CN118235233A - 半导体装置以及半导体装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

目的在于提供一种能够降低接合部件向特定的电极的附着的技术。半导体装置具有：半导体元件，其具有设置了第1电极以及第2电极的面；绝缘性的保护膜，其设置于半导体元件的面，露出第1电极以及第2电极；金属引线电极，其与从保护膜露出的第1电极接合；以及接合部件，其将从保护膜露出的第1电极与金属引线电极接合。金属引线电极包含抵接部，该抵接部是与保护膜抵接、在剖视观察时将接合部件与第2电极之间遮挡的凸部。

Description

半导体装置以及半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法。

背景技术

在电力半导体装置等半导体装置中，为了实现大电流化、长寿命化、高可靠性，提出了使用平板状的金属引线电极而取代金属导线键合的结构。但是，就该结构的制造工序中的熔融将金属引线电极与半导体元件的表面电极接合的接合部件的工序而言，有时由于接合部件所包含的活性剂的挥发或接合部件中的气泡的排出，接合部件向周围飞散。在该情况下具有如下所述的问题，即，有时接合部件附着于半导体元件上的控制电极，在之后的配线工序中对控制电极进行导线键合变得困难，可靠性以及生产率发生恶化。

对此，提出了一种具备金属引线电极的半导体装置(例如专利文献1)，该金属引线电极经由接合部件与主电极接合，具有凸部即电连接片。根据这样的技术，能够通过电连接片对接合部件的飞散进行抑制，因此能够对半导体装置的可靠性的降低进行抑制。

专利文献1：国际公开第2019/167254号

发明内容

但是，由于在电连接片的下侧存在间隙，因此仍然存在接合部件飞散而附着于控制电极等电极的问题。

在此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够降低接合部件向特定的电极的附着的技术。

本发明涉及的半导体装置具有：半导体元件，其具有设置了彼此分离的第1电极以及第2电极的面；绝缘性的保护膜，其设置于所述半导体元件的所述面，露出所述第1电极以及所述第2电极；金属引线电极，其与从所述保护膜露出的所述第1电极接合；以及接合部件，其将从所述保护膜露出的所述第1电极与所述金属引线电极接合，所述金属引线电极包含抵接部，该抵接部是与所述保护膜抵接、在剖视观察时将所述接合部件与所述第2电极之间遮挡的凸部。

发明的效果

根据本发明，金属引线电极包含抵接部，该抵接部是与保护膜抵接、在剖视观察时将接合部件与第2电极之间遮挡的凸部。根据这样的结构，能够降低接合部件向特定的电极的附着。

本发明的目的、特征、方案以及优点将通过以下的详细说明和附图而变得更加清楚。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的俯视图。

图2是实施方式1涉及的半导体装置的一部分的剖视图。

图3是实施方式1涉及的半导体装置的一部分的俯视图。

图4是相关半导体装置的一部分的剖视图。

图5是实施方式2涉及的半导体装置的一部分的剖视图。

图6是实施方式3涉及的半导体装置的一部分的剖视图。

图7是实施方式3涉及的半导体装置的一部分的俯视图。

图8是实施方式4涉及的半导体装置的一部分的剖视图。

图9是实施方式5涉及的半导体装置的一部分的剖视图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。在以下的各实施方式中说明的特征是例示，并非所有的特征都是必须的。另外，在以下示出的说明中，对于在多个实施方式中相同的结构要素标注相同或类似的标号，主要针对不同的结构要素进行说明。另外，在以下记载的说明中，“上”、“下”、“左”、“右”、“表”或“背”等特定的位置以及方向并非必须与实际实施时的位置以及方向一致。

<实施方式1>

图1是表示本实施方式1涉及的半导体装置的概略结构的俯视图，图2是沿图1的A-A’线的剖视图，图3是沿图2的B-B’线的俯视图。

本实施方式1涉及的半导体装置具有基座板1、电路基板2、接合部件3a、3b、3c、半导体元件4、保护膜5、壳体7、金属引线电极8、外部信号端子9、金属导线10和未图示的封装部件。

