WO2021111563A1 - 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
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- H01L2224/9222—Sequential connecting processes
- H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
- H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
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- H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
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- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
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- H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L24/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
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- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
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- H01L2924/06—Polymers
- H01L2924/0695—Polyamide
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- H01L2924/07—Polyamine or polyimide
- H01L2924/07025—Polyimide
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- H01L2924/173—Connection portion, e.g. seal
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- H01L2924/171—Frame
- H01L2924/176—Material
- H01L2924/177—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
- H01L2924/17717—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400 C and less than 950 C
- H01L2924/17724—Aluminium [Al] as principal constituent
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- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
- H01L2924/3512—Cracking
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device, a power conversion device, and a method for manufacturing the semiconductor device.
- a semiconductor device including a semiconductor element, a conductive wire bonded to the electrode of the semiconductor element at the joint portion, and a first resin member covering the joint portion of the conductive wire and the electrode.
- the first resin member arranged on the electrode can be spread to the end of the joint portion of the conductive wire.
- the viscosity of the first resin member is low enough to allow the first resin member to flow on the electrodes. Therefore, in order to prevent the first resin member from flowing out from above the electrode, it is necessary to further provide a second resin film having a film thickness thicker than that of the first resin member on the peripheral edge of the electrode. Therefore, there is a problem that the structure of the semiconductor device becomes complicated.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to allow the first resin member to be spread between the conductive wire and the electrode to the end of the joint portion of the conductive wire, and to have a simple structure. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device, a power conversion device, and a method for manufacturing the semiconductor device.
- the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element, at least one first resin member, and at least one conductive wire.
- the semiconductor element includes a main body portion and a surface electrode.
- the surface electrode has a first surface and a second surface. The first surface is joined to the main body. The second surface faces the first surface.
- At least one first resin member is arranged on the second surface of the surface electrode.
- At least one conductive wire includes a joint. The joint is adjacent to at least one first resin member. The joint portion is joined to the second surface.
- At least one first resin member includes a convex portion. The convex portion projects on the side opposite to the main body portion with respect to the surface electrode.
- At least one conductive wire includes a recess. The recess is adjacent to the joint. The recess extends along the protrusion. The concave portion is fitted to the convex portion.
- At least one recess of the conductive wire is adjacent to the joint.
- the concave portion is fitted to the convex portion of at least one first resin member. Therefore, the convex portion of the first resin member can be spread to the end portion of the joint portion. Further, the concave portion of at least one conductive wire is fitted to the convex portion of the first resin portion. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a simple structure.
- FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of region II of FIG. 1 schematically showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. The dimensions of the first resin member and the conductive wire are shown, and it is an enlarged cross-sectional view corresponding to FIG.
- FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a region II of FIG. 1 schematically showing another configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. It is sectional drawing along the VI-VI line of FIG. FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of FIG.
- the configuration of the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment is schematically shown, and it is an enlarged top view corresponding to the II region of FIG.
- the configuration of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment is schematically shown, and it is an enlarged top view corresponding to the II region of FIG.
- the configuration of the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment is schematically shown, and it is an enlarged cross-sectional view corresponding to the II region of FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a dispenser, a first resin member, and a first electrode in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. It is a flowchart which shows roughly the other manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an XVIII region of FIG.
- FIG. 17 which schematically shows a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment. It is an enlarged top view of the XVIII region of FIG. 17 which schematically shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2.
- FIG. The configuration of the semiconductor device according to the modified example of the second embodiment is schematically shown, and is an enlarged top view corresponding to FIG.
- It is a flowchart which shows roughly the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2.
- It is a block diagram which shows schematic structure of the power conversion system which concerns on Embodiment 3.
- the semiconductor device 50 includes a semiconductor element 1, at least one first resin member 2, at least one conductive wire 3, a circuit board 5, and a case 6.
- the semiconductor device 50 may include a sealing resin member 4.
- the semiconductor device 50 is a power semiconductor device for electric power.
- the semiconductor element 1 includes a front surface electrode 10, a main body portion 11, and a back surface electrode 12.
- the surface electrode 10 has a first surface 10b and a second surface 10t.
- the first surface 10b is joined to the main body portion 11.
- the second surface 10t faces the first surface 10b.
- the direction in which the second surface 10t faces the first surface 10b of the surface electrode 10 is defined as the first direction (Z-axis direction).
- the semiconductor element 1 is a power semiconductor element for electric power.
- the semiconductor element 1 may be, for example, a switching element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) and a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or a shot. It may be a rectifying element such as a key barrier diode.
- the material of the semiconductor element 1 is, for example, silicon (Si).
- the material of the semiconductor element 1 may include, for example, a wide bandgap semiconductor material such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or diamond.
- At least one conductive wire 3 is bonded to the surface electrode 10.
- the second surface 10t of the surface electrode 10 faces at least one conductive wire 3.
- the back surface electrode 12 is bonded to the circuit board 5.
- the front electrode 10 and the back electrode 12 sandwich the main body 11.
- the material of the front electrode 10 and the back electrode 12 is, for example, an aluminum (Al) alloy containing silicon (Si).
- the front electrode 10 and the back electrode 12 may be covered with at least one coating layer (not shown).
- the material of at least one coating layer (not shown) is, for example, nickel (Ni) or gold (Au).
- At least one coating layer (not shown) may include a plurality of coating layers (not shown). A plurality of coating layers (not shown) may be laminated.
- FIG. 1 the configuration of the first resin member 2 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
- the sealing resin member 4 (see FIG. 1) is not shown in FIGS. 2 to 5 for convenience of explanation.
- at least one first resin member 2 is arranged on the second surface 10t of the surface electrode 10.
- at least one first resin member 2 intersects with at least one conductive wire 3 in top view.
- the shape of at least one first resin member 2 when viewed from the third direction (Y-axis direction) is a chevron shape due to a curved structure.
- At least one first resin member 2 is arranged between the second surface 10t of the surface electrode 10 and at least one conductive wire 3.
- At least one first resin member 2 includes a convex portion 20.
- the convex portion 20 projects on the side opposite to the main body portion 11 with respect to the surface electrode 10.
- the convex portion 20 is a convex surface along the concave portion 31 described later.
- the convex portion 20 includes the convex portion inner end 2i and the convex portion outer end 2o.
- the convex portion inner end 2i is adjacent to the joint portion 30 and the concave portion 31, which will be described later.
- the convex outer end 2o is provided on the side opposite to the joint 30 with respect to the convex inner end 2i.
- At least one first resin member 2 includes one first resin member 2a and the other first resin member 2b.
- the first resin member 2a is arranged with a gap from the other first resin member 2b.
- the first resin member 2a includes the convex portion 20a included in the convex portion 20.
- the convex portion 20a includes a one-sided convex portion inner end 2ai included in the convex portion inner end 2i and a one-sided convex portion outer end 2ao included in the convex portion outer end 2o.
- the first resin member 2b includes the other convex portion 20b included in the convex portion 20.
- the other convex portion 20b includes the other convex portion inner end 2bi included in the convex portion inner end 2i and the other convex portion outer end 2bo included in the convex portion outer end 2o.
- the dimension H2 in the first direction (Z-axis direction) of at least one first resin member 2 is the first direction (Z-axis direction) of at least one conductive wire 3 in the portion where the joint portion 30 is provided.
- the dimension H3 in the Z-axis direction is 0.2 times or more and less than 1 time.
- the dimension of each of the at least one first resin member 2 in the first direction (Z-axis direction) is the dimension from the second surface 10t of the surface electrode 10 to the top of the convex portion 20.
- the dimension W2 in the second direction (X-axis direction) of at least one first resin member 2 is, for example, 0.5 times or more and 10 times or less the dimension in the third direction (Y-axis direction) of the joint portion 30.
- the dimension of the first resin member 2 in the second direction (X-axis direction) is the dimension from the convex inner end 2i of the convex portion 20 to the convex outer end 2o.
- Each of the at least one first resin member 2 contains at least one of a polyimide resin and a polyamide resin.
- the material of at least one first resin member 2 is a resin having high heat resistance.
- the viscosity of at least one first resin member 2 is, for example, 50 Pa ⁇ s or more and 150 Pa ⁇ s or less. In this embodiment, the viscosity is measured by the cone-plate viscometer method defined in JIS standard 5600-2-3.
- the thixotropy index of at least one first resin member 2 is, for example, 1.1 or more.
- the thixotropy index of at least one first resin member 2 may be, for example, 2.5 or more.
- the thixotropy index is a thixotropy index defined in JIS standard K6833-1.
- the first resin member 2 may have a glass transition temperature higher than the maximum operating temperature of the semiconductor device 50.
- the glass transition temperature of the first resin member 2 may be, for example, 150 ° C. or higher.
- the first resin member 2 may contain a filler (not shown).
- the material of the filler (not shown) contained in the first resin member 2 is, for example, metal or rubber.
- the convex portion 20 may include a hem portion 204 and a protruding portion 205.
- the hem portion 204 is in contact with the second surface 10t.
- the protruding portion 205 protrudes from the hem portion 204 on the side opposite to the second surface 10t.
- the dimension of the convex portion 20 in the first direction is the dimension from the second surface 10t to the top of the convex portion 20.
- At least one conductive wire 3 includes a junction 30.
- the joint portion 30 is adjacent to at least one first resin member 2.
- the joint portion 30 is joined to the second surface 10t.
- At least one conductive wire 3 includes a recess 31.
- the recess 31 is adjacent to the joint 30.
- the concave portion 31 extends along the convex portion 20.
- the concave portion 31 is fitted to the convex portion 20.
- the direction from the joint portion 30 toward the recess 31 along the second surface 10t is defined as the second direction (X-axis direction).
- the second direction (X-axis direction) is the same as the longitudinal direction of the joint portion 30.
- the direction orthogonal to both the first direction (Z-axis direction) and the second direction (X-axis direction) is defined as the third direction (Y-axis direction).
- the third direction (Y-axis direction) is the same as the width direction of the joint portion 30.
- the joint portion 30 is sandwiched between the one convex portion 20a and the other convex portion 20b along the second surface 10t.
