JP2013065620A - Electrode terminal with wiring sheet, wiring structure, semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子が配置される配線シート付き電極端子、配線構造体、半導体装置、およびその半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode terminal with a wiring sheet on which a switching element is disposed, a wiring structure, a semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device.
電力制御用の半導体装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子が配置される配線構造体と、スイッチング素子を封止する封止部とを備える。配線構造体は、スイッチング素子の第1電極に接続される配線体と、スイッチング素子の第2電極に接続される配線体と、スイッチング素子の制御電極に接続される配線体とを備えている。 A semiconductor device for power control includes a switching element, a wiring structure in which the switching element is disposed, and a sealing portion that seals the switching element. The wiring structure includes a wiring body connected to the first electrode of the switching element, a wiring body connected to the second electrode of the switching element, and a wiring body connected to the control electrode of the switching element.
高耐圧用のスイッチング素子としては、現状では、シリコン(Si)系のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が主に用いられている。近年、Siに比べて高耐圧・低損失が可能なワイドバンドギャップ半導体材料、例えば、炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)等の電界効果トランジスタ、SiC系のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、GaN系のMESFET等が開発されている。また、これら素子を搭載する電力制御用の半導体装置についても開発および検討が行われている。 At present, silicon (Si) IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are mainly used as switching elements for high withstand voltage. In recent years, wide bandgap semiconductor materials that have higher breakdown voltage and lower loss than Si, such as field effect transistors such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), SiC-based MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field) -Effect Transistor), GaN-based MESFETs, and the like have been developed. Further, development and examination of a power control semiconductor device on which these elements are mounted are also underway.
例えば、特許文献1に記載されている技術では、スイッチング素子の主面に形成された制御電極と第1電極とは、1つの絶縁基板に形成された2つの電極(配線体)にそれぞれ接続されている。 For example, in the technique described in Patent Document 1, the control electrode and the first electrode formed on the main surface of the switching element are respectively connected to two electrodes (wiring bodies) formed on one insulating substrate. ing.
ところで、スイッチング素子の小型化により各電極の面積が小さくなる傾向にある。
例えば、SiCを用いたMOSFETは、Siを用いたIGBTに比べて高耐圧であることから、Siを用いたIGBTよりもチップを小型にすることが可能である。このため、ソース電極の面積およびゲート電極の面積が従来構造のSi系のスイッチング素子の電極よりも小さい。また、Si系のスイッチング素子でも深溝トレンチ方式等により高耐圧化および小型化する傾向にあり、これに伴って各電極が小さくなっている。
By the way, the area of each electrode tends to be reduced by downsizing the switching element.
For example, since a MOSFET using SiC has a higher breakdown voltage than an IGBT using Si, the chip can be made smaller than an IGBT using Si. For this reason, the area of the source electrode and the area of the gate electrode are smaller than those of the Si-type switching element having the conventional structure. In addition, even Si-based switching elements tend to have a higher breakdown voltage and a smaller size due to a deep trench method or the like, and each electrode is made smaller accordingly.
電極面積が小さくなると次の問題がある。
スイッチング素子の小型化からソース電極とゲート電極(制御電極)との間の距離が短くなる。このため、ソース電極に接続される電極(配線体)とゲート電極に接続される電極(配線体)との間の間隔を小さくする必要がある。ところが、特許文献1の技術では、両電極(両配線体)の間隔を小さくすることは難しい。
When the electrode area is reduced, there are the following problems.
Due to the miniaturization of the switching element, the distance between the source electrode and the gate electrode (control electrode) is shortened. For this reason, it is necessary to reduce the interval between the electrode (wiring body) connected to the source electrode and the electrode (wiring body) connected to the gate electrode. However, with the technique of Patent Document 1, it is difficult to reduce the distance between both electrodes (both wiring bodies).
これは次の理由による。すなわち、絶縁基板に、ソース電極に接続される電極(以下、第1電極)とゲート電極に接続される電極(以下、第2電極)とを形成している。これらの電極はエッチング加工により形成される。このため、両電極の間隔はこれらの電極の厚さによる。一方、ソース電極に大電流を印加する必要があるため両電極を厚くする必要があるが両電極の間隔を電極厚さよりも小さくすることが難しい。このような理由により、スイッチング素子の小型化にともなう電極間(配線体間)の要求距離を、特許文献1の技術で実現することは難しい。 This is due to the following reason. That is, an electrode connected to the source electrode (hereinafter referred to as the first electrode) and an electrode connected to the gate electrode (hereinafter referred to as the second electrode) are formed on the insulating substrate. These electrodes are formed by etching. For this reason, the distance between both electrodes depends on the thickness of these electrodes. On the other hand, since it is necessary to apply a large current to the source electrode, it is necessary to increase the thickness of both electrodes, but it is difficult to make the distance between both electrodes smaller than the electrode thickness. For these reasons, it is difficult to realize the required distance between electrodes (between wiring bodies) associated with downsizing of the switching element by the technique of Patent Document 1.
