JP7358797B2 - Semiconductor device and its manufacturing method, and semiconductor module - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法並びに半導体モジュールに関し、特に、同一パッケージ内にスイッチング素子及び整流素子を有する半導体装置及びその製造方法並びに半導体モジュールに適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, a method of manufacturing the same, and a semiconductor module, and particularly relates to a technique effective when applied to a semiconductor device, a method of manufacturing the same, and a semiconductor module having a switching element and a rectifying element in the same package.
次世代のパワー半導体材料として、炭化ケイ素(SiC)が注目されている。SiCは、バンドギャップが4H-SiCで3.25eVと、これまで用いられていたシリコン(Si)の1.12eVに対して3倍程度大きく、電解強度がSiより1桁近く大きい2~4mV/cmであり、Siと比べて材料特性に優位性がある。現在までにSiCを用いたデバイス(例えば、ダイオードなどの整流デバイスや、トランジスタ、サイリスタなどのスイッチングデバイスなど)が試作されており、これらを搭載したパワー半導体モジュールが製造されている。 Silicon carbide (SiC) is attracting attention as a next-generation power semiconductor material. SiC has a band gap of 3.25 eV for 4H-SiC, which is about three times larger than the 1.12 eV of silicon (Si) used so far, and an electrolytic strength of 2 to 4 mV/1, which is nearly an order of magnitude higher than that of Si. cm, and has superior material properties compared to Si. To date, devices using SiC (for example, rectifier devices such as diodes, switching devices such as transistors and thyristors, etc.) have been prototyped, and power semiconductor modules equipped with these have been manufactured.
パワー半導体モジュールは、通常、絶縁基板を放熱性の高いベース部材にリフロー処理して半田付けすると同時に、絶縁基板上に半導体素子を半田接続し、素子をワイヤーボンディングにより配線し、絶縁性を担保するためにゲルで封止した構造を取る。しかしながら、SiCの高い性能を生かすため、よりパワー密度を向上させるモジュール構造が提案されている。そのようなモジュールとして、ワイヤーボンディングに代えてプリント配線基板とピンを用いて配線を行い、モジュール全体を樹脂で封止する構造(フルモールド構造)が挙げられる(特許文献1,2参照)。このような構造のモジュールを複数組み合わせて回路を構成することも可能である。
Power semiconductor modules are usually made by reflow-processing and soldering an insulating substrate to a base member with high heat dissipation properties, and at the same time connecting semiconductor elements to the insulating substrate by soldering and wiring the elements using wire bonding to ensure insulation. A gel-sealed structure is used for this purpose. However, in order to take advantage of the high performance of SiC, module structures that further improve power density have been proposed. As such a module, there is a structure (full mold structure) in which wiring is performed using a printed wiring board and pins instead of wire bonding, and the entire module is sealed with resin (see
一方、SiC素子を作製する際に用いるSiC基板内には、数種類の転位が多数存在することが知られている。ある種の転位を含む素子を動作させると、電子・正孔対が再結合することで転位が積層欠陥に成長することがある(非特許文献1参照)。積層欠陥が発生するとデバイス特性に悪影響が及ぼされ、パワー半導体モジュールの導通損失が増大するため、積層欠陥は発生しないことが望まれる。
この問題を解決する方法として、転位のない炭化ケイ素基板を作製することが考えられる。炭化ケイ素ウエハの品質向上に様々な技術が提案(特許文献3参照)されているが、未だ完全に転位を無くすことは達成されていない。
On the other hand, it is known that a large number of several types of dislocations exist in a SiC substrate used when manufacturing a SiC element. When a device containing certain types of dislocations is operated, the dislocations may grow into stacking faults due to recombination of electron-hole pairs (see Non-Patent Document 1). Since the occurrence of stacking faults adversely affects device characteristics and increases the conduction loss of the power semiconductor module, it is desirable that stacking faults do not occur.
One possible way to solve this problem is to fabricate a silicon carbide substrate free of dislocations. Although various techniques have been proposed to improve the quality of silicon carbide wafers (see Patent Document 3), complete elimination of dislocations has not yet been achieved.
その他の解決方法として、半導体素子に電流印加によるスクリーニング試験を行うことが考えられる(特許文献4参照)。スクリーニング試験は、電流印加前後の特性変動が無い素子を良品と判断するが、通電劣化現象のスクリーニング試験のためには、数100A/cm2の大電流、数分以上の長時間の電流印加が必要である。通常のチップ試験では大電流の印加は難しい。これは、接触抵抗による発熱が大きい、裏面の熱抵抗が大きく冷却が難しい、裏面の凹凸の影響で熱抵抗のばらつきが大きい、といった問題のため、チップ温度が高温に成り易いからである。 Another possible solution is to perform a screening test by applying a current to the semiconductor element (see Patent Document 4). In screening tests, devices with no characteristic changes before and after the application of current are judged to be good. However, in order to screen for current deterioration phenomena, it is necessary to apply a large current of several hundred A/ cm2 and a long period of time of several minutes or more. is necessary. Applying large currents is difficult in normal chip testing. This is because the chip temperature tends to become high due to problems such as large heat generation due to contact resistance, large thermal resistance on the back surface that makes cooling difficult, and large variations in thermal resistance due to the effects of unevenness on the back surface.
ここで、SiC素子、特にSiC-MOSFETの内蔵ダイオードにおける通電劣化対策として、チップに大電流を印加するスクリーニング試験の実施は、冷却が難しく、装置コストやタクトタイムが増大してしまう。より熱抵抗の低いモジュール状態でスクリーニング試験を行うことができれば、これらのコストを低減できるが、現在主流であるSiC-MOSFETとSiC-SBDとが並列に接続されているバワー半導体モジュールでは、ソースからドレインに電流を印加しようとするとSBDに分流するため、MOSFETのスクリーニング試験を行うことができない。このことは、半導体装置及びそれを備えた半導体モジュールの信頼性に影響するため、信頼性の観点から改良の余地があった。
そこで、本発明者は、プリント配線基板に着目し、本発明をなした。
Here, performing a screening test in which a large current is applied to the chip as a countermeasure against current deterioration in the built-in diode of a SiC element, particularly a SiC-MOSFET, makes cooling difficult and increases equipment cost and takt time. If screening tests could be conducted in a module state with lower thermal resistance, these costs could be reduced, but in the currently mainstream power semiconductor module in which SiC-MOSFETs and SiC-SBDs are connected in parallel, If an attempt is made to apply a current to the drain, the current will be shunted to the SBD, making it impossible to perform a MOSFET screening test. This affects the reliability of the semiconductor device and the semiconductor module including the same, so there is room for improvement from the viewpoint of reliability.
Therefore, the inventors of the present invention focused their attention on printed wiring boards and created the present invention.
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、上記以外のものとして以下のものが挙げられる。
特許文献5には、第1及び第2のMOSトランジスタQ1,Q2が接続される出力端子MOと、第1及び第2のショットキーバリアダイオードD1,D2が接続される出力端子DOとを分離する技術が開示されている。
特許文献4、6-8には、チップレベルのスクリーニング技術が開示されている。
特許文献9には、MOSFETの温度を50℃以上145℃以下の状態でスクリーニングすることが開示されている。
特許文献10には、プリント基板5のゲート用である第1金属層5g2およびソース用である第2金属層5s2が隣接する任意の位置を、絶縁樹脂6から露出させ、露出した第1金属層5g2および第2金属層5s2の間に、キャパシタ10を電気的かつ機械的に接続した技術が開示されている。
In addition to the above-mentioned prior art documents related to the present invention, the following may be mentioned.
