JP6008767B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車、電車等のモータを制御するインバータおよび回生用コンバータに使用される半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device used for an inverter for controlling a motor of an electric vehicle, a train or the like and a regeneration converter, and a method for manufacturing the semiconductor device.

従来の半導体装置においては、金属ブロックの上面にロウ材、半導体素子、ロウ材、リード端子、ロウ材、電極の順に載せてから、これら全体を加熱しロウ材を溶融させることで、金属ブロック、リード端子および電極を接合するというロウ付け方法を用いて製造されていた。   In a conventional semiconductor device, after placing a brazing material, a semiconductor element, a brazing material, a lead terminal, a brazing material, and an electrode on the upper surface of the metal block in this order, the entire metal block is heated to melt the brazing material, It has been manufactured using a brazing method in which lead terminals and electrodes are joined.

また、半導体素子の下面に、アルミワイヤボンドによりバンプを形成してロウ材の最低厚みを確保することもあった。さらに、モールド時に電極の上端部にスリーブを装着し、電極の上面にモールド樹脂が回りこまないようにしていた(例えば、特許文献1参照)。   In addition, bumps are formed on the lower surface of the semiconductor element by aluminum wire bonding to ensure the minimum thickness of the brazing material. Further, a sleeve is attached to the upper end of the electrode during molding so that the mold resin does not flow around the upper surface of the electrode (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−129818号公報JP 2010-129818 A

従来の半導体装置は、金属ブロックの上面にロウ材、半導体素子、ロウ材、リード端子、ロウ材、電極の順に載せてからこれら全体を加熱するため、ロウ材の厚みが不均一となって、特に電極の重みによってリード端子、半導体素子に傾きが発生したり、半導体素子の下面のロウ材がはみ出したりすることがあった。   In the conventional semiconductor device, the brazing material, the semiconductor element, the brazing material, the lead terminal, the brazing material, and the electrode are placed in this order on the upper surface of the metal block and then heated, so that the brazing material has a non-uniform thickness. In particular, the lead terminal and the semiconductor element may be inclined due to the weight of the electrode, or the brazing material on the lower surface of the semiconductor element may protrude.

上記のようにロウ材の厚みが不均一となることから、リード端子の高さ位置を管理することが難しく、リード端子の上面に搭載されている電極の上面の高さ位置がばらついていた。電極の上面の高さ位置が所定位置よりも低くなった場合、モールド時に電極と金型との間に隙間ができてモールド樹脂がその隙間に回りこむという問題があった。   Since the thickness of the brazing material is not uniform as described above, it is difficult to manage the height position of the lead terminal, and the height position of the upper surface of the electrode mounted on the upper surface of the lead terminal varies. When the height position of the upper surface of the electrode is lower than a predetermined position, there is a problem that a gap is formed between the electrode and the mold at the time of molding, and the molding resin wraps around the gap.

また、電極を金型で押さえ込んだとき、半導体素子に過剰な負荷が掛かるという問題があった。ここで、半導体素子の下面のバンプは、ロウ材の最低厚みを確保するためのものであり、電極の高さ位置を管理することはできない。   Further, when the electrode is pressed with a mold, there is a problem that an excessive load is applied to the semiconductor element. Here, the bump on the lower surface of the semiconductor element is for ensuring the minimum thickness of the brazing material, and the height position of the electrode cannot be managed.

また、特許文献1に記載の技術は、電極の上面の高さ位置が所定位置よりも低くなった場合にモールド樹脂が電極と金型との間の隙間に回りこむことを防止できるが、電極にスリーブを装着する必要があるため、半導体装置の製造コストが上昇してしまう。   Further, the technique described in Patent Document 1 can prevent the mold resin from flowing into the gap between the electrode and the mold when the height position of the upper surface of the electrode is lower than a predetermined position. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device increases.

そこで、本発明は、スリーブを設けることなく、リード端子の高さ位置を管理することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can manage the height position of the lead terminal without providing a sleeve.

本発明に係る半導体装置は、金属ブロックと、前記金属ブロックの上面に接合材により接合された半導体素子と、前記半導体素子の上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合されたリード端子と、前記リード端子の上面に接合された第1電極と、前記金属ブロックの上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合された第2電極と、前記金属ブロックの下面および前記第1,第2電極の上面を露出させつつ、前記金属ブロック、前記半導体素子、前記リード端子、および前記第1,第2電極を覆うモールド樹脂とを備え、前記金属ブロックにおいて、前記リード端子の中央部に対応する位置に穴部、もしくは前記リード端子における延設方向の両端部に対応する位置に切り欠き部が形成されたものである。 A semiconductor device according to the present invention includes a metal block, a semiconductor element bonded to the upper surface of the metal block by a bonding material, and a lead terminal bonded to the upper surface of the semiconductor element by the same type of bonding material as the bonding material. A first electrode bonded to the upper surface of the lead terminal; a second electrode bonded to the upper surface of the metal block with the same type of bonding material as the bonding material; the lower surface of the metal block; A mold resin that covers the metal block, the semiconductor element, the lead terminal, and the first and second electrodes while exposing the upper surface of the two electrodes, and corresponds to a central portion of the lead terminal in the metal block A notch is formed at a position corresponding to both ends of the lead terminal in the extending direction .

