電力用半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用樹脂封裝的電力用半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體裝置中，電力用半導(dǎo)體裝置在鐵路車輛、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車等車輛、家電設(shè)備、工業(yè)用機(jī)械等方面，被利用于對(duì)比較大的電力進(jìn)行控制、整流。在使用時(shí)，由于電力用半導(dǎo)體元件發(fā)熱，因此對(duì)電力用半導(dǎo)體裝置中元件的散熱性提出了要求。另外，由于施加幾百V以上的高電壓，因此需要與裝置外部絕緣。
[0003]在此，IPM(Intelligent Power Module)是電力用半導(dǎo)體元件與控制用半導(dǎo)體元件成為一體而形成的模塊。在作為配線材料而使用引線框的情況下，電力用半導(dǎo)體元件與控制用半導(dǎo)體元件被安裝在以物理形式分離的芯片焊盤上，并利用金屬細(xì)線等電連接。由于電力用半導(dǎo)體元件會(huì)有大電流通過(guò)，因此發(fā)熱較大，要求具有作為模塊的散熱性。作為散熱構(gòu)造的一種，存在下述構(gòu)造，即，通過(guò)使用高導(dǎo)熱的樹脂薄薄地填充在模塊的背面，從而進(jìn)行散熱。此時(shí)，通過(guò)將搭載電力用半導(dǎo)體元件的芯片焊盤的位置設(shè)為比搭載控制用半導(dǎo)體元件的芯片焊盤低，從而降低熱阻。
[0004]高導(dǎo)熱的樹脂被高密度地填充了承擔(dān)散熱的填料，粘度高。可以想到，高粘度樹脂的流動(dòng)阻力變大，因此，由于該流動(dòng)阻力而使例如金屬細(xì)線等變形。
[0005]為了抑制與控制用半導(dǎo)體元件連接的金屬細(xì)線的變形，通常大多使樹脂從電力用半導(dǎo)體元件側(cè)向控制用半導(dǎo)體元件側(cè)流動(dòng)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。樹脂在從電力用半導(dǎo)體元件的電力用芯片焊盤上表面向控制用半導(dǎo)體元件的控制用芯片焊盤流動(dòng)時(shí)，會(huì)向控制用芯片焊盤上表面、下表面兩個(gè)方向流動(dòng)。此時(shí)，由于向控制用芯片焊盤的下表面流動(dòng)的樹脂具有向下的矢量，因此，對(duì)金屬細(xì)線作用將其壓倒的流動(dòng)阻力，導(dǎo)致金屬細(xì)線的變形變大，與引線框或元件發(fā)生短路，從而導(dǎo)致成品率變差。
[0006]對(duì)此，提出了下述方案，即，將樹脂注入口的引線框彎曲而改變樹脂的流動(dòng)性，并預(yù)先使一部分樹脂量經(jīng)由電力用芯片焊盤下方而填充至控制用芯片焊盤下方。(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2014 - 172239號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開平I 一 268159號(hào)公報(bào)
[0009]但是，由于電力用芯片焊盤的上表面、下表面的流量截面積不同，因此，大部分的樹脂會(huì)向電力用芯片焊盤的上表面流動(dòng)。因此，存在下述問(wèn)題，即，相對(duì)于金屬細(xì)線產(chǎn)生向下的流動(dòng)，變形量變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，得到一種能夠使金屬細(xì)線與引線框的接觸不易發(fā)生，提高成品率的電力用半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0011]本發(fā)明所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，具有下述工序:在電力用芯片焊盤上安裝電力用半導(dǎo)體元件的工序；在配置于比所述電力用芯片焊盤高的位置處的控制用芯片焊盤上，安裝對(duì)所述電力用半導(dǎo)體元件進(jìn)行控制的控制用半導(dǎo)體元件的工序；利用金屬細(xì)線將所述電力用半導(dǎo)體元件與所述控制用半導(dǎo)體元件電連接的工序；以及在由上模具與下模具構(gòu)成的腔室內(nèi)放入所述電力用芯片焊盤、所述控制用芯片焊盤、所述電力用半導(dǎo)體元件、所述控制用半導(dǎo)體元件以及所述金屬細(xì)線，并利用樹脂進(jìn)行封裝的工序，所述電力用芯片焊盤具有配置在所述金屬細(xì)線的下方并向上方彎曲的彎曲部，從所述電力用芯片焊盤側(cè)向所述控制用芯片焊盤側(cè)注入所述樹脂。
