專利名稱：樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及其制造方法，以將多個(gè)半導(dǎo)體 開關(guān)元件重疊的方式配置，并且一體地進(jìn)行樹脂密封，由此，縮小安裝 面積。
背景技術(shù)：
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)或 功率MOSFET等是被廣泛使用于電力的轉(zhuǎn)換或馬達(dá)控制的半導(dǎo)體開關(guān) 元件。作為使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件的裝置的一例，參照?qǐng)D25對(duì)使用IGBT 的三相交流反相器電路(inverter circuit)進(jìn)行說明。
三相交流反相器電路301具備U相302、 V相304、 W相306。并 且，U相302、 V相304、 W相306分別具備上支路(upper arm) 310 和下支路(lower arm) 312。上支路310具備IGBT314和與其并聯(lián)連接 的續(xù)流二極管316。下支路312也同樣地具備IGBT318和與其并聯(lián)連接 的續(xù)流二極管320。并且，U相302與高電壓直流電源連接，進(jìn)行從控 制電路傳送的控制信號(hào)的開關(guān)，并向負(fù)載322傳送交流成分。并且，V 相304、 W相306也與U相302相同。
這樣，利用多個(gè)IGBT (半導(dǎo)體開關(guān)元件)的裝置通過樹脂密封進(jìn) 行安裝的情況較多。例如，如圖26所示那樣安裝上述的三相交流反相 器電路301的U相302。在圖26中，將第一導(dǎo)體電極334以及第二導(dǎo) 體電極332配置在絕緣襯底335上。
在第一導(dǎo)體電極334上，以已經(jīng)描述了的上支路的IGBT314的集電 極和續(xù)流二極管316的陰極連接的方式，配置IGBT314和續(xù)流二極管 316。另一方面，在第二導(dǎo)體電極332上，以已經(jīng)描述了的下支路的 IGBT318的集電極和續(xù)流二極管320的陰極連接的方式，配置IGBT318 和續(xù)流二極管320。配置在第一導(dǎo)體電極334以及第二導(dǎo)體電極332上 的元件利用引線布線308進(jìn)行預(yù)定的連接，從而實(shí)現(xiàn)圖25的連接。
并且，在圖26中，從控制端子338提供IGBT314的控制信號(hào)，從 控制端子340提供IGBT318的控制信號(hào)。搭栽有元件的絕緣襯底被樹脂密封的情況很多。參照?qǐng)D27到圖32 概括說明一般的樹脂密封的工藝。如圖27所示，此處應(yīng)該被樹脂密封 的結(jié)構(gòu)即插入物360被配置在由上模具350和下模具352形成的腔357 中。向腔內(nèi)部提供模塑樹脂(molding resin )的樹脂塊(resin tabiet) 356 和塞子(plunger) 354被配置在下模具352的一部分上。
其次，如圖28所示，利用上模具350和下模具352進(jìn)行緊固。此 時(shí)，上、下模具將應(yīng)該被提供給腔內(nèi)的模塑樹脂進(jìn)行加熱，降低樹脂粘 度。其次，塞子354向腔內(nèi)部方向進(jìn)行移動(dòng)，將模塑樹脂注入到腔內(nèi)部 (圖29)。并且，使上模具350、下模具352溫度下降，使腔內(nèi)的模塑 樹脂358硬化(圖30 )。最后，將上模具350及下模具352從上述的被 硬化了的模塑樹脂上取下(圖31 )并且進(jìn)行所希望的切斷等，樹脂密封 結(jié)束(圖32)。
對(duì)于上述的樹脂密封的方法來說，即使插入物的厚度具有制造偏 差，該偏差若在規(guī)定的范圍內(nèi)，則能夠毫無問題地進(jìn)行樹脂密封。但是， 在這樣的樹脂密封的方法中，存在散熱特性的提高不充分這一問題。此 外，也不能滿足縮小安裝面積的要求，要求進(jìn)行改善。
為了縮小樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的安裝面積，在樹脂密封型半導(dǎo)體 裝置的厚度方向上將半導(dǎo)體元件進(jìn)行重疊配置。即，在上述的三相交流 反相器的例子中，存在在以在構(gòu)成在U相、V相、W相的任意一個(gè)中所 使用的下支路的IGBT上裝栽構(gòu)成該上支路的IGBT的方式進(jìn)行重疊的 狀態(tài)下進(jìn)行樹脂密封的情況(專利文獻(xiàn)1-9),由此，與在如圖26所示 的平坦的表面(襯底)上搭栽了元件的情況進(jìn)行比較，能夠?qū)惭b面積 縮小至大約一半左右。
專利文獻(xiàn)l:特開2006-049542號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:特開2006-1349卯號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:特開2004-193476號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4:特開2002-026251號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5:特開2004-047850號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)6:特開2005-064116號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)7:特開2005-064H5號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)8:特開2005-333008號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)9:特開2005-303018號(hào)公報(bào)如上所述，在將兩個(gè)IGBT進(jìn)行重疊的狀態(tài)下進(jìn)行樹脂密封的半導(dǎo) 體裝置中，與在平坦的表面(襯底)上搭栽了多個(gè)元件的情況相比較， 能夠以高密度來搭載元件。 一般地，在電力用等的半導(dǎo)體裝置中，散熱 性為重要的特性。并且，如上所述，當(dāng)以高密度搭載元件時(shí)，還需要增 加IGBT等的被樹脂密封的元件的散熱性。因此，考慮制造如圖34記栽 的插入物401。圖34中記載的插入物401是被搭載在塑模模具內(nèi)部并且 應(yīng)該進(jìn)行樹脂密封的結(jié)構(gòu)。插入物401是以將IGBT408和IGBT410、 二 極管424和二極管426重疊的方式進(jìn)行配置的結(jié)構(gòu)。
并且，在IGBT408的表面?zhèn)?、即配置柵極和發(fā)射極的面上，散熱器 (heat spreader) 422與上述的發(fā)射極接合。對(duì)于該接合來說，例如，通 過焊料416等進(jìn)行。散熱器422為金屬制。散熱器422不僅與IGBT408 的發(fā)射極接合，也與二極管426的陽極接合。對(duì)于散熱器422來說，在 與IGBT408的發(fā)射極接合的面的相反面上，通過絕緣層430與作為散熱 板的銅箔434接合。銅箔434的與絕緣層430接合的面的相反面是模塑 樹脂工序之后也要在外部露出的面。
此外，關(guān)于與IGBT408重疊配置的IGBT410 ，散熱器420與IGBT410 的背面、即形成集電極的面接合。散熱器420為金屬制。散熱器420不 僅與IGBT410的發(fā)射極接合，也與二極管424的陰極接合。對(duì)于散熱器 420來說，在與IGBT410的發(fā)射極接合的面的相反面上，通過絕緣層432 與作為散熱板的銅箔436接合。銅箔436的與絕緣層432接合的面的相 反面是模塑樹脂工序之后也要在外部露出的面。
對(duì)于具備這樣結(jié)構(gòu)的插入物401來說，使用具備圖33中記栽的下 模具402、中間模具404、上模具406的模具，利用模塑樹脂進(jìn)行樹脂 密封。如圖33所示，對(duì)于下模具402來說，在其上表面，與中間模具 404以及上模具406接觸，對(duì)于上模具406來說，在其下表面，與中間 模具404以及下模具402的上表面接觸，進(jìn)行緊固。下面，對(duì)使用了下 模具402、中間模具404、上模具406的樹脂密封的方法與參照?qǐng)D27到 圖32進(jìn)行說明的方法的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
對(duì)于插入物401的銅箔434和銅箔436來說，預(yù)定各自的與絕緣膜 430、 432接觸的面的相反側(cè)的面露出到模塑樹脂外部，所以，配置在腔 400內(nèi)部并且向腔內(nèi)導(dǎo)入模塑樹脂時(shí)，必須按壓腔內(nèi)壁。即，腔內(nèi)壁與 銅箔434、銅箔436接觸，由此，能夠不使模塑樹脂浸入到腔內(nèi)部和銅箔434、銅箔436之間，如上所述能夠使銅箔434和辨箔436的一部分 露出到模塑樹脂外部。
由此，除了從與散熱器422連接且延伸到樹脂密封后的模塑樹脂外 部的！GBT408的發(fā)射極端子440、和1GBT410的集電極端子438以及主 電極428的散熱，也進(jìn)行從銅箔434和銅箔436的散熱。因此，能夠制 造散熱性良好的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置。
但是，為了實(shí)施上述的制造方法，插入物401的總厚度和由模具(下 模具402、中間模具404、上模具406)形成的腔400的腔總深度(圖 33中以A表示)必須完全一致。若在二者完全一致的狀態(tài)下將插入物 401導(dǎo)入到腔400中并且進(jìn)行模塑樹脂的注入，則能夠使銅箔434和銅 箔436的一部分向模塑樹脂外部露出，并且，不存在在插入物上施加不 需要的力的弊端。但是，在插入物401的制造中，不能避免總厚度B產(chǎn) 生一定的偏差。
