JP6885522B1 - Semiconductor device, power conversion device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
絶縁基板と半導体素子と、またはベース板と絶縁基板との接合部での接合不良を改善し、信頼性を向上させた半導体装置を得る。表面に電極(13)を有する半導体素子(7)と、上面と下面とに金属層(21,23)を有し、半導体素子(7)が上面側の金属層(21)の上面に第一接合部(8)で接合された絶縁基板(2)と、絶縁基板(2)が上面に第二接合部(3)で接合されたベース板(1)と、第一接合部(8)と第二接合部(3)との少なくともいずれか一方に埋設され、第一接合部(8)内に埋設された場合は半導体素子(7)の角部の対角方向で内側と外側とに配置され、第二接合部(3)内に埋設された場合は絶縁基板(2)の下面側の金属層(23)の角部の対角方向で内側と外側とに配置される保持部(6)と、を備えた半導体装置である。A semiconductor device having improved reliability can be obtained by improving the bonding failure at the joint between the insulating substrate and the semiconductor element or between the base plate and the insulating substrate. A semiconductor element (7) having an electrode (13) on its surface, and metal layers (21, 23) on its upper surface and lower surface, and the semiconductor element (7) is first on the upper surface of the metal layer (21) on the upper surface side. The insulating substrate (2) joined by the joint portion (8), the base plate (1) in which the insulating substrate (2) is joined to the upper surface by the second joint portion (3), and the first joint portion (8). When embedded in at least one of the second junction (3) and embedded in the first junction (8), it is arranged inside and outside the corners of the semiconductor element (7) in the diagonal direction. When embedded in the second joint (3), the holding portions (6) are arranged diagonally inside and outside the corners of the metal layer (23) on the lower surface side of the insulating substrate (2). ), And a semiconductor device.
Description
本開示は、保持部を用いて接合した半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device joined by using a holding portion, a method for manufacturing the semiconductor device, and a power conversion device.
半導体装置においては、半導体素子、絶縁基板およびベース板を備えており、半導体素子と絶縁基板と、絶縁基板とベース板とは接合部材を介して接合されている。 A semiconductor device includes a semiconductor element, an insulating substrate, and a base plate, and the semiconductor element and the insulating substrate, and the insulating substrate and the base plate are joined via a joining member.
しかしながら、接合部材の上部に配置される部材が、接合部材の下部に配置される部材に対して傾いた状態で接合される場合がある。このような状態で部材同士を接合すると、上下の部材間において、接合部材の厚みに不均一が生じ、接合不良の原因となる。このため、接合部材の上部の部材と接合部材の下部の部材との傾きを少なく接合し、接合部材の上下に配置される部材間での接合不良を低減することが求められる。 However, the member arranged on the upper part of the joining member may be joined in an inclined state with respect to the member arranged on the lower part of the joining member. If the members are joined to each other in such a state, the thickness of the joined members becomes uneven between the upper and lower members, which causes poor joining. Therefore, it is required to reduce the inclination of the upper member of the joining member and the lower member of the joining member to reduce the joint failure between the members arranged above and below the joining member.
そこで、部材間の接合時の傾きを低減する目的で、はんだ接合材の外周部に絶縁性樹脂スペーサを備えた半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1)。また、塗布剤層内に基材と電子部品との間隔を規制し、加熱により形状変化しない複数の導電性の固体スペーサが埋設された半導体装置が開示されている(例えば、特許文献2)。さらに、半導体素子の外周部にボンディングワイヤ線を配置した半導体装置が開示されている(例えば、特許文献3)。 Therefore, for the purpose of reducing the inclination at the time of joining between members, a semiconductor device provided with an insulating resin spacer on the outer peripheral portion of the solder bonding material is disclosed (for example, Patent Document 1). Further, there is disclosed a semiconductor device in which a plurality of conductive solid spacers that regulate the distance between a base material and an electronic component and do not change in shape by heating are embedded in the coating agent layer (for example, Patent Document 2). Further, a semiconductor device in which a bonding wire is arranged on an outer peripheral portion of a semiconductor element is disclosed (for example, Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1に記載の半導体装置においては、スペーサが、絶縁性の樹脂であるため、はんだとの濡れ性はそれほど高くなく、き裂の起点となりうる場合があった。また、特許文献2に記載の半導体装置においては、固体スペーサの配置の仕方によっては、はんだの溶融時に、はんだの濡れ広がりを妨げる、または、気泡の抜けを妨げるため、接合不良が発生する場合があった。さらに、特許文献3に記載の半導体装置においては、ボンディングワイヤ線により、半導体素子の接合位置精度を向上することができるが、はんだ(接合部)の濡れ広がりを調整する機能はなく、はんだ接合不良が生じる場合があった。このため、従来の半導体装置では、接合不良の改善が十分ではなく、半導体装置の信頼性が劣化する問題点があった。
However, in the semiconductor device described in
本開示は、上述のような問題を解決するためになされたもので、保持部を用いて半導体装置における接合部の上下に配置される部材間の接合不良を改善することで、信頼性を向上させた半導体装置を得ることを目的としている。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and the reliability is improved by improving the joint failure between the members arranged above and below the joint portion in the semiconductor device by using the holding portion. The purpose is to obtain a semiconductor device.
本開示に係る半導体装置は、表面に電極を有する半導体素子と、上面と下面とに金属層
を有し、半導体素子が上面側の金属層の上面に第一接合部で接合された絶縁基板と、絶縁
基板が上面に第二接合部で接合されたベース板と、第一接合部と第二接合部との少なくと
もいずれか一方に埋設され、第一接合部内に埋設された場合は半導体素子の角部の外周側
面と接し、半導体素子の角部の対角方向で内側と外側とに配置され、第二接合部内に埋設
された場合は絶縁基板の下面側記金属層の角部の外周側面と接し、絶縁基板の下面側の金
属層の角部の対角方向で内側と外側とに配置される保持部と、を備えた、半導体装置であ
る。
The semiconductor device according to the present disclosure includes a semiconductor element having electrodes on the surface and an insulating substrate having metal layers on the upper surface and the lower surface and the semiconductor element is bonded to the upper surface of the metal layer on the upper surface side at the first junction. , When the insulating substrate is embedded in at least one of the base plate bonded to the upper surface at the second joint and the first joint and the second joint, and embedded in the first joint, the semiconductor element Outer side of the corner
It is in contact with the surface, is arranged on the inside and outside in the diagonal direction of the corner of the semiconductor element, and when embedded in the second joint, it is in contact with the outer peripheral side surface of the corner of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate. It is a semiconductor device including holding portions arranged on the inner side and the outer side in the diagonal direction of the corner portion of the metal layer on the lower surface side of the semiconductor device.
本開示によれば、接合部の角部の内側と外側とに保持部を設けたので、接合部の上下に配置された部材間の接合性の向上が可能となり、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 According to the present disclosure, since the holding portions are provided inside and outside the corners of the joint portion, it is possible to improve the bondability between the members arranged above and below the joint portion, and improve the reliability of the semiconductor device. Can be made to.
