JP2020096085A - Semiconductor device - Google Patents

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雄也 長村
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Abstract

To suppress transmission of heat of a semiconductor element to an external device through a signal terminal.SOLUTION: A semiconductor device disclosed herein comprises: a semiconductor element having a main electrode and a signal pad; a sealed body serving to seal the semiconductor element; a conductor member which is connected to the main electrode of the semiconductor element inside the sealed body and is exposed from a surface of the sealed body; a signal terminal having one end bonded to the signal pad of the semiconductor element through a bonding layer inside the sealed body and the other end protruding from the sealed body; and a support member which is provided on the conductor member inside the sealed body for supporting the signal terminal. In the signal terminal, a pinched-in portion is provided, where the signal terminal locally decreases in a cross section along its longitudinal direction. The support member is put in contact with the signal terminal in a range from the one end of the signal terminal to the pinched-in portion. A material that constitutes the support member has an insulating property and a thermal conductivity which is higher than that of a material constituting the sealed body.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The technique 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、リード端子と半導体素子とを備え、リード端子が半導体素子の電極に接合層を介して接合されている。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device. This semiconductor device includes a lead terminal and a semiconductor element, and the lead terminal is bonded to an electrode of the semiconductor element via a bonding layer.

特開平１１−０４０７２８号公報JP-A-11-040728

上記した半導体装置のように、信号端子と半導体素子の信号パッドとの間が接合層を介して接合されていると、例えばボンディングワイヤを介して接続される場合と比較して、半導体素子から信号端子への熱伝達経路が広くて短くなるので（即ち、ボンディングワイヤは細くて長い）、半導体装置の使用に伴って生じる半導体素子の発熱が信号端子に伝達され易い。従って、信号端子が接続される外部装置にもその熱が伝達され易くなり、外部装置に熱による影響を与えるおそれがある。本明細書では、信号端子が半導体素子の信号パッドに接合層を介して接合されている半導体装置において、半導体素子の熱が信号端子を介して外部装置に伝達されることを抑制する技術を提供する。 When the signal terminal and the signal pad of the semiconductor element are bonded via the bonding layer as in the semiconductor device described above, the signal from the semiconductor element is compared to the case where the signal terminal is connected via the bonding wire, for example. Since the heat transfer path to the terminal is wide and short (that is, the bonding wire is thin and long), heat generated by the semiconductor element due to the use of the semiconductor device is easily transferred to the signal terminal. Therefore, the heat is easily transmitted to the external device to which the signal terminal is connected, and the external device may be affected by the heat. In the present specification, in a semiconductor device in which a signal terminal is bonded to a signal pad of a semiconductor element via a bonding layer, a technique of suppressing heat of the semiconductor element from being transferred to an external device via the signal terminal is provided. To do.

本明細書が開示する半導体装置は、主電極と信号パッドとを有する半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、封止体の内部で半導体素子の主電極に接続されているとともに、封止体の表面において露出された導体部材と、その一端が封止体の内部で半導体素子の信号パッドに接合層を介して接合されているとともに、その他端が封止体から突出する信号端子と、封止体の内部で導体部材上に設けられているとともに、信号端子を支持する支持部材とを備える。信号端子には、その長手方向に沿って断面積が局所的に減少するくびれ部が設けられている。支持部材は、信号端子の一端からくびれ部までの区間に接触している。支持部材を構成する材料は、絶縁性を有するとともに、封止体を構成する材料よりも熱伝導率が高い。 A semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor element having a main electrode and a signal pad, a sealing body that seals the semiconductor element, and a main electrode of the semiconductor element inside the sealing body. , A signal which is exposed on the surface of the sealing body and one end of which is bonded to the signal pad of the semiconductor element inside the sealing body through a bonding layer and the other end of which is projected from the sealing body. A terminal and a support member provided on the conductor member inside the sealing body and supporting the signal terminal are provided. The signal terminal is provided with a constricted portion whose cross-sectional area is locally reduced along the longitudinal direction. The support member is in contact with a section from one end of the signal terminal to the constricted portion. The material forming the support member has an insulating property and has a higher thermal conductivity than the material forming the sealing body.

上記した半導体装置の信号端子には、その長手方向に沿って断面積が局所的に減少するくびれ部が設けられている。さらに、半導体装置は、絶縁性を有する支持部材も備える。支持部材は、導体部材上に設けられており、且つ、信号端子を支持することによって、くびれ部が設けられた信号端子の変形を抑制する。加えて、この支持部材は、封止体を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料を用いて構成されている。これにより、支持部材は、導体部材と信号端子との間を熱的に接続するバイパス経路としても機能する。特に、支持部材は、信号端子の一端からくびれ部までの区間に接触しており、信号端子の比較的に温度が高まっている当該区間から、封止体の表面に露出する導体部材へと効率的に熱を伝えることができる。これにより、半導体素子の熱が信号端子を介して外部装置に伝達されることが効果的に抑制される。 The signal terminal of the above-mentioned semiconductor device is provided with a constricted portion whose cross-sectional area is locally reduced along the longitudinal direction. Further, the semiconductor device also includes a supporting member having an insulating property. The support member is provided on the conductor member, and supports the signal terminal to suppress deformation of the signal terminal provided with the constricted portion. In addition, this support member is made of a material having a higher thermal conductivity than the material of which the sealing body is made. Accordingly, the support member also functions as a bypass path that thermally connects the conductor member and the signal terminal. In particular, the support member is in contact with the section from one end of the signal terminal to the constriction, and the section where the temperature of the signal terminal is relatively high increases from the section to the conductor member exposed on the surface of the sealing body. Can transfer heat. This effectively suppresses the heat of the semiconductor element from being transferred to the external device via the signal terminal.