所以，存在插入物401的總厚度B是比腔總深度小的值的情況。此 時(shí)，如圖35所示，在利用下模具402、中間模具404、上模具406進(jìn)行 緊固之后，在銅箔434和上模具406的內(nèi)壁之間、或者銅箔436和下模 具402的內(nèi)壁之間產(chǎn)生間隔450、間隔452。當(dāng)以保持產(chǎn)生間隔450、 452 的狀態(tài)進(jìn)行樹脂密封時(shí)，應(yīng)該露出到模塑樹脂外部的銅箔434和銅箔 436的一部分也被模塑樹脂454覆蓋(圖36)。其結(jié)果是，存在裝置的 散熱特性的改善、提高比較困難的問題。
另一方面，也考慮插入物401的總厚度是比腔總深度A大的值的情 況。此時(shí)，如圖37所示，不能進(jìn)行下模具402、中間模具404、上模具 406的緊固。并且，例如，在下模具402上表面和上模具406下表面之 間空出間隔460。此處，為了消除上述的間隔460，加強(qiáng)對(duì)下才莫具402、 中間模具404、上模具406或其中任意一個(gè)的按壓，強(qiáng)制進(jìn)行緊固，則 存在元件受到損傷這一問題(圖38的462、 464、 466、 468)。
這樣，作為將想要縮小安裝面積的IGBT等的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行 重疊配置的插入物，以使插入物的散熱特性提高為目的，在將插入物的 一部分緊密接觸在模具內(nèi)壁上的狀態(tài)下進(jìn)行模塑樹脂的情況下，根據(jù)插 入物的制造偏差，存在由模塑樹脂覆蓋了插入物的整體、或受到插入物 破裂等的損傷這一問題。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決如上所述的技術(shù)問題而提出的，其目的在于提供 能夠縮小安裝面積和提高散熱特性的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
本發(fā)明的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置具備第一半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表 面具有發(fā)射極，在背面具有集電極；第一發(fā)射極端子，與該第一半導(dǎo)體 開關(guān)元件的該表面接合；第一集電極端子，與該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的 該背面接合；第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面具有發(fā)射極，在背面具有集 電極；第二發(fā)射極端子，與該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的該表面接合；第二 集電極端子，與該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的該背面接合；第一散熱板，與 該第一集電極端子的與該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面 接合；第二散熱板，與該第二集電極端子的與該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的 接合面的相反側(cè)的面接合；模塑樹脂，整體地覆蓋該第一半導(dǎo)體開關(guān)元 件和該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件。
并且，其特征在于，該第一散熱板的與該第一集電極端子的接合面
的相反側(cè)的面從該模塑樹脂露出，該第二散熱板的與該第二集電極端子
的接合面的相反側(cè)的面從該模塑樹脂露出，該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和該 第二半導(dǎo)體開關(guān)元件以該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的發(fā)射極與該第二半導(dǎo)
體開關(guān)元件的發(fā)射極相對(duì)的方式配置，該第一發(fā)射極端子和該第二發(fā)射 極端子分離。
本發(fā)明的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置具備第一半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表 面具有發(fā)射極，在背面具有集電極；第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面具有 發(fā)射極，在背面具有集電極；主電極輸出端子，被該第一半導(dǎo)體開關(guān)元 件的表面和該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的背面夾持；第一集電極端子，與該 第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的該背面接合；第二發(fā)射極端子，與該第二半導(dǎo)體
開關(guān)元件的該表面接合；有機(jī)成分的第一高散熱絕緣體，與該第一集電 極端子的與該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面接合；有機(jī)成 分的第二高散熱絕緣體，與該第二集電極端子的與該第二半導(dǎo)體開關(guān)元 件的接合面的相反側(cè)的面接合；第一散熱板，與該第一高散熱絕緣體的 與該第一集電極端子的接合面的相反側(cè)的面接合；第二散熱板，與該第 二高散熱絕緣體的與該第二發(fā)射極端子的接合面的相反側(cè)的面接合；模 塑樹脂，整體地覆蓋所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件。
并且，其特征在于，該第一散熱板的與該第一高散熱絕緣體的接合 面的相反側(cè)的面露出到該模塑樹脂的外部，該第二散熱板的與該第二高 散熱絕緣體的接合面的相反側(cè)的面露出到該模塑樹脂的外部，該第一高 散熱絕緣體和該第二高散熱絕緣體的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度比該模塑樹脂軟 化的溫度低。
本發(fā)明的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法，具備如下工序在表 面具有發(fā)射極、背面具有集電極的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的該表面上接合 第一發(fā)射極端子，在該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的該背面上接合第一集電極 端子；在該第一集電極端子的與該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反 側(cè)的面上接合第一散熱板；在表面具有發(fā)射極、背面具'有集電極的第二 半導(dǎo)體開關(guān)元件的該表面上接合第二發(fā)射極端子，在該第二半導(dǎo)體開關(guān) 元件的該背面上接合第二集電極端子；在該第二集電極端子的與該第二 半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面上接合第二散熱板；將該第一、 第二半導(dǎo)體開關(guān)元件、該第一、第二發(fā)射極端子、該第一、第二集電極
端子以及該第 一、第二散熱板放入到由上模具和下模具形成的腔內(nèi)部， 向該腔內(nèi)部注入模塑樹脂，整體地覆蓋該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和該第二 半導(dǎo)體開關(guān)元件。
并且，其特征在于，將該模塑樹脂注入到該腔內(nèi)部時(shí)，使該第一散 熱板的與該第一集電極端子的接合面的相反側(cè)的面接觸到該下模具的 內(nèi)部底面，使該第二散熱板的與該第二集電極端子的接合面的相反側(cè)的 面接觸到該上模具的內(nèi)部上表面，以該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的發(fā)射極和 該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的發(fā)射極相對(duì)的方式，配置該第一半導(dǎo)體開關(guān)元
件和該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，使該第一發(fā)射極端子與該第二發(fā)射極端子 分離。
本發(fā)明的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法，具備如下工序在表 面具有發(fā)射極、背面具有集電極的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的該背面上接合 第一集電極端子；在該第一集電極端子的與該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接 合面的相反側(cè)的面上，接合有機(jī)成分的第一高散熱絕緣體；在該第一高 散熱絕緣體的與該第一集電極端子的接合面的相反側(cè)的面上接合第一 散熱板；在表面具有發(fā)射極、背面具有集電極的第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的 該表面上接合第二發(fā)射極端子；在該第二發(fā)射極端子的與該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面上，接合有機(jī)成分的第二高散熱絕緣