本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、金属ブロックと、前記金属ブロックの上面に接合材により接合された半導体素子と、前記半導体素子の上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合されたリード端子と、前記リード端子の上面に接合された第1電極と、前記金属ブロックの上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合された第2電極と、前記金属ブロックの下面および前記第1,第2電極の上面を露出させつつ、前記金属ブロック、前記半導体素子、前記リード端子、および前記第1,第2電極を覆うモールド樹脂とを備え、前記リード端子の延設方向の両端部は、前記金属ブロックにおける水平方向の端から突出しており、前記半導体装置の製造方法、前記リード端子における延設方向の両端部を用いて、治具により前記リード端子を予め定められた高さ位置に固定して前記モールド樹脂でモールドする工程を備えたものである。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device includes a metal block, a semiconductor element bonded to the upper surface of the metal block with a bonding material, and a bonding of the same type as the bonding material to the upper surface of the semiconductor element. A lead terminal joined by a material, a first electrode joined to the upper surface of the lead terminal, a second electrode joined to the upper surface of the metal block by the same kind of joining material as the joining material, and the metal block A mold resin that covers the metal block, the semiconductor element, the lead terminal, and the first and second electrodes while exposing the lower surface of the first electrode and the upper surface of the first and second electrodes. both end portions of the arrangement direction is protruded from the horizontal direction of the end of the metal block, the manufacturing method of the semiconductor device, both end portions of the extending direction of the lead terminal Used, it is fixed at a predetermined height position of the lead terminals by a jig which includes a step of molding by the molding resin.

本発明の半導体装置によれば、金属ブロックにおいて、リード端子の中央部に対応する位置に穴部、もしくはリード端子における延設方向の両端部に対応する位置に切り欠き部が形成されたため、モールド時、治具によりリード端子の下面の中央部を支持、もしくはリード端子の延設方向の両端部を挟み込むことで、リード端子を予め定められた高さ位置に固定することができる。すなわち、リード端子の高さ位置を管理することができる。これにより、第1電極の重みでリード端子が傾くことがなく、モールド後に第1電極の上面をモールド樹脂の表面に容易に露出させることができ、また、半導体素子の下面の接合材のはみ出しを防止できる。
According to the semiconductor device of the present invention, in the metal block, the notch is formed at the position corresponding to both ends in the extending direction of the lead terminal in the hole corresponding to the center of the lead terminal . At the time of molding, the lead terminal can be fixed at a predetermined height position by supporting the center portion of the lower surface of the lead terminal with a jig or sandwiching both end portions in the extending direction of the lead terminal. That is, the height position of the lead terminal can be managed. As a result, the lead terminal does not tilt due to the weight of the first electrode, the upper surface of the first electrode can be easily exposed to the surface of the mold resin after molding, and the protrusion of the bonding material on the lower surface of the semiconductor element can be prevented. Can be prevented.

さらに、リード端子の高さ位置を管理するに際して、スリーブを設ける必要がないため、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。   Furthermore, since it is not necessary to provide a sleeve when managing the height position of the lead terminal, an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、リード端子における延設方向の両端部を用いて、治具によりリード端子を予め定められた高さ位置に固定する工程を備えたため、リード端子の高さ位置を管理することができる。これにより、第1電極の重みでリード端子が傾くことがなく、モールド後に第1電極の上面をモールド樹脂の表面に容易に露出させることができ、また、第1電極の自重による半導体素子の下面の接合材のはみ出しを防止できる。   According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the lead terminal is fixed to a predetermined height position by a jig using both ends of the lead terminal in the extending direction, the height of the lead terminal is increased. The position can be managed. Thereby, the lead terminal does not tilt due to the weight of the first electrode, the upper surface of the first electrode can be easily exposed to the surface of the mold resin after molding, and the lower surface of the semiconductor element due to the weight of the first electrode. This prevents the bonding material from protruding.

さらに、リード端子の高さ位置を管理するに際して、スリーブを設ける必要がないため、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。   Furthermore, since it is not necessary to provide a sleeve when managing the height position of the lead terminal, an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed.

実施の形態1に係る半導体装置におけるモールド後の平面図である。FIG. 6 is a plan view after molding in the semiconductor device according to the first embodiment. 半導体装置におけるモールド後の断面図である。It is sectional drawing after the mold in a semiconductor device. ロウ材接合後に治具を取り付けた状態の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of the state which attached the jig | tool after brazing material joining. 実施の形態2に係る半導体装置におけるロウ材接合後の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view after joining a brazing material in the semiconductor device according to the second embodiment. ロウ材接合後に治具を取り付けた状態の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of the state which attached the jig | tool after brazing material joining. 変形例1に係る半導体装置のE電極とリード端子の接合部周辺の断面図である。7 is a cross-sectional view of a periphery of a joint portion between an E electrode and a lead terminal of a semiconductor device according to Modification 1. FIG. 変形例2に係る半導体装置のE電極とリード端子の接合部周辺の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a periphery of a joint portion between an E electrode and a lead terminal of a semiconductor device according to Modification 2. 変形例3に係る半導体装置のE電極とリード端子の境界部周辺の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view around a boundary portion between an E electrode and a lead terminal of a semiconductor device according to Modification 3. 前提技術に係る半導体装置のモールド後の断面図である。It is sectional drawing after the mold of the semiconductor device which concerns on a premise technique.

<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体装置におけるモールド後の平面図であり、図2は、半導体装置におけるモールド後の断面図である。なお、図1の紙面に向かって左右方向をX方向、上下方向をY方向として説明する。
<Embodiment 1>
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view after molding in the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view after molding in the semiconductor device. Note that the description will be made with the left-right direction as the X direction and the up-down direction as the Y direction toward the paper surface of FIG.

