス用ダイオード20の電気特性のばらつきが抑制されている。具体的には、温度センス用ダイオード20の実際の電気特性に応じて、封止体30内における温度センス用ダイオード20の向きが個別に決定されている。即ち、封止体30内における温度センス用ダイオード20の向きを変更すれば、温度センス用ダイオード20に圧縮応力が強く作用する方向が変化するので、温度センス用ダイオード20の電気特性に生じる変化を調整することができる。従って、温度センス用ダイオード20の電気特性に既存する製造上の個体差に応じて、封止体30内に配置する温度センス用ダイオード20の向きを個別に決定すれば、圧縮応力に起因する電気特性の変化によって、既存する製造上の個体差を相殺することができる。その結果、本実施例の半導体装置10では、封止体30の厚み方向に沿って平面視したときに、温度センス用ダイオード20内を流れる電流の向きが、封止体30の矩形状の外周縁の各辺に対して傾くように、半導体素子12が配置されることを特徴としている。   In the semiconductor device 10 of the present embodiment, variations in electrical characteristics of the temperature sensing diode 20 are suppressed by using these relationships in combination. Specifically, the orientation of the temperature sensing diode 20 in the sealing body 30 is individually determined according to the actual electrical characteristics of the temperature sensing diode 20. That is, if the direction of the temperature sensing diode 20 in the sealing body 30 is changed, the direction in which the compressive stress is strongly applied to the temperature sensing diode 20 changes. Can be adjusted. Therefore, if the orientation of the temperature sensing diode 20 disposed in the sealing body 30 is individually determined according to the existing individual differences in manufacturing of the electrical characteristics of the temperature sensing diode 20, the electricity caused by the compressive stress is generated. Due to the change in characteristics, existing individual differences in manufacturing can be offset. As a result, in the semiconductor device 10 according to the present embodiment, the direction of the current flowing in the temperature sensing diode 20 is outside the rectangular shape of the sealing body 30 when viewed in plan along the thickness direction of the sealing body 30. The semiconductor element 12 is arranged so as to be inclined with respect to each side of the periphery.

次いで、図3−図7を参照して、実施例1の半導体装置10の製造方法を説明する。但し、ここでは特に、図4に示すような温度センス用ダイオード20の実装角度θを決定するための一連の工程について説明する。ここで、温度センス用ダイオード20を後工程で形成される封止体30の長手方向に対して平行に配置する場合を基準位置とし、温度センス用ダイオード20の中心を基点に基準位置から回転方向に回転させた角度を実装角度θと称する。他の構成要素を形成する工程については、公知である各種の手法を適宜用いて形成することができる。ここで、一例ではあるが、使用した温度センス用ダイオード20は、下記の性質を有するものを用いる。半導体装置10に組み込まれる段階において、温度センス用ダイオード20の順方向電圧の分布xは、例えば−30mV変位し分布yへシフトする(即ち、オフセット値VOFFSET=30)。且つ、半導体装置10に組み込まれる段階において、温度センス用ダイオード20の順方向電圧の分布xは、例えば±10mVから±15mVの分布yへと変位する(図5参照)。但し、ここでいう順方向電圧は、温度センス用ダイオード20における電気特性の一例である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. However, here, in particular, a series of steps for determining the mounting angle θ of the temperature sensing diode 20 as shown in FIG. 4 will be described. Here, the case where the temperature sensing diode 20 is arranged in parallel to the longitudinal direction of the sealing body 30 formed in a later process is defined as a reference position, and the rotation direction from the reference position with the center of the temperature sensing diode 20 as a base point. The angle rotated in this way is called the mounting angle θ. About the process of forming another component, it can form using various well-known methods suitably. Here, as an example, the used temperature sensing diode 20 has the following properties. At the stage of incorporation into the semiconductor device 10, the forward voltage distribution x of the temperature sensing diode 20 is displaced by, for example, −30 mV and shifted to the distribution y (ie, the offset value V OFFSET = 30). Further, at the stage of being incorporated in the semiconductor device 10, the forward voltage distribution x of the temperature sensing diode 20 is displaced from ± 10 mV to ± 15 mV, for example (see FIG. 5). However, the forward voltage referred to here is an example of electrical characteristics in the temperature sensing diode 20.