実施例の半導体装置１０を示す上面図。The top view which shows the semiconductor device 10 of an Example. 半導体装置１０の内部構造を示す上面図。FIG. 3 is a top view showing the internal structure of the semiconductor device 10. 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。Sectional drawing in the III-III line of FIG. リードフレーム２を用意する工程を示す下面側斜視図。FIG. 6 is a bottom perspective view showing a step of preparing the lead frame 2. リードフレーム２に支持部材１８を設ける工程を示す下面側斜視図。FIG. 6 is a bottom perspective view showing a step of providing the support member 18 on the lead frame 2. 上側ヒートシンク２２、４２を用意する工程を示す下面側斜視図。The lower surface side perspective view showing the process of preparing upper heat sinks 22 and 42. 上側ヒートシンク２２、４２をリードフレーム２に接続する工程を示す下面側斜視図。The lower surface side perspective view showing the process of connecting upper heat sinks 22 and 42 to lead frame 2. 第１リフロー工程を示す下面側斜視図。The lower surface side perspective view showing the 1st reflow process. 下側ヒートシンク２４、４４を用意する工程を示す下面側斜視図。The lower surface side perspective view showing the process of preparing lower heat sinks 24 and 44. 第２リフロー工程を示す下面側斜視図。The lower surface side perspective view which shows the 2nd reflow process. 封止体５０を成形する工程を示す下面側斜視図。The lower surface side perspective view showing the process of forming sealing body 50.

図面を参照して、実施例の半導体装置１０とその製造方法について説明する。図１−図３に示すように、半導体装置１０は、第１半導体素子２０、第２半導体素子４０、複数の外部接続端子１２、１３、１４、１５、１６及び封止体５０を備える。第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０は、封止体５０内で封止されている。封止体５０は、絶縁性を有する材料で構成されている。特に限定されないが、封止体５０を構成する材料は、エポキシ樹脂といった熱硬化性の樹脂材料であってもよい。各々の外部接続端子は封止体５０の外部から内部に亘って延びており、封止体５０の内部で、第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０の少なくとも一方に電気的に接続されている。一例ではあるが、複数の外部接続端子１２、１３、１４、１５、１６には、信号用である複数の第１信号端子１２及び複数の第２信号端子１３と、電力用であるＯ端子１４、Ｐ端子１５及びＮ端子１６が含まれる。 A semiconductor device 10 according to an embodiment and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor device 10 includes a first semiconductor element 20, a second semiconductor element 40, a plurality of external connection terminals 12, 13, 14, 15, 16 and a sealing body 50. The first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 are sealed in the sealing body 50. The sealing body 50 is made of an insulating material. Although not particularly limited, the material forming the sealing body 50 may be a thermosetting resin material such as an epoxy resin. Each external connection terminal extends from the outside to the inside of the sealing body 50, and is electrically connected to at least one of the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 inside the sealing body 50. There is. As an example, the plurality of external connection terminals 12, 13, 14, 15, 16 include a plurality of first signal terminals 12 and a plurality of second signal terminals 13 for signals and an O terminal 14 for power. , P terminal 15 and N terminal 16 are included.

第１半導体素子２０は、主電極である上面電極２０ａ及び下面電極２０ｂと、複数の信号パッド２０ｃとを有する。上面電極２０ａ及び信号パッド２０ｃは第１半導体素子２０の上面に位置しており、下面電極２０ｂは第１半導体素子２０の下面に位置している。同様に、第２半導体素子４０は、主電極である上面電極４０ａ及び下面電極４０ｂ（図８参照）と、複数の信号パッド４０ｃとを有する。上面電極４０ａ及び信号パッド４０ｃは第２半導体素子４０の上面に位置しており、下面電極４０ｂは第２半導体素子４０の下面に位置している。第１半導体素子２０の各々の電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ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。同様に、第２半導体素子４０の各々の電極４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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。第１半導体素子２０の信号パッド２０ｃには、第１信号端子１２が接続されている。同様に第２半導体素子４０の信号パッド４０ｃには、第２信号端子１３が接続されている。 The first semiconductor element 20 has an upper surface electrode 20a and a lower surface electrode 20b, which are main electrodes, and a plurality of signal pads 20c. The upper surface electrode 20a and the signal pad 20c are located on the upper surface of the first semiconductor element 20, and the lower surface electrode 20b is located on the lower surface of the first semiconductor element 20. Similarly, the second semiconductor element 40 has an upper surface electrode 40a and a lower surface electrode 40b (see FIG. 8) which are main electrodes, and a plurality of signal pads 40c. The upper surface electrode 40a and the signal pad 40c are located on the upper surface of the second semiconductor element 40, and the lower surface electrode 40b is located on the lower surface of the second semiconductor element 40. The material forming each of the electrodes 20a, 20b, 20c of the first semiconductor element 20 is not particularly limited, but for example, an aluminum-based or other metal can be adopted. Similarly, the material forming each of the electrodes 40a, 40b, 40c of the second semiconductor element 40 is not particularly limited, but, for example, aluminum-based or other metal can be adopted. The first signal terminal 12 is connected to the signal pad 20c of the first semiconductor element 20. Similarly, the second signal terminal 13 is connected to the signal pad 40c of the second semiconductor element 40.