- the joint portion 30 includes one end 30a of the joint portion and the other end 30b of the joint portion.
- One end 30a of the joint portion is adjacent to the inner end 2ai of the one convex portion.
- the other end 30b of the joint portion is adjacent to the inner end 2bi of the other convex portion.
- the dimension of the joint portion 30 in the second direction (X-axis direction) is the dimension along the second surface 10t of the surface electrode 10 from one end 30a of the joint portion to the other end 30b of the joint portion.
- the joint portion 30 is in contact with the first resin member 2 only at one end 30a of the joint portion and the other end 30b of the joint portion.
- the joint portion 30 is not surrounded by the first resin member 2.
- the one end 30a of the joint portion is in contact with the first resin member 2a extending from the one end 30a side of the joint portion to the other end 30b side of the joint portion.
- the other end 30b of the joint portion is in contact with the other first resin member 2b extending from the other end 30b side of the joint portion to the one end 30a side of the joint portion.
- the concave portion 31 is adjacent to the convex portion 20 and the joint portion 30.
- the concave portion 31 is a concave surface along the convex portion 20.
- the concave portion 31 overlaps the convex portion 20 when viewed from above.
- the recess 31 includes one recess 31a and the other recess 31b.
- the recess 31a sandwiches the joint portion 30 with the other recess 31b.
- the concave portion 31a is fitted to the one convex portion 20a of the first resin member 2a.
- the recess 31a is adjacent to the joint 30 and the first resin member 2a at one end 30a of the joint.
- the other concave portion 31b is fitted to the other convex portion 20b of the other first resin member 2b.
- the other recess 31b is adjacent to the joint 30 and the other first resin member 2b at the other end 30b of the joint.
- At least one conductive wire 3 is joined to the conductive circuit pattern 51 of the circuit board 5.
- At least one conductive wire 3 may be bonded to the surface electrode 10 and the conductive circuit pattern 51 by, for example, a wire bonder.
- At least one conductive wire 3 is bonded by, for example, a wedge tool.
- the cross-sectional shape of the joint portion 30 is substantially triangular.
- the cross-sectional shape of the recess 31 is substantially triangular.
- the stretched portion extending to the side opposite to the joint portion 30 with respect to the recess 31 is separated from the second surface 10t and at least one first resin member 2.
- At least one conductive wire 3 includes a wire upper surface 3t and a wire lower surface 3b.
- the lower surface 3b of the wire faces the second surface 10t of the surface electrode 10.
- the upper surface 3t of the wire faces the lower surface 3b of the wire.
- the material of at least one conductive wire 3 is, for example, a metal such as gold (Au), aluminum (Al) or copper (Cu).
- the sealing resin member 4 seals the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, and at least one conductive wire 3.
- the sealing resin member 4 may seal at least a part of the conductive wire 3 or may seal the entire conductive wire 3.
- the material of the sealing resin member 4 is, for example, an insulating resin material.
- the semiconductor device 50 may or may not include the sealing resin member 4.
- the circuit board 5 includes a conductive circuit pattern 51, an insulating substrate 52, and a conductive plate 53.
- the conductive circuit pattern 51, the insulating substrate 52, and the conductive plate 53 are laminated in the order of the conductive circuit pattern 51, the insulating substrate 52, and the conductive plate 53.
- the insulating substrate 52 extends in the XY plane.
- the material of the insulating substrate 52 is, for example, an inorganic material (ceramic material) such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (Al N) or silicon nitride (Si 3 N 4).
- the insulating substrate 52 includes an upper surface of the insulating substrate and a lower surface of the insulating substrate facing the upper surface of the insulating substrate.
- the conductive circuit pattern 51 is provided on the upper surface of the insulating substrate.
- the conductive plate 53 is provided on the lower surface of the insulating substrate.
- the material of the conductive circuit pattern 51 and the conductive plate 53 is, for example, a metal such as copper (Cu) or aluminum (Al).
- the back electrode 12 of the semiconductor element 1 is bonded to the conductive circuit pattern 51.
- the back surface electrode 12 is joined to the conductive circuit pattern 51 by, for example, solder or a metal fine particle sintered body (not shown).
- the case 6 includes a heat sink 61 and an enclosure 62.
- the semiconductor device 50 is configured as a case-type module by the case 6.
- the sealing resin member 4 is at least partially filled in the internal space of the case 6.
- a circuit board 5 is attached to the heat sink 61.
- the conductive plate 53 of the circuit board 5 is joined to the heat sink 61 by a joining member (not shown) such as electric heating grease.
- the heat generated from the semiconductor element 1 is transferred to the heat sink 61 through the circuit board 5.
- the heat transferred to the heat sink 61 is diffused to the outside of the semiconductor device 50.
- the material of the heat sink 61 is, for example, a metal such as aluminum (Al).
- the outer enclosure 62 surrounds the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, at least one conductive wire 3, the circuit board 5, and the sealing resin member 4.
- the outer enclosure 62 is attached to the peripheral edge of the heat sink 61.
- the material of the enclosure 62 is, for example, an insulating resin such as polyphenylene sulfide (PPS) or polybutylene terephthalate (PBT).
- At least one conductive wire 3 includes a plurality of conductive wires 3.
- Each of the concave portions 31 of the plurality of conductive wires 3 is fitted to the convex portion 20.
- at least one first resin member 2 is formed across a plurality of conductive wires 3.
- Each of at least one first resin member 2 intersects a plurality of conductive wires 3.
- the first modification of the first embodiment is different from the first embodiment in that at least one conductive wire 3 in the modification of the first embodiment includes a plurality of conductive wires 3.
- At least one first resin member 2 is composed of one first resin member 2.
- At least one conductive wire 3 is composed of one conductive wire 3.
- the convex portion 20 of one first resin member 2 is fitted into one concave portion 31 of one conductive wire 3.
- the convex portion 20 is in contact with either one end 30a of the joint portion 30a or the other end 30b of the joint portion 30 of the joint portion 30.
- the manufacturing method of the semiconductor device 50 includes a step S1 in which the semiconductor element 1 is prepared, a step S2 in which the convex portion 20 is formed, and a step in which the concave portion 31 is fitted into the convex portion 20. Includes S3.
- the semiconductor element 1 is prepared in the step S1 in which the semiconductor element 1 is prepared. As shown in FIG. 1, the semiconductor element 1 is bonded to the circuit board 5.
- At least one first resin member 2 is applied to the second surface 10t of the surface electrode 10 so that at least one first resin member 2 is formed.
- a convex portion 20 is formed on 2.
- the first resin member 2 is applied to the surface electrode 10 by the dispenser 8.
- the distance HD between the surface electrode 10 and the dispenser nozzle when the first resin member 2 is dispensed is the thixotropy of the first resin member when the thixotropy index of the first resin member 2 is larger than 1.1. It is smaller than when the index is 1.1 or less.
- the convex portion 20 is formed of one end 30a of the joint portion and the other end 30b of the joint portion. It is pre-applied so that it is placed adjacent to at least one of them.
- the first resin member 2 is arranged at a position where one convex portion 20a is adjacent to one end 30a of the joint portion in step S3 in which the concave portion 31 (see FIG. 3) is fitted to the convex portion 20. Is applied in advance.
- the first resin member 2 is arranged at a position where the other convex portion 20b is adjacent to the other end 30b of the joint portion in the step S3 in which the concave portion 31 (see FIG. 3) is fitted to the convex portion 20. Is applied in advance.
- the applied first resin member 2 is heated. Since the solvent contained in the first resin member 2 evaporates as the first resin member 2 is heated, the shape of the convex portion 20 of the first resin member 2 is maintained when the conductive wire 3 is joined. It becomes hard to the extent. In the present embodiment, when the first resin member 2 becomes hard enough to maintain the shape of the convex portion 20 when the conductive wire 3 is joined, it is called temporary curing.
- step S2 in which the convex portion 20 is formed at least one first resin member 2 is temporarily cured so that the convex portion 20 of at least one first resin member 2 is held.
- the first resin member 2 is temporarily cured by heating it on a hot plate at 100 ° C. for 1 minute, for example. As shown in FIG. 14, the temporarily cured first resin member 2 can be adhered to the conductive wire 3.
- step S3 in which the concave portion 31 is fitted to the convex portion 20, the surface electrode 10 so that the joint portion 30 of at least one conductive wire 3 is adjacent to at least one first resin member 2. It is joined to the second surface 10t of.
- the conductive wire 3 is deformed along the convex portion 20, the concave portion 31 is formed in the conductive wire 3.
- the conductive wire 3 is pressed against the temporarily cured first resin member 2, the conductive wire 3 is recessed, so that the recess 31 is formed in the conductive wire 3.
- the concave portion 31 is fitted to the convex portion 20 while the conductive wire 3 is joined to the second surface 10t.
- the circuit board 5 is joined to the heat sink 61.
- the outer enclosure 62 is joined to the heat sink 61.
- the first resin member 2 is finally cured.
- the solvent of the first resin member 2 is sufficiently volatilized, the first resin member 2 is finally cured.
- the first resin member 2 contains a polyimide resin, the imide precursor undergoes a ring closure reaction, so that the first resin member 2 is finally cured.
- the first resin member 2 is finally cured, the first resin member 2 is heated at 200 ° C. for 3 hours in, for example, a low oxygen oven.
- the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, and the conductive wire 3 are sealed after the step S3 in which the concave portion 31 is fitted to the convex portion 20.
- the step S4 sealed by the stop resin member 4 may be included.
- the liquid sealing resin member 4 is supplied on the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, and the conductive wire 3.
- the supplied sealing resin member 4 is cured.
- the recess 31 of at least one conductive wire 3 is adjacent to the joint portion 30, it is in contact with the end portion of the joint portion 30. ing.
- the concave portion 31 is fitted to the convex portion 20 of at least one first resin member 2.
- the convex portion 20 of the first resin member 2 fitted in the concave portion 31 can be spread to the end portion of the joint portion 30.
