WO2010110445A1 - 半導体装置、半導体装置の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device used as a power conversion device of an electric motor such as an electric vehicle or a hybrid vehicle using an electric motor, a manufacturing apparatus thereof, and a manufacturing method thereof.
- Electric power converters for electric motors such as electric vehicles and hybrid vehicles are composed of a large number of semiconductor power elements, and in order to increase the output of the power converter, each of the semiconductor power elements can cope with high power. It is necessary to do so. However, if the semiconductor power device can cope with the increase in power, the heat generated therewith increases, so the heat must be dissipated.
- the power conversion device in which a semiconductor power element is laminated on a cooler via a heat sink is known.
- the conventional power conversion device is configured to connect the semiconductor power element to the electrode by wire bonding using a surface of the semiconductor power element opposite to the surface that contacts the heat sink. For this reason, the semiconductor power element can radiate heat only on a surface that is not used for wire bonding, and there is a problem that sufficient cooling performance cannot be obtained.
- the semiconductor power element is die-bonded to a metal plate serving as a lower heat sink.
- the surface opposite to the lower heat sink of the semiconductor power element is joined to a metal plate serving as an upper heat sink via a heat sink block made of a metal plate.
- the heat sink block is slightly smaller than the semiconductor power element, and the semiconductor power element is joined to the lead electrode by wire bonding at a portion exposed from the heat sink block.
- the semiconductor device is sealed with a resin except that the surfaces of the lower heat sink and the upper heat sink opposite to the semiconductor power element are exposed and a part of the lead electrode is exposed.
- Patent Document 1 since the semiconductor device described in Patent Document 1 is bonded by die bonding, wire bonding, or the like, there is a disadvantage that the manufacturing process becomes complicated. In addition, the semiconductor device has a disadvantage that thermal conductivity is low and sufficient cooling performance cannot be obtained because the semiconductor power element and each metal plate are joined by solder between the metal plates. There is also.
- a semiconductor element such as a semiconductor power element is sandwiched between a pair of metal plates serving as main electrodes, and the semiconductor element is 2.
- a pressure-contact type semiconductor device that is pressed against the main electrode is known.
- the semiconductor element is made of Si having a pn junction, for example, and the metal plate is made of Cu, for example.
- the semiconductor element is destroyed due to the difference in thermal expansion coefficient between Si and Cu when the metal plate thermally expands due to heat generation of the semiconductor element.
- a pressure contact type semiconductor device is known in which a thermal buffer plate made of Mo is interposed between the semiconductor element and the metal plate (see, for example, Patent Document 2).
- the end face on the anode (or emitter) electrode side of the semiconductor element has the same potential as the cathode (or collector) electrode.
- a gap between the end face on the anode (or emitter) electrode side and the main electrode connected to the anode (or emitter) electrode is reduced.
- discharge or dielectric breakdown may occur between the semiconductor element and the main electrode connected to the cathode (or collector) electrode.
- the discharge and dielectric breakdown can be prevented by increasing the thickness of the thermal buffer plate.
- the semiconductor element since the semiconductor element generates a large amount of heat as a large voltage is applied to the semiconductor device, there is a problem that heat dissipation is reduced when the thickness of the thermal buffer plate is increased.
- the coefficient of thermal expansion of the metal plate can be adjusted by appropriately selecting the material and thickness of the ceramic substrate and the metal plate, which is equivalent to the semiconductor element made of Si.
- the pressure-contact type semiconductor device it is conceivable to use one metal plate of a pair of insulating substrates provided with metal plates on both front and back surfaces as a main electrode, and sandwich the semiconductor element between the main electrodes. In doing so, it is not necessary to interpose a heat buffer plate made of Mo between the semiconductor element and the main electrode, and it is expected that excellent heat dissipation can be obtained.
- the semiconductor device having the above configuration does not use the thermal buffer plate, the gap between the end surface of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and the main electrode connected to the anode (or emitter) electrode is reduced. There is an inconvenience that electric discharge and dielectric breakdown are likely to occur between the semiconductor element and the main electrode.
- FIG. 12 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device 500.
- a semiconductor device including two types of semiconductor elements 503 and 504 is illustrated.
- the semiconductor device 500 is configured by sandwiching both surfaces of these semiconductor elements 503 and 504 between a pair of substrates 501 and sealing with a resin 506 so that a heat radiation surface 502 of a copper plate provided on the surface of each substrate 501 is exposed.
- the semiconductor elements 503 and 504 of the semiconductor device 500 are previously sandwiched between the substrates 501 via various conductive bonding members such as solder and conductive adhesive.
- a lead frame 505 is disposed around the semiconductor elements 503 and 504 inside the resin 506, and the semiconductor elements 503 and 504 are electrically connected to the lead frame 505 in advance via wires or solder. Yes.
- a semiconductor element 503, 504, a pair of substrates 501, and a lead frame 505, which are bonded in advance, is used as a workpiece. It arrange
- a pressure contact type semiconductor device in which the semiconductor elements 503 and 504 and the pair of substrates 501 are electrically connected by pressure contact without using various conductive bonding members such as solder and conductive adhesive is manufactured by conventional semiconductor manufacturing.
- various conductive bonding members such as solder and conductive adhesive
- the pressure-contact type semiconductor device since the pressure-contact type semiconductor device is used in a state where a desired pressure is applied when used as a module, it is necessary to manufacture the device in a state where pressure is applied. Therefore, in the manufacturing process of the pressure contact type semiconductor device, the component parts such as the semiconductor elements 503 and 504, the pair of substrates 501, and the lead frame 505 are arranged in a non-bonded state in the mold, and then these component parts are placed in the upper mold. 510 and the lower mold 511 are brought into pressure contact with the clamping. At this time, if the workpiece thickness H is too large due to the tolerance of each component, a gap is generated between the upper mold 510 and the lower mold 511 during mold clamping, and extra burrs are generated. Furthermore, if the desired pressure is applied in this state, the semiconductor elements 503 and 504 may be overloaded and damaged.
- the amount of the resin 506 flowing into the clearance K on the heat radiation surface 502 increases, and not only the wasteful resin 506 increases, but also the above (5) front / back grinding step. Grinding work becomes difficult. Further, the resin 506 may enter the interface between the components and the electrical / thermal conductivity between the components may deteriorate, and the components may be displaced due to the resin injection pressure when the resin is injected into the cavity 513. is there.
- One or more embodiments of the present invention provide a semiconductor device that is easy to manufacture and has excellent cooling performance, and a method for manufacturing the semiconductor device.
- a semiconductor device includes a pair of insulating substrates having metal plates on both front and back surfaces, and lead electrodes connected to one metal plate, and the lead electrodes of both insulating substrates are connected to each other.
- a resin layer for sealing the semiconductor element and the lead electrode is provided.
- the semiconductor element is sandwiched between the metal plates to which the lead electrodes of the pair of insulating substrates having the metal plates on both the front and back surfaces and the lead electrodes are connected to one of the metal plates,
- the metal plate is in pressure contact.
- the semiconductor element is sealed with the resin layer in a state where the semiconductor element is pressed against the metal plate.
- the semiconductor element is reliably pressed against the metal plate provided with the lead electrode, and can be electrically connected without wire bonding. Further, the semiconductor element is securely pressed against the metal plate, and the surface of the metal plate opposite to the semiconductor element of the insulating substrate provided with the metal plate is exposed from the resin layer. The heat generated by the element can be easily dissipated.
- the insulating substrate can be easily adjusted in linear expansion coefficient by providing metal plates on both front and back surfaces. Therefore, when the insulating substrate expands due to heat generation of the semiconductor element, the insulating substrate can expand following the expansion of the semiconductor element, and the semiconductor element is not damaged.
- the semiconductor element may be sandwiched between the pair of insulating substrates and sealed with resin, the number of components can be reduced and the device can be easily manufactured.
- the insulating substrate may be a ceramic substrate.
- excellent thermal conductivity can be obtained, and the linear expansion coefficient can be more easily adjusted by providing metal plates on both the front and back surfaces.
- the ceramic substrate may be made of one kind of ceramic selected from the group consisting of Si 3 N 4 , AlN, and Al 2 O 3 .
- the metal plate may be made of any one of Cu and Al.
- the insulating substrate can adjust the coefficient of linear expansion particularly easily by the combination of the ceramic substrate and the metal plate.
- the semiconductor device includes a semiconductor element, the lead electrodes of a pair of insulating substrates having a metal plate on both front and back surfaces and a lead electrode connected to one metal plate.
- a step of clamping between the connected metal plates, and a state where the semiconductor element held between the metal plates to which the lead electrodes are connected is pressed against each metal plate, The metal plate surface and a part of the lead electrode are exposed, and the insulating substrate, the semiconductor element, and the lead electrode are sealed with a resin layer.
- the pair of insulating substrates are pressed in the direction of the semiconductor element.
- the metal plate to which the lead electrode of each insulating substrate is connected is more reliably brought into pressure contact with the semiconductor element. Therefore, the semiconductor element can be more reliably pressed against the metal plate provided with the lead electrode to be electrically connected, and heat generated by the semiconductor element can be radiated more easily.
- a semiconductor device module includes a semiconductor device, heat dissipation means stacked on each insulating substrate of the semiconductor device, and a plurality of heat dissipation means via the semiconductor device.
- a laminated body formed by laminating and a pressing structure that presses the laminated body and presses a pair of insulating substrates against the semiconductor element by each heat sink.
- one or more embodiments of the present invention provide excellent heat dissipation and a gap between an end surface of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and a main electrode connected to the anode (or emitter) electrode.
- a semiconductor device that ensures insulation and has excellent electrical reliability.
- a semiconductor device includes a pair of insulating substrates each having a metal plate on both front and back sides and having one metal plate as a main electrode and a lead electrode connected to the main electrode; A semiconductor element sandwiched between and in pressure contact with the main electrode of each insulating substrate, and a surface of the metal plate opposite to the main plate of each insulating substrate. And a resin layer that exposes a part of each lead electrode and seals each insulating substrate, the semiconductor element, and each lead electrode.
- the main electrode of one of the insulating substrates includes a raised portion that protrudes from a surrounding portion as a connection portion to the anode (or emitter) electrode of the semiconductor element.
- the semiconductor device having the above structure is a semiconductor in which one metal plate of a pair of insulating substrates having metal plates on both front and back surfaces is used as a main electrode, and is sandwiched between the metal plates used as the main electrode and is in pressure contact with the main electrode The device is provided. According to such a configuration, since no thermal buffer plate is interposed between each metal plate serving as the main electrode and the semiconductor element, excellent heat dissipation even when a large voltage is applied to the semiconductor device. Can be obtained.
- the semiconductor device having the structure includes a resin layer that seals the insulating substrates, the semiconductor elements, and the lead electrodes, and the main electrode of one of the insulating substrates is an anode of the semiconductor elements.