第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０は、互いに同種の半導体素子であり、一例ではあるが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。但し、第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０の各々は、ＩＧＢＴに限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又はダイオードといった他のパワー半導体素子であってもよい。あるいは、第１半導体素子２０と第２半導体素子４０の各々は、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子（又はＭＯＳＦＥＴ素子）といった二以上の半導体素子に置き換えられてもよい。第１半導体素子２０と第２半導体素子４０の具体的な構成は特に限定されず、各種の半導体素子を採用することができる。この場合、第１半導体素子２０と第２半導体素子４０は、互いに異種の半導体素子であってもよい。また、第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０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。 The first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 are semiconductor elements of the same kind as each other, and are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). However, each of the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 is not limited to the IGBT and may be another power semiconductor element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or a diode. Alternatively, each of the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 may be replaced with two or more semiconductor elements such as a diode element and an IGBT element (or MOSFET element). The specific configurations of the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 are not particularly limited, and various semiconductor elements can be adopted. In this case, the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 may be different semiconductor elements. The first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 can be configured using various semiconductor materials such as silicon (Si), silicon carbide (SiC), or gallium nitride (GaN).

半導体装置１０は、第１半導体素子２０と接続された第１上側ヒートシンク２２及び第１下側ヒートシンク２４と、第２半導体素子４０と接続された第２上側ヒートシンク４２及び第２下側ヒートシンク４４とを備える。第１上側ヒートシンク２２及び第１下側ヒートシンク２４は、例えば、銅、銅合金、又はその他の金属といった、導電性を有し、かつ、熱伝導性に優れた材料を用いて構成されることができる。第１上側ヒートシンク２２は、概して直方体形状の部材であり、上面２２ａと、その上面２２ａの反対側に位置する下面２２ｂとを有する。また、一例ではあるが、第１上側ヒートシンク２２は、その下面２２ｂから突出するスペーサ部２２ｃを一体に有する。そのため、本実施例では、別体の導体スペーサを必要としない構造になっている。但し、スペーサ部２２ｃは、必ずしも必要ではなく、複数の第１信号端子１２が第１半導体素子２０の信号パッド２０ｃに接続されるためのスペースを確保している。第１上側ヒートシンク２２の上面２２ａは、封止体５０の上面において露出される。第１上側ヒートシンク２２の下面２２ｂは、スペーサ部２２ｃにおいて、第１半導体素子２０の上面電極２０ａにはんだ層２１を介して接合される。即ち、第１上側ヒートシンク２２は、第１半導体素子２０と電気的及び熱的に接続されている。ここで、第１上側ヒートシンク２２は、本明細書が開示する技術における導体部材の一例である。 The semiconductor device 10 includes a first upper heat sink 22 and a first lower heat sink 24 connected to the first semiconductor element 20, a second upper heat sink 42 and a second lower heat sink 44 connected to the second semiconductor element 40. Equipped with. The first upper heat sink 22 and the first lower heat sink 24 may be configured using a material having conductivity and excellent thermal conductivity, such as copper, copper alloy, or other metal. it can. The first upper heat sink 22 is a generally rectangular parallelepiped member, and has an upper surface 22a and a lower surface 22b located on the opposite side of the upper surface 22a. Also, as an example, the first upper heat sink 22 integrally has a spacer portion 22c protruding from the lower surface 22b thereof. Therefore, the present embodiment has a structure that does not require a separate conductor spacer. However, the spacer portion 22c is not always necessary and secures a space for connecting the plurality of first signal terminals 12 to the signal pad 20c of the first semiconductor element 20. The upper surface 22 a of the first upper heat sink 22 is exposed on the upper surface of the sealing body 50. The lower surface 22b of the first upper heat sink 22 is bonded to the upper surface electrode 20a of the first semiconductor element 20 via the solder layer 21 in the spacer portion 22c. That is, the first upper heat sink 22 is electrically and thermally connected to the first semiconductor element 20. Here, the first upper heat sink 22 is an example of a conductor member in the technology disclosed in this specification.

第１下側ヒートシンク２４は、概して直方体形状の部材であり、上面２４ａとその上面２４ａの反対側に位置する下面２４ｂとを有する。第１下側ヒートシンク２４の上面２４ａは、第１半導体素子２０の下面電極２０ｂにはんだ層２３を介して接合されている。即ち、第１下側ヒートシンク２４は、第１半導体素子２０と電気的及び熱的に接続されている。これにより、第１上側ヒートシンク２２及び第１下側ヒートシンク２４は第１半導体素子２０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両面冷却構造を有する。このような構造を有する半導体装置１０は、不図示の冷却器と互いに交互に配置された半導体モジュールとして用いられる。 The first lower heat sink 24 is a generally rectangular parallelepiped member, and has an upper surface 24a and a lower surface 24b located on the opposite side of the upper surface 24a. The upper surface 24a of the first lower heat sink 24 is bonded to the lower surface electrode 20b of the first semiconductor element 20 via the solder layer 23. That is, the first lower heat sink 24 is electrically and thermally connected to the first semiconductor element 20. Accordingly, the first upper heat sink 22 and the first lower heat sink 24 have a double-sided cooling structure that also functions as a heat dissipation plate that radiates the heat generated in the first semiconductor element 20 to the outside. The semiconductor device 10 having such a structure is used as a semiconductor module which is alternately arranged with a cooler (not shown).