Patent Document 5 discloses that an output terminal MO to which first and second MOS transistors Q1 and Q2 are connected and an output terminal DO to which first and second Schottky barrier diodes D1 and D2 are connected are separated. The technology has been disclosed.
Patent Documents 4 and 6-8 disclose chip-level screening techniques.
本発明は、上記問題点を鑑み、半導体装置及びそれを備えた半導体モジュールの信頼性を高めることが可能な技術を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide a technique that can improve the reliability of a semiconductor device and a semiconductor module equipped with the same.
本発明の一態様に係る半導体装置は、絶縁板及び導電板を有する絶縁回路基板と、絶縁回路基板上に設置され、かつ第1主電極及び第2主電極を有するトランジスタチップと、絶縁回路基板上に設置され、アノード電極及びカソード電極を有し、かつカソード電極がトランジスタチップの第1主電極に電気的に接続されたダイオードチップと、トランジスタチップの第2主電極に電気的に接続された第1導電体、及びダイオードチップのアノード電極に電気的に接続された第2導電体を有し、かつ絶縁回路基板のトランジスタチップ及びダイオードチップ側に絶縁回路基板から離間して配置された配線基板と、を備えた半導体装置であって、配線基板の表面上に、第1導電体と第2導電体とを電気的に接続する接続部材を備えている。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes an insulated circuit board having an insulating plate and a conductive plate, a transistor chip installed on the insulated circuit board and having a first main electrode and a second main electrode, and an insulated circuit board. a diode chip installed on top, having an anode electrode and a cathode electrode, the cathode electrode of which is electrically connected to the first main electrode of the transistor chip; and a diode chip that is electrically connected to the second main electrode of the transistor chip. A wiring board having a first conductor and a second conductor electrically connected to the anode electrode of the diode chip, and disposed on the transistor chip and diode chip side of the insulated circuit board at a distance from the insulated circuit board. A semiconductor device comprising: a connecting member for electrically connecting a first conductor and a second conductor on a surface of a wiring board;
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、絶縁板及び導電板を有する絶縁回路基板と、絶縁回路基板10上に設置され、かつ第1主電極及び第2主電極を有するトランジスタチップと、絶縁回路基板上に設置され、アノード電極及びカソード電極を有し、かつカソード電極がトランジスタチップの第1主電極に電気的に接続されたダイオードチップと、トランジスタチップの第2主電極に電気的に接続された第1導電体、及びダイオードチップのアノード電極に電気的に接続された第2導電体を有し、かつ絶縁回路基板のトランジスタチップ及びダイオードチップ側に絶縁回路基板から離間して配置された配線基板と、を備えた半導体装置の製造方法であって、トランジスタチップの第2主電極と第1主電極との間に電流を通電してトランジスタチップのスクリーニング試験を実施する工程と、スクリーニング試験を実施した後、配線基板の表面上で第1導電体と第2導電体とを導電部材で電気的に接続する工程と、備える。
Further, a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes an insulated circuit board having an insulating plate and a conductive plate, and a transistor installed on the
また、本発明の一態様に係る半導体モジュールは、ベース部材の主面に設置された複数の半導体装置を有する半導体モジュールであって、複数の半導体装置は、絶縁板及び導電板を有する絶縁回路基板と、絶縁回路基板10上に設置され、かつ第1主電極及び第2主電極を有するトランジスタチップと、絶縁回路基板上に設置され、アノード電極及びカソード電極を有し、かつカソード電極がトランジスタチップの第1主電極に電気的に接続されたダイオードチップと、トランジスタチップの第2主電極に電気的に接続された第1導電体、及びダイオードチップのアノード電極に電気的に接続された第2導電体を有し、かつ絶縁回路基板のトランジスタチップ及びダイオードチップ側に絶縁回路基板から離間して配置された配線基板と、配線基板の表面上に、第1導電体と第2導電体とを電気的に接続する接続部材と、を備えている。
Further, a semiconductor module according to one embodiment of the present invention is a semiconductor module having a plurality of semiconductor devices installed on a main surface of a base member, wherein the plurality of semiconductor devices is an insulated circuit board having an insulating plate and a conductive plate. a transistor chip installed on the
本発明によれば、半導体装置及びそれを備えた半導体モジュールの信頼性を高めることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of a semiconductor device and a semiconductor module including the same.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
また、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものではない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、以下の実施形態では、空間内で互に直交する三方向において、同一平面内で互に直交する第1の方向及び第2の方向をそれぞれX方向、Y方向とし、第1の方向及び第2の方向のそれぞれと直交する第3の方向をZ方向とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in all the figures for explaining the embodiments of the invention, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanations thereof will be omitted.
Furthermore, each drawing is schematic and may differ from the actual drawing. Furthermore, the following embodiments are intended to exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the configuration is not limited to the following. That is, the technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope described in the claims.
In addition, in the following embodiments, in three directions that are orthogonal to each other in space, a first direction and a second direction that are orthogonal to each other in the same plane are respectively referred to as an X direction and a Y direction, and the first direction and A third direction perpendicular to each of the second directions is defined as a Z direction.
(第1実施形態)
この第1実施形態では、1組のスイッチング素子及び整流素子を搭載した1素子入りパッケージタイプ(1in1タイプ)の半導体装置に本発明を適用した場合について説明する。また、この第1実施形態では、トランジスタチップの第1主電極をドレイン電極とし、第2主電極をソース電極として説明する。
(First embodiment)
In the first embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a one-element package type (1-in-1 type) semiconductor device equipped with a set of switching elements and a rectifying element. Further, in the first embodiment, the first main electrode of the transistor chip is assumed to be a drain electrode, and the second main electrode is assumed to be a source electrode.
