JP7070373B2 - 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7070373B2
JP7070373B2 JP2018222284A JP2018222284A JP7070373B2 JP 7070373 B2 JP7070373 B2 JP 7070373B2 JP 2018222284 A JP2018222284 A JP 2018222284A JP 2018222284 A JP2018222284 A JP 2018222284A JP 7070373 B2 JP7070373 B2 JP 7070373B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
case
semiconductor device
temperature
manufacturing
lattice
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018222284A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020088227A (ja
Inventor
賢太 中原
明稔 白尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2018222284A priority Critical patent/JP7070373B2/ja
Priority to US16/558,389 priority patent/US11195770B2/en
Priority to DE102019217774.3A priority patent/DE102019217774A1/de
Priority to CN201911156210.9A priority patent/CN111243969B/zh
Publication of JP2020088227A publication Critical patent/JP2020088227A/ja
Priority to US17/459,014 priority patent/US11664288B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7070373B2 publication Critical patent/JP7070373B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52Mounting semiconductor bodies in containers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • H01L23/04Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/54Providing fillings in containers, e.g. gas fillings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565Moulds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • H01L23/10Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293Organic, e.g. plastic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541Geometry of the lead-frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838Geometry or layout
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C67/00Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • B29C67/02Moulding by agglomerating
    • B29C67/04Sintering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/34Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3406Components, e.g. resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/29198Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298Fillers
    • H01L2224/29299Base material
    • H01L2224/293Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29338Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29339Silver [Ag] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/29198Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298Fillers
    • H01L2224/29299Base material
    • H01L2224/293Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29338Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29347Copper [Cu] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H01L2224/331Disposition
    • H01L2224/3318Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/33181On opposite sides of the body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40153Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/40155Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/405Material