- the first resin member 2a can be arranged so that the first resin member 2a is adjacent to one recess 31a of at least one conductive wire 3 and one end 30a of the joint portion. As a result, the first resin member 2a can be spread to one end 30a of the joint portion.
- the other first resin member 2b can be arranged so that the other first resin member 2b is adjacent to the other recess 31b of at least one conductive wire 3 and the other end 30b of the joint portion. As a result, the other first resin member 2b can be spread to the other end 30b of the joint portion.
- the first resin member 2 is placed between the surface electrode 10 and the conductive wire 3. Can be provided without gaps. Thereby, the shape of the first resin member 2 can be stabilized. Therefore, even when the semiconductor device 50 is applied in the power cycle test, the first resin member 2 can be continuously fixed between at least one conductive wire 3 and the surface electrode 10. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the joint portion 30. Therefore, the reliability of the semiconductor device 50 can be improved.
- the concave portion 31 of at least one conductive wire 3 is fitted to the convex portion 20 of the first resin member 2.
- the first resin member 2 is fitted in the concave portion 31 while the convex portion 20 is maintained. Therefore, it is possible to provide the semiconductor device 50 having a simple structure.
- the viscosity of the first resin member 2 is 50 Pa ⁇ s or more and 150 Pa ⁇ s or less, the first resin member 2 can be held on the surface electrode 10. As a result, there is no possibility that the first resin member 2 will flow out from above the surface electrode 10. Therefore, it is not necessary to provide a structure for suppressing the first resin member 2 from flowing out from above the surface electrode 10. Therefore, it is possible to provide the semiconductor device 50 having a simple structure.
- the first resin member 2 contains at least one of a polyimide resin and a polyamide resin, it has higher heat resistance than the first resin member 2 which does not contain either a polyimide resin or a polyamide resin. There is. Thereby, the semiconductor device 50 having high reliability can be provided.
- the dimension H2 in the first direction (Z-axis direction) of at least one first resin member 2 is the first direction (Z-axis direction) of at least one conductive wire 3 in the portion where the joint portion 30 is provided.
- the dimension H3 in the Z-axis direction is 0.2 times or more and less than 1 times
- the dimension W2 in the second direction (X-axis direction) of at least one first resin member 2 is the third direction (Y-axis) of the joint portion 30. It is 0.5 times or more and 10 times or less the dimension of the direction).
- the first resin member 2 can be arranged between the conductive wire 3 and the surface electrode 10 so as not to protrude from the conductive wire 3 and the surface electrode 10. As a result, the amount of the first resin member 2 used can be reduced. Further, since the first resin member 2 is efficiently provided, the conductive wire 3 can be efficiently reinforced by the first resin member 2.
- first resin member 2 is filled between the conductive wire 3 and the surface electrode 10 due to the surface tension of the first resin member 2, it is difficult to make the dimensions of the first resin member 2 the above dimensions. It is difficult to efficiently provide the first resin member 2.
- the dimension H2 in the first direction (Z-axis direction) of at least one first resin member 2 is at least one of the portions where the joint portion 30 is provided.
- the dimension W2 in the first direction (Z-axis direction) of the one conductive wire 3 can be 0.2 times or more and less than 1 times the dimension H3 in the first direction (Z-axis direction), and the dimension W2 in the second direction (X-axis direction) of at least one first resin member 2 is joined.
- the dimension of the portion 30 in the third direction (Y-axis direction) can be 0.5 times or more and 10 times or less. As a result, the first resin member 2 can be efficiently provided.
- the joint portion 30 is in contact with the first resin member 2 only at one end 30a of the joint portion and the other end 30b of the joint portion.
- the amount of the first resin member 2 used can be reduced as compared with the case where the entire circumference of the joint portion 30 is in contact with the first resin member 2.
- each concave portion 31 of the plurality of conductive wires 3 is fitted to the convex portion 20. Therefore, a plurality of conductive wires 3 are bonded to each of the first resin members 2. Therefore, the working time in manufacturing the semiconductor device 50 can be shortened as compared with the case where the plurality of first resin members 2 are dispensed.
- At least one first resin member 2 may be composed of one first resin member 2.
- the amount of the first resin member 2 used can be reduced as compared with the case where at least one first resin member 2 includes the plurality of first resin members 2. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device 50 can be reduced.
- the concave portion 31 of the conductive wire 3 is fitted to the convex portion 20 of the first resin member 2.
- the step S3 to be performed is included.
- the first resin member 2 can be arranged without a gap between the conductive wire 3 and the surface electrode 10.
- the method for manufacturing the semiconductor device 50 includes a step S3 in which the concave portion 31 of the conductive wire 3 is fitted into the convex portion 20 of the first resin member 2. As a result, the first resin member 2 fits into the concave portion 31 while the convex portion 20 is maintained. Therefore, it is possible to provide the semiconductor device 50 having a simple structure.
- the concave portion 31 of the conductive wire 3 is adhered to the convex portion 20 of the first resin member 2, so that the first resin member 2 is attached to the conductive wire. It can be arranged without a gap between 3 and the surface electrode 10.
- step S2 in which the convex portion 20 is formed at least one first resin member 2 is temporarily cured so that the convex portion 20 of at least one first resin member 2 is held. As a result, the shape of the convex portion 20 can be maintained. Further, at least one conductive wire 3 is dented by pressing the at least one conductive wire 3 against at least one temporarily cured first resin member 2. As a result, the recess 31 can be formed in at least one conductive wire 3.
- the first resin member 2 After the step S3 in which the concave portion 31 is fitted to the convex portion 20, the first resin member 2 is finally cured. Therefore, the first resin member 2 can be sufficiently adhered to the conductive wire 3.
- the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, and the conductive wire 3 are sealed by the sealing resin member 4.
- the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, and the conductive wire 3 are reinforced by the sealing resin member 4, so that the reliability of the semiconductor device 50 can be improved.
- Embodiment 2 Unless otherwise specified, the second embodiment has the same configuration, manufacturing method, and action and effect as those of the first embodiment. Therefore, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description will not be repeated.
- the semiconductor device 50 further includes a second resin member 7.
- the semiconductor device 50 according to the present embodiment is different from the semiconductor device 50 according to the first embodiment in that the second resin member 7 is further included.
- At least one conductive wire 3 includes an adjacent portion 32 and a rising portion 33.
- the adjacent portion 32 is adjacent to the joint portion 30.
- the rising portion 33 rises from the adjacent portion 32 on the side opposite to the main body portion 11 (see FIG. 1) with respect to the surface electrode 10.
- At least one conductive wire 3 is bent at the joint portion 30, the adjacent portion 32, and the rising portion 33.
- the joint portion 30, the adjacent portion 32, and the rising portion 33 form a neck portion of at least one conductive wire 3.
- the second resin member 7 covers at least one conductive wire 3 from the rising portion 33 to the joining portion 30 via the adjacent portion 32 on the opposite side of the surface electrode 10.
- the second resin member 7 covers at least a part of the joint portion 30, the adjacent portion 32, and at least a part of the rising portion 33. As shown in FIG. 19, in the top view, the second resin member 7 overlaps the boundary between at least one first resin member 2 and the joint portion 30.
- the second resin member 7 contains at least one of a polyimide resin and a polyamide resin.
- the second resin member 7 may be a resin having high heat resistance.
- the thixotropy index of the second resin member 7 is, for example, 1.1 or more.
- the thixotropy index of the second resin member 7 may be, for example, 2.5 or more.
- the second resin member 7 may contain a filler (not shown).
- the material of the filler (not shown) contained in the second resin member 7 is, for example, ceramic, metal or rubber.
- the second resin member 7 may have a glass transition temperature higher than the maximum operating temperature of the semiconductor device 50.
- the glass transition temperature of the second resin member 7 may be, for example, 150 ° C. or higher.
- At least one conductive wire 3 includes a plurality of conductive wires 3.
- the second resin member 7 straddles a plurality of conductive wires 3.
- the second resin member 7 intersects a plurality of conductive wires 3.
- the step S5 coated with the second resin member 7 is further included.
- the solvent of the second resin member 7 may be volatilized to temporarily cure the second resin member 7.
- the second resin member 7 is temporarily cured by heating it on a hot plate at 100 ° C. for 1 minute, for example.
- the second resin member 7 is finally cured.
- the solvent of the second resin member 7 is sufficiently volatilized, the second resin member 7 is finally cured.
- the second resin member 7 contains a polyimide resin, the imide precursor undergoes a ring closure reaction, so that the second resin member 7 is finally cured.
- the second resin member 7 is finally cured, the second resin member 7 is heated at 200 ° C. for 3 hours in, for example, a low oxygen oven.
- the semiconductor element 1 As shown in FIG. 21, after the step S5 coated by the second resin member 7, the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, the second resin member 7, and the conductive wire 3 are sealed resin member 4. It may further include step S4 sealed by.
- the rising portion 33 rises from the adjacent portion 32 on the side opposite to the main body portion 11 with respect to the surface electrode 10.
- the second resin member 7 covers from the rising portion 33 to the joint portion 30 via the adjacent portion 32.
- the joint portion 30, the adjacent portion 32, and the rising portion 33 can be reinforced. Therefore, even when the semiconductor device 50 is applied in the power cycle test, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the joint portion 30, the adjacent portion 32, and the rising portion 33. Therefore, the reliability of the semiconductor device 50 can be improved.
- the second resin member 7 contains at least one of the polyimide resin and the polyamide resin, it has higher heat resistance than the second resin member 7 which does not contain either the polyimide resin or the polyamide resin. There is. Thereby, the semiconductor device 50 having high reliability can be provided.
- the joint portion 30, the adjacent portion 32, and the rising portion 33 can be covered with the second resin member 7 having a sufficient thickness.
- the thickness of the second resin member 7 is, for example, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. As a result, it is possible to prevent cracks from occurring in the joint portion 30, the adjacent portion 32, and the rising portion 33.
- the second resin member 7 straddles a plurality of conductive wires 3. Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor device 50, when the second resin member 7 is dispensed, the second resin member 7 can be continuously applied. As a result, the working time in manufacturing the semiconductor device 50 can be shortened.