[0012]發(fā)明的效果
[0013]在本發(fā)明中，電力用芯片焊盤具有配置在金屬細(xì)線的下方并向上方彎曲的彎曲部。在模塑時(shí)，從電力用芯片焊盤側(cè)向控制用芯片焊盤側(cè)注入的樹脂在通過(guò)彎曲部后，流動(dòng)的矢量朝向上方，因此金屬細(xì)線從下向上受到反作用力。因此，金屬細(xì)線與引線框的接觸不易發(fā)生，提尚成品率。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0015]圖2是沿圖1的I — II線的剖面圖。
[0016]圖3是表示圖1的裝置內(nèi)部的放大俯視圖。
[0017]圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的彎曲部的前端部和控制用芯片焊盤的放大后的剖面圖。
[0018]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
[0019]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。
[0020]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的俯視圖。
[0021]圖8是沿圖7的I 一 II線的剖面圖。
[0022]圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
[0023]圖10是表示圖9的裝置內(nèi)部的放大俯視圖。
[0024]圖11是表示可動(dòng)銷的動(dòng)作的放大剖面圖。
[0025]圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
[0026]圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的放大俯視圖。
[0027]圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的放大俯視圖。
[0028]標(biāo)號(hào)的說(shuō)明
[0029]I引線框，2電力用芯片焊盤，3控制用芯片焊盤，4電力用半導(dǎo)體元件，5絕緣片，6控制用半導(dǎo)體元件，7金屬細(xì)線，8樹脂，9彎曲部，10上模具，11下模具，12腔室，14套筒，15可動(dòng)銷
【具體實(shí)施方式】
[0030]參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置及其制造方法進(jìn)行說(shuō)明。有時(shí)對(duì)于相同或?qū)?yīng)的構(gòu)成要素，標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，省略重復(fù)說(shuō)明。
[0031]實(shí)施方式1.
[0032]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖2是沿圖1的I 一 II線的剖面圖。圖3是表示圖1的裝置內(nèi)部的放大俯視圖。
[0033]引線框I具有外引線和內(nèi)引線，內(nèi)引線具有與外引線連接的引線、電力用芯片焊盤2以及配置在比電力用芯片焊盤2高的位置處的控制用芯片焊盤3。RC-1GBT (ReverseConducting -1nsulated Gate Bipolar Transistor)等電力用半導(dǎo)體元件4通過(guò)無(wú)鉛焊料安裝在電力用芯片焊盤2上。并不限定于無(wú)鉛焊料，也可以是導(dǎo)電性粘接劑，只要使用具有導(dǎo)電性的接合材料即可。