- As a connection to the (or emitter) electrode there is a raised portion protruding from the surrounding portion. For this reason, a space distance sufficient for insulation is provided between the end face of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and the metal plate connected to the anode (or emitter) electrode as the main electrode by the raised portion. Can be secured.
- the semiconductor device of the present invention is sealed by the resin layer, the end face of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and the metal connected to the anode (or emitter) electrode as the main electrode Between the plates, the resin layer is filled without a gap. Therefore, it is possible to secure insulation between the end face of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and the metal plate connected to the anode (or emitter) electrode, and to obtain excellent electrical reliability.
- the raised portion may be raised from the entire metal plate serving as the main electrode, or may be provided with a groove portion around and raised from the groove portion.
- the height of the raised portion may be a height that provides sufficient insulation between the end surface of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and the portion around the raised portion. It is not necessary to have a high height.
- the raised portion ensures a sufficient spatial distance for insulation between the end surface of the semiconductor element on the anode (or emitter) electrode side and the metal plate connected to the anode (or emitter) electrode as the main electrode. be able to. Therefore, as the resin for forming the resin layer, even if a general-purpose relatively inexpensive resin is used, the anode (or emitter) electrode side end surface of the semiconductor element and the anode (or emitter) electrode are used as the main electrode. Sufficient insulation can be obtained between the metal plates to be connected.
- Examples of the resin that forms the resin layer include one resin selected from the group consisting of polyphenylene sulfide-based resins, polyimide-based resins, and polyamide-based resins.
- one or more embodiments of the present invention provide a semiconductor device manufacturing apparatus and manufacturing method that can satisfactorily manufacture a pressure-contact type semiconductor device sealed with resin.
- a semiconductor device manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is sandwiched between a pair of substrates and sealed with a resin is provided between the pair of substrates.
- a pair of openable and closable molds in which a work placed in a non-bonded state is disposed and a cavity filled with resin is formed, and a movable member that enters the cavity from one of the molds and presses the work .
- the workpiece is pressed by the movable member to inject resin into the cavity while pressing the semiconductor element with each of the substrates, thereby sealing the substrate and the semiconductor element.
- the movable member may include a pressing surface that contacts and presses the heat radiating surface of the substrate. According to this, since the contact surface of the movable member is in contact with the heat radiating surface of the substrate at the time of resin injection, the resin does not enter the surface of the heat radiating surface, and the grinding removes the resin covering the heat radiating surface after resin sealing. Work becomes unnecessary.
- a mechanism for keeping the pressing force of the movable member constant during the resin injection into the cavity may be provided. According to this, since the pressing force of the movable member is kept constant during the resin injection, the movable member is not pushed back by the resin injection pressure. Thereby, it is possible to reliably prevent the positional deviation between the component parts and the entry of the resin into the component part interface due to the resin injection.
- a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor device is manufactured by sandwiching a semiconductor element between a pair of substrates and sealing them with a resin is provided in a pair of molds that can be opened and closed.
- the work is pressed by the movable member to inject the resin into the cavity while sealing each of the substrates and the semiconductor element. Even if there are tolerances in the component parts such as elements and the thickness of the workpiece varies, the tolerance variation is absorbed by the pressing of the movable member. As a result, a pressure-contact type semiconductor device sealed with a resin can be manufactured satisfactorily. Also, by providing a pressing surface that the movable member contacts and presses against the heat dissipation surface of the substrate, it prevents the resin from entering the surface of the heat dissipation surface of the substrate and removes the resin that covers the heat dissipation surface after resin sealing. Can be made unnecessary.
- FIG. 1 is an explanatory sectional view showing a semiconductor device according to a first exemplary embodiment of the present invention. It is a side view which shows a part of semiconductor device module using the semiconductor device which concerns on the typical Example of this invention as a cross section. It is explanatory sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 2nd typical example of this invention.
- FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a main electrode connected to an anode (or emitter) electrode of a semiconductor element in the semiconductor device shown in FIG. 3. It is explanatory sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 3rd typical example of this invention.
- FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a main electrode connected to an anode (or emitter) electrode of a semiconductor element in the semiconductor device shown in FIG. 3. It is explanatory sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 3rd typical example of this invention.
- FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a main electrode connected to an anode (or emitter) electrode of a semiconductor element in the semiconductor device shown in FIG. 5. It is a figure which shows the structure of the semiconductor manufacturing apparatus which concerns on the 4th typical Example of this invention. It is a figure which expands and shows the cavity of a metal mold
- a semiconductor power element 102 as a semiconductor element is sandwiched between a pair of insulating substrates 103a and 103b.
- the insulating substrate 103a includes metal plates 105a and 106a on both the front and back surfaces of the ceramic substrate 104a.
- the insulating substrate 103b includes metal plates 105b and 106b on both the front and back surfaces of the ceramic substrate 104b.
- wiring patterns 107a and 107b are formed by etching corresponding to the electrode portions of the semiconductor power element 102 in advance.
- a lead electrode 108a is connected to the wiring pattern 107a.
- a lead electrode 810b is connected to the wiring pattern 107b.
- the lead electrodes 108a and 108b are connected to the wiring patterns 107a and 107b by, for example, ultrasonic bonding.
- the lead electrode 108a is a gate electrode, for example, and the lead electrode 108b is an emitter electrode, for example.
- a lead electrode 108c is connected to the metal plate 105b of the insulating substrate 103b.
- the lead electrode 108c is connected to the metal plate 105b by, for example, ultrasonic bonding.
- the lead electrode 108c is, for example, a collector electrode.
- the insulating substrates 103a and 103b are in pressure contact with the semiconductor power element 102 through the metal plates 105a and 105b to which the lead electrodes 108a, 108b and 108c are connected.
- the semiconductor device 101 is sealed with a resin layer 109 in a state where the metal plates 105 of the insulating substrates 103 a and 103 b are in pressure contact with the semiconductor power element 102.
- the surfaces of the metal plates 106 a and 106 b provided on the opposite sides of the insulating substrates 103 a and 103 b to the semiconductor power element 102 and the end portions of the lead electrodes 108 a, 108 b and 108 c are exposed from the resin layer 109. .
- the ceramic substrates 104a and 104b one made of one ceramic selected from the group consisting of Si 3 N 4 , AlN, and Al 2 O 3 can be used.
- the metal plates 105a, 105b, 106a, 106b one made of any one of Cu and Al can be used.
- the metal plates 105a, 105b, 106a, 106b made of Cu are known as DCB (Direct Copper Bonding) substrates.
- the semiconductor power element 102 is securely pressed against the metal plates 105a and 105b including the lead electrodes 108a, 108b, and 108c. Can take. Further, in the semiconductor device 101, the semiconductor power element 102 is surely pressed against the metal plates 105a and 105b, and the surfaces of the metal plates 106a and 106b provided on the opposite sides of the insulating substrates 103a and 103b to the semiconductor power element 102. Is exposed from the resin layer 109. Therefore, the heat generated by the semiconductor power element 102 can be easily radiated through the metal plates 105a and 105b, the ceramic substrates 104a and 104b, and the metal plates 106a and 106b, and excellent cooling performance can be obtained.
- the insulating substrates 103a and 103b include the metal plates 105a, 105b, 106a, and 106b on the front and back surfaces of the ceramic substrates 104a and 104b, the linear expansion coefficients of the insulating substrates 103a and 103b can be easily adjusted. . Therefore, when the insulating substrates 103a and 103b expand due to heat generation of the semiconductor power element 102, the insulating substrates 103a and 103b can expand following the expansion of the semiconductor power element 102, and damage to the semiconductor power element 102 can be prevented.
- the semiconductor device 101 can be easily manufactured by reducing the number of components because the semiconductor power element 102 may be sandwiched between the pair of insulating substrates 103a and 103b and sealed with resin.
- the metal plate 105 a of the insulating substrate 103 a is etched to form wiring patterns 107 a and 107 b corresponding to the electrode portions of the semiconductor power element 102. Formation of the wiring patterns 107a and 107b by etching the metal plate 105a can be performed by a method known per se.
- the lead electrodes 108a and 108b are bonded to the wiring patterns 107a and 107b formed on the insulating substrate 103a by, for example, ultrasonic bonding.
- the lead electrode 108c is bonded to the metal plate 105b of the insulating substrate 103b by, for example, ultrasonic bonding.
- the semiconductor power element 102 is disposed between the wiring patterns 107a and 107b formed on the insulating substrate 103a and the metal plate 105b of the insulating substrate 103b. Then, the wiring patterns 107a and 107b and the metal plate 105b are placed in pressure contact with the semiconductor power element 2 and are arranged at predetermined positions in the cavity of an insert molding die (not shown). Then, the molten resin is injected into the cavity to form the resin layer 109, thereby completing the semiconductor device 101. The surfaces of the metal plates 106a and 106b of the insulating substrates 103a and 103b and the end portions of the lead electrodes 108a, 108b, and 108c are exposed from the resin layer 109.
- the insulating substrates 103a and 3b are preferably pressed against the semiconductor power element 102 through the metal plates 106a and 106b.
- the wiring patterns 107a and 107b formed on the insulating substrate 103a and the metal plate 105b of the insulating substrate 103b are more reliably pressed against the semiconductor power element 102, and electrical and thermal bonding is performed. Can be good.
- the semiconductor device 101 can be applied to the power control unit (PCU) 111 shown in FIG. 2, for example.
- the PCU 111 is a semiconductor module, and is used, for example, as a power conversion device for an electric motor (motor) such as an electric vehicle or a hybrid vehicle using an electric motor.
- the semiconductor device 101 is shown with the internal structure of the semiconductor power element 102, the insulating substrates 103a and 103b omitted.
- a plurality of heat dissipating means 112 are stacked via the semiconductor device 101 therebetween to form a stacked body 113.
- the heat dissipating means 112 includes a large number of fins. For example, by supplying cold air from the side surface of the PCU 211, heat can be exchanged with the fins to cool the semiconductor device 101. Further, the heat radiating means 112 may exchange heat with the fins using a refrigerant such as cold water.
- the stacked body 113 is disposed on the capacitor unit 114 so that the stacking direction thereof coincides with the length direction of the capacitor unit 114.
- a lead electrode 108 b as an emitter electrode and a lead electrode 108 c as a collector electrode of each semiconductor device 101 are connected to the capacitor unit 114.
- the capacitor unit 114 is connected in parallel between a power supply device (not shown) such as a battery and each semiconductor device 1, and is a three-phase motor (not shown) via connection terminals 115 a, 115 b, 115 c. )It is connected to the.
- the capacitor unit 114 has a function of smoothing the pulsation of the drive current of the three-phase motor and reducing a surge voltage when each semiconductor device 1 is switched.
- an end plate 116 is disposed at the end of the laminated body 113, and a pressurizing mechanism 117 is interposed between the end plate 116 and the heat radiating means 112.
