JP6440794B1 - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

【課題】配線部材の封止樹脂体からの剥離を防ぎ、半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】セラミックス層を有する絶縁性基板と、接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、第1の銅層とインバー層と第2の銅層とを有しており、接合材を介して前記第1の銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、前記配線部材は、前記半導体素子との接合部で、前記第2の銅層が除去されており、前記封止樹脂体は、この第2の銅層の除去部で、前記インバー層に接触していることを特徴とする半導体装置。
【選択図】図2
An object of the present invention is to prevent peeling of a wiring member from a sealing resin body and improve the reliability of a semiconductor device.
An insulating substrate having a ceramic layer, a semiconductor element bonded to the insulating substrate through a bonding material, a first copper layer, an invar layer, and a second copper layer are provided. A wiring member in which the first copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material, a case surrounding the semiconductor element and the wiring member, and being fixed to the insulating substrate; A sealing resin body that is filled inside the case and seals the semiconductor element and the wiring member, and the wiring member is a joint portion between the semiconductor element and the second element. A semiconductor device, wherein a copper layer is removed, and the sealing resin body is in contact with the invar layer at a removal portion of the second copper layer.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、電力用半導体素子が実装された、半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device on which a power semiconductor element is mounted.

電力用半導体素子を実装した半導体装置では、近年、大容量化が進んでいる。電力用半導体素子に大電流を流すためには、装置内部の配線部材も、大電流化に対応していることが要求される。半導体素子の配線部材として、アルミワイヤボンドが、広く用いられてきた。アルミワイヤボンドに大電流を流すには、ワイヤボンドの径を大きくするか、ワイヤボンドの本数を多くする必要がある。半導体素子では、アルミワイヤボンドを接続できる領域に、限界が生じている。   In recent years, the capacity of semiconductor devices mounted with power semiconductor elements has been increasing. In order to cause a large current to flow through the power semiconductor element, it is required that the wiring members inside the apparatus also support a large current. Aluminum wire bonds have been widely used as wiring members for semiconductor elements. In order to pass a large current through the aluminum wire bond, it is necessary to increase the diameter of the wire bond or increase the number of wire bonds. In a semiconductor element, there is a limit in a region where an aluminum wire bond can be connected.

配線部材は、半導体素子の上面に接合される。最近では、半導体素子のチップ上面に、板状の配線部材を、はんだを使用して接合させる方式が用いられるようになってきた(例えば、特許文献1を参照)。その板状の配線部材は、銅または銅系の材料で構成されている。そのことにより、電力用半導体素子が実装されたパワー半導体装置は、高温環境に対する長期信頼性を向上させることができるとされている。   The wiring member is bonded to the upper surface of the semiconductor element. Recently, a system in which a plate-like wiring member is joined to the upper surface of a chip of a semiconductor element using solder has been used (for example, see Patent Document 1). The plate-like wiring member is made of copper or a copper-based material. As a result, it is said that a power semiconductor device mounted with a power semiconductor element can improve long-term reliability against a high temperature environment.

特開2008−41851号公報JP 2008-41851 A

なお、上記特許文献では、封止樹脂に関して、詳細な記述は、見当たらない。シリコーンゲルは、発生する応力が低いことから、パワー半導体装置の封止樹脂として、よく用いられている。シリコーンゲルで半導体素子を封止する目的の1つは、半導体装置の絶縁性を確保することである。半導体素子をシリコーンゲルで封止した場合、銅材からなる配線材料は、高温環境で酸化しやすい。銅が酸化すると、配線材料とシリコーンゲルの間で、剥離が発生する。剥離した配線部材の周囲からは、ガスが浸入して、気泡が生じる。気泡が拡大すれば、半導体装置の絶縁性を確保することは、困難になる。   In addition, in the said patent document, detailed description is not found regarding sealing resin. Silicone gel is often used as a sealing resin for power semiconductor devices because it generates low stress. One purpose of sealing the semiconductor element with silicone gel is to ensure the insulation of the semiconductor device. When the semiconductor element is sealed with silicone gel, the wiring material made of copper is easily oxidized in a high temperature environment. When copper is oxidized, peeling occurs between the wiring material and the silicone gel. From the periphery of the separated wiring member, gas enters and bubbles are generated. If the bubbles expand, it becomes difficult to ensure the insulation of the semiconductor device.

シリコーンゲルの剥離を抑制する対策の1つとして、配線部材の銅表面に、ニッケルメッキを施す方法が考案されている。この方法では、製造工程で、配線部材にメッキ処理を実施する必要が生じる。本発明は、上記のような半導体装置の課題に鑑みてなされたものである。すなわち、高温環境で使用しても、配線部材とシリコーンゲルが剥離することなく、絶縁性が確保できる、半導体装置を提供することを目的としている。   As one of the measures for suppressing the peeling of the silicone gel, a method of applying nickel plating to the copper surface of the wiring member has been devised. In this method, it is necessary to perform a plating process on the wiring member in the manufacturing process. The present invention has been made in view of the problems of the semiconductor device as described above. That is, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can ensure insulation even when used in a high temperature environment without peeling off the wiring member and the silicone gel.

本発明に関わる半導体装置は、セラミックス層を有する絶縁性基板と、接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、第1の銅層とインバー層と第2の銅層とを有しており、接合材を介して前記第1の銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、前記配線部材は、前記半導体素子との接合部で、前記第2の銅層が除去されており、前記封止樹脂体は、この第2の銅層の除去部で、前記インバー層に接触していることを特徴とするものである。   A semiconductor device according to the present invention includes an insulating substrate having a ceramic layer, a semiconductor element bonded to the insulating substrate via a bonding material, a first copper layer, an invar layer, and a second copper layer. A wiring member in which the first copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material, and surrounds the semiconductor element and the wiring member, and is fixed to the insulating substrate. And a sealing resin body that is filled inside the case and seals the semiconductor element and the wiring member, and the wiring member is a joint portion with the semiconductor element, The second copper layer is removed, and the sealing resin body is in contact with the invar layer at the removed portion of the second copper layer.

本発明に関わる半導体装置は、セラミックス層を有する絶縁性基板と、接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、第1の銅層とインバー層と第2の銅層とを有しており、接合材を介して前記第1の銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、前記配線部材は、前記半導体素子との接合部で、前記第2の銅層が除去されており、前記封止樹脂体は、この第2の銅層の除去部で、前記インバー層に接触していることを特徴とするものである。このことにより、高温環境下で使用した際でも、半導体素子上の配線部材が封止樹脂体(シリコーンゲル)から剥離することが抑制され、絶縁信頼性に優れた半導体装置を提供することができるようになる。   A semiconductor device according to the present invention includes an insulating substrate having a ceramic layer, a semiconductor element bonded to the insulating substrate via a bonding material, a first copper layer, an invar layer, and a second copper layer. A wiring member in which the first copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material, and surrounds the semiconductor element and the wiring member, and is fixed to the insulating substrate. And a sealing resin body that is filled inside the case and seals the semiconductor element and the wiring member, and the wiring member is a joint portion with the semiconductor element, The second copper layer is removed, and the sealing resin body is in contact with the invar layer at the removed portion of the second copper layer. As a result, even when used in a high temperature environment, the wiring member on the semiconductor element is prevented from being peeled off from the sealing resin body (silicone gel), and a semiconductor device having excellent insulation reliability can be provided. It becomes like this.

実施の形態1に関わる半導体装置の断面構造を表している図である。1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に関わる半導体装置の主要部を表している断面構成図である。1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a main part of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に関わる半導体装置の製造方法を表している、第1の図である。FIG. 3 is a first diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に関わる半導体装置の製造方法を表している、第2の図である。FIG. 6 is a second diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に関わる半導体装置の製造方法を表している、第3の図である。FIG. 10 is a third diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に関わる半導体装置の製造方法を表している、第4の図である。FIG. 10 is a fourth diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に関わる半導体装置の製造方法を表している、第5の図である。FIG. 10 is a fifth diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 比較例に関わる半導体装置の断面構造を表している図である。It is a figure showing the cross-sectional structure of the semiconductor device in connection with a comparative example. 実施の形態2に関わる半導体装置の断面構造を表している図である。6 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2に関わる半導体装置の主要部を表している断面構成図である。FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a main part of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態3に関わる半導体装置の断面構造を表している図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3に関わる半導体装置の主要部を表している断面構成図である。FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a main part of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態4に関わる半導体装置の断面構造を表している図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実際に作成した半導体装置に対して行われた、連続通電試験の結果を表している図である。It is a figure showing the result of the continuous electricity test performed with respect to the semiconductor device actually produced.

本発明の実施の形態に関わる半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については、同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺は、それぞれ独立している。例えば、構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合がある。また、半導体装置の構成は、実際には、さらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については、省略している。   A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same or similar component, and the size and scale of each corresponding component are independent. For example, when the same component part that is not changed is illustrated in cross-sectional views in which a part of the configuration is changed, the size and scale of the same component part may be different. In addition, the configuration of the semiconductor device actually includes a plurality of members, but for the sake of simplicity, only the portions necessary for the description are shown, and the other portions are omitted.

