JPWO2015173862A1 - 電力用半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

電力用半導体装置及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2015173862A1
JPWO2015173862A1 JP2016518665A JP2016518665A JPWO2015173862A1 JP WO2015173862 A1 JPWO2015173862 A1 JP WO2015173862A1 JP 2016518665 A JP2016518665 A JP 2016518665A JP 2016518665 A JP2016518665 A JP 2016518665A JP WO2015173862 A1 JPWO2015173862 A1 JP WO2015173862A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power semiconductor
metal plate
semiconductor device
sealing resin
die pad
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.)
Granted
Application number
JP2016518665A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6195019B2 (ja
Inventor
裕史 川島
裕史 川島
坂本 健
健 坂本
武敏 鹿野
武敏 鹿野
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
Publication of JPWO2015173862A1 publication Critical patent/JPWO2015173862A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6195019B2 publication Critical patent/JP6195019B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814Conductive parts
    • H01L21/4846Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4853Connection or disconnection of other leads to or from a metallisation, e.g. pins, wires, bumps
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
    • H01L23/28Encapsulations, 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
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334Auxiliary members in encapsulations
    • 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
    • H01L23/49537Plurality of lead frames mounted in one device
    • 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
    • H01L23/49548Cross section geometry
    • H01L23/49551Cross section geometry characterised by bent parts
    • 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
    • H01L23/49548Cross section geometry
    • H01L23/49551Cross section geometry characterised by bent parts
    • H01L23/49555Cross section geometry characterised by bent parts the bent parts being the outer leads
    • 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
    • H01L23/49562Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00
    • 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
    • H01L23/49575Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • 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
    • 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
    • H01L2224/29199Material of the matrix
    • H01L2224/2929Material of the matrix with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • 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
    • 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
    • H01L2224/32245Disposition 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 metallic
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material 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
    • H01L2224/45117Material 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 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material 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
    • H01L2224/45138Material 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
    • H01L2224/45144Gold (Au) 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material 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