- the end plate 116 is provided with bolts 118 that fix the heat dissipating means 112 and the end plate 116 outside the semiconductor device 101.
- the end plate 116 presses the insulating substrates 103a and 103b of each semiconductor device 101 in the direction of the semiconductor power element 102 with the bolt 118 via the pressurizing mechanism 117 and each heat dissipating means 112, and press-contacts the semiconductor power element 102. It is supposed to be.
- a pressing structure is formed in which the laminated body 113 is pressed by the end plate 116, the pressurizing mechanism 117, and the bolt 118, and the insulating substrates 103 a and 103 b are pressed into contact with the semiconductor power element 102 by the heat radiating means 112. Yes.
- control substrate 119 is provided above the stacked body 113, and a lead electrode 108 a as a gate electrode of each semiconductor device 101 is connected to the control substrate 119.
- the PCU 111 controls the operation of each semiconductor device 101 by the control board 119, increases the power supplied from the power supply device, and supplies it to the three-phase motor.
- each semiconductor device 101 forming the stacked body 113 is pressed by the end plate 116 with the insulating substrates 103a and 103b being pressed against the semiconductor power element 102 via the pressurizing mechanism 117 and each heat radiation means 112 as described above. It has come to be. As a result, the wiring patterns 107a and 107b formed on the insulating substrate 103a and the metal plate 105b of the insulating substrate 103b are pressed against the semiconductor power element 102, and a good electrical connection can be obtained. And excellent cooling performance can be obtained.
- a semiconductor power element 202 as a semiconductor element is sandwiched between a pair of insulating substrates 203 and 204.
- the insulating substrate 203 includes metal plates 206 and 207 on both front and back surfaces of the ceramic substrate 205.
- the metal plate 206 is connected to the anode (or emitter) electrode 202a (hereinafter abbreviated as the anode electrode 202a) of the semiconductor power element 202 as a main electrode.
- a lead electrode 208 is connected to the metal plate 206.
- the insulating substrate 204 includes metal plates 210 and 211 on both the front and back surfaces of the ceramic substrate 209.
- the metal plate 210 is connected to the cathode (or collector) electrode 202b of the semiconductor power element 202 as a main electrode.
- a lead electrode 212 is connected to the metal plate 210.
- the semiconductor device 201a is sealed with a resin layer 213 in a state where the semiconductor power element 202 is pressed against the metal plates 206 and 210 serving as main electrodes. However, the surfaces of the metal plates 207 and 211 provided on the opposite side of the metal plates 206 and 210 of the insulating substrates 203 and 204 and the end portions of the lead electrodes 208 and 212 are exposed from the resin layer 213.
- the ceramic substrates 205 and 209 may be made of one kind of ceramic selected from the group consisting of Si 3 N 4 , AlN, and Al 2 O 3 .
- the metal plates 205, 206, 210, 211 those made of any one of Cu and Al can be used.
- the metal plates 205, 206, 210, and 211 made of Cu are known as DCB (Direct Copper Bonding) substrates.
- the resin layer 213 places the semiconductor power element 202 sandwiched between the insulating substrates 203 and 204 via the metal plates 206 and 210 at a predetermined position in the cavity of the insert molding die (not shown), for example. It can be formed by mounting and injecting molten resin into the cavity.
- the resin that forms the resin layer 213 include one type of resin selected from the group consisting of polyphenylene sulfide-based resins, polyimide-based resins, and polyamide-based resins.
- the metal plate 206 includes a raised portion 206a as shown in FIGS.
- the metal plate 206 is connected to the anode electrode 202a of the semiconductor power element 202 by a raised portion 206a.
- the raised portion 206a is formed so as to be raised with respect to the surrounding portion 206b.
- the portion 206b is formed flush with the lead electrode 208.
- the metal plate 206 provided with the raised portions 206a can be formed by a method known per se such as etching, press working, laser processing or the like.
- the semiconductor device 201a As a result, in the semiconductor device 201a, a sufficient spatial distance for insulation is ensured between the end surface of the semiconductor power element 202 where the anode electrode 202a is formed and the surface of the portion 206b around the raised portion 206a. Further, the resin for forming the resin layer 213 is filled without a gap between the end surface of the semiconductor power element 202 where the anode electrode 202a is formed and the surface of the portion 206b around the raised portion 206a.
- the semiconductor device 201a it is possible to secure insulation between the end surface of the semiconductor power element 202 where the anode electrode 202a is formed and the metal plate 206, and to obtain excellent electrical reliability.
- the metal plate 206 includes a groove 206c around the raised portion 206a, and the surface of the raised portion 206a is flush with the surface of the lead electrode 208.
- the semiconductor device 201a has the same configuration as that of the semiconductor device 201a of the second exemplary embodiment shown in FIG.
- the metal plate 206 including the raised portions 206a and the groove portions 206c can be formed by a method known per se such as etching, press working, laser processing or the like.
- the semiconductor device 201b As a result, in the semiconductor device 201b, a sufficient spatial distance for insulation is ensured between the end surface where the anode electrode 202a of the semiconductor power element 202 is formed and the bottom surface of the groove 206c around the raised portion 206a. Further, the resin for forming the resin layer 213 is filled without a gap between the end surface of the semiconductor power element 202 where the anode electrode 202a is formed and the bottom surface of the groove 206c around the raised portion 206a.
- the semiconductor device 201b it is possible to ensure insulation between the end face where the anode electrode 202a of the semiconductor power element 202 is formed and the metal plate 206, and to obtain excellent electrical reliability.
- FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the semiconductor manufacturing apparatus 1 according to the fourth exemplary embodiment.
- the semiconductor manufacturing apparatus 1 is configured as a cylinder drive type transfer molding apparatus, and includes a top platen 3 and a movable platen 5.
- the mold 7 includes a pair of upper and lower upper molds 9 and 11 that can be opened and closed.
- the upper die 9 has an upper die cavity block 13 and an upper die space block 15 and is fixed to the top platen 3 via an upper die base block 17.
- the lower mold 11 has a lower mold cavity block 19 and a lower mold space block 21, and is fixed to the movable platen 5 via a lower mold base block 23.
- the movable platen 5 is moved up and down by a drive mechanism (not shown) such as a servo motor, and the mold 7 is clamped / opened.
- a pot 25 is arranged in the mold 7, and a plunger 27 is provided corresponding to the pot 25.
- the plunger 27 is supported by a transfer unit 29 having a driving mechanism such as a hydraulic cylinder, for example, and is slidably inserted into the pot 25.
- the pot 25 communicates with a cavity 33 (see FIG. 8) formed in the mold 7 through a communication path 31, and resin is injected into the cavity 33 through the communication path 31.
- FIG. 8 is an enlarged view showing the cavity 33 of the mold 7.
- components of the semiconductor device 71 including the IGBT element 72 as a semiconductor element are arranged as a workpiece.
- a movable core arrangement port 37 is opened in the upper mold cavity block 13 directly above the semiconductor device 71 as a workpiece, and a movable core 39 is provided in the movable core arrangement port 37 so as to be able to enter the cavity 33. It has been.
- the movable core 39 presses the semiconductor device 71, which is a workpiece, when the resin is sealed in the cavity 33 from above with a predetermined load, and is connected to the movable core drive mechanism 41 as shown in FIG.
- the movable core drive mechanism 41 is a mechanism for supplying the movable core 39 with hydraulic pressure for pressing the semiconductor device 71 in the cavity 33 with a predetermined load.
- the movable core drive mechanism 41 includes a hydraulic system 51 including a pressurized oil storage tank 45, a hydraulic pump 47, and a hydraulic cylinder 49, and a drive rod that transmits pressure output from the hydraulic cylinder 49 to the movable core 39. 53.
- the hydraulic system 51 includes a resin pressure sensor 55 for detecting the resin pressure in the cavity 33 and two pressure sensors for detecting the pressure of the hydraulic cylinder 49 in order to control the load on the semiconductor device 71 in the cavity 33.
- the load of the movable core 39 is at least a load range in which the press contact type semiconductor device 71 can be formed. If this load is set to a value larger than the load that can be applied during actual use of the semiconductor device 71, for example, the semiconductor device 71 that can withstand the load-bearing test is manufactured, and the yield can be increased.
- FIG. 9 is an exploded view of the semiconductor device 71 manufactured by the semiconductor manufacturing apparatus 1.
- the semiconductor device 71 shown in the figure is configured as a power device that drives a motor mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle, and commutates the load current of the motor in addition to the IGBT element 72 as an example of the semiconductor element.
- FWD element 73 (FWD: Free Wheel Diode) is provided.
- the IGBT element 72 and the FWD element 73 are arranged on the emitter surface DCB substrate 74 (DCB: Direct Copper Bonding) contacting the emitter surface of the IGBT element 72 and the collector surface DCB substrate 75 contacting the collector surface. It is sandwiched and sealed with resin 76.
- DCB Direct Copper Bonding
- the emitter-side DCB substrate 74 and the collector-side DCB substrate 75 are formed by replacing the highly-conductive ceramic substrate 77 with the highly conductive copper circuit substrate 78 (FIG. 8) and the collector copper circuit substrate 79, respectively.
- a copper plate 80 is joined to the opposite surface.
- the emitter surface DCB substrate 74 is provided with connection terminals 81 and 82 connected to the emitter copper circuit substrate 78, and the collector surface DCB substrate 75 is provided with a connection terminal 83 connected to the collector copper circuit substrate 79. ing.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process using the semiconductor manufacturing apparatus 1.
- the manufacturing process of the semiconductor device 71 includes (1) a component mounting process, (2) a mold clamping process, (3) a resin injection process, and (4) a mold release process.
- (1) In the component mounting process the components constituting the semiconductor device 71 are arranged as a workpiece on the mold 7 which is heated and kept warm.
- connection terminals of the semiconductor device 71 are further formed with connection terminals 81-83.
- An emitter surface lead frame 85 and a collector surface lead frame 86 are included.
- the emitter surface lead frame 85 and the collector surface lead frame 86 are formed by appropriately providing portions to be the connection terminals 81 to 83 on the inner edge of the rectangular frame body.
- the collector surface lead frame 86 is provided with connection terminals 81 and 82 whose tip portions extend to the emitter copper circuit board 78 and are in pressure contact with each other.
- a connection terminal 83 having a tip extending to the collector copper circuit board 79 and being in pressure contact therewith is provided.
- the IGBT element 72, the FWD element 73, the emitter surface DCB substrate 74 provided with the emitter surface lead frame 85, and the collector surface DCB substrate 75 provided with the collector surface lead frame 86 are not attached to the mold 7. Arranged as a workpiece in the joined state.
- the upper mold 9 and the lower mold 11 are clamped.
- each component arranged in the cavity 33 by the movable core drive mechanism 41 is pre-pressurized by the movable core 39 (2-1), and then the lower mold 11 is pressurized and clamped (2-2).