はじめに、本開示の半導体装置の全体構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。 First, the overall configuration of the semiconductor device of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be noted that the figure is a schematic one and does not reflect the exact size of the indicated components. In addition, those having the same reference numerals are the same or equivalent thereof, and this is common to the entire text of the specification.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における半導体装置を示す平面構造模式図である。図2は、実施の形態1における半導体装置を示す断面構造模式図である。図3は、実施の形態1における半導体装置を示す他の断面構造模式図である。図4は、実施の形態1における半導体装置の保持部を示す平面構造模式図である。図2は、図1の一点鎖線AAにおける断面構造模式図である。図3は、図1の一点鎖線BBにおける断面構造模式図である。図4は、第一接合部8を透過して、第一保持部6の配置を上面側から見た平面構造模式図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram showing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 4 is a schematic plan view showing a holding portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line AA of FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line BB of FIG. FIG. 4 is a schematic plan view of the arrangement of the
図において、半導体装置100は、ベース板1と、絶縁基板2と、接合部である第一接合部8と、接合部である第二接合部3と、保持部である第一保持部6と、半導体素子7と、配線部であるボンディングワイヤ9と、封止部10と、電極端子12と、を備えている。
In the figure, the
図において、半導体装置100は、ベース板1の上面と絶縁基板2の下面とを第二接合部3を用いて接合している。絶縁基板2の上面と半導体素子7の裏面(下面)とを第一接合部8を用いて接合している。半導体素子7の裏面と絶縁基板2の上面とを接合する第一接合部8には、半導体素子7の角部の対角方向へ向いて内側と外側に配置された第一保持部6が埋設されている。絶縁基板2と絶縁基板2の上面に接合された半導体素子7とは、封止部10内に封止されている。
In the figure, in the
図1において、封止部10は、点線にて表示し、封止部10に封止されている部材の位置関係がわかるようにしている。半導体装置100の最外周は、ベース板1の周縁部である。ベース板1の周縁部よりも内側には、封止部10が配置されている。封止部10の外縁よりも内側には、絶縁基板2の絶縁層22が配置されている。絶縁基板2の絶縁層22の外縁よりも内側には、絶縁基板2の上面側の金属層21が配置されている。絶縁基板2の上面側の金属層21の外縁よりも内側には、電極13が表面に形成された半導体素子7が配置されている。半導体素子7の裏面側の角部(四隅)には、第一接合部8が角部からはみ出して配置されている。電極端子12は、絶縁基板2を跨いで配置され、封止部10から突出(露出)している。
In FIG. 1, the sealing
図2は、半導体素子7の対面方向の断面構造模式図である。図2において、ベース板1の上面と絶縁基板2の下面側の金属層23の下面とを第二接合部3を用いて接合している。絶縁基板2の上面側の金属層21の上面と半導体素子7の裏面とを第一接合部8を用いて接合している。ボンディングワイヤ9は、半導体素子7の表面(上面)の電極13と電極端子12(右側)とを電気的に接続している。また、ボンディングワイヤ9は、絶縁基板2の上面側の金属層21の所定の位置と電極端子12(左側)とを電気的に接続している。封止部10は、絶縁基板2の下面側の金属層23と接合していない(露出した)ベース板1の上面と接して、絶縁基板2と絶縁基板2の上面に接合された半導体素子7とを封止している。電極端子12は、絶縁基板2の上部で、一端側が封止部10内に配置され、他端が封止部10の側面から露出(突出)して配置される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure of the
図3は、半導体素子7の対角方向の断面構造模式図である。図3において、半導体素子7の角部には、対角方向に対して(向かって)第一保持部6が配置されている。第一接合部8内に埋設される保持部6が、第一保持部6である。第一保持部6は、半導体素子7の外周部よりも内側に配置される第一内部保持部61と、半導体素子7の外周部よりも外側に配置される第一外部保持部62とを有している。第一保持部6は、半導体素子7の角部の内側から外側に配置され、第一接合部8の中に埋設されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram of the
図4は、第一接合部8の内部を透過して上面視した図である。図4において、絶縁基板2の上面側の金属層21の上面には、第一接合部8が配置されている。第一接合部8は、半導体素子7の裏面と接合し、半導体素子7の外形よりも外側にはみ出した(突出した)第一接合部8のフィレット部81を有している。第一接合部8の角部(半導体素子7の角部と同等)には、半導体素子7の投影面の内側から外側の間に第一保持部6が第一接合部8の中に埋設されて配置されている。第一保持部6は、半導体素子7の投影面よりも内側には、第一内部保持部61が配置され、第一接合部8のフィレット部81には、第一外部保持部62が配置されている。なお、図4に示すように、第一接合部8の角部とは、領域として、第一接合部8の角部頂点(辺の交点)から各辺の長さ(aまたはb)の0.25倍(1/4)の範囲までをいい、第一保持部6は、この範囲内に配置されていればよい。第一内部保持部61の一端は、半導体素子7の角部よりも内側に配置され、第一内部保持部61の他端は、第一内部保持部61の一端よりも半導体素子7の角部側に配置される。
FIG. 4 is a top view of the inside of the first
ベース板1は、板状であり、半導体装置100の底面部(底板)である。ベース板1は、半導体装置100内部で発生した熱を半導体装置100の外部へ放熱する放熱部材として機能する。ベース板1は、ベース板1の上面が絶縁基板2の下面側の金属層23の下面と、第二接合部3を介して(用いて)接合されている。ベース板1の材料としては、銅合金またはアルミニウム合金などを用いることができる。ベース板1の第二接合部3との接合領域の外側には、封止部10の下面が接している。
The
絶縁基板2は、上面層と中間層と下面層とを有している。絶縁基板2の下面側の金属層23は、ベース板1の上面に対向している。絶縁基板2は、中間層として絶縁層22、上面層として絶縁層22の上面側に金属層21と、下面層として絶縁層22の下面側に金属層23と、を有している。絶縁層22の下面側の金属層23は、第二接合部3によりベース板1の上面と接合されている。絶縁基板2は板状であり、板状の絶縁基板2を平面(上面)方向から見た場合において、絶縁層22の上面側の金属層21の大きさは、絶縁層22の大きさよりも小さくなっている。絶縁層22の下面側の金属層23の大きさは、絶縁層22の大きさよりも小さくなっている。絶縁層22の端部は、絶縁層22の上面側の金属層21および絶縁層22の下面側の金属層23の端部よりも外側へ突出している。この構成は、絶縁層22を挟んで、絶縁層22の上面側の金属層21が、絶縁層22の下面側の金属層23およびベース板1との間で沿面放電を抑制(沿面距離を確保)するためである。
The insulating
また、絶縁層22の上面側の金属層21は、目的に応じて複数に分割され、回路パターンを形成してもよい。絶縁基板2の絶縁層22の材料としては、酸化アルミニウム(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)や窒化珪素(Si3N4)などを用いることができる。絶縁基板2の上面側の金属層21および下面側の金属層23の材料としては、銅合金やアルミニウム合金などを用いることができる。絶縁基板2の上面側の金属層21の上面には、半導体素子7が第一接合部8で接合されている。なお、絶縁基板2の上面側は、絶縁層22の上面側、絶縁基板2の下面側は、絶縁層22の下面側と同義である。Further, the
第二接合部3は、ベース板1の上面と絶縁基板2の下面側の金属層23の下面とを接合するための接合部材である。第二接合部3の材料としては、はんだが用いられ、必要に応じて焼結銀、焼結銅などを用いてもよい。ベース板1の中央領域には、絶縁基板2が接合される。