    • H01L2224/45138Material 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
    • H01L2224/45147Copper (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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48105Connecting bonding areas at different heights
    • H01L2224/48108Connecting bonding areas at different heights the connector not being orthogonal to a side surface of the semiconductor or solid-state body, e.g. fanned-out connectors, radial layout
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting 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
    • H01L2224/48221Connecting 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
    • H01L2224/48245Connecting 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 metallic
    • H01L2224/48247Connecting 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 metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting 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
    • H01L2224/48221Connecting 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
    • H01L2224/48245Connecting 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 metallic
    • H01L2224/48257Connecting 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 metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/4905Shape
    • H01L2224/49051Connectors having different shapes
    • H01L2224/49052Different loop heights
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49171Fan-out arrangements
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/495Material
    • H01L2224/49505Connectors having different materials
    • 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
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • 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
    • 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
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire 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
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire 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
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1015Shape
    • H01L2924/1016Shape being a cuboid
    • H01L2924/10161Shape being a cuboid with a rectangular active surface
    • 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
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • 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
    • 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
    • H01L2924/1815Shape
    • 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
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/35Mechanical effects
    • H01L2924/351Thermal stress
    • H01L2924/3511Warping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Ceramic Engineering (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)

Abstract

リードフレームを準備し、そのダイパッド(3)上に電力用半導体素子(5)を固着する。ダイパッド(3)の下面に絶縁膜(9)を介して金属板(8)を固着する。下金型(12a)と上金型(12b)の間のキャビティ(13)内に、インナーリード(1a)、ダイパッド(3)、電力用半導体素子(5)、絶縁膜(9)、及び金属板(8)を配置して封止樹脂(10)により封止する。下金型(12a)は、インナーリード(1a)の下方においてキャビティ(13)の底面に設けられた段差部(14)を有する。段差部(14)の上面の高さはキャビティ(13)内に配置された電力用半導体素子(5)の上面の高さよりも高い。キャビティ(13)内に封止樹脂(10)を注入する際に、金属板(8)の下面はキャビティ(13)の底面に接し、封止樹脂(10)を段差部(14)の上方から電力用半導体素子(5)の上面に向かって下方向に流す。

Description