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1は、スイッチング素子Trと、このスイッチング素子Trに並列に逆接続された整流素子Diとを搭載している。整流素子Diのカソード電極Kがスイッチング素子Trの第1主電極としてのドレイン電極Dに電気的に接続されている。整流素子Diのアノード電極Aが接続部材としてのブリッジ板30を介してスイッチング素子Trの第2主電極としてのソース電極Sに電気的に接続されている。スイッチング素子Trは、ドレイン電極Dが後述する第1主回路端子7a(図2参照)に電気的に接続され、ソース電極Sが後述する第2主回路端子7b(図2参照)に電気的に接続され、制御電極Gが後述する制御端子7c(図2参照)に電気的に接続されている。補助電極Saはソース電極S側の電圧等を検出するための補助電極であり、後述する補助端子7d(図2参照)に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
スイッチング素子Trは、図4に示すトランジスタチップ2を複数個並列に接続した構成になっている。また、整流素子Diも、図4に示すダイオードチップ3を複数個並列に接続した構成になっている。スイッチング素子Trとしては、MISトランジスタ、IGBT等の絶縁ゲート構造で、トランジスタチップの深さ方向に主電流が流れる縦型半導体素子が好適である。整流素子Diとしては、ファストリカバリダイオード(FRD)、ショットキーバリアダイオード(SBD)等の縦型半導体素子が好適である。以下、スイッチング素子Trとしては、炭化珪素(SiC)からなる半導体基板を主体に構成された絶縁ゲート構造の縦型MISFET、整流素子DiとしてはSiCからなる半導体基板を主体に構成されたSBDを用いて説明する。
The switching element Tr has a configuration in which a plurality of
なお、トランジスタチップをなすMISトランジスタとはMISFETやMISSIT等を含む概念である。ゲート絶縁膜にシリコン酸化(SiO2)膜を用いたMOSトランジスタに対して、「MISトランジスタ」は、SiO2膜以外の絶縁膜をゲート絶縁膜として用いた、より包括的な絶縁ゲート型トランジスタを意味する。MISトランジスタのゲート絶縁膜には、シリコン酸窒化(SiON)膜、ストロンチウム酸化物(SrO)膜、シリコン窒化物(Si3N4)膜、アルミニウム酸化物(Al2O3)膜も使用可能である。或いは、マグネシウム酸化物(MgO)膜、イットリウム酸化物(Y2O3)膜、ハフニウム酸化物(HfO2)膜、ジルコニウム酸化物(ZrO2)膜、タンタル酸化物(Ta2O5)膜、ビスマス酸化物(Bi2O3)膜でもよい。更にはこれらの単層膜内のいくつかを選択し、複数を積層した複合膜等も使用可能である。また、半導体材料として、SiCの他にも、珪素(Si)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド又は窒化アルミニウム(AlN)等の半導体材料がそれぞれ使用可能である。 Note that the MIS transistor forming the transistor chip is a concept that includes MISFET, MISSIT, and the like. In contrast to MOS transistors that use a silicon oxide (SiO 2 ) film as the gate insulating film, "MIS transistors" are a more comprehensive insulated gate type transistor that uses an insulating film other than SiO 2 film as the gate insulating film. means. Silicon oxynitride (SiON) film, strontium oxide (SrO) film, silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film can also be used for the gate insulating film of MIS transistors. be. Alternatively, a magnesium oxide (MgO) film, a yttrium oxide (Y 2 O 3 ) film, a hafnium oxide (HfO 2 ) film, a zirconium oxide (ZrO 2 ) film, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film, A bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) film may also be used. Furthermore, it is also possible to select some of these single layer films and use a composite film in which a plurality of them are laminated. In addition to SiC, other semiconductor materials such as silicon (Si), gallium nitride (GaN), diamond, or aluminum nitride (AlN) can be used as the semiconductor material.
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の具体的な構成について説明する。
図2から図5に示すように、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1は、トランジスタチップ2及びダイオードチップ3と、第1~第4導電ポスト5a,5b,5c,5dと、第1主回路端子7a及び第2主回路端子7bと、制御端子7c及び補助端子7dと、絶縁回路基板10と、配線基板20とを備えている。また、半導体装置1は、これらのトランジスタチップ2、ダイオードチップ3、第1~第4導電ポスト5a~5d、第1主回路端子7a、第2主回路端子7b、制御端子7c、補助端子7d、絶縁回路基板10、及び配線基板20等を封止する封止体としての樹脂封止体8を備えている。また、半導体装置1は、配線基板20の主面上に、配線基板20の第1導電体22aと第2導電体22bとを電気的に接続する接続部材としての金属製のブリッジ板30を備えている。
Next, a specific configuration of the
As shown in FIGS. 2 to 5, the
図2及び図5に示すように、樹脂封止体8は、平面視したときの形状が方形状、例えば長方形からなり、X方向(第1方向)である長手方向において互いに反対側に位置する2つの短辺8a及び8bと、X方向と直交するY方向(第2方向)である短手方向において互いに反対側に位置する2つの長辺8c及び8dを有する。樹脂封止体8は、例えばエポキシ系の熱硬化性絶縁樹脂で形成されている。
第1主回路端子7a、第2主回路端子7b、制御端子7c及び補助端子7dの各々は導電ピンからなり、一部を除いて樹脂封止体8で封止され、一部が樹脂封止体8の外部に突出している。すなわち、第1主回路端子7a、第2主回路端子7b、制御端子7c及び補助端子7dの各々は、X方向及びY方向と直交するZ方向(厚さ方向)において樹脂封止体8の内外に亘って延伸している。
As shown in FIGS. 2 and 5, the
Each of the first
第1主回路端子7aは樹脂封止体8の一方の短辺8a側の中央部に配置され、第2主回路端子7bは樹脂封止体8の他方の短辺8b側の中央部に配置されている。そして、制御端子7cは樹脂封止体8の一方の長辺8c側の中央部に配置され、補助端子7dは樹脂封止体8の他方の長辺8d側の中央部に配置されている。この第1実施形態では、この本数に限定されないが、例えば第1及び第2主回路端子7a,7bは2本ずつ、制御端子7c及び補助端子7dは例えば1本ずつ設けられている。
The first
図4及び図5(a),(b)に示すように、絶縁回路基板10は、絶縁板11と、絶縁板11の主面に固定された導電板12と、絶縁板11の主面とは反対側の裏面に固定された金属板13とを有する。そして、この第1実施形態では、導電板12は、互いに絶縁分離された第1導電板12a及び第2導電板12bで構成されている。絶縁回路基板10は、例えば、セラミック基板の表面に銅が共晶接合された直接銅接合(DCB)基板、セラミック基板の表面に活性金属ろう付け(AMB)法により金属が配置されたAMB基板等を採用可能である。セラミック基板の材料は、例えば、窒化珪素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al2O3)等を採用可能である。
As shown in FIG. 4 and FIGS. 5(a) and 5(b), the insulated
