JP6001473B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、複数の半導体素子の上下面に金属板を電気的・熱的に接続し、樹脂封止した半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような半導体装置の一例としては、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ(IGBT)やダイオード等の半導体素子が縦横に配列された半導体装置を挙げることができる。 In recent years, a semiconductor device in which a metal plate is electrically and thermally connected to upper and lower surfaces of a plurality of semiconductor elements and sealed with a resin is known (for example, see Patent Document 1). As an example of such a semiconductor device, a semiconductor device in which semiconductor elements such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a diode are arranged vertically and horizontally can be given.
IGBTは、バイポーラトランジスタのベースを電界効果トランジスタ(FET)のゲートで置換したものであり、電流駆動方式であるバイポーラトランジスタの高速性や耐電力性と、電圧駆動方式である電界効果トランジスタの省電力性を兼備しているため、上記のような半導体装置は、スイッチング動作を行うパワー半導体装置として用いることができる。 The IGBT is obtained by replacing the base of a bipolar transistor with the gate of a field effect transistor (FET), and the high speed and power durability of a bipolar transistor that is a current driving method and the power saving of a field effect transistor that is a voltage driving method. Therefore, the semiconductor device as described above can be used as a power semiconductor device that performs a switching operation.
ところで、上記のような半導体装置の製造工程において、半導体素子等を樹脂封止する際には、例えば、金型から樹脂を注入するゲートの位置を、最外列において隣接する半導体素子の間に設定する。 By the way, in the manufacturing process of the semiconductor device as described above, when the semiconductor element or the like is sealed with resin, for example, the position of the gate for injecting the resin from the mold is set between the adjacent semiconductor elements in the outermost row. Set.
この場合、最外列において隣接する半導体素子間の中央部分から流れ込む樹脂の流れと、最外列において隣接する各々の半導体素子の外側から流れ込む樹脂の流れが存在し、両者は最外列において隣接する半導体素子と、その内側に配列された半導体素子との間の部分で合流する。合流する部分の上下は金属板で挟まれているため、空気の逃げ場がなくなり、ボイドが発生する問題が生じる。 In this case, there is a resin flow flowing from the central portion between adjacent semiconductor elements in the outermost row and a resin flow flowing from the outside of each adjacent semiconductor element in the outermost row, and both are adjacent in the outermost row. Are joined at a portion between the semiconductor elements to be arranged and the semiconductor elements arranged inside thereof. Since the upper and lower portions of the joining portion are sandwiched between metal plates, there is no air escape and a problem of voids arises.
このような問題は、複数の半導体素子が縦横に配列された半導体装置のみならず、例えば、2つの半導体装置を配列した半導体装置においても発生する。 Such a problem occurs not only in a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are arranged vertically and horizontally, but also in, for example, a semiconductor device in which two semiconductor devices are arranged.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ボイドの発生を抑制可能な半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the generation of voids.
本半導体装置の製造方法は、平面上の第1の方向に配列された複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子を封止する封止樹脂と、前記複数の半導体素子と電気的に接続され、前記平面に垂直な方向から視て、前記封止樹脂の所定の面から前記第1の方向と直交する方向に突出する部分を備えた複数の端子と、前記平面に垂直な方向から視て、前記所定の面から前記半導体素子側に窪んだ形状であって、前記封止樹脂となる樹脂を充填する際の樹脂注入口の位置の両側に設けられた第1の凹部及び第2の凹部と、を有し、前記第1の凹部は、前記平面に垂直な方向から視て、前記複数の半導体素子のうちの一の半導体素子と対向する位置であって、かつ、前記樹脂注入口の前記一の半導体素子側において前記所定の面から突出する端子間に設けられ、前記第2の凹部は、前記平面に垂直な方向から視て、前記複数の半導体素子のうちの他の半導体素子と対向する位置であって、かつ、前記樹脂注入口の前記他の半導体素子側において前記所定の面から突出する端子間に設けられ、前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、それぞれ、前記平面に垂直な方向から視て、前記所定の面側に形成され前記封止樹脂を前記平面に垂直な方向に貫通する貫通部と、前記貫通部の前記半導体素子側に形成され前記封止樹脂の上面から前記平面に垂直な方向に所定の深さだけ窪んだ段差部と、を備えている半導体装置の製造方法であって、前記封止樹脂は、前記樹脂注入口から樹脂を注入して形成される。 The method for manufacturing the semiconductor device includes a plurality of semiconductor elements arranged in a first direction on a plane, a sealing resin for sealing the plurality of semiconductor elements, and the plurality of semiconductor elements electrically connected. A plurality of terminals provided with portions protruding in a direction perpendicular to the first direction from a predetermined surface of the sealing resin as viewed from a direction perpendicular to the plane, and as viewed from a direction perpendicular to the plane. The first recess and the second recess provided on both sides of the position of the resin injection port when filling the resin serving as the sealing resin with a shape recessed from the predetermined surface to the semiconductor element side And the first recess is a position facing one semiconductor element of the plurality of semiconductor elements when viewed from a direction perpendicular to the plane, and the resin injection port Provided between the terminals protruding from the predetermined surface on the one semiconductor element side. The second recess is a position facing the other semiconductor element of the plurality of semiconductor elements when viewed from a direction perpendicular to the plane, and the other semiconductor of the resin injection port Provided between the terminals protruding from the predetermined surface on the element side, the first concave portion and the second concave portion are respectively formed on the predetermined surface side when viewed from a direction perpendicular to the plane. A penetrating portion penetrating the sealing resin in a direction perpendicular to the plane, and a step formed on the semiconductor element side of the penetrating portion and recessed from the upper surface of the sealing resin by a predetermined depth in a direction perpendicular to the plane The sealing resin is formed by injecting a resin from the resin injection port .