図1に示すように、半導体装置は、金属ブロック1と、IGBT2(半導体素子)と、フリーホイールダイオード3と、リード端子5と、第1電極であるE電極(エミッタ電極)7と、第2電極であるC電極(コレクタ電極)6と、中継基板8と、信号電極9と、モールド樹脂10とを備えている。なお、図1では、金属ブロック1から上方(紙面に向かって手前側)のモールド樹脂10は、図面を見やすくするために省略されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes a metal block 1, an IGBT 2 (semiconductor element), a free wheel diode 3, a lead terminal 5, an E electrode (emitter electrode) 7 as a first electrode, A C electrode (collector electrode) 6, which is an electrode, a relay substrate 8, a signal electrode 9, and a mold resin 10 are provided. In FIG. 1, the mold resin 10 above the metal block 1 (on the front side in the drawing) is omitted to make the drawing easier to see.

金属ブロック1の上面に、IGBT2およびフリーホイールダイオード3、リード端子5、E電極7が順に載置され、それぞれの部材は、接合材であるロウ材により接合されている。また、金属ブロック1の上面には、C電極6、中継基板8がそれぞれ搭載され、中継基板8の上面には信号電極9がロウ付けされ、中継基板8とIGBT2はアルミワイヤ4により配線されている。   An IGBT 2, a free wheel diode 3, a lead terminal 5, and an E electrode 7 are placed in this order on the upper surface of the metal block 1, and each member is joined by a brazing material that is a joining material. Further, the C electrode 6 and the relay substrate 8 are mounted on the upper surface of the metal block 1, the signal electrode 9 is brazed on the upper surface of the relay substrate 8, and the relay substrate 8 and the IGBT 2 are wired by the aluminum wire 4. Yes.

次に、部材の接合関係について具体的に説明する。図1と図2に示すように、金属ブロック1の上面の中央部分には、ロウ材11によりIGBT2と、ロウ材21によりフリーホイールダイオード3が接合されている。また、金属ブロック1の上面のY方向端部寄りには、ロウ材13によりC電極6が接合されているとともに、図示外のロウ材により中継基板8が接合されている。   Next, the joining relationship of members will be specifically described. As shown in FIGS. 1 and 2, the IGBT 2 and the free wheel diode 3 are joined to each other by a brazing material 11 and a brazing material 21 at the center of the upper surface of the metal block 1. Further, a C electrode 6 is joined to the upper end of the metal block 1 in the Y direction by a brazing material 13 and a relay substrate 8 is joined by a brazing material not shown.

IGBT2とフリーホイールダイオード3は、金属ブロック1の上面において、X方向にそれぞれ所定の間隔をあけて配置されている。金属ブロック1は、例えば矩形状に形成され、リード端子5は、その延設方向がX方向となるように配置されている。リード端子5におけるX方向(延設方向)の長さは、金属ブロック1におけるX方向の辺の長さよりも長く形成されている。すなわち、リード端子5のX方向の両端部は、金属ブロック1におけるX方向の辺の端(水平方向の端)から突出している。   The IGBT 2 and the free wheel diode 3 are arranged on the upper surface of the metal block 1 with a predetermined interval in the X direction. The metal block 1 is formed in a rectangular shape, for example, and the lead terminals 5 are arranged so that the extending direction thereof is the X direction. The length of the lead terminal 5 in the X direction (extension direction) is longer than the length of the side of the metal block 1 in the X direction. That is, both ends of the lead terminal 5 in the X direction protrude from the ends (horizontal ends) of the metal block 1 in the X direction.

IGBT2の上面には、ロウ材12によりリード端子5のX方向における一端側が接合されるとともに、フリーホイールダイオード3の上面には、ロウ材22によりリード端子5のX方向における他端側が接合されている。   One end side of the lead terminal 5 in the X direction is joined to the upper surface of the IGBT 2 by the brazing material 12, and the other end side of the lead terminal 5 in the X direction is joined to the upper surface of the free wheel diode 3 by the brazing material 22. Yes.

E電極7とリード端子5は、E電極7とリード端子5との間隔を一定に保持するように接合されている。すなわち、E電極7とリード端子5は、それぞれ傾くことなく水平方向に対してほぼ平行に接合されている。リード端子5の上面におけるE電極7との接合部は、IGBT2の上面におけるリード端子5との接合部よりも、リード端子5のX方向における端部側に位置している。   The E electrode 7 and the lead terminal 5 are joined so as to keep the distance between the E electrode 7 and the lead terminal 5 constant. That is, the E electrode 7 and the lead terminal 5 are joined substantially parallel to the horizontal direction without being inclined. The joint portion with the E electrode 7 on the upper surface of the lead terminal 5 is located closer to the end portion side in the X direction of the lead terminal 5 than the joint portion with the lead terminal 5 on the upper surface of the IGBT 2.

ここで、ロウ材11,12,13,14,21,22、および中継基板8が接合されるロウ材は、同じ種類のロウ材である。すなわち、上記に説明した部材の接合に1種類のロウ材が使用されている。   Here, the brazing material 11, 12, 13, 14, 21, 22 and the brazing material to which the relay substrate 8 is joined are the same kind of brazing material. That is, one type of brazing material is used for joining the members described above.

モールド樹脂10は、金属ブロック1の上面および側面と、IGBT2とフリーホイールダイオード3の上面および側面と、リード端子5の全面と、C電極6とE電極7の側面とを覆っている。また、モールド樹脂10は、図示外の信号電極の側面も覆っている。すなわち、C電極6とE電極7の上面、信号電極の上面がモールド樹脂10の表面に露出している。なお、図2に示すように、金属ブロック1の下面はモールド樹脂1の表面に露出することもあり、また、図示外の絶縁層でモールド樹脂10の表面を覆うこともある。   The mold resin 10 covers the upper and side surfaces of the metal block 1, the upper and side surfaces of the IGBT 2 and the free wheel diode 3, the entire surface of the lead terminal 5, and the side surfaces of the C electrode 6 and the E electrode 7. The mold resin 10 also covers the side surfaces of the signal electrodes not shown. That is, the upper surfaces of the C electrode 6 and the E electrode 7 and the upper surface of the signal electrode are exposed on the surface of the mold resin 10. As shown in FIG. 2, the lower surface of the metal block 1 may be exposed on the surface of the mold resin 1, or the surface of the mold resin 10 may be covered with an insulating layer not shown.