- the surface of the semiconductor device 50 is surfaced with respect to at least one conductive wire 3.
- a step S5 is further included in which the rising portion 33 of at least one conductive wire 3 to the joining portion 30 via the adjacent portion 32 is covered with the second resin member 7. Therefore, the adjacent portion 32 can be reinforced.
- the semiconductor element 1 As shown in FIG. 21, after the step S5 coated by the second resin member 7, the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, the second resin member 7, and the conductive wire 3 are sealed resin member 4. Further includes step S4 sealed by. Therefore, since the semiconductor element 1, at least one first resin member 2, the second resin member 7, and the conductive wire 3 are reinforced by the sealing resin member 4, the reliability of the semiconductor device 50 can be improved.
- Embodiment 3 the semiconductor device according to the first and second embodiments described above is applied to a power conversion device.
- the present disclosure is not limited to a specific power conversion device, the case where the present disclosure is applied to a three-phase inverter will be described below as the third embodiment.
- FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the present embodiment is applied.
- the power conversion system shown in FIG. 22 includes a power supply 100, a power conversion device 200, and a load 300.
- the power supply 100 is a DC power supply, and supplies DC power to the power converter 200.
- the power supply 100 can be composed of various things, for example, a DC system, a solar cell, a storage battery, a rectifier circuit connected to an AC system, or an AC / DC converter. May be good. Further, the power supply 100 may be configured by a DC / DC converter that converts the DC power output from the DC system into a predetermined power.
- the power conversion device 200 is a three-phase inverter connected between the power supply 100 and the load 300, converts the DC power supplied from the power supply 100 into AC power, and supplies the AC power to the load 300. As shown in FIG. 22, the power conversion device 200 has a main conversion circuit 201 that converts DC power into AC power and outputs it, and a control circuit 203 that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit 201 to the main conversion circuit 201. And have.
- the load 300 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power converter 200.
- the load 300 is not limited to a specific application, and is an electric motor mounted on various electric devices.
- the load 300 is used as an electric motor for a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railroad vehicle, an elevator, or an air conditioner.
- the main conversion circuit 201 includes a switching element and a freewheeling diode (not shown), and when the switching element switches, the DC power supplied from the power supply 100 is converted into AC power and supplied to the load 300.
- the main conversion circuit 201 is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and each switching element. It can consist of six anti-parallel freewheeling diodes.
- each switching element and each freewheeling diode of the main conversion circuit 201 is a switching element or freewheeling diode included in the semiconductor device 202 corresponding to the semiconductor device according to any one of the above-described first and second embodiments. ..
- the six switching elements are connected in series for each of the two switching elements to form an upper and lower arm, and each upper and lower arm constitutes each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit. Then, the output terminals of the upper and lower arms, that is, the three output terminals of the main conversion circuit 201 are connected to the load 300.
- the main conversion circuit 201 includes a drive circuit (not shown) for driving each switching element
- the drive circuit may be built in the semiconductor device 202, or a drive circuit may be provided separately from the semiconductor device 202. It may be provided.
- the drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 201 and supplies the drive signal to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 201.
- a drive signal for turning on the switching element and a drive signal for turning off the switching element are output to the control electrodes of each switching element.
- the drive signal When the switching element is kept on, the drive signal is a voltage signal (on signal) equal to or higher than the threshold voltage of the switching element, and when the switching element is kept off, the drive signal is a voltage equal to or lower than the threshold voltage of the switching element. It becomes a signal (off signal).
- the control circuit 203 controls the switching element of the main conversion circuit 201 so that the desired power is supplied to the load 300. Specifically, the time (on time) at which each switching element of the main conversion circuit 201 should be in the on state is calculated based on the power to be supplied to the load 300.
- the main conversion circuit 201 can be controlled by PWM control that modulates the on-time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) is output to the drive circuit included in the main conversion circuit 201 so that an on signal is output to the switching element that should be turned on at each time point and an off signal is output to the switching element that should be turned off. Is output.
- the drive circuit outputs an on signal or an off signal as a drive signal to the control electrode of each switching element according to this control signal.
- the semiconductor device according to the first embodiment and the second embodiment is applied as the semiconductor device 202 constituting the main conversion circuit 201, it has high reliability and is simple. A power conversion device having a structure can be realized.
- the present disclosure is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices.
- a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used, and when power is supplied to a single-phase load, the present disclosure is provided to a single-phase inverter. You may apply it.
- the present disclosure can be applied to a DC / DC converter or an AC / DC converter.
- the power conversion device to which the present disclosure is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor. It can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, a power storage system, or the like.
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Abstract
半導体装置(50)は、半導体素子(1)と、少なくとも1つの第1樹脂部材(2)と、少なくとも1つの導電ワイヤ(3)とを備えている。半導体素子(1)は、表面電極(10)と本体部(11)とを含んでいる。少なくとも1つの第1樹脂部材(2)は、表面電極(10)の第2面(10t)に配置されている。少なくとも1つの導電ワイヤ(3)は、接合部(30)を含んでいる。少なくとも1つの第1樹脂部材(2)は、凸部(20)を含んでいる。凸部(20)は、表面電極(10)に対して本体部(11)とは反対側に突出している。少なくとも1つの導電ワイヤ(3)は、凹部(31)を含んでいる。凹部(31)は、接合部(30)に隣り合っている。凹部(31)は、凸部(20)に沿って延びている。凹部(31)は、凸部(20)に嵌合している。
Description
本発明は、半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
従来、半導体素子と、接合部において半導体素子の電極に接合された導電ワイヤと、導電ワイヤの接合部と電極とを覆う第1樹脂部材とを備えた半導体装置がある。例えば、WO2016/016970号公報(特許文献1)に記載された半導体装置では、電極の上に配置された第1樹脂部材は、導電ワイヤの接合部の端部まで行き渡らせることが可能である。
上記公報に掲載された半導体装置では、第1樹脂部材の粘度は、第1樹脂部材が電極の上を流動できる程度に低い。このため、第1樹脂部材が電極の上から流出することを抑制するために、第1樹脂部材よりも厚い膜厚を有する第2の樹脂膜を電極の周縁にさらに設ける必要がある。したがって、半導体装置の構造が複雑になるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、導電ワイヤと電極との間において導電ワイヤの接合部の端部まで第1樹脂部材を行き渡らせることができ、かつ簡易な構造を有する半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、少なくとも1つの第1樹脂部材と、少なくとも1つの導電ワイヤとを備えている。半導体素子は、本体部と、表面電極とを含んでいる。表面電極は、第1面および第2面を有している。第1面は、本体部に接合されている。第2面は、第1面に対向している。少なくとも1つの第1樹脂部材は、表面電極の第2面に配置されている。少なくとも1つの導電ワイヤは、接合部を含んでいる。接合部は、少なくとも1つの第1樹脂部材に隣り合っている。接合部は、第2面に接合されている。少なくとも1つの第1樹脂部材は、凸部を含んでいる。凸部は、表面電極に対して本体部とは反対側に突出している。少なくとも1つの導電ワイヤは、凹部を含んでいる。凹部は、接合部に隣り合っている。凹部は、凸部に沿って延びている。凹部は、凸部に嵌合している。
本発明の半導体装置によれば、少なくとも1つの導電ワイヤの凹部は、接合部に隣り合っている。凹部は、少なくとも1つの第1樹脂部材の凸部に嵌合している。このため、第1樹脂部材の凸部を接合部の端部まで行き渡らせることができる。また、少なくとも1つの導電ワイヤの凹部は、第1樹脂部の凸部に嵌合している。このため、簡易な構造を有する半導体装置を提供することができる。
以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
実施の形態1.