絶縁板11は、平面視したときの形状が方形状、例えば長方形からなり、樹脂封止体8の2つ短辺8a,8b及び2つの長辺8c,8dに対応して2つの短辺及び2つの長辺を有する。第1導電板12aは、平面視したときの形状が方形状、例えば略正方形のベタパターンで形成されている。そして、第1導電板12aは、4つの辺の方向が絶縁基板の4つの辺の方向と一致するようにして絶縁板11の2つの短辺のうちの一方の短辺側(樹脂封止体8の一方の短辺8a側)に配置されている。第2導電板12bは、平面視したときの形状が方形状、例えば長方形のベタパターンで形成されている。そして、第2導電板12bは、長手方向がY方向と一致するようにして絶縁板11の2つの短辺のうちの他方の短辺側(樹脂封止体8の他方の短辺8b側)に配置されている。第1導電板12a及び第2導電板12bは、第1導電板12aの方が数倍大きい面積で形成され、互いに離間して絶縁分離されている。
絶縁回路基板10の裏面、すなわち金属板13は、樹脂封止体8の主面とは反対側の裏面から露出している。
The insulating
The back surface of the insulated
図4及び図5(a),(b)に示すように、トランジスタチップ2は、例えば、互いに反対側に位置する2つの面のうちの一方の面(主面)に第2主電極としてのソース電極2sを有し、他方の面(裏面)に第1主電極としてのドレイン電極2dを有する。また、トランジスタチップ2は、一方の面に制御電極としてのゲート電極2gを有する。ダイオードチップ3は、例えば、互いに反対側に位置する2つの面のうちの一方の面(主面)にアノード電極3aを有し、他方の面(裏面)にカソード電極3kを有する。
ダイオードチップ3は、絶縁回路基板10の長手方向(X方向)の中心線上に所定の間隔を保って例えば2つ配置されている。トランジスタチップ2は、ダイオードチップ3の配列の両側に所定の間隔を保って例えば4つ配置されている。4つのトランジスタチップ2は並列に接続されてスイッチング素子Trを構成している。また、2つのダイオードチップ3は並列に接続されて整流素子Diを構成している。
As shown in FIG. 4 and FIGS. 5(a) and 5(b), the
For example, two
図5(a),(b)に示すように、トランジスタチップ2は、ドレイン電極2dが絶縁回路基板10の第1導電板12aに接合材として例えば半田15を介在して電気的及び機械的に接続されている。また、ダイオードチップ3も、図5(a)に示すように、トランジスタチップ2と同様に、カソード電極3kが絶縁回路基板10の第1導電板12aに接合材として例えば半田15を介在して電気的及び機械的に接続されている。すなわち、トランジスタチップ2のドレイン電極2d及びダイオードチップ3のカソード電極3kは、第1導電板12a及び半田15を介して互いに電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
図3及び図5(a),(b)に示すように、配線基板20は、絶縁回路基板10の主面側(トランジスタチップ2及びダイオードチップ3側)に、絶縁回路基板10から離間して配置されている。配線基板20は、通常のプリント配線基板であり、これに限定されないが、例えば2層配線構造になっている。具体的には、配線基板20は、絶縁板21と、絶縁板21の主面の第1配線層に設けられた第1導電体22a及び第2導電体22bと、絶縁板21の主面とは反対側の裏面の第2配線層に設けられたゲート配線23a(図5(b)参照)及び補助ソース線(図示せず)等を有する。
As shown in FIG. 3 and FIGS. 5(a) and 5(b), the
第1導電体22aは、平面視したときの形状が略C字形になっており、X方向に延伸し、かつY方向において互いに離間する2つの第1部分22a1と、X方向に延伸し、かつ2つの第1部分22a1の一端側に一体に連結された第2部分22a2とを有する。第2導電体22bは、X方向に延伸し、第1導電体22aの2つの第1部分22a1,22a1の間に配置されている。第1導電体22a及び第2導電体22bは、個々に分離され、互いに絶縁分離されている。
The
図3、図4及び図5(a),(b)に示すように、第1導電ポスト5aは、一端側がトランジスタチップ2のソース電極2sに接合材として例えば半田16により電気的及び機械的に接続され、他端側が配線基板20を貫通して第1導電体22aと電気的及び機械的に接続されている。すなわち、第1導電ポスト5aは、トランジスタチップ2のソース電極2sから配線基板20に向かって立ち上がり、配線基板20を貫通して配線基板20の第1導電体22aに連結されている。
As shown in FIGS. 3, 4, 5(a) and 5(b), one end of the first
第2導電ポスト5bは、一端側が絶縁回路基板10の第2導電板12bに接合材として例えば半田16により電気的及び機械的に接続され、他端側が配線基板20を貫通して第1導電体22aと電気的及び機械的に接続されている。すなわち、第2導電ポスト5bは、絶縁回路基板10の第2導電板12bから配線基板20に向かって立ち上がり、配線基板20を貫通して配線基板20の第1導電体22aに連結されている。
The second
第3導電ポスト5cは、一端側がダイオードチップ3のアノード電極3aに接合材として例えば半田16により電気的及び機械的に接続され、他端側が配線基板20を貫通して第2導電体22bと電気的及び機械的に接続されている。すなわち、第3導電ポスト5cは、ダイオードチップ3のアノード電極3aから配線基板20に向かって立ち上がり、配線基板20を貫通して配線基板20の第2導電体22bに連結されている。
One end of the third
第4導電ポスト5dは、トランジスタチップ2のゲート電極2gに接合材として例えば半田16により電気的及び機械的に接続され、他端側が配線基板20のゲート配線23aと電気的及び機械的に接続されている。すなわち、第4導電ポスト5dは、トランジスタチップ2のゲート電極2gから配線基板20に向かって立ち上がり、配線基板20のゲート配線23aに連結されている。
The fourth
図2から図5(b),(b)に示すように、第1主回路端子7aは、他端側が絶縁回路基板10の第1導電板12aに接合材として例えば半田16により電気的及び機械的に接続され、中間部が配線基板20の貫通孔を貫通し、他端側が樹脂封止体8の主面から突出している。第2主回路端子7bは、一端側が絶縁回路基板10の第2導電板12bに接合材として例えば半田16により電気的及び機械的に接続され、中間部が配線基板20の貫通孔を貫通し、他端側が樹脂封止体8の主面から突出している。
As shown in FIGS. 2 to 5(b) and (b), the other end of the first
すなわち、第1主回路端子7aは、半田16、絶縁回路基板10の第1導電板12a及び半田16を介してトランジスタチップ2のドレイン電極2d及びダイオードチップ3のカソード電極3kにそれぞれ電気的に接続されている。そして、トランジスタチップ2のソース電極2sは、半田16、第1導電ポスト5a、配線基板20の第1導電体22a、第2導電ポスト5b、半田16、絶縁回路基板10の第2導電板12b及び半田16を介して第2主回路端子7bに電気的に接続されている。また、ダイオードチップ3のアノード電極3aは、半田16及び第3導電ポスト5cを介して配線基板20の第2導電体22bに電気的に接続されている。
That is, the first
制御端子7cは、一端側が配線基板20を貫通して配線基板20のゲート配線23a(図5(b)参照)に電気的及び機械的に接続され、他端側が樹脂封止体8の主面から突出している。すなわち、制御端子7cは、配線基板20のゲート配線23a、第4導電ポスト5d及び半田16を介してトランジスタチップ2のゲート電極2gに電気的に接続されている。
補助端子7dは、詳細に図示していないが、一端側が配線基板20を貫通して配線基板20の補助ソース線に電気的及び機械的に接続され、他端側が樹脂封止体8の主面から突出している。そして、補助ソース配線は、第1導電体22aに電気的に接続されている。
The
Although not shown in detail, one end of the
図2及び図5(a)に示すように、樹脂封止体8は、その主面(上面)に、配線基板20の第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部を露出する開口部9を有する。開口部9は、これに限定されないが、例えば2箇所に設けられている。開口部9は、トランジスタチップ2の配列方向及びダイオードチップ3の配列方向(X方向)と直交するY方向に所定の間隔をおいて配列され、第1導電体22a及び第2導電体22bを跨る位置に配置されている。また、開口部9は、樹脂封止体8の主面に向かって平面視したとき、2つのトランジスタチップ2及び2つのダイオードチップ3を含む4つのチップの間に配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 5(a), the
ブリッジ板30は、開口部9を通して第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部に接合材として例えば半田31により電気的及び機械的に接続されている。すなわち、第1導電体22a及び第2導電体22bの各々は、ブリッジ板30の接続により互いに電気的に接続されるが、ブリッジ板30による導通を除いては互いに絶縁分離されている。