開示の技術によれば、ボイドの発生を抑制可能な半導体装置の製造方法を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing generation of voids.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
〈第1の実施の形態〉
第1の実施の形態に係る半導体装置は、複数の半導体素子が配列されたものであれば、例えば、2つの半導体素子が配列された形態や、4つの半導体素子が縦横に配列された形態や、更に多くの半導体素子が縦横に配列された形態等のどのような形態でもよいが、
ここでは、4つの半導体素子(2つのIGBT及び2つのダイオード)が縦横に配列された半導体装置を例にして以下の説明を行う。
<First Embodiment>
If the semiconductor device according to the first embodiment has a plurality of semiconductor elements arranged, for example, a form in which two semiconductor elements are arranged, a form in which four semiconductor elements are arranged vertically and horizontally, In addition, any form such as a form in which more semiconductor elements are arranged vertically and horizontally may be used,
Here, the following description will be given by taking a semiconductor device in which four semiconductor elements (two IGBTs and two diodes) are arranged vertically and horizontally as an example.
まず、第1の実施の形態に係る半導体装置の回路構成について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る半導体装置の回路構成を例示する図である。図1を参照するに、第1の実施の形態に係る半導体装置1は、IGBT10及び20並びにダイオード31及び32を有するインバータ回路である。
First, the circuit configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the
半導体装置1において、IGBT10は、コレクタ電極11と、エミッタ電極12と、ゲート電極13とを有する。又、IGBT20は、コレクタ電極21と、エミッタ電極22と、ゲート電極23とを有する。
In the
IGBT10のコレクタ電極11は、ダイオード31のカソード及び高位側電源端子41aと電気的に接続されている。IGBT10のエミッタ電極12は、ダイオード31のアノードと電気的に接続されている。つまり、ダイオード31は、IGBT10と逆並列に接続されている。IGBT10のゲート電極13は、制御電極端子46のうちの少なくとも1つと電気的に接続されている。
The collector electrode 11 of the IGBT 10 is electrically connected to the cathode of the
IGBT20のエミッタ電極22は、ダイオード32のアノード及び低位側電源端子42aと電気的に接続されている。IGBT20のコレクタ電極21は、ダイオード32のカソードと電気的に接続されている。つまり、ダイオード32は、IGBT20と逆並列に接続されている。IGBT20のゲート電極13は、制御電極端子47のうちの少なくとも1つと電気的に接続されている。
The
又、IGBT10のエミッタ電極12はIGBT20のコレクタ電極21と電気的に接続され、更に出力端子43aと電気的に接続されている。
The
次に、第1の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図2は、第1の実施の形態に係る半導体装置を例示する斜視図である。図3は、第1の実施の形態に係る半導体装置を例示する図2のA−A線に沿う断面図である。図4は、第1の実施の形態に係る半導体装置を例示する図2のB−B線に沿う断面図である。図5は、第1の実施の形態に係る半導体装置の内部構造を例示する平面図である。図6は、図5の凹部近傍を拡大して例示する図であり、図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のC−C線に沿う断面図である。 Next, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIG. 2 is a perspective view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2 illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 5 is a plan view illustrating the internal structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 6 is an enlarged view of the vicinity of the concave portion in FIG. 5, FIG. 6 (a) is a plan view, and FIG. 6 (b) is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 6 (a). .