- (1) by pressing each component with the movable core 39 immediately after the component mounting step displacement of each component in a non-joined state is prevented.
- the tolerance of the component parts is absorbed by the pressing of the movable core 39 and the thickness of the workpiece can be kept constant, there is no gap between the upper mold 9 and the lower mold 11 during mold clamping. .
- the resin 76 is sealed in the cavity 33. That is, first, the load of the movable core 39 is kept constant by increasing each component including the IGBT element 72 and the FWD element 73 to a predetermined value that can be pressed, and then the transfer unit 29 is driven to inject the resin 76. Start (3-1) and fill the cavity 33 with resin 76 to complete resin injection (3-2). In the resin injection step (3), the mold is prevented from being opened with respect to the resin injection pressure by continuously applying pressure with the lower mold 11.
- the movable core 39 presses the bottom surface (contact surface) 39A against the heat radiation surface 80A of the copper plate 80 as shown in FIG. To do.
- the movable core 39 is formed in a shape that contacts at least the entire heat radiation surface 80A. Therefore, in the resin injection step (3), the resin 76 does not enter the surface of the heat radiating surface 80A when the resin 76 is injected into the cavity 33, and the heat radiating surface 80A after the (4) mold release step described later. There is no need to provide a cutting process for exposing the.
- the heat radiating surface 80A may be a part or the whole of the surface of the copper plate 80.
- the bottom surface 39A of the movable core 39 has a dimension that covers and presses at least the entire heat radiating surface 80A of the surface of the copper plate 80, so that a cutting process for exposing the heat radiating surface 80A is unnecessary. become.
- the movable core 39 maintains the load at a predetermined value by the feedback control of the movable core drive mechanism 41, and the occurrence of pushing back with respect to the resin injection pressure is prevented. Thereby, it is possible to reliably prevent the positional deviation of the component due to the resin injection pressure and the resin 76 from entering the component interface. In addition, the pressure contact between the components can be ensured.
- the semiconductor device 71 which is a workpiece sealed with the resin 76, is released from the mold 7. That is, after the mold 7 is opened, the eject pin 91 is passed through the lower mold cavity block 19 of the lower mold 11 to extrude the semiconductor device 71 (4-1). Next, the frame portions of the emitter surface lead frame 85 and the collector surface lead frame 86 are cut while leaving the connection terminals 81, 82, 83 (4-2), whereby the semiconductor device 71 sealed with the resin 76 is completed. (4-3).
- the semiconductor device manufacturing apparatus and manufacturing method (1) after the component parts of the semiconductor device 71 serving as the work in the cavity 33 are arranged in the component arranging step (2) In the mold clamping step, the workpiece is pressed by the movable core 39. (3) In the resin injection step, the emitter surface DCB substrate 74 and the collector surface DCB substrate 75 are respectively pressed against the cavity 33 while pressing the IGBT element 72 and the FWD element 73. The resin 76 is injected and sealed.
- the resin 76 Since the bottom surface 39A of the movable core 39 is in contact with the entire heat radiation surface 80A and presses the workpiece, the resin 76 does not enter the surface of the heat radiation surface 80A when the resin is injected. This eliminates the need for conventional grinding work for removing the resin 76 covering the heat radiation surface 80A after resin sealing.
- the pressing force of the movable core 39 is kept constant during the resin injection into the cavity 33, the movable core 39 is not pushed back by the resin injection pressure. Thereby, it is possible to reliably prevent the positional deviation between the component parts due to the resin injection and the resin 76 from entering the interface of the component parts.
- the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the fourth exemplary embodiment described above show only one aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied within the scope of the present invention.
- the upper core 9 is provided with the movable core 39.
- the configuration is not limited thereto, and the lower mold 11 may be provided with the movable core 39.
- the present invention can be used for a semiconductor device in which both surfaces of a semiconductor element are sandwiched between a pair of substrates and sealed with a resin, and the manufacture thereof.
- Semiconductor device 102 ... Semiconductor power elements 103a, 103b ... Insulating substrates 104a, 104b ... Ceramic substrates 105a, 105b, 106a, 106b ... Metal plates 108a, 108b, 108c ... lead electrode 109 ... resin layer 111 ... power control unit (PCU) 112 ... Heat dissipation means 113 ... Laminated body 116 ... End plate 117 ... Pressure mechanism 118 ... Bolts 201a, 201b ... Semiconductor device 202 ... Semiconductor power element 202a ... Anode (or emitter) electrodes 203, 204 ... Insulating substrates 205, 206, 210 211 ... Metal plate 206a ... Raised portion 206c ... Groove 208, 212 ... Lead electrode 213 ... Resin layer
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Abstract
半導体装置は、表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板と、両絶縁基板の該リード電極が接続されている金属板の間に挟持されて、該金属板に圧接される半導体素子と、該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを封止する樹脂層と、を有する。
Description
本発明は、例えば、電気自動車や電動機を用いるハイブリッド車等の電動機の電力変換装置として用いられる半導体装置、および、その製造装置とその製造方法に関するものである。
電気自動車やハイブリッド車等の電動機の電力変換装置は、多数の半導体パワー素子から構成されており、前記電力変換装置を高出力化するためには、前記半導体パワー素子のそれぞれを大電力に対応できるようにする必要がある。ところが、前記半導体パワー素子は、大電力化に対応できるようにすると、これに伴って発生する熱も増大するので、該熱を放熱しなければならない。
従来、冷却器上に放熱板を介して半導体パワー素子を積層した前記電力変換装置が知られている。しかし、前記従来の電力変換装置は、前記半導体パワー素子の放熱板に接触する面とは反対側の面を用いて、ワイヤボンディングにより該半導体パワー素子を電極に接続する構成となっている。このため、前記半導体パワー素子は、ワイヤボンディングに用いられない面でしか放熱することができず、十分な冷却性能が得られないという問題がある。
前記問題を解決するために、前記半導体パワー素子の表裏両面を1対のヒートシンクで挟持した構成を備える半導体装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