実施の形態1.
以下、図を参照して、実施の形態1に関わる半導体装置ついて、説明する。まず、図1を参照して、実施の形態1に関わる電力用の半導体装置100の主要な構成について、説明する。本実施の形態に関わる半導体装置100は、パワーモジュール101、ヒートシンク11などから構成されている。ヒートシンク11とパワーモジュール101は、はんだ材などの接合材で、接合されている。パワーモジュール101は、半導体素子1、絶縁性基板3、樹脂ケース4、配線端子部材5a、配線端子部材5b、ボンディングワイヤ6、封止樹脂体9、配線部材71などから構成されている。絶縁性基板3は、配線パターン層/セラミックス層/配線パターン層からなる三層構造を有している。半導体素子1とヒートシンク11との間の絶縁は、絶縁性基板3のセラミックス層によって確保されている。半導体素子1と配線部材71は、はんだ材などの接合材で、接合されている。絶縁性基板3は、一方の面が露出している。
Embodiment 1 FIG.
Referring to FIG, with the semiconductor device relating to the first embodiment will be described. First, the main configuration of the power semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. A semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a power module 101, a heat sink 11 , and the like. The heat sink 11 and the power module 101 are joined by a joining material such as a solder material. The power module 101 includes a semiconductor element 1, an insulating substrate 3, a resin case 4, a wiring terminal member 5a, a wiring terminal member 5b, a bonding wire 6, a sealing resin body 9, a wiring member 71, and the like. The insulating substrate 3 has a three-layer structure including a wiring pattern layer / ceramic layer / wiring pattern layer. Insulation between the semiconductor element 1 and the heat sink 11 is ensured by a ceramic layer of the insulating substrate 3. The semiconductor element 1 and the wiring member 71 are joined by a joining material such as a solder material. One surface of the insulating substrate 3 is exposed.

次に、パワーモジュール101と外部との電気的な接続に関して記載する。半導体素子1は、表面側に能動面と、その反対側に裏面を、備えている。半導体素子1の裏面は、はんだ材などの接合材で、絶縁性基板3の配線パターン層に接合されている。この絶縁性基板3の配線パターン層の上には、はんだ材などの接合材を介して、主端子となる配線端子部材5aが接続されている。なお、配線端子部材5aは、インサート成形した樹脂ケース4と一体となっている。樹脂ケース4から外に露出した配線端子部材5aが、外部端子となる。   Next, the electrical connection between the power module 101 and the outside will be described. The semiconductor element 1 includes an active surface on the front surface side and a back surface on the opposite side. The back surface of the semiconductor element 1 is bonded to the wiring pattern layer of the insulating substrate 3 with a bonding material such as a solder material. On the wiring pattern layer of the insulating substrate 3, a wiring terminal member 5a serving as a main terminal is connected via a bonding material such as a solder material. The wiring terminal member 5a is integrated with the insert-molded resin case 4. The wiring terminal member 5a exposed to the outside from the resin case 4 serves as an external terminal.

半導体素子1の能動面には、はんだ材などの接合材を介して、主端子となる配線部材71が接合されている。この配線部材71は、折り曲げられて、外部端子となる。本実施の形態に関わる配線部材71は、銅層/インバー層/銅層からなる3層構造を有している。ボンディングワイヤ6の材質として、アルミニウム、銅、金などがあげられる。中でも、接合信頼性の高いアルミニウムがよい。半導体素子1は、スイッチングするための信号にかかわる配線(信号配線)、および、温度や電流をモニタする等の制御にかかわる配線(制御配線)も必要である。   A wiring member 71 serving as a main terminal is bonded to the active surface of the semiconductor element 1 via a bonding material such as a solder material. The wiring member 71 is bent to serve as an external terminal. The wiring member 71 according to the present embodiment has a three-layer structure composed of copper layer / invar layer / copper layer. Examples of the material of the bonding wire 6 include aluminum, copper, and gold. Among these, aluminum with high bonding reliability is preferable. The semiconductor element 1 also requires wiring related to a signal for switching (signal wiring) and wiring related to control such as monitoring of temperature and current (control wiring).

これらの配線は、流れる電流量が大きくないことから、半導体素子1からボンディングワイヤ6を介して、配線端子部材5bと接続される。信号端子となる配線端子部材5bは、インサート成形した樹脂ケース4と一体となっている。配線端子部材5bは、樹脂ケース4から露出した部分が外部端子となる。樹脂ケース4は、絶縁性基板3の表面配線パターン層と接着剤等で接合されている。樹脂ケース4の内側には、封止樹脂体9が充填されている。半導体素子1、配線部材71およびボンディングワイヤ6などは、覆うように、封止樹脂体9で封止されている。   Since these wirings do not have a large amount of flowing current, they are connected to the wiring terminal member 5 b from the semiconductor element 1 through the bonding wires 6. The wiring terminal member 5b which becomes a signal terminal is integrated with the resin case 4 which is insert-molded. A portion of the wiring terminal member 5b exposed from the resin case 4 serves as an external terminal. The resin case 4 is bonded to the surface wiring pattern layer of the insulating substrate 3 with an adhesive or the like. A sealing resin body 9 is filled inside the resin case 4. The semiconductor element 1, the wiring member 71, the bonding wire 6, and the like are sealed with a sealing resin body 9 so as to cover them.

次に、上記した各部材の材質ついて、詳細に説明する。半導体素子1は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、あるいは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のようなスイッチング素子が、搭載された、チップ状の部材である。また、半導体素子1は、ダイオードのような整流素子が搭載された、チップ状の部材も含むものである。IGBTは、負荷に大電流を流して、駆動させる素子である。IGBTを搭載した半導体素子1は、電力用半導体素子として動作する。   Next, the material of each member described above will be described in detail. The semiconductor element 1 is a chip-like member on which a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is mounted. The semiconductor element 1 also includes a chip-like member on which a rectifying element such as a diode is mounted. The IGBT is an element that is driven by passing a large current through a load. The semiconductor element 1 on which the IGBT is mounted operates as a power semiconductor element.

電力用半導体素子を搭載する半導体装置100は、いわゆるパワーモジュールとなる。半導体素子1を構成する半導体チップは、たとえば、シリコン(Si)により形成されていることが好ましいが、シリコンに限定されるものではない。たとえば、半導体素子1の半導体チップが、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム系材料(たとえば窒化ガリウム(GaN))、ダイヤモンドからなる群から選択されるいずれかの材料により、形成されていれば、より好ましい。   The semiconductor device 100 on which the power semiconductor element is mounted is a so-called power module. The semiconductor chip constituting the semiconductor element 1 is preferably formed of, for example, silicon (Si), but is not limited to silicon. For example, if the semiconductor chip of the semiconductor element 1 is formed of any material selected from the group consisting of silicon carbide (SiC), gallium nitride-based materials (for example, gallium nitride (GaN)), and diamond, preferable.

これらの半導体チップは、シリコンに比べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料である。このようなワイドバンドギャップ半導体材料を用いて形成された半導体素子1は、MOSFETなどの搭載されるシリコン素子に比べて、高温で
の動作に適用することができる。すなわち、ワイドバンドギャップ半導体材料は、大電流を流すことに適している半導体である。
These semiconductor chips are so-called wide band gap semiconductor materials having a wider band gap than silicon. The semiconductor element 1 formed using such a wide band gap semiconductor material can be applied to an operation at a higher temperature than a silicon element such as a MOSFET. That is, the wide band gap semiconductor material is a semiconductor suitable for flowing a large current.

樹脂ケース4は、主端子となる配線端子部材5a、および信号端子となる配線端子部材5bと一体成形されている。この樹脂ケース4は、シリコーンゲルなどの封止樹脂を注入する際に、樹脂漏れを防止するために設けられている。樹脂ケース4の融点は、半導体素子1が動作する際における、パワーモジュールの温度よりも、高いことが望まれる。この条件を満足する材料として、ポリp−フェニレンサルファイド樹脂(PPS)やポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)、ナイロン樹脂、液晶ポリマー(LCP)などがある。これらの材料は、ケースとして、通常、良く用いられている。   The resin case 4 is integrally formed with a wiring terminal member 5a serving as a main terminal and a wiring terminal member 5b serving as a signal terminal. The resin case 4 is provided in order to prevent resin leakage when a sealing resin such as silicone gel is injected. The melting point of the resin case 4 is desirably higher than the temperature of the power module when the semiconductor element 1 operates. Materials satisfying this condition include poly p-phenylene sulfide resin (PPS), polybutylene terephthalate resin (PBT), nylon resin, and liquid crystal polymer (LCP). These materials are usually often used as cases.

配線端子部材5は、導電性のよい金属が用いられる。中でも、銅材が、電気抵抗、加工性やコストの点から、最適である。パワーモジュール101の内側全体は、封止樹脂体9で封止されている。封止樹脂体9には、樹脂硬化後、発生応力が大きくならないよう、シリコーン系の軟らかい樹脂が適している。シリコーン系の軟らかい樹脂としては、JIS_K_6249規定の針入度で、30〜80を有するシリコーンゲルがよい。封止樹脂体9が、樹脂ケース4の内部に充填されていることにより、内部の絶縁性の確保と、外部からの異物の浸入を防ぐことが可能となっている。   The wiring terminal member 5 is made of a metal having good conductivity. Among these, a copper material is optimal in terms of electrical resistance, workability, and cost. The entire inside of the power module 101 is sealed with a sealing resin body 9. A silicone-based soft resin is suitable for the sealing resin body 9 so that the generated stress does not increase after the resin is cured. As the silicone-based soft resin, a silicone gel having a penetration of JIS_K — 6249 and 30 to 80 is preferable. Since the sealing resin body 9 is filled in the resin case 4, it is possible to ensure internal insulation and prevent foreign matter from entering from the outside.