なお、本願では、半導体装置1において、金属板44及び45が露出する面を上面、金属板41及び43が露出する面を下面とする。又、高位側電源端子41a、低位側電源端子42a、及び出力端子43aが突出する面を正面とする。又、吊りリード端子41b、吊りリード端子43b、制御電極端子46、及び制御電極端子47が突出する面を背面とする。又、その他の面を側面とする。
In the present application, in the
図2〜図6を参照するに、半導体装置1において、高位側電源端子41a及び吊りリード端子41bを含む金属板41、低位側電源端子42aを含む金属板42、並びに出力端子43a及び吊りリード端子43bを含む金属板43が、長手方向が略同一方向(Y方向)を向くように、所定の間隔を開けて並設されている。
2 to 6, in the
又、複数の金属製のリード端子が、長手方向を金属板41の長手方向と略同一方向(Y方向)を向くように所定の間隔を開けて並設された制御電極端子46が設けられている。又、複数の金属製のリード端子が、長手方向を金属板43の長手方向と略同一方向(Y方向)を向くように所定の間隔を開けて並設された制御電極端子47が設けられている。
A plurality of metal lead terminals are provided with
金属板41、42、及び43、並びに、制御電極端子46及び47の材料としては、各々、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等を用いることができる。金属板41、42、及び43、並びに、制御電極端子46及び47の各々の表面に銀(Ag)や金(Au)等のめっき処理を施してもよい。
As materials of the
金属板41の上面には、コレクタ電極11が錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して金属板41と導通するように、IGBT10が実装されている。なお、コレクタ電極11はP型であるため、コレクタ電極11と接続される金属板41をP側と称する場合がある。又、金属板41の上面には、カソードが錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して金属板41と導通するように、ダイオード31が実装されている。IGBT10及びダイオード31は、金属板41の長手方向(Y方向)に配列されている。
The IGBT 10 is mounted on the upper surface of the
金属板43の上面には、コレクタ電極21が錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して金属板43と導通するように、IGBT20が実装されている。又、金属板43の上面には、カソードが錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して金属板43と導通するように、ダイオード32が実装されている。IGBT20及びダイオード32は、金属板43の長手方向(Y方向)に配列されている。
The
金属板41のIGBT10及びダイオード31を実装する部分の厚さ(高位側電源端子41a及び吊りリード端子41bを除く部分の厚さ)は、例えば、2〜3mm程度とすることができる。金属板43のIGBT20及びダイオード32を実装する部分の厚さ(出力端子43a及び吊りリード端子43bを除く部分の厚さ)は、例えば、2〜3mm程度とすることができる。金属板41のIGBT10及びダイオード31を実装する部分の厚さと、金属板43のIGBT20及びダイオード32を実装する部分の厚さとを、略同一の厚さとしてもよい。
The thickness of the portion of the
金属板41の高位側電源端子41a及び吊りリード端子41bの厚さは、金属板41のIGBT10及びダイオード31を実装する部分の厚さよりも薄くてもよく、例えば、0.5mm程度とすることができる。金属板43の出力端子43a及び吊りリード端子43bの厚さは、金属板43のIGBT20及びダイオード32を実装する部分の厚さよりも薄くてもよく、例えば、0.5mm程度とすることができる。
The thickness of the higher
IGBT10及びダイオード31上には、導電性のスペーサ61及び錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して、IGBT10のエミッタ電極12及びダイオード31のアノードと導通するように、金属板44が配置されている。金属板44は、錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して、金属板43と電気的に接続されている。
The
IGBT20及びダイオード32上には、導電性のスペーサ62及び錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して、IGBT20のエミッタ電極22及びダイオード32のアノードと導通するように、金属板45が配置されている。金属板45は、錫系のはんだ等の導電性の接合材(図示せず)を介して、金属板42と電気的に接続されている。なお、エミッタ電極22はN型であるため、エミッタ電極22と接続される金属板42をN側と称する場合がある。
The
金属板44の厚さは、例えば、2〜3mm程度とすることができる。金属板45の厚さは、例えば、2〜3mm程度とすることができる。金属板44と金属板45とを、略同一の厚さとしてもよい。金属板44及び45の材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等を用いることができる。金属板44及び45の表面に銀(Ag)や金(Au)等のめっき処理を施してもよい。
The thickness of the
制御電極端子46を構成する各金属製のリード端子は、ボンディングワイヤを介して、IGBT10のゲート電極13や温度センサ(図示せず)等と電気的に接続されている。制御電極端子47を構成する各金属製のリード端子は、ボンディングワイヤを介して、IGBT20のゲート電極23や温度センサ(図示せず)等と電気的に接続されている。制御電極端子46及び47を構成する各金属製のリード端子の厚さは、例えば、0.5mm程度とすることができる。ボンディングワイヤとしては、例えば、金線や銅線等の金属線を用いることができる。
Each metal lead terminal constituting the
IGBT10及び20、ダイオード31及び32、金属板41〜45、制御電極端子46及び47、並びにボンディングワイヤは、封止樹脂50により封止されている。但し、金属板41及び43の下面の少なくとも一部は、封止樹脂50の下面から露出している。又、金属板44及び45の上面の少なくとも一部は、封止樹脂50の上面から露出している。
The
又、金属板41の高位側電源端子41a、金属板42の低位側電源端子42a、及び金属板43の出力端子43aの各々の少なくとも一部は、封止樹脂50の正面から突出している。又、金属板41の端部に形成された吊りリード端子41b、金属板43の端部に形成された吊りリード端子43b、制御電極端子46、及び制御電極端子47の各々の少なくとも一部は、封止樹脂50の背面から突出している。
Further, at least a part of each of the high-order