基座板1的材料例如是铝合金或铜等导热性优异的材料。

图2的电路基板2包含电路图案2a、2c和绝缘层2b。绝缘层2b的材料例如是氮化铝或氮化硅等导热性优异的陶瓷、或树脂。电路图案2a设置于绝缘层2b的上表面，电路图案2c设置于绝缘层2b的下表面。电路图案2a、2c的材料例如使用铝合金或铜等导热性优异的材料。

接合部件3c将基座板1与电路图案2c接合。接合部件3b将电路基板2的电路图案2a与搭载于电路基板2的半导体元件4接合。接合部件3b、3c以及后面记述的接合部件3a的材料例如是焊料或软钎料。

作为第1电极的表面电极4a与作为第2电极的控制电极4b彼此分离，半导体元件4具有设置了表面电极4a以及控制电极4b的面。表面电极4a是流动比较大的电流的主电极，控制电极4b是用于对半导体元件4进行信号控制的电极。表面电极4a以及控制电极4b的材料例如是镍(Ni)以及金(Au)的至少任一者，在半导体元件4具有Al(铝)-Si(硅)层的情况下，表面电极4a以及控制电极4b设置于Al-Si层上。

在本实施方式1中，半导体元件4是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，但不限于此，也可以是例如反向导通IGBT、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)、SBD(Schottky Barrier Diode)或PND(PN junction diode)。半导体元件4的材料例如可以由通常的硅(Si)构成，也可以由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等宽带隙半导体构成。在半导体元件4由宽带隙半导体构成的情况下，能够实现高温下以及高电压下的稳定动作、以及通断速度的高速化。此外，半导体元件4的个数在图1中为6个，但不限于此，是根据半导体装置的用途而决定的。

图2的保护膜5设置于半导体元件4的设置了表面电极4a以及控制电极4b的面，露出表面电极4a以及控制电极4b。保护膜5具有绝缘性，保护膜5的材料例如为聚酰亚胺。

接合部件3a将从保护膜5露出的表面电极4a与金属引线电极8接合，金属引线电极8与从保护膜5露出的表面电极4a接合。金属引线电极8的与表面电极4a相对的部分向表面电极4a侧凸出，金属引线电极8的该部分包含抵接部8a。抵接部8a是与保护膜5抵接、通过该抵接而在剖视观察(参照图2)时将接合部件3a与控制电极4b之间遮挡的凸部。接合部件3a的位置与表面电极4a的位置实质上相同，因此抵接部8a实质上在剖视观察时将表面电极4a与控制电极4b之间遮挡。

此外，图3的俯视图的以虚线示出的抵接部8a将接合部件3a与控制电极4b之间大致遮挡。虽然未图示，但金属引线电极8的一部分通过与电路基板2的电路图案2a连接而构成电路。

图1的壳体7包含外部电极7a和壳体树脂部7b。外部电极7a与金属引线电极8电连接。此外，金属引线电极8可以是外部电极7a的一部分，也可以是与外部电极7a不同的部件。在金属引线电极8是外部电极7a的一部分的情况下，金属引线电极8也可以通过将预先***于壳体树脂部7b中的外部电极7a延伸至半导体元件4之上而形成。在金属引线电极8是与外部电极7a不同的部件的情况下，金属引线电极8也可以通过焊料接合、焊接、超声波接合等与预先***于壳体树脂部7b中的外部电极7a接合。

壳体树脂部7b包围半导体元件4以及金属引线电极8、它们周围的空间，在该空间设置未图示的封装部件。外部电极7a的一部分在该空间的外部从壳体树脂部7b露出，与外部电极7a的外部侧的一部分连接的外部装置经由外部电极7a以及金属引线电极8而与半导体元件4电连接。此外，封装部件的材料例如是树脂。