體；在該第二高散熱絕緣體的與該第二發(fā)射極端子的接合面的相反側(cè)的 面上接合第二散熱板；以被該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的表面和該第二半導(dǎo) 體開關(guān)元件的背面夾持的方式，接合主電極輸出端子；將該第一、第二 半導(dǎo)體開關(guān)元件、該第一集電極端子、該第二發(fā)射極端子、該第一、第 二高散熱絕緣體、該第一、第二散熱板、該主電極輸出端子放入到由上 模具和下模具形成的腔內(nèi)部，向該腔內(nèi)部注入模塑樹脂，整體地覆蓋該 第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件。
并且，其特征在于，將該模塑樹脂注入到該腔內(nèi)部時(shí)，使該第一散 熱板的與該第一高散熱絕緣體的接合面的相反側(cè)的面接觸到該下模具 的內(nèi)部底面，使該第二散熱板的與該第二高散熱絕緣體的接合面的相反 側(cè)的面接觸到該上模具的內(nèi)部上表面，該第一高散熱絕緣體與該第二高 散熱絕緣體的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度比該模塑樹脂軟化的溫度低。
根椐本發(fā)明，能夠無弊病地進(jìn)行樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的小型化和 散熱特性的提高。


圖1是實(shí)施方式1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖2是圖1的在箭頭B方向觀察的剖面圖。
圖3是圖1的在箭頭C方向圖的剖面圖。
圖4是表示圖1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的概況圖。
圖5是表示圖1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的概況圖。
圖6是表示圖1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的概況圖。
圖7是說明實(shí)施方式1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
圖8是說明實(shí)施方式1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是說明實(shí)施方式1的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是實(shí)施方式2的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖11是圖IO的在箭頭B方向觀察的剖面圖。
圖12是圖IO的在箭頭C方向觀察的剖面圖。
圖13是說明實(shí)施方式2的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。
圖14是說明實(shí)施方式2的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。
圖15是說明實(shí)施方式2的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖16是表示在實(shí)施方式2的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置中形成三相交 流反相器的例子的圖。
圖17是說明連接到匯流條(busbar)的圖16的結(jié)構(gòu)的立體圖。 圖18是圖17的主視圖。
圖19是以圖18的D表示的部分周邊的放大圖。 圖20是實(shí)施方式3的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的剖面圖。 圖21是圖1的在箭頭B的方向觀察的剖面圖。 圖22是對(duì)實(shí)施方式3的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說 明的圖。
圖23是對(duì)實(shí)施方式3的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說 明的圖。
圖24是實(shí)施方式4的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
圖25是說明三相交流反相器的電路圖。
圖26是對(duì)單相的布局例子進(jìn)行說明的圖。
圖27是對(duì)已知的樹脂密封工序進(jìn)行說明的圖。
圖28是對(duì)已知的樹脂密封工序進(jìn)行說明的圖。
圖29是對(duì)已知的樹脂密封工序進(jìn)行說明的圖。
圖30是對(duì)已知的樹脂密封工序進(jìn)行說明的圖。
圖31是對(duì)已知的樹脂密封工序進(jìn)行說明的圖。
圖32是對(duì)已知的樹脂密封工序進(jìn)行說明的圖。
圖33是對(duì)在樹脂密封工序中使用的模具進(jìn)行說明的圖。
圖34是對(duì)已知的模塑樹脂工序前的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的圖。
圖35是說明散熱性相關(guān)的技術(shù)問題的圖。
圖36是說明散熱性相關(guān)的技術(shù)問題的圖。
圖37是關(guān)于對(duì)元件的損傷相關(guān)的技術(shù)問題進(jìn)行說明的圖。
圖3 8是關(guān)于對(duì)元件的損傷相關(guān)的技術(shù)問題進(jìn)行說明的圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1
本實(shí)施方式涉及能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和提高散熱特性的樹脂密封型半 導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖1是本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11 的剖面圖。樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11具備第一 IGBTIO。第一 IGBT10在表面上具有柵極、發(fā)射極，在背面上具有集電極。第一控制端子28 通過第一內(nèi)部布線32連接到第一IGBT10的柵極。此外，第一發(fā)射極端 子22利用焊料18與第一 IGBT10的發(fā)射極連接。并且，第一集電極端 子20利用焊料18與第一 IGBT10的集電極連接。
并且，本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11還具備第一二極管 14。第一二極管M在表面上形成有陰極，在背面上形成有陽極。第一 二極管14的陰極利用焊料18連接到第一集電極端子20。第一二極管 14的陽極利用焊料18連接到第一發(fā)射極端子22。因此，對(duì)于第一集電 極端子20來說，其預(yù)定的面與第一 IGBT10的集電極以及第一二極管 14的陰極連接。此外，對(duì)于第一發(fā)射極端子22來說，其預(yù)定的面與第 一IGBT10的發(fā)射極以及第一二極管14的陽極連接。
在上述第一集電極端子20的與第一IGBT10的集電極以及第一二極 管14的陰極連接的面的相反側(cè)的面(以下稱為第一集電極端子散熱面) 上配置有第一絕緣層36。為了第一集電極端子20的絕緣，第一絕緣層 36與第一集電極端子散熱面接觸地配置。在第一絕緣層36的與第一集 電極端子散熱面接觸的面的相反面上配置有第一散熱板38。第一散熱板 38是平板狀，在與第一絕緣層36接觸的面的相反側(cè)的面，從塑模樹脂 34露出到外部。此處，第一散熱板38是金屬制，提高塑模樹脂34內(nèi)部 特別是第一集電極端子20的散熱性。并且，上述第一集電極端子散熱 面是通過第一絕緣層36而與第一散熱板38連結(jié)并進(jìn)行散熱的面。但是， 也存在從第一集電極端子散熱面以外的面進(jìn)行第一集電極端子20的散 熱的情況。后迷的第二集電極端子散熱面也是用樣的。
以下，為了說明的方便，將由上述的第一 IGBTIO、第一二極管14、 第一集電極端子20、第一發(fā)射極端子22、第一內(nèi)部布線32、第一控制 端子28、第一絕緣層36、第一散熱板38構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為"高側(cè)(high side)"。
樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11還具備第二IGBT12。第二IGBT12在表 面上具有柵極、發(fā)射極，在背面上具有集電極。第二控制端子30通過 第二內(nèi)部布線33連接到第二 IGBT12的柵極。此外，第二發(fā)射極端子 26利用焊料18而與第二 IGBT12的發(fā)射極連接。并且，第二集電極端 子24利用焊料18而與第二 IGBT12的集電極連接。
并且，本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11具備第二二極管16。對(duì)于第二二極管16來說，在表面上形成有陰極，在背面上形成有陽極。 第二二極管16的陰極利用焊料18連接到第二集電極端子24。并且，焊 料18配置在與高側(cè)相對(duì)應(yīng)的位置。