前記半導体装置では、前記半導体パワー素子が、下側ヒートシンクとなる金属板にダイボンディングされる。一方、前記半導体パワー素子の前記下側ヒートシンクと反対側の面が、金属板からなるヒートシンクブロックを介して上側ヒートシンクとなる金属板に接合されている。前記ヒートシンクブロックは、前記半導体パワー素子より一回り小さく、該半導体パワー素子は、該ヒートシンクブロックから露出する部分で、ワイヤボンディングによりリード電極に接合されている。
そして、前記半導体パワー素子と各金属板との間、各金属板同士の間はハンダにより接合されている。また、前記半導体装置は、下側ヒートシンク及び上側ヒートシンクの前記半導体パワー素子と反対側の面を露出させると共に、前記リード電極の一部を露出させた以外は、樹脂で封止されている。
しかしながら、前記特許文献1記載の半導体装置は、ダイボンディング、ワイヤボンディング等により接合されているので製造工程が煩雑になるという不都合がある。また、前記半導体装置は、前記半導体パワー素子と各金属板との間、各金属板同士の間はハンダにより接合されているので熱伝導性が低くなり、十分な冷却性能が得られないという不都合もある。
また、前記のような電気自動車やハイブリッド車等の電動機の電力変換装置に利用される半導体装置として、半導体パワー素子等の半導体素子を主電極となる一対の金属板で挟持し、該半導体素子が該主電極に圧接されるようにした圧接型半導体装置が知られている。
前記圧接型半導体装置において、前記半導体素子は例えばpn接合を有するSiからなり、前記金属板は例えばCuにより構成される。このとき、前記半導体素子を前記金属板で直接挟持すると、該半導体素子の発熱により該金属板が熱膨張したときに、SiとCuとの熱膨張係数の相違から、該半導体素子が破壊されるおそれがある。そこで、前記半導体素子と前記金属板との間に、Moからなる熱緩衝板を介在させるようにした圧接型半導体装置が知られている(例えば特許文献2参照)。
前記圧接型半導体装置において、前記半導体素子はそのアノード(またはエミッタ)電極側の端面がカソード(またはコレクタ)電極と同電位になる。また、前記半導体素子は、アノード(またはエミッタ)電極側の端面と、該アノード(またはエミッタ)電極に接続される主電極との間の間隙が小さくなる。この結果、前記半導体装置に大電圧が印加された場合には、該半導体素子と、前記カソード(またはコレクタ)電極に接続される主電極との間で放電や絶縁破壊が生じることがある。
前記放電や絶縁破壊は、前記熱緩衝板の厚さを大きくすることにより防止することができる。しかし、前記半導体素子は、前記半導体装置に大電圧が印加されることに伴って発熱量も大になるので、前記熱緩衝板の厚さを大きくすると、放熱性が低下するという問題がある。
一方、前記SiとCu等の金属板との熱膨張係数の相違を低減するために、セラミックス基板等の絶縁基板の表裏両面にCu等の金属板を備える材料が知られている。このような材料によれば、前記セラミックス基板及び前記金属板の材質、厚さ等を適宜選択することにより、該金属板の熱膨張係数を調整することができ、前記Siからなる半導体素子と同等の熱膨張係数とすることができる。
そこで、前記圧接型半導体装置において、表裏両面に金属板を備える一対の絶縁基板の一方の金属板を主電極として、該主電極の間に前記半導体素子を挟持させることが考えられる。このようにするときには、前記半導体素子と前記主電極との間に、Moからなる熱緩衝板を介在させる必要がないので、優れた放熱性を得ることができると期待される。
しかしながら、前記構成の半導体装置では前記熱緩衝板を用いないため、前記半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に接続される主電極との間隙が小さくなり、該半導体素子と該主電極との間に放電や絶縁破壊が起きやすくなるという不都合がある。
また、前記の半導体装置においては、半導体素子の絶縁を図り、また、水分や埃から半導体素子を守るために、半導体素子を樹脂で封止している。(例えば、特許文献3参照)。図12は、半導体装置500の製造工程を示す図である。なお、同図では、2種の半導体素子503、504を備えた半導体装置を例示している。一般に、半導体装置500は、これら半導体素子503、504の両面を一対の基板501で挟み、各基板501の表面に設けた銅板の放熱面502が露出するように樹脂506で封止して構成される。このとき半導体装置500の半導体素子503、504は、半田や導電性接着剤などの各種導電性接合部材を介して基板501に予め挟み付けられている。また、樹脂506の内部にて半導体素子503、504の周囲にはリードフレーム505が配置され、半導体素子503、504が、リードフレーム505に対してワイヤや半田を介して予め電気的に接続されている。
このような半導体装置500を樹脂で封止して製造する際には、図12に示すように、半導体素子503、504、一対の基板501及びリードフレーム505の各々を予め接合したものをワークとして上金型510及び下金型511の間に配置し((1)部材配置工程)、これら上金型510及び下金型511を型締めする((2)型締工程)。そして、キャビティ513に樹脂506を注入し((3)樹脂注入工程)、キャビティ513に充填された樹脂506を硬化させた後、型開きする((4)型開工程)。このとき、(2)型締工程に示すように、ワークの厚みHに生じる公差等により、上金型510の内面510Aとワークの放熱面502の間にクリアランスKを設ける必要がある。このため、樹脂注入時に、クリアランスKに樹脂506が流れ込むため、型開後には放熱面502が樹脂506にて覆われた状態となる。このため、(4)型開工程の後に、ワークの表裏を研削して樹脂506を除去することで放熱面502を露出させる((5)表裏研削工程)。以上の工程を経て、完成形態の半導体装置500が製造される。
しかしながら、半導体素子503、504及び一対の基板501を、半田や導電性接着剤などの各種導電性接合部材を用いることなく、圧接により電気的に接続する圧接型の半導体装置を、従来の半導体製造方法を用いて製造すると、次のような問題が生じる。
すなわち、圧接型の半導体装置は、モジュールとして使用される際に、所望の圧力をかけた状態で使用されるため、これを製造する際にも圧力をかけた状態で製造する必要がある。そこで、圧接型の半導体装置の製造工程においては、半導体素子503、504や一対の基板501、リードフレーム505等の構成部品を非接合状態で金型に配置した後、これら構成部品を上金型510と下金型511の型締めに伴って圧接することとなる。このとき、各構成部品の公差により、ワークの厚みHが大きすぎた場合には、型締め時に、上金型510と下金型511の間に隙間が生じ余分なバリが発生する。さらに、この状態で上記の所望の圧力を加えると半導体素子503、504に荷重がかかり過ぎて破損させる虞がある。
これとは逆にワークの厚みHが小さすぎた場合には、放熱面502の上のクリアランスKに樹脂506が流れ込む量が多くなり、無駄な樹脂506が増えるばかりか上記(5)表裏研削工程での研削作業が大変になる。さらに、構成部品界面に樹脂506が入り込み構成部品間の電気・熱の伝導性が悪くなることもあり、また、キャビティ513への樹脂注入時に樹脂注入圧によって構成部品同士が位置ズレを生じる虞もある。
本発明の一以上の実施例は、製造容易で優れた冷却性能を備える半導体装置及びその製造方法を提供する。
本発明の一以上の実施例によれば、半導体装置は、表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板と、両絶縁基板の該リード電極が接続されている金属板の間に挟持されて、該金属板に圧接される半導体素子と、該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを封止する樹脂層と、を備える。
上記構造の半導体装置では、半導体素子が、表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板の該リード電極が接続されている金属板の間に挟持されて、該金属板に圧接されている。また、前記半導体素子が前記金属板に圧接された状態で、前記樹脂層により封止されている。
従って、前記半導体素子が、前記リード電極を備える前記金属板に確実に圧接されており、ワイヤボンディングによらずに電気的接合を取ることができる。また、前記半導体素子が、前記金属板に確実に圧接されており、該金属板を備える前記絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面が前記樹脂層から露出しているので、該半導体素子の発生する熱を容易に放熱することができる。
また、前記絶縁基板は、表裏両面に金属板を備えることにより、線膨張係数を容易に調整することができる。従って、前記絶縁基板は、前記半導体素子の発熱により膨張したときに、該半導体素子の膨張に追随して膨張することができ、該半導体素子を損傷することがない。
そして、前記半導体素子を前記一対の絶縁基板で挟持して樹脂封止すればよいので、部品点数を低減して容易に製造することができる。
前記絶縁基板は、セラミックス基板であってもよい。前記絶縁基板は、セラミックス基板であることにより、優れた熱伝導性を得ることができると共に、表裏両面に金属板を備えることにより、線膨張係数をさらに容易に調整することができる。
前記セラミックス基板は、Si3N4、AlN、Al2O3からなる群から選択される1種のセラミックスからなってもよい。前記金属板は、CuまたはAlのいずれか1種の金属からなってもよい。前記絶縁基板は、前記セラミックス基板と前記金属板との組み合わせにより、線膨張係数を特に容易に調整することができる。
また、本発明の一以上の実施例によれば、半導体装置は、半導体素子を、表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板の該リード電極が接続された金属板間に挟持する工程と、該リード電極が接続された金属板間に挟持された該半導体素子を各金属板に圧接した状態で、該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを樹脂層により封止する工程とを備える製造方法により、製造される。
また、前記構造の半導体装置を使用するときに、前記一対の絶縁基板が前記半導体素子方向に押圧される。このようにすることにより、前記各絶縁基板の前記リード電極が接続された金属板が、さらに確実に前記半導体素子に圧接される。従って、前記半導体素子が、前記リード電極を備える前記金属板にさらに確実に圧接されて電気的接合を取ることができると共に、該半導体素子の発生する熱をさらに容易に放熱することができる。
また、本発明の一以上の実施例によれば、半導体装置モジュールは、半導体装置と、該半導体装置の各絶縁基板に積層される放熱手段と、複数の該放熱手段を該半導体装置を介して積層して形成された積層体と、該積層体を押圧して、各放熱板により一対の絶縁基板を該半導体素子に圧接する押圧構造とを備える。
さらに、本発明の一以上の実施例は、優れた放熱性を備えると共に、半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に接続される主電極との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を備える半導体装置を提供する。
本発明の一以上の実施例によれば、半導体装置は、表裏両面に金属板を備え一方の金属板を主電極とすると共に、該主電極に接続されたリード電極を備える一対の絶縁基板と、各絶縁基板の該主電極とされる金属板の間に挟持されて、該主電極に圧接されている半導体素子と、各絶縁基板の該主電極とされる金属板と反対側の金属板表面と、各リード電極の一部とを露出して、各絶縁基板と該半導体素子と各リード電極とを封止する樹脂層とを備える。一方の該絶縁基板の該主電極は、該半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備える。
前記構造の半導体装置は、表裏両面に金属板を備える一対の絶縁基板の一方の金属板を主電極として、該主電極とされる金属板の間に挟持されて、該主電極に圧接されている半導体素子を備える。このような構成によれば、前記主電極とされる各金属板と前記半導体素子との間に熱緩衝板が介在しないので、前記半導体装置に大電圧が印加されたときにも優れた放熱性を得ることができる。
また、前記構造の半導体装置は、前記各絶縁基板と前記半導体素子と前記各リード電極とを封止する樹脂層とを備えると共に、一方の該絶縁基板の前記主電極は、該半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備える。このため、前記隆起部により該半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に前記主電極として接続される前記金属板との間に絶縁に十分な空間距離を確保することができる。
しかも、本発明の半導体装置は前記樹脂層により封止されているので、該半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に前記主電極として接続される前記金属板との間には、前記前記樹脂層が空隙なく充填されている。従って、前記半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に接続される金属板との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を得ることができる。
前記隆起部は、前記主電極となる金属板全体から隆起していてもよく、周囲に溝部を備え、該溝部に対して隆起する構成を備えているものであってもよい。また、前記隆起部の高さは、前記半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と、該隆起部の周囲の部分とで、十分な絶縁性が得られる高さであればよく、過剰な高さを備える必要はない。
前記隆起部により、前記半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に前記主電極として接続される前記金属板との間に絶縁に十分な空間距離を確保することができる。従って、前記樹脂層を形成する樹脂としては、汎用の比較的安価な樹脂を用いても、前記半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極側の端面と該アノード(またはエミッタ)電極に前記主電極として接続される前記金属板との間で、十分な絶縁性を得ることができる。
前記樹脂層を形成する樹脂として、例えば、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される1種の樹脂を挙げることができる。