パワーモジュール101は、半導体素子1が動作時に発生する熱を逃がすために、フィン11aを備えたヒートシンク11と接合材を介して接合されている。高い熱伝導率が要求されるヒートシンク11としては、水冷でも空冷でもよい。ヒートシンク11は、銅、アルミニウム、銅またはアルミニウムの合金からなる群から選択されるいずれかにより形成されていることが好ましい。なかでも、ヒートシンク11の材質としては、軽量でかつ加工性に優れたアルミニウムまたはその合金がよい。   The power module 101 is bonded to the heat sink 11 including the fins 11a via a bonding material in order to release heat generated when the semiconductor element 1 operates. The heat sink 11 that requires high thermal conductivity may be water-cooled or air-cooled. The heat sink 11 is preferably formed of any one selected from the group consisting of copper, aluminum, copper or an aluminum alloy. Among these, the material of the heat sink 11 is preferably aluminum or an alloy thereof that is lightweight and excellent in workability.

パワーモジュール101と接合されるヒートシンク11は、半導体装置100の冷却性能を向上させるために、複数のフィン11aを設けていることが多い。ヒートシンク11は、複雑な形状となることから、ダイカスト成形や押し出し成形で製造されることになる。ダイカスト成形や押し出し成形などに適したアルミニウム合金としては、Al-Si-Cu系のADC10やADC12、Al-Mg-Si系のA6061やA6063などがよい。   The heat sink 11 joined to the power module 101 is often provided with a plurality of fins 11 a in order to improve the cooling performance of the semiconductor device 100. Since the heat sink 11 has a complicated shape, it is manufactured by die casting or extrusion. As an aluminum alloy suitable for die casting or extrusion molding, Al-Si-Cu-based ADC10 and ADC12, Al-Mg-Si-based A6061 and A6063, and the like are preferable.

図2は、配線部材71の構造を詳細に示している。半導体素子1は、表面側に能動面1xと、能動面1xの反対側に裏面1yとを、備えている。半導体素子1の裏面1yは、接合材2aで、絶縁性基板3の表面配線パターン層3aに接合されている。半導体素子1は、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、あるいは、MOSFE
T(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のようなスイッチング素子
1a、および、ダイオードのような整流素子1bと、が搭載された、チップ状の部材である。IGBTは、大電流を流して駆動させる素子であるため、半導体素子1は、電力用半導体素子として作動する。これを搭載する半導体装置100は、いわゆるパワーモジュールである。
FIG. 2 shows the structure of the wiring member 71 in detail. The semiconductor element 1 includes an active surface 1x on the front surface side and a back surface 1y on the opposite side of the active surface 1x. The back surface 1y of the semiconductor element 1 is bonded to the surface wiring pattern layer 3a of the insulating substrate 3 with a bonding material 2a. The semiconductor element 1 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFE.
It is a chip-like member on which a switching element 1a such as T (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and a rectifying element 1b such as a diode are mounted. Since the IGBT is an element that is driven by flowing a large current, the semiconductor element 1 operates as a power semiconductor element. The semiconductor device 100 on which this is mounted is a so-called power module.

半導体素子1の能動面1xには、主端子となる配線部材71が、はんだ材などの接合材8を介して接合されている。板状の配線部材71は、主端子として、スイッチング素子1aの上面(能動面1x)と整流素子1bの上面(能動面1x)を接続している。この配線部材71は、折り曲げられて外部端子となる。配線部材71は、銅系配線部材71a(第1の銅層)、インバー配線部材71b(インバー層)、および、銅系配線部材71c(第2の銅層)からなる、3層構造となっている。銅系配線部材71aと銅系配線部材71cは、電気伝導性の良好な、銅からなる合金で構成されている。インバー配線部材71bは
、低熱膨張係数である鉄ニッケル(Ni36重量%)からなる合金(インバー)で構成されている。
A wiring member 71 serving as a main terminal is bonded to the active surface 1x of the semiconductor element 1 via a bonding material 8 such as a solder material. The plate-shaped wiring member 71 connects, as a main terminal, the upper surface (active surface 1x) of the switching element 1a and the upper surface (active surface 1x) of the rectifying element 1b. The wiring member 71 is bent to serve as an external terminal. The wiring member 71 has a three-layer structure including a copper-based wiring member 71a (first copper layer), an invar wiring member 71b (invar layer), and a copper-based wiring member 71c (second copper layer). Yes. The copper-based wiring member 71a and the copper-based wiring member 71c are made of an alloy made of copper having good electrical conductivity. The invar wiring member 71b is made of an alloy (invar) made of iron nickel (Ni 36 wt%) having a low thermal expansion coefficient.

半導体素子1(スイッチング素子1aおよび整流素子1b)と配線部材71は、接合材8で接合されている。スイッチング素子1aおよび整流素子1bの上面を接続する配線部材71は、CIC(Cu/インバー/Cu)を用いている。配線部材71の銅系配線部材71aが、半導体素子1と接続される。配線部材71の最上層となる銅系配線部材71cは、半導体素子1がある部分で、除去されている。すなわち、銅系配線部材71cが、配線部材71と半導体素子1との接合部で除去されている。この除去部では、配線部材71はインバー面が露出していて、インバー配線部材71b(インバー層)が封止樹脂体9と接触している。銅層/インバー層/銅層の構成比としては、特に制約されるものではないが、絶縁性基板3との熱膨張係数差を小さくするために、1/1/1の厚み構成であることが好ましい   The semiconductor element 1 (the switching element 1 a and the rectifying element 1 b) and the wiring member 71 are joined by a joining material 8. The wiring member 71 connecting the upper surfaces of the switching element 1a and the rectifying element 1b uses CIC (Cu / Invar / Cu). A copper-based wiring member 71 a of the wiring member 71 is connected to the semiconductor element 1. The copper-based wiring member 71 c that is the uppermost layer of the wiring member 71 is removed at a portion where the semiconductor element 1 is present. That is, the copper-based wiring member 71 c is removed at the joint between the wiring member 71 and the semiconductor element 1. In this removal portion, the invar surface of the wiring member 71 is exposed, and the invar wiring member 71 b (invar layer) is in contact with the sealing resin body 9. The composition ratio of the copper layer / invar layer / copper layer is not particularly limited, but in order to reduce the difference in thermal expansion coefficient with the insulating substrate 3, it should be 1/1/1 thick. Is preferred

すなわち、配線部材71は、半導体素子の上面(能動面1x)で、半導体素子と接続される反対面のCu(第2の銅層)を除去して、インバー面を露出させている。配線部材71から銅層を除去する方法としては、特に制約されるものではないが、例えば、エッチングで除去する方法がある。接合材8は、半導体素子1と配線部材71とを接続する。接合材8としては、接合材2aと同じく、はんだ、銀を主成分とする焼結性フィラー、銀を主成分とするろう材、スズ中に銅を分散した材料からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。これらは導電性が高い接合材料である。   That is, the wiring member 71 removes Cu (second copper layer) on the opposite surface connected to the semiconductor element on the upper surface (active surface 1x) of the semiconductor element to expose the invar surface. A method for removing the copper layer from the wiring member 71 is not particularly limited, and for example, there is a method of removing by etching. The bonding material 8 connects the semiconductor element 1 and the wiring member 71. As the bonding material 8, as in the bonding material 2 a, any one selected from the group consisting of solder, a sinterable filler containing silver as a main component, a brazing material containing silver as a main component, and a material in which copper is dispersed in tin. It is preferable that These are bonding materials having high conductivity.

なお、図において、スイッチング素子1aと整流素子1bは、互いに間隔をあけてひとつずつ配置されているが、これに限定することない。半導体素子1の配置される数は、任意である。すなわち、半導体素子1は、1つのみ、または、3つ以上配置されていてもよい。また、半導体素子1は、RC−IGBT(Reverse Conducting IGBT)を用いて
もよい。RC−IGBTは、IGBTとダイオードが1つの半導体チップにおさまっている。半導体素子1の絶縁性基板3と接合される側と反対側の能動面1xには、部分的にニッケル−金めっき1dが施されている。
In the figure, the switching element 1a and the rectifying element 1b are arranged one by one at intervals, but the present invention is not limited to this. The number of semiconductor elements 1 arranged is arbitrary. That is, only one semiconductor element 1 or three or more semiconductor elements 1 may be arranged. The semiconductor element 1 may use RC-IGBT (Reverse Conducting IGBT). In the RC-IGBT, the IGBT and the diode are contained in one semiconductor chip. The active surface 1x opposite to the side to be joined to the insulating substrate 3 of the semiconductor element 1 is partially coated with nickel-gold plating 1d.

