JP7463909B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
以下、第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る半導体装置は、例えばインバータ装置等の電力変換装置に適用される。
本実施形態では、主に第1実施形態と異なる部分について説明する。発明者らは、乾燥温度とせん断強度との関係について調べたところ、乾燥温度によってせん断強度が変化することがわかった。なお、乾燥時間は、例えば60分とした。その結果を図23に示す。
上記各実施形態で示された半導体装置1の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、各金属導体ベース100、200の両方から放熱する両面放熱構造が示されているが、例えば第1金属導体ベース100から放熱する片面放熱構造を採用しても良い。また、第1配線端子321は1本でも良い。同様に、第2配線端子331は1本でも良い。
Claims (11)
- 一面(101)と、前記一面とは反対側の他面(102)と、を有する金属導体ベース(100)と、
前記金属導体ベースの前記一面に固定された第1リードフレーム(310)と、
前記金属導体ベースの前記一面に固定されると共に、前記第1リードフレームから離間して配置された第2リードフレーム(320)と、
前記金属導体ベースの前記一面に垂直な厚み方向において、前記第1リードフレームの上方に配置された第3リードフレーム(330)と、
前記厚み方向において、前記第2リードフレームの上方に配置された第4リードフレーム(340)と、
一端部(411)と、前記一端部とは反対側の他端部(412)と、を有し、前記一端部は前記第1リードフレームに一体化され、前記他端部は前記第4リードフレームに一体化され、前記第1リードフレームと前記第4リードフレームとを電気的に接続する継手部(410)と、
前記第1リードフレームと前記第3リードフレームとの間に配置され、前記第1リードフレームと前記第3リードフレームとに電気的に接続された第1パワー素子(510)と、
前記第2リードフレームと前記第4リードフレームとの間に配置され、前記第2リードフレームと前記第4リードフレームとに電気的に接続された第2パワー素子(520)と、
前記金属導体ベースの前記他面を露出させた状態で、前記金属導体ベースの一部、前記第1リードフレーム、前記第2リードフレーム、前記第1パワー素子、前記第2パワー素子、前記継手部、前記第3リードフレーム、及び前記第4リードフレームを一体的に封止するモールド樹脂部(800)と、
を含み、
前記第1リードフレームと前記金属導体ベースの前記一面との固定、及び、前記第2リードフレームと前記金属導体ベースの前記一面との固定は、ポリイミド系材料の有機絶縁皮膜(600)によってなされており、
前記有機絶縁皮膜のうちの前記金属導体ベースと前記第1リードフレームとに挟まれた部分の厚みをtpress1と定義し、前記有機絶縁皮膜のうちの前記金属導体ベースと前記第2リードフレームとに挟まれた部分の厚みをtpress2と定義し、前記有機絶縁皮膜のうちの前記金属導体ベースと前記第1リードフレームとに挟まれていない部分であると共に前記金属導体ベースと前記第2リードフレームとに挟まれていない部分の厚みをtcast1と定義すると、
前記有機絶縁皮膜は、tpress1>tcast1、及び、tpress2>tcast1を満たすように形成されている、半導体装置。 - 前記金属導体ベースの前記一面の面積は、前記第1リードフレームのうちの前記金属導体ベースの前記一面に設置される設置面(311)の面積と、前記第2リードフレームのうちの前記金属導体ベースの前記一面に設置される設置面(324)の面積と、の和の面積よりも大きくなっており、
前記第1リードフレーム及び前記第2リードフレームは、前記金属導体ベースの前記一面のうちの外縁部(103)よりも内側に配置される、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記有機絶縁皮膜(600)は、前記金属導体ベースの前記一面に形成されたベース側皮膜(610)と、前記第1リードフレームのうちの前記金属導体ベースの前記一面に設置される設置面(311)に形成された第1皮膜(620)と、前記第2リードフレームのうちの前記金属導体ベースの前記一面に設置される設置面(324)に形成された第2皮膜(630)と、を有し、
前記第1皮膜の表層部及び前記第2皮膜の表層部と、前記ベース側皮膜の表層部と、が重合体を構成することによって化学的に結合される、請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記有機絶縁皮膜は、ヤング率が20GPa未満であり、
前記金属導体ベースの体積をベース導体体積と定義し、前記第1リードフレームの体積と前記第2リードフレームの体積との和を実装側体積と定義すると、前記実装側体積を前記ベース導体体積で割ったことにより得られる表裏体積比は7.0以下である、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2リードフレームは、第1接続部(322)と、前記第1接続部とは反対側の第1先端部(323)と、を有する第1配線端子(321)を備え、