先ず、ステップS12では、各温度センス用ダイオード20の順方向電圧を測定する。上記した通り、温度センス用ダイオード20の順方向電圧には、製造上の避けられないばらつき(個体差)が存在している。そのため、温度センス用ダイオード20の実装角度θを決定するにためには、この温度センス用ダイオード20の順方向電圧のばらつきを予め把握する必要がある。ここで、測定された複数の温度センス用ダイオード20の順方向電圧の分布xが1350±10mVとしたとき、半導体装置10に組み込まれる段階において、分布xが分布yに変位し、その分布yは1320+15mVになると推定される。   First, in step S12, the forward voltage of each temperature sensing diode 20 is measured. As described above, the forward voltage of the temperature sensing diode 20 has inevitable manufacturing variations (individual differences). Therefore, in order to determine the mounting angle θ of the temperature sensing diode 20, it is necessary to grasp in advance the variation in the forward voltage of the temperature sensing diode 20. Here, when the measured forward voltage distribution x of the plurality of temperature sensing diodes 20 is 1350 ± 10 mV, the distribution x is displaced to the distribution y at the stage of being incorporated in the semiconductor device 10, and the distribution y is It is estimated to be 1320 + 15 mV.

次いで、ステップS14では、各温度センス用ダイオード20のトリミング量ΔVの算出をする。ここで、トリミングとは半導体装置10に組み込まれる段階において、推定される分布yを所望する分布z(順方向電圧の理想値)に調整する(即ち、順方向電圧のばらつきを低減させる)ことを指す。先ず、トリミングで調整する理想値(分布zの平均値)を設定する。順方向電圧の理想値は、下記の式で決定される。
理想値=分布yの平均値+オフセット値VOFFSET/2
本実施例の場合、理想値=1320(mV)+30(mV)/2=1335(mV)となる。次いで、トリミング量ΔVは、次式で算出される。
トリミング量ΔV=理想値−(各測定値−オフセット値VOFFSET
仮に、先のステップS12で測定したある温度センス用ダイオード20の順方向電圧が1345mVであったとすると、トリミング量ΔV=1335−(1345−30)=20(mV)と算出される。
Next, in step S14, the trimming amount ΔV of each temperature sensing diode 20 is calculated. Here, trimming refers to adjusting the estimated distribution y to a desired distribution z (an ideal value of the forward voltage) (that is, reducing variations in the forward voltage) at the stage of incorporation into the semiconductor device 10. Point to. First, an ideal value (average value of distribution z) to be adjusted by trimming is set. The ideal value of the forward voltage is determined by the following equation.
Ideal value = average value of distribution y + offset value V OFFSET / 2
In this embodiment, the ideal value = 1320 (mV) +30 (mV) / 2 = 1335 (mV). Next, the trimming amount ΔV is calculated by the following equation.
Trimming amount ΔV = ideal value− (each measured value−offset value V OFFSET )
If the forward voltage of the temperature sensing diode 20 measured in the previous step S12 is 1345 mV, the trimming amount ΔV = 1335− (1345-30) = 20 (mV) is calculated.

次いでステップS16では、温度センス用ダイオードの実装角度θを決定する。実装角度θは、図6を参照して、上記で求めたトリミング量ΔVから求めることができる。従って、本実施例では、トリミング量ΔVが20mVであることから、温度センス用ダイオード20の実装角度θは、20°と決定される。   Next, in step S16, the mounting angle θ of the temperature sensing diode is determined. The mounting angle θ can be obtained from the trimming amount ΔV obtained above with reference to FIG. Therefore, in this embodiment, since the trimming amount ΔV is 20 mV, the mounting angle θ of the temperature sensing diode 20 is determined to be 20 °.