絶縁性基板3は、表面配線パターン層3a、セラミックス層3b、および裏面配線パターン層3cから構成されている。表面配線パターン層3aおよび裏面配線パターン層3cは、銅、アルミニウムなどの導電性材料、または、それらを主成分とする合金材料からなる。絶縁性基板3のセラミックス層3bは、絶縁性を確保するためのコア材となる。セラミックス層3bとしては、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム(アルミナ)などのセラミックス材料を用いることができる。表面配線パターン層3aおよび裏面配線パターン層3cは、ろう材などで、セラミックス層3bと一体となっている。絶縁性基板3は、図に示すように平面形状である必要は無く、開口部があってもよい。また、接合材2aの厚み調整としての突起を設けてもよい。   The insulating substrate 3 includes a front surface wiring pattern layer 3a, a ceramic layer 3b, and a back surface wiring pattern layer 3c. The front surface wiring pattern layer 3a and the back surface wiring pattern layer 3c are made of a conductive material such as copper or aluminum, or an alloy material containing them as a main component. The ceramic layer 3b of the insulating substrate 3 serves as a core material for ensuring insulation. As the ceramic layer 3b, a ceramic material such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, aluminum oxide (alumina) having excellent thermal conductivity can be used. The front surface wiring pattern layer 3a and the back surface wiring pattern layer 3c are made of a brazing material or the like and integrated with the ceramic layer 3b. The insulating substrate 3 does not need to have a planar shape as shown in the figure, and may have an opening. Moreover, you may provide the protrusion as thickness adjustment of the joining material 2a.

次に、半導体装置100の製造方法の一例について、図3〜図7を、用いて説明する。まず、図3を参照して、半導体装置100の製造方法の説明を進める。スイッチング素子1aと整流素子1bは、絶縁性基板3(表面配線パターン層3a)の上に接合材2aを介して、互いに間隔をあけて接合される。この工程を、ダイボンディングという。スイッチング素子1aとしては、たとえば、シリコンよりなり、IGBTが搭載された半導体チップを用いる。整流素子1bとしては、たとえば、シリコンよりなり、ダイオードが搭載された半導体チップを用いる。   Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described with reference to FIGS. First, the method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described with reference to FIG. The switching element 1a and the rectifying element 1b are joined to the insulating substrate 3 (surface wiring pattern layer 3a) with a gap between each other via the joining material 2a. This process is called die bonding. As the switching element 1a, for example, a semiconductor chip made of silicon and mounted with an IGBT is used. As the rectifying element 1b, for example, a semiconductor chip made of silicon and equipped with a diode is used.

同図には、これらの複数の半導体素子が、互いに間隔をあけて、絶縁性基板3の表面配線パターン層3aに接合されている。ここで、たとえば、IGBT(定格1200V、3
00A)が搭載されたスイッチング素子1aは、その平面視におけるサイズが、13mm×13mm×0.12mmである。たとえば、ダイオード(定格1200V、300A)が搭載された整流素子1bは、その平面視におけるサイズが、13mm×10mm×0.12mmである。
In the figure, the plurality of semiconductor elements are bonded to the surface wiring pattern layer 3a of the insulating substrate 3 at intervals. Here, for example, IGBT (rated 1200V, 3
00A) has a switching element 1a having a size in plan view of 13 mm × 13 mm × 0.12 mm. For example, the rectifying element 1b on which a diode (rated 1200V, 300A) is mounted has a size of 13 mm × 10 mm × 0.12 mm in plan view.

絶縁性基板3(サイズ40mm×20mm)は、無酸素銅からなる表面配線パターン層3a、絶縁を確保するための窒化ケイ素からなるセラミックス層3b、および、無酸素銅からなる裏面配線パターン層3c、の3層で構成されている。表面配線パターン層3aの厚み、セラミックス層3bの厚み、および、裏面配線パターン層3cの厚みは、それぞれ、0.8mm、0.32mm、および、0.8mmである。表面配線パターン層3aとセラミックス層3b、および、セラミックス層3bと裏面配線パターン層3cとの間は、Ag系のロウ材で接合されている。   The insulating substrate 3 (size: 40 mm × 20 mm) includes a surface wiring pattern layer 3a made of oxygen-free copper, a ceramic layer 3b made of silicon nitride for ensuring insulation, and a back wiring pattern layer 3c made of oxygen-free copper, It consists of three layers. The thickness of the front surface wiring pattern layer 3a, the thickness of the ceramic layer 3b, and the thickness of the back surface wiring pattern layer 3c are 0.8 mm, 0.32 mm, and 0.8 mm, respectively. The front surface wiring pattern layer 3a and the ceramic layer 3b, and the ceramic layer 3b and the back surface wiring pattern layer 3c are joined with an Ag-based brazing material.

表面配線パターン層3a、および裏面配線パターン層3cは、回路が分割されていない1つのパターンで構成されている。絶縁性基板3の所望の位置に、半導体素子1(スイッチング素子1aおよび整流素子1b)が接合材2aで固定される。接合材2aとして、たとえば、鉛を含まないはんだ材(スズ95重量%、ビスマス5重量%)を用いている。接合材2aの厚みは、たとえば、0.2mmとする。   The front surface wiring pattern layer 3a and the back surface wiring pattern layer 3c are configured by one pattern in which the circuit is not divided. The semiconductor element 1 (the switching element 1a and the rectifying element 1b) is fixed to the desired position of the insulating substrate 3 with the bonding material 2a. As the bonding material 2a, for example, a solder material not containing lead (95% by weight of tin and 5% by weight of bismuth) is used. The thickness of the bonding material 2a is, for example, 0.2 mm.

次に、図4を参照して、半導体装置100の製造方法の説明を、さらに進める。主端子となる配線端子部材5a、および信号端子となる配線端子部材5bは、樹脂ケース4と一体成形されている。絶縁性基板3の表面配線パターン層3aの上に、この配線端子部材5a、および配線端子部材5bが一体成形された樹脂ケース4を、シリコーン系の接着剤を用いて接着する。樹脂ケース4の材質は、次のはんだ接合工程を考慮して、耐熱性の高い、LCP(Liquid Crystal Polymer)を使うことが好ましい。配線端子部材5a、および配線端子部材5bとも無酸素銅である。   Next, with reference to FIG. 4, the method for manufacturing the semiconductor device 100 will be further described. The wiring terminal member 5 a serving as the main terminal and the wiring terminal member 5 b serving as the signal terminal are integrally formed with the resin case 4. The resin case 4 in which the wiring terminal member 5a and the wiring terminal member 5b are integrally formed is bonded onto the surface wiring pattern layer 3a of the insulating substrate 3 using a silicone-based adhesive. The material of the resin case 4 is preferably LCP (Liquid Crystal Polymer), which has high heat resistance, in consideration of the next soldering process. The wiring terminal member 5a and the wiring terminal member 5b are both oxygen-free copper.

次に、図5を参照して、半導体装置100の製造方法の説明を、さらに進める。配線端子部材5aと表面配線パターン層3aは、接合材2bを介して接合する。接合材2bとして、たとえば、鉛を含まないはんだ材(スズ99.25重量%、銅0.75重量%)を用いる。信号端子となる配線端子部材5bは、樹脂ケース4と一体成形されている。その後、スイッチング素子1aと配線端子部材5bは、ボンディングワイヤ6により電気的に接続される。ここで用いられているアルミニウム製のボンディングワイヤ6は、その延在する方向に交差する断面が、たとえば、直径0.20mmのほぼ円形であるものである。ボンディングワイヤ6の材質として、アルミニウム、銅、金などがあげられる。中でも、接合信頼性の高いアルミニウムがよい。   Next, with reference to FIG. 5, the method for manufacturing the semiconductor device 100 will be further described. The wiring terminal member 5a and the surface wiring pattern layer 3a are bonded via the bonding material 2b. As the bonding material 2b, for example, a solder material not containing lead (99.25% by weight of tin and 0.75% by weight of copper) is used. The wiring terminal member 5 b serving as a signal terminal is integrally formed with the resin case 4. Thereafter, the switching element 1 a and the wiring terminal member 5 b are electrically connected by the bonding wire 6. The bonding wire 6 made of aluminum used here has a cross section that intersects the extending direction of, for example, a substantially circular shape having a diameter of 0.20 mm. Examples of the material of the bonding wire 6 include aluminum, copper, and gold. Among these, aluminum with high bonding reliability is preferable.

接合材2aは、半導体素子1と絶縁性基板3(表面配線パターン層3a)とを接続している。接合材2aは、はんだ、銀を主成分とする焼結性フィラー、銀を主成分とするろう材、スズ中に銅を分散した材料、金を主成分とする金スズ、金ゲルマニウム等の金系合金からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。これらは、熱伝導性と導電性が高い接合材料である。また、接合材2bは、配線端子部材5aと表面配線パターン層3aとを接続している。接合材2bは、はんだ、銀を主成分とする焼結性フィラー、銀を主成分とするろう材、スズ中に銅を分散した材料からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。これらは、導電性が高い接合材料である。   The bonding material 2a connects the semiconductor element 1 and the insulating substrate 3 (surface wiring pattern layer 3a). The bonding material 2a includes solder, a sinterable filler containing silver as a main component, a brazing material containing silver as a main component, a material in which copper is dispersed in tin, gold tin containing gold as a main component, and gold such as gold germanium. It is preferably any one selected from the group consisting of alloys. These are bonding materials having high thermal conductivity and high conductivity. Further, the bonding material 2b connects the wiring terminal member 5a and the surface wiring pattern layer 3a. The bonding material 2b is preferably any one selected from the group consisting of solder, a sinterable filler containing silver as a main component, a brazing material containing silver as a main component, and a material in which copper is dispersed in tin. These are bonding materials having high conductivity.