本発明は、電力用半導体素子を封止樹脂により封止する電力用半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体装置の中でも電力用半導体装置は、鉄道車両、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両、家電機器、産業用機械等において、比較的大きな電力を制御、整流するために利用されている。使用時に電力用半導体素子が発熱するため、電力用半導体装置には素子の放熱性が要求される。また、数百V以上の高電圧が印加されることから装置外部との絶縁が必要となる。
ここで、IPM(Intelligent Power Module)は電力用半導体素子と制御用半導体素子とが一体となったモジュールである。配線材料にリードフレームを用いる場合、電力用半導体素子と制御用半導体素子は物理的に切り離されたダイパッドに実装され、その後金属細線などで電気的に接続することが多い。電力用半導体素子は大電流を通電することから、発熱が大きくモジュールとしての放熱性が求められる。
放熱構造の一つとしてダイパッドの裏面に放熱性の高い絶縁膜を介して金属板を熱圧着し、それらをトランスファーモールドによって成型する構造がある(例えば、特許文献1参照)。
日本特開2004−172239号公報
トランスファーモールドで使用する封止樹脂は熱硬化性であり、熱によって一旦溶融し、その後化学反応によって硬化していく。このため限られた時間内で注入しきらなければならず、特に大面積のパッケージなどでは注入速度を速くする必要があった。しかし、速度を速くして注入すると、ダイパッドとインナーリードをつなぐ曲げ部にかかる流動抵抗が高くなり、ダイパッドが絶縁膜から引き剥がされる力を受ける。このため、ダイパッドと絶縁膜の接着性が不安定となり、絶縁耐圧が低下する。また、電力用半導体素子に対する面圧が下がり、電力用半導体素子とダイパッドの接合強度が弱くなる。この結果、歩留まりが低下する。
絶縁膜の全面がダイパッドと接着するのではなく、配線の都合上、絶縁膜の外周部や一部では接着しない箇所が生じる。このとき接着していない外周部では、絶縁膜と金属板の線膨脹係数差による反りが発生する。絶縁膜は主に樹脂であり、金属よりも線膨脹係数が大きいため、反りは下側に凸形状になる。トランスファーモールドにおいて、反った金属板を下金型に載置すると、金型から浮く部分ができる。このまま樹脂注入すると水平方向に流れる封止樹脂が金属板の下面と下金型との間に入り込んで、樹脂バリが発生する。そして樹脂バリが多い場合は放熱性が低下する。
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、その目的は歩留まりと放熱性を向上させることができる電力用半導体装置及びその製造方法を得るものである。
本発明に係る電力用半導体装置の製造方法は、インナーリードと、前記インナーリードに接続されたアウターリードと、前記インナーリードよりも下方に配置されたダイパッドと、前記インナーリードと前記ダイパッドをつなぐ曲げ部とを有するリードフレームを準備する工程と、前記ダイパッド上に電力用半導体素子を固着する工程と、前記ダイパッドの下面に絶縁膜を介して金属板を固着する工程と、下金型と上金型の間のキャビティ内に前記インナーリード、前記ダイパッド、前記電力用半導体素子、前記絶縁膜、及び金属板を配置して封止樹脂により封止する工程とを備え、前記下金型は、前記インナーリードの下方において前記キャビティの底面に設けられた段差部を有し、前記段差部の上面の高さは前記キャビティ内に配置された前記電力用半導体素子の上面よりも高く、前記キャビティ内に前記封止樹脂を注入する際に、前記金属板の下面は前記キャビティの底面に接し、前記封止樹脂を前記段差部の上方から前記電力用半導体素子の上面に向かって下方向に流すことを特徴とする。
本発明では、封止樹脂を段差部の上方から電力用半導体素子の上面に向かって下方向に流して、ダイパッドを下方に押さえつける。また、段差部を設けることにより曲げ部に対する流動抵抗が低減する。これにより、ダイパッドと絶縁膜の接着性が安定するため、絶縁耐圧が向上する。さらに、電力用半導体素子も押さえつけることで面圧が上がり、電力用半導体素子の直下のダイパッドと絶縁膜の接合強度が高くなる。この結果、歩留まりが向上する。また、段差部を設けることで、樹脂注入の際に封止樹脂が金属板に至るまでに封止樹脂の水平方向の流れが少なくなり、金属板と下金型の間に封止樹脂が入り難くなる。そして、絶縁膜及び金属板を下方に押さえつけて金属板の反りを抑え込むことで、金属板と下金型の間に封止樹脂が更に入り難くなる。このため、金属板の下面の樹脂バリ発生が抑制され、フィンなどの外部冷却器の取り付け時に樹脂バリが介在しないため、放熱性が向上する。
本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置を示す下面図である。 図1のI−IIに沿った断面図である。 本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の内部を示す上面図である。 本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の側面図である。 本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造方法を示す上面図である。 本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造方法を示す拡大断面図である。 比較例に係る電力用半導体装置の製造方法を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態2に係る電力用半導体装置を示す下面図である。 図9のI−IIに沿った断面図である。 本発明の実施の形態2に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置を示す下面図である。 図12のI−IIに沿った断面図である。 本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置の変型例を示す下面図である。 図15のI−IIに沿った断面図である。 本発明の実施の形態4に係る電力用半導体装置を示す下面図である。 本発明の実施の形態4に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態5に係る電力用半導体装置を示す下面図である。 図19のI−IIに沿った断面図である。
本発明の実施の形態に係る電力用半導体装置及びその製造方法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は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置を示す下面図である。図2は図1のI−IIに沿った断面図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の内部を示す上面図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の側面図である。この電力用半導体装置はDIPタイプのパッケージである。
リードフレームはインナーリード1a,1b,1cと、インナーリード1a,1b,1cにそれぞれ接続されたアウターリード2a,2b,2cと、インナーリード1aよりも下方に配置されたダイパッド3と、インナーリード1aとダイパッド3をつなぐ曲げ部4とを有する。インナーリード1a,1bはパワーインナーリードであり、インナーリードは制御インナーリードである。アウターリード2a,2bはパワーアウターリードであり、アウターリード2cはそれぞれと制御アウターリードである。