また、本発明の一以上の実施例は、樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる半導体装置の製造装置及び製造方法を提供する。
本発明の一以上の実施例によれば、半導体素子を一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造装置は、前記一対の基板の間に前記半導体素子を非接合状態で配置したワークが配置され樹脂を充填するキャビティが形成された開閉可能な一対の金型と、前記金型の一方から前記キャビティ内に進入して前記ワークを押圧する可動部材と、を備える。前記可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体素子を圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して、基板と半導体素子とが封止される。
前記構造の製造装置では、キャビティにワークを配置した後、可動部材でワークを押圧して基板のそれぞれと半導体素子を圧接しつつキャビティに樹脂を注入して封止する。このため、半導体素子等などの構成部品に公差がありワークの厚みにバラツキが生じていても可動部材で加圧されるため、その公差のバラツキが吸収される。すなわち、ワークが厚い場合でも、型締時に金型に隙間が生じることがない。また、ワークが薄い場合であっても、構成部品同士が可動部材で押圧されているため、樹脂注入に伴って位置ズレが発生することがなく、さらに構成部品界面に樹脂が入り込むこともない。これにより、樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる。
前記可動部材は、前記基板の放熱面に接触して押圧する押圧面を備えても良い。これによれば、樹脂注入時には、可動部材の接触面が基板の放熱面に接触しているから、放熱面の表面に樹脂が入り込むことがなく、樹脂封止後に放熱面を覆う樹脂を取り除く研削作業が不要となる。
前記キャビティへの樹脂注入の間、前記可動部材の押圧力を一定に維持する機構を備えても良い。これによれば、樹脂注入の間、可動部材の押圧力が一定に維持されるため、樹脂注入圧により可動部材が押し戻されることがない。これにより、樹脂注入に伴う構成部品間の位置ズレや構成部品界面への樹脂の入り込みを確実に防止することができる。
また、本発明の一以上の実施例によれば、半導体素子を一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造方法は、開閉可能な一対の金型に形成したキャビティに、前記一対の基板の間に前記半導体素子を非接合状態で配置したワークを配置する工程と、前記金型を型締めする工程と、前記金型の一方から前記キャビティ内に進入可能に設けた可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体素子を圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して封止する工程と、を有する。この方法によれば、ワークが厚い場合でも、型締時に金型に隙間が生じることがない。またワークが薄い場合であっても、樹脂注入に伴って位置ズレが発生することがなく、さらに構成部品界面に樹脂が入り込むこともない。これにより、樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる。
前記の製造装置および製造方法によれば、キャビティにワークを配置した後、可動部材でワークを押圧して基板のそれぞれと半導体素子を圧接しつつキャビティに樹脂を注入して封止するため、半導体素子等などの構成部品に公差がありワークの厚みにバラツキが生じていても、その公差のバラツキが可動部材の押圧により吸収される。これにより樹脂で封止した圧接型の半導体装置を良好に製造することができる。また、可動部材が基板の放熱面に接触して押圧する押圧面を備えることで、基板の放熱面の表面への樹脂に入り込みを防止し、樹脂封止後に放熱面を覆う樹脂を取り除く研削作業を不要とすることができる。また、キャビティへの樹脂注入の間、可動部材の押圧力を一定に維持する機構を備える構成とすることで、樹脂注入圧により可動部材が押し戻されることを防止し、樹脂注入に伴う構成部品間の位置ズレや構成部品界面への樹脂の入り込みを確実に防止することができる。
その他の特徴および効果は、実施例の記載および添付のクレームより明白である。
添付の図面を参照しながら本発明の典型的実施例についてさらに詳しく説明する。
<第一典型的実施例>
図1に示すように、第一典型的実施例の半導体装置101において、半導体素子としての半導体パワー素子102が、一対の絶縁基板103a,103bにより挟持されている。絶縁基板103aは、セラミックス基板104aの表裏両面に金属板105a,106aを備える。絶縁基板103bは、セラミックス基板104bの表裏両面に金属板105b,106bを備える。
図1に示すように、第一典型的実施例の半導体装置101において、半導体素子としての半導体パワー素子102が、一対の絶縁基板103a,103bにより挟持されている。絶縁基板103aは、セラミックス基板104aの表裏両面に金属板105a,106aを備える。絶縁基板103bは、セラミックス基板104bの表裏両面に金属板105b,106bを備える。
絶縁基板103aの金属板105aには、予め半導体パワー素子102の電極部に対応して、エッチングにより配線パターン107a,107bが形成されている。配線パターン107aにはリード電極108aが接続されている。配線パターン107bにはリード電極810bが接続されている。各リード電極108a,108bは、例えば、超音波接合により配線パターン107a,107bに接続されている。リード電極108aは例えばゲート電極となり、リード電極108bは例えばエミッタ電極となる。
絶縁基板103bの金属板105bには、リード電極108cが接続されている。リード電極108cは、例えば、超音波接合により金属板105bに接続されている。ここで、リード電極108cは例えばコレクタ電極となる。
絶縁基板103a,103bは、リード電極108a,108b,108cが接続されている金属板105a,105bを介して半導体パワー素子102に圧接されている。そして、半導体装置101は、絶縁基板103a,103bの金属板105が半導体パワー素子102に圧接された状態で、樹脂層109により封止されている。ただし、絶縁基板103a,103bの半導体パワー素子102と反対側に備えられた金属板106a,106bの表面と、各リード電極108a,108b,108cの端部とは、樹脂層109から露出されている。
セラミックス基板104a,104bとして、Si3N4、AlN、Al2O3からなる群から選択される1種のセラミックスからなるものを用いることができる。また、金属板105a,105b,106a,106bとして、CuまたはAlのいずれか1種の金属からなるものを用いることができる。前記絶縁基板103a,103bにおいて、金属板105a,105b,106a,106bがCuからなるものはDCB(Direct Copper Bonding)基板として公知である。
第一典型的実施例の半導体装置101では、半導体パワー素子102が、リード電極108a,108b,108cを備える金属板105a,105bに確実に圧接されているので、ワイヤボンディングによらずに電気的接合を取ることができる。また、半導体装置101では、半導体パワー素子102が、金属板105a,105bに確実に圧接されており、絶縁基板103a,103bの半導体パワー素子102と反対側に備えられた金属板106a,106bの表面が樹脂層109から露出している。従って、半導体パワー素子102の発生する熱を、金属板105a,105b、セラミックス基板104a,104b、金属板106a,106bを介して容易に放熱することができ、優れた冷却性能を得ることができる。
また、絶縁基板103a,103bが、セラミックス基板104a,104bの表裏両面に金属板105a,105b,106a,106bを備えているので、絶縁基板103a,103bの線膨張係数を容易に調整することができる。従って、絶縁基板103a,103bは、半導体パワー素子102の発熱により膨張したときに、半導体パワー素子102の膨張に追随して膨張することができ、半導体パワー素子102の損傷を防止することができる。
そして、半導体装置101は、半導体パワー素子102を一対の絶縁基板103a,103bで挟持して樹脂封止すればよいので、部品点数を低減して容易に製造することができる。
次に、半導体装置101の製造方法について説明する。
半導体装置101を製造するときには、まず、絶縁基板103aの金属板105aにエッチングを施し、半導体パワー素子102の電極部に対応する配線パターン107a,107bを形成する。金属板105aのエッチングによる配線パターン107a,107bの形成は、それ自体公知の方法により行うことができる。
次に、絶縁基板103aに形成された配線パターン107a,107bにリード電極108a,108bを、例えば、超音波接合により接合する。次に、絶縁基板103bの金属板105bにリード電極108cを、例えば、超音波接合により接合する。
次に、絶縁基板103aに形成された配線パターン107a,107bと、絶縁基板103bの金属板105bとの間に半導体パワー素子102を配設する。そして、半導体パワー素子2に配線パターン107a,107bと金属板105bとが、圧接された状態で、インサート成形金型(図示せず)のキャビティ内の所定の位置に配置される。そして、キャビティに溶融樹脂を射出して、樹脂層109を形成することにより、半導体装置101を完成する。尚、絶縁基板103a,103bの金属板106a,106bの表面と、各リード電極108a,108b,108cの端部は、樹脂層109から露出されている。
半導体装置101を使用するときには、金属板106a,106bを介して絶縁基板103a,3bを半導体パワー素子102に押圧することが好ましい。このようにすることにより、絶縁基板103aに形成された配線パターン107a,107bと、絶縁基板103bの金属板105bとが、さらに確実に半導体パワー素子102に圧接され、電気的接合及び熱的接合を良好にすることができる。
次に、第一典型的実施例の半導体装置101の使用例について説明する。(なお、第二典型的実施例の半導体装置201a、第三典型的実施例の半導体装置201b、および、第四典型的実施例の半導体装置71も、以下の使用例において、第一典型的実施例の半導体装置101と同様に使用可能である。)半導体装置101は、例えば、図2に示すパワーコントロールユニット(PCU)111に適用することができる。PCU111は半導体モジュールであり、例えば、電気自動車や電動機を用いるハイブリッド車等の電動機(モータ)の電力変換装置として用いられる。尚、図2において、半導体装置101は半導体パワー素子102、絶縁基板103a,103b等の内部構造を省略して示している。
PCU111は、複数の放熱手段112がその間に半導体装置101を介して積層されて積層体113を形成している。放熱手段112は、多数のフィンを備えており、例えば、PCU211の側面から冷風を供給することにより該フィンと熱交換し、半導体装置101を冷却することができる。また、放熱手段112は、冷水等の冷媒により前記フィンと熱交換するようにしてもよい。
積層体113は、その積層方向がコンデンサ・ユニット114の長さ方向に一致するように、コンデンサ・ユニット114上に配設されている。そして、各半導体装置101のエミッタ電極としてのリード電極108bと、コレクタ電極としてのリード電極108cとがコンデンサ・ユニット114に接続されている。
コンデンサ・ユニット114は、バッテリ等の電源装置(図示せず)と、各半導体装置1との間に並列に接続されると共に、接続端子115a,115b,115cを介して三相モータ(図示せず)に接続されている。ここで、コンデンサ・ユニット114は、前記三相モータの駆動電流の脈動を平滑化すると共に、各半導体装置1がスイッチングする際のサージ電圧を低減する機能を備えている。
また、積層体113の端部にはエンドプレート116が配設されており、エンドプレート116と、放熱手段112との間には加圧機構117が介装されている。エンドプレート116には、半導体装置101の外方で各放熱手段112とエンドプレート116とを固定するボルト118が設けられている。そして、エンドプレート116は、ボルト118により、加圧機構117、各放熱手段112を介して、各半導体装置101の絶縁基板103a,103bを半導体パワー素子102方向に押圧し、半導体パワー素子102に圧接するようになっている。即ち、PCU111では、エンドプレート116、加圧機構117、ボルト118により、積層体113を押圧して、各放熱手段112により絶縁基板103a,103bを半導体パワー素子102に圧接する押圧構造が形成されている。
さらに、積層体113の上方には、制御基板119が設けられており、制御基板119には各半導体装置101のゲート電極としてのリード電極108aが接続されている。
次に、PCU111の作動について説明する。PCU111は、制御基板119により各半導体装置101の作動を制御して、前記電源装置から供給される電力を大電力化して、前記三相モータに供給する。
このとき、積層体113を形成する各半導体装置101は、前述のように、エンドプレート116により、加圧機構117、各放熱手段112を介して、絶縁基板103a,103bが半導体パワー素子102に押圧されるようになっている。この結果、絶縁基板103aに形成された配線パターン107a,107bと、絶縁基板103bの金属板105bとが、半導体パワー素子102に圧接され、良好な電気的接合を得ることができると共に、良好な熱的接合を得て優れた冷却性能を得ることができる。
<第二典型的実施例>
図3に示すように、第二典型的実施例の半導体装置201aにおいて、半導体素子としての半導体パワー素子202が、一対の絶縁基板203,204により挟持されている。絶縁基板203は、セラミックス基板205の表裏両面に金属板206,207を備える。金属板206が主電極として半導体パワー素子202のアノード(またはエミッタ)電極202a(以下、アノード電極202aと略記する)に接続される。金属板206に、リード電極208が接続される。