    • H01L2224/40505Material at the bonding interface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73263Layer and strap connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/83801Soldering or alloying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/8384Sintering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848Bonding techniques
    • H01L2224/8484Sintering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/33Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01029Copper [Cu]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01047Silver [Ag]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は半導体装置の製造方法、半導体装置及び電力変換装置に関する。
特許文献1には、耐熱ケースと、パワー半導体装置が実装された絶縁配線基板と、絶縁配線基板に接して該絶縁配線基板にて発生した熱を放熱する放熱器と、耐熱ケース内に充填される耐熱シリコーンゲルを有し、更に耐熱ケース内の側壁近傍に配置され、且つ、耐熱シリコーンゲル内部に埋設され、耐熱シリコーンゲルの硬化時に、該耐熱シリコーンゲルの側壁からの遊離を防止する面内応力緩和体を備えた半導体パワーモジュールが開示されている。
特開2015-220238号公報
例えばパワーモジュールなどの半導体装置を製造する場合、各工程において半完成品を半導体製造装置へ投入し、半導体製造装置から取り出すため、半完成品の頻繁な移動が必要であった。例えば、半導体チップと、端子又は金属パターンとをはんだで接続するために加熱装置で半完成品を加熱し、その後、半完成品を加熱装置から取り出して冷却し、封止樹脂の材料を提供し、再度加熱装置で半完成品を加熱して封止樹脂を溶かすということが行われる。このように、一例として、製造途中の半完成品に対し封止樹脂などの部材の追加が必要になると昇温後に冷却し再度昇温しなければならず、半導体装置の製造に要する時間を短縮できない。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体装置の製造に要する時間の短縮に好適な半導体装置の製造方法、半導体装置、及び電力変換装置を提供することを目的とする。
本願の開示に係る半導体装置の製造方法は、ケースの中に、金属パターンを有する絶縁基板、半導体チップ、該半導体チップに塗布された焼結材、及び端子を提供することと、該ケースの中に設けられた格子によって支持される顆粒状の複数の封止樹脂を提供することと、該ケースの内部を室温より高い第1温度まで加熱することで、気化した該焼結材の溶剤が該格子の隙間と該複数の封止樹脂の隙間から該ケースの外に排気されることと、該ケースの内部を該第1温度より高い第2温度まで加熱することで、溶けた該複数の封止樹脂が該格子の隙間をとおって該半導体チップを覆う樹脂層となることと、を備えたことを特徴とする。
本願の開示に係る半導体装置は、ケースと、金属パターンを有し、該ケースに固定された絶縁基板と、該ケースの中に設けられ、該金属パターンに固定された半導体チップと、該半導体チップを覆う樹脂層と、該ケースの中の該半導体チップの上方に、該絶縁基板と対向して設けられた格子と、該ケースの内の該格子の上方に設けられた上部格子と、を備えたことを特徴とする。
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
本発明によれば、ケース内に格子を設け当該格子の上に封止樹脂を設けることで、部材間の接合処理と、封止樹脂の融解とを連続処理できるので、半導体装置の製造に要する時間を短縮するのに好適である。
実施の形態1に係る製造途中の半導体装置の断面斜視図である。 封止樹脂を提供した後の半導体装置の断面図である。 封止樹脂が融解した後の半導体装置の断面図である。 実施の形態2に係る製造途中の半導体装置の断面斜視図である。 2種類の封止樹脂を提供した後の半導体装置の断面図である。 2種類の封止樹脂が融解した後の半導体装置の断面図である。 実施の形態3に係る格子の構成例を示す平面図である。 実施の形態4に係る格子の構成例を示す平面図である 図8の格子を組み入れた半導体装置の断面斜視図である。 実施の形態5に係る電力変換システムのブロック図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法、半導体装置及び電力変換装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1-3を参照して実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明する。図1は、製造途中の半導体装置の断面斜視図である。まず、絶縁基板12の金属パターン12cに、半導体チップ16を固定する。例えば、金属パターン12cの上に、Ag若しくはCuなどの焼結材、又ははんだを材料とする接合材14を設け、その接合材14で半導体チップ16を金属パターン12cに固定する。絶縁基板12は例えば、金属ベース板12a、金属ベース板12aの上に形成された絶縁層12b、及び絶縁層12bの上に形成された金属パターン12cを備える。