ブリッジ板30は、半導体装置1の製造プロセスにおいて、スクリーニング試験を実施した後、樹脂封止体8の開口部9を通して第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部に半田31により電気的及び機械的に接続される。すなわち、スクリーニング試験では、第1導電体22a及び第2導電体22bが分離されているため、スイッチング素子Trと整流素子Di(トランジスタチップ2とダイオードチップ3)とが回路上分離されている。ブリッジ板30は、導電性に優れ、かつ半田に対して濡れ性を有する金属材として例えば銅で形成されている。
The
After conducting a screening test in the manufacturing process of the
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法について、図6に示すフローチャートを参照しながら、図7~図9を用いて説明する。
まず、図6の基板積層体形成工程S1において、トランジスタチップ2、ダイオードチップ3、第1~第4導電ポスト5a~5d、第1及び第2主回路端子7a,7b、制御端子7c及び補助端子7d、絶縁回路基板10、配線基板20などを用いて、基板積層体25を形成する。
具体的には、まず、予め用意した配線基板20の所定位置に、第1~第4導電ポスト5a~5dの他端側、制御端子7c及び補助端子7dの他端側を電気的及び機械的に接続する。
Next, a method for manufacturing the
First, in the substrate stack forming step S1 of FIG. 6, the
Specifically, first, the other ends of the first to fourth
次に、図7(a)に示すように、絶縁回路基板10において、第1導電板12aのチップ搭載領域に、接合材として例えば半田ペースト材15aを塗布する。そして、図7aに示すように、第1導電板12aのチップ搭載領域上に半田ペースト材15aを介在してトランジスタチップ2、ダイオードチップ3を配置する。トランジスタチップ2及びダイオードチップ3は、各々の裏面(ドレイン電極2d,カソード電極3k)が半田ペースト材15a側となるように配置する。そして、図7(a)に示すように、絶縁回路基板10において、第1導電板12aの端子接続領域、第2導電板12bの端子接続領域及びポスト接続領域の各々に接合材として例えば半田ペースト材16aを塗布すると共に、トランジスタチップ2のソース電極2s及びゲート電極2g、ダイオードチップ3のアノード電極3aにも半田ペースト材16aを塗布する。
Next, as shown in FIG. 7A, in the insulated
次に、図7(b)に示すように、絶縁回路基板10上に配線基板20を第1~第4導電ポスト5a~5dが絶縁回路基板10側となるように配置する。この工程において、配線基板20は第1~第4導電ポスト5a~5dによって絶縁回路基板10から離間した状態で絶縁回路基板10に支持される。また、第1導電ポスト5aの一端側はトランジスタチップ2のソース電極2s上に半田ペースト材16aを介して配置され、第2導電ポスト5bの一端側は絶縁回路基板10の第2導電板12bに半田ペースト材16aを介して配置され、第3導電ポスト5cの一端側はダイオードチップ3のアノード電極3a上に半田ペースト材16aを介して配置される。また、図7(b)には示していないが、図5(b)を参照すると、第4導電ポスト5dの一端側は、トランジスタチップ2のゲート電極2g上に半田ペースト材16aを介して配置される。
Next, as shown in FIG. 7(b), the
次に、配線基板20の所定の貫通孔に第1主回路端子7a及び第2主回路端子7bを差し込んで垂直に保持する。この工程において、図7(b)に示すように、第1主回路端子7aは、一端側が絶縁回路基板10の第1導電板12a上に半田ペースト材16aを介して配置され、第2主回路端子7bは、一端側が絶縁回路基板10の第2導電板12b上に半田ペースト材16aを介して配置される。
Next, the first
次に、この状態でリフロー処理を施すことにより、図8(a)に示すように、トランジスタチップ2のドレイン電極2d及びダイオードチップ3のカソード電極3kが絶縁回路基板10の第1導電板12aにそれぞれ半田15により電気的及び機械的に接続される。また、第1主回路端子7aの一端側が絶縁回路基板10の第1導電板12aに半田16により電気的及び機械的に接続され、第2主回路端子7bの一端側及び第2導電ポスト5bの一端側が絶縁回路基板10の第2導電板12bにそれぞれ半田16により電気的及び機械的に接続される。また、第1導電ポスト5aの一端側がトランジスタチップ2のソース電極2sに、第3導電ポスト5cの一端側がダイオードチップ3のアノード電極3aにそれぞれ半田16により電気的及び機械的に接続される。さらに、図8(a)には図示していないが、図5(b)を参照すると、第4導電ポスト5dの一端側が、トランジスタチップ2のゲート電極2gに半田16により電気的及び機械的に接続される。これにより、基板積層体25が形成される。また、絶縁回路基板10の第1導電板12aにトランジスタチップ2及びダイオードチップ3がそれぞれ設置される。
Next, by performing reflow treatment in this state, the
次に、図6に示す樹脂封止工程S2を実施する。具体的には、基板積層体25を成形金型のキャビティ内に配置した後、キャビティ内に例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂を注入する。これにより、図8(b)に示すように、トランジスタチップ2及びダイオードチップ3と、第1~第4導電ポスト5a~5dと、第1及び第2主回路端子7a,7bと、制御端子7c及び補助端子7dと、絶縁回路基板10と、配線基板20とを含む基板積層体25を封止する樹脂封止体8が形成される。この工程において、成形金型のキャビティの壁面に凹部を設けておくことにより、第1及び第2主回路端子7a,7b、制御端子7c及び補助端子7dの各々の他端側を樹脂封止体8の主面から外部に突出させることができる。また、逆に成形金型のキャビティの壁面に凸部を設けておくことにより、配線基板20の第1及び第2導電体22a,22bの各々の一部が露出する開口部9を樹脂封止体8に形成することができる。この第1実施形態では、樹脂封止体8に2つの開口部9が形成される。また、絶縁回路基板10の金属板13を成形金型のキャビティの壁面に圧接した状態で封止することにより、樹脂封止体8の主面とは反対側の裏面から絶縁回路基板10の金属板13を露出させることができる。
Next, a resin sealing step S2 shown in FIG. 6 is performed. Specifically, after the
この工程において、配線基板20の第1導電体22a及び第2導電体22bは電気的に分離されているため、樹脂封止体8を形成した後の状態では、スイッチング素子Trと整流素子Diとが、すなわちトランジスタチップ2とダイオードチップ3とが回路上分離されている。
In this step, since the
次に、図6に示す一次オン抵抗測定工程S3において、4つのトランジスタチップ2が並列接続されたスイッチング素子Trのオン抵抗を測定する。
次に、図6に示すスクリーニング試験工程S4を実施する。このスクリーニング試験工程S4では、図9(a)に示すように、電源26の正極(+)を第2主回路端子7bに、負極(-)を第1主回路端子7aに接続し、各トランジスタチップ2の内蔵ダイオード(ソース領域-ドレイン領域間)に例えば100A/cm2の電流を15分間通電する。この場合、トランジスタチップ2として活性面積が5mm2程度のチップを用いると、1チップ当たり5Aの通電が必要である。この第1実施形態では4つのトランジスタチップ2を搭載しているため、20Aの電流を通電する。このとき、トランジスタチップ2は発熱するため、絶縁回路基板10の裏面側(金属板13)をチラーで冷却する。
Next, in a primary on-resistance measuring step S3 shown in FIG. 6, the on-resistance of the switching element Tr in which four
Next, a screening test step S4 shown in FIG. 6 is performed. In this screening test step S4, as shown in FIG. 9(a), the positive terminal (+) of the
この工程において、スイッチング素子Trと整流素子Di(トランジスタチップ2とダイオードチップ3)とが回路上分離されているため、この状態で第2主回路端子7bから第1主回路端子7aに通電すると、各トランジスタチップ2の内蔵ダイオード(ソース領域-ドレイン領域間)のみ通電するため、各トランジスタチップ2のスクリーニング試験が可能である。そして、各トランジスタチップ2は、絶縁回路基板10に実装されているため、放熱性が高く、チップ単体の場合と比較して大電流の印加が可能である。また、スクリーニング試験の実施後に、樹脂封止体8の開口部9を通して第1及び第2導電体22a,22bの各々の一部に半田31によりブリッジ板30を電気的及び機械的に接続することにより、スイッチング素子Trに整流素子Diを逆接続することが可能である。
In this step, since the switching element Tr and the rectifying element Di (