<半導体装置50の構成について>
図1を用いて、実施の形態1に係る半導体装置50の構成を説明する。図1に示されるように、半導体装置50は、半導体素子1と、少なくとも1つの第1樹脂部材2と、少なくとも1つの導電ワイヤ3と、回路基板5と、ケース6とを含んでいる。半導体装置50は、封止樹脂部材4を含んでいてもよい。半導体装置50は、電力用のパワー半導体装置である。
<半導体装置50の構成について>
図1を用いて、実施の形態1に係る半導体装置50の構成を説明する。図1に示されるように、半導体装置50は、半導体素子1と、少なくとも1つの第1樹脂部材2と、少なくとも1つの導電ワイヤ3と、回路基板5と、ケース6とを含んでいる。半導体装置50は、封止樹脂部材4を含んでいてもよい。半導体装置50は、電力用のパワー半導体装置である。
<半導体素子1の構成について>
次に、図1を用いて、実施の形態1に係る半導体素子1の構成を説明する。図1に示されるように、半導体素子1は、表面電極10と、本体部11と、裏面電極12とを含んでいる。表面電極10は、第1面10bおよび第2面10tを有している。第1面10bは、本体部11に接合されている。第2面10tは、第1面10bに対向している。本実施の形態において、表面電極10の第1面10bに第2面10tが対向する方向を第1方向(Z軸方向)とする。
次に、図1を用いて、実施の形態1に係る半導体素子1の構成を説明する。図1に示されるように、半導体素子1は、表面電極10と、本体部11と、裏面電極12とを含んでいる。表面電極10は、第1面10bおよび第2面10tを有している。第1面10bは、本体部11に接合されている。第2面10tは、第1面10bに対向している。本実施の形態において、表面電極10の第1面10bに第2面10tが対向する方向を第1方向(Z軸方向)とする。
半導体素子1は、電力用のパワー半導体素子である。半導体素子1は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)および金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチング素子であってもよいし、ショットキーバリアダイオードなどの整流素子であってもよい。半導体素子1の材料は、例えば、珪素(Si)である。半導体素子1の材料は、例えば、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)またはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体材料を含んでいてもよい。
表面電極10には、少なくとも1つの導電ワイヤ3が接合されている。表面電極10の第2面10tは、少なくとも1つの導電ワイヤ3に向かい合っている。裏面電極12は、回路基板5に接合されている。表面電極10および裏面電極12は、本体部11を挟み込んでいる。
表面電極10および裏面電極12の材料は、例えば、珪素(Si)を含むアルミニウム(Al)合金である。表面電極10および裏面電極12は、図示されない少なくとも1つの被覆層で覆われていてもよい。図示されない少なくとも1つの被覆層の材料は、例えば、ニッケル(Ni)または金(Au)である。図示されない少なくとも1つの被覆層は、図示されない複数の被覆層を含んでいてもよい。図示されない複数の被覆層は、積層されていてもよい。
<第1樹脂部材2の構成について>
次に、図1~図5を用いて、実施の形態1に係る第1樹脂部材2の構成を説明する。なお、図2~図5には封止樹脂部材4(図1参照)は説明の便宜のため図示されていない。図1に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、表面電極10の第2面10tに配置されている。図2に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、上面視において、少なくとも1つの導電ワイヤ3と交差している。図3に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2の各々の第3方向(Y軸方向)から見たときの形状は、曲線構成による山形の形状である。少なくとも1つの第1樹脂部材2は、表面電極10の第2面10tと少なくとも1つの導電ワイヤ3との間に配置されている。
次に、図1~図5を用いて、実施の形態1に係る第1樹脂部材2の構成を説明する。なお、図2~図5には封止樹脂部材4(図1参照)は説明の便宜のため図示されていない。図1に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、表面電極10の第2面10tに配置されている。図2に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、上面視において、少なくとも1つの導電ワイヤ3と交差している。図3に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2の各々の第3方向(Y軸方向)から見たときの形状は、曲線構成による山形の形状である。少なくとも1つの第1樹脂部材2は、表面電極10の第2面10tと少なくとも1つの導電ワイヤ3との間に配置されている。
図3に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、凸部20を含んでいる。凸部20は、表面電極10に対して本体部11とは反対側に突出している。凸部20は、後述される凹部31に沿った凸面である。凸部20は、凸部内側端2iおよび凸部外側端2oを含んでいる。凸部内側端2iは、後述される接合部30および凹部31に隣り合っている。凸部外側端2oは、凸部内側端2iに対して接合部30とは反対側に設けられている。
図3に示されるように、本実施の形態において、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、一方第1樹脂部材2aおよび他方第1樹脂部材2bを含んでいる。一方第1樹脂部材2aは、他方第1樹脂部材2bから間を空けて配置されている。一方第1樹脂部材2aは、凸部20に含まれる一方凸部20aを含んでいる。一方凸部20aは、凸部内側端2iに含まれる一方凸部内側端2aiと、凸部外側端2oに含まれる一方凸部外側端2aoとを含んでいる。
他方第1樹脂部材2bは、凸部20に含まれる他方凸部20bを含んでいる。他方凸部20bは、凸部内側端2iに含まれる他方凸部内側端2biと、凸部外側端2oに含まれる他方凸部外側端2boとを含んでいる。
図4に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2の第1方向(Z軸方向)の寸法H2は、接合部30が設けられた部分の少なくとも1つの導電ワイヤ3の第1方向(Z軸方向)の寸法H3の例えば、0.2倍以上1倍未満である。少なくとも1つの第1樹脂部材2の各々の第1方向(Z軸方向)の寸法は、表面電極10の第2面10tから凸部20の頂部までの寸法である。
少なくとも1つの第1樹脂部材2の第2方向(X軸方向)の寸法W2は、接合部30の第3方向(Y軸方向)の寸法の例えば、0.5倍以上10倍以下である。第1樹脂部材2の第2方向(X軸方向)の寸法は、凸部20の凸部内側端2iから凸部外側端2oまでの寸法である。
少なくとも1つの第1樹脂部材2の各々は、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の少なくともいずれかを含んでいる。少なくとも1つの第1樹脂部材2の材料は、高い耐熱性を有する樹脂である。
少なくとも1つの第1樹脂部材2の粘度は、例えば、50Pa・s以上150Pa・s以下である。なお、本実施の形態において、粘度は、JIS規格5600-2-3に定められるコーン・プレート粘度計法によって計測される。
少なくとも1つの第1樹脂部材2のチクソトロピー・インデックスは、例えば、1.1以上である。少なくとも1つの第1樹脂部材2のチクソトロピー・インデックスは、例えば、2.5以上であってもよい。なお、本実施の形態において、チクソトロピー・インデックスは、JIS規格K6833-1に定められるチクソトロピー・インデックスである。
第1樹脂部材2は、半導体装置50の最高使用温度よりも高いガラス転移温度を有していてもよい。第1樹脂部材2のガラス転移温度は、例えば、150℃以上であってもよい。第1樹脂部材2は、図示されないフィラーを含んでいてもよい。第1樹脂部材2に含まれる図示されないフィラーの材料は、例えば、金属またはゴムである。
図5に示されるように、凸部20は、裾部204と突出部205とを含んでいてもよい。裾部204は、第2面10tに接している。突出部205は、裾部204に対して第2面10tとは反対側に突出している。凸部20が裾部204と突出部205とを含む場合、凸部20の第1方向(Z軸方向)の寸法は、第2面10tから凸部20の頂部までの寸法である。
<導電ワイヤ3の構成について>
次に、図3~図9を用いて、実施の形態1に係る導電ワイヤ3の構成を説明する。なお、図3~図9には封止樹脂部材4(図1参照)は説明の便宜のため図示されていない。図3に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、接合部30を含んでいる。接合部30は、少なくとも1つの第1樹脂部材2に隣り合っている。接合部30は、第2面10tに接合されている。少なくとも1つの導電ワイヤ3は、凹部31を含んでいる。凹部31は、接合部30に隣り合っている。凹部31は、凸部20に沿って延びている。凹部31は、凸部20に嵌合している。
次に、図3~図9を用いて、実施の形態1に係る導電ワイヤ3の構成を説明する。なお、図3~図9には封止樹脂部材4(図1参照)は説明の便宜のため図示されていない。図3に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、接合部30を含んでいる。接合部30は、少なくとも1つの第1樹脂部材2に隣り合っている。接合部30は、第2面10tに接合されている。少なくとも1つの導電ワイヤ3は、凹部31を含んでいる。凹部31は、接合部30に隣り合っている。凹部31は、凸部20に沿って延びている。凹部31は、凸部20に嵌合している。
本実施の形態において、第2面10tに沿って接合部30から凹部31に向かう方向を第2方向(X軸方向)とする。第2方向(X軸方向)は、接合部30の長手方向と同じである。第1方向(Z軸方向)および第2方向(X軸方向)の両方に直交する方向を第3方向(Y軸方向)とする。第3方向(Y軸方向)は、接合部30の幅方向と同じである。
図3に示されるように、接合部30は、第2面10tに沿って一方凸部20aと他方凸部20bとに挟み込まれている。接合部30は、接合部一方端30aおよび接合部他方端30bを含んでいる。接合部一方端30aは、一方凸部内側端2aiと隣り合っている。接合部他方端30bは、他方凸部内側端2biと隣り合っている。接合部30の第2方向(X軸方向)の寸法は、接合部一方端30aから接合部他方端30bまでの表面電極10の第2面10tに沿った寸法である。
本実施の形態において、接合部30は、接合部一方端30aおよび接合部他方端30bにおいてのみ第1樹脂部材2に接している。接合部30は、第1樹脂部材2に取り囲まれていない。接合部一方端30aは、接合部一方端30a側から接合部他方端30b側に延びている一方第1樹脂部材2aに接している。接合部他方端30bは、接合部他方端30b側から接合部一方端30a側に延びている他方第1樹脂部材2bに接している。
図3に示されるように、凹部31は、凸部20および接合部30に隣り合っている。凹部31は、凸部20に沿った凹面である。凹部31は、上面視において凸部20に重なっている。本実施の形態において、凹部31は、一方凹部31aおよび他方凹部31bを含んでいる。一方凹部31aは、他方凹部31bとで接合部30を挟み込んでいる。一方凹部31aは、一方第1樹脂部材2aの一方凸部20aに嵌合している。一方凹部31aは、接合部一方端30aにおいて、接合部30および一方第1樹脂部材2aに隣り合っている。他方凹部31bは、他方第1樹脂部材2bの他方凸部20bに嵌合している。他方凹部31bは、接合部他方端30bにおいて、接合部30および他方第1樹脂部材2bに隣り合っている。
図1に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、回路基板5の導電回路パターン51に接合されている。少なくとも1つの導電ワイヤ3は、例えば、ワイヤボンダーによって、表面電極10および導電回路パターン51にボンディングされてもよい。
少なくとも1つの導電ワイヤ3は、例えば、ウェッジツールによってボンディングされる。図6に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3がウェッジツールによってボンディングされた場合、接合部30の断面形状は略三角形である。図7に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3がウェッジツールによってボンディングされた場合、凹部31の断面形状は略三角形である。図8および図9に示されるように、凹部31に対して接合部30とは反対側に延びている延伸部は、第2面10tおよび少なくとも1つの第1樹脂部材2から離れている。