外部信号端子9与外部电极7a相同地设置于壳体树脂部7b。外部信号端子9通过金属导线10而与控制电极4b电连接，由此构成信号电路。金属导线10的材料例如使用铝等导热性以及导电率高的金属材料。

<制造方法>

接下来，对本实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的一个例子进行说明。

<步骤S1>

在形成半导体元件4的过程中，在半导体元件4上形成表面电极4a以及控制电极4b。然后，除表面电极4a以及控制电极4b之外在半导体元件4的Al-Si层上形成用于保护该Al-Si层的保护膜5。由于表面电极4a以及控制电极4b会在之后的工序中进行金属接合或超声波接合，因此基于聚酰亚胺等的保护膜5不形成于表面电极4a以及控制电极4b。此外，保护膜5中的在之后的工序中与金属引线电极8的抵接部8a抵接的部分也可以比其他部分厚。

<步骤S2>

将基座板1、电路基板2以及半导体元件4通过板焊料、焊料膏、软钎料等接合部件3b、3c而接合。通常，接合部件3b、3c大多使用焊料。通过将所使用的焊料等接合部件3b、3c加热至超过其熔点的温度，从而进行步骤S2的接合。接合部件3b、3c可以是板焊料等预先成形的部件，也可以是焊料膏等使用丝网印刷、分配器(dispenser)等进行涂敷的部件。

<步骤S3>

将壳体7与基座板1接合。例如，在向壳体树脂部7b下部的与基座板1的接合面涂敷未图示的硅酮类或环氧类的粘接剂后，向在步骤S2中搭载了半导体元件4的基座板1施加载荷，使壳体树脂部7b与基座板1紧密地接合。此外，壳体7与基座板1的固定不限于此，例如壳体树脂部7b与基座板1也可以通过未图示的自攻螺钉而紧固，也可以通过在由夹紧工具等固定后加热粘接剂而固定。

<步骤S4>

在半导体元件4上配置金属引线电极8，将表面电极4a与金属引线电极8接合。在进行该接合之前，首先，以与半导体元件4表面的保护膜5抵接的状态配置金属引线电极8的抵接部8a。通过该抵接部8a将接合部件3a与控制电极4b之间遮挡。抵接部8a的凸部例如可以在形成金属引线电极8的过程中通过冲压加工形成，也可以如实施方式2所示通过弯折加工形成。

与抵接部8a向保护膜5的抵接并行地，供给用于将半导体元件4的表面电极4a与金属引线电极8接合的接合部件3a。也可以在将金属引线电极8配置于半导体元件4上之前，在半导体元件4的表面电极4a上通过分配器涂敷或丝网印刷而供给接合部件3a。或者，也可以如实施方式4、5所示，在将金属引线电极8配置于半导体元件4上之后，从金属引线电极8的预先设置的贯通孔供给接合部件3a。或者，也可以在步骤S2时通过分配器涂敷或丝网印刷等在半导体元件4的表面电极4a上作为备用焊料而供给接合部件3a。

在金属引线电极8的配置以及接合部件3a的供给之后，与步骤S2同样地，通过将接合部件3a加热至超过其熔点的温度，从而将半导体元件4的表面电极4a与金属引线电极8接合。虽然接合部件3a的熔点优选低于接合部件3b的熔点，但也可以相等。

<步骤S5>

为了与用于对半导体元件4进行控制的信号电路电连接，将半导体元件4上的控制电极4b与外部信号端子9通过金属导线10进行导线键合。导线键合例如使用超声波接合。

<步骤S6>

在通过步骤S1～S5组装出的结构中，将壳体树脂部7b所包围的空间通过未图示的封装部件进行封装。封装部件的材料例如是硅酮凝胶或环氧树脂，但不限于此，只要是弹性模量、耐热性、粘接性、热膨胀系数等具有所需的物理特性的材料即可。通过将组装出的结构放入固化炉等，进行封装部件所需的固化，从而完成半导体装置。然后，进行半导体装置所需的电特性等的检查。