The second
第一接合部8は、絶縁基板2の上面側の金属層21の上面と半導体素子7の裏面とを接合するための接合材である。第一接合部8の材料としては、第二接合部3と同様に、はんだ、焼結銀または焼結銅などを用いることができる。
The
配線部9は、絶縁基板2の上面側の金属層21の所定の位置と電極端子12とを電気的に接続している。また、配線部9は、半導体素子7の表面の電極13と電極端子12とを電気的に接合している。さらに、複数の半導体素子7を用いている場合では、複数の半導体素子7間を電気的に接続する。配線部9としては、アルミニウム合金製ワイヤ、銅合金製ワイヤ、金製ワイヤ、銅合金製リード、アルミニウム合金製リボンまたは銅合金製リボンなどを用いることができる。表面のみニッケル、金、銀、すずなどのめっき処理がされたワイヤ、リード、リボンなどを用いてもよい。
The
半導体素子7は、半導体素子7の表面に電極13が配置されている。半導体素子7は、絶縁基板2の上面側の金属層21の上面に接合部である第一接合部8を介して接合されている。半導体素子7は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの電力用半導体素子などを用いることができる。また、半導体素子7の材料としては、珪素(Si:Silicon)や炭化珪素(SiC:Silicon Cabide)などを用いることができる。
In the
第一保持部6は、第一接合部8内に埋設され、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置される、言い換えると、第一接合部8内に埋設され、半導体素子7の下面側で半導体素子7の角部の内側と外側とに設置される。
The
第一保持部6は、半導体素子7の下面側で半導体素子7の角部の内側と外側とに設置されるが、一体で形成されていてもよい。また、第一保持部6は、半導体素子7の下面側で半導体素子7の角部の内側と外側とに設置されるが、半導体素子7の内側と外側とを別体で形成されていてもよい。
The
第一保持部6は、半導体素子7を半導体素子7の下面側から支持する。第一接合部8内に配置される第一保持部6は、第一接合部8の厚みの設計値からのずれを低減する。第一保持部6は、第一接合部8の厚みのばらつきを低減するので、半導体素子7の傾きを低減する。第一保持部6は、第一接合部8の厚みのばらつきを低減するので、半導体素子7からの放熱性が改善される。第一保持部6は、半導体素子7の接合位置のずれを低減する。
The
第一保持部6は、半導体素子7の裏面の角部まで確実に第一接合部8が接合される(濡れ広がる)ように第一接合部8を誘導するためのものである。第一保持部6は、第一接合部8の内側と外側に配置(半導体素子7の外形(外縁)の内側と外側に配置)されていている。第一接合部8の上面は、半導体素子7の裏面に接触(接合)している。第一接合部8の下面は、絶縁基板2の上面側の金属層21に接触(接合)している。半導体素子7の外形より内側に存在する部分である第一内部保持部61の高さは、半導体素子7の外形よりも外側に存在する部分である第一外部保持部62の高さに比べて低い。これにより、半導体素子7と絶縁基板2との接合時の半導体素子7の接合位置のずれを低減することができる。
The
また、第一保持部6の形状としては、ボンディングワイヤを用いたワイヤ形状、金属部材を用いたブロック形状が考えられる。後述するように、図5から図8に示すとおり、ワイヤ形状であれば配線部9を半導体素子7へ接合する装置と同じ装置で接合(形成)することができる。第一保持部6の材質としては、第一接合部8と濡れ性のよい物質、例えば、アルミニウム合金、銅合金、金、すずを用いることができる。また、第一保持部6の表面を第一接合部8と濡れ性のよい材質やめっき処理されたものを用いてもよい。このような構成とすることで、第一保持部6は、第一接合部8との接触界面で合金層を形成する。
Further, as the shape of the
絶縁基板2の上面側の金属層21と半導体素子7とは電流が流れる部位(部材)であるため、第一保持部6の設置個所は、絶縁基板2の上面側の金属層21と半導体素子7との間の絶縁距離が保たれるように配置される。例えば、第一保持部6の最も高い部分が半導体素子7の表面の位置よりも低くなるように設定される。
Since the
図5は、実施の形態1における半導体装置の接合部を示す断面構造模式図である。図6は、実施の形態1における半導体装置の接合部を示す断面構造模式図である。図7は、実施の形態1における半導体装置の他の接合部を示す断面構造模式図である。図8は、実施の形態1における半導体装置の他の接合部を示す断面構造模式図である。図9は、実施の形態1における半導体装置の他の接合部を示す平面構造模式図である。図10は、実施の形態1における半導体装置の他の接合部を示す断面構造模式図である。図11は、実施の形態1における半導体装置の他の接合部を示す断面構造模式図である。図12は、実施の形態1における半導体装置の他の接合部を示す平面構造模式図である。図5、図7、図9は第一接合部8の接合前の断面構造図である。図6、図8、図10は、第一接合部8の接合後の断面構造図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure showing a joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure showing a joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 7 is a schematic cross-sectional structure showing another joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 8 is a schematic cross-sectional structure showing another joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 9 is a schematic plan structure diagram showing another joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 10 is a schematic cross-sectional structure showing another joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 11 is a schematic cross-sectional structure showing another joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 12 is a schematic plan structure diagram showing another joint portion of the semiconductor device according to the first embodiment. 5, FIG. 7, and FIG. 9 are cross-sectional structural views of the first
図5、図6、図7、図8は、第一保持部6としてボンディングワイヤを用いた場合である。図5、図6においては、第一内部保持部61は、半導体素子7の外周に対応する領域までは絶縁基板2の上面側の金属層21の上面上に接するように平坦部を形成して配置する。第一外部保持部62は、半導体素子7の外周よりも外側の領域でループ部を形成して金属層21の上面にボンディングすることで形成して配置している(図5参照)。第一内部保持部61の平坦部上に第一接合部8と半導体素子7とを重ねて配置する。第一接合部8と半導体素子7とを第一保持部6の第一内部保持部61上に配置後、熱処理を行うことで第一接合部8を溶融して、絶縁基板2の上面側の金属層21の上面と半導体素子7の下面とを接合する(図6参照)。第一外部保持部62のループ部の高さは、第一接合部8で半導体素子7を接合後に、半導体素子7の外周側面と接する高さである。第一外部保持部62のループ部が、半導体素子7の外周側面と接して配置されることで、第一接合部8での半導体素子7の接合時の半導体素子7の位置決めを行うことができる。
5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 show a case where a bonding wire is used as the
また、第一内部保持部61の直径(高さ)によって、第一接合部8の厚さを調整、制御することができる。さらに、第一保持部6を半導体素子7の角部で、半導体素子7の外形よりも内側から外側に亘って配置することで、第一接合部8での接合形成時に、第一接合部8が第一保持部6に沿って半導体素子7の外形の内側から外側へ濡れ広がることで、第一外部保持部62の周囲に第一接合部8のフィレット部が形成される(図6参照)。半導体素子7の角部の側面にフィレット部81が形成されたことで、半導体素子7の角部での応力緩和ができ、半導体装置100の信頼性を向上することができる。
Further, the thickness of the first