次に、図3を用いて、半導体装置に対する治具16の取り付けについて説明する。図3は、ロウ材接合後に治具16を取り付けた状態の半導体装置の断面図である。最初に、半導体装置に取り付けられる治具16について説明する。治具16は、土台16aと、リード端子5のX方向における両端部を挟み込む一対の挟持部材16bとを備えている。   Next, attachment of the jig 16 to the semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device with the jig 16 attached after joining the brazing material. First, the jig 16 attached to the semiconductor device will be described. The jig 16 includes a base 16 a and a pair of clamping members 16 b that sandwich both end portions of the lead terminal 5 in the X direction.

リード端子5のX方向の両端部、すなわち、リード端子6の金属ブロック1より突出した部分は、金属ブロック1におけるX方向の辺の端から突出している。ロウ材接合後の半導体装置は治具16の土台16a上にセットされ、金属ブロック1の側面は治具16の一対の挟持部材16bの下部により固定されている。さらに、リード端子5のX方向における両端部は、治具16の一対の挟持部材16bの上部により、例えば上下方向に挟み込まれることで、リード端子5は予め定められた高さ位置に固定される。   Both end portions of the lead terminal 5 in the X direction, that is, portions protruding from the metal block 1 of the lead terminal 6 protrude from the ends of the sides of the metal block 1 in the X direction. The semiconductor device after the joining of the brazing material is set on the base 16 a of the jig 16, and the side surface of the metal block 1 is fixed by the lower portions of the pair of clamping members 16 b of the jig 16. Furthermore, the both ends of the lead terminal 5 in the X direction are sandwiched, for example, in the vertical direction by the upper portions of the pair of sandwiching members 16b of the jig 16, so that the lead terminal 5 is fixed at a predetermined height position. .

次に、半導体装置は、治具16を取り付けた状態で金型(図示省略)にセットされた後、金型内にモールド樹脂が充填される。この状態では、半導体装置において治具16が取り付けられている部分がモールド樹脂10で封止されないため、例えば、治具16を取り付けた状態でモールド樹脂を充填した後、治具16を半導体装置から取り外してから、再度半導体装置が金型にセットされる。そして、金型内にモールド樹脂が充填され、半導体装置において治具16が取り付けられていた部分についてもモールド樹脂10で封止される。ここで、実施の形態1に係る半導体装置の効果について、図9に示す前提技術に係る半導体装置の場合と対比して説明する。図9は、前提技術に係る半導体装置のモールド後の断面図である。   Next, after the semiconductor device is set in a mold (not shown) with the jig 16 attached, the mold resin is filled in the mold. In this state, since the portion where the jig 16 is attached in the semiconductor device is not sealed with the mold resin 10, for example, after filling the mold resin with the jig 16 attached, the jig 16 is removed from the semiconductor device. After removal, the semiconductor device is set in the mold again. The mold resin is filled in the mold, and the portion where the jig 16 is attached in the semiconductor device is also sealed with the mold resin 10. Here, the effect of the semiconductor device according to the first embodiment will be described in comparison with the case of the semiconductor device according to the base technology shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the base technology after being molded.

図9に示すように、前提技術に係る半導体装置では、リード端子35は、金属ブロック1におけるX方向の辺よりも短く形成され、金属ブロック1におけるX方向の辺から突出していない。すなわち、前提技術に係る半導体装置は、治具16を用いてリード端子25のX方向における両端部を挟み込むことができない。   As shown in FIG. 9, in the semiconductor device according to the base technology, the lead terminal 35 is formed shorter than the side of the metal block 1 in the X direction and does not protrude from the side of the metal block 1 in the X direction. That is, the semiconductor device according to the base technology cannot sandwich both end portions in the X direction of the lead terminal 25 using the jig 16.

このため、E電極7の重みによってリード端子35、IGBT2に傾きが発生したり、IGBT2の下面に接合されたロウ材11aがはみ出したりすることがあった。また、リード端子35、IGBT2が傾くことでE電極7の上面とモールド樹脂10との間に隙間37が生じ、モールド樹脂10が隙間37に回り込むという問題があった。E電極7の上面がモールド樹脂10の表面に露出しなくなることを防ぐために、E電極7の上端部にスリーブ36を装着していた。   For this reason, the lead terminal 35 and the IGBT 2 may be inclined due to the weight of the E electrode 7, or the brazing material 11 a bonded to the lower surface of the IGBT 2 may protrude. Further, the lead terminal 35 and the IGBT 2 are inclined, so that there is a gap 37 between the upper surface of the E electrode 7 and the mold resin 10, and the mold resin 10 wraps around the gap 37. In order to prevent the upper surface of the E electrode 7 from being exposed on the surface of the mold resin 10, a sleeve 36 is attached to the upper end portion of the E electrode 7.