<实施方式1的总结>

图4是表示与本实施方式1涉及的半导体装置相关的半导体装置(以下记作“相关半导体装置”)的结构的剖视图，是与图2对应的图。在使接合部件3a熔融的步骤S4中，有时由于接合部件3a中的活性成分(例如膏焊料中的助焊剂)的挥发或接合部件3a中的气泡的排斥，接合部件3a的一部分飞散。

在相关半导体装置中，未设置本实施方式1涉及的抵接部8a，因此有时接合部件3a的飞散的一部分附着于控制电极4b。其结果，存在以下问题，即，在步骤S5的配线工序中对控制电极4b进行导线键合变得困难，可靠性以及生产率发生恶化。

与此相对，在本实施方式1中，抵接部8a在剖视观察时将接合部件3a与控制电极4b之间遮挡，因此能够降低接合部件3a向控制电极4b的附着。其结果，可以期待能够稳定地制造长寿命的半导体装置。

<实施方式2>

图5是表示本实施方式2涉及的半导体装置的结构的剖视图，是与图2对应的图。在实施方式1中，抵接部8a如图2所示设置于金属引线电极8的面内方向上的中央部。在本实施方式2中，抵接部8a如图5所示设置于金属引线电极8的面内方向上的端部(在图5中为右端部)。除此之外的基本结构与实施方式1的结构相同。

根据如上所述的本实施方式2的结构，能够与实施方式1同样地降低接合部件3a向控制电极4b的附着。另外，由于能够通过比较容易的弯折加工形成抵接部8a，因此能够期待制造成本的降低化。

<实施方式3>

图6是表示本实施方式3涉及的半导体装置的结构的剖视图，是与图2对应的图。图7是沿图6的C-C’线的剖视图。

如图6所示，在本实施方式3中，金属引线电极8在金属引线电极8的下部具有凹部8b。此外，在图6的例子中，凹部8b呈圆顶状，但不限于此。

在凹部8b设置有接合部件3a，在图6的例子中，接合部件3a填充于凹部8b。另外，凹部8b的缘部与保护膜5抵接，包含抵接部8a。

图3的俯视图的以虚线示出的凹部8b的缘部在俯视观察时包围接合部件3a的整周，抵接部8a将接合部件3a与控制电极4b之间完全遮挡。此外，也可以设置从金属引线电极8的上表面贯通至凹部8b的底面为止的贯通孔。除此之外的基本结构与实施方式1的结构相同。

根据如上所述的本实施方式3的结构，能够与实施方式1同样地降低接合部件3a向控制电极4b的附着。另外，由凹部8b的缘部包围接合部件3a的整周，因此能够降低接合部件3a飞散而附着于控制电极4b乃至其它部位(例如电路基板2或其它半导体元件4等)这一情况。其结果，能够对绝缘性能的降低进行抑制。

另外，能够增大金属引线电极8与接合部件3a之间的接触面积，因此能够降低半导体装置的使用时的电流密度，能够对由于局部发热导致的可靠性的降低进行抑制。

<实施方式4>

图8是表示本实施方式4涉及的半导体装置的结构的剖视图，是与图2对应的图。

如图8所示，在本实施方式4中，金属引线电极8具有设置了接合部件3a的贯通孔8c。另外，贯通孔8c的缘部与保护膜5抵接，与实施方式3的凹部8b的缘部同样地，在俯视观察时包围接合部件3a的整周。在俯视观察时，贯通孔8c可以与半导体元件4的表面电极4a的形状相匹配地呈四边形状，也可以呈圆形状。另外，在俯视观察时，贯通孔8c的面积也可以大于或等于半导体元件4的表面电极4a的面积。除此之外的基本结构与实施方式1的结构相同。