図3に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、ワイヤ上面3tおよびワイヤ下面3bを含んでいる。ワイヤ下面3bは、表面電極10の第2面10tと向かい合っている。ワイヤ上面3tは、ワイヤ下面3bに対向している。
少なくとも1つの導電ワイヤ3の材料は、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)または銅(Cu)などの金属である。
<封止樹脂部材4の構成について>
次に、図1を用いて、実施の形態1に係る封止樹脂部材4の構成を説明する。図1に示されるように、封止樹脂部材4は、半導体素子1と、少なくとも1つの第1樹脂部材2と、少なくとも1つの導電ワイヤ3とを封止している。封止樹脂部材4は、導電ワイヤ3の少なくとも一部を封止していてもよいし、導電ワイヤ3の全体を封止していてもよい。封止樹脂部材4の材料は、例えば、絶縁樹脂材料である。半導体装置50は封止樹脂部材4を含んでいてもよいし、封止樹脂部材4を含んでいなくてもよい。
次に、図1を用いて、実施の形態1に係る封止樹脂部材4の構成を説明する。図1に示されるように、封止樹脂部材4は、半導体素子1と、少なくとも1つの第1樹脂部材2と、少なくとも1つの導電ワイヤ3とを封止している。封止樹脂部材4は、導電ワイヤ3の少なくとも一部を封止していてもよいし、導電ワイヤ3の全体を封止していてもよい。封止樹脂部材4の材料は、例えば、絶縁樹脂材料である。半導体装置50は封止樹脂部材4を含んでいてもよいし、封止樹脂部材4を含んでいなくてもよい。
<回路基板5の構成について>
次に、図1を用いて、実施の形態1に係る回路基板5の構成を説明する。図1に示されるように、回路基板5は、導電回路パターン51と、絶縁基板52と、導電板53とを含んでいる。導電回路パターン51と、絶縁基板52と、導電板53とは、導電回路パターン51、絶縁基板52、導電板53の順に積層されている。絶縁基板52は、X-Y平面に延在している。絶縁基板52の材料は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)または窒化珪素(Si3N4)などの無機材料(セラミックス材料)などである。絶縁基板52は、絶縁基板上面と、絶縁基板上面に対向する絶縁基板下面とを含んでいる。導電回路パターン51は、絶縁基板上面に設けられている。導電板53は、絶縁基板下面に設けられている。導電回路パターン51および導電板53の材料は、例えば、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)などの金属である。
次に、図1を用いて、実施の形態1に係る回路基板5の構成を説明する。図1に示されるように、回路基板5は、導電回路パターン51と、絶縁基板52と、導電板53とを含んでいる。導電回路パターン51と、絶縁基板52と、導電板53とは、導電回路パターン51、絶縁基板52、導電板53の順に積層されている。絶縁基板52は、X-Y平面に延在している。絶縁基板52の材料は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)または窒化珪素(Si3N4)などの無機材料(セラミックス材料)などである。絶縁基板52は、絶縁基板上面と、絶縁基板上面に対向する絶縁基板下面とを含んでいる。導電回路パターン51は、絶縁基板上面に設けられている。導電板53は、絶縁基板下面に設けられている。導電回路パターン51および導電板53の材料は、例えば、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)などの金属である。
導電回路パターン51には、半導体素子1の裏面電極12が接合されている。裏面電極12は、例えば、図示されないはんだまたは金属微粒子焼結体などによって、導電回路パターン51に接合されている。
<ケース6について>
次に、図1を用いて、実施の形態1に係るケース6の構成を説明する。図1に示されるように、ケース6は、ヒートシンク61および外囲体62を含んでいる。半導体装置50は、ケース6によって、ケースタイプのモジュールとして構成される。封止樹脂部材4は、少なくとも部分的に、ケース6の内部空間に充填されている。
次に、図1を用いて、実施の形態1に係るケース6の構成を説明する。図1に示されるように、ケース6は、ヒートシンク61および外囲体62を含んでいる。半導体装置50は、ケース6によって、ケースタイプのモジュールとして構成される。封止樹脂部材4は、少なくとも部分的に、ケース6の内部空間に充填されている。
ヒートシンク61には、回路基板5が取り付けられている。ヒートシンク61には、回路基板5の導電板53が、例えば、電熱グリースなどの図示されない接合部材によって接合されている。半導体素子1から発生した熱は、回路基板5を通って、ヒートシンク61に伝達される。ヒートシンク61に伝達された熱は、半導体装置50の外部に拡散される。ヒートシンク61の材料は、例えば、アルミニウム(Al)などの金属である。
外囲体62は、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2、少なくとも1つの導電ワイヤ3、回路基板5、および封止樹脂部材4を囲んでいる。外囲体62は、ヒートシンク61の周縁に取り付けられている。外囲体62の材料は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)などの絶縁樹脂である。
<第1の変形例の構成について>
以下、実施の形態1の第1の変形例について図10に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
以下、実施の形態1の第1の変形例について図10に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
図10に示されるように、実施の形態1の第1の変形例において、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、複数の導電ワイヤ3を含んでいる。複数の導電ワイヤ3の各々の凹部31は、凸部20に嵌合している。本実施の形態において、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、複数の導電ワイヤ3にまたがって形成されている。少なくとも1つの第1樹脂部材2の各々は、複数の導電ワイヤ3に交差している。実施の形態1の変形例における少なくとも1つの導電ワイヤ3が複数の導電ワイヤ3を含んでいる点において、実施の形態1の第1の変形例は、実施の形態1と異なっている。
<第2の変形例の構成について>
以下、実施の形態1の第2の変形例について図11および図12に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
以下、実施の形態1の第2の変形例について図11および図12に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
図11に示されるように、実施の形態1の第2の変形例において、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、1つの第1樹脂部材2からなる。少なくとも1つの導電ワイヤ3は、1つの導電ワイヤ3からなる。図12に示されるように、1つの第1樹脂部材2の凸部20は、1つの導電ワイヤ3の1つの凹部31に嵌合している。凸部20は、接合部30の接合部一方端30aおよび接合部他方端30bのいずれかに接している。
<半導体装置50の製造方法について>
次に、主に図13~16を用いて、実施の形態1に係る半導体装置50の製造方法を説明する。
<半導体装置50の製造方法について>
次に、主に図13~16を用いて、実施の形態1に係る半導体装置50の製造方法を説明する。
図13に示されるように、半導体装置50の製造方法は、半導体素子1が準備される工程S1と、凸部20が形成される工程S2と、凹部31が凸部20に嵌合される工程S3とを含んでいる。
半導体素子1が準備される工程S1において、半導体素子1が準備される。図1に示されるように、半導体素子1は、回路基板5に接合される。
図14に示されるように、凸部20が形成される工程S2において、少なくとも1つの第1樹脂部材2が表面電極10の第2面10tに塗布されることによって、少なくとも1つの第1樹脂部材2に凸部20が形成される。
図15に示されるように、第1樹脂部材2は、ディスペンサ8によって、表面電極10に塗布される。第1樹脂部材2がディスペンスされる際における表面電極10とディスペンサノズルとの間の距離HDは、第1樹脂部材2のチクソトロピー・インデックスが1.1よりも大きい場合、第1樹脂部材のチクソトロピー・インデックスが1.1以下である場合よりも、小さくなる。
図14に示されるように、第1樹脂部材2は、凹部31(図3参照)が凸部20に嵌合される工程S3において凸部20が接合部一方端30aおよび接合部他方端30bの少なくともいずれかに隣り合う位置に配置されるように、あらかじめ塗布される。具体的には、第1樹脂部材2は、凹部31(図3参照)が凸部20に嵌合される工程S3において一方凸部20aが接合部一方端30aに隣り合う位置に配置されるように、あらかじめ塗布される。具体的には、第1樹脂部材2は、凹部31(図3参照)が凸部20に嵌合される工程S3において他方凸部20bが接合部他方端30bに隣り合う位置に配置されるように、あらかじめ塗布される。
塗布された第1樹脂部材2は、加熱される。第1樹脂部材2が加熱されることによって第1樹脂部材2に含まれる溶媒が蒸発するため、第1樹脂部材2は、導電ワイヤ3が接合される際に凸部20の形状が保持される程度に硬くなる。本実施の形態において、第1樹脂部材2が導電ワイヤ3が接合される際に凸部20の形状が保持される程度に硬くなることを、仮硬化と呼ぶ。
凸部20が形成される工程S2において、少なくとも1つの第1樹脂部材2の凸部20が保持される状態に少なくとも1つの第1樹脂部材2が仮硬化される。第1樹脂部材2は、例えば、ホットプレート上において100℃で1分間加熱されることによって、仮硬化される。図14に示されるように、仮硬化された第1樹脂部材2は、導電ワイヤ3に接着され得る。
図3に示されるように、凹部31が凸部20に嵌合される工程S3において、少なくとも1つの導電ワイヤ3の接合部30が少なくとも1つの第1樹脂部材2に隣り合うように表面電極10の第2面10tに接合される。凹部31が凸部20に嵌合される工程S3において、凹部31が形成され、かつ凹部31が凸部20に嵌合される。導電ワイヤ3が凸部20に沿って変形することによって、導電ワイヤ3に凹部31が形成される。具体的には、仮硬化された第1樹脂部材2に導電ワイヤ3が押しつけられることによって、導電ワイヤ3が凹むため、導電ワイヤ3に凹部31が形成される。第1樹脂部材2が表面電極10の第2面10tに塗布された後に、導電ワイヤ3が第2面10tに接合されつつ、凹部31が凸部20に嵌合される。
また、凹部31が凸部20に嵌合される工程S3において、回路基板5は、ヒートシンク61に接合される。外囲体62は、ヒートシンク61に接合される。
凹部31が凸部20に嵌合される工程S3の後に、第1樹脂部材2が本硬化される。第1樹脂部材2の溶媒が十分に揮発されることによって、第1樹脂部材2が本硬化される。また、第1樹脂部材2がポリイミド系樹脂を含む場合、イミド前駆体に閉環反応が生じることによって、第1樹脂部材2は本硬化される。第1樹脂部材2が本硬化される際に、第1樹脂部材2は、例えば、低酸素オーブン内において200℃で3時間加熱される。
図16に示されるように、半導体装置50の製造方法は、凹部31が凸部20に嵌合される工程S3の後に、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2および導電ワイヤ3が封止樹脂部材4によって封止される工程S4を含んでいてもよい。液状の封止樹脂部材4が半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2および導電ワイヤ3の上に供給される。供給された封止樹脂部材4は、硬化される。
<作用効果について>
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置50によれば、図3に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3の凹部31は、接合部30に隣り合っているため、接合部30の端部に接している。凹部31は、少なくとも1つの第1樹脂部材2の凸部20に嵌合している。これにより、凹部31に嵌合された第1樹脂部材2の凸部20を接合部30の端部まで行き渡らせることができる。
具体的には、一方第1樹脂部材2aが少なくとも1つの導電ワイヤ3の一方凹部31aおよび接合部一方端30aに隣り合うように、一方第1樹脂部材2aを配置できる。これにより、一方第1樹脂部材2aを接合部一方端30aまで行き渡らせることができる。また、他方第1樹脂部材2bが少なくとも1つの導電ワイヤ3の他方凹部31bおよび接合部他方端30bに隣り合うように、他方第1樹脂部材2bを配置することができる。これにより、他方第1樹脂部材2bを接合部他方端30bまで行き渡らせることができる。