図7、図8においては、第一内部保持部61は、半導体素子7の外周に対応する領域までは絶縁基板2の上面側の金属層21の上面上に接するようにループ部を形成して配置し、第一外部保持部62は、半導体素子7の外周よりも外側の上面側の金属層21の上面上の領域でループ部を形成して金属層21の上面にボンディングすることで形成している。図5、図6に示した第一保持部6とは、第一内部保持部61の形状が異なる。例えば、第一接合部8の厚みを第一内部保持部61の直径よりも厚くしたい場合、あるいは、第一内部保持部61として、直径の小さいボンディングワイヤを用いて形成する場合に適用できる。このような構成においても、図5、図6の場合と同様に第一保持部6の厚み規定、半導体素子7の支持および位置決めを行うことができる。
In FIGS. 7 and 8, the first internal holding
図9、図10においては、第一保持部6として、ブロック形状の部材を用いた場合である。ブロック形状の第一保持部6を用いて、例えば、第一保持部6を切り欠きくことで、第一内部保持部61形成して半導体素子7の外形の角部へ配置して、第一保持部6の厚み規定、半導体素子7の支持および位置決めを行うことができる。
In FIGS. 9 and 10, a block-shaped member is used as the
図11、図12においては、第一保持部6としては、図6、図8に示した形状のものを用いているが、図11、図12に示すように、第一外部保持部62のループ部の一部が露出した形状においても同様の第一保持部6の厚みの規定、半導体素子7の支持および位置決めを行うことができる。図5から図12においては、第一保持部6は、第一内部保持部61と第一外部保持部62とが半導体素子7の角部の内側から外側までの間で連続して形成されている。なお、第一内部保持部61と第一外部保持部62とが連続しておらず、別体として配置された場合においても、連続して一体的に配置された場合においても、同様の効果を得ることができる。
In FIGS. 11 and 12, the
図13は、実施の形態1における半導体装置の他の保持部を示す平面構造模式図である。図において、半導体素子7の角部における第一保持部6の数が複数配置されている。このように、第一保持部6を半導体素子7の角部に複数配置することで、半導体素子7の角部頂点を複数の第一保持部6で挟むので、角部に1本の第一保持部6を配置した場合に比べて、半導体素子7の位置決めをより正確に行うこと(接合位置精度の向上)が可能となる。また、半導体素子7を安定して支持することができる。さらに、第一接合部8のフィレット部81は、応力緩和のために十分な領域を確保することができる。なお、図13に示すように、図4に示した場合等同様に、第一接合部8の角部とは、領域として、第一接合部8の角部頂点(辺の交点)から各辺の長さ(aまたはb)の0.25倍(1/4)の範囲までをいい、第一保持部6は、この範囲内に配置されていればよい。第一内部保持部61の一端は、半導体素子7の角部よりも内側に配置され、第一内部保持部61の他端は、第一内部保持部61の一端よりも半導体素子7の角部側に配置される。
FIG. 13 is a schematic plan view showing another holding portion of the semiconductor device according to the first embodiment. In the figure, a plurality of numbers of the
次に、上述のように構成された本実施の形態1の半導体装置100の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the
はじめに、半導体装置100の底面部となるベース板1を準備する(ベース板準備工程)。
First, the
次に、表面に電極13を有する半導体素子7を準備する(半導体素子準備工程)。
Next, the
次に、上面に金属層21と下面とに金属層23とを有する絶縁基板2を準備する(絶縁基板準備工程)。絶縁層22と上面側の金属層21、下面側の金属層23との接合は、ロウ付けなどにより行う。上面側の金属層21には、電気回路が形成されるため、パターン形状が異なることがよくある。このような場合、上面側の金属層21、下面側の金属層23の大きさ、厚みを調整することで、絶縁層22の上下(おもて裏)面間で熱応力の発生を抑えるようにしてもよい。
Next, an insulating
次にベース板1の上面に絶縁基板2を第二接合部3で接合する(絶縁基板接合工程)。
Next, the insulating
次に、絶縁基板2の上面側の金属層21の上面に第一保持部6に設置する(保持部設置工程)。第一保持部6がワイヤ、リボン、リードの場合、例えば超音波接合法で金属層21の上面に接合する。第一保持部6の配置位置としては、第一保持部6の役割として、半導体素子7の位置決め機能を有していることから、半導体素子7が配置される予定の位置に配置される。
Next, the
次に、第一保持部6を第一接合部8と第二接合部3との少なくともいずれか一方に埋設し、第一保持部6が第一接合部8内に埋設される場合は半導体素子7の角部の対角方向で内側と外側とに配置し、第一保持部6が第二接合部3内に埋設される場合は絶縁基板2の下面の金属層23の角部の対角方向で内側と外側とに配置する(保持部配置工程)。
Next, when the
次に、半導体素子7と絶縁基板2の上面側の金属層21とを配線部9を用いて電気的に接続する(配線部形成工程)。配線部9がボンディングワイヤ、リボン、リードの場合、超音波接合法で接合できる。なお、第一保持部6もボンディングワイヤ、リボン、リードの場合、配線部9の接合装置と同じ装置で接合できる場合がある。
Next, the
次に、絶縁基板2と半導体素子7とを封止部10で封止する(封止工程)。
Next, the insulating
以上の主要な製造工程を経ることで、図1に示す半導体装置100が製造できる。
The
なお、保持部6(第二保持部6)を第二接合部3内に埋設する場合は、ベース板1の上面に保持部6(第二保持部6)を設置後、第二接合部3を用いてベース板1と絶縁基板2とを接合する絶縁基板接合工程を実施すればよい。
When the holding portion 6 (second holding portion 6) is embedded in the second
図14は、実施の形態1における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。図14において、半導体装置101は、ベース板1と、絶縁基板2と、接合部である第一接合部8と、接合部である第二接合部3と、ケース部4と、保持部である第一保持部6と、半導体素子7と、配線部であるボンディングワイヤ9と、封止部10と、電極端子12と、を備えている。このように、ケース部4を備えた半導体装置101においても、第一保持部6を備えたことにより、半導体装置100と同様の効果を得ることができる。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 14, the
また、半導体装置100の製造方法において、ケース部4をベース板1の上面に配置するケース部配置工程を実施することで、半導体装置101を製造することができる。
Further, in the method of manufacturing the
以上のように構成された半導体装置100,101においては、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、第一接合部8の厚みの設計値からのずれを低減し、接合不良を改善し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
In the
また、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、半導体素子7の接合位置のずれを低減することができる。
Further, since the
さらに、第一接合部8の厚みを第一保持部6の第一接合部8の内側に存在する部分の高さは、第一接合部8の外側に存在する部分の高さに比べて低い。これによって、半導体素子7の接合位置のずれを低減することができる。
Further, the height of the portion where the thickness of the first
また、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、半導体素子7の裏面の角部まで確実に第一接合部8が接合される(濡れ広がる)ことで、接合不良を改善することができる。
Further, since the
さらに、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、第一接合部8が第一保持部6で濡れ広がることで、半導体素子7の角部の側面にフィレットが形成され、半導体素子7の角部での応力を低減することができる。
Further, since the
また、第一保持部6として、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8と濡れ性のよい材料を用いたので、接合状態が改善され、半導体素子7からの放熱性が改善できる。
Further, since the
実施の形態2.