これに対して、実施の形態1に係る半導体装置では、リード端子5のX方向における両端部は、金属ブロック1におけるX方向の辺の端から突出しているため、これら突出した部分を治具16の挟持部16bにより挟み込むことで、リード端子5を予め定められた高さ位置に固定することができる。このため、E電極7の重みでリード端子5が傾くことがなく、E電極7の上面をモールド後にモールド樹脂10の表面に容易に露出させることができ、また、E電極7の自重によるIGBT2の下面のロウ材11のはみ出しを防止できる。   On the other hand, in the semiconductor device according to the first embodiment, since both end portions in the X direction of the lead terminal 5 protrude from the ends of the sides in the X direction of the metal block 1, these protruding portions are used as the jig 16. The lead terminal 5 can be fixed at a predetermined height position by being pinched by the pinching portion 16b. For this reason, the lead terminal 5 does not tilt due to the weight of the E electrode 7, the upper surface of the E electrode 7 can be easily exposed to the surface of the mold resin 10 after molding, and the IGBT 2 has its own weight due to its own weight. The protrusion of the lower brazing material 11 can be prevented.

以上のように、リード端子5のX方向における両端部は、金属ブロック1におけるX方向の端から突出しているため、モールド時、治具16によりリード端子5のX方向における両端部を挟み込むことで、リード端子5を予め定められた高さ位置に固定することができる。すなわち、リード端子5の高さ位置を管理することができる。これにより、E電極7の重みによってリード端子5が傾くことがなく、モールド後にE電極7の上面をモールド樹脂10の表面に容易に露出させることができ、また、IGBT2の下面のロウ材11のはみ出しを防止できる。   As described above, since both ends of the lead terminal 5 in the X direction protrude from the ends of the metal block 1 in the X direction, the both ends of the lead terminal 5 in the X direction are sandwiched by the jig 16 during molding. The lead terminal 5 can be fixed at a predetermined height position. That is, the height position of the lead terminal 5 can be managed. As a result, the lead terminal 5 does not tilt due to the weight of the E electrode 7, the upper surface of the E electrode 7 can be easily exposed to the surface of the mold resin 10 after molding, and the brazing material 11 on the lower surface of the IGBT 2 can be exposed. Protrusion can be prevented.

さらに、リード端子5の高さ位置を管理するに際して、スリーブを設ける必要がないため、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。また、リード端子5が傾くことを防止できるため、半導体装置の品質が向上し、半導体装置の長期使用が可能となる。   Furthermore, since it is not necessary to provide a sleeve when managing the height position of the lead terminal 5, an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed. Further, since the lead terminal 5 can be prevented from being inclined, the quality of the semiconductor device is improved, and the semiconductor device can be used for a long time.

また、治具16によってリード端子5のX方向における両端部が挟み込まれているため、リード端子5上に搭載されたE電極7の重みをリード端子5と治具16とで受けることができる。このため、リード端子5がIGBT2の上面および下面のロウ材11,12を押し潰すこともなく、IGBT2の下面のロウ材11ははみ出すことがない。さらに、リード端子5を支持する治具16の高さ位置を管理することにより、容易にリード端子5の高さ位置を管理することができる。   In addition, since both ends in the X direction of the lead terminal 5 are sandwiched by the jig 16, the weight of the E electrode 7 mounted on the lead terminal 5 can be received by the lead terminal 5 and the jig 16. For this reason, the lead terminal 5 does not crush the brazing materials 11 and 12 on the upper surface and the lower surface of the IGBT 2, and the brazing material 11 on the lower surface of the IGBT 2 does not protrude. Furthermore, by managing the height position of the jig 16 that supports the lead terminal 5, the height position of the lead terminal 5 can be easily managed.

また、半導体装置では、複数の接合部が存在するが、使用するロウ材は1種類であるため、複数の接合部について同時接合が可能となる。   In the semiconductor device, there are a plurality of joints. However, since one type of brazing material is used, simultaneous joining is possible for the plurality of joints.

E電極7とリード端子5は、E電極7とリード端子5との間隔を一定に保持するように接合されたため、E電極7の上面の高さ位置の精度を向上させることができる。   Since the E electrode 7 and the lead terminal 5 are joined so as to keep the distance between the E electrode 7 and the lead terminal 5 constant, the accuracy of the height position of the upper surface of the E electrode 7 can be improved.

E電極7は、IGBT2の上面におけるリード端子5との接合部よりも、リード端子5におけるX方向の端部側に配置されたため、モールド時、上金型がE電極7を押さえ込んだ場合に、上金型がE電極7に接触したときに発生する応力を、リード端子5によって吸収させることができ、IGBT2へのダメージを軽減することができる。   Since the E electrode 7 is disposed on the end side in the X direction of the lead terminal 5 rather than the joint portion with the lead terminal 5 on the upper surface of the IGBT 2, when the upper mold presses the E electrode 7 during molding, The stress generated when the upper mold comes into contact with the E electrode 7 can be absorbed by the lead terminal 5, and damage to the IGBT 2 can be reduced.

<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体装置について説明する。図4は、実施の形態2に係る半導体装置におけるロウ材接合後の断面図であり、図5は、ロウ材接合後に治具17を取り付けた状態の半導体装置の断面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<Embodiment 2>
Next, a semiconductor device according to the second embodiment will be described. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment after joining the brazing material, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device with the jig 17 attached after joining the brazing material. In the second embodiment, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

実施の形態2に係る半導体装置は、金属ブロック1Aと、IGBT2と、フリーホイールダイオード3と、リード端子5Aと、E電極7と、C電極6と、中継基板8と、信号電極9と、モールド樹脂10(図1参照)とを備えている。金属ブロック1Aにおいて、リード端子5Aにおける延設方向(X方向)の両端部に対応する位置に一対の切り欠き部1a、リード端子5Aの中央部に対応する位置に貫通穴1b(穴部)が形成されている。リード端子5AのX方向の長さは、金属ブロック1AのX方向の辺よりも短く形成されている。   The semiconductor device according to the second embodiment includes a metal block 1A, an IGBT 2, a free wheel diode 3, a lead terminal 5A, an E electrode 7, a C electrode 6, a relay substrate 8, a signal electrode 9, and a mold. And a resin 10 (see FIG. 1). In the metal block 1A, there are a pair of notches 1a at positions corresponding to both ends in the extending direction (X direction) of the lead terminal 5A, and through holes 1b (holes) at positions corresponding to the center of the lead terminal 5A. Is formed. The length of the lead terminal 5A in the X direction is shorter than the side of the metal block 1A in the X direction.