IGBT10とIGBT20が配列されている第1の方向(略X方向)と、吊りリード端子41b及び43b並びに制御電極端子46及び47が突出する第2の方向(略Y方向)とは、直交している。但し、本願における直交は、厳密な意味での直交ではなく、おおよそ直交していることを意味する。例えば、製造上のばらつき等により第1の方向と第2の方向とが90度から10数度程度ずれた場合も直交に含めるものとする。
The first direction (substantially X direction) in which the
封止樹脂50の材料としては、例えば、フィラーを含有したエポキシ系樹脂等を用いることができる。封止樹脂50の厚さは、例えば、5mm程度とすることができる。
As a material of the sealing
金属板41〜45の封止樹脂50から露出する部分は、IGBT10及び20等が発する熱の外部への放出に寄与することができる。金属板41〜45は、例えば、リードフレームから作製できる。なお、吊りリード端子41b及び43bは、金属板41及び43をリードフレームから作製する際にはリードフレームの本体(図示せず)と接続されており、封止樹脂50で封止後にリードフレームの本体(図示せず)から切断された部分である。
The portions of the
封止樹脂50には、平面視において、背面から背面と対向するIGBT10の一辺側に窪んだ形状の凹部51、及び背面から背面と対向するIGBT20の一辺側に窪んだ形状の凹部52が形成されている。凹部51は本発明に係る第1の凹部、凹部52は本発明に係る第2の凹部の代表的な一例である。なお、本願において、平面視とは、図2等のZ方向(複数の半導体素子が配列された平面に垂直な方向)から視ることをいう。
In the sealing
凹部51は、封止樹脂50の背面側に形成され封止樹脂50を貫通する貫通部53と、貫通部53のIGBT10側に形成され封止樹脂50の上面から下面側に向って所定の深さTだけ窪んだ段差部54とを有する。同様に、凹部52は、封止樹脂50の背面側に形成され封止樹脂50を貫通する貫通部55と、貫通部55のIGBT20側に形成され封止樹脂50の上面から下面側に向って所定の深さTだけ窪んだ段差部56とを有する。
The
凹部51及び52の幅(X方向)は、例えば、2〜3mm程度とすることができる。封止樹脂50の背面に対する凹部51及び52の窪み量(Y方向)は、例えば、5mm程度とすることができる。封止樹脂50の背面に対するに対する貫通部53及び55の窪み量(Y方向)は、例えば、2〜3mm程度とすることができる。段差部54及び56の所定の深さT(Z方向)は、例えば、2〜3mm程度とすることができる。
The widths (X direction) of the
凹部51及び52の長手方向は、金属板41〜43の長手方向(Y方向)、並びに制御電極端子46及び47を構成する複数の金属製のリード端子の長手方向と略同一方向とされている。なお、第1の実施の形態では、凹部51及び52の平面形状は、長手方向をY方向とする矩形状であるが、これには限定されず、例えば、長手方向をY方向とする半楕円形状や、長手方向をY方向とする半多角形状(半八角形状等)としても構わない。
The longitudinal direction of the
貫通部53及び段差部54を有する凹部51、並びに貫通部55及び段差部56を有する凹部52を形成するためには、封止樹脂50を形成する際に用いる金型の凹部51及び52を形成したい位置に、凹部51及び52に対応する形状の凸部を形成しておけばよい。
In order to form the
なお、便宜上、図5等において、金属板41及び43の上側の封止樹脂50に関しては、各半導体素子の側面部を囲む部分のみを図示している。
For convenience, in FIG. 5 and the like, regarding the sealing
図7は、第1の実施の形態に係る半導体装置において凹部を設ける位置を説明するための平面図である。凹部51は、平面視において、封止樹脂50の背面側の最外列に配置された一の半導体素子の一辺と対向する位置であって、かつ、樹脂注入口の一の半導体素子側において封止樹脂50の背面から突出する端子間に設けられている(図7のDの範囲内)。
FIG. 7 is a plan view for explaining the positions where the recesses are provided in the semiconductor device according to the first embodiment. The
同様に、凹部52は、平面視において、封止樹脂50の背面側の最外列に配置された他の半導体素子の一辺と対向する位置であって、かつ、樹脂注入口の他の半導体素子側において封止樹脂50の背面から突出する端子間に設けられている(図7のEの範囲内)。なお、本実施の形態において、封止樹脂50の背面側の最外列に配置された半導体素子は、IGBT10及び20である。
Similarly, the
凹部51及び52は、平面視において、封止樹脂50となる樹脂を充填する際のゲート(樹脂注入口)の位置の両側に設けられている。なお、本実施の形態では、凹部51及び52をゲートの位置に対して対称な位置に設けているが、非対称な位置に設けてもよい。又、ゲートの位置の両側に各々2つ以上の凹部を設けてもよい。なお、ゲートGは、例えば、封止樹脂50の背面側のIGBT10とIGBT20との間の中央部分に配置することができる。
The
ここで、封止樹脂50に、図6に示す凹部51及び52を設けることにより得られる特有の効果について説明する。
Here, a specific effect obtained by providing the sealing
図8は、凹部が貫通部のみから形成され段差部を有しない場合の樹脂の流れについて説明するための斜視図(比較例)である。図8では、図5等の凹部51の位置には貫通部53のみが形成され、段差部54は形成されていない。同様に、図5等の凹部52の位置には貫通部55のみが形成され、段差部56は形成されていない。
FIG. 8 is a perspective view (comparative example) for explaining the flow of the resin when the concave portion is formed only from the through portion and does not have the step portion. In FIG. 8, only the penetrating
図8のように、IGBT10及び20並びにダイオード31及び32が縦横に配列された半導体素子において、リード端子が突出する背面側のIGBT10とIGBT20との間の中央部分に配置されたゲートGから樹脂を注入する場合を考える。この場合、図8(a)に示すようにゲートGから注入された樹脂は、図8(b)に示すようにIGBT10とIGBT20との間の中央部分から流れ込む流れと、図8(c)に示すようにIGBT10及び20の外側から流れ込む流れが存在する。
As shown in FIG. 8, in the semiconductor element in which the
そして、両者の流速が同程度であるため、図8(d)に示すように両者はIGBT10とダイオード31の間の部分及びIGBT20とダイオード32の間の部分で合流する。つまり、IGBT10とダイオード31の間の部分及びIGBT20とダイオード32の間の部分が合流部I(ウェルドライン)となる。
Since the flow speeds of both are approximately the same, they join at the portion between the