次いで、ケース30に絶縁基板12を固定する。ケース30は例えば4つの側面を有する囲いである。このケース30の内壁又は下端に絶縁基板12を固定する。固定の方法は例えば、接着剤又は機械的嵌め合わせである。ケース30には、あらかじめ格子32を固定しておくことができる。格子32は、ケース30の中の半導体チップ16の上方に、絶縁基板12と対向して設け得る。一例によれば、格子32と半導体チップ16とを平行とすることができる。ケース30の一部として格子32を提供してもよい。その場合は、ケース30と格子32は一体であり両者の材料が一致する。例えばケース30が樹脂であれば格子32も樹脂である。格子32をケース30とは別部品として提供することもできる。その場合、格子32の全ての端部又は一部の端部をケース30の内壁に、例えば接着剤で固定することができる。ケース30の内壁にz方向に伸びる溝を形成し、その溝に格子32を嵌め合わせてもよい。図1にはそのような溝30aが破線で仮想的に例示されている。溝30aは少なくともケース30の1つの内壁に形成すればよい。
ケース30に対する絶縁基板12の固定の前、又は当該固定の後に、半導体チップ16の上の配線位置にAg又はCuなどの焼結材18Aを塗布する。同時に、金属パターン12cの上にも焼結材18B、18C、18Dを塗布する。これらの焼結材は例えば、Ag若しくはCuなどを材料とする焼結接合用ペーストである。Ag又はCu以外の材料の焼結材を利用してもよい。一例によれば、格子32と接してケース30の一部として設けられた円筒部30Aの中に焼結材を提供する方法で、焼結材18A、18B、18C、18Dの少なくとも1つを提供し得る。焼結材18A、18B、18C、18Dには、例えばCuなどの金属で形成された端子20、22、24を接触させることで、回路配線を形成する。
上述した各処理によって、ケース30の中に、金属パターン12cを有する絶縁基板12、半導体チップ16、半導体チップ16に塗布された焼結材18A、及び端子20、22、24が提供される。ここまでの各処理は主として回路配線の形成を目的とするということができる。
次いで、顆粒状の複数の封止樹脂をケース30の内に投入する。図2は、顆粒状の封止樹脂40を示す半導体装置の断面図である。複数の封止樹脂40の形状は特に限定されない。しかしながら、複数の封止樹脂40は、格子32の開口部より大きく、格子32の下に落ちない程度の大きさを有する。そのため、複数の封止樹脂40をz正方向からケース30の中に提供すると、複数の封止樹脂40はケース30の中に設けられた格子32によって支持される。
次いで、上述の半導体装置の半完成品を、オーブン又はリフロー炉といった高温処理装置へ投入し、高温で熱処理することで、焼結材18A、18B、18C、18Dの焼結処理と、複数の封止樹脂40の硬化処理を行う。例えば、半導体装置の温度を無段階又は段階的に上昇させていき、焼結材18A、18B、18C、18Dに用いられた溶剤を気化させる。このとき、気化した焼結材の溶剤は、格子32の隙間と複数の封止樹脂40の隙間からケース30の外に排気される。図2の例でいえば、気化した溶剤はz正方向に上昇することで、ケース30の外に排気される。このような溶剤の気化及び気化した溶剤の排気は、ケース30の内部を室温より高い第1温度まで加熱することで生じる。この焼結処理により、端子20が金属パターン12cに固定され、端子22が半導体チップ16と金属パターン12cに固定され、端子24が金属パターン12cに固定される。これにより溶剤はなくなる。ケース30の内部が第1温度の状態では、複数の封止樹脂40の有意な融解は生じない。一例によれば、焼結材18A、18B、18C、18Dに用いられた溶剤が気化する温度は100℃であり、第1温度は100℃から150℃までの温度とすることができる。
次いで、ケース30の内部を第1温度より高い第2温度まで加熱することで、複数の封止樹脂40を溶かす。第2温度は例えば170℃から250℃までの温度とすることができる。図3は、樹脂封止された半導体装置の断面図である。溶けた複数の封止樹脂40は、格子32の隙間をとおって半導体チップ16を覆う樹脂層40´となる。言いかえれば、融解した封止樹脂40は、ケース30の格子32から下方へ流れ出し、絶縁基板12の全体へ広がった後に硬化し始め、樹脂層40´による封止樹脂の形成及び硬化が完了する。
このように、一連の昇温プロセスによって、焼結処理と封止樹脂の形成及び硬化が完了する。焼結材18A、18B、18C、18Dに用いられた溶剤が気化することで生じた気体は、格子32の隙間と顆粒状の複数の封止樹脂40の隙間から外部に排出されるので、樹脂層40´の中にボイドが生じることを抑制できる。この効果を得るためには、焼結材18A、18B、18C、18Dの溶剤が気化する温度において、複数の封止樹脂40が有意な変形をしないように複数の封止樹脂40の材料を選択する。一例によれば、溶剤が気化した後に、複数の封止樹脂40が溶けて流れ始めることで樹脂封止の処理が始まり、最終的にケース30の内部全体を樹脂層40´で封止することで組み立てが完了する。
例えば、焼結材18A、18B、18C、18Dの焼結温度は200℃以上になるため、それに伴い、複数の封止樹脂40のガラス転移温度Tgを上昇させることができる。また複数の封止樹脂40が流れ出す直前に、半導体装置を格納しているチャンバ内を真空雰囲気とすることで、樹脂層40´の内の空乏を低減することができる。言いかえれば、ケース30の中を第2温度まで加熱する際に、ケース30の周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることは、樹脂層40´のボイド低減に貢献する。上述の一連の加熱処理を大気圧より低い圧力で行ったり、真空状態で行ったりしてもよい。
第1温度を経由して第2温度まで昇温する昇温シーケンスは、焼結の進行の程度と、封止樹脂の融解の程度とを考慮して決め得る。例えば、ケース30の内部を第1温度まで加熱した後に、ケース30の内部を冷却することなく、ケース30の内部を第2温度まで加熱することは、処理の簡素化に寄与する。実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、簡素化された工程によって、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
実施の形態1に係る半導体装置はその特徴を失わない範囲で様々な変形をなしうるものである。例えば、半導体チップ16と端子22を接合する焼結材18Aと、金属パターン12cと端子20、22、24を接合する焼結材18B、18C、18Dとのいずれか一方だけを設けてもよい。つまり、焼結材を設ける位置は特に限定されない。焼結材はケース内の任意の部品の接合に用いられる。格子32は、ケース30に接着剤で固定してもよいし、ケース30に嵌合させてもよい。
以下の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法と半導体装置は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。
実施の形態2.