次に、半導体装置に対する治具17の取り付けについて説明する。最初に、半導体装置に取り付けられる治具17について説明する。図5に示すように、治具17は、土台17aと、リード端子5AのX方向における両端部を挟み込む一対の挟持部材17bと、リード端子5AのX方向における中央部を下側から支持する支持部材17cとを備えている。挟持部材17bの下部は、金属ブロック1Aの切り欠き部1aと当接するように形成され、金属ブロック1Aの側面は一対の挟持部材17bの下部により固定されている。   Next, attachment of the jig 17 to the semiconductor device will be described. First, the jig 17 attached to the semiconductor device will be described. As shown in FIG. 5, the jig 17 supports the base 17a, a pair of clamping members 17b that sandwiches both end portions in the X direction of the lead terminal 5A, and a center portion in the X direction of the lead terminal 5A from below. And a member 17c. The lower part of the clamping member 17b is formed so as to contact the notch 1a of the metal block 1A, and the side surface of the metal block 1A is fixed by the lower parts of the pair of clamping members 17b.

挟持部材17bの下部が金属ブロック1Aの切り欠き部1aに当接した状態では、治具17の一対の挟持部材17bの上部はリード端子5AのX方向における両端部を挟み込むことが可能な位置に位置し、リード端子5AのX方向における両端部は一対の挟持部材17bの上部により、例えば上下方向に挟み込まれている。   In a state where the lower part of the holding member 17b is in contact with the cutout part 1a of the metal block 1A, the upper parts of the pair of holding members 17b of the jig 17 are at positions where both end parts in the X direction of the lead terminal 5A can be held. The both ends of the lead terminal 5A in the X direction are sandwiched between the upper portions of the pair of sandwiching members 17b, for example, in the vertical direction.

支持部材17cは、金属ブロック1Aの貫通穴1bに挿通可能に形成されている。支持部材17cは、支持部材17cを貫通穴1bに挿通させた状態でリード端子5Aの下面の中央部に支持部材17cの上端が当接している。   The support member 17c is formed so as to be inserted into the through hole 1b of the metal block 1A. In the support member 17c, the upper end of the support member 17c is in contact with the center of the lower surface of the lead terminal 5A in a state where the support member 17c is inserted into the through hole 1b.

次に、半導体装置は、治具17を取り付けた状態で金型にセットされた後、金型内にモールド樹脂が充填される。この状態では、半導体装置において治具17が取り付けられている部分がモールド樹脂10で封止されないため、例えば、治具17を取り付けた状態でモールド樹脂を充填した後、治具17を半導体装置から取り外してから、再度半導体装置が金型にセットされる。そして、金型内にモールド樹脂が充填され、半導体装置において治具17が取り付けられていた部分についてもモールド樹脂10で封止される。   Next, after the semiconductor device is set in the mold with the jig 17 attached, the mold resin is filled in the mold. In this state, since the portion where the jig 17 is attached in the semiconductor device is not sealed with the mold resin 10, for example, after filling the mold resin with the jig 17 attached, the jig 17 is removed from the semiconductor device. After removal, the semiconductor device is set in the mold again. The mold resin is filled in the mold, and the portion of the semiconductor device where the jig 17 is attached is also sealed with the mold resin 10.

このように、半導体装置に治具17を取り付けることで、リード端子5Aを予め定められた高さ位置に固定することができる。なお、金属ブロック1Aには、必ずしも切り欠き部1aと貫通穴1bの両方が形成されている必要がなく、どちらか一方のみが形成されていてもよく、この場合にも、治具17を用いてリード端子5Aを予め定められた高さ位置に固定することができる。   Thus, by attaching the jig 17 to the semiconductor device, the lead terminal 5A can be fixed at a predetermined height position. The metal block 1A does not necessarily have both the notch 1a and the through hole 1b, and only one of them may be formed. In this case, the jig 17 is used. Thus, the lead terminal 5A can be fixed at a predetermined height position.

以上のように、実施の形態2に係る半導体装置では、金属ブロック1Aにおいて、リード端子5Aの中央部に対応する位置に貫通穴1b、もしくはリード端子5AにおけるX方向の両端部に対応する位置に切り欠き部1aが形成されたため、モールド時、治具17によりリード端子5Aの下面の中央部を支持、もしくはリード端子5AのX方向の両端部を挟み込むことで、リード端子5Aを予め定められた高さ位置に固定することができる。すなわち、リード端子5Aの高さ位置を管理することができる。これにより、E電極7の重みによってリード端子5Aが傾くことがなく、モールド後にE電極7の上面をモールド樹脂10の表面に容易に露出させることができ、また、IGBT2の下面に接合されたロウ材11のはみ出しを防止できる。   As described above, in the semiconductor device according to the second embodiment, in the metal block 1A, at the position corresponding to the central portion of the lead terminal 5A, the through hole 1b or the position corresponding to both ends of the lead terminal 5A in the X direction. Since the cutout portion 1a is formed, the lead terminal 5A is predetermined by supporting the center portion of the lower surface of the lead terminal 5A with the jig 17 or sandwiching both end portions in the X direction of the lead terminal 5A during molding. Can be fixed at a height position. That is, the height position of the lead terminal 5A can be managed. As a result, the lead terminal 5A does not tilt due to the weight of the E electrode 7, the upper surface of the E electrode 7 can be easily exposed to the surface of the mold resin 10 after molding, and the solder bonded to the lower surface of the IGBT 2 The protrusion of the material 11 can be prevented.