その後、図8(e)に示すように樹脂が更に流れ、図8(f)に示すようにダイオード31のIGBT10とは反対側、及びダイオード32のIGBT20とは反対側で合流し、合流部J(ウェルドライン)となる。
Thereafter, the resin further flows as shown in FIG. 8 (e), and merges on the side opposite to the
合流部IやJ(ウェルドライン)では、ボイドや、樹脂と金属板との界面の剥離が発生し易くなる。特に、IGBTやダイオード等の半導体素子の上下に金属板を配置した両面放熱構造の場合には、半導体素子で挟まれた空間である合流部Iではエアーが抜けないため、このような問題が発生し易くなる。 In the junction I or J (weld line), voids or peeling of the interface between the resin and the metal plate is likely to occur. In particular, in the case of a double-sided heat dissipation structure in which metal plates are arranged above and below a semiconductor element such as an IGBT or a diode, such a problem occurs because air cannot escape at the junction I, which is a space sandwiched between the semiconductor elements. It becomes easy to do.
リード端子が突出する背面側と直交する側(側面側)であるIGBT10とダイオード31との間や、IGBT20とダイオード32との間にゲートGを配置することも考えられるが、この場合には、上記問題に加えて、樹脂のランナー部にリードフレームがないため、金型の型開き時に樹脂のランナーが折れる懸念が生じる。
Although it is conceivable to arrange the gate G between the
又、ゲートGを図8とは反対の正面側に設けることも考えられるが、この場合には、ボンディングワイヤの部分が合流部(ウェルドライン)となり、ボンディングワイヤの倒れが発生するおそれがあり、好ましくない。 In addition, although it is conceivable to provide the gate G on the front side opposite to that in FIG. 8, in this case, the bonding wire portion becomes a joining portion (weld line), and the bonding wire may fall down. It is not preferable.
一方、本実施の形態のように、ゲートGの両側に、図6に示すような段差部を有する凹部を、平面視において、封止樹脂50の背面から突出する端子間であって、かつ、封止樹脂50の背面側の最外列に配置された半導体素子の一辺と対向する位置に設けることにより、樹脂の合流部(ウェルドライン)を半導体素子間ではなく、半導体素子の外側に持って行くことができる。
On the other hand, as in the present embodiment, concave portions having stepped portions as shown in FIG. 6 are formed on both sides of the gate G between the terminals protruding from the back surface of the sealing
図9は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程において、溶解した樹脂を金型に流入させてモールド成形を行う際の樹脂流動解析結果を例示する図である。この場合、図9(a)に示すようにゲートGから注入された樹脂は、図9(b)に示すようにIGBT10とIGBT20との間の中央部分から流れ込む流れと、図9(c)に示すようにIGBT10及び20の外側から流れ込む流れが存在する。しかし、凹部の段差部で樹脂の流動経路が狭くなるため、外側から流れ込む樹脂の流速を中央部分から流れ込む樹脂の流速よりも遅くできる。
FIG. 9 is a diagram exemplifying a resin flow analysis result when the molten resin is caused to flow into the mold and molding is performed in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. In this case, as shown in FIG. 9A, the resin injected from the gate G flows from the central portion between the
その結果、図9(d)に示すように両者はIGBT10とダイオード31の間の部分の外側及びIGBT20とダイオード32の間の部分の外側で合流する。つまり、IGBT10とダイオード31の間の部分の外側及びIGBT20とダイオード32の間の部分の外側が合流部K(ウェルドライン)となる。
As a result, as shown in FIG. 9D, both merge at the outside of the portion between the
その後、図9(e)に示すように樹脂が更に流れ、図9(f)に示すようにダイオード31のIGBT10とは反対側の部分の外側、及びダイオード32のIGBT20とは反対側の部分の外側で合流し、合流部L(ウェルドライン)となる。
Thereafter, the resin further flows as shown in FIG. 9 (e), and as shown in FIG. 9 (f), the outside of the part of the
このとき、合流部KやLにはエアーが抜けることを妨げる壁等が存在しないため、エアーを外側に押し出すことができ、エアーの巻き込みを抑制することができる。これにより、ボイドの発生や、樹脂と金属板との界面の剥離の発生を抑制することができ、耐久性が高く信頼性の高い半導体装置1を実現できる。
At this time, since there is no wall or the like that prevents air from escaping in the merging portions K and L, the air can be pushed out and the entrainment of air can be suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of a void and generation | occurrence | production of the peeling of the interface of resin and a metal plate can be suppressed, and the