次に、スクリーニング試験工程S4が終了した後に、図6に示す二次オン抵抗測定工程S5において、一次と同様に4つのトランジスタチップ2が並列接続されたスイッチング素子Trのオン抵抗を測定する。
次に、図6の選別工程S6において、一次オン抵抗測定工程S3で測定した一次オン抵抗値と二次オン抵抗測定工程S5で測定した二次オン抵抗値とを比較する。そして、二次オン抵抗値が一次オン抵抗値から所定の基準よりも増加したスイッチング素子Trは、トランジスタチップ2の内部に積層欠陥が発生したとみなして不良品と判定し、二次オン抵抗値が一次抵抗値から所定の基準内に収まったスイッチング素子Trは良品と判定し、製品としての良否の選別を行う。
Next, after the screening test step S4 is completed, in a secondary on-resistance measurement step S5 shown in FIG. 6, the on-resistance of the switching element Tr in which four
Next, in the selection step S6 of FIG. 6, the primary on-resistance value measured in the primary on-resistance measurement step S3 and the secondary on-resistance value measured in the secondary on-resistance measurement step S5 are compared. The switching element Tr whose secondary on-resistance value has increased from the primary on-resistance value by more than a predetermined standard is determined to be a defective product as a stacking fault has occurred inside the
次に、良品として選別された製造過程(半製品)の半導体装置に図6に示す導電体接続工程S7を実施する。具体的には、図9(b)に示すように、配線基板20の主面上において、樹脂封止体8の開口部9を通して配線基板20の第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部に半田ペースト材を塗布する。そして、第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部の間の分離領域を跨ぐようにして各々の一部に半田ペースト材を介してブリッジ板30を配置する。そして、この状態でリフロー処理して半田ペースト材を溶融することにより、第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部にブリッジ板30を半田31により電気的及び機械的に接続する。ブリッジ板30の半田31による接続は、樹脂封止体8を形成した後に行うことから、半田31としては、基板積層体25の形成時に仕様した半田15,16とで温度階層が形成されるように、半田15,16よりも溶融点が低い材料を選択することが好ましい。基板積層体25の形成用の半田15,16としてSn-Sb系組成の半田を用いた場合は、例えばブリッジ板30の接続用の半田31にはSn-Sb-Ag系組成の半田を用いることで使用半田の温度階層を構築することが可能である。
Next, the conductor connection step S7 shown in FIG. 6 is performed on the semiconductor devices in the manufacturing process (semi-finished products) that have been selected as non-defective products. Specifically, as shown in FIG. 9(b), the
この工程において、スイッチング素子Trと整流素子Di(トランジスタチップ2とダイオードチップ3)とが並列に逆接続される。
この後、良品として選別された製造過程の半導体装置に各種試験やマーキング工程を実施することにより、この第1実施形態に係る半導体装置1がほぼ完成する。
In this step, the switching element Tr and the rectifying element Di (
Thereafter, the
以上説明したように、この第1実施形態の半導体装置1は、製造プロセスにおいて、配線基板20の第1導電体22aと第2導電体22bとをブリッジ板30で接続する前はスイッチング素子Trと整流素子Diとが回路上分離されているため、各トランジスタチップ2のスクリーニング試験が可能である。また、スクリーニング試験の実施後に、配線基板20の第1導電体22aと第2導電体22bとをブリッジ板30で接続することにより、スイッチング素子Trに整流素子Diを逆接続することが可能である。したがって、スイッチング素子Trに整流素子Diを並列に逆接続する半導体装置1であっても、スクリーニング試験を実施することができるので、半導体装置1の信頼性を高めることができる。
As explained above, in the
また、この第1実施形態に係る半導体装置1の製造方法によれば、信頼性の高い半導体装置1を提供することができる。
また、この実施形態1に係る半導体装置1は、トランジスタチップ2のソース電極2sに電気的に接続された第1導電体22aと、ダイオードチップ3のアノード電極3aに電気的に接続された第2導電体22bとを配線基板20の主面上においてブリッジ板30で電気的に接続するので、トランジスタチップ2のソース電極2sとダイオードチップ3のアノード電極3aとを電気的に接続する導電経路の配線長を短くすることができ、低インダクタンス化を図ることができる。
また、この第1実施形態に係る半導体装置1は、第1導電体22aと第2導電体22bとのブリッジ板30による接続を投影的に2つのトランジスタチップ2及び2つのダイオードチップ3を含む4つのチップの間で行っているので、この4つのチップとブリッジ板30との距離を均等にすることができる。
Further, according to the method for manufacturing the
The
In addition, the
(第1実施形態の変形例)
(第1変形例)
上述の第1実施形態では、絶縁板21の片面に第1及び第2導電体22a,22bが設けられた配線基板20について説明した。しかしながら、本発明は、第1実施形態の配線基板20に限定されるものではない。例えば、図10に示すように、絶縁板21の両面に第1及び第2導電体22a,22bがそれぞれ設けられた配線基板20Aにおいても本発明を適用することができる。この場合、配線基板20Aの絶縁板21に設けられた貫通孔21aに接続部材としての挿入ブリッジ部材32を挿入して絶縁板21の両面側の第1導電体22aと第2導電体22bとを電気的に接続するようにすることが好ましい。また、挿入ブリッジ部材32としては、挿入方向に沿う断面形状がT字形であるものが好ましい。
(Modified example of the first embodiment)
(First modification)
In the first embodiment described above, the
(第2変形例)
また、上述の第1実施形態では、第1導電体22aと第2導電体22bとを電気的に接続する接続部材としてブリッジ板30を用いた場合について説明した。しかしながら、本発明は、第1実施形態のブリッジ板30や第1変形例の挿入ブリッジ部材32に限定されるものではない。例えば、半田そのものを接続部材として使用し、図11に示すように、第1導電体22aと第2導電体22bとを半田31で直に電気的及び機械的に接続してもよい。
なお、上述の第1実施形態及び変形例では、1素子入りパッケージ(1in1)タイプの半導体装置について説明したが、本発明は1素子入りパッケージ(1in1)タイプの半導体装置に限定されない。すなわち、本発明は、2組のスイッチング素子及び整流素子を搭載した2素子入りパッケージ(2in1)タイプの半導体装置にも適用することができる。
(Second modification)
Moreover, in the above-described first embodiment, a case has been described in which the
Note that in the first embodiment and the modified example described above, a one-element package (1 in 1) type semiconductor device has been described, but the present invention is not limited to a one-element package (1 in 1) type semiconductor device. That is, the present invention can also be applied to a two-element package (2in1) type semiconductor device equipped with two sets of switching elements and rectifying elements.