一方、スイッチング素子の各電極と配線構造体の各配線体との接続をワイヤボンディングにより接続することも考えられる。しかし、このような接続構造の場合、次の課題がある。すなわち、ワイヤボンディングに使用するワイヤは、アルミニウムを材料とし、最大径はワイヤボンディングに必要な柔軟性を得るため、500μm径とされる。スイッチング素子の小型化に伴い、スイッチング素子の電流密度が高くなり、当然に、ワイヤボンディングのワイヤも高電流密度化する。その結果、該ワイヤが電流により溶断されるおそれがある。 On the other hand, it is also conceivable to connect each electrode of the switching element and each wiring body of the wiring structure by wire bonding. However, such a connection structure has the following problems. That is, the wire used for wire bonding is made of aluminum, and the maximum diameter is 500 μm in order to obtain the flexibility required for wire bonding. With the miniaturization of the switching element, the current density of the switching element increases, and naturally, the wire bonding wire also increases in current density. As a result, there is a possibility that the wire is blown by an electric current.
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワイヤ接続によらず、小型のスイッチング素子の実装することのできる配線シート付き電極端子、配線構造体、半導体装置、およびその半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide an electrode terminal with a wiring sheet, a wiring structure, a semiconductor device, and a semiconductor device capable of mounting a small switching element regardless of wire connection. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the semiconductor device.
(1)請求項1に記載の発明は、第1主面に少なくとも第1電極および制御電極が形成されかつ第2主面に第2電極が形成されたスイッチング素子が少なくとも1つ配置される配線シート付き電極端子であって、前記第1電極に接続される電極端子と、前記制御電極に接続される制御端子が設けられた配線シートとを備え、前記電極端子において前記第1電極が接続される面に前記配線シートが貼り付けられて前記電極端子と前記配線シートとが一体にされていることを要旨とする。 (1) The invention according to claim 1 is a wiring in which at least one switching element having at least a first electrode and a control electrode formed on a first main surface and a second electrode formed on a second main surface is disposed. An electrode terminal with a sheet, comprising: an electrode terminal connected to the first electrode; and a wiring sheet provided with a control terminal connected to the control electrode, wherein the first electrode is connected to the electrode terminal. The gist of the invention is that the wiring sheet is affixed to a surface to be integrated with the electrode terminal and the wiring sheet.
大電流が流れる電極と小電流が流れる制御電極とが同一面に存在するスイッチング素子の小型化にともなって、配線構造体には次の事項が要求されている。すなわち、大電流用の電極端子と小電流用の電極端子との間の絶縁を確保し、両者の間隔を小さくすることが要求される。しかし、従来のリードフレーム構造およびセラミックス基板上に配線パターンを形成する構造にあっては、配線構造の加工上の制限すなわち端子厚さによる両端子間隔距離の制限のため、上記要求を満たすことが困難である。 With the downsizing of a switching element in which an electrode through which a large current flows and a control electrode through which a small current are present on the same surface, the following matters are required for the wiring structure. That is, it is required to secure insulation between the electrode terminal for large current and the electrode terminal for small current and to reduce the distance between them. However, in the conventional lead frame structure and the structure in which the wiring pattern is formed on the ceramic substrate, the above requirement can be satisfied due to the processing restriction of the wiring structure, that is, the distance between both terminals due to the terminal thickness. Have difficulty.
本発明では、電極端子の第1電極が接続される面に配線シートが貼り付ける構造としているため、従来構造の配線構造に比べて、大電流用の電極端子と小電流用の電極端子との間の間隔を小さくすることができる。 In the present invention, since the wiring sheet is attached to the surface to which the first electrode of the electrode terminal is connected, the electrode terminal for large current and the electrode terminal for small current are compared with the wiring structure of the conventional structure. The interval between them can be reduced.
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の配線シート付き電極端子において、前記電極端子には、当該電極端子と前記スイッチング素子の前記第1電極とを互いに接続する導電体が配置されていることを要旨とする。 (2) The invention described in claim 2 is the electrode terminal with a wiring sheet according to claim 1, wherein the electrode terminal is a conductor that connects the electrode terminal and the first electrode of the switching element to each other. The gist is that is arranged.