このように、第1の実施の形態では、ゲートの両側に、段差部を有する凹部を、平面視において、封止樹脂の背面から突出する端子間であって、かつ、封止樹脂の背面側の最外列に配置された半導体素子の一辺と対向する位置に設ける。これにより、半導体素子の外側から流れ込む樹脂の流速を中央部分から流れ込む樹脂の流速よりも遅くできるため、樹脂の合流部(ウェルドライン)を半導体素子間ではなく、半導体素子の外側に持って行くことが可能となる。その結果、ボイドの発生や、樹脂と金属板との界面の剥離の発生を抑制することが可能となり、耐久性が高く信頼性の高い半導体装置を実現できる。 As described above, in the first embodiment, the recesses having the stepped portions on both sides of the gate are between the terminals protruding from the back surface of the sealing resin in a plan view and on the back surface side of the sealing resin. Are provided at positions facing one side of the semiconductor elements arranged in the outermost row. As a result, the flow velocity of the resin flowing from the outside of the semiconductor element can be made slower than the flow velocity of the resin flowing from the central portion, so that the resin junction (weld line) is taken outside the semiconductor element, not between the semiconductor elements. Is possible. As a result, generation of voids and occurrence of peeling at the interface between the resin and the metal plate can be suppressed, and a highly durable and highly reliable semiconductor device can be realized.
又、封止樹脂の背面から突出する端子間に、封止樹脂の背面から半導体素子側に窪んだ形状の凹部を設けることにより、半導体装置の大型化をともなうことなく隣接する端子間の沿面距離を確保することが可能となり、絶縁性を高めることができる。つまり、本実施の形態において、段差部を有する凹部は、樹脂の流速を制御する(遅くする)機能と、沿面距離を確保する機能とを兼ね備えている。 In addition, by providing a recess recessed from the back surface of the sealing resin to the semiconductor element side between the terminals protruding from the back surface of the sealing resin, the creepage distance between adjacent terminals without increasing the size of the semiconductor device Can be ensured, and insulation can be improved. In other words, in the present embodiment, the concave portion having the step portion has both a function of controlling (slowing down) the flow rate of the resin and a function of ensuring the creeping distance.
又、ボンディングワイヤの方向と略同一方向から樹脂が注入することにより、ボンディングワイヤの部分が合流部(ウェルドライン)とならないため、ボンディングワイヤの倒れが発生するおそれを低減できる。 Further, since the resin is injected from substantially the same direction as the direction of the bonding wire, the bonding wire portion does not become a joining portion (weld line), so that the possibility of the bonding wire falling down can be reduced.
なお、平面視において、封止樹脂50の高位側電源端子41aと低位側電源端子42aとの間の部分、及び低位側電源端子42aと出力端子43aとの間の部分にも凹部が形成されているが、これは隣接する端子間の沿面距離を確保することで絶縁性を高めるために設けられたものであり、樹脂の流動には影響しない。
In plan view, recesses are also formed in the portion of the sealing
〈第1の実施の形態の変形例1〉
第1の実施の形態の変形例1では、半導体素子の大きさ、及び、隣接する半導体素子の間隔により樹脂の流動が変化するか否かを検討する。なお、第1の実施の形態の変形例1において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
<
In the first modification of the first embodiment, it is examined whether or not the resin flow changes depending on the size of the semiconductor element and the interval between adjacent semiconductor elements. In the first modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiment is omitted.
図10は、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置の製造工程において、溶解した樹脂を金型に流入させてモールド成形を行う際の樹脂流動解析結果を例示する図(その1)であり、半導体素子の大きさが大、隣接する半導体素子の間隔が小である場合の解析結果である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a resin flow analysis result when molding is performed by injecting molten resin into a mold in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment (No. 1). This is an analysis result when the size of the semiconductor element is large and the interval between adjacent semiconductor elements is small.