図3に示されるように、少なくとも1つの凹部31が少なくとも1つの第1樹脂部材2の凸部20に嵌合しているため、第1樹脂部材2を表面電極10と導電ワイヤ3との間に隙間なく設けることができる。これにより、第1樹脂部材2の形状を安定させることができる。このため、パワーサイクル試験において半導体装置50に印可された場合でも、第1樹脂部材2を少なくとも1つの導電ワイヤ3と表面電極10との間に固定し続けることができる。これにより、接合部30にクラックが発生することを抑制できる。したがって、半導体装置50の信頼性を向上することができる。
図3に示されるように、少なくとも1つの導電ワイヤ3の凹部31は、第1樹脂部材2の凸部20に嵌合している。第1樹脂部材2は、凸部20が維持されている状態で、凹部31に嵌合している。このため、簡易な構造を有する半導体装置50を提供することができる。
第1樹脂部材2の粘度が50Pa・s以上150Pa・s以下であるため、第1樹脂部材2が表面電極10の上に保持され得る。これにより、第1樹脂部材2が表面電極10の上から流出するおそれがない。よって、第1樹脂部材2が表面電極10の上から流出することを抑制するための構造を設ける必要がない。したがって、簡易な構造を有する半導体装置50を提供することができる。
第1樹脂部材2がポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の少なくともいずれかを含んでいるため、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂のいずれも含まない第1樹脂部材2よりも、高い耐熱性を有している。これにより、高い信頼性を有する半導体装置50を提供できる。
図4に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2の第1方向(Z軸方向)の寸法H2が、接合部30が設けられた部分の少なくとも1つの導電ワイヤ3の第1方向(Z軸方向)の寸法H3の0.2倍以上1倍未満であり、少なくとも1つの第1樹脂部材2の第2方向(X軸方向)の寸法W2が接合部30の第3方向(Y軸方向)の寸法の0.5倍以上10倍以下である。これにより、少なくとも1つの第1樹脂部材2を少なくとも1つの導電ワイヤ3と表面電極10との間に効率良く配置することができる。具体的には、第1樹脂部材2を導電ワイヤ3と表面電極10との間に配置しつつ、導電ワイヤ3と表面電極10との間からはみ出さないようにすることができる。これにより、第1樹脂部材2の使用量を減らすことができる。また、第1樹脂部材2が効率良く設けられることによって、導電ワイヤ3を第1樹脂部材2によって効率良く補強できる。
仮に第1樹脂部材2の表面張力によって導電ワイヤ3と表面電極10との間に第1樹脂部材2が充填される場合、第1樹脂部材2の寸法を上記の寸法にすることは難しいため、第1樹脂部材2を効率良く設けることは難しい。
第1樹脂部材2のチクソトロピー・インデックスが1.1以上であるため、少なくとも1つの第1樹脂部材2の第1方向(Z軸方向)の寸法H2を接合部30が設けられた部分の少なくとも1つの導電ワイヤ3の第1方向(Z軸方向)の寸法H3の0.2倍以上1倍未満にでき、少なくとも1つの第1樹脂部材2の第2方向(X軸方向)の寸法W2を接合部30の第3方向(Y軸方向)の寸法の0.5倍以上10倍以下にできる。これにより、第1樹脂部材2を効率良く設けることができる。
図3に示されるように、接合部30は、接合部一方端30aおよび接合部他方端30bにおいてのみ第1樹脂部材2に接している。接合部30の全周が第1樹脂部材2に接している場合よりも、第1樹脂部材2の使用量を小さくすることができる。
本実施の形態の第1の変形例によれば、図10に示されるように、複数の導電ワイヤ3の各々の凹部31は、凸部20に嵌合されている。このため、1つの第1樹脂部材2の各々に、複数の導電ワイヤ3が接合されている。よって、半導体装置50の製造における作業時間を、複数の第1樹脂部材2がディスペンスされている場合よりも、短縮できる。
本実施の形態の第2の変形例によれば、図12に示されるように、少なくとも1つの第1樹脂部材2は、1つの第1樹脂部材2からなっていてもよい。これにより、少なくとも1つの第1樹脂部材2が複数の第1樹脂部材2を含んでいる場合よりも、第1樹脂部材2の使用量を減らすことができる。よって、半導体装置50の製造コストを小さくすることができる。
本実施の形態の半導体装置50の製造方法によれば、図13に示されるように、半導体装置50の製造方法は、導電ワイヤ3の凹部31が第1樹脂部材2の凸部20に嵌合される工程S3を含んでいる。これにより、第1樹脂部材2を導電ワイヤ3と表面電極10との間に隙間なく配置することができる。
半導体装置50の製造方法は、導電ワイヤ3の凹部31が第1樹脂部材2の凸部20に嵌合される工程S3を含んでいる。これにより、第1樹脂部材2は、凸部20が維持されている状態で、凹部31に嵌合する。よって、簡易な構造を有する半導体装置50を提供することができる。
第1樹脂部材2が表面電極10の第2面10tに塗布された後に、導電ワイヤ3の凹部31が第1樹脂部材2の凸部20に接着されるため、第1樹脂部材2を導電ワイヤ3と表面電極10との間に隙間なく配置することができる。
凸部20が形成される工程S2において、少なくとも1つの第1樹脂部材2の凸部20が保持される状態に少なくとも1つの第1樹脂部材2が仮硬化される。これにより、凸部20の形状が保持され得る。また、仮硬化された少なくとも1つの第1樹脂部材2に少なくとも1つの導電ワイヤ3が押し当てられることによって、少なくとも1つの導電ワイヤ3が凹む。これによって、少なくとも1つの導電ワイヤ3に凹部31が形成され得る。
凹部31が凸部20に嵌合される工程S3の後に、第1樹脂部材2が本硬化される。このため、第1樹脂部材2が導電ワイヤ3に十分に接着され得る。
図16に示されるように、凹部31が凸部20に嵌合される工程S3の後に、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2および導電ワイヤ3が封止樹脂部材4によって封止される。これにより、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2および導電ワイヤ3が封止樹脂部材4によって補強されるため、半導体装置50の信頼性を向上することができる。
実施の形態2.
実施の形態2は、特に説明しない限り、上記の実施の形態1と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
実施の形態2は、特に説明しない限り、上記の実施の形態1と同一の構成、製造方法および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。
図17~図19を用いて、実施の形態2に係る半導体装置50の構成を説明する。図17に示されるように、本実施の形態において、半導体装置50は、第2樹脂部材7をさらに含んでいる。本実施の形態に係る半導体装置50は、第2樹脂部材7をさらに含んでいる点において、実施の形態1に係る半導体装置50と異なっている。
図18に示されるように、本実施の形態において、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、隣接部32と立ち上がり部33とを含んでいる。隣接部32は、接合部30に隣り合っている。立ち上がり部33は、表面電極10に対して本体部11(図1参照)とは反対側に隣接部32から立ち上がっている。少なくとも1つの導電ワイヤ3は、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33において屈曲されている。接合部30、隣接部32および立ち上がり部33は、少なくとも1つの導電ワイヤ3のネック部を構成している。
第2樹脂部材7は、少なくとも1つの導電ワイヤ3に対して表面電極10の反対側において、立ち上がり部33から隣接部32を経由して接合部30まで覆っている。第2樹脂部材7は、接合部30の少なくとも一部と、隣接部32と、立ち上がり部33の少なくとも一部とを覆っている。図19に示されるように、上面視において、第2樹脂部材7は、少なくとも1つの第1樹脂部材2と接合部30との境界と重なっている。
第2樹脂部材7は、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の少なくともいずれかを含んでいる。第2樹脂部材7は、高い耐熱性を有する樹脂であってもよい。第2樹脂部材7のチクソトロピー・インデックスは、例えば、1.1以上である。第2樹脂部材7のチクソトロピー・インデックスは、例えば、2.5以上であってもよい。
第2樹脂部材7は、図示されないフィラーを含んでいてもよい。第2樹脂部材7に含まれる図示されないフィラーの材料は、例えば、セラミック、金属またはゴムである。第2樹脂部材7は、半導体装置50の最高使用温度よりも高いガラス転移温度を有していてもよい。第2樹脂部材7のガラス転移温度は、例えば、150℃以上であってもよい。
以下、実施の形態2の変形例について図19および図20に基づいて説明する。なお、以下では、同一または相当する部分に同一の符号を付すものとし、重複する説明は繰り返さない。
図20に示されるように、実施の形態2の変形例において、少なくとも1つの導電ワイヤ3は、複数の導電ワイヤ3を含んでいる。第2樹脂部材7は、複数の導電ワイヤ3にまたがっている。本実施の形態において、第2樹脂部材7は、複数の導電ワイヤ3に交差している。
次に、図21を用いて、実施の形態2に係る半導体装置50の製造方法を説明する。
図21に示されるように、本実施の形態において、少なくとも1つの導電ワイヤ3の立ち上がり部33から隣接部32を経由して接合部30までが、少なくとも1つの導電ワイヤ3に対して表面電極10とは反対側において、第2樹脂部材7によって被覆される工程S5をさらに含んでいる。
図21に示されるように、本実施の形態において、少なくとも1つの導電ワイヤ3の立ち上がり部33から隣接部32を経由して接合部30までが、少なくとも1つの導電ワイヤ3に対して表面電極10とは反対側において、第2樹脂部材7によって被覆される工程S5をさらに含んでいる。
接合部30、隣接部32および立ち上がり部33が第2樹脂部材7によって被覆された後に、第2樹脂部材7の溶媒が揮発されることによって、第2樹脂部材7が仮硬化されてもよい。第2樹脂部材7は、例えば、ホットプレート上において100℃で1分間加熱されることによって、仮硬化される。
凹部31が凸部20に嵌合される工程S3の後に、第2樹脂部材7が本硬化される。第2樹脂部材7の溶媒が十分に揮発されることによって、第2樹脂部材7は本硬化される。また、第2樹脂部材7がポリイミド系樹脂を含む場合、イミド前駆体に閉環反応が生じることによって、第2樹脂部材7は本硬化される。第2樹脂部材7が本硬化される際に、第2樹脂部材7は、例えば、低酸素オーブン内において200℃で3時間加熱される。
図21に示されるように、第2樹脂部材7によって被覆される工程S5の後に、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2、第2樹脂部材7および導電ワイヤ3が封止樹脂部材4によって封止される工程S4をさらに含んでいてもよい。
続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
本実施の形態に係る半導体装置50によれば、図18に示されるように、立ち上がり部33が表面電極10に対して本体部11とは反対側に隣接部32から立ち上がっている。本実施の形態において、第2樹脂部材7は、立ち上がり部33から隣接部32を経由して接合部30まで覆っている。これにより、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33を補強できる。よって、パワーサイクル試験において半導体装置50に印可された場合でも、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33にクラックが発生することを抑制できる。したがって、半導体装置50の信頼性を向上することができる。また、少なくとも1つの導電ワイヤ3が隣接部32において破断することを抑制できる。
本実施の形態に係る半導体装置50によれば、図18に示されるように、立ち上がり部33が表面電極10に対して本体部11とは反対側に隣接部32から立ち上がっている。本実施の形態において、第2樹脂部材7は、立ち上がり部33から隣接部32を経由して接合部30まで覆っている。これにより、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33を補強できる。よって、パワーサイクル試験において半導体装置50に印可された場合でも、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33にクラックが発生することを抑制できる。したがって、半導体装置50の信頼性を向上することができる。また、少なくとも1つの導電ワイヤ3が隣接部32において破断することを抑制できる。
第2樹脂部材7がポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の少なくともいずれかを含んでいるため、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂のいずれも含まない第2樹脂部材7よりも、高い耐熱性を有している。これにより、高い信頼性を有する半導体装置50を提供できる。