本発明では、電極端子とスイッチング素子の第1電極との間に導電体を介在させる構造とする。これにより、導電体として、電極端子と異なる材料のものを選択することが可能となる。 In the present invention, a conductor is interposed between the electrode terminal and the first electrode of the switching element. This makes it possible to select a conductor that is different from the electrode terminal.
(3)請求項3に記載の発明は、第1主面に少なくとも第1電極および制御電極が形成されかつ第2主面に第2電極が形成されたスイッチング素子が少なくとも1つ配置される配線構造体であって、前記第1電極に接続される導電体と、前記第1電極に前記導電体を介して接続される第1電極端子と、前記制御電極に接続される制御端子が設けられた配線シートと、前記第2電極に接続される第2電極端子とを含むことを要旨とする。 (3) The invention according to claim 3 is a wiring in which at least one switching element having at least a first electrode and a control electrode formed on the first main surface and a second electrode formed on the second main surface is disposed. A structure is provided with a conductor connected to the first electrode, a first electrode terminal connected to the first electrode via the conductor, and a control terminal connected to the control electrode. And a second electrode terminal connected to the second electrode.
電力制御用のスイッチング素子の第1電極および第2電極には大電流が流れるため、第1電極に接続される配線体および第2電極に接続される配線体が抵抗とならないように、導体の断面積が設定される。一方、制御電極に流れる電流量は小さいため、制御電極に接続される配線体の断面積は、第1電極および第2電極に接続される配線体よりも小さくてもよい。 Since a large current flows through the first electrode and the second electrode of the switching element for power control, the wiring body connected to the first electrode and the wiring body connected to the second electrode do not become resistors. The cross-sectional area is set. On the other hand, since the amount of current flowing through the control electrode is small, the cross-sectional area of the wiring body connected to the control electrode may be smaller than that of the wiring body connected to the first electrode and the second electrode.
従来の配線構造体では、第1電極に接続される第1配線体と、制御電極に接続される第2配線体とが絶縁基板に形成されている。この場合、両配線体が1つの絶縁基板に形成されていることから、第1配線体と第2配線体の配線体厚は大電流が流れる第1配線体の厚さに制限される。そして、エッチング加工の制限より、両配線体間の間隔を配線体厚さよりも小さくすることは難しい。このため、従来構造の配線構造体では、第1電極と第2電極との間隔が小さい小型のスイッチング素子に適合したものを形成することが難しい。 In the conventional wiring structure, the first wiring body connected to the first electrode and the second wiring body connected to the control electrode are formed on the insulating substrate. In this case, since both wiring bodies are formed on one insulating substrate, the wiring body thickness of the first wiring body and the second wiring body is limited to the thickness of the first wiring body through which a large current flows. And it is difficult to make the space | interval between both wiring bodies smaller than wiring body thickness by the restriction | limiting of an etching process. For this reason, it is difficult to form a conventional wiring structure suitable for a small switching element in which the distance between the first electrode and the second electrode is small.
本発明では、第1電極に接続される導電体(配線体)と、制御電極に接続される制御端子(配線体)とを別部材として構成する。すなわち、導電体が第1配線体に対応する。配線シートの制御端子が第2配線体に対応する。導電体と配線シートとは別形態の部品であるため、両部材ともに他方の部材から加工上の制限を受けない。このため、配線シートは薄くすることが可能であり、配線シートの制御端子(配線体)と導電体(配線体)との間の間隔を従来構造に比べて小さくすることができる。このため、従来の配線構造体では実装が困難となるほどの小型スイッチング素子を実装することができる。 In the present invention, the conductor (wiring body) connected to the first electrode and the control terminal (wiring body) connected to the control electrode are configured as separate members. That is, the conductor corresponds to the first wiring body. The control terminal of the wiring sheet corresponds to the second wiring body. Since the conductor and the wiring sheet are parts of different forms, both members are not subject to processing restrictions from the other member. For this reason, a wiring sheet can be made thin and the space | interval between the control terminal (wiring body) and conductor (wiring body) of a wiring sheet can be made small compared with a conventional structure. For this reason, it is possible to mount a small switching element that is difficult to mount with the conventional wiring structure.
(4)請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の配線構造体において、前記導電体と前記制御端子との配置関係が、前記スイッチング素子の前記第1主面における前記第1電極と前記制御電極との配置関係に対応するように、前記配線シートが前記第1電極端子に固定されていることを要旨とする。
(4) The invention according to
この発明では、導電体と制御端子との配置関係をスイッチング素子の第1電極と制御電極との配置関係に合わせている。このため、導電体と制御端子とが配置されている部分にスイッチング素子を配置するとき、スイッチング素子の第1電極と導電体、およびスイッチング素子の制御電極と制御端子とを精確に接続させることができる。 In the present invention, the arrangement relationship between the conductor and the control terminal is matched with the arrangement relationship between the first electrode of the switching element and the control electrode. For this reason, when the switching element is disposed in the portion where the conductor and the control terminal are disposed, the first electrode of the switching element and the conductor, and the control electrode and the control terminal of the switching element can be accurately connected. it can.