図２、図３に示すように、第１信号端子１２の一端１２ａは、封止体５０の内部に位置しており、第１半導体素子２０の信号パッド２０ｃにはんだ層２５を介して接合されている。第１信号端子１２の他端１２ｂは、封止体５０の外部に位置しており、例えば半導体装置１０の動作を制御する制御基板といった、外部装置に接続される。ここで、はんだ層２５は、本明細書が開示する技術における接合層の一例である。また、第１信号端子１２には、凹部１２ｃが設けられている。第１信号端子１２の凹部１２ｃは、その凹部１２ｃが形成するエッジ部において、はんだ層２５に隣接している。従って、第１信号端子１２の一端１２ａが信号パッド２０ｃにはんだ付けされるとき、第１信号端子１２のエッジ部では、溶融したはんだに生じる表面張力により、はんだの過剰な濡れ広がりが抑制される。また、第１信号端子１２には、その長手方向に沿って断面積が局所的に減少するくびれ部１２ｄが設けられている。 As shown in FIGS. 2 and 3, one end 12 a of the first signal terminal 12 is located inside the sealing body 50 and is joined to the signal pad 20 c of the first semiconductor element 20 via the solder layer 25. ing. The other end 12b of the first signal terminal 12 is located outside the sealing body 50 and is connected to an external device such as a control board that controls the operation of the semiconductor device 10. Here, the solder layer 25 is an example of a bonding layer in the technique disclosed in this specification. Further, the first signal terminal 12 is provided with a recess 12c. The recess 12c of the first signal terminal 12 is adjacent to the solder layer 25 at the edge portion formed by the recess 12c. Therefore, when one end 12a of the first signal terminal 12 is soldered to the signal pad 20c, excessive wetting and spreading of the solder is suppressed at the edge portion of the first signal terminal 12 due to the surface tension generated in the molten solder. .. Further, the first signal terminal 12 is provided with a constricted portion 12d having a locally reduced cross-sectional area along the longitudinal direction thereof.

加えて、半導体装置１０は支持部材１８を備える。支持部材１８は、上側ヒートシンク２２の下面２２ｂに設けられているとともに、第１信号端子１２を支持する。支持部材１８は、第１信号端子１２の一端１２ａからくびれ部１２ｄまでの区間に接触している。この支持部材１８を構成する材料には、絶縁性を有するとともに、封止体５０を構成する材料よりも熱伝導率が高いものが用いられる。一例ではあるが、支持部材１８は、樹脂にセラミック又はグラファイト等のフィラーが含有された材料を用いて構成されていてもよい。 In addition, the semiconductor device 10 includes a support member 18. The support member 18 is provided on the lower surface 22b of the upper heat sink 22 and supports the first signal terminal 12. The support member 18 is in contact with the section from the one end 12a of the first signal terminal 12 to the constricted portion 12d. As a material forming the supporting member 18, a material having an insulating property and a higher thermal conductivity than the material forming the sealing body 50 is used. As an example, the support member 18 may be made of a material in which a resin contains a filler such as ceramic or graphite.

一般に、上述したような信号パッド２０ｃに直接的に接続された第１信号端子１２を有する半導体装置１０では、細くて長いボンディングワイヤを介して接続される場合と比較して、第１半導体素子２０から第１信号端子１２への熱伝達経路が広くて短くなる。そのため、半導体装置１０の使用に伴って生じる第１半導体素子２０の発熱が第１信号端子１２に伝達され易い。従って、第１信号端子１２が接続される不図示の外部装置にもその熱が伝達され易くなり、その外部装置に熱による影響を与えるおそれがある。 Generally, in the semiconductor device 10 having the first signal terminal 12 directly connected to the signal pad 20c as described above, the first semiconductor element 20 is compared with the case where the semiconductor device 10 is connected via a thin and long bonding wire. The heat transfer path from the to the first signal terminal 12 is wide and short. Therefore, heat generated from the first semiconductor element 20 due to the use of the semiconductor device 10 is easily transmitted to the first signal terminal 12. Therefore, the heat is easily transmitted to an external device (not shown) to which the first signal terminal 12 is connected, and the external device may be affected by the heat.

上記した課題を解決するために、本実施例の第１信号端子１２には、その長手方向に沿って断面積が局所的に減少するくびれ部が設けられている。これにより、第１信号端子１２を伝わる熱の経路が狭くなるので、第１信号端子１２の一端１２ａから他端１２ｂに向かう熱伝導が抑制される。さらに、半導体装置１０は、絶縁性を有する支持部材１８も備える。支持部材１８は、第１上側ヒートシンク２２の下面２２ｂ上に設けられており、且つ、第１信号端子１２を支持することによって、くびれ部１２ｄが設けられた第１信号端子１２の変形を抑制する。加えて、この支持部材１８は、封止体５０を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料を用いて構成されている。これにより、支持部材１８は、第１上側ヒートシンク２２と第１信号端子１２との間を熱的に接続するバイパス経路としても機能する。特に、支持部材１８は、第１信号端子１２の一端１２ａからくびれ部１２ｄまでの区間に接触しており、第１信号端子１２の比較的に温度が高まっている当該区間から、封止体５０の上面に露出する第１上側ヒートシンク２２へと効率的に熱を伝えることができる。これにより、第１半導体素子２０の熱が第１信号端子１２を介して外部装置に伝達されることが効果的に抑制される。 In order to solve the above-mentioned problem, the first signal terminal 12 of this embodiment is provided with a constricted portion whose cross-sectional area is locally reduced along its longitudinal direction. As a result, the path of heat transmitted through the first signal terminal 12 is narrowed, so that heat conduction from the one end 12a of the first signal terminal 12 toward the other end 12b is suppressed. Further, the semiconductor device 10 also includes a supporting member 18 having an insulating property. The support member 18 is provided on the lower surface 22b of the first upper heat sink 22 and supports the first signal terminal 12 to suppress deformation of the first signal terminal 12 having the constricted portion 12d. .. In addition, the support member 18 is made of a material having a higher thermal conductivity than that of the material forming the sealing body 50. As a result, the support member 18 also functions as a bypass path that thermally connects the first upper heat sink 22 and the first signal terminal 12. In particular, the support member 18 is in contact with the section from the one end 12a of the first signal terminal 12 to the constricted portion 12d, and from the section where the temperature of the first signal terminal 12 is relatively high, the sealing body 50 is provided. The heat can be efficiently transferred to the first upper heat sink 22 exposed on the upper surface of the. Thereby, the heat of the first semiconductor element 20 is effectively suppressed from being transferred to the external device via the first signal terminal 12.