本実施の形態2においては、実施の形態1で用いた第一保持部6に加えて第三保持部63を半導体素子7の表面の電極13(と配線部9との接合部)に対応する半導体素子7の裏面の位置にも配置した点で異なる。このように、半導体素子7の表面の電極13に対応する半導体素子7の裏面にも第三保持部63を配置したので、半導体素子7で発生した熱を第三保持部63を通じて拡散することができる。その結果、半導体素子7からの放熱性の向上が可能となり、半導体装置200の信頼性を向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。
In the second embodiment, in addition to the
図15は、実施の形態2における半導体装置を示す平面構造模式図である。図16は、実施の形態2における半導体装置を示す断面構造模式図である。図17は、実施の形態2における半導体装置を示す他の断面構造模式図である。図18は、実施の形態2における半導体装置の保持部を示す平面構造模式図である。図16は、図1の一点鎖線CCにおける断面構造模式図である。図17は、図1の一点鎖線DDにおける断面構造模式図である。図18は、第二接合部3を透過して、第一保持部6および第三保持部63の配置を上面から見た平面構造模式図である。
FIG. 15 is a schematic plan view showing the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 16 is a schematic cross-sectional structure diagram showing the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 17 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 18 is a schematic plan view showing a holding portion of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 16 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line CC of FIG. FIG. 17 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line DD of FIG. FIG. 18 is a schematic plan view of the arrangement of the
図において、半導体装置200は、ベース板1と、絶縁基板2と、接合部である第一接合部8と、接合部である第二接合部3と、保持部である第一保持部6と、保持部である第三保持部63と、半導体素子7と、配線部であるボンディングワイヤ9と、封止部10と、電極端子12と、を備えている。
In the figure, the
図15において、第三保持部63は、点線にて示している。半導体素子7の表面の電極13の外形よりも内側に第三保持部63が配置されている。第三保持部63は、半導体素子7の表面の電極13の配置位置に対応する半導体素子7の裏面の位置に配置される。特に、半導体素子7の表面の電極13のボンディングワイヤ9が接合された箇所を含んだ半導体素子7の裏面の対応する位置に配置される。このように配置することで、半導体装置100(半導体素子7)の動作時に発生する熱を発熱箇所から効率的に放熱することができる。
In FIG. 15, the third holding
図16、図17において、第三保持部63の厚さ(高さ)は、第一内部保持部の厚さ(高さ)と同等の厚さである。半導体素子7は、第一内部保持部61と第三保持部63とで支持(保持)される。
In FIGS. 16 and 17, the thickness (height) of the third holding
図18において、第一内部保持部61の一端は、半導体素子7の角部よりも内側に配置され、第一内部保持部61の他端は、第一内部保持部61の一端よりも半導体素子7の角部側に配置される。第三保持部63は、半導体素子7の角部(四隅)に配置された第一内部保持部61の一端よりも半導体素子7の中央部寄りに配置されている。
In FIG. 18, one end of the first internal holding
なお、第一保持部6としては、実施の形態1で用いたいずれの形態でも同様に適用できる。
The
以上のように構成された半導体装置200においては、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、第一接合部8の厚みの設計値からのずれを低減し、接合不良を改善し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
In the
また、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、半導体素子7の接合位置のずれを低減することができる。
Further, since the
さらに、第一接合部8の厚みを第一保持部6の第一接合部8の内側に存在する部分の高さは、第一接合部8の外側に存在する部分の高さに比べて低い。これによって、半導体素子7の接合位置のずれを低減することができる。
Further, the height of the portion where the thickness of the first
また、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、半導体素子7の裏面の角部まで確実に第一接合部8が接合される(濡れ広がる)ことで、接合不良を改善することができる。
Further, since the
さらに、第一保持部6を、第一接合部8内に埋設し、第一接合部8の角部の内側と外側とに設置したので、第一接合部8が保持部6で濡れ広がることで、半導体素子7の角部の側面にフィレットが形成され、半導体素子7の角部での応力を低減することができる。
Further, since the
また、第一保持部6として、第一接合部8と濡れ性のよい材料を用いたので、接合状態が改善され、半導体素子7からの放熱性が改善できる。
Further, since a material having good wettability with the first
さらに、第三保持部63を、半導体素子7の表面の電極13に対応する半導体素子7の裏面側に配置したので、半導体素子7での発熱を効率よく放熱でき、半導体装置の信頼性を向上することができる。
Further, since the third holding
実施の形態3.
本実施の形態3においては、実施の形態1で用いた第一保持部6を第二保持部6として第二接合部3内に埋設し、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の内側から外側に配置した点で異なる。このように、第二保持部6を第二接合部3内に埋設し、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の内側から外側に配置したので、絶縁基板2のベース板1への接合時の接合不良を低減することができる。その結果、絶縁基板2からの放熱性の向上が可能となり、半導体装置300の信頼性を向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。
In the third embodiment, the
図19は、実施の形態3における半導体装置を示す平面構造模式図である。図20は、実施の形態3における半導体装置を示す断面構造模式図である。図21は、実施の形態3における半導体装置を示す他の断面構造模式図である。図22は、実施の形態3における半導体装置の保持部を示す平面構造模式図である。図20は、図1の一点鎖線EEにおける断面構造模式図である。図21は、図1の一点鎖線FFにおける断面構造模式図である。図22は、第二接合部3を透過して、第二保持部6の配置を上面から見た平面構造模式図である。
FIG. 19 is a schematic plan view showing the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 20 is a schematic cross-sectional structure diagram showing the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 21 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 22 is a schematic plan structure diagram showing a holding portion of the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 20 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line EE of FIG. FIG. 21 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line FF of FIG. FIG. 22 is a schematic plan view of the arrangement of the
図において、半導体装置300は、ベース板1と、絶縁基板2と、接合部である第一接合部8と、接合部である第二接合部3と、保持部である第二保持部6と、半導体素子7と、配線部であるボンディングワイヤ9と、封止部10と、電極端子12と、を備えている。
In the figure, the
図において、半導体装置300は、ベース板1の上面と絶縁基板2の下面とを第二接合部3を用いて接合している。絶縁基板2の上面と半導体素子7の裏面とを第一接合部8を用いて接合している。絶縁基板2の下面側の金属層23とベース板1の上面とを接合する第二接合部3には、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の対角方向へ向いて内側と外側に配置された第二保持部6が埋設されている。絶縁基板2と絶縁基板2の上面に接合された半導体素子7とは、封止部10内に封止されている。
In the figure, in the