[0034]由絕緣層和銅箔構(gòu)成的絕緣片5粘接在電力用芯片焊盤2的背面。對(duì)電力用半導(dǎo)體元件4進(jìn)行控制的控制用半導(dǎo)體元件6通過(guò)導(dǎo)電性粘接劑安裝在控制用芯片焊盤3上。
[0035]金屬細(xì)線7將電力用半導(dǎo)體元件4與控制用半導(dǎo)體元件6電連接。具體地說(shuō)，在電力用半導(dǎo)體元件4的表面設(shè)置有源極電極與柵極電極，源極電極與引線通過(guò)Al導(dǎo)線電連接，柵極電極與控制用半導(dǎo)體元件6通過(guò)Au導(dǎo)線電連接，控制用半導(dǎo)體元件6與引線全部通過(guò)Au導(dǎo)線電連接。此外，Al導(dǎo)線也可以是包含Cu的導(dǎo)線，Au導(dǎo)線也可以是包含Cu的導(dǎo)線。
[0036]由樹脂8對(duì)電力用芯片焊盤2、控制用芯片焊盤3、電力用半導(dǎo)體元件4、控制用半導(dǎo)體元件6以及金屬細(xì)線7進(jìn)行封裝。樹脂8為了兼顧絕緣性與散熱性，是在環(huán)氧樹脂等樹脂中含有3102或BN等導(dǎo)熱填料的樹脂。利用樹脂8封裝的電力用半導(dǎo)體裝置，是在背面使絕緣片5的銅箔露出，引線框I的外引線從兩端部突出，除此之外的部分由樹脂封裝的構(gòu)造的DIP型封裝。在外引線中，一側(cè)是功率外引線，另一側(cè)是控制外引線。
[0037]在電力用半導(dǎo)體元件4與控制用半導(dǎo)體元件6之間，電力用芯片焊盤2具有配置在金屬細(xì)線7的下方并向上方彎曲的彎曲部9。電力用芯片焊盤2和彎曲部9不與控制用芯片焊盤3物理接觸。
[0038]圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的彎曲部的前端部和控制用芯片焊盤放大后的剖面圖。彎曲部9的前端部位于比控制用芯片焊盤3的上表面低的位置。因此，金屬細(xì)線7與引線框I的接觸不易發(fā)生。
[0039]下面，對(duì)上述電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。首先，在電力用芯片焊盤2上通過(guò)焊料安裝電力用半導(dǎo)體元件4。在電力用芯片焊盤2的背面粘接絕緣片5。然后，在配置于比電力用芯片焊盤2高的位置處的控制用芯片焊盤3上，通過(guò)導(dǎo)電性粘接劑安裝對(duì)電力用半導(dǎo)體元件4進(jìn)行控制的控制用半導(dǎo)體元件6。
[0040]然后，利用金屬細(xì)線7將電力用半導(dǎo)體元件4與控制用半導(dǎo)體元件6電連接。具體地說(shuō)，通過(guò)Al導(dǎo)線將電力用半導(dǎo)體元件4與引線連接，通過(guò)Au導(dǎo)線將電力用半導(dǎo)體元件4與控制用半導(dǎo)體元件6連接，且將控制用半導(dǎo)體元件6與引線連接。
[0041]然后，向由上模具10與下模具11構(gòu)成的腔室12內(nèi)，放入電力用芯片焊盤2、控制用芯片焊盤3、電力用半導(dǎo)體元件4、控制用半導(dǎo)體元件6以及金屬細(xì)線7，并進(jìn)行合模。然后，將熔融的具有熱固化性的樹脂8擠入到腔室12內(nèi)，使其熱固化、成型并進(jìn)行封裝。在該傳遞模塑時(shí)，為了抑制由樹脂8引起Au導(dǎo)線漂移，因而從電力用芯片焊盤2側(cè)向控制用芯片焊盤3側(cè)注入樹脂8。在樹脂8遍布于腔室12內(nèi)后，經(jīng)由熔融的樹脂8向腔室12內(nèi)施加流體靜壓。施加流體靜壓后，在樹脂8已硬化的定時(shí)，打開模具取出成型品，傳遞模塑完成。通過(guò)該傳遞模塑將電力用芯片焊盤2與絕緣片5壓固而形成封裝體。然后，將外引線加工成規(guī)定的尺寸、形狀，制造工序完成。
[0042]在本實(shí)施方式中，電力用芯片焊盤2具有配置在金屬細(xì)線7的下方并向上方彎曲的彎曲部9。在模塑時(shí)，從電力用芯片焊盤2側(cè)向控制用芯片焊盤3側(cè)注入的樹脂8通過(guò)彎曲部9后，由于流動(dòng)的矢量朝向上方，因此金屬細(xì)線7從下向上受到反作用力。因此，即使作為樹脂8使用高粘度的高導(dǎo)熱樹脂，金屬細(xì)線7與引線框I的接觸也不易發(fā)生，使成品率提高。并且，由于金屬細(xì)線7變得不易變形，所以能夠提高樹脂8的流速，提高生產(chǎn)率。另夕卜，通過(guò)使用高導(dǎo)熱且高粘度的樹脂8，并且將電力用半導(dǎo)