電力用半導体素子5がダイパッド3上にPbフリーはんだを用いて固着されている。電力用半導体素子5はRC−IGBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)である。制御用半導体素子6がインナーリード1c上に導電性接着剤を用いて固着されている。なお、電力用半導体素子5とダイパッド3の接合にははんだに限らず導電性接着剤などの導電性を有した接合材を用いることができる。
電力用半導体素子5の上面にはエミッタ電極とゲート電極が設けられている。Alワイヤ7aがエミッタ電極とインナーリード1bを接続し、Auワイヤ7bがゲート電極と制御用半導体素子6を接続し、Auワイヤ7cが制御用半導体素子6とインナーリード1cを接続している。なお、AlワイヤやAuワイヤの代わりにCuワイヤを用いてもよい。
金属板8がダイパッド3の下面に放熱性の高い絶縁膜9を介して固着されている。金属板8はCuやAlなどの放熱性の高い材料からなる。絶縁膜9は樹脂と熱伝導性のフィラーの混合物で、絶縁膜9の樹脂は熱可塑性でも熱硬化性であっても接着性を得ることができればよい。フィラーはSiO、Al、BNなど電気絶縁と高熱伝導率が両立すればよい。
封止樹脂10がインナーリード1a,1b,1c、ダイパッド3、電力用半導体素子5、絶縁膜9、Alワイヤ7a、Auワイヤ7b,7c、及び金属板8を封止する。金属板8の下面は封止樹脂10の下面から露出されている。装置両端からアウターリード2a,2b,2cがそれぞれ突出している。インナーリード1a,1bの下方において封止樹脂10の下面に段差部11が設けられている。段差部11における封止樹脂10の下面の高さh1は電力用半導体素子5の上面の高さh2よりも高い。
続いて、本実施の形態に係る電力用半導体装置の製造方法を説明する。図5は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図6は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造方法を示す上面図である。
まず、リードフレームを準備し、そのダイパッド3上にPbフリーはんだを用いて電力用半導体素子5を固着し、インナーリード1c上に導電性接着剤を用いて制御用半導体素子6を固着する。電力用半導体素子5のエミッタ電極とインナーリード1aをAlワイヤ7aにより接続し、電力用半導体素子5のゲート電極と制御用半導体素子6をAuワイヤ7bにより接続し、制御用半導体素子6とインナーリード1cをAuワイヤ7cにより接続する。
予め金属板8がついた半硬化の絶縁膜9をダイパッド3の下面に熱圧着で仮接着させる。ここで半硬化とは、常温では固体であるが、高温ではいったん溶融した後に完全硬化に向かう、硬化が不完全な状態をいう。
次に、図5及び図6に示すように、下金型12aと上金型12bの間のキャビティ13内に、インナーリード1a,1b,1c、ダイパッド3、電力用半導体素子5、Alワイヤ7a、Auワイヤ7b,7c、金属板8、及び絶縁膜9等を配置する。この際にキャビティ13の底面において下金型12aから位置決め用の可動ピン12cを突き出して、金属板8及び絶縁膜9を位置決めする。そして、型締後にアウターリード2a,2b間にある注入ゲートからキャビティ13内に封止樹脂10を注入して、この封止樹脂10により封止する(トランスファーモールド)。この封止樹脂10の注入圧力によって絶縁膜9を完全に熱圧着するとともに封止体を形成する。
樹脂注入では制御用のインナーリード1c上のAuワイヤ7cに対する封止樹脂10の流動抵抗を減らすため、電力用のインナーリード1a,1b側から制御用のインナーリード1c側に向けて封止樹脂10を流す。注入中に位置決め用の可動ピン12cを引き抜き、金型内に静水圧をかける。封止樹脂10が硬化した後に金型の脱型によって離型する。
下金型12aは、インナーリード1aの下方においてキャビティ13の底面に設けられた段差部14を有する。段差部14の上面の高さh1はキャビティ13内に配置された電力用半導体素子5の上面の高さh2よりも高い。キャビティ13内に封止樹脂10を注入する際に、金属板8の下面はキャビティ13の底面に接し、封止樹脂10を段差部14の上方から電力用半導体素子5の上面に向かって下方向に流す。
トランスファーモールド後にアウターリード2a,2b間の注入ゲートに残存した封止樹脂10を封止体から切り離す。封止体の側面には図4に示すような面粗度(Rz)20μm以上のゲート樹脂除去痕15が残る。その後、アウターリード2a,2b,2cに防錆処理などの後加工を施し、所定の形に外形加工する。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較しながら説明する。図7は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造方法を示す拡大断面図である。図8は、比較例に係る電力用半導体装置の製造方法を示す拡大断面図である。本実施の形態では、インナーリード1aの下方においてキャビティ13の底面に段差部14を設けるが、比較例では段差部14を設けない。
比較例では段差部14が無いため、注入した封止樹脂10が絶縁膜9やダイパッド3に対して水平方向(平面方向)に流れる。従って、曲げ部4は封止樹脂10から上向きの流動抵抗を受けるため、樹脂注入中に絶縁膜9からダイパッド3を引き剥がす力が連続的に加わり、絶縁膜9とダイパッド3の接着性が不安定となる。また、電力用半導体素子5に対する面圧が下がり、電力用半導体素子5とダイパッド3の接合強度が弱くなる。水平方向に流れる封止樹脂10が金属板8の下面と下金型との間に入り込んで、樹脂バリが発生する。
一方、本実施の形態では、封止樹脂10を段差部14の上方から電力用半導体素子5の上面に向かって下方向に流してダイパッド3を下方に押さえつける。また、段差部14を設けることにより曲げ部4に対する流動抵抗が低減する。これにより、絶縁膜9とダイパッド3の接着性が安定するため、絶縁耐圧が向上する。さらに、電力用半導体素子5も押さえつけることで面圧が上がり、電力用半導体素子5の直下のダイパッド3と絶縁膜9の接合強度が高くなる。この結果、歩留まりが向上する。
また、段差部14を設けることで、樹脂注入の際に封止樹脂10が金属板8に至るまでに封止樹脂10の水平方向の流れが少なくなり、金属板8と下金型12aの間に封止樹脂10が入り難くなる。そして、絶縁膜9及び金属板8を下方に押さえつけて金属板8の反りを抑え込むことで、金属板8と下金型12aの間に封止樹脂10が更に入り難くなる。このため、金属板8の下面の樹脂バリ発生が抑制され、フィンなどの外部冷却器の取り付け時に樹脂バリが介在しないため、放熱性が向上する。
また、本実施の形態では、インナーリード1aの下方において封止樹脂10の下面に段差部11が設けられている。この段差部11によりアウターリード2a,2bと金属板8との間の沿面距離が長くなるため、電力用半導体装置を小型化することができる。
なお、実施の形態1では下金型12aに可動ピン12cを設ける領域を確保するため、段差部14と金属板8の間を一定の間隔(0.5〜3mm)だけ離す必要がある。従って、製造後の装置において段差部11と金属板8の間に一定の幅の封止樹脂10の底面が必要となる。
実施の形態2.