図19において、封止部10は、点線にて表示し、封止部10に封止されている部材の位置関係がわかるようにしている。半導体装置300の最外周は、ベース板1の周縁部である。ベース板1の周縁部よりも内側には、封止部10が配置されている。封止部10の外縁よりも内側には、絶縁基板2の絶縁層22が配置されている。絶縁基板2の絶縁層22の外縁よりも内側には、絶縁基板2の上面側の金属層21が配置されている。絶縁基板2の上面側の金属層21の外縁よりも内側には、電極13が上面に形成された半導体素子7が配置されている。絶縁基板2の下面側の金属層23の角部(四隅)には、第二接合部3が角部からはみ出して配置されている。電極端子12は、絶縁基板2を跨いで配置され、封止部10から突出(露出)している。
In FIG. 19, the sealing
図20は、絶縁基板2(半導体素子7)の対面方向の断面構造模式図である。図20において、ベース板1の上面と絶縁基板2の下面側の金属層23の下面とを第二接合部3を用いて接合している。絶縁基板2の上面側の金属層21の上面と半導体素子7の裏面とを第一接合部8を用いて接合している。ボンディングワイヤ9は、半導体素子7の表面の電極13と電極端子12とを電気的に接続している。また、ボンディングワイヤ9は、絶縁基板2の上面側の金属層21の所定の位置と電極端子12とを電気的に接続している。封止部10は、絶縁基板2の下側の金属層23と接合していない(露出した)ベース板1の上面と接して、絶縁基板2と絶縁基板2の上面に接合された半導体素子7とを封止している。電極端子12は、絶縁基板2の上部で、一端側が封止部10内に配置され、他端が封止部10の側面から露出(突出)して配置される。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional structure of the insulating substrate 2 (semiconductor element 7) in the facing direction. In FIG. 20, the upper surface of the
図21は、絶縁基板2(半導体素子7)の対角方向の断面構造模式図である。図21において、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部には、対角方向に対して(向かって)第二保持部6が配置されている。第二接合部3内に埋設される保持部6が、第二保持部6である。第二保持部6は、絶縁基板2の下面側の金属層23の外周部よりも内側に配置される第二内部保持部64と、絶縁基板2の下面側の金属層23の外周部よりも外側に配置される第二外部保持部65とを有している。第二保持部6は、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の内側から外側に配置され、第二接合部3の中に埋設されている。第二外部保持部65のループ部の高さは、第二接合部3で絶縁基板2を接合後に、絶縁基板2の下面側の金属層23の外周側面と接する高さである。第二外部保持部65のループ部が、絶縁基板2の下面側の金属層23の外周側面と接して配置されることで、第二接合部3での絶縁基板2の接合時の絶縁基板2の位置決めを行うことができる。図21、図22においては、第二保持部6は、第二内部保持部64と第二外部保持部65とが絶縁基板2の下側の金属層23の角部の内側から外側までの間で連続して一体的に形成されている。なお、第二内部保持部64と第二外部保持部65とが連続しておらず、別体として配置された場合においても、連続して一体的に配置された場合においても、同様の効果を得ることができる。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional structure diagram of the insulating substrate 2 (semiconductor element 7) in the diagonal direction. In FIG. 21, a
図22は、第二接合部3の内部を透過して上面視した図である。図22において、ベース板1の上面には、第二接合部3が配置されている。第二接合部3は、絶縁基板2の下面側の金属層23の下面と接合し、絶縁基板2の下面側の金属層23の外形(外縁)よりも外側にはみ出した(突出した)第二接合部3のフィレット部31を有している。第二接合部3の角部(絶縁基板2の下面側の金属層23の角部と同等)には、絶縁基板2の下面側の金属層23の投影面の内側から外側の間に第二保持部6が第二接合部3の中に埋設されて配置されている。第二保持部6は、絶縁基板2の下面側の金属層23の投影面よりも内側には、第二内部保持部64が配置され、第二接合部3のフィレット部31には、第二外部保持部65が配置されている。なお、第二接合部3の角部とは、領域として、第二接合部3の角部頂点(辺の交点)から各辺の長さ(aまたはb)の0.25倍(1/4)の範囲までをいい、この範囲内に第二保持部6が配置されていればよい。第二内部保持部64の一端は、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部よりも内側に配置され、第二内部保持部64の他端は、第二内部保持部64の一端よりも絶縁基板2の下面側の金属層23の角部側に配置される。なお、図13のように第二保持部6を複数配置しても同様の効果が得られる。
FIG. 22 is a top view of the inside of the second
第二保持部6は、絶縁基板2の下面側の金属層23の下面の角部まで確実に第二接合部3が接合される(濡れ広がる)ように第二接合部3を誘導するためのものである。第二保持部6は、第二接合部3の内側と外側に配置(絶縁基板2の下面側の金属層23の外形の内側と外側に配置)されていている。第二接合部3の上面は、絶縁基板2の下面側の金属層23の下面に接触(接合)している。第二接合部3の下面は、ベース板1の上面に接触(接合)している。絶縁基板2の下面側の金属層23の外形より内側に存在する部分である第二内部保持部64の高さは、絶縁基板2の下面側の金属層23の外形よりも外側に存在する部分である第二外部保持部65の高さに比べて低い。これにより、絶縁基板2の下面側の金属層23とベース板1との接合時の絶縁基板2(絶縁基板2の下面側の金属層23)の接合位置のずれを低減することができる。
The
第二保持部6は、第二接合部3と濡れ性のよい材料で構成されている。このため、第二保持部6は、第二接合部3との接触界面で合金層を形成する。
The
実施の形態1の図5から図12に示した構成を、本実施の形態3においても適用することができ、絶縁基板2の上面側の金属層21と半導体素子7の裏面とを第一接合部8で接合した場合の効果は、絶縁基板2の下面側の金属層23とベース板1の上面とを第二接合部3で接合した場合においても同様の効果を得ることができる。
The configuration shown in FIGS. 5 to 12 of the first embodiment can also be applied to the third embodiment, and the
第二保持部6は、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の内側と外側とに設置されるが、一体で形成されていてもよい。また、第二保持部6は、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の内側と外側とに設置されるが、半導体素子7の内側と外側とを別体で形成されていてもよい。
The
以上のように構成された半導体装置300においては、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、第二接合部3の厚みの設計値からのずれを低減し、接合不良を改善し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
In the
また、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、絶縁基板2の接合位置のずれを低減することができる。
Further, since the
さらに、第二接合部3の厚みを第二保持部6の第二接合部3の内側に存在する部分の高さは、第二接合部3の外側に存在する部分の高さに比べて低い。これによって、絶縁基板2の接合位置のずれを低減することができる。
Further, the height of the portion where the thickness of the second
また、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、絶縁基板2の下面側の金属層23の裏面の角部まで確実に第二接合部3が接合される(濡れ広がる)ことで、接合不良を改善することができる。
Further, since the
さらに、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、第二接合部3が第二保持部6で濡れ広がることで、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の側面にフィレットが形成され、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部での応力を低減することができる。
Further, since the
また、第二保持部6として、第二接合部3と濡れ性のよい材料を用いたので、接合状態が改善され、半導体素子7からの放熱性が改善できる。
Further, since a material having good wettability with the second
実施の形態4.
本実施の形態4においては、実施の形態3で用いた第二保持部6に加えて第四保持部66を半導体素子7の表面の電極13(と配線部9との接合部)に対応する絶縁基板2の下面側の金属層23の下面の位置にも配置した点で異なる。このように、半導体素子7の表面の電極13に対応する絶縁基板2の下面側の金属層23の下面にも第四保持部66を配置したので、半導体素子7で発生した熱を第四保持部66を通じて拡散することができる。その結果、半導体素子7からの放熱性の向上が可能となり、半導体装置400の信頼性を向上することができる。なお、その他の点については、実施の形態2、実施の形態3と同様であるので、詳しい説明は省略する。Embodiment 4.