并且，第二二極管16的陽極利用焊料18連接到第二發(fā)射極端子26。 因此，對(duì)于第二集電極端子24來說，其預(yù)定的面與第二 IGBT12的集電 極以及第二二極管16的陰極連接。此外，對(duì)于第二發(fā)射極端子26來說， 其預(yù)定的面與第二 IGBT12的發(fā)射極以及第二二極管16的陽極連接。
在上述的第二集電極端子24的與第二IGBT12的集電極以及第二二 極管16的陰極連接的面的相反側(cè)的面(以下稱為第二集電極端子散熱 面)上，配置有第二絕緣層37。為了第二集電極端子24的絕緣，第二 絕緣層37與第二集電極端子散熱面接觸地配置。在第二絕緣層37的與 第二集電極端子散熱面接觸的面的相反的面上配置有第二散熱板39。第 二散熱板39是平板狀，在與第二絕緣層37接觸的面的相反側(cè)的面上， 從塑模樹脂34露出到外部。此處，第二散熱板39是金屬制，提高塑模 樹脂34內(nèi)部特別是第二集電極端子24的散熱性。
以下為了便于說明，將由上述的第二 IGBT12、第二二極管16、第 二集電極端子24、第二發(fā)射極端子26、第二內(nèi)部布線33、第二控制端 子30、第二絕緣層37、第二散熱板39構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為"低側(cè)(low side )"。
對(duì)于本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11來說，由塑模樹脂34 整體地覆蓋上迷的高側(cè)和低側(cè)。并且，以第一發(fā)射極端子22和第二發(fā) 射極端子26相對(duì)的方式配置高側(cè)和低側(cè)。此處，第一發(fā)射極端子22和 第二發(fā)射極端子26隔開O.lmm左右的間隔。該間隔不特別地限于 O.lmm,能夠設(shè)定至少比高側(cè)和低側(cè)的厚度的制造偏差之和(總厚度偏 差)大的值。并且，以充滿該間隔的方式在第一發(fā)射極端子22和第二 發(fā)射極端子26之間形成有塑模樹脂34。
并且，第一 IGBTIO、第二 IGBT12、第一二極管14、第二二極管 16被塑模樹脂34覆蓋，第一集電極端子20、第二集電極端子24、第一 發(fā)射極端子22、第二發(fā)射極端子26、第一控制端子28、第二控制端子 30具備延伸至塑模樹脂34的外部的部分。
對(duì)于第一集電極端子20與第二集電極端子26延伸的方向來說，無 論在塑模樹脂34內(nèi)外，均為平行，二者在塑模樹脂34的外部延伸的方 向?yàn)橥环较颉４送?，?duì)于第一發(fā)射極端子22與第二集電極端子24延伸的方向來說，無論在塑模樹脂34內(nèi)外，均為平行，二者在塑模樹脂 34的外部延伸的方向?yàn)橥环较?。并且，第一集電極端子20與第二發(fā) 射極端子26在塑模樹脂34外部延伸的方向和第一發(fā)射極端子22與第 二集電極端子24在塑模樹脂34外部延伸的方向?yàn)橄喾捶较颉?br> 本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置具備上述的結(jié)構(gòu)，形成圖25 中所說明的三相交流反相器的交流U相302、 V相304、 W相306的任 意一個(gè)。
圖2是圖1的在箭頭B方向觀察的剖面圖。如圖2所示，第一IGBT10 的柵極利用第一內(nèi)部布線32被連接到第一控制端子28。此外，第二 IGBT12的柵極利用第二內(nèi)部布線33被連接到第二控制端子30。第一控 制端子28、第二控制端子30都具備延伸到塑模樹脂34外部的部分。
圖3是從圖1的C箭頭方向觀察本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝 置11的仰視圖。第二散熱板39以與第二集電極端子散熱面的較寬的范 圍重疊的方式配置。
圖4、 5、 6是從各種角度表示上述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11的 圖，對(duì)這些所賦予的附圖標(biāo)記已經(jīng)記栽了，因此省略說明。
圖7是對(duì)本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11的制造方法進(jìn)行 說明的圖。使用下模具50、中間模具52、上模具54,實(shí)施本實(shí)施方式 的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置11的模塑樹脂的樹脂密封。即，在將高側(cè)和 低側(cè)放入到由下模具50、中間模具52、上模具54的內(nèi)壁形成的腔內(nèi)部 的狀態(tài)下，向腔內(nèi)部注入模塑樹脂，進(jìn)行高側(cè)和低側(cè)的樹脂密封。
以下，參照?qǐng)D7對(duì)樹脂密封的工序進(jìn)行詳細(xì)描述。首先，將利用焊 接等進(jìn)行組裝后的低側(cè)搭載在下模具50上。將低側(cè)的應(yīng)該延伸到模塑 樹脂外部的第二發(fā)射極端子26和第二集電極端子24的一部分搭載在下 模具50的上側(cè)面上。
然后，在第二發(fā)射極端子26和第二集電極端子24的栽置于下模具 50的上側(cè)面上的部分上，重疊栽置中間模具52 。對(duì)于中間模具52來說， 至少在其一部分上具備由中間模具52和下模具50夾持第二發(fā)射極端子 26和第二集電極端子24 —部分的部分。
然后，將利用焊接等進(jìn)行組裝后的高側(cè)搭栽在中間模具52上。具 體地說，將應(yīng)該延伸到模塑樹脂外部的第一集電極端子20和第一發(fā)射 極端子22的部分搭栽在中間模具52的上側(cè)面上。接下來，在第一集電極端子20和第一發(fā)射極端子22的栽置于中間 模具52的上側(cè)面上的部分上，重疊栽置上模具54。對(duì)于上模具54來說， 至少在其一部分上，具備由中間模具52和上模具54夾持第一發(fā)射極端 子22和第一集電極端子20 —部分的部分。
并且，在這樣將高側(cè)和低側(cè)配置在下模具50、中間模具52、上模 具54的腔中的狀態(tài)下，第一發(fā)射極端子22和第二發(fā)射極端子26位于 相對(duì)的位置上，在二者之間設(shè)置有固定的間隔。該間隔能夠根據(jù)中間模 具52的厚度進(jìn)行調(diào)整。
接下來，進(jìn)行下模具50、中間模具52、上模具54的緊固。對(duì)于緊 固來說，對(duì)上模具50和下模具54或者這些中的一個(gè)施加力，固定高側(cè) 及低側(cè)。在本實(shí)施方式中，至少在進(jìn)行該緊固的狀態(tài)下，第一散熱板38 的與第一絕緣層36接觸的面的相反面(以下稱為第一散熱面)，與上 模具54的內(nèi)壁接觸。此外，第二散熱板39的與第二絕緣層37接觸的 面的相反面(以下稱為第二散熱面)，與下模具50的內(nèi)壁接觸。
此外，進(jìn)行緊固的狀態(tài)下的第一發(fā)射極端子22和第二發(fā)射極端子 26的距離(在圖7中以C來表示該距離)為O.lmm，但是，如上所述， 不特別限于該值。
接下來，在進(jìn)行了上述的緊固的狀態(tài)下，向腔內(nèi)部注入模塑樹脂， 對(duì)高側(cè)和低側(cè)整體地進(jìn)行樹脂密封。
上述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及其制造方法具有以下特征。首先， 如參照?qǐng)D7所說明的那樣，在本實(shí)施方式中，在第一發(fā)射極端子22和 第二發(fā)射極端子26之間設(shè)置了間隔(在圖7中以C表示)的狀態(tài)下進(jìn) 行樹脂密封。因此，在產(chǎn)生上述的技術(shù)問題的情況下、在高側(cè)和低側(cè)的 厚度之和比腔總深度大的情況下，間隔C都吸收這二者的背離(差)。 因此，能夠避免IGBT元件等受到損傷的弊病。由此，不需要在樹脂密 封工序前嚴(yán)格管理高側(cè)和低側(cè)的厚度、或者在緊固時(shí)為了避免對(duì)高側(cè)以 及低側(cè)施加過剩的力而設(shè)置緩沖層、或者使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化而進(jìn)行對(duì)應(yīng) 等，從而能夠以簡(jiǎn)便的工序低價(jià)地制造。
并且，如上所述，在第一散熱面以及第二散熱面與腔內(nèi)壁接觸的狀 態(tài)下進(jìn)行模塑樹脂的注入，因此，模塑樹脂不附著在這些面上。因此， 能夠使第一散熱面以及第二散熱面露出到模塑樹脂外部，所以，能夠使 樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的散熱特性提高。此處，高側(cè)和低側(cè)都以IGBT的集電極朝向樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的外側(cè)的方式配置，這對(duì)于散熱特
性來說是理性的配置。即，能夠形成為如下結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑸岚迮渲迷?IGBT的集電極側(cè)，由此，具備與IGBT元件的投影面積相同(或者其以 上)的散熱板的散熱面積。
并且，本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置將高側(cè)和低側(cè)重疊地縱 向配置，因此與將它們配置為平面狀的情況相比較，能夠削減安裝面積。
并且，對(duì)于本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置來說，第一集電極 端子20和第二發(fā)射極端子26在塑模樹脂34的外部延伸的方向、和第 一發(fā)射極端子22與第二集電極端子24在塑模樹脂34的外部延伸的方 向?yàn)橄喾捶较?。因此，流過高側(cè)和低側(cè)的電流的方向?yàn)橄喾捶较?，所以?能夠減少互感。