図4に示すように、ステップS18では、決定された実装角度θを基に半導体装置10の組み立てを行う。封止体30の形状は、例えば矩形の板状であって、例えば球形のような対称形ではない。そのため、封止体30の内部で生じる圧縮応力には異方性があり、その大きさが方向に応じて変化する。特に本実施例では、封止体30の外周縁の長手方向の各辺において大きな圧縮応力Fが生じる。このような場合であっても、後工程で形成される封止体30内における温度センス用ダイオード20の向き(実装角度θ)を変更することで、温度センス用ダイオード20に圧縮応力Fが強く作用する方向が変化することを利用し、温度センス用ダイオード20の順方向電圧に生じる変化を調整することができる(図7参照)。従って、温度センス用ダイオード20の順方向電圧に既存する製造上の個体差に応じて、封止体30内に配置する温度センス用ダイオード20の向き(実装角度θ)を個別に決定すれば、圧縮応力Fに起因する順方向電圧の変化によって、既存する製造上の個体差を相殺することができる。即ち、半導体装置10に組み込まれた温度センス用ダイオード20の順方向電圧のばらつきを抑制させることができる。   As shown in FIG. 4, in step S18, the semiconductor device 10 is assembled based on the determined mounting angle θ. The shape of the sealing body 30 is, for example, a rectangular plate shape, and is not a symmetric shape such as a spherical shape. Therefore, the compressive stress generated inside the sealing body 30 has anisotropy, and its magnitude changes depending on the direction. In particular, in this embodiment, a large compressive stress F is generated at each side in the longitudinal direction of the outer peripheral edge of the sealing body 30. Even in such a case, the compressive stress F is strongly applied to the temperature sensing diode 20 by changing the direction (mounting angle θ) of the temperature sensing diode 20 in the sealing body 30 formed in a later process. A change occurring in the forward voltage of the temperature sensing diode 20 can be adjusted using the fact that the acting direction changes (see FIG. 7). Therefore, if the direction (mounting angle θ) of the temperature sensing diode 20 disposed in the sealing body 30 is individually determined in accordance with the existing individual manufacturing difference in the forward voltage of the temperature sensing diode 20, Due to the change in the forward voltage caused by the compressive stress F, existing individual manufacturing differences can be offset. In other words, variations in the forward voltage of the temperature sensing diode 20 incorporated in the semiconductor device 10 can be suppressed.

本実施例の半導体装置10は、温度センス用ダイオード20が半導体素子12上に固定されている。そのため、決定された実装角度θに合わせて温度センス用ダイオード20を配置するために、半導体素子12の実装する向きを変更する。その結果、半導体素子12の矩形状の外周縁の各辺は、封止体30の矩形状の外周縁の各辺に対して傾いている。但し、これらの位置構成は、本実施例の構成に限定されない。封止体30の厚み方向に沿って平面視したときに、温度センス用ダイオード20内を流れる電流の向きが、封止体30の矩形状の外周縁の各辺に対して傾くように、半導体素子12が配置されていればよい。例えば、封止体30と半導体素子12とが一体に固定されており、決定された実装角度θに合わせて温度センス用ダイオード20が単体で回転され、封止体30に対して傾いていてもよい。   In the semiconductor device 10 of this embodiment, the temperature sensing diode 20 is fixed on the semiconductor element 12. Therefore, the mounting direction of the semiconductor element 12 is changed in order to arrange the temperature sensing diode 20 in accordance with the determined mounting angle θ. As a result, each side of the rectangular outer periphery of the semiconductor element 12 is inclined with respect to each side of the rectangular outer periphery of the sealing body 30. However, these positional configurations are not limited to the configurations of the present embodiment. When viewed in plan along the thickness direction of the sealing body 30, the direction of the current flowing in the temperature sensing diode 20 is inclined with respect to each side of the rectangular outer peripheral edge of the sealing body 30. It is only necessary that the element 12 is arranged. For example, even if the sealing body 30 and the semiconductor element 12 are fixed integrally, and the temperature sensing diode 20 is rotated alone according to the determined mounting angle θ and tilted with respect to the sealing body 30. Good.

図8を参照して、実施例2の半導体装置100について説明する。半導体装置100は、半導体素子112が複数のp型用信号パッド122及び複数のn型用信号パッド124を有しており、この点において、実施例1の半導体装置10とは異なっている。従って、ここでは複数のp型用信号パッド122及びn型用信号パッド124に関連する構成についてのみ説明する。実施例2における他の構成については、実施例1に準ずるものとして、説明を省略する。   With reference to FIG. 8, the semiconductor device 100 of Example 2 is demonstrated. The semiconductor device 100 is different from the semiconductor device 10 of the first embodiment in that the semiconductor element 112 includes a plurality of p-type signal pads 122 and a plurality of n-type signal pads 124. Therefore, only the configuration related to the plurality of p-type signal pads 122 and n-type signal pads 124 will be described here. Other configurations in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted.