さらに、リード端子5Aの高さ位置を管理するに際して、スリーブを設ける必要がないため、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。   Furthermore, since it is not necessary to provide a sleeve when managing the height position of the lead terminal 5A, an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed.

また、リード端子5Aを金属ブロック1AのX方向の端から突出させる必要がないため、金属ブロック1AのX方向の長さよりも短いリード端子を使用することが可能となり、金属ブロック1Aの外形の制約などによりリード端子を使い分けることが可能となる。   In addition, since it is not necessary for the lead terminal 5A to protrude from the end of the metal block 1A in the X direction, it is possible to use a lead terminal that is shorter than the length of the metal block 1A in the X direction. It is possible to properly use the lead terminals by such means.

さらに、半導体装置では、複数の接合部が存在するが、使用するロウ材は1種類であるため、複数の接合部について同時接合が可能となる。   Further, in the semiconductor device, there are a plurality of joints, but since one type of brazing material is used, it is possible to simultaneously join the plurality of joints.

次に、実施の形態1,2の変形例について説明する。IGBT2は、シリコン(Si)を基板とする半導体素子によって構成されていてもよいし、炭化シリコン(SiC)などのワイドバンドギャップ半導体を基板とする半導体素子によって構成されていてもよい。IGBT2がワイドバンドギャップ半導体素子である場合は、IGBT2の下面のロウ材11の厚み、およびIGBT2の上面のロウ材12の厚みがそれぞれ均一化され、熱的信頼性が向上することで、高温への対応が可能となる。   Next, modifications of the first and second embodiments will be described. IGBT2 may be comprised by the semiconductor element which uses silicon (Si) as a board | substrate, and may be comprised by the semiconductor element which uses wide band gap semiconductors, such as a silicon carbide (SiC), as a board | substrate. When the IGBT 2 is a wide band gap semiconductor element, the thickness of the brazing material 11 on the lower surface of the IGBT 2 and the thickness of the brazing material 12 on the upper surface of the IGBT 2 are made uniform, and the thermal reliability is improved. Can be supported.

また、E電極とリード端子については種々の構造が採用可能であり、以下、図6〜図8を用いて、E電極とリード端子の構造について説明する。図6は、変形例1に係る半導体装置のE電極7Aとリード端子5の接合部周辺の断面図である。図6に示すように、E電極7Aの下面にリード端子5側に突出する、例えば複数の第1突起部7aが形成されている。第1突起部7aの高さは、ロウ材14の狙いの厚みとする。第1突起部7aによりE電極7Aの上面の高さ位置の精度を向上させることができる。   Various structures can be adopted for the E electrode and the lead terminal. Hereinafter, the structure of the E electrode and the lead terminal will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional view of the periphery of the joint between the E electrode 7A and the lead terminal 5 of the semiconductor device according to the first modification. As shown in FIG. 6, for example, a plurality of first protrusions 7 a that protrude toward the lead terminal 5 are formed on the lower surface of the E electrode 7 </ b> A. The height of the first protrusion 7 a is the target thickness of the brazing material 14. The first protrusion 7a can improve the accuracy of the height position of the upper surface of the E electrode 7A.

図7は、変形例2に係る半導体装置のE電極7とリード端子5Bの接合部周辺の断面図である。図7に示すように、リード端子5Bの上面におけるE電極7が配置される位置に、E電極7側に突出する例えば複数の第2突起部5aが形成されている。第2突起部5aの高さは、ロウ材14の狙いの厚みとする。第2突起部5aによりE電極7の上面の高さ位置の精度を向上させることができる。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the periphery of the joint between the E electrode 7 and the lead terminal 5B of the semiconductor device according to the second modification. As shown in FIG. 7, for example, a plurality of second protrusions 5 a that protrude toward the E electrode 7 are formed at positions where the E electrode 7 is disposed on the upper surface of the lead terminal 5 </ b> B. The height of the second protrusion 5a is a target thickness of the brazing material 14. The accuracy of the height position of the upper surface of the E electrode 7 can be improved by the second protrusion 5a.

図8は、変形例3に係る半導体装置のE電極7とリード端子5の境界部周辺の断面図である。図8に示すように、E電極7とリード端子5は一体成形されている。ロウ材を使用せずにE電極7とリード端子5を一体成形したことにより、E電極7の上面の高さ位置は、ロウ材の厚みに左右されないため、E電極7の上面の高さ位置の精度を向上させることができる。また、接合箇所が減るため、半導体装置の信頼性および組み立て性を向上させることができる。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the periphery of the boundary between the E electrode 7 and the lead terminal 5 of the semiconductor device according to Modification 3. As shown in FIG. 8, the E electrode 7 and the lead terminal 5 are integrally formed. Since the E electrode 7 and the lead terminal 5 are integrally formed without using the brazing material, the height position of the upper surface of the E electrode 7 does not depend on the thickness of the brazing material. Accuracy can be improved. In addition, since the number of joints is reduced, the reliability and assemblability of the semiconductor device can be improved.

以上説明した図6〜図8に示す構造を採用することで、リード端子に対するE電極の高さ位置を管理できるため、金属ブロック下面からE電極上面までの寸法を精度よく組み立てることが可能になる。その結果、金型にセットしたときにE電極上面と金型は、隙間ができることなく、また、過剰に押し付けることもない。   By adopting the structure shown in FIGS. 6 to 8 described above, the height position of the E electrode with respect to the lead terminal can be managed, so that the dimension from the lower surface of the metal block to the upper surface of the E electrode can be assembled with high accuracy. . As a result, there is no gap between the upper surface of the E electrode and the mold when it is set in the mold, and there is no excessive pressing.