図10(a)〜(c)に示す樹脂流動解析結果のように、第1の実施の形態の場合と同様に、半導体素子の外側から流れ込む樹脂の流速を中央部分から流れ込む樹脂の流速よりも遅くできるため、樹脂の合流部(ウェルドライン)を半導体素子間ではなく、半導体素子の外側に持って行くことが可能となる。その結果、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。 As in the case of the first embodiment, as in the resin flow analysis results shown in FIGS. 10A to 10C, the flow velocity of the resin flowing from the outside of the semiconductor element is higher than the flow velocity of the resin flowing from the central portion. Since it can be delayed, it is possible to bring the resin junction (weld line) to the outside of the semiconductor element, not between the semiconductor elements. As a result, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
図11は、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置の製造工程において、溶解した樹脂を金型に流入させてモールド成形を行う際の樹脂流動解析結果を例示する図(その2)であり、半導体素子の大きさが中、隣接する半導体素子の間隔が中である場合の解析結果である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a resin flow analysis result when molding is performed by injecting molten resin into a mold in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment (part 2). This is an analysis result when the size of the semiconductor element is medium and the interval between adjacent semiconductor elements is medium.
図11(a)〜(d)に示す樹脂流動解析結果のように、第1の実施の形態の場合と同様に、半導体素子の外側から流れ込む樹脂の流速を中央部分から流れ込む樹脂の流速よりも遅くできるため、樹脂の合流部(ウェルドライン)を半導体素子間ではなく、半導体素子の外側に持って行くことが可能となる。その結果、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。 As in the resin flow analysis results shown in FIGS. 11A to 11D, as in the case of the first embodiment, the flow velocity of the resin flowing from the outside of the semiconductor element is higher than the flow velocity of the resin flowing from the central portion. Since it can be delayed, it is possible to bring the resin junction (weld line) to the outside of the semiconductor element, not between the semiconductor elements. As a result, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
図12は、第1の実施の形態の変形例1に係る半導体装置の製造工程において、溶解した樹脂を金型に流入させてモールド成形を行う際の樹脂流動解析結果を例示する図(その3)であり、半導体素子の大きさが小、隣接する半導体素子の間隔が大である場合の解析結果である。 FIG. 12 is a diagram illustrating a resin flow analysis result when a molten resin is poured into a mold and molding is performed in the semiconductor device manufacturing process according to the first modification of the first embodiment (part 3). This is an analysis result when the size of the semiconductor element is small and the interval between adjacent semiconductor elements is large.
図12(a)〜(c)に示す樹脂流動解析結果のように、第1の実施の形態の場合と同様に、半導体素子の外側から流れ込む樹脂の流速を中央部分から流れ込む樹脂の流速よりも遅くできるため、樹脂の合流部(ウェルドライン)を半導体素子間ではなく、半導体素子の外側に持って行くことが可能となる。その結果、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。 As in the case of the resin flow analysis results shown in FIGS. 12A to 12C, as in the case of the first embodiment, the flow rate of the resin flowing from the outside of the semiconductor element is higher than the flow rate of the resin flowing from the central portion. Since it can be delayed, it is possible to bring the resin junction (weld line) to the outside of the semiconductor element, not between the semiconductor elements. As a result, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
このように、第1の実施の形態の変形例1によれば、半導体素子の大きさや隣接する半導体素子の間隔の広狭にかかわらず、ゲートの両側に、段差部を有する凹部を、平面視において、封止樹脂の背面から突出する端子間であって、かつ、封止樹脂の背面側の最外列に配置された半導体素子の一辺と対向する位置に設けることにより、第1の実施の形態と同様の効果を奏することが確認された。 As described above, according to the first modification of the first embodiment, the recesses having the stepped portions on both sides of the gate are seen in a plan view regardless of the size of the semiconductor element and the interval between adjacent semiconductor elements. The first embodiment is provided between the terminals protruding from the back surface of the sealing resin and at a position facing one side of the semiconductor elements arranged in the outermost row on the back surface side of the sealing resin. It was confirmed that the same effect was achieved.
〈第1の実施の形態の変形例2〉
第1の実施の形態の変形例2では、凹部51及び52を第1の実施の形態とは異なる位置に設ける例を示す。なお、第1の実施の形態の変形例2において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
<
In the second modification of the first embodiment, an example in which the
図13は、第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置の内部構造を例示する平面図(その1)である。図14は、第1の実施の形態の変形例2に係る半導体装置の内部構造を例示する平面図(その2)である。 FIG. 13 is a plan view (part 1) illustrating the internal structure of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment. FIG. 14 is a plan view (part 2) illustrating the internal structure of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment.