In the fourth embodiment, in addition to the
図23は、実施の形態4における半導体装置を示す平面構造模式図である。図24は、実施の形態3における半導体装置を示す断面構造模式図である。図25は、実施の形態3における半導体装置を示す他の断面構造模式図である。図26は、実施の形態4における半導体装置の保持部を示す平面構造模式図である。図24は、図23の一点鎖線GGにおける断面構造模式図である。図25は、図23の一点鎖線HHにおける断面構造模式図である。図26は、第二接合部3を透過して、第二保持部6および第四保持部66の配置を上面から見た平面構造模式図である。
FIG. 23 is a schematic plan structure diagram showing the semiconductor device according to the fourth embodiment. FIG. 24 is a schematic cross-sectional structure diagram showing the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 26 is a schematic plan view showing a holding portion of the semiconductor device according to the fourth embodiment. FIG. 24 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line GG of FIG. 23. FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line HH of FIG. 23. FIG. 26 is a schematic plan view of the arrangement of the
図において、半導体装置400は、ベース板1と、絶縁基板2と、接合部である第一接合部8と、接合部である第二接合部3と、保持部である第二保持部6と、保持部である第四保持部66と、半導体素子7と、配線部であるボンディングワイヤ9と、封止部10と、電極端子12と、を備えている。
In the figure, the
図23において、第四保持部66は、点線にて示している。半導体素子7の表面の電極13の外形よりも内側に第四保持部66が配置されている。第四保持部66は、半導体素子7の表面の電極13の配置位置に対応する絶縁基板2の下面側の金属層23の下面の位置に配置される。特に、半導体素子7の表面の電極13のボンディングワイヤ9が接合された箇所を含んだ絶縁基板2の下面側の金属層23の下面の対応する位置に配置される。このように配置することで、半導体装置100(半導体素子7)の動作時に発生する熱を発熱箇所から効率的に放熱することができる
In FIG. 23, the fourth holding
図24、図25において、第四保持部66の厚さ(高さ)は、第二内部保持部64の厚さ(高さ)と同等の厚さである。絶縁基板2は、第二内部保持部64と第四保持部66とで支持(保持)される。
In FIGS. 24 and 25, the thickness (height) of the fourth holding
図26において、第二内部保持部64の一端は、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部よりも内側に配置され、第二内部保持部64の他端は、第二内部保持部64の一端よりも絶縁基板2の下面側の金属層23の角部側に配置される。第四保持部66は、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部(四隅)に配置された第二内部保持部64の一端よりも絶縁基板2の下面側の金属層23の中央部寄りに配置されている。
In FIG. 26, one end of the second internal holding
第二保持部6としては、実施の形態1で用いた第一保持部6のいずれの形態でも同様に適用できる。
As the
以上のように構成された半導体装置400においては、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、第二接合部3の厚みの設計値からのずれを低減し、接合不良を改善し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
In the
また、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、絶縁基板2の下面側の金属層23の接合位置のずれを低減することができる。
Further, since the
さらに、第二接合部3の厚みを第二保持部6の第二接合部3内側に存在する部分の高さは、第二接合部3の外側に存在する部分の高さに比べて低い。これによって、絶縁基板2の下面側の金属層23の接合位置のずれを低減することができる。
Further, the height of the portion where the thickness of the second
また、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、絶縁基板2の下面側の金属層23の下面の角部まで確実に第二接合部3が接合される(濡れ広がる)ことで、接合不良を改善することができる。
Further, since the
さらに、第二保持部6を、第二接合部3内に埋設し、第二接合部3の角部の内側と外側とに設置したので、第二接合部3が保持部6で濡れ広がることで、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部の側面にフィレットが形成され、絶縁基板2の下面側の金属層23の角部での応力を低減することができる。
Further, since the
また、第二保持部6として、第二接合部3と濡れ性のよい材料を用いたので、接合状態が改善され、半導体素子7からの放熱性が改善できる。
Further, since a material having good wettability with the second
さらに、第四保持部66を、半導体素子7の表面の電極13に対応する絶縁基板2の下面側の金属層23の下面側に配置したので、半導体素子7での発熱を効率よく放熱でき、半導体装置の信頼性を向上することができる。
Further, since the fourth holding
実施の形態5.
本実施の形態5は、上述した実施の形態1から4にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態5として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。Embodiment 5.
In the fifth embodiment, the semiconductor devices according to the first to fourth embodiments described above are applied to a power conversion device. Although the present disclosure is not limited to a specific power conversion device, the case where the present disclosure is applied to a three-phase inverter will be described below as the fifth embodiment.
図27は、本開示の実施の形態5における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the fifth embodiment of the present disclosure is applied.
図27に示す電力変換システムは、電源1000、電力変換装置2000、負荷3000を備えている。電源1000は、直流電源であり、電力変換装置2000に直流電力を供給する。電源1000は種々のもので構成することができ、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路、AC/DCコンバータなどで構成することとしてもよい。また、電源1000を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。
The power conversion system shown in FIG. 27 includes a
電力変換装置2000は、電源1000と負荷3000との間に接続された三相のインバータであり、電源1000から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷3000に交流電力を供給する。電力変換装置2000は、図27に示すように、電源1000から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路2001と、主変換回路2001を制御する制御信号を主変換回路2001に出力する制御回路2003とを備えている。
The
負荷3000は、電力変換装置2000から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷3000は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、空調機器向けの電動機等として用いられる。
The
以下、電力変換装置2000の詳細を説明する。主変換回路2001は、半導体装置2002に内蔵されたスイッチング素子と還流ダイオードとを備えており(図示せず)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源1000から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷3000に供給する。主変換回路2001の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路2001は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続された6つの還流ダイオードとから構成することができる。主変換回路2001は、各スイッチング素子、各還流ダイオードなどを内蔵する上述した実施の形態1から5のいずれかに相当する半導体装置2002によって構成される。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路2001の3つの出力端子は、負荷3000に接続される。
The details of the
また、主変換回路2001は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示なし)を備えている。駆動回路は半導体装置2002に内蔵されていてもよいし、半導体装置2002とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路2001のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路2001のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路2003からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。
Further, the
制御回路2003は、負荷3000に所望の電力が供給されるよう主変換回路2001のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷3000に供給すべき電力に基づいて主変換回路2001の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路2001を制御することができる。また、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を出力し、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号を出力されるように、主変換回路2001が備える駆動回路に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
The
以上のように構成された本実施の形態5に係る電力変換装置においては、主変換回路2001の半導体装置2002として実施の形態1から4にかかる半導体装置を適用するため、信頼性向上を実現することができる。
In the power conversion device according to the fifth embodiment configured as described above, since the semiconductor devices according to the first to fourth embodiments are applied as the
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベル、マルチレベルの電力変換装置であってもよいし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本開示を適用してもよい。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータなどに本開示を適用することもできる。 In the present embodiment, an example of applying the present disclosure to a two-level three-phase inverter has been described, but the present disclosure is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices. In the present embodiment, a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used, and when power is supplied to a single-phase load, the present disclosure is provided to a single-phase inverter. It may be applied. Further, when supplying electric power to a DC load or the like, the present disclosure can be applied to a DC / DC converter, an AC / DC converter, and the like.
また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器、非接触器給電システムの電源装置等として用いることもでき、さらには、太陽光発電システム、蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることもできる。 Further, the power conversion device to which the present disclosure is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor, and is, for example, a power supply device for a discharge machine, a laser machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system. It can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, a power storage system, or the like.
特に、半導体素子7として、SiCを用いた場合、電力用半導体素子はその特徴を生かすために、Siの時と比較してより高温で動作させることになる。SiCデバイスを搭載する半導体装置においては、より高い信頼性が求められるため、高信頼の半導体装置を実現するという本開示のメリットはより効果的なものとなる。
In particular, when SiC is used as the
上述した実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本開示の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、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及び範囲内でのすべての変更を含むものである。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより発明を形成してもよい。 It should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is not the scope of the above-described embodiment, but is indicated by the scope of claims and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. Further, the invention may be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the above-described embodiment.