図9は、本発明の実施の形態2に係る電力用半導体装置を示す下面図である。図10は図9のI−IIに沿った断面図である。図11は、本発明の実施の形態2に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
段差部14と金属板8との間においてキャビティ13の底面に段差部14よりも高さが低い突起16が2個設けられている。この下金型12aの突起16が転写されることで、段差部11と金属板8との間において封止樹脂10の下面に段差部11よりも深さが浅い窪み17が2個設けられる。窪み17の高さは金属板8と絶縁膜9の合計厚みよりも小さいことが望ましい。
下金型12aの突起16に沿って金属板8を位置決めして載置することができるため、実施の形態1で用いた位置決め用の可動ピン12cを無くすことができる。これにより、下金型12a上で可動ピン12cを設ける領域を省略できるため、封止樹脂10の底面の幅を狭くでき、電力用半導体装置を小型化できる。
また、突起16により金属板8の側面と下金型12aとの間隔を更に狭くすることができるため、曲げ部4に対する流動抵抗が更に低減し、絶縁膜9とダイパッド3の接着性が更に安定する。そして、金属板8の下面と下金型12aの底面との間に封止樹脂10が更に入り難くなる。
また、金属板8の側面と下金型12aの段差部14との間隔が場所によって異なると、金属板8への水平方向の流れが不均一となるため樹脂バリの出方がばらつく。そこで、突起16を2個以上にすることが好ましい。そして、金属板8と絶縁膜9を下金型12a上に置いた際に突起16により回転することなく安定して位置固定できる。従って、金属板8の側面と下金型12aの段差部14との間隔が均等になるため、製造ばらつきが小さくなる。突起16を2個以上にした場合には、製造後の装置において封止樹脂10の下面に窪み17が2個以上設けられる。
また、本実施の形態2によれば下金型12a上で可動ピン12cを設ける領域を省略できる。従って、製造後の装置において封止樹脂10の底面の幅を狭くできるため、製品の小型化が可能となる。
実施の形態3.
図12は、本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置を示す下面図である。図13は図12のI−IIに沿った断面図である。図14は、本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
実施の形態2の突起16の代わりに、段差部11と金属板8との間においてキャビティ13の底面に段差部14よりも高さが低い小段差部18が設けられている。この下金型12aの小段差部18が転写されることで、段差部11と金属板8との間において封止樹脂10の下面に段差部11よりも深さが浅い小段差部19が設けられる。小段差部18は窪み17に比べて構造がシンプルで直線的な形状であるため、金型の清掃しやすく、メンテナンス性が向上する。小段差部18の高さは金属板8と絶縁膜9の合計厚みよりも小さいことが望ましい。
図15は、本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置の変型例を示す下面図である。図16は図15のI−IIに沿った断面図である。段差部11と小段差部18の傾斜面をつなげて全体的な傾斜にし、その傾斜を金属板8の近くまで延長する。この場合でも実施の形態3の効果を得ることができる。
実施の形態4.