本発明者らは、本実施例の半導体装置１０の使用時を想定した条件下において、第１信号端子１２の温度をシミュレーションによって検証した。上述したように、本実施例の半導体装置１０の第１信号端子１２には、その長手方向に沿って断面積が局所的に減少するくびれ部１２ｄが設けられている。加えて、半導体装置１０は封止体５０の内部で第１上側ヒートシンク２２上に設けられているとともに、第１信号端子１２を支持する支持部材１８を備える。その支持部材１８は、第１信号端子１２の一端１２ａからくびれ部１２ｄまでの区間に接触している。支持部材１８を構成する材料は、絶縁性を有するとともに、封止体５０を構成する材料よりも熱伝導率が高い。このような構造であると、第１信号端子１２の温度は６０℃であった。これに対して、第１信号端子１２にくびれ部１２ｄが設けられておらず、且つ、半導体装置１０が支持部材１８を備えていない従来構造では、信号端子の温度は９０℃であった。即ち、半導体装置１０では、第１信号端子１２の温度が従来構造よりも約３割低減された。 The present inventors have verified the temperature of the first signal terminal 12 by simulation under the conditions assuming the use of the semiconductor device 10 of this embodiment. As described above, the first signal terminal 12 of the semiconductor device 10 of this embodiment is provided with the constricted portion 12d whose cross-sectional area is locally reduced along the longitudinal direction thereof. In addition, the semiconductor device 10 includes the support member 18 that is provided on the first upper heat sink 22 inside the sealing body 50 and that supports the first signal terminal 12. The support member 18 is in contact with the section from the one end 12a of the first signal terminal 12 to the constricted portion 12d. The material forming the support member 18 has an insulating property and has a higher thermal conductivity than the material forming the sealing body 50. With such a structure, the temperature of the first signal terminal 12 was 60°C. On the other hand, in the conventional structure in which the constricted portion 12d is not provided in the first signal terminal 12 and the semiconductor device 10 does not include the support member 18, the temperature of the signal terminal was 90°C. That is, in the semiconductor device 10, the temperature of the first signal terminal 12 was reduced by about 30% as compared with the conventional structure.

加えて、上述したように、支持部材１８は、第１信号端子１２を支持することによって、くびれ部１２ｄが設けられた第１信号端子１２の変形を抑制する。そのため、第１信号端子１２と第１半導体素子２０との間の絶縁距離も確保される。また、第１信号端子１２の変形を抑制するため、第１半導体素子２０の信号パッド２０ｃに対する第１信号端子１２の姿勢が保持され、精度よく接合することができる。 In addition, as described above, the support member 18 supports the first signal terminal 12 to suppress the deformation of the first signal terminal 12 provided with the constricted portion 12d. Therefore, the insulation distance between the first signal terminal 12 and the first semiconductor element 20 is also secured. Further, since the deformation of the first signal terminal 12 is suppressed, the posture of the first signal terminal 12 with respect to the signal pad 20c of the first semiconductor element 20 is maintained, and the bonding can be performed accurately.

第２半導体素子４０側についても、第１半導体素子２０側と同様の構成が採用されている。そのことから、第２上側ヒートシンク４２、第２下側ヒートシンク４４、第２信号端子１３についての重複する説明は省略する。本実施例の半導体装置１０では、第２半導体素子４０の熱も第２信号端子１３を介して外部装置に伝達されることが効果的に抑制される。 The second semiconductor element 40 side also has the same configuration as the first semiconductor element 20 side. Therefore, redundant description of the second upper heat sink 42, the second lower heat sink 44, and the second signal terminal 13 will be omitted. In the semiconductor device 10 of this embodiment, the heat of the second semiconductor element 40 is also effectively suppressed from being transferred to the external device via the second signal terminal 13.