第2樹脂部材7のチクソトロピー・インデックスが1.1以上であるため、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33を十分な厚みを有する第2樹脂部材7によって被覆することができる。第2樹脂部材7の厚みは、例えば、10μm以上100μm以下である。これにより、接合部30、隣接部32および立ち上がり部33にクラックが生じることを抑制できる。
本実施の形態の変形例に係る半導体装置50によれば、図20に示されるように、第2樹脂部材7は、複数の導電ワイヤ3にまたがっている。このため、半導体装置50の製造工程において、第2樹脂部材7をディスペンスする際に、第2樹脂部材7を連続的に塗布できる。これにより、半導体装置50の製造における作業時間を短くすることができる。
本実施の形態に係る半導体装置50の製造方法によれば、図21に示されるように、凹部31が凸部20に嵌合される工程S3の後に、少なくとも1つの導電ワイヤ3に対して表面電極10の反対側において、少なくとも1つの導電ワイヤ3の立ち上がり部33から隣接部32を経由して接合部30までが第2樹脂部材7によって被覆される工程S5をさらに含んでいる。このため、隣接部32が補強され得る。
図21に示されるように、第2樹脂部材7によって被覆される工程S5の後に、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2、第2樹脂部材7および導電ワイヤ3が封止樹脂部材4によって封止される工程S4をさらに含んでいる。このため、半導体素子1、少なくとも1つの第1樹脂部材2、第2樹脂部材7および導電ワイヤ3が封止樹脂部材4によって補強されるため、半導体装置50の信頼性を向上することができる。
実施の形態3.
本実施の形態は、上述した実施の形態1および実施の形態2にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換置に限定されるものではないが、以下、実施の形態3として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。
本実施の形態は、上述した実施の形態1および実施の形態2にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換置に限定されるものではないが、以下、実施の形態3として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。
図22は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
図22に示す電力変換システムは、電源100、電力変換装置200、負荷300から構成される。電源100は、直流電源であり、電力変換装置200に直流電力を供給する。電源100は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源100を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。
電力変換装置200は、電源100と負荷300の間に接続された三相のインバータであり、電源100から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷300に交流電力を供給する。電力変換装置200は、図22に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路201と、主変換回路201を制御する制御信号を主変換回路201に出力する制御回路203とを備えている。
負荷300は、電力変換装置200から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷300は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
以下、電力変換装置200の詳細を説明する。主変換回路201は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(図示せず)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源100から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷300に供給する。主変換回路201の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路201は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路201の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれかは、上述した実施の形態1および実施の形態2のいずれかの半導体装置に相当する半導体装置202が有するスイッチング素子又は還流ダイオードである。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。
また、主変換回路201は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示なし)を備えているが、駆動回路は半導体装置202に内蔵されていてもよいし、半導体装置202とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路201のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路201のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路203からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。
制御回路203は、負荷300に所望の電力が供給されるよう主変換回路201のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷300に供給すべき電力に基づいて主変換回路201の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路201を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路201が備える駆動回路に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路201を構成する半導体装置202として実施の形態1および実施の形態2にかかる半導体装置を適用するため、高い信頼性を有し、かつ簡易な構造を有する電力変換装置を実現することができる。
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本開示を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータやAC/DCコンバータに本開示を適用することも可能である。
また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 半導体素子、2 第1樹脂部材、3 ワイヤ、4 第2樹脂部材、7 第3樹脂、10 表面電極、10t 第1面、10b 第2面、11 本体部、20 凸部、30 接合部、31 凹部、32 立ち上がり部、33 立ち上がり部、50 半導体装置、100 電源、200 電力変換装置、201 主変換回路、202 半導体装置、203 制御回路、300 負荷。
Claims (16)
- 本体部と、前記本体部に接合された第1面および前記第1面に対向する第2面を有する表面電極とを含む半導体素子と、
前記表面電極の前記第2面に配置された少なくとも1つの第1樹脂部材と、
前記少なくとも1つの第1樹脂部材に隣り合いかつ前記第2面に接合された接合部を含む少なくとも1つの導電ワイヤとを備え、
前記少なくとも1つの第1樹脂部材は、前記表面電極に対して前記本体部とは反対側に突出している凸部を含み、
前記少なくとも1つの導電ワイヤは、前記接合部に隣り合いかつ前記凸部に沿って延びる凹部を含み、
前記凹部は、前記凸部に嵌合している、半導体装置。 - 前記少なくとも1つの第1樹脂部材の粘度は、50Pa・s以上150Pa・s以下である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記表面電極の前記第1面に前記第2面が対向する方向を第1方向とし、
前記第2面に沿って前記接合部から前記凹部に向かう方向を第2方向とし、
前記第1方向および前記第2方向の両方に直交する方向を第3方向としたときに、
前記少なくとも1つの第1樹脂部材の前記第1方向の寸法は、前記接合部が設けられた部分の前記少なくとも1つの導電ワイヤの前記第1方向の寸法の0.2倍以上1倍未満であり、
前記少なくとも1つの第1樹脂部材の前記第2方向の寸法は、前記接合部の前記第3方向の寸法の0.5倍以上10倍以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記少なくとも1つの第1樹脂部材は、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の少なくともいずれかを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記少なくとも1つの第1樹脂部材のチクソトロピー・インデックスは、1.1以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 第2樹脂部材をさらに備え、
前記少なくとも1つの導電ワイヤは、前記接合部に隣り合う隣接部と、前記表面電極に対して前記本体部とは反対側に前記隣接部から立ち上がっている立ち上がり部とを含み、
前記第2樹脂部材は、前記少なくとも1つの導電ワイヤに対して前記表面電極とは反対側において、前記立ち上がり部から前記隣接部を経由して前記接合部まで覆っている、請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第2樹脂部材は、ポリイミド系樹脂およびポリアミド系樹脂の少なくともいずれかを含む、請求項6に記載の半導体装置。
- 前記第2樹脂部材のチクソトロピー・インデックスは、1.1以上である、請求項6または7に記載の半導体装置。
- 前記少なくとも1つの導電ワイヤは、複数の導電ワイヤを含み、
前記複数の導電ワイヤの各々の前記凹部は、前記凸部に嵌合している、請求項1~8のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記少なくとも1つの導電ワイヤは、複数の導電ワイヤを含み、
前記第2樹脂部材は、前記複数の導電ワイヤにまたがっている、請求項6~8のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 請求項1~10のいずれか1項に記載の前記半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 - 本体部と、前記本体部に接合された第1面および前記第1面に対向する第2面を有する表面電極とを含む半導体素子が準備される工程と、
少なくとも1つの第1樹脂部材が前記表面電極の前記第2面に塗布されることによって、前記少なくとも1つの第1樹脂部材に前記表面電極に対して前記本体部の反対側に突出している凸部が形成される工程と、
少なくとも1つの導電ワイヤの接合部が前記少なくとも1つの第1樹脂部材に隣り合うように前記表面電極の前記第2面に接合されつつ、前記接合部に隣り合う前記凸部に沿って延びる凹部が形成され、かつ前記凹部が前記凸部に嵌合される工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 - 前記凸部が形成される工程において、前記少なくとも1つの第1樹脂部材の前記凸部が保持される状態に前記少なくとも1つの第1樹脂部材が仮硬化される、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部が前記凸部に嵌合される工程の後に、前記半導体素子、前記少なくとも1つの第1樹脂部材および前記少なくとも1つの導電ワイヤが封止樹脂部材によって封止される工程をさらに備えた、請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記少なくとも1つの導電ワイヤは、前記接合部に隣り合う隣接部と、前記表面電極に対して前記本体部とは反対側に前記隣接部から立ち上がっている立ち上がり部とを含み、
前記少なくとも1つの導電ワイヤの前記立ち上がり部から前記隣接部を経由して前記接合部までが、前記少なくとも1つの導電ワイヤに対して前記表面電極とは反対側において、第2樹脂部材によって被覆される工程をさらに備えた、請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2樹脂部材によって被覆される工程の後に、前記半導体素子、前記少なくとも1つの第1樹脂部材、前記第2樹脂部材および前記少なくとも1つの導電ワイヤが封止樹脂部材によって封止される工程をさらに備えた、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
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