図3に示すように、第二典型的実施例の半導体装置201aにおいて、半導体素子としての半導体パワー素子202が、一対の絶縁基板203,204により挟持されている。絶縁基板203は、セラミックス基板205の表裏両面に金属板206,207を備える。金属板206が主電極として半導体パワー素子202のアノード(またはエミッタ)電極202a(以下、アノード電極202aと略記する)に接続される。金属板206に、リード電極208が接続される。
絶縁基板204は、セラミックス基板209の表裏両面に金属板210,211を備える。金属板210が主電極として半導体パワー素子202のカソード(またはコレクタ)電極202bに接続される。金属板210に、リード電極212が接続される。
半導体装置201aは、主電極となる金属板206,210に半導体パワー素子202が圧接された状態で、樹脂層213により封止されている。ただし、絶縁基板203,204の金属板206,210と反対側に備えられた金属板207,211の表面と、各リード電極208,212の端部とは、樹脂層213から露出されている。
半導体装置201aにおいて、セラミックス基板205,209として、Si3N4、AlN、Al2O3からなる群から選択される1種のセラミックスからなるものを用いることができる。また、金属板205,206,210,211として、CuまたはAlのいずれか1種の金属からなるものを用いることができる。前記絶縁基板203,204において、金属板205,206,210,211がCuからなるものはDCB(Direct Copper Bonding)基板として公知である。
また、樹脂層213は、例えば、金属板206,210を介して絶縁基板203,204に挟持された状態の半導体パワー素子202をインサート成形金型(図示せず)のキャビティ内の所定の位置に装着し、該キャビティに溶融樹脂を射出することにより形成することができる。樹脂層213を形成する樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される1種の樹脂を挙げることができる。
半導体装置201aでは、金属板206は、図3,4に示すように隆起部206aを備えている。金属板206は、隆起部206aにより半導体パワー素子202のアノード電極202aに接続されている。隆起部206aは、周囲の部分206bに対して隆起して形成されている。部分206bはリード電極208と面一に形成されている。隆起部206aを備える金属板206は、エッチング、プレス加工、レーザー加工等のそれ自体公知の方法により形成することができる。
この結果、半導体装置201aでは、半導体パワー素子202のアノード電極202aが形成されている端面と、隆起部206aの周囲の部分206bの表面との間に、絶縁に十分な空間距離が確保される。また、半導体パワー素子202のアノード電極202aが形成されている端面と、隆起部206aの周囲の部分206bの表面との間には、樹脂層213を形成する前記樹脂が空隙無く充填されている。
従って、半導体装置201aでは、半導体パワー素子202のアノード電極202aが形成されている端面と、金属板206との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を得ることができる。
<第三典型的実施例>
図5に示すように、第三典型的実施例の半導体装置201bにおいて、金属板206が隆起部206aの周囲に溝部206cを備え、かつ、隆起部206aの表面がリード電極208の表面と面一になるように形成されている以外は、図3に示す第二典型的実施例の半導体装置201aと全く同一の構成を備えている。隆起部206a及び溝部206cを備える金属板206は、エッチング、プレス加工、レーザー加工等のそれ自体公知の方法により形成することができる。
図5に示すように、第三典型的実施例の半導体装置201bにおいて、金属板206が隆起部206aの周囲に溝部206cを備え、かつ、隆起部206aの表面がリード電極208の表面と面一になるように形成されている以外は、図3に示す第二典型的実施例の半導体装置201aと全く同一の構成を備えている。隆起部206a及び溝部206cを備える金属板206は、エッチング、プレス加工、レーザー加工等のそれ自体公知の方法により形成することができる。
この結果、半導体装置201bでは、半導体パワー素子202のアノード電極202aが形成されている端面と、隆起部206aの周囲の溝部206cの底面との間に、絶縁に十分な空間距離が確保される。また、半導体パワー素子202のアノード電極202aが形成されている端面と、隆起部206aの周囲の溝部206cの底面との間には、樹脂層213を形成する前記樹脂が空隙無く充填されている。
従って、半導体装置201bでは、半導体パワー素子202のアノード電極202aが形成されている端面と、金属板206との間の絶縁を確保し、優れた電気的信頼性を得ることができる。
<第四典型的実施例>
図7は、第四典型的実施例に係る半導体製造装置1の構成を示す図である。この半導体製造装置1は、シリンダ駆動式トランスファー成型装置として構成され、トッププラテン3と、可動プラテン5とを備える。金型7は、上下一対の開閉可能な上型9及び下型11を備える。上型9は、上型キャビティブロック13及び上型スペースブロック15を有し、上型ベースブロック17を介してトッププラテン3に固定されている。下型11は、下型キャビティブロック19及び下型スペースブロック21とを有し、下型ベースブロック23を介して可動プラテン5に固定されている。可動プラテン5は、サーボモータ等の図示せぬ駆動機構により上下動されて金型7の型締め/型開きが行われる。
図7は、第四典型的実施例に係る半導体製造装置1の構成を示す図である。この半導体製造装置1は、シリンダ駆動式トランスファー成型装置として構成され、トッププラテン3と、可動プラテン5とを備える。金型7は、上下一対の開閉可能な上型9及び下型11を備える。上型9は、上型キャビティブロック13及び上型スペースブロック15を有し、上型ベースブロック17を介してトッププラテン3に固定されている。下型11は、下型キャビティブロック19及び下型スペースブロック21とを有し、下型ベースブロック23を介して可動プラテン5に固定されている。可動プラテン5は、サーボモータ等の図示せぬ駆動機構により上下動されて金型7の型締め/型開きが行われる。
金型7にはポット25が配され、このポット25に対応してプランジャ27が設けられている。プランジャ27は、例えば油圧シリンダ等の駆動機構を備えるトランスファユニット29により支持されてポット25内を摺動可能に挿入される。上記ポット25は連通路31を介して金型7に形成したキャビティ33(図8参照)に連通し、該連通路31を通じて樹脂がキャビティ33に注入される。
図8は、金型7のキャビティ33を拡大して示す図である。キャビティ33には、半導体素子たるIGBT素子72等を含む半導体装置71の構成部品がワークとして配置される。さらに、上型キャビティブロック13には、ワークたる半導体装置71の真上に位置して可動コア配置口37が開口し、この可動コア配置口37には可動コア39がキャビティ33に進入自在に設けられている。この可動コア39は、キャビティ33への樹脂封入時にワークたる半導体装置71を上側から所定の荷重で押圧するものであり、図7に示すように、可動コア駆動機構41に接続されている。
可動コア駆動機構41は、キャビティ33内の半導体装置71を所定の荷重で押圧するための油圧を可動コア39に供給するための機構である。具体的には、可動コア駆動機構41は、加圧オイル貯留タンク45、油圧ポンプ47、油圧シリンダ49を備える油圧システム51と、この油圧シリンダ49が出力する圧力を可動コア39に伝達する駆動ロッド53とを備えている。油圧システム51は、キャビティ33内の半導体装置71への荷重を制御するために、キャビティ33内の樹脂圧力を検出する樹脂圧力センサ55と、油圧シリンダ49の圧力を検出するための2つの圧力センサ57A、57Bと、これらの圧力センサ57A、57Bの信号を増幅する増幅器(圧力センサAMP)59A、59Bと、樹脂圧力センサ55及び圧力センサ57A、57Bの検出値に基づいて、加圧荷重を所定値にフィードバック制御する油圧コントローラ61とを備えている。可動コア39の荷重は、少なくとも圧接型の半導体装置71を形成可能な荷重範囲とされる。なお、この荷重を例えば、該半導体装置71の実使用時に加わり得る荷重よりも大きな値に設定した場合には、耐荷重試験に耐え得る半導体装置71が製造され歩留まりを高めることができる。
図9は、半導体製造装置1で製造する半導体装置71の分解図である。同図に示す半導体装置71は、電動車両やハイブリット車両に搭載されたモータを駆動するパワーデバイスとして構成されており、半導体素子の一例たるIGBT素子72の他に、モータの負荷電流を転流するためのFWD素子73(FWD: Free Wheel Diode)を備えている。これらIGBT素子72及びFWD素子73は、共に並置された状態でIGBT素子72のエミッタ面に接触するエミッタ面DCB基板74(DCB: Direct Copper Bonding)と、コレクタ面に接触するコレクタ面DCB基板75に挟み込まれ、樹脂76で封止される。
エミッタ面DCB基板74及びコレクタ面DCB基板75は、高電気絶縁性のセラミック基板77に高熱伝導性及び高導電性を有するエミッタ用銅回路基板78(図8)及びコレクタ用銅回路基板79をそれぞれ直接接合して構成されており、さらに、反対側の面には銅板80が接合されている。樹脂封止後の半導体装置71においては、表裏面から銅板80の一部或いは全部が樹脂76から露出して露出した箇所が放熱面80A(図8)として機能する。またエミッタ面DCB基板74には、エミッタ用銅回路基板78に接続する接続端子81及び82が設けられ、コレクタ面DCB基板75には、コレクタ用銅回路基板79に接続する接続端子83が設けられている。
これらの接続端子81~83とエミッタ用銅回路基板78及びコレクタ用銅回路基板79の間、及び、IGBT素子72及びFWD素子73と、エミッタ用銅回路基板78及びコレクタ用銅回路基板79の間は、ワイヤや半田を使用せずに、外部から加圧圧接されることで圧接状態で電気的に結合されており、圧接型の半導体装置71として構成される。
次いで、この圧接型の半導体装置71を半導体製造装置1で製造する工程について図10を参照して説明する。図10は、半導体製造装置1を用いた製造工程を示す図である。この図に示すように、半導体装置71の製造工程には、(1)部品搭載工程、(2)型締工程、(3)樹脂注入工程、及び、(4)離型工程が含まれている。各工程について詳述すると、(1)部品搭載工程では、半導体装置71を構成する構成部品が加熱保温された金型7にワークとして配置される。
半導体装置71の構成部品には、図11に示すように、上記IGBT素子72、FWD素子73、エミッタ面DCB基板74及びコレクタ面DCB基板75の他に、さらに、接続端子81~83を形成するためのエミッタ面リードフレーム85及びコレクタ面リードフレーム86が含まれている。これらエミッタ面リードフレーム85及びコレクタ面リードフレーム86は、矩形の枠体の内縁に上記接続端子81~83となる部位を適宜に設けて成り、エミッタ面リードフレーム85には、図11の(B)に示すように、先端部がエミッタ用銅回路基板78まで延びて圧接される接続端子81、82が設けられ、同じくコレクタ面リードフレーム86には、図11の(C)に示すように、先端部がコレクタ用銅回路基板79まで延びて圧接される接続端子83が設けられている。
これらの構成部品を金型7に配置する上記(1)部品搭載工程では、図4に示すように、先ず、下型11に、エミッタ面DCB基板74と、エミッタ面リードフレーム85及びコレクタ面リードフレーム86を搭載して位置決めする(1-1)。次いで、エミッタ面DCB基板74のエミッタ用銅回路基板78の上にIGBT素子72及びFWD素子73をそれぞれ所定位置に位置決めし(1-2)、次いで、これらを覆うようにコレクタ面DCB基板75を載せて位置決めする(1-3)。以上の作業によって、IGBT素子72、FWD素子73、エミッタ面リードフレーム85が設けられたエミッタ面DCB基板74、コレクタ面リードフレーム86が設けられたコレクタ面DCB基板75のそれぞれが金型7に非接合状態でワークとして配置される。
続く(2)型締工程では、上型9及び下型11を型締めする。このとき、上記可動コア駆動機構41によりキャビティ33に配置した各構成部品を可動コア39でプレ加圧した後(2-1)、下型11を加圧して型締めする(2-2)。このように(1)部品搭載工程の直後に可動コア39で各構成部品を加圧することで互いに非接合状態の各構成部品の位置ズレが防止される。また、この可動コア39の加圧により構成部品の公差が吸収されてワークの厚みを一定に維持することができるため、型締時に上型9及び下型11の間に隙間が生じることがない。
樹脂注入工程(3)では、キャビティ33に樹脂76を封入する。すなわち、先ず、可動コア39の荷重を、IGBT素子72、FWD素子73を含む各構成部品を圧接可能な所定値まで高めて一定に維持した後、トランスファユニット29を駆動して樹脂76の注入を開始し(3-1)、キャビティ33に樹脂76を充填して樹脂注入を完了する(3-2)。なお、この樹脂注入工程(3)では、下型11で継続して加圧することで樹脂注入圧に対する型開が防止されている。
ここで、ワークたる半導体装置71の構成部品を可動コア39で押圧する際には、図8に示すように可動コア39が銅板80の放熱面80Aに底面(接触面)39Aを接触して押圧する。この可動コア39は、少なくとも放熱面80Aの全体Wに接触する形状に形成されている。このため、樹脂注入工程(3)において、キャビティ33に樹脂76が注入されたときに放熱面80Aの表面に樹脂76が入り込むことがなく、後述する(4)離型工程の後に、放熱面80Aを露出させるための切削工程を設ける必要がない。なお、放熱面80Aは銅板80の表面の一部であっても全体であっても良い。いずれの場合でも、上記可動コア39の底面39Aは、銅板80の表面のうち、少なくとも放熱面80Aの全体を覆って押圧する寸法とすることで、放熱面80Aを露出させるための切削工程が不要になる。
また、樹脂注入工程(3)においては、可動コア39が可動コア駆動機構41のフィードバック制御により荷重を所定値に維持されており、樹脂注入圧に対する押し戻しの発生が防止されている。これにより、樹脂注入圧による構成部品の位置ズレや構成部品界面への樹脂76の入り込みを確実に防止することができる。また、各構成部品同士の圧接を確実にすることができる。