図２に示すように、第１上側ヒートシンク２２には、継手部２２ｄが設けられている。継手部２２ｄは、第１上側ヒートシンク２２の一方の端部から延びている。同様に、第１下側ヒートシンク２４には継手部２４ｄが設けられており、第２下側ヒートシンク４４には継手部４４ｄが設けられている。第１上側ヒートシンク２２の継手部２２ｄは、第２下側ヒートシンク４４の継手部４４ｄに接続されており、例えばはんだ付けによって接合されてよい。第１下側ヒートシンク２４の継手部２４ｄは、Ｐ端子１５に接続されており、例えばはんだ付けによって接合されてよい。各継手部２２ｄ、２４ｄ、４４ｄは、各々のヒートシンク２２、２４、４４に一体に形成されている。但し、これに限定されず、各継手部２２ｄ、２４ｄ、４４ｄは、各々のヒートシンク２２、２４、４４とは別体の部材によって構成されていてもよい。また、Ｏ端子１４は第１上側ヒートシンク２２の下面２２ｂに接続されており、Ｎ端子１６は、第２上側ヒートシンク４２の下面４２ｂに接続されている。一例ではあるが、これらの接続方法は、例えば溶接によって接続されていてよい。 As shown in FIG. 2, the first upper heat sink 22 is provided with a joint portion 22d. The joint portion 22d extends from one end of the first upper heat sink 22. Similarly, the first lower heat sink 24 is provided with a joint portion 24d, and the second lower heat sink 44 is provided with a joint portion 44d. The joint portion 22d of the first upper heat sink 22 is connected to the joint portion 44d of the second lower heat sink 44, and may be joined by, for example, soldering. The joint portion 24d of the first lower heat sink 24 is connected to the P terminal 15 and may be joined by, for example, soldering. The joint portions 22d, 24d, 44d are formed integrally with the heat sinks 22, 24, 44, respectively. However, the present invention is not limited to this, and the joint portions 22d, 24d, 44d may be configured by members that are separate from the respective heat sinks 22, 24, 44. The O terminal 14 is connected to the lower surface 22b of the first upper heat sink 22 and the N terminal 16 is connected to the lower surface 42b of the second upper heat sink 42. By way of example, these connection methods may be connected by welding, for example.

本実施例の上側ヒートシンク２２は、一体に形成されたスペーサ部２２ｃを有する。但し、上側ヒートシンク２２とは別体の導体スペーサを用いてもよい。また、上述したが、上側ヒートシンク２２、４２は本明細書が開示する技術における導体部材の一例であり、これに限定されない。導体部材は、例えば、絶縁基板の両面に導体層を有するＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板、ＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板、あるいはＡＭＣ（Active Metal Brazed Copper）基板であってもよい。 The upper heat sink 22 of this embodiment has a spacer portion 22c formed integrally. However, a conductor spacer separate from the upper heat sink 22 may be used. Further, as described above, the upper heat sinks 22 and 42 are an example of the conductor member in the technology disclosed in this specification, and the present invention is not limited to this. The conductor member may be, for example, a DBC (Direct Bonded Copper) substrate, a DBA (Direct Bonded Aluminum) substrate, or an AMC (Active Metal Brazed Copper) substrate having conductor layers on both surfaces of an insulating substrate.

図４−図１１を参照して、半導体装置１０の製造方法の一例について説明する。図４に示すように、リードフレーム２を用意する。このリードフレーム２には、複数の第１信号端子１２、複数の第２信号端子１３、Ｏ端子１４、Ｐ端子１５及びＮ端子１６が設けられている。前述したように、これらの端子１２、１３、１４、１５、１６は、半導体装置１０の外部接続端子である。リードフレーム２は、例えば銅又はその他の金属といった導体で構成されることができる。一例ではあるが、このリードフレーム２は、プレス加工で作製されてもよい。 An example of a method for manufacturing the semiconductor device 10 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 4, the lead frame 2 is prepared. The lead frame 2 is provided with a plurality of first signal terminals 12, a plurality of second signal terminals 13, an O terminal 14, a P terminal 15 and an N terminal 16. As described above, these terminals 12, 13, 14, 15, 16 are external connection terminals of the semiconductor device 10. The lead frame 2 can be composed of a conductor such as copper or other metal. As an example, the lead frame 2 may be manufactured by pressing.

図５に示すように、リードフレーム２に対して支持部材１８を設ける。前述したように、支持部材１８は、第１信号端子１２及び第２信号端子１３を支持する部材である。支持部材１８は、例えば樹脂を用いたインサート成形によって行うことができる。このとき、支持部材１８は、第１信号端子１２の一端１２ａからくびれ部１２ｄまでの区間に接触するように形成される。また、支持部材１８は、第２信号端子１３についても同様に接触するように形成される。一例ではあるが、成形する樹脂溶液には例えばセラミック又はグラファイト等の熱伝導の高いフィラーを混合してもよい。これにより、支持部材１８の熱伝導度が高められる。また、支持部材１８は、複数の第１信号端子１２の両側に設けられた他のリード端子（吊りリード４ともいう）も含めて支持するように形成されてよい。これにより、第１信号端子１２の変形を抑制する効果がさらに高められる。第２信号端子１３においても、同様に支持部材１８が吊りリード４も含めて支持するように形成されてよい。 As shown in FIG. 5, a support member 18 is provided on the lead frame 2. As described above, the support member 18 is a member that supports the first signal terminal 12 and the second signal terminal 13. The support member 18 can be formed by insert molding using resin, for example. At this time, the support member 18 is formed so as to contact the section from the one end 12a of the first signal terminal 12 to the constricted portion 12d. The support member 18 is also formed so as to contact the second signal terminal 13 as well. As an example, the resin solution to be molded may be mixed with a filler having high heat conductivity such as ceramic or graphite. Thereby, the thermal conductivity of the support member 18 is increased. Further, the support member 18 may be formed so as to support the other lead terminals (also referred to as suspension leads 4) provided on both sides of the plurality of first signal terminals 12. This further enhances the effect of suppressing the deformation of the first signal terminal 12. Also in the second signal terminal 13, the support member 18 may be formed so as to support the suspension lead 4 as well.