次に、図6を参照して、半導体装置100の製造方法の説明を、さらに進める。配線部材71は、銅系配線部材71a(第1の銅層)、インバー配線部材71b(インバー層)、および、銅系配線部材71c(第2の銅層)からなる、3層構造を備えている。半導体素子1のニッケル−金めっきされた部分が、接合材8により、配線部材71と電気的に接
続される。接合材8には、たとえば、鉛を含まないはんだ材(スズ99.25重量%、銅0.75重量%)が用いられる。配線部材71の厚みは、たとえば、1.0mmである。配線部材71には、銅層/インバー層/銅層が、1/1/1の厚さで構成されている3層構造材料を使用している。
Next, with reference to FIG. 6, the method for manufacturing the semiconductor device 100 will be further described. The wiring member 71 has a three-layer structure including a copper-based wiring member 71a (first copper layer), an invar wiring member 71b (invar layer), and a copper-based wiring member 71c (second copper layer). Yes. The nickel-gold plated portion of the semiconductor element 1 is electrically connected to the wiring member 71 by the bonding material 8. For the bonding material 8, for example, a solder material not containing lead (99.25% by weight of tin and 0.75% by weight of copper) is used. The thickness of the wiring member 71 is, for example, 1.0 mm. The wiring member 71 uses a three-layer structure material in which a copper layer / invar layer / copper layer has a 1/1/1 thickness.

これにより、スイッチング素子1aと整流素子1bは、配線部材71を介して、互いに電気的に接続される。この配線部材71は、半導体素子1の上の部分は、銅系配線部材71cが除去されている。同時に、ヒートシンク11と絶縁性基板3(裏面配線パターン層3c)とを、接合材10を用いて、接合する。接合材10の厚みは、たとえば、0.4mmとする。ヒートシンク11の材質は、アルミニウム合金、例えば、Al-Mg-Si系のA6063とする。接合材10には、たとえば、鉛を含まないはんだ材(スズ92.5重量%、銀3.9重量%、銅0.6重量%、ビスマス3重量%)を用いている。ヒートシンク11は、押し出し成形にて作製されている。   Thereby, the switching element 1 a and the rectifying element 1 b are electrically connected to each other via the wiring member 71. In the wiring member 71, the copper wiring member 71 c is removed from the upper part of the semiconductor element 1. At the same time, the heat sink 11 and the insulating substrate 3 (back wiring pattern layer 3 c) are bonded using the bonding material 10. The thickness of the bonding material 10 is, for example, 0.4 mm. The material of the heat sink 11 is an aluminum alloy, for example, Al-Mg-Si-based A6063. For the bonding material 10, for example, a solder material not containing lead (92.5% by weight of tin, 3.9% by weight of silver, 0.6% by weight of copper, and 3% by weight of bismuth) is used. The heat sink 11 is produced by extrusion molding.

接合材10は、はんだ、銀を主成分とする焼結性フィラー、銀を主成分とするろう材、スズ中に銅を分散した材料からなる群から選択される材料で、形成されていることが好ましい。半導体素子1とヒートシンク11には、これらの材料で、きちんと接合する方法が望ましく適用されている。半導体素子1を熱伝導率が高い金属材料でヒートシンク11と接合することから、半導体素子1とヒートシンク11の間の熱抵抗を低減することができる。   The bonding material 10 is formed of a material selected from the group consisting of solder, a sinterable filler mainly composed of silver, a brazing material mainly composed of silver, and a material in which copper is dispersed in tin. Is preferred. The semiconductor element 1 and the heat sink 11 are preferably applied with a method of properly joining them with these materials. Since the semiconductor element 1 is joined to the heat sink 11 with a metal material having high thermal conductivity, the thermal resistance between the semiconductor element 1 and the heat sink 11 can be reduced.

次に、図7を参照して、半導体装置100の製造方法の説明を、さらに進める。封止樹脂体9には、樹脂硬化後、発生応力が大きくならないよう、たとえばシリコーン系の軟らかい樹脂を用いている。封止樹脂を、樹脂ケース4の中に、充填するように、注型して、硬化を行っている。封止樹脂は、針入度60の付加反応型シリコーンゲルを使用するのが好ましい。これにより、内部が絶縁されたパワーモジュール101が完成する。封止樹脂体9は、モジュールの全体を封止している。封止樹脂体9が樹脂ケース4の内部に充填されていることにより、内部の絶縁性の確保と、外部からの異物の浸入を防ぐことが可能となる。   Next, with reference to FIG. 7, the method for manufacturing the semiconductor device 100 will be further described. For the sealing resin body 9, for example, a silicone-based soft resin is used so that the generated stress does not increase after the resin is cured. The sealing resin is cast so as to be filled in the resin case 4 and cured. As the sealing resin, it is preferable to use an addition reaction type silicone gel having a penetration of 60. As a result, the power module 101 whose interior is insulated is completed. The sealing resin body 9 seals the entire module. Filling the inside of the resin case 4 with the sealing resin body 9 makes it possible to ensure internal insulation and prevent foreign material from entering.

次に、本実施の形態に関わる半導体装置の作用効果を、比較例を参照しながら、説明する。図8は、比較例に関わる半導体装置の断面構造を表している図である。比較例に関わる半導体装置100は、パワーモジュール101、ヒートシンク11などから構成されている。ヒートシンク11は、パワーモジュール101との間を、はんだ材などの接合材で、接合されている。パワーモジュール101は、半導体素子1、絶縁性基板3、樹脂ケース4、配線端子部材5a、配線端子部材5b、ボンディングワイヤ6、封止樹脂体9、配線部材74などから構成されている。絶縁性基板3は、配線パターン層/セラミックス層/配線パターン層からなる三層構造を有している。半導体素子1とヒートシンク11との間の絶縁は、絶縁性基板3のセラミックス層によって確保されている。 Next, the function and effect of the semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to a comparative example. FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a comparative example. A semiconductor device 100 according to the comparative example includes a power module 101, a heat sink 11 , and the like. The heat sink 11 is bonded to the power module 101 with a bonding material such as a solder material. The power module 101 includes a semiconductor element 1, an insulating substrate 3, a resin case 4, a wiring terminal member 5a, a wiring terminal member 5b, a bonding wire 6, a sealing resin body 9, a wiring member 74, and the like. The insulating substrate 3 has a three-layer structure including a wiring pattern layer / ceramic layer / wiring pattern layer. Insulation between the semiconductor element 1 and the heat sink 11 is ensured by a ceramic layer of the insulating substrate 3.

配線部材74は、銅系配線部材74a、インバー配線部材74b、および、銅系配線部材74cからなる、3層構造となっている。比較例では、半導体素子1の上部の銅系配線部材74cが除去されずにそのままの状態で残っている。パワーモジュール101の内部では、半導体素子1の表面で発生した熱は、接合材2a、絶縁性基板3、接合材10を通
って、ヒートシンク11に逃がすようになっている。ただし、半導体素子1で発生した熱は、接合材8を介して、配線部材74にも広がる。
The wiring member 74 has a three-layer structure including a copper-based wiring member 74a, an invar wiring member 74b, and a copper-based wiring member 74c. In the comparative example, the copper wiring member 74c above the semiconductor element 1 remains without being removed. Inside the power module 101, heat generated on the surface of the semiconductor element 1 is released to the heat sink 11 through the bonding material 2 a, the insulating substrate 3, and the bonding material 10. However, the heat generated in the semiconductor element 1 also spreads to the wiring member 74 through the bonding material 8.

比較例の半導体装置の場合、配線部材74が、130℃を超える温度になると、銅系配線部材74cは、配線部材74と半導体素子1との接合部で、銅表面が徐々に酸化する。銅系配線部材74cの銅表面が酸化することで、封止樹脂体9のシリコーンゲルとの接着
界面の接着力が低下して、剥離が発生する。一旦、剥離が発生すると、その部分にシリコーンゲル中に存在する水や空気などがガスとなって浸入して、気泡となる。封止樹脂体9のシリコーンゲルは、配線部材と密着することで絶縁性を確保しており、本来の目的である絶縁を確保することが難しくなる。
In the case of the semiconductor device of the comparative example, when the wiring member 74 reaches a temperature exceeding 130 ° C., the copper surface of the copper-based wiring member 74 c is gradually oxidized at the junction between the wiring member 74 and the semiconductor element 1. When the copper surface of the copper-based wiring member 74c is oxidized, the adhesive force at the adhesive interface between the sealing resin body 9 and the silicone gel is reduced, and peeling occurs. Once peeling occurs, water, air, etc. present in the silicone gel enter the gas as gas and form bubbles. The silicone gel of the sealing resin body 9 ensures insulation by being in close contact with the wiring member, and it is difficult to ensure insulation that is the original purpose.

一方、本実施の形態に関わる半導体装置では、半導体素子1の上にある、配線部材71が封止樹脂体9(シリコーンゲル)と接する面は、インバー配線部材71bとなっている。インバーは、130℃を超える高温でも、酸化しない。界面において、封止樹脂体9(シリコーンゲル)と剥離することがなくなり、絶縁性を確保することができる。配線部材71は、電気伝導性のよい銅層と低熱膨張のインバー層とで構成されていることから、配線部材71に大電流を流すことができる。さらに、半導体素子1や絶縁性基板3と熱膨張係数が近くなり、温度サイクルの信頼性が向上する効果もある。   On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, the surface on the semiconductor element 1 where the wiring member 71 is in contact with the sealing resin body 9 (silicone gel) is an invar wiring member 71b. Invar does not oxidize even at high temperatures above 130 ° C. At the interface, the sealing resin body 9 (silicone gel) is not peeled off, and insulation can be ensured. Since the wiring member 71 is composed of a copper layer with good electrical conductivity and an invar layer with low thermal expansion, a large current can flow through the wiring member 71. Furthermore, the thermal expansion coefficient is close to that of the semiconductor element 1 and the insulating substrate 3, and the temperature cycle reliability is improved.