図4-6は、実施の形態2に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態2に係る半導体装置には上部格子50が提供される。上部格子50は、ケース30の中の格子32の上に設けられる。上部格子50のケース30の内壁への固定は、接着剤又は嵌合によってなし得る。一例によれば、上部格子50によって提供される開口は、格子32によって提供される開口より大きい。格子32は比較的小さい封止樹脂を支持し得るのに対し、上部格子50の開口は大きいので小さい封止樹脂を支持することはできず比較的大きい封止樹脂を保持し得る。
図5は、ケースの中に2種類の封止樹脂を提供したことを示す半導体装置の断面図である。実施の形態2に係る半導体装置の製造方法では、z正方向からケース30の中に複数の封止樹脂40Aを提供すると、複数の封止樹脂40Aは上部格子50を通り抜け、格子32に接触し、格子32によって支持される。その後、z正方向からケース30の中に複数の補助封止樹脂40Bを提供する。複数の補助封止樹脂40Bは、複数の封止樹脂40Aより大きく、上部格子50によって支持される。一例によれば、複数の補助封止樹脂40Bは、複数の封止樹脂40Aより融点が高い顆粒状の物体とすることができる。こうして、格子32に支持された複数の封止樹脂40Aと、上部格子50によって支持された補助封止樹脂40Bとを提供する。一例によれば、複数の封止樹脂40Aの融点は150℃、複数の補助封止樹脂40Bの融点は175℃とし得る。また、複数の補助封止樹脂40Bは、複数の封止樹脂40Aよりも吸湿しにくい樹脂とすることができる。言いかえれば、複数の補助封止樹脂40Bは複数の封止樹脂40Aより吸水率が低い。樹脂の融点、及び吸水率などの物性は、例えば複数の補助封止樹脂40Bと複数の封止樹脂40Aの材料をエポキシ系樹脂とし、エポキシ系樹脂の成分を調整することで任意の値とし得る。実施の形態2以外の樹脂についてもエポキシ形樹脂を使用し得る。
次いで熱処理を行う。図5は熱処理前の半導体装置の断面図であり、図6は熱処理後の半導体装置の断面図である。まず、上述したとおり、ケースの内部を第1温度まで昇温することで焼結処理を実行する。第1温度は例えば150℃未満である。このとき、封止樹脂40Aと補助封止樹脂40Bの有意な融解はない。その後、ケース30の内部を冷却することなくケース30の内部を第2温度まで昇温することで、封止樹脂40Aを融解させる。第2温度は例えば150℃以上175℃未満である。そうすると、図6に示される樹脂層40A´が形成される。別の例によれば、第2温度を170℃から180℃未満とし、封止樹脂40Aの融点をこの温度範囲にすることもできる。第2温度は、封止樹脂40Aを融解させる任意の温度とすることができる。
ケース30の内部を第2温度まで加熱した後に、ケース30の内部を第2温度より高い第3温度まで加熱することで、複数の補助封止樹脂40Bを溶かす。第3温度は例えば175℃以上250℃以下である。別の例によれば、第3温度は例えば180℃から250℃までの温度として、複数の補助封止樹脂40Bの融点をこの温度範囲にすることもできる。溶けた複数の補助封止樹脂40Bは、上部格子50の隙間と格子32の隙間をとおって、樹脂層40A´の上の補助樹脂層40B´となる。こうして物性の異なる樹脂層40A´と補助樹脂層40B´によるケース内部の樹脂封止が可能となる。複数の補助封止樹脂40Bは複数の封止樹脂40Aより吸水率が低いので、吸水率が低い補助樹脂層40B´を表面に位置させることで、装置の耐湿性を高めることができる。
ケース30の中の温度を第3温度まで加熱する際に、ケース30の周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることは、樹脂層40A´と補助樹脂層40B´の少なくとも一方のボイド低減に寄与する。また、ケース30の内部を第2温度まで加熱した後に、ケース30の内部を冷却することなく、ケース30の内部を第3温度まで加熱することは、処理を迅速化する。