1 ベース板、2 絶縁基板、3 第二接合部、4 ケース部、6 第一保持部,第二保持部、7 半導体素子、8 第一接合部、9 配線部、10 封止部、12 電極端子、61 第一内部保持部、62 第一外部保持部、63 第三保持部、64 第二内部保持部、65 第二外部保持部、66 第四保持部、100, 101,200,300, 400,2002 半導体装置、1000 電源、2000 電力変換装置、2001 主変換回路、2003 制御回路、3000 負荷。 1 Base plate, 2 Insulated substrate, 3 Second joint, 4 Case, 6 First holding part, Second holding part, 7 Semiconductor element, 8 First joining part, 9 Wiring part, 10 Sealing part, 12 Electrodes Terminal, 61 1st internal holding part, 62 1st external holding part, 63 3rd holding part, 64 2nd internal holding part, 65 2nd external holding part, 66 4th holding part, 100, 101, 200, 300, 400,2002 semiconductor device, 1000 power supply, 2000 power conversion device, 2001 main conversion circuit, 2003 control circuit, 3000 load.
Claims (15)
上面と下面とに金属層を有し、前記半導体素子が上面側の前記金属層の上面に第一接合部
で接合された絶縁基板と、
前記絶縁基板が上面に第二接合部で接合されたベース板と、
前記第一接合部と前記第二接合部との少なくともいずれか一方に埋設され、前記第一接合
部内に埋設された場合は前記半導体素子の角部の外周側面と接し、前記半導体素子の角部
の対角方向で内側と外側とに配置され、前記第二接合部内に埋設された場合は前記絶縁基
板の下面側の前記金属層の角部の外周側面と接し、前記絶縁基板の下面側の前記金属層の
角部の対角方向で内側と外側とに配置される保持部と、
を備えた半導体装置。 Semiconductor devices with electrodes on the surface and
An insulating substrate having metal layers on the upper surface and the lower surface, and the semiconductor element bonded to the upper surface of the metal layer on the upper surface side at the first bonding portion.
A base plate to which the insulating substrate is bonded to the upper surface at a second joint,
When embedded in at least one of the first joint portion and the second joint portion and embedded in the first joint portion, the corner portion of the semiconductor element is in contact with the outer peripheral side surface of the corner portion of the semiconductor element. When arranged diagonally inside and outside, and embedded in the second joint, the insulating group
A holding portion that is in contact with the outer peripheral side surface of the corner portion of the metal layer on the lower surface side of the plate and is arranged on the inner side and the outer side in the diagonal direction of the corner portion of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate.
Semiconductor device equipped with.
のいずれか一項に記載の半導体装置。 Claims 1 to 3 in which the holding portion forms an alloy layer at a contact interface with the first joint portion.
The semiconductor device according to any one of the above.
のいずれか一項に記載の半導体装置。 Claims 1 to 4 in which the holding portion forms an alloy layer at a contact interface with the second joint portion.
The semiconductor device according to any one of the above.
る第二保持部とを有し、前記第一保持部は、第一内部保持部と第一外部保持部とで構成さ
れ、前記第二保持部は、第二内部保持部と第二外部保持部とで構成され、
前記第一内部保持部は、前記半導体素子の外縁より内側に配置され、前記第一外部保持部
は、前記半導体素子の外縁よりも外側に配置され、前記第一外部保持部は、前記半導体素
子の外周側面と接し、
前記第二内部保持部は、前記絶縁基板の下面側の前記金属層の外縁より内側に配置され、
前記第二外部保持部は、前記絶縁基板の下面側の前記金属層の外縁よりも外側に配置され
、前記第二外部保持部は、前記絶縁基板の下面側の前記金属層の外周側面と接している、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The holding portion has a first holding portion embedded in the first joint portion and a second holding portion embedded in the second joint portion, and the first holding portion includes a first internal holding portion. It is composed of a first external holding portion, and the second holding portion is composed of a second internal holding portion and a second external holding portion.
The first internal holding portion is arranged inside the outer edge of the semiconductor element, the first external holding portion is arranged outside the outer edge of the semiconductor element, and the first external holding portion is the semiconductor element. In contact with the outer peripheral side surface of
The second internal holding portion is arranged inside the outer edge of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate.
The second external holding portion is arranged outside the outer edge of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate, and the second external holding portion is in contact with the outer peripheral side surface of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate. ing,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6, wherein the height of the first internal holding portion is lower than the height of the first external holding portion.
求項7に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 or 7, wherein the height of the second internal holding portion is lower than the height of the second external holding portion.
子の裏面の位置に配置される、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置
。 The semiconductor according to any one of claims 1 to 8, wherein the third holding portion is arranged at a position on the back surface of the semiconductor element corresponding to an electrode on the front surface of the semiconductor element in the first junction portion. apparatus.
の下面側の前記金属層の位置に配置される、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載
の半導体装置。 Any one of claims 1 to 9, wherein the fourth holding portion is arranged at the position of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate corresponding to the electrode on the surface of the semiconductor element in the second joint portion. The semiconductor device according to the section.
れか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, wherein the holding portion is partially exposed from the first joint portion.
れか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, wherein the holding portion is partially exposed from the second joint portion.
記第一接合部内に埋設された場合は前記保持部に沿って前記半導体素子の角部の側面にフWhen embedded in the first joint, the side surface of the corner of the semiconductor element is located along the holding portion.
ィレットが形成され、前記第二接合部内に埋設された場合は前記保持部に沿って前記絶縁When an inlet is formed and embedded in the second joint, the insulation is provided along the holding portion.
基板の下面側の前記金属層の角部の側面にフィレットが形成される、請求項1から請求項Claims 1 to 2, wherein fillets are formed on the side surfaces of the corners of the metal layer on the lower surface side of the substrate.
12のいずれか一項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to any one of 12.
換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 A main conversion circuit having the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13 and converting and outputting input power.
A control circuit that outputs a control signal that controls the main conversion circuit to the main conversion circuit, and a control circuit that outputs the control signal to the main conversion circuit.
Power converter equipped with.
上面と下面とに金属層を有する絶縁基板を準備し、前記絶縁基板の上面側の前記金属層の
上面に第一接合部で前記半導体素子を接合する半導体素子接合工程と、
ベース板の上面に前記絶縁基板を第二接合部で接合する絶縁基板接合工程と
保持部を前記第一接合部と前記第二接合部との少なくともいずれか一方に埋設し、前記保
持部が前記第一接合部内に埋設される場合は前記半導体素子の角部の外周側面側と接し、
前記半導体素子の角部の対角方向で内側と外側とに配置し、前記保持部が前記第二接合部
内に埋設される場合は前記絶縁基板の下面側の前記金属層の角部の外周側面側と接し、前
記絶縁基板の下面側の前記金属層の角部の対角方向で内側と外側とに配置する保持部配置
工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 A semiconductor device preparation process for preparing a semiconductor device having electrodes on its surface,
A semiconductor device joining step of preparing an insulating substrate having a metal layer on an upper surface and a lower surface, and joining the semiconductor element to the upper surface of the metal layer on the upper surface side of the insulating substrate at a first joining portion.
An insulating substrate joining step of joining the insulating substrate at a second joint and a holding portion are embedded in at least one of the first joint and the second joint on the upper surface of the base plate, and the holding portion is the holding portion. When it is embedded in the first joint, it comes into contact with the outer peripheral side surface side of the corner portion of the semiconductor element.
When the holding portion is arranged inside and outside in the diagonal direction of the corner portion of the semiconductor element and the holding portion is embedded in the second joint portion, the outer peripheral side surface of the corner portion of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate. side as the contact, and the holding portion placement step of placing the inner and outer diagonal direction of the corners of the metal layer on the lower surface side of the insulating substrate,
A method for manufacturing a semiconductor device provided with.
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