上記したが、本実施例の半導体装置100において、半導体素子112は複数のp型用信号パッド122及び複数のn型用信号パッド124を有している。複数のp型用信号パッド122及び複数のn型用信号パッド124を構成する材料には、特に限定されないが、例えばアルミニウム系又はその他の金属が採用されている。複数のp型用信号パッド122は、温度センス用ダイオード20を中心として、円弧上に配置されている。複数のn型用信号パッド124も、温度センス用ダイオード20を中心として、円弧上に配置されている。実施例1と同様に、p型用信号パッド122は、複数の第1信号端子26に接続されており、n型用信号パッド124は、複数の第2信号端子28に接続されている。上記した構成によると、半導体素子112を様々な向きで配置した場合でも、各々の信号端子26、28を比較的に近い位置にあるp型用信号パッド122又はn型用信号パッド124に接続することができる。これにより、ワイヤボンディングの大幅な調整や変更を必要とすることなく、温度センス用ダイオード20の実装角度を変更することができる。   As described above, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the semiconductor element 112 has a plurality of p-type signal pads 122 and a plurality of n-type signal pads 124. The material constituting the plurality of p-type signal pads 122 and the plurality of n-type signal pads 124 is not particularly limited. For example, aluminum-based or other metals are employed. The plurality of p-type signal pads 122 are arranged on an arc with the temperature sensing diode 20 as the center. The plurality of n-type signal pads 124 are also arranged on an arc around the temperature sensing diode 20. As in the first embodiment, the p-type signal pad 122 is connected to the plurality of first signal terminals 26, and the n-type signal pad 124 is connected to the plurality of second signal terminals 28. According to the configuration described above, even when the semiconductor element 112 is arranged in various orientations, the signal terminals 26 and 28 are connected to the p-type signal pad 122 or the n-type signal pad 124 located relatively close to each other. be able to. Thereby, the mounting angle of the temperature sensing diode 20 can be changed without requiring significant adjustment or change of wire bonding.

複数のp型用信号パッド122及び複数のn型用信号パッド124が配置される円弧の寸法(半径や中心角)は特に限定されず、複数のp型用信号パッド122及び複数のn型用信号パッド124が同心円上に配置されていてもよい。   The dimensions (radius and center angle) of the arc in which the plurality of p-type signal pads 122 and the plurality of n-type signal pads 124 are arranged are not particularly limited, and the plurality of p-type signal pads 122 and the plurality of n-type signals are used. The signal pads 124 may be arranged on concentric circles.

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。   Several specific examples have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations.

10、100:半導体装置
12、112:半導体素子
12a:エミッタ電極
12b:コレクタ電極
14:導体スペーサ
16:上側導体板
18:下側導体板
20:温度センス用ダイオード
20a:アノード電極
20c:カソード電極
20n:n型半導体層
20p:p型半導体層
22、122:p型用信号パッド
24、124:n型用信号パッド
26:第1信号端子
27、29:ボンディングワイヤ
28:第2信号端子
30:封止体
32、34、36:はんだ層
F:圧縮応力
x:温度センス用ダイオードの順方向電圧の測定分布
y:半導体装置に組み込まれた温度センス用ダイオードの順方向電圧の推定分布
z:半導体装置に組み込まれた温度センス用ダイオードの順方向電圧の理想分布
ΔV:トリミング量
θ:温度センス用ダイオードの実装角度
10, 100: Semiconductor device 12, 112: Semiconductor element 12a: Emitter electrode 12b: Collector electrode 14: Conductor spacer 16: Upper conductor plate 18: Lower conductor plate 20: Temperature sensing diode 20a: Anode electrode 20c: Cathode electrode 20n : N-type semiconductor layer 20p: p-type semiconductor layer 22, 122: p-type signal pad 24, 124: n-type signal pad 26: first signal terminal 27, 29: bonding wire 28: second signal terminal 30: sealed Stop body 32, 34, 36: Solder layer F: Compressive stress x: Measurement distribution of forward voltage of temperature sensing diode y: Estimated distribution of forward voltage of temperature sensing diode incorporated in semiconductor device z: Semiconductor device Ideal distribution of forward voltage ΔV: trimming amount θ: mounting angle of temperature sensing diode

Claims (1)

温度センス用ダイオードを有する半導体素子と、
前記半導体素子が配置された導体板と、
前記半導体素子と前記導体板とを一体に保持する封止体と、
を備え、
前記封止体の厚み方向に沿って平面視したときに、前記温度センス用ダイオード内を流れる電流の向きが、前記封止体の矩形状の外周縁の各辺に対して傾くように、前記半導体素子が配置されている、
半導体装置。
A semiconductor element having a temperature sensing diode;
A conductor plate on which the semiconductor element is disposed;
A sealing body that integrally holds the semiconductor element and the conductor plate;
With
When viewed in plan along the thickness direction of the sealing body, the direction of the current flowing in the temperature sensing diode is inclined with respect to each side of the rectangular outer peripheral edge of the sealing body. Semiconductor elements are arranged,
Semiconductor device.
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