パワーモジュールを構成する半導体装置の種類によっては、材料の異なる2種類の封止樹脂を注入及び硬化させることで、当該装置の信頼性向上が可能となる。しかしながら、樹脂層を2層とするためには、一般的に考えれば、1層の樹脂層を形成するよりは長い時間を要する。しかしながら、実施の形態2に係る半導体装置の製造方法では、上述のとおり、2段構造の格子をケース30の内に設け、格子の各層に封止樹脂を投入することで、一連の昇温処理によって容易に2層の樹脂層を形成できる。格子の数を増やすことで、3層以上の樹脂層を形成することも可能である。
上部格子50の隙間を、格子32の隙間より大きくすることで、小さい封止樹脂を格子32に支持させ、大きい封止樹脂を上部格子50に支持させることができる。小さい封止樹脂は上部格子50を通過し、格子32によって支持される大きさにし、大きい封止樹脂は上部格子50によって支持される大きさにする。実施の形態2では、複数の補助封止樹脂40Bを、複数の封止樹脂40Aより大きくした。しかしながら、上部格子50を省略して、複数の封止樹脂40Aを提供した後に、それらの上に複数の補助封止樹脂40Bを提供してもよい。この場合でも、昇温の過程で先に複数の封止樹脂40Aが溶け、その後複数の補助封止樹脂40Bが溶けるように両者の材料を選択すれば、2層の封止樹脂を提供できる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る半導体装置の製造方法と半導体装置では、ケースと格子を別部品とした。図7は、実施の形態3に係る格子32の構成例を示す平面図である。格子32には、例えば、端子を通すために複数の断線部32a、32b、32c、32dが設けられる。断線部の大きさと位置は、製品の仕様に応じて決められる。このような格子32は、複数の樹脂をケースの中に提供する前に、ケース30に組み込むことができる。例えば、ケース30に絶縁基板12を固定した後に、ケース30に格子32を組み込み、樹脂を投入し得る。ケースと格子を別部品とすることは、樹脂の物性、パワーモジュール内部の形状、又は端子の配置に応じた最適な格子の提供を可能とする。
実施の形態4.
図8は、実施の形態4に係る半導体装置で用いる格子32の構成例を示す平面図である。この格子32は、絶縁体部分32Aと金属部分32Bを有する。金属部分32Bは、パワーモジュールの電気的配線を行うための配線パターンとして利用し得る。
図9は、図8の格子32を備えた半導体装置の構成例の断面斜視図である。格子32は、ケース30の内壁に固定される。金属部分32Bは端子22A、22Bに直接又は導電材を介して接している。金属部分32Bは、端子22Aと端子22Bを電気的に接続している。金属部分32Bが配線用パターンとして機能するので、ケース30の形状を変更することなく、品種毎に異なる配線レイアウトに対応し得る。
より詳しく説明する。ケースの外形を統一しつつ、異なる電圧又は電流容量を有する複数のパワーモジュールを展開する場合、仕様ごとに異なる配線が必要になる。配線としては金属ワイヤを用いることができる。大電流を流すことを想定した際は、金属ワイヤに代えて例えば銅材の金属フレームを用いることができる。金属フレームをケースに組み込む場合には、品種ごとに異なる形状のケースが必要となり、品種の数だけケース生産用の金型が必要となる。例えば、半導体チップの絶縁基板に対する位置が変わるだけで、配線レイアウトの変更が必要になり、新たなケースが必要になる。
そこで、実施の形態4では、ケース30と絶縁基板12を組み合わせた後に、ケース30の内部に、配線として機能する金属部分32Bを有する格子32を組み込む。金属部分32Bを配線として用いることで、配線変更の手間が減り、全体的な製品コストを下げることができる。特に、一例として金属フレームである端子を簡易化することができればより設計の自由度が上がる。金属フレームは格子と一体化したものでも格子に組み合わせるものでもよい。
ここまでに説明した各実施の形態に係る半導体装置の製造方法と半導体装置の特徴は、組み合わせてもよい。例えば複数段の格子を設ける構成において、格子の一部を金属部分として、その金属部分を配線として利用してもよい。
実施の形態5.