離型工程(4)では、樹脂76で封止したワークたる半導体装置71を金型7から離型する。すなわち、金型7を開いた後、下型11の下型キャビティブロック19にイジェクトピン91を貫通させて半導体装置71を押出して脱型する(4-1)。次いで、接続端子81、82、83を残してエミッタ面リードフレーム85及びコレクタ面リードフレーム86の枠部分を切断し(4-2)、これにより、樹脂76で封止した半導体装置71が完成形態となる(4-3)。
このように、本典型的実施例によれば、半導体装置の製造装置および製造方法は、(1)部品配置工程において、キャビティ33にワークたる半導体装置71の構成部品を配置した後、(2)型締工程において、可動コア39でワークを押圧し、(3)樹脂注入工程において、エミッタ面DCB基板74及びコレクタ面DCB基板75のそれぞれとIGBT素子72及びFWD素子73を圧接しつつキャビティ33に樹脂76を注入して封止する、構成とされている。
この構成により、IGBT素子72及びFWD素子73といった半導体素子等の構成部品に公差がありワークの厚みにバラツキが生じていた場合でも、可動コア39の押圧により、その公差のバラツキが吸収される。したがって、ワークが厚い場合でも、型締時に金型7に隙間が生じることがない。これとは逆にワークが薄い場合であっても、構成部品同士が可動コア39で押圧されているため、樹脂注入に伴って位置ズレが発生することがなく、さらには構成部品界面に樹脂76が入り込むこともない。これにより、樹脂76で封止した圧接型の半導体装置71が良好に製造されることとなる。
可動コア39の底面39Aが放熱面80Aの全体Wに接触してワークを押圧する構成としたため、樹脂注入時に伴って放熱面80Aの表面に樹脂76が入り込むことがない。これにより、樹脂封止後に放熱面80Aを覆う樹脂76を取り除く従来の研削作業が不要となる。
キャビティ33への樹脂注入の間、可動コア39の押圧力を一定に維持する構成としたため、樹脂注入圧により可動コア39が押し戻されることがない。これにより、樹脂注入に伴う構成部品間の位置ズレや構成部品界面への樹脂76の入り込みを確実に防止することができる。
なお、上述した第四典型的実施例の製造装置および製造方法は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。例えば上述した実施形態では、上型9に可動コア39を設ける構成としたが、これに限らず下型11に可動コア39を設ける構成としても良い。
本発明は、半導体素子の両面を一対の基板で挟み、樹脂で封止した半導体装置、および、その製造に利用可能である。
1…半導体製造装置
7…金型
9…上型
11…下型
13…上型キャビティブロック
19…下型キャビティブロック
29…トランスファユニット
33…キャビティ
39…可動コア(可動部材)
39A…底面(接触面)
41…可動コア駆動機構
61…油圧コントローラ
71…半導体装置
72…IGBT素子(半導体素子)
73…FWD素子
74…エミッタ面DCB基板(基板)
75…コレクタ面DCB基板(基板)
76…樹脂
80A…放熱面
85…エミッタ面リードフレーム
86…コレクタ面リードフレーム
101…半導体装置
102…半導体パワー素子
103a,103b…絶縁基板
104a,104b…セラミックス基板
105a,105b,106a,106b…金属板
108a,108b,108c…リード電極
109…樹脂層
111…パワーコントロールユニット(PCU)
112…放熱手段
113…積層体
116…エンドプレート
117…加圧機構
118…ボルト
201a,201b…半導体装置
202…半導体パワー素子
202a…アノード(またはエミッタ)電極
203,204…絶縁基板
205,206,210,211…金属板
206a…隆起部
206c…溝部
208,212…リード電極
213…樹脂層
7…金型
9…上型
11…下型
13…上型キャビティブロック
19…下型キャビティブロック
29…トランスファユニット
33…キャビティ
39…可動コア(可動部材)
39A…底面(接触面)
41…可動コア駆動機構
61…油圧コントローラ
71…半導体装置
72…IGBT素子(半導体素子)
73…FWD素子
74…エミッタ面DCB基板(基板)
75…コレクタ面DCB基板(基板)
76…樹脂
80A…放熱面
85…エミッタ面リードフレーム
86…コレクタ面リードフレーム
101…半導体装置
102…半導体パワー素子
103a,103b…絶縁基板
104a,104b…セラミックス基板
105a,105b,106a,106b…金属板
108a,108b,108c…リード電極
109…樹脂層
111…パワーコントロールユニット(PCU)
112…放熱手段
113…積層体
116…エンドプレート
117…加圧機構
118…ボルト
201a,201b…半導体装置
202…半導体パワー素子
202a…アノード(またはエミッタ)電極
203,204…絶縁基板
205,206,210,211…金属板
206a…隆起部
206c…溝部
208,212…リード電極
213…樹脂層
Claims (14)
- 表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板と、
両絶縁基板の該リード電極が接続されている金属板の間に挟持されて、該金属板に圧接される半導体素子と、
該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを封止する樹脂層と、
を備える、半導体装置。 - 前記絶縁基板は、セラミックス基板である、請求項1記載の半導体装置。
- 前記セラミックス基板は、Si3N4、AlN、Al2O3からなる群から選択される1種のセラミックスからなる、請求項2記載の半導体装置。
- 前記金属板は、CuまたはAlのいずれか1種の金属からなる、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の半導体装置。
- 一方の前記絶縁基板において前記リード電極が接続されている前記一方の金属板は、前記半導体素子のアノード(またはエミッタ)電極に対する接続部として周囲の部分から隆起している隆起部を備える、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記隆起部を備える金属板は、前記隆起部の周囲に溝部を備える、請求項5に記載の半導体装置。
- 前記樹脂層は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される1種の樹脂からなる、請求項5または請求項6に記載の半導体装置。
- 半導体素子を、表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板の該リード電極が接続された金属板間に挟持する工程と、
該リード電極が接続された金属板間に挟持された該半導体素子を各金属板に圧接した状態で、該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを樹脂層により封止する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。 - 表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板と、両絶縁基板の該リード電極が接続されている金属板の間に挟持されて、該金属板に圧接される半導体素子と、該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを封止する樹脂層とを備える半導体装置を使用するときに、
該一対の絶縁基板を該半導体素子方向に押圧する、
半導体装置の使用方法。 - 表裏両面に金属板を備え一方の金属板にリード電極が接続されている一対の絶縁基板と、両絶縁基板の該リード電極が接続されている金属板の間に挟持されて、該金属板に圧接される半導体素子と、該絶縁基板の該半導体素子と反対側の金属板表面及び該リード電極の一部を露出して、該絶縁基板と該半導体素子と該リード電極とを封止する樹脂層とを備える半導体装置と、
該半導体装置の各絶縁基板に積層される放熱手段と、
複数の該放熱手段を該半導体装置を介して積層して形成された積層体と、
該積層体を押圧して、各放熱板により一対の絶縁基板を該半導体素子に圧接する押圧構造と、
を備える、半導体装置モジュール。 - 半導体素子を一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造装置において、
前記一対の基板の間に前記半導体素子を非接合状態で配置したワークが配置され樹脂を充填するキャビティが形成された開閉可能な一対の金型と、
前記金型の一方から前記キャビティ内に進入して前記ワークを押圧する可動部材と、を備え、
前記可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体素子を圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して前記半導体素子と前記基板とを封止する、半導体装置の製造装置。 - 前記可動部材は、前記基板の放熱面に接触して押圧する押圧面を備える、請求項11に記載の半導体装置の製造装置。
- 前記キャビティへの樹脂注入の間、前記可動部材の押圧力を一定に維持する機構を備える、請求項11又は12に記載の半導体装置の製造装置。
- 半導体素子を一対の基板で挟み、これらを樹脂で封止した半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
開閉可能な一対の金型に形成したキャビティに、前記一対の基板の間に前記半導体素子を非接合状態で配置したワークを配置し、
前記金型を型締めし、
前記金型の一方から前記キャビティ内に進入可能に設けた可動部材で前記ワークを押圧して前記基板のそれぞれと前記半導体素子を圧接しつつ前記キャビティに樹脂を注入して封止する、
半導体装置の製造方法。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017011192A (ja) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子素子の樹脂封止装置および樹脂封止方法 |
JP6467488B1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-02-13 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
EP3599636A1 (de) * | 2018-07-24 | 2020-01-29 | Robert Bosch GmbH | Keramischer schaltungsträger und elektronikeinheit |
JP2020098887A (ja) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
JP2020107621A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000174198A (ja) * | 1998-12-02 | 2000-06-23 | Shibafu Engineering Kk | モジュール型半導体装置及びこれを用いた電力変換装置 |
JP2001102400A (ja) * | 1998-11-09 | 2001-04-13 | Nippon Soken Inc | 電気機器およびその製造方法 |
JP2002324816A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2006134990A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
-
2010
- 2010-03-26 WO PCT/JP2010/055429 patent/WO2010110445A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001102400A (ja) * | 1998-11-09 | 2001-04-13 | Nippon Soken Inc | 電気機器およびその製造方法 |
JP2000174198A (ja) * | 1998-12-02 | 2000-06-23 | Shibafu Engineering Kk | モジュール型半導体装置及びこれを用いた電力変換装置 |
JP2002324816A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2006134990A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017011192A (ja) * | 2015-06-25 | 2017-01-12 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子素子の樹脂封止装置および樹脂封止方法 |
JP6467488B1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-02-13 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
WO2019107137A1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
JP2019102551A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
EP3599636A1 (de) * | 2018-07-24 | 2020-01-29 | Robert Bosch GmbH | Keramischer schaltungsträger und elektronikeinheit |
JP2020098887A (ja) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
JP2020107621A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | アサヒ・エンジニアリング株式会社 | 電子部品の実装装置 |
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