本発明に関わる半導体装置は、半導体素子の上面の配線部材として、Cu系の材料である、Cu/インバー/Cu(CIC)を用い、半導体素子上面の、半導体素子と接続される反対面のCuを除去して、インバー面を露出させている。本発明によれば、半導体素子や半導体素子が実装される配線基板の熱膨張係数との差が小さなCIC部材を用い、半導体素子の上面の、半導体素子と接続される反対面のCuを除去することで、温度サイクル信頼性に優れ、高温環境下で使用した際でも、半導体素子上の配線部材がシリコーンゲル(封止樹脂)と剥離することが抑制され、絶縁信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。   The semiconductor device according to the present invention uses Cu / Invar / Cu (CIC), which is a Cu-based material, as a wiring member on the upper surface of the semiconductor element, and Cu on the opposite surface of the upper surface of the semiconductor element connected to the semiconductor element Is removed to expose the Invar surface. According to the present invention, the CIC member having a small difference from the thermal expansion coefficient of the semiconductor element and the wiring substrate on which the semiconductor element is mounted is used to remove Cu on the upper surface of the semiconductor element opposite to the semiconductor element. Therefore, even when used in a high temperature environment, the semiconductor device has excellent insulation reliability because the wiring member on the semiconductor element is prevented from peeling off from the silicone gel (sealing resin) even when used in a high temperature environment. Can be provided.

本実施の形態に関わる半導体装置は、半導体素子の能動面と反対側の裏面に接合材を介して絶縁基板上に接合され、前記半導体素子全体を封止材で覆う半導体装置において、前記半導体素子の能動面側に接合材を介して配線部材を接合し、前記配線部材が銅層/インバー層/銅層の3層で構成されており、前記半導体素子が接合される部分は銅層/インバー層の2層となって、前記封止材と接する面は、インバーであることを特徴とする半導体装置である。   The semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor device in which a semiconductor element is bonded to an insulating substrate via a bonding material on the back surface opposite to the active surface of the semiconductor element, and the entire semiconductor element is covered with a sealing material. A wiring member is bonded to the active surface side of the wiring member via a bonding material, and the wiring member is composed of three layers of copper layer / invar layer / copper layer, and the portion where the semiconductor element is bonded is copper layer / invar The semiconductor device is characterized in that the two surfaces of which are in contact with the sealing material are invar.

すなわち、本実施の形態に関わる半導体装置は、セラミックス層を有する絶縁性基板と、接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、第1の銅層とインバー層と第2の銅層とを有しており、接合材を介して前記第1の銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、前記ケースの内側に充填されており、前記半導体素子と前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、前記配線部材は、前記半導体素子との接合部で、前記第2の銅層が除去されており、前記インバー層が前記封止樹脂体と接触していることを特徴とするものである。このことにより、温度サイクルの信頼性に優れ、高温環境下で使用した際でも、半導体素子上の配線部材が封止樹脂体(シリコーンゲル)から剥離することが抑制され、絶縁信頼性に優れた半導体装置を提供することができるようになる。   That is, the semiconductor device according to the present embodiment includes an insulating substrate having a ceramic layer, a semiconductor element bonded to the insulating substrate through a bonding material, a first copper layer, an invar layer, and a second layer. A wiring member in which the first copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material, and surrounds the semiconductor element and the wiring member, and the insulating substrate. And a sealing resin body that fills the inside of the case and seals the semiconductor element and the wiring member, and the wiring member is connected to the semiconductor element. The second copper layer is removed at the joint, and the invar layer is in contact with the sealing resin body. As a result, the reliability of the temperature cycle is excellent, and even when used in a high temperature environment, the wiring member on the semiconductor element is suppressed from peeling from the sealing resin body (silicone gel), and the insulation reliability is excellent. A semiconductor device can be provided.

実施の形態2.
図9を参照して、実施の形態2における半導体装置100を説明する。本実施の形態に関わる半導体装置100は、パワーモジュール101、ヒートシンク11などから構成されている。パワーモジュール101は、半導体素子1、絶縁性基板3、樹脂ケース4、配線端子部材5a、配線端子部材5b、ボンディングワイヤ6、封止樹脂体9、配線部材72などから構成されている。絶縁性基板3は、配線パターン層/セラミックス層/配線パターン層からなる三層構造を有している。半導体素子1とヒートシンク11との間の絶縁は、絶縁性基板3のセラミックス層によって確保されている。ヒートシンク11は、パワーモジュール101との間を、はんだ材などの接合材で、接合されている。
Embodiment 2. FIG.
A semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. A semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a power module 101, a heat sink 11 , and the like. The power module 101 includes a semiconductor element 1, an insulating substrate 3, a resin case 4, a wiring terminal member 5a, a wiring terminal member 5b, a bonding wire 6, a sealing resin body 9, a wiring member 72, and the like. The insulating substrate 3 has a three-layer structure including a wiring pattern layer / ceramic layer / wiring pattern layer. Insulation between the semiconductor element 1 and the heat sink 11 is ensured by a ceramic layer of the insulating substrate 3. The heat sink 11 is bonded to the power module 101 with a bonding material such as a solder material.

半導体素子1と配線部材72は、はんだ材などの接合材で、接合されている。本実施の形態に関わる半導体装置100は、実施の形態1に関わる半導体装置100と比較して、配線部材の構成が異なっている。本実施の形態における半導体装置100では、配線部材72は、半導体素子1に接続される側が銅系配線部材72a(銅層)、封止樹脂体9と接する側がインバー配線部材72b(インバー層)、の2層構造となっている。たとえば、銅層/インバー層の厚みは、全体で1mm、銅層/インバー層の厚み比は、2/1である。絶縁性基板3は、一方の面が露出している。   The semiconductor element 1 and the wiring member 72 are bonded with a bonding material such as a solder material. The semiconductor device 100 according to the present embodiment is different from the semiconductor device 100 according to the first embodiment in the configuration of the wiring member. In the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the wiring member 72 has a copper-based wiring member 72a (copper layer) on the side connected to the semiconductor element 1, and an invar wiring member 72b (invar layer) on the side in contact with the sealing resin body 9. It has a two-layer structure. For example, the total thickness of the copper layer / invar layer is 1 mm, and the thickness ratio of the copper layer / invar layer is 2/1. One surface of the insulating substrate 3 is exposed.

図10は、本実施の形態に関わる配線部材72の構造を詳細に示している。半導体素子1の裏面1yは、接合材2aで、絶縁性基板3(表面配線パターン層3a)に接合されて
いる。本実施の形態に関わる配線部材72は、半導体素子1の能動面1xに、接合材8を介して接合される。この配線部材72は、折り曲げられて外部端子となる。配線部材72は、銅系配線部材72a(銅層)とインバー配線部材72b(インバー層)からなる、2層構造となっている。銅系配線部材72aは、電気伝導性の良好な、銅からなる合金で構成されている。インバー配線部材72bは、低熱膨張係数である鉄ニッケル(Ni36重量%)からなる合金(インバー)で構成されている。主端子となる配線部材72は、スイッチング素子1aの上面と整流素子1bの上面を接続している。
FIG. 10 shows in detail the structure of the wiring member 72 according to the present embodiment. The back surface 1y of the semiconductor element 1 is bonded to the insulating substrate 3 (surface wiring pattern layer 3a) with a bonding material 2a. The wiring member 72 according to the present embodiment is bonded to the active surface 1x of the semiconductor element 1 via the bonding material 8. The wiring member 72 is bent to serve as an external terminal. The wiring member 72 has a two-layer structure including a copper-based wiring member 72a (copper layer) and an invar wiring member 72b (invar layer). The copper-based wiring member 72a is made of an alloy made of copper having good electrical conductivity. The invar wiring member 72b is made of an alloy (invar) made of iron nickel (Ni 36% by weight) having a low thermal expansion coefficient. The wiring member 72 serving as a main terminal connects the upper surface of the switching element 1a and the upper surface of the rectifying element 1b.

半導体素子1と配線部材72は、接合材8で接合されている。封止樹脂体9は、針入度60のシリコーンゲルを使用している。実施の形態1と同じく、半導体素子1の上にある配線部材72は、封止樹脂体9と接触する部分が、インバー配線部材72bとなっている。したがって、半導体素子1が動作時に発熱して、配線部材72が高温になった場合でも、界面が剥離することなく、絶縁性を確保することができる。本実施の形態に関わる半導体装置は、前記半導体素子の能動面側に接合材を介して配線部材を接合し、前記配線部材が銅層/インバー層の2層で構成されており、前記封止樹脂と接する面はインバーであることを特徴とするものである。   The semiconductor element 1 and the wiring member 72 are joined by a joining material 8. The sealing resin body 9 uses a silicone gel having a penetration of 60. As in the first embodiment, the wiring member 72 on the semiconductor element 1 has an invar wiring member 72b at a portion in contact with the sealing resin body 9. Therefore, even when the semiconductor element 1 generates heat during operation and the wiring member 72 becomes high temperature, the insulation can be ensured without peeling off the interface. In the semiconductor device according to the present embodiment, a wiring member is bonded to the active surface side of the semiconductor element via a bonding material, and the wiring member is composed of two layers of copper layer / invar layer, and the sealing The surface in contact with the resin is invar.