図17は、本発明の実施の形態4に係る電力用半導体装置を示す下面図である。図18は、本発明の実施の形態4に係る電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図18は図17の装置のI−IIに沿った断面に対応する。
実施の形態1と同様に金属板8の長辺に沿って段差部11が設けられ、それに加えて金属板8の短辺に沿ってキャビティ13の底面において下金型12aに凸部20が設けられている。この下金型12aの凸部20が転写されることで、金属板8の短辺に沿って封止樹脂10の下面のねじ穴付近に凹部21が設けられる。
凸部20により短辺側でも封止樹脂10の水平方向の流れが少なくなるため、金属板8の短辺方向の反りに対しても樹脂バリ発生が抑制される。凸部20の高さ(凹部21の深さ)は金属板8の厚みよりも大きいことが望ましい。
実施の形態5.
図19は、本発明の実施の形態5に係る電力用半導体装置を示す下面図である。図20は図19のI−IIに沿った断面図である。本実施の形態では実施の形態1等の段差部14が金属板8の外周を囲むように設けられている。この下金型12aの段差部14が転写されることで、封止樹脂10の下面において段差部11が金属板8の外周を囲むように設けられる。樹脂注入ゲートを金属板8の短辺側に設けている。このように樹脂注入ゲートをパワーリード側以外の方向に設けた場合でも、段差部14を金属板8の外周を囲むように設けることにより絶縁膜9とダイパッド3の接着性を安定させ、かつ金属板の裏面の樹脂バリを抑制することができる。
なお、電力用半導体素子5は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された電力用半導体素子5は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ電力用半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、電力用半導体装置を高効率化できる。
1a インナーリード、2a アウターリード、3 ダイパッド、4 曲げ部、5 電力用半導体素子、8 金属板、9 絶縁膜、10 封止樹脂、12a 下金型、12b 上金型、13 キャビティ、14 段差部、16 突起、17 窪み、18 小段差部、19 小段差部、20 凸部、21 凹部

Claims (11)

  1. インナーリードと、前記インナーリードに接続されたアウターリードと、前記インナーリードよりも下方に配置されたダイパッドと、前記インナーリードと前記ダイパッドをつなぐ曲げ部とを有するリードフレームを準備する工程と、
    前記ダイパッド上に電力用半導体素子を固着する工程と、
    前記ダイパッドの下面に絶縁膜を介して金属板を固着する工程と、
    下金型と上金型の間のキャビティ内に前記インナーリード、前記ダイパッド、前記電力用半導体素子、前記絶縁膜、及び金属板を配置して封止樹脂により封止する工程とを備え、
    前記下金型は、前記インナーリードの下方において前記キャビティの底面に設けられた段差部を有し、
    前記段差部の上面の高さは前記キャビティ内に配置された前記電力用半導体素子の上面よりも高く、
    前記キャビティ内に前記封止樹脂を注入する際に、前記金属板の下面は前記キャビティの底面に接し、前記封止樹脂を前記段差部の上方から前記電力用半導体素子の上面に向かって下方向に流すことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
  2. 前記下金型は、前記段差部と前記金属板との間において前記キャビティの底面に設けられ、前記段差部よりも高さが低い突起を有することを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置の製造方法。
  3. 前記下金型は、前記段差部と前記金属板との間において前記キャビティの底面に設けられ、前記段差部よりも高さが低い小段差部を有することを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置の製造方法。
  4. 前記金属板の長辺に沿って前記段差部が設けられ、
    前記下金型は、前記金属板の短辺に沿って前記キャビティの底面に設けられた凸部を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電力用半導体装置の製造方法。
  5. 前記段差部は前記金属板の外周を囲むように設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電力用半導体装置の製造方法。
  6. インナーリードと、前記インナーリードに接続されたアウターリードと、前記インナーリードよりも下方に配置されたダイパッドと、前記インナーリードと前記ダイパッドをつなぐ曲げ部とを有するリードフレームと、
    前記ダイパッド上に固着された電力用半導体素子と、
    前記ダイパッドの下面に絶縁膜を介して固着された金属板と、
    前記インナーリード、前記ダイパッド、前記電力用半導体素子、前記絶縁膜、及び金属板を封止する封止樹脂とを備え、
    前記金属板の下面は前記封止樹脂の下面から露出され、
    前記インナーリードの下方において前記封止樹脂の下面に段差部が設けられ、
    前記段差部における前記封止樹脂の下面の高さは前記電力用半導体素子の上面の高さよりも高いことを特徴とする電力用半導体装置。
  7. 前記段差部と前記金属板との間において前記封止樹脂の下面に前記段差部よりも深さが浅い窪みが設けられていることを特徴とする請求項6に記載の電力用半導体装置。
  8. 前記窪みは2個以上設けられていることを特徴とする請求項7に記載の電力用半導体装置。
  9. 前記段差部と前記金属板との間において前記封止樹脂の下面に前記段差部よりも深さが浅い小段差部が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の電力用半導体装置。
  10. 前記金属板の長辺に沿って前記段差部が設けられ、前記金属板の短辺に沿って前記封止樹脂の下面に凹部が設けられていることを特徴とする請求項6〜9の何れか1項に記載の電力用半導体装置。
  11. 前記段差部は前記金属板の外周を囲むように設けられていることを特徴とする請求項6〜9の何れか1項に記載の電力用半導体装置。