本実施の形態は、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。この電力変換装置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、上述した実施の形態1から4にかかる半導体装置を適用した場合について説明する。
図10は、本実施の形態にかか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。
図10に示す電力変換システムは、電源100、電力変換装置200、負荷300から構成される。電源100は、直流電源であり、電力変換装置200に直流電力を供給する。電源100は種々のもので構成することが可能であり、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又はAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源100を、直流系統から出力される直流電力を予め定められた電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。
電力変換装置200は、電源100と負荷300の間に接続された三相のインバータであり、電源100から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷300に交流電力を供給する。電力変換装置200は、図10に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路201と、主変換回路201を制御する制御信号を主変換回路201に出力する制御回路203とを備えている。
負荷300は、電力変換装置200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300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、又は空調機器向けの電動機として用いられる。
以下、電力変換装置200の詳細を説明する。主変換回路201は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(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100から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷300に供給する。主変換回路201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201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された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路201の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくとも1つに、上述した実施の形態1から4のいずれかに相当する半導体装置を適用する。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。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。
また、主変換回路201は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示なし)を備えているが、駆動回路は半導体装置202に内蔵されていてもよいし、半導体装置202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201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201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203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。
制御回路203は、負荷300に所望の電力が供給されるよう主変換回路201のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷300に供給すべき電力に基づいて主変換回路201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201を制御することができる。そして、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、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路201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。
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路201のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態1から4にかかる半導体装置を適用し得るので、簡素化された工程で信頼性の高い装置を実現することができる。
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに上記半導体装置を適用する例を説明したが、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レベル又はマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、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上記半導体装置を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータ又はAC/DCコンバータに上記半導体装置を適用することも可能である。
また、上記半導体装置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、誘導加熱調理器又は非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システム又は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可能である。
10 半導体装置、 12 絶縁基板、 14 接合材、 16 半導体チップ、 18A 焼結材、 20,22,24 端子、 30 ケース、 40 封止樹脂、 40´ 樹脂層、 40A 封止樹脂、 40B 補助封止樹脂、 50 上部格子、 40A´ 樹脂層、 40B´ 補助樹脂層、 32A 絶縁体部分、 32B 金属部分

Claims (17)

  1. ケースの中に、金属パターンを有する絶縁基板、半導体チップ、前記半導体チップに塗布された焼結材、及び端子を提供することと、
    前記ケースの中に設けられた格子によって支持される顆粒状の複数の封止樹脂を提供することと、
    前記ケースの内部を室温より高い第1温度まで加熱することで、気化した前記焼結材の溶剤が前記格子の隙間と前記複数の封止樹脂の隙間から前記ケースの外に排気されることと、
    前記ケースの内部を前記第1温度より高い第2温度まで加熱することで、溶けた前記複数の封止樹脂が前記格子の隙間をとおって前記半導体チップを覆う樹脂層となることと、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記ケースの中を前記第2温度まで加熱する際には、前記ケースの周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記焼結材は、前記半導体チップと前記端子を接合することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記ケースの内部を前記第1温度まで加熱した後に、前記ケースの内部を冷却することなく、前記ケースの内部を前記第2温度まで加熱することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記格子によって支持される前記複数の封止樹脂を提供した後に、前記ケースの中の前記格子の上に設けられた上部格子によって支持される、前記複数の封止樹脂より融点が高い顆粒状の複数の補助封止樹脂を提供することと、
    前記ケースの内部を前記第2温度まで加熱した後に、前記ケースの内部を前記第2温度より高い第3温度まで加熱することで、溶けた前記複数の補助封止樹脂が前記上部格子の隙間をとおって前記樹脂層の上の補助樹脂層となること、とを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記ケースの温度を前記第3温度まで加熱する際には、前記ケースの周りの雰囲気を大気圧より低い圧力とすることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記ケースの内部を前記第2温度まで加熱した後に、前記ケースの内部を冷却することなく、前記ケースの内部を前記第3温度まで加熱することを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記上部格子の隙間は、前記格子の隙間より大きく、