図６に示すように、第１上側ヒートシンク２２及び第２上側ヒートシンク４２を用意する。上側ヒートシンク２２、４２は、例えば銅、銅合金又は他の金属といった導体で構成されることができる。一例ではあるが、上側ヒートシンク２２、４２は、プレス加工によって作製されてもよい。 As shown in FIG. 6, a first upper heat sink 22 and a second upper heat sink 42 are prepared. The upper heat sinks 22, 42 can be constructed of a conductor such as copper, copper alloys or other metals. By way of example, the upper heat sinks 22, 42 may be made by pressing.

図７に示すように、リードフレーム２を第１上側ヒートシンク２２及び第２上側ヒートシンク４２上に接続する。各々の接続箇所は、例えば溶接によって接続されることができる。これにより、支持部材１８も、上側ヒートシンク２２、４２の下面２２ｂ、４２ｂに取り付けられる。一例ではあるが、ここで、レーザ照射によってリードフレーム２の表面２ａ及び上側ヒートシンク２２、４２の下面２２ｂ、４２ｂに粗面化処理を実施してもよい。これにより、リードフレーム２の表面２ａや上側ヒートシンク２２、４２の下面２２ｂ、４２ｂ上に微細な凹凸形状が形成され、後述する封止体５０を成形する工程でのリードフレーム２及び上側ヒートシンク２２、４２と封止体５０を構成する材料（例えば樹脂）との密着性を良好にすることができる。また、後述する下側ヒートシンク２４、４４についても、同様のレーザ照射を行ってもよい。但し、各部材のレーザ照射を実施する範囲は、次で説明する第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０等の構成部材を接合する範囲は除外する。 As shown in FIG. 7, the lead frame 2 is connected to the first upper heat sink 22 and the second upper heat sink 42. The respective connection points can be connected by welding, for example. As a result, the support member 18 is also attached to the lower surfaces 22b and 42b of the upper heat sinks 22 and 42. As an example, the surface 2a of the lead frame 2 and the lower surfaces 22b and 42b of the upper heat sinks 22 and 42 may be roughened by laser irradiation. As a result, fine irregularities are formed on the surface 2a of the lead frame 2 and the lower surfaces 22b, 42b of the upper heat sinks 22, 42, and the lead frame 2 and the upper heat sink 22, in the step of molding the sealing body 50 described later, It is possible to improve the adhesiveness between 42 and the material (for example, resin) forming the sealing body 50. Further, similar laser irradiation may be performed on lower heat sinks 24 and 44 described later. However, the range in which the laser irradiation of each member is performed excludes the range in which constituent members such as the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 described below are bonded.

図８に示すように、第１リフロー工程において、第１上側ヒートシンク２２及び第２上側ヒートシンク４２と第１信号端子１２及び第２信号端子１３との上に、第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０をはんだ付けする。詳しくは、第１上側ヒートシンク２２のスペーサ部２２ｃにおける下面２２ｂに第１半導体素子２０の上面電極２０ａをはんだ付けし、第１信号端子１２の一端１２ａに第１半導体素子２０の信号パッド２０ｃをはんだ付けする。同様に、第２上側ヒートシンク４２は第２半導体素子４０の上面電極４０ａとはんだ付けし、第２信号端子１３は第２半導体素子４０の信号パッド４０ｃとはんだ付けする。ここで、はんだ付けに用いられるはんだは、例えばシート形状のものを用いることができる。 As shown in FIG. 8, in the first reflow step, the first semiconductor element 20 and the second semiconductor are provided on the first upper heat sink 22 and the second upper heat sink 42, the first signal terminal 12 and the second signal terminal 13. The element 40 is soldered. Specifically, the upper surface electrode 20a of the first semiconductor element 20 is soldered to the lower surface 22b of the spacer portion 22c of the first upper heat sink 22, and the signal pad 20c of the first semiconductor element 20 is soldered to the one end 12a of the first signal terminal 12. Attach. Similarly, the second upper heat sink 42 is soldered to the upper surface electrode 40a of the second semiconductor element 40, and the second signal terminal 13 is soldered to the signal pad 40c of the second semiconductor element 40. Here, as the solder used for soldering, for example, a sheet-shaped solder can be used.

図９に示すように、第１下側ヒートシンク２４及び第２下側ヒートシンク４４を用意する。下側ヒートシンク２４、４４は、例えば銅、銅合金又は他の金属といった導体で構成されることができる。一例ではあるが、下側ヒートシンク２４、４４は、プレス加工によって作製されてもよい。 As shown in FIG. 9, a first lower heat sink 24 and a second lower heat sink 44 are prepared. The lower heat sinks 24, 44 can be constructed of a conductor such as copper, copper alloys or other metals. By way of example, the lower heat sinks 24, 44 may be made by pressing.

図１０に示すように、第２リフロー工程において、第１下側ヒートシンク２４及び第２下側ヒートシンク４４を第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０にはんだ付けする。詳しくは、第１半導体素子２０の下面電極２０ｂに第１下側ヒートシンク２４の上面２４ａをはんだ付けする。同様に、第２半導体素子４０の下面電極４０ｂに第２下側ヒートシンク４４の上面４４ａをはんだ付けする。また、このときに第１上側ヒートシンク２２の継手部２２ｄと第２下側ヒートシンク４４の継手部４４ｄもはんだ付けする。同様に、第１下側ヒートシンク２４の継手部２４ｄとＰ端子１５もはんだ付けする。ここで、はんだ付けに用いられるはんだは、例えばシート形状のものを用いることができる。 As shown in FIG. 10, in the second reflow step, the first lower heat sink 24 and the second lower heat sink 44 are soldered to the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40. Specifically, the upper surface 24a of the first lower heat sink 24 is soldered to the lower surface electrode 20b of the first semiconductor element 20. Similarly, the upper surface 44a of the second lower heat sink 44 is soldered to the lower surface electrode 40b of the second semiconductor element 40. At this time, the joint portion 22d of the first upper heat sink 22 and the joint portion 44d of the second lower heat sink 44 are also soldered. Similarly, the joint portion 24d of the first lower heat sink 24 and the P terminal 15 are also soldered. Here, as the solder used for soldering, for example, a sheet-shaped solder can be used.