前記第1配線端子の前記第1接続部は、前記第2リードフレームに一体化され、
前記第1配線端子の前記第1先端部は、前記第1リードフレームと前記第2リードフレームとが配置された配置方向において前記第1リードフレームを基準として前記第2リードフレームの側とは反対側に配置され、
前記第1配線端子のうちの前記第1接続部と前記第1先端部との中間部分の一部は、前記第1リードフレーム、前記第3リードフレーム、及び前記第1パワー素子に接触しない状態で、前記第1リードフレームと前記第3リードフレームとの間に配置され、
前記第3リードフレームは、第2接続部(332)と、前記第2接続部とは反対側の第2先端部(333)と、を有する第2配線端子(331)を備え、
前記第2配線端子の前記第2接続部は、前記第3リードフレームに一体化され、
前記第2配線端子の前記第2先端部は、前記配置方向において前記第3リードフレームを基準として前記第4リードフレームの側とは反対側に配置されており、
前記モールド樹脂部は、前記第1配線端子の前記第1先端部及び前記第2配線端子の前記第2先端部を露出させた状態で、前記第1配線端子及び前記第2配線端子を封止する、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1リードフレーム、前記第2リードフレーム、前記第3リードフレーム、前記第4リードフレーム、前記継手部、前記第1パワー素子、及び前記第2パワー素子の組を3組含み、
前記3組は、前記金属導体ベースの前記一面において、前記金属導体ベースの前記一面のうちの前記第1リードフレームと前記第2リードフレームとが配置された配置方向に対して垂直な垂直方向に並べられ、
前記3組の3つの前記第2リードフレームは、1つのリードフレームとして一体的に構成され、
前記3組の3つの前記第3リードフレームは、1つのリードフレームとして一体的に構成される、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記金属導体ベース、前記一面、及び前記他面を、第1金属導体ベース(100)、第1一面(101)、及び第1他面(102)と定義し、前記有機絶縁皮膜を第1有機絶縁皮膜(600)と定義し、
第2一面(201)と、前記第2一面とは反対側の第2他面(202)と、を有する第2金属導体ベース(200)を含み、
前記第3リードフレーム及び前記第4リードフレームは、前記第2金属導体ベースの前記第2一面に互いに離間して固定され、
前記モールド樹脂部は、前記第1金属導体ベースの前記第1他面及び前記第2金属導体ベースの前記第2他面を露出させた状態で、前記第1金属導体ベースの一部、前記第1リードフレーム、前記第2リードフレーム、前記第1パワー素子、前記第2パワー素子、前記継手部、前記第3リードフレーム、前記第4リードフレーム、前記第2金属導体ベースの一部を一体的に封止し、
前記第3リードフレームと前記第2金属導体ベースの前記第2一面との固定、及び、前記第4リードフレームと前記第2金属導体ベースの前記第2一面との固定は、ポリイミド系材料の第2有機絶縁皮膜(700)によってなされており、
前記第2有機絶縁皮膜のうちの前記第2金属導体ベースと前記第3リードフレームとに挟まれた部分の厚みをtpress3と定義し、前記第2有機絶縁皮膜のうちの前記第2金属導体ベースと前記第4リードフレームとに挟まれた部分の厚みをtpress4と定義し、前記第2有機絶縁皮膜のうちの前記第2金属導体ベースと前記第3リードフレームとに挟まれていない部分であると共に前記第2金属導体ベースと前記第4リードフレームとに挟まれていない部分の厚みをtcast2と定義すると、
前記第2有機絶縁皮膜は、tpress3>tcast2、及び、tpress4>tcast2を満たすように形成されている、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 一面(101)と、前記一面とは反対側の他面(102)と、を有する金属導体ベース(100)と、
前記金属導体ベースの前記一面に、ポリイミド系材料の有機絶縁皮膜(600)によって固定された第1リードフレーム(310)と、
前記金属導体ベースの前記一面に前記有機絶縁皮膜によって固定されると共に、前記第1リードフレームから離間して配置された第2リードフレーム(320)と、
前記金属導体ベースの前記一面に垂直な厚み方向において、前記第1リードフレームの上方に配置された第3リードフレーム(330)と、
前記厚み方向において、前記第2リードフレームの上方に配置された第4リードフレーム(340)と、
一端部(411)と、前記一端部とは反対側の他端部(412)と、を有し、前記一端部は前記第1リードフレームに一体化され、前記他端部は前記第4リードフレームに一体化され、前記第1リードフレームと前記第4リードフレームとを電気的に接続する継手部(410)と、