(第2実施形態)
この第1実施形態では、半導体モジュールに本発明を適用した場合について説明する。
図12(a),(b)に示すように、本発明の第2実施形態に係る半導体モジュール40は、上述の第1実施形態に係る半導体装置1を第1半導体装置1A及び第2半導体装置1Bとして備えている。また、この第2実施形態に係る半導体モジュール40は、主面に第1及び第2半導体装置1A,1Bが設置されたベース部材41と、ベース部材41の主面に第1及び第2半導体装置1A,1Bを囲むようにして設置された枠状のケース43とを備えている。また、この第2実施形態に係る半導体モジュール40は、第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々の第1主回路端子7aに電気的及び機械的に接続された第1バスバー45と、第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々の第2主回路端子7bに電気的及び機械的に接続された第2バスバー46とを備えている。また、この第2実施形態に係る半導体モジュール40は、ケース43の内側において、ベース部材41の主面に設置された第1及び第2半導体装置1A,1Bを封止するゲル状の封止樹脂47を備えている。
(Second embodiment)
In this first embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a semiconductor module.
As shown in FIGS. 12(a) and 12(b), a
第1及び第2半導体装置1A,1Bは、各々の金属板13とベース部材41との間に接合材として例えば半田42を介在した状態でベース部材41の主面に設置されている。
第1バスバー25及び第2バス―26の接続形態は、製品の仕様に応じて換えることができる。この第2実施形態に係る半導体モジュール40では、一例として、第1及び第2半導体装置1A,1Bの同一機能の主回路端子同士(第1主回路端子7a同士,第2主回路端子7b同士)を第1及び第2バスバー45,46で並列接続して大電流容量化を図っている。
The first and
The connection form of the
ここで、上述の第1実施形態では、半導体装置1の製造プロセスにおいて、スクリーニング試験後に、第1導電体22aと第2導電体22bとをブリッジ板30で電気的に接続する場合について説明した。これに対し、この第2実施形態では、半導体モジュール40の製造プロセスにおいて、ベース部材41の主面に第1及び第2半導体装置1A,1Bを設置する際のリフロー処理を利用して第1導電体22aと第2導電体22bとをブリッジ板30で電気的に接続する。以下、この実施形態に係る半導体モジュール40の製造方法について、図12から図15を用いて説明する。
Here, in the above-described first embodiment, a case has been described in which the
まず、第1及び第2半導体装置1A,1Bを準備する。この第1及び第2半導体装置1A,1Bは、基本的に第1半導体装置1と同様の構成になっているが、図13を参照すれば、第1導電体22aと第2導電体22bとのブリッジ板30による接続を実施しておらず、スイッチング素子Trと整流素子Di(トランジスタチップ2とダイオードチップ3)とが回路上分離された状態になっている。ただし、スクリーニング試験は、第1及び第2半導体装置1A,1Bの製造プロセスにおいて実施済みである。
First, first and
次に、図13(a),(b)に示すように、ベース部材41の主面と第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々の金属板13との間に接合材として例えば半田ペースト材42aを介在させた状態でベース部材41の主面上に第1及び第2半導体装置1A,1Bを配置する。
次に、図13(a),(b)に示すように、第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々において、樹脂封止体8の開口部9を通して配線基板20の第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部に接合材として例えば半田ペースト材31aを塗布する。そして、図14(a),(b)に示すように、第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部の間の分離領域を跨ぐようにして各々の一部に半田ペースト材31aを介してブリッジ板30を配置する。
Next, as shown in FIGS. 13(a) and 13(b), a bonding material such as solder is applied between the main surface of the
Next, as shown in FIGS. 13A and 13B, in each of the first and
次に、このままの状態でリフロー処理を施して半田ペースト材42a及び半田ペースト材31aを溶融することにより、図15(a),(b)に示すように、ベース部材41の主面に第1及び第2半導体装置1A,1Bを半田42で固着すると共に、第1導電体22a及び第2導電体22bの各々の一部にブリッジ板30を半田31によって電気的及び機械的に接続する。ここで、半田31及び半田42としては、基板積層体25の形成時に仕様した半田15,16とで温度階層が形成されるように、半田15,16よりも溶融点が低い材料を選択することが好ましい。基板積層体25の形成用の半田15,16としてSn-Sb系組成の半田を用いた場合は、例えば半田31及び半田42にはSn-Sb-Ag系組成の半田を用いることで使用半田の温度階層を構築することが可能である。
この工程において、スイッチング素子Trと整流素子Di(トランジスタチップ2とダイオードチップ3)とが並列に逆接続される。
Next, by performing a reflow treatment in this state to melt the
In this step, the switching element Tr and the rectifying element Di (
この後、第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々の第1主回路端子7aに第1バスバー45、第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々の第2主回路端子7bに第2バスバー46を接続し、その後、ベース部材41の主面に第1及び第2半導体装置1A,1Bを囲むようにして枠状のケース43を接着する。そして、その後、ケース43の内側にシリコーン系ゲルの封止樹脂47を注入して第1及び第2半導体装置1A,1Bを樹脂封止する。この封止樹脂47により、第1及び第2半導体装置1A,1Bの各々の樹脂封体8に設けられた開口部9を埋め込むことができる。これにより、図12に示す半導体モジュール40がほぼ完成する。
Thereafter, the
このように、第2実施形態に係る半導体モジュール40は、スクリーニング試験後にスイッチング素子と整流素子とを並列に逆接続することが可能な第1及び第2半導体装置を用いているので、この半導体モジュール40においても信頼性を高めることが可能である。
また、この第2実施形態に係る半導体モジュール40の製造方法によれば、ベース部材41の主面に第1及び第2半導体装置1A,1Bを設置する際のリフロー処理を利用して第1導電体22aと第2導電体22bとをブリッジ板30で電気的に接続するので、製造工程数の増加を抑制でき、低コストで信頼性の高い半導体ジュールを提供することができる。
As described above, since the
Further, according to the method of manufacturing the
また、この第2実施形態に係る半導体モジュール40の製造方法によれば、第1及び第2半導体装置を封止する封止樹脂を利用して、第1及び第2半導体装置の各々の樹脂封止体に設けられた開口部を埋め込むことができるので、開口部を埋め込むための工程を増やす必要がない。この結果、最終的なモジュール形態において低コストで絶縁性を保つことができる。
なお、この第2実施形態では、2つの半導体装置を備えた半導体モジュールについて説明したが、本発明は3つ以上の半導体装置を備えた半導体モジュールにも適用することができる。
Further, according to the method of manufacturing the
Although the second embodiment describes a semiconductor module including two semiconductor devices, the present invention can also be applied to a semiconductor module including three or more semiconductor devices.