    前記複数の補助封止樹脂は、前記複数の封止樹脂より大きいことを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記複数の封止樹脂を提供する前に、前記格子を前記ケースに組み込むことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記格子は金属部分を有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記金属部分は前記端子に直接又は導電材を介して接したことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
  12. ケースと、
    金属パターンを有し、前記ケースに固定された絶縁基板と、
    前記ケースの中に設けられ、前記金属パターンに固定された半導体チップと、
    前記半導体チップを覆う樹脂層と、
    前記ケースの中の前記半導体チップの上方に、前記絶縁基板と対向して設けられた格子と、
    前記ケースの内の前記格子の上方に設けられた上部格子と、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  13. 前記格子は、前記ケースに接着剤で固定されたことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記格子は、前記ケースに嵌合されたことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  15. 前記格子は金属部分を有することを特徴とする請求項12から14のいずれか1項に記載の半導体装置。
  16. 前記金属部分と直接又は導電材を介して接した端子を備えたことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
  17. 請求項12から16のいずれか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変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、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
JP2018222284A 2018-11-28 2018-11-28 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置 Active JP7070373B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018222284A JP7070373B2 (ja) 2018-11-28 2018-11-28 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置
US16/558,389 US11195770B2 (en) 2018-11-28 2019-09-03 Method of manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and power conversion device
DE102019217774.3A DE102019217774A1 (de) 2018-11-28 2019-11-19 Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungsvorrichtung
CN201911156210.9A CN111243969B (zh) 2018-11-28 2019-11-22 半导体装置的制造方法、半导体装置、电力变换装置
US17/459,014 US11664288B2 (en) 2018-11-28 2021-08-27 Method of manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018222284A JP7070373B2 (ja) 2018-11-28 2018-11-28 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020088227A JP2020088227A (ja) 2020-06-04
JP7070373B2 true JP7070373B2 (ja) 2022-05-18

Family

ID=70546037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018222284A Active JP7070373B2 (ja) 2018-11-28 2018-11-28 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11195770B2 (ja)
JP (1) JP7070373B2 (ja)
CN (1) CN111243969B (ja)
DE (1) DE102019217774A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7070373B2 (ja) * 2018-11-28 2022-05-18 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置
WO2021221188A1 (ko) * 2020-04-28 2021-11-04 엘지전자 주식회사 신호 처리 장치 및 이를 구비하는 영상표시장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002059969A1 (fr) 2001-01-23 2002-08-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dispositif a semi-conducteur
JP2003224231A (ja) 2002-01-29 2003-08-08 Kyocera Corp 回路モジュール
JP2015133462A (ja) 2014-01-16 2015-07-23 三菱電機株式会社 パワーモジュール
JP2015220238A (ja) 2014-05-14 2015-12-07 日産自動車株式会社 パワー半導体モジュール及びその製造方法
JP2017210593A (ja) 2016-02-12 2017-11-30 富士電機株式会社 樹脂組成物および電子部品
US20180233422A1 (en) 2017-02-15 2018-08-16 Texas Instruments Incorporated Semiconductor package with a wire bond mesh
WO2018185974A1 (ja) 2017-04-06 2018-10-11 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11191605A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Murata Mfg Co Ltd 電子部品およびその製造方法
US20040217472A1 (en) * 2001-02-16 2004-11-04 Integral Technologies, Inc. Low cost chip carrier with integrated antenna, heat sink, or EMI shielding functions manufactured from conductive loaded resin-based materials
KR101109221B1 (ko) * 2005-03-29 2012-01-30 파나소닉 주식회사 플립칩 실장방법 및 범프형성방법
ES2744974T3 (es) * 2007-02-02 2020-02-27 Toray Industries Material de base preimpregnado, material de base laminado, procedimiento para producir material de base preimpregnado y proceso para producir plástico reforzado con fibra
WO2009031482A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101679657B1 (ko) * 2010-09-29 2016-11-25 삼성전자주식회사 유리섬유를 이용한 웨이퍼 레벨 몰드 형성방법 및 그 방법에 의한 웨이퍼 구조