此處，對(duì)使本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的散熱特性進(jìn)一步 提高的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖8是對(duì)利用焊料60將葉片狀的冷卻結(jié)構(gòu)62安裝在第一發(fā)射極端 子22和第二集電極端子24上的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明的圖。 根據(jù)本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，由于已經(jīng)描述的第一散熱板38和第二散熱板 39進(jìn)行的散熱能夠得到較高的散熱效果，但是，在集電極端子、發(fā)射極 端子的任意一個(gè)或全部上設(shè)置葉片狀的冷卻結(jié)構(gòu)62這樣的冷卻結(jié)構(gòu)， 從而能夠進(jìn)一步提高散熱特性。
圖9是說明上述的冷卻結(jié)構(gòu)的其他例子的圖。如圖9所示，也能夠 在集電極端子、發(fā)射極端子的任意一個(gè)或全部上設(shè)置冷卻板64。
通過本實(shí)施方式，作為樹脂密封型半導(dǎo)體裝置具備的元件，列舉了 第一IGBTIO、第二 IGBT12、第一二極管14、第二二極管16，但是， 本發(fā)明不限于此。即，本發(fā)明的第一效果為在將多個(gè)半導(dǎo)體元件重疊 配置地進(jìn)行樹脂密封的樹脂密封工序中，能夠制作沒有對(duì)半導(dǎo)體元件的 損傷等的弊病、且散熱特性良好的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置。因此，為了 得到本發(fā)明的效果，不限定半導(dǎo)體元件的種類。
同樣地，在本實(shí)施方式中所示的結(jié)構(gòu)只要不超出本發(fā)明的范圍，能 夠進(jìn)行各種變形。例如，作為第一散熱板38以及第二散熱板39,也可 以使用銅箔。此外，第一絕緣層36、第二絕緣層37也可以省略或以其 他的結(jié)構(gòu)來代替。
實(shí)施方式2本實(shí)施方式涉及能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并且提高散熱特性、電特性的樹脂
密封型半導(dǎo)體裝置。圖10是本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的剖 面圖。并且，在圖10中，給出與圖1相同的附圖標(biāo)記的部分是與圖1
相同的結(jié)構(gòu)要素，因此省略說明。以下，對(duì)與實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)上的不 同點(diǎn)進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的第一IGBT10的背面以及形成有第一二極管14的陰極 的面通過焊料18與第一散熱器72接合。此外，第二IGBT12的背面以 及形成有第二二極管16的陰極的面通過焊料18與第二散熱器76接合。 第一散熱器72、第二散熱器76是導(dǎo)電性良好的金屬板。
在第一散熱器72的與第一 IGBT10的背面等接觸的面上，連接第一 IGBT10的集電極端子74。集電極端子74具備延伸到塑模樹脂34的外 部的部分。
在第二散熱器76的與第二IGBT12的集電極以及第二二極管16的 陰極接合的面上，還配置有連接導(dǎo)線70。連接導(dǎo)線70在塑模樹脂34的 內(nèi)部連接散熱器76和第一發(fā)射極端子22。
對(duì)于本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置來說，是構(gòu)成三相交流反 相器的U相、V相、W相的任意一個(gè)的模塊，必須連接(在實(shí)施方式l 中定義的)高側(cè)的發(fā)射極端子和低側(cè)的集電極端子。因此，在本實(shí)施方 式中，在塑模樹脂34內(nèi)部進(jìn)行該連接，由此，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。集電極端 子74和第二發(fā)射極端子26不論在模塑樹脂內(nèi)外都平行地配置，二者朝 向塑模樹脂34外部的相同方向延伸。此處，第一發(fā)射極端子22在塑模 樹脂34外部延伸的方向，是集電極端子74和第二發(fā)射極端子26在塑 模樹脂34外部延伸的方向相反側(cè)，并且，不論在塑模樹脂34內(nèi)外都平 行。并且，對(duì)于第一發(fā)射極端子22、集電極端子74、第二發(fā)射極端子 26來說，根據(jù)其作用，也能夠分別稱為主電極輸出端子、主電極P端子、 主電才及N端子。
圖11和圖12示出從本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的其他角 度觀察的圖。圖ll是圖10的在箭頭B方向觀察的剖面圖。圖12是圖 10的在箭頭C方向觀察的剖面圖。這樣結(jié)構(gòu)的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置 的制造方法與實(shí)施方式1相同，因此省略說明。
為了使本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的散熱特性提高，例 如，考慮圖13、 14、 15這樣的結(jié)構(gòu)。圖13中示出通過焊料81在第一發(fā)射極端子22的延伸到塑模樹脂34外部的部分的表面、背面上安裝有 葉片狀的冷卻結(jié)構(gòu)80、 82的狀態(tài)。此時(shí)，能夠提高第一發(fā)射極端子22 的散熱特性。
圖14是對(duì)在第一發(fā)射極端子22的散熱中也利用與第一散熱板38 接觸地配置的冷卻板卯的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明的圖。冷卻 板90是為了進(jìn)行散熱板(此處為第一散熱板38)的散熱而設(shè)置的。在 本實(shí)施方式中，冷卻板卯通過油脂層(grease layer) 84、高散熱絕緣體 86、絕緣層88而與第一發(fā)射極端子22連接，所以，能夠同時(shí)進(jìn)行第一 散熱板38的散熱和第一發(fā)射極端子22的散熱。此時(shí)，必須使第一散熱 板38和第一發(fā)射極端子22電絕緣，所以，在本實(shí)施方式中，使用絕緣 層88。
圖15是說明與圖14相同地在第一發(fā)射極端子的冷卻中也利用冷卻 板90的結(jié)構(gòu)的圖。但是，圖15的第一發(fā)射極端子92具備在塑模樹脂 34的外部形成得較厚的部分94。由于該形成得較厚的部分94與高散熱 絕緣層96接觸，所以能夠容易實(shí)現(xiàn)第一散熱板38和第一發(fā)射極端子92 的冷卻結(jié)構(gòu)的共有化。
這樣，在第一發(fā)射極端子92的延伸到塑模樹脂34外部的部分，設(shè) 置形成得較厚的部分94，由此，與圖14的結(jié)構(gòu)相比較，能夠降低冷卻 板90和第一發(fā)射極端子92之間的熱電阻。即，根據(jù)圖15所示的結(jié)構(gòu)， 形成得較厚的部分94具有熱容量(heat capacity),所以，在形成得較 厚的部分94和第一發(fā)射極端子92之間沒有熱電阻，能夠提高過渡熱特 性。
與本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的散熱特性有關(guān)的特征如 上所述。以下，說明與電特性有關(guān)的特征。
參照?qǐng)D16、 17、 18、 19對(duì)本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的 電特性進(jìn)行說明。圖16是構(gòu)成三相交流反相器的U相的樹脂密封型半 導(dǎo)體裝置110、 V相的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置112、 W相的樹脂密封型 半導(dǎo)體裝置114分別被冷卻板98夾持的結(jié)構(gòu)。U相的樹脂密封型半導(dǎo) 體裝置110、 V相的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置112、 W相的樹脂密封型半 導(dǎo)體裝置114分別是圖10所示的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置。此處，U相 的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置110、 V相的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置112、 W 相的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置114的各端子在模塑樹脂的外部延伸的方向相同。即，U相的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置110、 v相的樹脂密封型半導(dǎo) 體裝置112、 W相的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置U4各自的集電極端子74、 第二發(fā)射極端子26在同一方向上延伸，同樣地，第一發(fā)射極端子22也 分別在同一方向上延伸。
利用螺絲緊固等將電抗100和電抗101固定在隔著冷卻板重疊配置 的三個(gè)模塊(樹脂密封型半導(dǎo)體裝置)上。電抗100和電抗101以如下 方式配置由電抗100和電抗101夾持上述的"隔著冷卻板重疊配置的