根据如上所述的本实施方式4的结构，能够与实施方式3同样地降低接合部件3a向控制电极4b的附着，并且能够降低向控制电极4b之外的部位的附着。另外，能够在金属引线电极8设置比较大的贯通孔8c，因此能够在将金属引线电极8配置于半导体元件4上之后从金属引线电极8的贯通孔8c通过分配器涂敷而供给接合部件3a。其结果，能够使接合部件3a的供给变容易。

另外，以往为了检查金属引线电极8与接合部件3a之间的接合性是否正常，有时通过超声波探伤或X射线等而实施接合性的非破坏检查。与此相对，在本实施方式4中，能够通过接合部件3a是否爬上金属引线电极8的贯通孔8c的壁面而以目视对接合性进行检查。因此，能够使接合性的检查简易化，能够期待省略通过超声波探伤或X射线检查进行的检查。

<实施方式5>

图9是表示本实施方式5涉及的半导体装置的结构的剖视图，是与图2对应的图。

如图9所示，在本实施方式5中，金属引线电极8具有设置了接合部件3a的多个贯通孔8c。并且，金属引线电极8包含将多个贯通孔8c分隔开、与接合部件3a接触的分隔部8d。分隔部8d的数量、宽度、高度方向的位置是任意的。除此之外的基本结构与实施方式4的结构相同。

根据如上所述的本实施方式4的结构，能够与实施方式3同样地降低接合部件3a向控制电极4b的附着，并且能够降低向控制电极4b之外的部位的附着。另外，与实施方式4同样地，通过贯通孔8c，能够使接合部件3a的供给变容易，并且能够使接合性的检查简易化。

另外，能够通过分隔部8d而使金属引线电极8与接合部件3a之间的接触面积增大，因此能够降低半导体装置的使用时的电流密度，能够对由于局部发热导致的可靠性的降低进行抑制。另外，通过分隔部8d，能够减少接合部件3a的使用量。

此外，能够将各实施方式以及各变形例自由组合，将各实施方式以及各变形例适当地变形、省略。

上述的说明在所有方面都是例示，并非是限定性的内容。应当认为可以设想到未例示的无数变形例。

标号的说明

2电路基板、3a接合部件、4半导体元件、4a表面电极、4b控制电极、5保护膜、8金属引线电极、8a抵接部、8b凹部、8c贯通孔、8d分隔部。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其具有：

半导体元件，其具有设置了彼此分离的第1电极以及第2电极的面；

绝缘性的保护膜，其设置于所述半导体元件的所述面，露出所述第1电极以及所述第2电极；

金属引线电极，其与从所述保护膜露出的所述第1电极接合；以及

接合部件，其将从所述保护膜露出的所述第1电极与所述金属引线电极接合，

所述金属引线电极包含抵接部，该抵接部是与所述保护膜抵接、在剖视观察时将所述接合部件与所述第2电极之间遮挡的凸部。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，

还具有电路基板，该电路基板搭载所述半导体元件，该电路基板与所述金属引线电极的一部分接合。

3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，

所述抵接部设置于所述金属引线电极的面内方向上的端部。

4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，

所述金属引线电极具有设置了所述接合部件的凹部，

所述凹部的缘部与所述保护膜抵接，所述凹部的缘部包含所述抵接部。

5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，

所述金属引线电极具有设置了所述接合部件的大于或等于1个贯通孔，

所述贯通孔的缘部与所述保护膜抵接，所述贯通孔的缘部包含所述抵接部。

6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，

所述大于或等于1个贯通孔为多个贯通孔，

所述金属引线电极包含将所述多个贯通孔分隔开、与所述接合部件接触的分隔部。

7.一种半导体装置的制造方法，其是权利要求1至6中任一项所述的半导体装置的制造方法，其中，

通过在使所述抵接部与所述保护膜抵接的状态下熔融所述接合部件，从而将第1电极与所述金属引线电极通过所述接合部件而接合。