JP2016518665A 2014-05-12 2014-05-12 電力用半導体装置及びその製造方法 Active JP6195019B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/062608 WO2015173862A1 (ja) 2014-05-12 2014-05-12 電力用半導体装置及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015173862A1 true JPWO2015173862A1 (ja) 2017-04-20
JP6195019B2 JP6195019B2 (ja) 2017-09-13

Family

ID=54479436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016518665A Active JP6195019B2 (ja) 2014-05-12 2014-05-12 電力用半導体装置及びその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9716072B2 (ja)
JP (1) JP6195019B2 (ja)
KR (1) KR101915873B1 (ja)
CN (1) CN106463420B (ja)
DE (1) DE112014006660B4 (ja)
WO (1) WO2015173862A1 (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6546892B2 (ja) * 2016-09-26 2019-07-17 株式会社 日立パワーデバイス 半導体装置
US10483178B2 (en) * 2017-01-03 2019-11-19 Infineon Technologies Ag Semiconductor device including an encapsulation material defining notches
CN110998812B (zh) 2017-08-23 2023-08-18 三菱电机株式会社 半导体装置的制造方法
US10622274B2 (en) 2017-10-06 2020-04-14 Industrial Technology Research Institute Chip package
JP7030481B2 (ja) * 2017-11-10 2022-03-07 エイブリック株式会社 樹脂封止金型および半導体装置の製造方法
JP7040032B2 (ja) * 2018-01-17 2022-03-23 株式会社デンソー 半導体装置
US20200031661A1 (en) * 2018-07-24 2020-01-30 Invensense, Inc. Liquid proof pressure sensor
CN113261095A (zh) * 2019-01-18 2021-08-13 三菱电机株式会社 半导体装置、半导体装置的制造方法及电力转换装置
JP7090579B2 (ja) * 2019-05-08 2022-06-24 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP7459465B2 (ja) * 2019-08-28 2024-04-02 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP7196815B2 (ja) * 2019-10-23 2022-12-27 三菱電機株式会社 半導体モジュール及び電力変換装置
JP2021145036A (ja) * 2020-03-12 2021-09-24 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
WO2021181678A1 (ja) * 2020-03-13 2021-09-16 三菱電機株式会社 半導体装置および電力変換装置
US11765528B2 (en) * 2020-09-28 2023-09-19 Lite-On Singapore Pte. Ltd. Sensing device and method for packaging the same
JP7479771B2 (ja) * 2020-10-01 2024-05-09 三菱電機株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置
US11764209B2 (en) 2020-10-19 2023-09-19 MW RF Semiconductors, LLC Power semiconductor device with forced carrier extraction and method of manufacture
WO2023058437A1 (ja) * 2021-10-08 2023-04-13 三菱電機株式会社 半導体装置、電力変換装置、および、半導体装置の製造方法
CN116247049B (zh) * 2023-02-28 2024-01-23 海信家电集团股份有限公司 功率模块及具有其的电子设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02152260A (ja) * 1988-12-05 1990-06-12 Fujitsu Ltd 樹脂封止半導体装置およびそれの製造に用いる金型
JPH02260547A (ja) * 1989-03-31 1990-10-23 Polyplastics Co 電子部品の樹脂封止方法、樹脂封止用成形金型及び電子部品封止成形品
JPH09129661A (ja) * 1995-10-31 1997-05-16 Hitachi Ltd 成形装置および成形方法
JP2000138343A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2005109100A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2012059885A (ja) * 2010-09-08 2012-03-22 Denso Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2012060105A (ja) * 2010-08-09 2012-03-22 Renesas Electronics Corp 半導体装置、半導体装置の製造方法、金型、および封止装置