US8906749B2 (en) * 2012-03-28 2014-12-09 Infineon Technologies Ag Method for fabricating a semiconductor device
JP6092644B2 (ja) 2013-02-07 2017-03-08 株式会社ダイワ工業 半導体モジュール
US9754897B2 (en) * 2014-06-02 2017-09-05 STATS ChipPAC, Pte. Ltd. Semiconductor device and method of forming electromagnetic (EM) shielding for LC circuits
US9640471B2 (en) * 2015-02-24 2017-05-02 Navitas Semiconductor Inc. Leadless electronic packages for GaN devices
WO2017142978A1 (en) * 2016-02-15 2017-08-24 Transsip Inc Emi shielded integrated circuit packages and methods of making the same
CN108778709B (zh) * 2016-03-02 2021-10-29 泽菲罗斯有限公司 非连续网结构
US20200075501A1 (en) * 2016-03-31 2020-03-05 Intel Corporation Electromagnetic interference shielding for semiconductor packages using bond wires
CN109314100B (zh) * 2016-04-01 2023-05-26 英特尔公司 具有电磁干扰屏蔽结构的半导体封装
US10600748B2 (en) * 2016-06-20 2020-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Fan-out semiconductor package
KR102016491B1 (ko) * 2016-10-10 2019-09-02 삼성전기주식회사 팬-아웃 반도체 패키지
US10510679B2 (en) * 2017-06-30 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device with shield for electromagnetic interference
KR101933421B1 (ko) * 2017-10-27 2018-12-28 삼성전기 주식회사 팬-아웃 반도체 패키지 모듈
JP7070373B2 (ja) * 2018-11-28 2022-05-18 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法、半導体装置、電力変換装置
KR20200107201A (ko) * 2019-03-06 2020-09-16 삼성전기주식회사 전자 소자 모듈 및 그 제조 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002059969A1 (fr) 2001-01-23 2002-08-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dispositif a semi-conducteur
JP2003224231A (ja) 2002-01-29 2003-08-08 Kyocera Corp 回路モジュール
JP2015133462A (ja) 2014-01-16 2015-07-23 三菱電機株式会社 パワーモジュール
JP2015220238A (ja) 2014-05-14 2015-12-07 日産自動車株式会社 パワー半導体モジュール及びその製造方法
JP2017210593A (ja) 2016-02-12 2017-11-30 富士電機株式会社 樹脂組成物および電子部品
US20180233422A1 (en) 2017-02-15 2018-08-16 Texas Instruments Incorporated Semiconductor package with a wire bond mesh
WO2018185974A1 (ja) 2017-04-06 2018-10-11 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11195770B2 (en) 2021-12-07
US20210391231A1 (en) 2021-12-16
CN111243969B (zh) 2024-02-06
US11664288B2 (en) 2023-05-30
JP2020088227A (ja) 2020-06-04
DE102019217774A1 (de) 2020-05-28
US20200168519A1 (en) 2020-05-28
CN111243969A (zh) 2020-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6816825B2 (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
US11664288B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2018125494A (ja) 半導体装置及び電力変換装置
CN109860159B (zh) 半导体模块、其制造方法以及电力变换装置
CN109698179B (zh) 半导体装置及半导体装置的制造方法
JP2019179828A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置
JP7042651B2 (ja) 電力用半導体装置および電力変換装置
JP7047900B2 (ja) 半導体装置および電力変換装置ならびに半導体装置の製造方法
JP6743728B2 (ja) 半導体パワーモジュール及び電力変換装置
JP7091878B2 (ja) パワーモジュール、電力変換装置、及びパワーモジュールの製造方法
JP6575739B1 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置
JP7033889B2 (ja) 電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方法および電力変換装置
JP7026861B1 (ja) 半導体装置及び電力変換装置
WO2021245915A1 (ja) パワー半導体装置及びその製造方法並びに電力変換装置
JP6919725B2 (ja) 半導体装置、その製造方法及び電力変換装置
JP7134345B2 (ja) 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法および電力変換装置
WO2023175854A1 (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
WO2021100199A1 (ja) 半導体装置およびその製造方法ならびに電力変換装置
WO2021193587A1 (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法
WO2023195325A1 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
US20240222233A1 (en) Semiconductor device and power converter
JP2024038575A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法、および電力変換装置
JP4084324B2 (ja) 半導体装置
JP5924163B2 (ja) インバータ装置
JP2022067815A (ja) 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201126

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210916

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211026

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220418

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7070373

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150