前記第1リードフレームと前記第3リードフレームとの間に配置され、前記第1リードフレームと前記第3リードフレームとに電気的に接続された第1パワー素子(510)と、
前記第2リードフレームと前記第4リードフレームとの間に配置され、前記第2リードフレームと前記第4リードフレームとに電気的に接続された第2パワー素子(520)と、
前記金属導体ベースの前記他面を露出させた状態で、前記金属導体ベースの一部、前記第1リードフレーム、前記第2リードフレーム、前記第1パワー素子、前記第2パワー素子、前記継手部、前記第3リードフレーム、及び前記第4リードフレームを一体的に封止するモールド樹脂部(800)と、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記金属導体ベース、前記第1リードフレーム、及び前記第2リードフレームを用意する、準備工程と、
前記準備工程の後、前記金属導体ベースの前記一面にポリイミド系樹脂のベース側皮膜(610)を塗布し、前記第1リードフレームのうちの前記金属導体ベースの前記一面に設置される設置面(311)にポリイミド系樹脂の第1皮膜(620)を塗布し、前記第2リードフレームのうちの前記金属導体ベースの前記一面に設置される設置面(324)にポリイミド系樹脂の第2皮膜(630)を塗布する、塗布工程と、
前記塗布工程の後、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を乾燥させることにより、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を半硬化させる、乾燥成型工程と、
前記乾燥成型工程の後、前記ベース側皮膜と前記第1皮膜とを貼り合わせると共に、前記ベース側皮膜と前記第2皮膜とを貼り合わせる、貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせ工程の後、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を硬化させることにより、前記有機絶縁皮膜を形成する、本硬化工程と、
前記本硬化工程の後、前記厚み方向において、前記第1リードフレームの上方に前記第3リードフレームを配置すると共に、前記第2リードフレームの上方に前記第4リードフレームを配置し、前記継手部によって前記第1リードフレームと前記第4リードフレームとを電気的に接続する、接続工程と、
を含み、
前記本硬化工程では、前記有機絶縁皮膜のうちの前記金属導体ベースと前記第1リードフレームとに挟まれた部分の厚みをtpress1と定義し、前記有機絶縁皮膜のうちの前記金属導体ベースと前記第2リードフレームとに挟まれた部分の厚みをtpress2と定義し、前記有機絶縁皮膜のうちの前記金属導体ベースと前記第1リードフレームとに挟まれていない部分であると共に前記金属導体ベースと前記第2リードフレームとに挟まれていない部分の厚みをtcast1と定義すると、tpress1>tcast1、及び、tpress2>tcast1を満たすように前記有機絶縁皮膜を形成する、半導体装置の製造方法。 - 前記塗布工程では、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜として溶媒が含まれた溶液状のものを塗布し、
前記乾燥成型工程では、前記溶媒の温度をTと定義し、前記温度Tに対する前記溶媒の蒸気圧をPVP=10(9.368-3477/(273.15+T))と定義し、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜が配置される真空圧力をPと定義したとき、0.01PVP<P<PVP、かつ、T≧100℃の条件を満たす状態で、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を半硬化させる、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記乾燥成型工程では、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を225℃以上、275℃以下の温度で加熱することにより、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を半硬化させる、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記本硬化工程では、前記金属導体ベースと前記第1リードフレームとのプレス圧力が5Mpaを超える状態で、及び、前記金属導体ベースと前記第2リードフレームとのプレス圧力が5Mpaを超える状態で、前記ベース側皮膜、前記第1皮膜、及び前記第2皮膜を硬化させることにより、前記有機絶縁皮膜を形成する、請求項8ないし10のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
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