JP2013201290A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4277168B2 (ja) 2002-11-18 2009-06-10 サンケン電気株式会社 樹脂封止型半導体装置及びその製法
JP3854957B2 (ja) * 2003-10-20 2006-12-06 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP4463146B2 (ja) * 2005-05-18 2010-05-12 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP4422094B2 (ja) * 2005-12-12 2010-02-24 三菱電機株式会社 半導体装置
KR101489325B1 (ko) * 2007-03-12 2015-02-06 페어차일드코리아반도체 주식회사 플립-칩 방식의 적층형 파워 모듈 및 그 파워 모듈의제조방법
JP5484372B2 (ja) * 2011-02-14 2014-05-07 三菱電機株式会社 半導体モジュール
JP5720514B2 (ja) * 2011-09-27 2015-05-20 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02152260A (ja) * 1988-12-05 1990-06-12 Fujitsu Ltd 樹脂封止半導体装置およびそれの製造に用いる金型
JPH02260547A (ja) * 1989-03-31 1990-10-23 Polyplastics Co 電子部品の樹脂封止方法、樹脂封止用成形金型及び電子部品封止成形品
JPH09129661A (ja) * 1995-10-31 1997-05-16 Hitachi Ltd 成形装置および成形方法
JP2000138343A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2005109100A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2012060105A (ja) * 2010-08-09 2012-03-22 Renesas Electronics Corp 半導体装置、半導体装置の製造方法、金型、および封止装置
JP2012059885A (ja) * 2010-09-08 2012-03-22 Denso Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2013201290A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014006660T5 (de) 2017-01-19
KR101915873B1 (ko) 2018-11-06
CN106463420A (zh) 2017-02-22
DE112014006660B4 (de) 2019-10-31
KR20160143802A (ko) 2016-12-14
WO2015173862A1 (ja) 2015-11-19
US9716072B2 (en) 2017-07-25
CN106463420B (zh) 2019-07-26
JP6195019B2 (ja) 2017-09-13
US20160343644A1 (en) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6195019B2 (ja) 電力用半導体装置及びその製造方法
US8569890B2 (en) Power semiconductor device module
TWI404177B (zh) 功率半導體電路裝置及其製造方法
JP6183226B2 (ja) 電力用半導体装置の製造方法
WO2017175612A1 (ja) パワーモジュール、パワー半導体装置及びパワーモジュール製造方法
US9691730B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN108604578B (zh) 电力用半导体装置及其制造方法
JP6266168B2 (ja) 半導体装置
JP6699742B2 (ja) 半導体装置
JP2014216459A (ja) 半導体装置
US10325825B2 (en) Semiconductor apparatus
JP6337954B2 (ja) 絶縁基板及び半導体装置
JP2010192591A (ja) 電力用半導体装置とその製造方法
JP4737138B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US11152275B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2014107519A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2012209469A (ja) 電力用半導体装置
JP2018029149A (ja) 電力用半導体装置およびその製造方法
JP2012174747A (ja) パワー半導体モジュールの構造およびその製造方法
US20230045523A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2010141034A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US20230163037A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2014056916A (ja) 半導体装置、および半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20170718

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170731

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6195019

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250