すなわち、本実施の形態に関わる半導体装置は、セラミックス層を有する絶縁性基板と、接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、銅層とインバー層とを有しており、接合材を介して前記銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、前記封止樹脂体は、前記配線部材が有するインバー層に接触していることを特徴とするものである。このことにより、温度サイクルの信頼性に優れ、高温環境下で使用した際でも、半導体素子上の配線部材が封止樹脂体(シリコーンゲル)から剥離することが抑制され、絶縁信頼性に優れた半導体装置を提供することができるようになる。   That is, the semiconductor device according to the present embodiment includes an insulating substrate having a ceramic layer, a semiconductor element bonded to the insulating substrate through a bonding material, a copper layer, and an invar layer. A wiring member in which the copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material, a case that surrounds the semiconductor element and the wiring member, and is fixed to the insulating substrate, and an inner side of the case And a sealing resin body that seals the semiconductor element and the wiring member, and the sealing resin body is in contact with an invar layer of the wiring member It is what. As a result, the reliability of the temperature cycle is excellent, and even when used in a high temperature environment, the wiring member on the semiconductor element is suppressed from peeling from the sealing resin body (silicone gel), and the insulation reliability is excellent. A semiconductor device can be provided.

実施の形態3.
図11を参照して、実施の形態3における半導体装置100を説明する。本実施の形態に関わる半導体装置100は、パワーモジュール101、ヒートシンク11などから構成されている。ヒートシンク11は、パワーモジュール101との間を、はんだ材などの接合材で、接合されている。パワーモジュール101は、半導体素子1、絶縁性基板3、樹脂ケース4、配線端子部材5a、配線端子部材5b、ボンディングワイヤ6、封止樹脂体9、配線部材73などから構成されている。絶縁性基板3は、配線パターン層/セラミックス層/配線パターン層からなる三層構造を有している。半導体素子1とヒートシンク11との間の絶縁は、絶縁性基板3のセラミックス層によって確保されている。
Embodiment 3 FIG.
A semiconductor device 100 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. A semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a power module 101, a heat sink 11 , and the like. The heat sink 11 is bonded to the power module 101 with a bonding material such as a solder material. The power module 101 includes a semiconductor element 1, an insulating substrate 3, a resin case 4, a wiring terminal member 5a, a wiring terminal member 5b, a bonding wire 6, a sealing resin body 9, a wiring member 73, and the like. The insulating substrate 3 has a three-layer structure including a wiring pattern layer / ceramic layer / wiring pattern layer. Insulation between the semiconductor element 1 and the heat sink 11 is ensured by a ceramic layer of the insulating substrate 3.

半導体素子1と配線部材73は、はんだ材などの接合材で、接合されている。本実施の
形態に関わる半導体装置100は、実施の形態1よる半導体装置100と比較して、配線部材の構成が異なっている。本実施の形態に関わる半導体装置では、配線部材73は、単層の銅(または銅系合金)で構成されている。配線部材73は、半導体素子1と接合材8を介して接合されている。配線部材73の半導体素子1との反対側(上側)には、接合材を介して板状の金属板13(インバー部材)が固定されている。絶縁性基板3は、一方の面が露出している。
The semiconductor element 1 and the wiring member 73 are bonded with a bonding material such as a solder material. The semiconductor device 100 according to the present embodiment differs from the semiconductor device 100 according to the first embodiment in the configuration of the wiring member. In the semiconductor device according to the present embodiment, the wiring member 73 is composed of a single layer of copper (or copper-based alloy). The wiring member 73 is bonded to the semiconductor element 1 via the bonding material 8. On the opposite side (upper side) of the wiring member 73 from the semiconductor element 1, a plate-like metal plate 13 (invar member) is fixed via a bonding material. One surface of the insulating substrate 3 is exposed.

図12は、本実施の形態に関わる配線部材73の構造を詳細に示している。半導体素子1の裏面1yは、接合材2aで、絶縁性基板3(表面配線パターン層3a)に接合されている。主端子となる配線部材73は、半導体素子1の能動面1xに、接合材8を介して接合される。この配線部材73は、折り曲げられて外部端子となる。配線部材73は、電気伝導性の良好な銅からなる合金で構成されている、単層構造となっている。配線部材73は、スイッチング素子1aの上面と整流素子1bの上面を接続している。接合材12は、金属板13と配線部材73を接合している。金属板13の材質は、インバーである。   FIG. 12 shows in detail the structure of the wiring member 73 according to the present embodiment. The back surface 1y of the semiconductor element 1 is bonded to the insulating substrate 3 (surface wiring pattern layer 3a) with a bonding material 2a. The wiring member 73 serving as the main terminal is bonded to the active surface 1 x of the semiconductor element 1 via the bonding material 8. The wiring member 73 is bent to serve as an external terminal. The wiring member 73 has a single-layer structure made of an alloy made of copper having good electrical conductivity. The wiring member 73 connects the upper surface of the switching element 1a and the upper surface of the rectifying element 1b. The bonding material 12 bonds the metal plate 13 and the wiring member 73. The material of the metal plate 13 is invar.

実施の形態1および実施の形態2と同じく、半導体素子1の上には、配線部材73が接合材8で固定されている。配線部材73の上にあるインバーからなる金属板13(インバー部材)が、封止樹脂体9のシリコーンゲルと接触するため、半導体素子1が動作時に発熱して高温になった場合でも、界面が剥離することなく、絶縁性を確保することができる。接合材12は、はんだ、銀を主成分とする焼結性フィラー、銀を主成分とするろう材、スズ中に銅を分散した材料、金を主成分とする金スズ、金ゲルマニウム等の金系合金からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。   As in the first and second embodiments, a wiring member 73 is fixed on the semiconductor element 1 with a bonding material 8. Since the metal plate 13 (invar member) made of invar on the wiring member 73 is in contact with the silicone gel of the sealing resin body 9, even when the semiconductor element 1 generates heat during operation and becomes high temperature, the interface remains. Insulating properties can be ensured without peeling. The bonding material 12 includes solder, a sinter filler mainly composed of silver, a brazing material mainly composed of silver, a material in which copper is dispersed in tin, gold tin mainly composed of gold, and gold such as gold germanium. It is preferably any one selected from the group consisting of alloys.

本実施の形態に関わる半導体装置は、前記半導体素子の能動面側に接合材を介して配線部材を接合し、前記配線部材が銅単層で構成されており、前記配線部材の前記半導体素子と接続される面と反対側にインバーからなる金属板が接合されていることを特徴とするものである。   In the semiconductor device according to the present embodiment, a wiring member is bonded to the active surface side of the semiconductor element via a bonding material, and the wiring member is formed of a single layer of copper. A metal plate made of Invar is bonded to the side opposite to the surface to be connected.

すなわち、本実施の形態に関わる半導体装置は、セラミックス層を有する絶縁性基板と、接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、接合材を介して前記半導体素子に接合されている銅製の配線部材と、接合材を介して前記配線部材に接合されているインバー部材と、前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、前記インバー部材は、前記配線部材と前記半導体素子との接合部に配置されていて、前記封止樹脂体は、この配線部材と半導体素子との接合部に配置されたインバー部材に接触していることを特徴とするものである。このことにより、温度サイクルの信頼性に優れ、高温環境下で使用した際でも、半導体素子上の配線部材が封止樹脂体(シリコーンゲル)から剥離することが抑制され、絶縁信頼性に優れた半導体装置を提供することができるようになる。   That is, the semiconductor device according to this embodiment is bonded to the semiconductor element through an insulating substrate having a ceramic layer, a semiconductor element bonded to the insulating substrate through a bonding material, and a bonding material. A copper wiring member, an invar member bonded to the wiring member via a bonding material, a case surrounding the semiconductor element and the wiring member, and being fixed to the insulating substrate; A sealing resin body that fills the inside of the case and seals the semiconductor element and the wiring member, and the invar member is disposed at a joint portion between the wiring member and the semiconductor element. The sealing resin body is in contact with an invar member disposed at a joint portion between the wiring member and the semiconductor element. As a result, the reliability of the temperature cycle is excellent, and even when used in a high temperature environment, the wiring member on the semiconductor element is suppressed from peeling from the sealing resin body (silicone gel), and the insulation reliability is excellent. A semiconductor device can be provided.

実施の形態4.
図13を参照して、実施の形態4における半導体装置100を説明する。本実施の形態に関わる半導体装置100は、パワーモジュール101、ヒートシンク11などから構成されている。ヒートシンク11は、パワーモジュール101との間を、はんだ材などの接合材で、接合されている。パワーモジュール101は、半導体素子1、絶縁性基板3、樹脂ケース4、配線端子部材5a、配線端子部材5b、ボンディングワイヤ6、封止樹脂体9、配線部材71などから構成されている。
Embodiment 4 FIG.
A semiconductor device 100 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. A semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a power module 101, a heat sink 11 , and the like. The heat sink 11 is bonded to the power module 101 with a bonding material such as a solder material. The power module 101 includes a semiconductor element 1, an insulating substrate 3, a resin case 4, a wiring terminal member 5a, a wiring terminal member 5b, a bonding wire 6, a sealing resin body 9, a wiring member 71, and the like.