また、実施の形態1,2では、金属ブロックを使用する構造について説明したが、半導体素子の実装は回路付きのセラミックまたは樹脂製絶縁基板であっても同様の効果が得られる。   In the first and second embodiments, the structure using a metal block has been described. However, the same effect can be obtained by mounting a semiconductor element using a ceramic or resin insulating substrate with a circuit.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1,1A 金属ブロック、1a 切り欠き部、1b 貫通穴、2 IGBT、5,5A,5B リード端子、5a 第2突起部、6 C電極、7,7A E電極、7a 第1突起部、10 モールド樹脂。   1, 1A metal block, 1a notch, 1b through hole, 2 IGBT, 5, 5A, 5B lead terminal, 5a second protrusion, 6 C electrode, 7, 7A E electrode, 7a first protrusion, 10 mold resin.

Claims (9)

金属ブロックと、
前記金属ブロックの上面に接合材により接合された半導体素子と、
前記半導体素子の上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合されたリード端子と、
前記リード端子の上面に接合された第1電極と、
前記金属ブロックの上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合された第2電極と、
前記金属ブロックの下面および前記第1,第2電極の上面を露出させつつ、前記金属ブロック、前記半導体素子、前記リード端子、および前記第1,第2電極を覆うモールド樹脂と、
を備え、
前記金属ブロックにおいて、前記リード端子の中央部に対応する位置に穴部、もしくは前記リード端子における延設方向の両端部に対応する位置に切り欠き部が形成された、半導体装置。
A metal block;
A semiconductor element bonded to the upper surface of the metal block by a bonding material;
A lead terminal bonded to the upper surface of the semiconductor element by the same type of bonding material as the bonding material;
A first electrode joined to the upper surface of the lead terminal;
A second electrode bonded to the upper surface of the metal block by the same type of bonding material as the bonding material;
Mold resin covering the metal block, the semiconductor element, the lead terminal, and the first and second electrodes while exposing the lower surface of the metal block and the upper surfaces of the first and second electrodes,
With
In the metal block, a semiconductor device, wherein a hole portion is formed at a position corresponding to a center portion of the lead terminal, or a notch portion is formed at a position corresponding to both end portions in the extending direction of the lead terminal .
前記第1電極および前記リード端子は、前記第1電極と前記リード端子との間隔を一定に保持するように接合された、請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode and the lead terminal are joined so as to keep a constant distance between the first electrode and the lead terminal . 前記第1電極の下面に、前記リード端子側に突出する第1突起部が形成された、請求項記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 , wherein a first protrusion that protrudes toward the lead terminal is formed on a lower surface of the first electrode . 前記リード端子の上面における前記第1電極が配置される位置に、前記第1電極側に突出する第2突起部が形成された、請求項記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2 , wherein a second protrusion protruding toward the first electrode is formed at a position where the first electrode is disposed on an upper surface of the lead terminal . 前記第1電極と前記リード端子は一体成形された、請求項記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 , wherein the first electrode and the lead terminal are integrally formed . 前記第1電極は、前記半導体素子の上面における前記リード端子との接合部よりも、前記リード端子における延設方向の端部側に配置された、請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。 The said 1st electrode is arrange | positioned rather than the junction part with the said lead terminal in the upper surface of the said semiconductor element at the edge part side of the extending direction in the said lead terminal , The any one of Claims 1-5. Semiconductor device. 前記半導体素子はワイドバンドギャップ半導体素子である、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the semiconductor element is a wide band gap semiconductor element . 半導体装置の製造方法であって、A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体装置は、The semiconductor device includes:
金属ブロックと、A metal block;
前記金属ブロックの上面に接合材により接合された半導体素子と、A semiconductor element bonded to the upper surface of the metal block by a bonding material;
前記半導体素子の上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合されたリード端子と、A lead terminal bonded to the upper surface of the semiconductor element by the same type of bonding material as the bonding material;
前記リード端子の上面に接合された第1電極と、A first electrode joined to the upper surface of the lead terminal;
前記金属ブロックの上面に前記接合材と同じ種類の接合材により接合された第2電極と、A second electrode bonded to the upper surface of the metal block by the same type of bonding material as the bonding material;
前記金属ブロックの下面および前記第1,第2電極の上面を露出させつつ、前記金属ブロック、前記半導体素子、前記リード端子、および前記第1,第2電極を覆うモールド樹脂と、Mold resin covering the metal block, the semiconductor element, the lead terminal, and the first and second electrodes while exposing the lower surface of the metal block and the upper surfaces of the first and second electrodes,
を備え、With
前記リード端子の延設方向の両端部は、前記金属ブロックにおける水平方向の端から突出しており、Both ends in the extending direction of the lead terminal protrude from the horizontal end of the metal block,
前記半導体装置の製造方法は、The method for manufacturing the semiconductor device includes:
前記リード端子における延設方向の両端部を用いて、治具により前記リード端子を予め定められた高さ位置に固定して前記モールド樹脂でモールドする工程を備えた、半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: using the both ends of the lead terminal in the extending direction to fix the lead terminal at a predetermined height position with a jig and molding the mold with the molding resin.
請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、
前記金属ブロックの前記穴部、もしくは前記金属ブロックの前記切り欠き部を用いて、治具により前記リード端子を予め定められた高さ位置に固定して前記モールド樹脂でモールドする工程を備えた、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Using the hole portion of the metal block or the notch portion of the metal block, and fixing the lead terminal at a predetermined height position by a jig and molding the mold resin with the mold resin, A method for manufacturing a semiconductor device.
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