1…半導体装置
2…トランジスタチップ
2d…ドレイン電極
2g…ゲート電極
2s…ソース電極
3…ダイオードチップ
3a…アノード電極
3k…カソード電極
5a…第1導電ポスト
5b…第2導電ポスト
5c…第3導電ポスト
7a…第1主回路端子(ソース主回路端子)
7b…第2主回路端子(ドレイン主回路端子)
7c…制御端子
7d…補助端子
8…樹脂封止体(封止体)
8a,8b…短辺
8c,8d…長辺
9…開口部
10…絶縁回路基板
11…絶縁板
12…導電板
12a…第1導電板
12b…第2導電板
13…金属板
15,16…半田
15a,16a…半田ペースト材
20…配線基板
21…絶縁板
22a…第1導電体
22a1…第1部分
22a2…第2部分
22b…第2導電体
23a…ゲート配線
25…基板積層体
26…電源
30…ブリッジ板
31…半田
32…挿入ブリッジ部材
40…半導体モジュール
41…ベース部材
42…半田
43…ケース
45…第1バスバー
46…第2バスバー
47…封止樹脂
1...
7b...Second main circuit terminal (drain main circuit terminal)
7c...Control terminal 7d...
8a, 8b...
Claims (6)
前記絶縁回路基板上に設置され、かつ第1主電極及び第2主電極を有するトランジスタチップと、
前記絶縁回路基板上に設置され、アノード電極及びカソード電極を有し、かつ前記カソード電極が前記トランジスタチップの前記第1主電極に電気的に接続されたダイオードチップと、
前記トランジスタチップの前記第2主電極に電気的に接続された第1導電体、及び前記ダイオードチップの前記アノード電極に電気的に接続された第2導電体を有し、かつ前記絶縁回路基板の前記トランジスタチップ及び前記ダイオードチップ側に前記絶縁回路基板から離間して配置された配線基板と、を備えた半導体装置であって、
前記配線基板の前記絶縁回路基板側とは反対側の表面上に、前記第1導電体及び前記第2導電体の各々と接合材により電気的及び機械的に接続された接続部材を備えていることを特徴とする半導体装置。 an insulated circuit board having an insulating plate and a conductive plate;
a transistor chip installed on the insulated circuit board and having a first main electrode and a second main electrode;
a diode chip installed on the insulated circuit board, having an anode electrode and a cathode electrode, and the cathode electrode being electrically connected to the first main electrode of the transistor chip;
a first conductor electrically connected to the second main electrode of the transistor chip; and a second conductor electrically connected to the anode electrode of the diode chip; A semiconductor device comprising: a wiring board disposed on a side of the transistor chip and the diode chip at a distance from the insulating circuit board;
A connecting member electrically and mechanically connected to each of the first conductor and the second conductor by a bonding material is provided on the surface of the wiring board opposite to the insulated circuit board side. A semiconductor device characterized by:
前記第1導電体に電気的に接続された第2主回路端子と、
前記絶縁回路基板、前記トランジスタチップ、前記ダイオードチップ、前記第1及び第2主回路端子を、前記第1及び第2主回路端子の各々の一部を除いて封止する封止体と、を備え、
前記封止体は、前記第1及び第2導電体の各々の一部を露出する開口部を有し、
前記接続部材は、前記開口部を通して前記第1及び第2導電体の各々に接続されてい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。 a first main circuit terminal electrically connected to the first main electrode of the transistor chip and the cathode electrode of the diode chip;
a second main circuit terminal electrically connected to the first conductor;
a sealing body that seals the insulated circuit board, the transistor chip, the diode chip, and the first and second main circuit terminals except for a portion of each of the first and second main circuit terminals; Prepare,
The sealing body has an opening that exposes a portion of each of the first and second conductors,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection member is connected to each of the first and second conductors through the opening.
前記絶縁回路基板10上に設置され、かつ第1主電極及び第2主電極を有するトランジスタチップと、
前記絶縁回路基板上に設置され、アノード電極及びカソード電極を有し、かつ前記カソード電極が前記トランジスタチップの前記第1主電極に電気的に接続されたダイオードチップと、
前記トランジスタチップの前記第2主電極に電気的に接続された第1導電体、及び前記ダイオードチップの前記アノード電極に電気的に接続された第2導電体を有し、かつ前記絶縁回路基板の前記トランジスタチップ及び前記ダイオードチップ側に前記絶縁回路基板から離間して配置された配線基板と、を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記トランジスタチップの前記第2主電極と前記第1主電極との間に電流を通電して前記トランジスタチップのスクリーニング試験を実施する工程と、
前記スクリーニング試験を実施した後、前記配線基板の前記絶縁回路基板側とは反対側の表面上で前記第1導電体及び前記第2導電体の各々に導電部材を接合材により電気的及び機械的に接続する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 an insulated circuit board having an insulating plate and a conductive plate;
a transistor chip installed on the insulated circuit board 10 and having a first main electrode and a second main electrode;
a diode chip installed on the insulated circuit board, having an anode electrode and a cathode electrode, and the cathode electrode being electrically connected to the first main electrode of the transistor chip;
a first conductor electrically connected to the second main electrode of the transistor chip; and a second conductor electrically connected to the anode electrode of the diode chip; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a wiring board disposed on a side of the transistor chip and the diode chip at a distance from the insulating circuit board;
conducting a screening test of the transistor chip by passing a current between the second main electrode and the first main electrode of the transistor chip;
After conducting the screening test, a conductive member is electrically and mechanically attached to each of the first conductor and the second conductor on the surface of the wiring board opposite to the insulated circuit board side using a bonding material. a step of connecting to the
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising :
前記複数の半導体装置は、
絶縁板及び導電板を有する絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板10上に設置され、かつ第1主電極及び第2主電極を有するトランジスタチップと、
前記絶縁回路基板上に設置され、アノード電極及びカソード電極を有し、かつ前記カソード電極が前記トランジスタチップの前記第1主電極に電気的に接続されたダイオードチップと、
前記トランジスタチップの前記第2主電極に電気的に接続された第1導電体、及び前記ダイオードチップの前記アノード電極に電気的に接続された第2導電体を有し、かつ前記絶縁回路基板の前記トランジスタチップ及び前記ダイオードチップ側に前記絶縁回路基板から離間して配置された配線基板と、
前記配線基板の前記絶縁回路基板側とは反対側の表面上に、前記第1導電体及び前記第2導電体の各々と接合材により電気的及び機械的に接続された接続部材と、を備えていることを特徴とする半導体モジュール。
A semiconductor module having a plurality of semiconductor devices installed on a main surface of a base member,
The plurality of semiconductor devices are
an insulated circuit board having an insulating plate and a conductive plate;
a transistor chip installed on the insulated circuit board 10 and having a first main electrode and a second main electrode;
a diode chip installed on the insulated circuit board, having an anode electrode and a cathode electrode, and the cathode electrode being electrically connected to the first main electrode of the transistor chip;
a first conductor electrically connected to the second main electrode of the transistor chip; and a second conductor electrically connected to the anode electrode of the diode chip; a wiring board placed on the side of the transistor chip and the diode chip and spaced apart from the insulated circuit board;
A connecting member electrically and mechanically connected to each of the first conductor and the second conductor by a bonding material on the surface of the wiring board opposite to the insulated circuit board side. A semiconductor module characterized by:
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