三個(gè)模塊(樹脂密封型半導(dǎo)體裝置)"。
這樣結(jié)構(gòu)的三相交流反相器進(jìn)一步連接到匯流條(busbar)。以下 參照?qǐng)D17進(jìn)行說明。圖17是在圖16的結(jié)構(gòu)中附加了 N匯流條102、 P 匯流條104的結(jié)構(gòu)的立體圖。N匯流條102與三個(gè)模塊的集電極端子74 連接。另一方面，P匯流條104與三個(gè)模塊的第二發(fā)射極端子26連接。 此處，N匯流條102和P匯流條104平行地配置。
對(duì)于上述的電極配置的三相交流反相器來說，能夠?qū)⒘鬟^P匯流條 104-樹脂密封型半導(dǎo)體裝置(反相器模塊)-N匯流條102的電流的 環(huán)路的面積變窄。因此，能夠降低裝置的電感。
但是，在樹脂密封型半導(dǎo)體裝置等的半導(dǎo)體裝置中被決定要求耐 壓，根據(jù)該要求耐壓，決定必要絕緣距離(沿面距離)。在本實(shí)施方式 的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置中，P電極、N電極、輸出端子(發(fā)射極端子 或集電極端子)也需要確保滿足上迷的要求耐壓的必要沿面距離。
在本實(shí)施方式中，在使上述的沿面距離為d的情況下，使集電極端 子74和第二發(fā)射極端子26的距離為比d大的值。并且，使冷卻板90 和第一發(fā)射極端子22的距離為比d大的值，所以能夠滿足要求耐壓。 并且，圖18是圖17的側(cè)面圖。此外，圖19是將圖18的虛線周邊放大 了的圖。并且，圖19所示的距離X和距離Y是比上述的值d大的值。
對(duì)于提高上述的散熱特性或提高電特性的結(jié)構(gòu)的應(yīng)用來說，不限于 圖10的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，也可以是其他實(shí)施方式的樹脂密封型 半導(dǎo)體裝置。即，本實(shí)施方式與實(shí)施方式1相同地，在第一發(fā)射極端子 22和第二發(fā)射極端子26相對(duì)、并且在二者之間設(shè)置有間隔的結(jié)構(gòu)的樹 脂密封型半導(dǎo)體裝置中使散熱特性、電特性提高，所以，只要不脫離該 范圍就不特別地限定。
實(shí)施方式3本實(shí)施方式涉及能夠不在高側(cè)和低側(cè)之間設(shè)置間隔地進(jìn)行樹脂密
封工序的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及其制造方法。參照?qǐng)D20、 21、 22、 23 說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置具備在表面上形 成有柵極、發(fā)射極并且在背面上形成有集電極的第一 IGBT200和第二 IGBT202。還具備在表面上形成有陰極并且在背面上形成有陽極的第一 二極管212、第二二極管214。
并且，第一 IGBT200的發(fā)射極以及第一二極管212的陽極利用焊料 216連接到平板狀的第一散熱器208連接。具有延伸到模塑樹脂229的 外部的部分的第一發(fā)射極端子224連接到第一散熱器208。在第一散熱 器208的與第一 IGBT200等連接的面的相反面上，配置有作為有機(jī)成分 的第一高散熱絕緣體217。第一高散熱絕緣體217是其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度 (glass transition temperature)比塑模模具溫度低的材料。 一般地，塑模 模具溫度大概為18(TC左右，但本發(fā)明不特別限定。
對(duì)于第 一 高散熱絕緣體217來說，在與第 一散熱器208接觸的面的 相反面上，與第一散熱板201接合。對(duì)于第一散熱板201來說，在與第 一高散熱絕緣體217接觸的面的相反面，露出到模塑樹脂229的外部。
并且，本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置具備平板狀的輸出端子 228。對(duì)于輸出端子228來說，在其一個(gè)面上利用焊料216等與第一 IGBT200的集電極以及第一二極管的陰極接合。對(duì)于輸出端子228來說， 在與第一 IGBT200的集電極等接合的面的相反面上，與第二 IGBT的發(fā) 射極以及第二二極管214的陽極接合。并且，輸出端子228在上述第一 發(fā)射極端子的相反方向上具有延伸到模塑樹脂229外部的部分。
并且，第二 IGBT202的集電極和第二二極管214的陰極利用焊料 216等連接到平板狀的第二散熱器210。具有延伸到模塑樹脂229的外 部的部分的第二集電極端子226與第二散熱器210連接。此處，第二集 電極端子226與第一發(fā)射極端子224不論在模塑樹脂內(nèi)外均為平行，并 且從模塑樹脂229在同 一方向上延伸到外部。
在第二散熱器210的與第二IGBT202的集電極等連接的面的相反面 上配置有第二高散熱絕緣體218。第二高散熱絕緣體218的成分與第一 高散熱絕緣體217相同。此處，第一高散熱絕緣體217和第二高散熱絕 緣體218例如為環(huán)氧樹脂，厚度分別為0.2~0.3mm左右。此外，在玻 璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度下，能夠在其厚度的10%左右的范圍內(nèi)膨脹或者收縮。并且，第二高散熱絕緣體218的與第二散熱器210接觸的面的相反面露出 到模塑樹脂229的外部。并且，圖21是用于對(duì)第一 IGBT200和第二 IGBT202的控制端子進(jìn)行說明的圖，是圖20的從箭頭B觀察的圖。這 與在實(shí)施方式1中所說明的相同，因此省略說明。
這樣，本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置與實(shí)施方式1不同，在 高側(cè)和低側(cè)之間沒有間隔。但是，將高側(cè)和低側(cè)搭栽在模具的腔內(nèi)部， 使模具上升到得到模塑樹脂的流動(dòng)性的溫度即塑模模具溫度時(shí)，第一高 散熱絕緣體217和第二高散熱絕緣體218達(dá)到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。所以， 在進(jìn)行樹脂密封時(shí)，即使在高側(cè)和低側(cè)的總厚度和腔深度之間存在背 離，也能夠通過第一高散熱絕緣體217和第二高散熱絕緣體218進(jìn)行膨 脹或者收縮來吸收該背離。參照?qǐng)D22和圖23更具體地進(jìn)行說明。
圖22為對(duì)高側(cè)和低側(cè)的總厚度是比腔深度小的值的情況進(jìn)行說明 的圖。在該情況下，存在在樹脂密封工序后應(yīng)該露出到外部的第一散熱 面和第二散熱面被模塑樹脂覆蓋的危險(xiǎn)。但是，本實(shí)施方式的第一高散 熱絕緣體217和第二高散熱絕緣體218在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度下若不被施加 力，則進(jìn)行熱膨脹。因此，由于第一高散熱絕緣體217和第二高散熱絕 緣體218的熱膨脹，能夠彌補(bǔ)高側(cè)與低側(cè)的總厚度和腔深度的背離。所 以，在注入模塑樹脂時(shí)，高側(cè)與低側(cè)的總厚度和腔深度一致，所以與實(shí) 施方式l等同樣地，能夠使散熱板在表面露出，并且也能夠避免對(duì)元件 的損傷。
圖23是對(duì)高側(cè)和低側(cè)的總厚度是比腔深度大的值的情況進(jìn)行說明 的圖。在該情況下，在由下模具、中間模具、上模具進(jìn)行緊固時(shí)，對(duì)高 側(cè)和低側(cè)施加力。但是，本實(shí)施方式的第一高散熱絕緣體217和第二高 散熱絕緣體218在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度下進(jìn)行軟化，在被施加力時(shí)進(jìn)行收縮。 因此，利用第一高散熱絕緣體217和第二高散熱絕緣體218的熱膨脹， 能夠彌補(bǔ)高側(cè)和低側(cè)的總厚度與腔深度的背離。所以，在注入模塑樹脂 時(shí)高側(cè)和低側(cè)的總厚度與腔深度一致，因此與實(shí)施方式1等同樣地，能 夠進(jìn)行避免對(duì)IGBT等元件的損傷的模塑樹脂。
對(duì)于本實(shí)施方式來說，只要應(yīng)該被樹脂密封的高側(cè)和低側(cè)的總厚度 偏差在如下的厚度的范圍內(nèi)就能夠沒有弊病地進(jìn)行樹脂密封，該厚度 是第一高散熱絕緣體217以及第二高散熱絕緣體218在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫 度以上時(shí)能夠進(jìn)行膨脹或收縮的厚度。因此，若預(yù)先取得由高側(cè)和低側(cè)構(gòu)成的插入物的偏差(總厚度的偏差)，則與其相對(duì)應(yīng)地將第一高散熱
絕緣體217以及第二高散熱絕緣體218的厚度、材質(zhì)等進(jìn)行最優(yōu)化，由 此，不使樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的厚度不必要地變厚就能夠得到與實(shí)施 方式1同樣的效果。
此處，根據(jù)IGBT元件的厚度的偏差等適當(dāng)決定第一高散熱絕緣體 217以及第二高散熱絕緣體218的厚度，所以，不限定于上述的值。同 樣地，關(guān)于第一高散熱絕緣體217以及第二高散熱絕緣體218達(dá)到玻璃 態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時(shí)能夠進(jìn)行熱膨脹、收縮的范圍，根據(jù)IGBT元件等的偏差 適當(dāng)決定即可，所以不被限定。