配線部材71は、銅系配線部材71a(第1の銅層)、インバー配線部材71b(インバー層)、および、銅系配線部材71c(第2の銅層)からなる、3層構造となっている
。銅系配線部材71aと銅系配線部材71cは、電気伝導性の良好な、銅からなる合金で構成されている。インバー配線部材71bは、低熱膨張係数である鉄ニッケル(Ni36重量%)からなる合金(インバー)で構成されている。
The wiring member 71 has a three-layer structure including a copper-based wiring member 71a (first copper layer), an invar wiring member 71b (invar layer), and a copper-based wiring member 71c (second copper layer). Yes. The copper-based wiring member 71a and the copper-based wiring member 71c are made of an alloy made of copper having good electrical conductivity. The invar wiring member 71b is made of an alloy (invar) made of iron nickel (Ni 36 wt%) having a low thermal expansion coefficient.

絶縁性基板3は、配線パターン層/セラミックス層/配線パターン層からなる三層構造を有している。半導体素子1とヒートシンク11との間の絶縁は、絶縁性基板3のセラミックス層によって確保されている。樹脂ケース4は、ヒートシンク11の上に接着剤で固定されている。配線端子部材5aは、接合材で、絶縁性基板3(表面配線パターン層3a)に接合されている。本実施の形態に関わる半導体装置100は、実施の形態1よる半導体装置100と比較して、樹脂ケース4の構成が異なっている。本実施の形態に関わる樹脂ケース4は、配線端子部材5bのみを一体成形している。   The insulating substrate 3 has a three-layer structure including a wiring pattern layer / ceramic layer / wiring pattern layer. Insulation between the semiconductor element 1 and the heat sink 11 is ensured by a ceramic layer of the insulating substrate 3. The resin case 4 is fixed on the heat sink 11 with an adhesive. The wiring terminal member 5a is a bonding material and is bonded to the insulating substrate 3 (surface wiring pattern layer 3a). The semiconductor device 100 according to the present embodiment is different in the configuration of the resin case 4 from the semiconductor device 100 according to the first embodiment. In the resin case 4 according to the present embodiment, only the wiring terminal member 5b is integrally formed.

本実施の形態に関わる半導体装置においても、温度サイクル信頼性に優れ、高温環境下で使用した際でも、半導体素子上の配線部材が封止樹脂としてのシリコーンゲルと剥離することが抑制され、絶縁信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。なお、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更、が含まれることが意図される。   Even in the semiconductor device according to the present embodiment, the temperature cycle reliability is excellent, and even when used in a high temperature environment, the wiring member on the semiconductor element is suppressed from being peeled off from the silicone gel as the sealing resin. A semiconductor device with excellent reliability can be provided. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

次に、本実施の形態に関わる半導体装置100を、実際に評価した結果について説明する。実施の形態1において作製した半導体装置100を、実施例1とする。実施の形態2において作製した半導体装置100を、実施例2とする。実施の形態3において作製した半導体装置100を、実施例3とする。図8に記載した半導体装置を、比較例とする。比較例において、配線部材74の厚みは、0.64mmとした。   Next, results of actual evaluation of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described. The semiconductor device 100 manufactured in Embodiment 1 is referred to as Example 1. The semiconductor device 100 manufactured in Embodiment 2 is referred to as Example 2. The semiconductor device 100 manufactured in Embodiment 3 is referred to as Example 3. The semiconductor device shown in FIG. 8 is used as a comparative example. In the comparative example, the thickness of the wiring member 74 was 0.64 mm.

連続通電試験では、スイッチング素子1a(IGBT)に、15Vのゲート電圧を印加して、一定の電流値(ここでは200A)を流した。スイッチング素子1aの温度は、150℃で、定常状態となった。この状態を、規定時間、維持する連続通電試験を実施した。連続通電試験は、300時間まで実施して、その時点で、シリコーンゲルの封止樹脂体9に剥離が発生していないかどうかを確認した。   In the continuous energization test, a gate voltage of 15 V was applied to the switching element 1a (IGBT), and a constant current value (200 A in this case) was passed. The temperature of the switching element 1a was 150 ° C. and became a steady state. A continuous energization test was conducted to maintain this state for a specified time. The continuous energization test was carried out for up to 300 hours, and at that time, it was confirmed whether or not peeling occurred in the silicone resin sealing resin body 9.

図14は、連続通電試験の結果を示している。なお、今回実施した連続通電試験は、300時間まで通電して、その時点で、シリコーンゲルからなる封止樹脂体9に剥離が発生していないかどうかを評価した。比較例の半導体装置では、150時間で封止樹脂体9が配線部材74と剥離して、気泡が発生していた。それに対して、実施例1の半導体装置から実施例3の半導体装置においては、封止樹脂体9の剥離や気泡発生は確認されなかった。その結果、本実施の形態による半導体装置は、絶縁性が十分確保されることを検証することができた。   FIG. 14 shows the results of the continuous energization test. In the continuous energization test performed this time, energization was performed for up to 300 hours, and at that time, it was evaluated whether or not peeling occurred in the sealing resin body 9 made of silicone gel. In the semiconductor device of the comparative example, the sealing resin body 9 peeled off from the wiring member 74 in 150 hours, and bubbles were generated. On the other hand, in the semiconductor device of Example 1 to the semiconductor device of Example 3, peeling of the sealing resin body 9 and generation of bubbles were not confirmed. As a result, it was possible to verify that the semiconductor device according to the present embodiment has sufficient insulation.

なお、以上の説明では、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、種々の処理変更を行うことが可能である。また、本発明は、その発明の範囲内において、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。   In the above description, the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various processing changes can be made. Also, within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each other, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 半導体素子、1a スイッチング素子、1b 整流素子、1x 能動面、1y 裏面、2a 接合材、2b 接合材、3 絶縁性基板、3a 表面配線パターン層、3b セラミックス層、3c 裏面配線パターン層、4 樹脂ケース、5 配線端子部材、5a 配線端子部材、5b 配線端子部材、6 ボンディングワイヤ、8 接合材、9 封止樹
脂体、10 接合材、11 ヒートシンク、11a フィン、12 接合材、13 金属板、71 配線部材、71a 銅系配線部材、71b インバー配線部材、71c 銅系配線部材、72 配線部材、72a 銅系配線部材、72b インバー配線部材、73 配線部材、74 配線部材、74a 銅系配線部材、74b インバー配線部材、74c
銅系配線部材、100 半導体装置、101 パワーモジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor element, 1a switching element, 1b rectifier, 1x active surface, 1y back surface, 2a bonding material, 2b bonding material, 3 insulating substrate, 3a surface wiring pattern layer, 3b ceramic layer, 3c back surface wiring pattern layer, 4 resin Case 5 Wiring terminal member 5a Wiring terminal member 5b Wiring terminal member 6 Bonding wire 8 Bonding material 9 Sealing resin body 10 Bonding material 11 Heat sink 11a Fin 12 Bonding material 13 Metal plate 71 Wiring member, 71a Copper wiring member, 71b Invar wiring member, 71c Copper wiring member, 72 Wiring member, 72a Copper wiring member, 72b Invar wiring member, 73 Wiring member, 74 Wiring member, 74a Copper wiring member, 74b Invar wiring member, 74c
Copper-based wiring member, 100 semiconductor device, 101 power module

Claims (6)

セラミックス層を有する絶縁性基板と、
接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、
第1の銅層とインバー層と第2の銅層とを有しており、接合材を介して前記第1の銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、
前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、
前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、
前記配線部材は、前記半導体素子との接合部で、前記第2の銅層が除去されており、
前記封止樹脂体は、この第2の銅層の除去部で、前記インバー層に接触していることを特徴とする半導体装置。
An insulating substrate having a ceramic layer;
A semiconductor element bonded to the insulating substrate via a bonding material;
A wiring member having a first copper layer, an invar layer, and a second copper layer, wherein the first copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material;
A case surrounding the semiconductor element and the wiring member and fixed to the insulating substrate;
A sealing resin body filled inside the case and sealing the semiconductor element and the wiring member;
In the wiring member, the second copper layer is removed at the junction with the semiconductor element,
The sealing resin body is in contact with the invar layer at the removal portion of the second copper layer.
セラミックス層を有する絶縁性基板と、
接合材を介して前記絶縁性基板に接合されている半導体素子と、
銅層とインバー層とを有しており、接合材を介して前記銅層が前記半導体素子に接合されている配線部材と、
前記半導体素子および前記配線部材を囲んでおり、前記絶縁性基板に固定されているケースと、
前記ケースの内側に充填されていて、前記半導体素子および前記配線部材を封止している封止樹脂体と、を備え、
前記封止樹脂体は、前記配線部材が有するインバー層に接触していることを特徴とする半導体装置。
An insulating substrate having a ceramic layer;
A semiconductor element bonded to the insulating substrate via a bonding material;
A wiring member having a copper layer and an invar layer, wherein the copper layer is bonded to the semiconductor element via a bonding material;
A case surrounding the semiconductor element and the wiring member and fixed to the insulating substrate;
A sealing resin body filled inside the case and sealing the semiconductor element and the wiring member;
The semiconductor device, wherein the sealing resin body is in contact with an invar layer of the wiring member.
前記封止樹脂体は、シリコーンゲルからなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The sealing resin body, a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of silicone gel. 前記半導体素子は、スイッチング素子と整流素子を含んでいることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element includes a switching element and a rectifying element. 前記スイッチング素子と前記整流素子は、前記配線部材によって接続されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the switching element and the rectifying element are connected by the wiring member. 前記絶縁性基板は、ヒートシンクと接合材を介して接合されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The insulating substrate, a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it is bonded via the heat sink and bonding material.
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