前述のように、凹部51及び52は、平面視において、封止樹脂50の背面から突出する端子間であって、かつ、封止樹脂50の背面側の最外列に配置された半導体素子の一辺と対向する位置(図7のD又はEの範囲内)に設けることができる。第1の実施の形態では、凹部51を吊りリード端子41bと制御電極端子46のうちの1つとの間に設け、凹部52を吊りリード端子43bと制御電極端子47のうちの1つとの間に設けた。
As described above, the
しかし、図7のD又はEの範囲内であれば、図13や図14に示すように、凹部51を隣接する制御電極端子46の間に設け、凹部52を隣接する制御電極端子47の間に設けてもよい。この場合にも、第1の実施の形態や変形例1と同様の効果を奏する。
However, if it is within the range of D or E in FIG. 7, as shown in FIGS. 13 and 14, the
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment and its modification have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modification, and the above-described implementation is performed without departing from the scope described in the claims. Various modifications and substitutions can be added to the embodiment and its modifications.
例えば、上記実施の形態では、複数の半導体素子(IGBT及びダイオード)が縦横に配列された半導体装置を例示したが、本発明は、IGBT及びダイオードが一体化された半導体素子が2つ配列された半導体装置等にも適用することができる。 For example, in the above embodiment, a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements (IGBTs and diodes) are arranged vertically and horizontally is illustrated. However, in the present invention, two semiconductor elements in which IGBTs and diodes are integrated are arranged. The present invention can also be applied to a semiconductor device or the like.
1 半導体装置
10、20 IGBT
11、21 コレクタ電極
12、22 エミッタ電極
13、23 ゲート電極
31、32 ダイオード
41a 高位側電源端子
41b、43b 吊りリード端子
41、42、43、44、45 金属板
42a 低位側電源端子
43a 出力端子
46、47 制御電極端子
50 封止樹脂
51、52 凹部
53、55 貫通部
54、56 段差部
61、62 スペーサ
11, 21
Claims (5)
前記複数の半導体素子を封止する封止樹脂と、
前記複数の半導体素子と電気的に接続され、前記平面に垂直な方向から視て、前記封止樹脂の所定の面から前記第1の方向と直交する方向に突出する部分を備えた複数の端子と、
前記平面に垂直な方向から視て、前記所定の面から前記半導体素子側に窪んだ形状であって、前記封止樹脂となる樹脂を充填する際の樹脂注入口の位置の両側に設けられた第1の凹部及び第2の凹部と、を有し、
前記第1の凹部は、前記平面に垂直な方向から視て、前記複数の半導体素子のうちの一の半導体素子と対向する位置であって、かつ、前記樹脂注入口の前記一の半導体素子側において前記所定の面から突出する端子間に設けられ、
前記第2の凹部は、前記平面に垂直な方向から視て、前記複数の半導体素子のうちの他の半導体素子と対向する位置であって、かつ、前記樹脂注入口の前記他の半導体素子側において前記所定の面から突出する端子間に設けられ、
前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、それぞれ、前記平面に垂直な方向から視て、前記所定の面側に形成され前記封止樹脂を前記平面に垂直な方向に貫通する貫通部と、前記貫通部の前記半導体素子側に形成され前記封止樹脂の上面から前記平面に垂直な方向に所定の深さだけ窪んだ段差部と、を備えている半導体装置の製造方法であって、
前記封止樹脂は、前記樹脂注入口から樹脂を注入して形成される半導体装置の製造方法。 A plurality of semiconductor elements arranged in a first direction on a plane;
A sealing resin for sealing the plurality of semiconductor elements;
A plurality of terminals electrically connected to the plurality of semiconductor elements and provided with portions protruding in a direction orthogonal to the first direction from a predetermined surface of the sealing resin as viewed from a direction perpendicular to the plane When,
Viewed from a direction perpendicular to the plane, the shape is recessed from the predetermined surface toward the semiconductor element, and is provided on both sides of the position of the resin injection port when filling the resin to be the sealing resin. A first recess and a second recess,
The first recess is a position facing one semiconductor element of the plurality of semiconductor elements when viewed from a direction perpendicular to the plane, and the one semiconductor element side of the resin injection port In between the terminals protruding from the predetermined surface,
The second recess is a position facing the other semiconductor element of the plurality of semiconductor elements when viewed from a direction perpendicular to the plane, and the other semiconductor element side of the resin injection port In between the terminals protruding from the predetermined surface,
Each of the first recess and the second recess is a through portion that is formed on the predetermined surface side and penetrates the sealing resin in a direction perpendicular to the plane as viewed from a direction perpendicular to the plane. A step portion formed on the semiconductor element side of the penetrating portion and recessed from the upper surface of the sealing resin by a predetermined depth in a direction perpendicular to the plane, and a manufacturing method of a semiconductor device,
The method for manufacturing a semiconductor device , wherein the sealing resin is formed by injecting resin from the resin injection port .
前記金属板の端部は、前記所定の面から突出して前記複数の端子の一部をなす請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The plurality of semiconductor elements are mounted on a metal plate,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the metal plate protrudes from the predetermined surface and forms part of the plurality of terminals.
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