實(shí)施方式4
本實(shí)施方式涉及在高側(cè)和低側(cè)之間配置有彈性結(jié)構(gòu)體的樹脂密封 型半導(dǎo)體裝置及其制造方法。參照?qǐng)D24對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說明。在圖 24中，給出與圖1相同的附圖標(biāo)記的部分與圖1相同，因此省略說明。 本實(shí)施方式的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的特征在于，配置有夾持在第一發(fā) 射極端子22和第二發(fā)射極端子26這二者之間的彈性結(jié)構(gòu)體300。
彈性結(jié)構(gòu)體300是平板狀的絕緣體，是至少在厚度方向上具有彈性 的材料。彈性結(jié)構(gòu)體300以如下方式配置在被第一 IGBT10和第二 IGBT12夾持的同時(shí)，也被第一二極管14和第二二極管16夾持。
對(duì)于這樣的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置來說，例如，在由彈性結(jié)構(gòu)體300 使高側(cè)和低側(cè)一體化的狀態(tài)下，導(dǎo)入到腔內(nèi)部。此處，彈性結(jié)構(gòu)體300 能夠向厚度方向變形的范圍，以能夠吸收高側(cè)和低側(cè)的總厚度偏差的方 式?jīng)Q定。
即，即使存在高側(cè)和低側(cè)的總厚度偏差，也能夠通過彈性結(jié)構(gòu)體300 進(jìn)行變形，從而使該總厚度與模具的腔厚度一致。因此，在將高側(cè)和低 側(cè)配置在模具的腔內(nèi)部的狀態(tài)下，在實(shí)施方式l中定義的第一散熱面和 第二散熱面分別與上模具和下模具的內(nèi)壁接觸。
此處，如上所述，在實(shí)施方式l中，也使第一散熱面和第二散熱面 分別與上模具和下模具的內(nèi)壁接觸。這是在第一集電極端子20等的樹 脂密封工序時(shí)由模具固定的部分由于在高側(cè)達(dá)到上側(cè)、在低側(cè)達(dá)到下側(cè) 的按壓力得到的效果。但是，在本實(shí)施方式中，不是"第一集電極端子 20等在樹脂密封工序時(shí)由模具固定的部分"，而是由彈性結(jié)構(gòu)體300產(chǎn) 生上述的按壓力。并且，在實(shí)施方式l中，第一發(fā)射極端子22和第二發(fā)射極端子'26、 或者第一控制端子28和第二控制端子30之間被塑模樹脂34"分隔"。但 是，在本實(shí)施方式中，由彈性結(jié)構(gòu)體300進(jìn)行上述的"分隔"，從而得到 更可靠的防短路效果。這樣，在本實(shí)施方式中，利用彈性結(jié)構(gòu)體300， 能夠在樹脂密封工序中使第一散熱面和第二散熱面與模具緊密接觸，并 且，在完成品中得到防止端子間短路的效果。
通過以上的實(shí)施方式1~實(shí)施方式4,對(duì)樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及 其制造方法進(jìn)行了說明，但是，能夠考慮對(duì)這些進(jìn)行各種變形。即，本 發(fā)明的最重要的特征在于在使元件重疊的狀態(tài)下被樹脂密封的樹脂密 封型半導(dǎo)體裝置中，將具有比塑模模具溫度低的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度的高散
熱絕緣體與該元件重疊配置，或者在高側(cè)和低側(cè)之間設(shè)置間隔，或者設(shè) 置彈性結(jié)構(gòu)體，由此，能夠制作在樹脂密封工序中不對(duì)元件帶來損傷、 散熱特性良好的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置。因此，只要不脫離該范圍，能 夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行各種變形。
例如，第一集電極端子20通過第一絕緣層36與第一散熱板38接 合，但是，作為使第一集電極端子20直接與第一散熱板38接合的結(jié)構(gòu)， 也不失去本發(fā)明的效果。因此，本發(fā)明中所謂的"接合"，應(yīng)該廣義地解 釋為包括例如通過(夾持)第一絕緣層36等間接地接合的情況和直接 地接合的情況。在其他實(shí)施方式中也是相同的。
附圖標(biāo)記說明11是樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，IO是第一IGBT, 12 是第二IGBT， 14是第一二極管，16是第二二極管，20是第一集電極端 子，22是第一發(fā)射極端子，26是第二發(fā)射極端子，24是第二集電極端 子，38是第一散熱板，39是第二散熱板，34是塑模樹脂，50是下模具， 52是中間模具，54是上模具，70是連接導(dǎo)線，216是第一高散熱絕緣 體，218是第二高散熱絕緣體，300是彈性結(jié)構(gòu)體。
2權(quán)利要求
1.一種樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備第一半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面具有發(fā)射極，在背面具有集電極；第一發(fā)射極端子，與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述表面接合；第一集電極端子，與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述背面接合；第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面具有發(fā)射極，在背面具有集電極；第二發(fā)射極端子，與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述表面接合；第二集電極端子，與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述背面接合；第一散熱板，與所述第一集電極端子的與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面接合；第二散熱板，與所述第二集電極端子的與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面接合；模塑樹脂，整體地覆蓋所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，所述第一散熱板的與所述第一集電極端子的接合面的相反側(cè)的面從所述模塑樹脂露出，所述第二散熱板的與所述第二集電極端子的接合面的相反側(cè)的面從所述模塑樹脂露出，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件以所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的發(fā)射極與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的發(fā)射極相對(duì)的方式配置，所述第一發(fā)射極端子和所述第二發(fā)射極端子分離。
2. 如權(quán)利要求1所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第一發(fā)射極端子、所述第一集電極端子、所述第二發(fā)射極端子、所述第二集電極端子分別是平板狀，以一部分延伸到所述模塑樹脂的外 部并且分別平行的方式配置，所述第一發(fā)射極端子和所述第二集電極端子延伸到所述模塑樹脂 的外部的方向是第一方向，所迷第一集電極端子和所述第二發(fā)射極端子 延伸到所述模塑樹脂的外部的方向是與所迷第一方向不同的第二方向。
3. 如權(quán)利要求2所迷的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備第一匯流條，配置在所述模塑樹脂的外部，并且與所述第一集電極端子連接；第二匯流條，在所述模塑樹脂的外部，與所述第一 匯流條平行地配置，并且與所迷第二發(fā)射極端子連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件是IGBT, 還具備被所述模塑樹脂覆蓋的第一二極管；被所述模塑樹脂覆蓋 的第二二極管，所述第一二極管的陰極與所述第一集電極端子連接， 所述第一二極管的陽極與所述第 一發(fā)射極端子連接， 所述第二二極管的陰極與所述第二集電極端子連接，所述第二二極管的陽極與所述第二發(fā)射極端子連接。
5. 如權(quán)利要求2所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所迷第一發(fā)射極端子、所述第一集電極端子、所述第二發(fā)射極端子、所述第二集電極端子的至少一個(gè)的延伸到所述塑模樹脂外部的部分 上，形成用于使所述模塑樹脂的內(nèi)部的熱進(jìn)行散熱的冷卻結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備在所述模塑樹脂內(nèi)部連接所述第一發(fā)射極端子和所述第二集電極端子的連接導(dǎo)線。
7. 如權(quán)利要求1所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還具備配置在所述第一發(fā)射極端子和所述第二發(fā)射極端子之間的 彈性結(jié)構(gòu)體。