図１１に示すように、封止体５０の成形を行い、リードフレーム２の不要な部分を除去する。第１半導体素子２０及び第２半導体素子４０を含む他の構成部材を封止材で封止する。一例ではあるが、封止体５０の成形は、エポキシ樹脂を用いたインサート成形によって行うことができる。封止体５０の成形後、必要に応じて封止体５０の表面を切削加工することにより、上側ヒートシンク２２、４２の上面２２ａ、４２ａや下側ヒートシンク２４、４４の下面２４ｂ、４４ｂを露出させる。以上により、半導体装置１０は完成する。但し、ここで説明する半導体装置１０の製造方法はほんの一例であり、この製造方法に限定されない。また、第１リフロー工程と第２リフロー工程とは、別工程として実施したが、これらの工程を併せて行ってもよい。 As shown in FIG. 11, the sealing body 50 is molded, and unnecessary portions of the lead frame 2 are removed. Other constituent members including the first semiconductor element 20 and the second semiconductor element 40 are sealed with a sealing material. As one example, the molding of the sealing body 50 can be performed by insert molding using an epoxy resin. After molding the sealing body 50, the upper surface 22a, 42a of the upper heat sinks 22, 42 and the lower surfaces 24b, 44b of the lower heat sinks 24, 44 are exposed by cutting the surface of the sealing body 50 as necessary. .. With the above, the semiconductor device 10 is completed. However, the manufacturing method of the semiconductor device 10 described here is only an example, and the manufacturing method is not limited to this. Although the first reflow process and the second reflow process are performed as separate processes, these processes may be performed together.

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。 Although some specific examples have been described in detail above, 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 the drawings exert technical utility alone or in various combinations.

２：リードフレーム
１０：半導体装置
１２：第１信号端子
１２ａ：第１信号端子の一端
１２ｂ：第１信号端子の他端
１２ｃ：凹部
１２ｄ：くびれ部
１３：第２信号端子
１４：Ｏ端子
１５：Ｐ端子
１６：Ｎ端子
１８：支持部材
２０：第１半導体素子
２０ａ：上面電極
２０ｂ：下面電極
２０ｃ：信号パッド
２１、２３、２５：はんだ層
２２：第１上側ヒートシンク
２２ｃ：スペーサ部
２２ｄ、４２ｄ、４４ｄ：継手部
２４：第１下側ヒートシンク
４０：第２半導体素子
４０ａ：上面電極
４０ｂ：下面電極
４０ｃ：信号パッド
４２：第２上側ヒートシンク
４４：第２下側ヒートシンク
５０：封止体
2: lead frame 10: semiconductor device 12: first signal terminal 12a: one end 12b of the first signal terminal: other end 12c of the first signal terminal 12c: recess 12d: constricted portion 13: second signal terminal 14: O terminal 15: P terminal 16: N terminal 18: Support member 20: First semiconductor element 20a: Upper surface electrode 20b: Lower surface electrode 20c: Signal pads 21, 23, 25: Solder layer 22: First upper heat sink 22c: Spacer portions 22d, 42d, 44d: Joint part 24: First lower heat sink 40: Second semiconductor element 40a: Upper surface electrode 40b: Lower surface electrode 40c: Signal pad 42: Second upper heat sink 44: Second lower heat sink 50: Sealing body

Claims (1)

主電極と信号パッドとを有する半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止体と、
前記封止体の内部で前記半導体素子の前記主電極に接続されているとともに、前記封止体の表面において露出された導体部材と、
その一端が前記封止体の内部で前記半導体素子の前記信号パッドに接合層を介して接合されているとともに、その他端が前記封止体から突出する信号端子と、
前記封止体の内部で前記導体部材上に設けられているとともに、前記信号端子を支持する支持部材と、
を備え、
前記信号端子には、その長手方向に沿って断面積が局所的に減少するくびれ部が設けられており、
前記支持部材は、前記信号端子の前記一端から前記くびれ部までの区間に接触しており、
前記支持部材を構成する材料は、絶縁性を有するとともに、前記封止体を構成する材料よりも熱伝導率が高い、
半導体装置。 A semiconductor element having a main electrode and a signal pad;
A sealing body that seals the semiconductor element,
While being connected to the main electrode of the semiconductor element inside the sealing body, a conductor member exposed on the surface of the sealing body,
A signal terminal, one end of which is bonded to the signal pad of the semiconductor element via a bonding layer inside the sealing body, and the other end of which protrudes from the sealing body,
A support member that is provided on the conductor member inside the sealing body and supports the signal terminal,
Equipped with
The signal terminal is provided with a constricted portion whose cross-sectional area is locally reduced along the longitudinal direction thereof,
The support member is in contact with a section from the one end of the signal terminal to the constricted portion,
The material forming the support member has an insulating property and has a higher thermal conductivity than the material forming the sealing body,
Semiconductor device.
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