8. —種樹脂密封型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備第一半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面具有發(fā)射極，在背面具有集電 極；第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面具有發(fā)射極，在背面具有集電極；主 電極輸出端子，被所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的表面和所述第二半導(dǎo)體開 關(guān)元件的背面夾持；第一集電極端子，與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的所 述背面接合；第二發(fā)射極端子，與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述表面 接合；有機(jī)成分的第一高散熱絕緣體，與所述第一集電極端子的與所述 第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面接合；有機(jī)成分的第二高散熱絕緣體，與所述第二集電極端子的與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合 面的相反側(cè)的面接合；第一散熱板，與所述第一高散熱絕緣體的與所述 第一集電極端子的接合面的相反側(cè)的面接合；第二散熱板，與所述第二 高散熱絕緣體的與所述第二發(fā)射極端子的接合面的相反側(cè)的面接合；模 塑樹脂，整體地覆蓋所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元 件，所述第一散熱板的與所迷第一高散熱絕緣體的接合面的相反側(cè)的面露出到所迷模塑樹脂的外部，所述第二散熱板的與所述第二高散熱絕緣體的接合面的相反側(cè)的面露出到所述模塑樹脂的外部，所述第一高散熱絕緣體和所述第二高散熱絕緣體的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫 度比所述模塑樹脂軟化的溫度低。
9. 一種樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備如下工序在表面具有發(fā)射極、背面具有集電極的第一半導(dǎo)體 開關(guān)元件的所述表面上接合第一發(fā)射極端子，在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元 件的所述背面上接合第一集電極端子；在所述第一集電極端子的與所述 第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面上接合第一散熱板；在表面具有發(fā)射極、背面具有集電極的第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述表面上接合 第二發(fā)射極端子，在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述背面上接合第二集 電極端子；在所述第二集電極端子的與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合 面的相反側(cè)的面上接合第二散熱板；將所述第一、第二半導(dǎo)體開關(guān)元件、 所述第一、第二發(fā)射極端子、所述第一 、第二集電極端子以及所述第一、 第二散熱板放入到由上模具和下模具形成的腔內(nèi)部，向所述腔內(nèi)部注入 模塑樹脂，整體地覆蓋所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第二半導(dǎo)體開關(guān) 元件，將所述模塑樹脂注入到所迷腔內(nèi)部時(shí)，使所迷第 一散熱板的與所述 第一集電極端子的接合面的相反側(cè)的面接觸到所述下模具的內(nèi)部底面，使所述第二散熱板的與所述第二集電極端子的接合面的相反側(cè)的 面接觸到所述上模具的內(nèi)部上表面，以所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的發(fā)射極和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件 的發(fā)射極相對(duì)的方式，配置所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第二半導(dǎo)體 開關(guān)元件，使所述第一發(fā)射極端子與所述第二發(fā)射極端子分離。
10. 如權(quán)利要求9所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特 征在于，將所述模塑樹脂注入到所述腔的內(nèi)部時(shí)，在所述第 一發(fā)射極端子和 所迷第二發(fā)射極端子之間配置彈性結(jié)構(gòu)體。
11. 如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的 制造方法，其特征在于，所述第一發(fā)射極端子沿第一方向從所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件延伸， 所述第一集電極端子沿與所述第一方向不同的第二方向從所述第 一半導(dǎo)體開關(guān)元件延伸，所述第二發(fā)射極端子沿所述第二方向從所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件 延伸，所述第二集電極端子沿所述第一方向從所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件 延伸，將所述模塑樹脂注入到所述腔內(nèi)部時(shí)，將所述第 一發(fā)射極端子和所述第一集電極端子栽置在所述下模具的上表面上，將中間模具載置在所述第一發(fā)射極端子和所述第一集電極端子上， 將所述第二發(fā)射極端子和所述第二集電極端子栽置在所述中間模具上，將所述上模具的下表面向所述第二發(fā)射極端子和所述第二集電極 端子的上表面按壓。
12. —種樹脂密封型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 具備如下工序在表面具有發(fā)射極、背面具有集電極的第一半導(dǎo)體 開關(guān)元件的所述背面上接合第一集電極端子；在所述第一集電極端子的 與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè)的面上，接合有機(jī)成分的 第一高散熱絕緣體；在所述第一高散熱絕緣體的與所迷第一集電極端子 的接合面的相反側(cè)的面上接合第一散熱板；在表面具有發(fā)射極、背面具 有集電極的第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的所述表面上接合第二發(fā)射極端子；在 所述第二發(fā)射極端子的與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的接合面的相反側(cè) 的面上，接合有機(jī)成分的第二高散熱絕緣體；在所述第二高散熱絕緣體 的與所述第二發(fā)射極端子的接合面的相反側(cè)的面上接合第二散熱板；以 被所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的表面和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的背面 夾持的方式，接合主電極輸出端子；將所述第一、第二半導(dǎo)體開關(guān)元件、 所述第一集電極端子、所述第二發(fā)射極端子、所述第一、第二高散熱絕 緣體、所述第一、第二散熱板、所述主電極輸出端子放入到由上模具和 下模具形成的腔內(nèi)部，向所述腔內(nèi)部注入模塑樹脂，整體地覆蓋所述第 一半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，將所述模塑樹脂注入到所述腔內(nèi)部時(shí)，使所述第 一散熱板的與所述 第一高散熱絕緣體的接合面的相反側(cè)的面接觸到所述下模具的內(nèi)部底面，使所述第二散熱板的與所述第二高散熱絕緣體的接合面的相反側(cè) 的面接觸到所述上模具的內(nèi)部上表面，所述第一高散熱絕緣體與所迷第二高散熱絕緣體的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫 度比所述沖莫塑樹脂軟化的溫度低。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供實(shí)現(xiàn)重疊配置元件且散熱性較高的樹脂密封型半導(dǎo)體的樹脂密封型半導(dǎo)體裝置及其制造方法。具備第一半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面接合有第一發(fā)射極端子，在背面接合有第一集電極端子；第二半導(dǎo)體開關(guān)元件，在表面接合有第二發(fā)射極端子，在背面接合有第二集電極端子；第一散熱板，與該第一集電極端子接合；第二散熱板，與該第二集電極端子接合；整體地覆蓋該第一半導(dǎo)體開關(guān)元件和該第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的模塑樹脂。并且，該第一散熱板、該第二散熱板從該模塑樹脂露出，該第一發(fā)射極端子和該第二發(fā)射極端子相對(duì)并且分離。
文檔編號(hào)H01L21/50GK101599484SQ20091000643
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者上田哲也, 白澤敬昭 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社