(5)請求項5に記載の発明は、請求項3または4に記載の配線構造体において、前記配線シートには、前記第1電極に対応するところに貫通孔が形成され、前記導電体が前記貫通孔を通じて前記第1電極端子に取り付けられていることを要旨とする。
(5) The invention according to claim 5 is the wiring structure according to
この発明によれば、配線シートの貫通孔により導電体が位置決めされる。このため、導電体の位置決めを容易に行うことができる。また、貫通孔により、導電体の移動が規制されるため、導電体と制御端子との配置関係が大きくずれることはない。すなわち、スイッチング素子の第1電極と導電体との接続、およびスイッチング素子の制御電極と制御端子との接続において位置ずれが生じる頻度を抑制することができる。 According to this invention, the conductor is positioned by the through hole of the wiring sheet. For this reason, positioning of a conductor can be performed easily. In addition, since the movement of the conductor is restricted by the through hole, the arrangement relationship between the conductor and the control terminal does not greatly deviate. That is, it is possible to suppress the frequency of positional deviation in the connection between the first electrode of the switching element and the conductor and the connection between the control electrode of the switching element and the control terminal.
(6)請求項6に記載の発明は、請求項3〜5のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記導電体は応力を緩和する緩衝材により形成されていることを要旨とする。この発明によれば、導電体が緩衝材により形成されているため、第1電極端子とスイッチング素子との間またはこれら部材の内部に生じる応力を緩和することができる。 (6) The invention according to claim 6 is the wiring structure according to any one of claims 3 to 5, wherein the conductor is formed of a buffer material that relieves stress. . According to this invention, since the conductor is formed of the buffer material, the stress generated between the first electrode terminal and the switching element or inside these members can be reduced.
(7)請求項7に記載の発明は、請求項3〜6のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記第1電極端子の一面で前記導電体が配置される配置面が前記配線シートのシート配置面よりも低くされていることを要旨とする。この発明によれば、導電体が配置される配置面と配線シートのシート配置面とが同一平面を構成する場合と比べて、導電体の厚さを大きくすることができる。
(7) The invention according to
(8)請求項8に記載の発明は、請求項3〜7のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記第1電極に接続される前記導電体を第1導電体として、前記第2電極端子には、前記第2電極に接続される第2導電体が設けられていることを要旨とする。 (8) The invention according to claim 8 is the wiring structure according to any one of claims 3 to 7, wherein the conductor connected to the first electrode is the first conductor. The gist is that the two-electrode terminal is provided with a second conductor connected to the second electrode.
(9)請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の配線構造体において、前記第1導電体の熱膨張係数は、前記スイッチング素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第1電極端子の熱膨張係数よりも小さいこと、および前記第2導電体の熱膨張係数は、前記スイッチング素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第2電極端子の熱膨張係数よりも小さいことを要旨とする。 (9) The invention according to claim 9 is the wiring structure according to claim 8, wherein a thermal expansion coefficient of the first conductor is larger than a thermal expansion coefficient of the switching element and the first electrode terminal. In summary, the thermal expansion coefficient of the second conductor is larger than the thermal expansion coefficient of the switching element and smaller than the thermal expansion coefficient of the second electrode terminal.
2つの部材間の熱膨張係数との差が大きい場合、温度上昇により両者の膨張率の差により応力が発生する。応力は結晶構造欠陥を生じさせたり、両部材間の剥離を生じさせたりする。このため応力は小さい方が好ましい。 When the difference between the thermal expansion coefficients between the two members is large, stress is generated due to the difference in expansion coefficient between the two members due to the temperature rise. The stress causes a crystal structure defect or delamination between both members. For this reason, it is preferable that the stress is small.
本発明では、スイッチング素子の熱膨張係数と第1電極端子の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する第1導電体を用いるとともに、スイッチング素子の熱膨張係数と第2電極端子の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する第2導電体を用いる。このため、互いに隣接する2つの部材間の熱膨張係数の差が小さくなる。これにより、各部材間に生じる応力を小さくすることができる。 In the present invention, the first conductor having a thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the switching element and the thermal expansion coefficient of the first electrode terminal is used, and the thermal expansion coefficient of the switching element and the thermal expansion of the second electrode terminal are used. A second conductor having a thermal expansion coefficient between the coefficients is used. For this reason, the difference in thermal expansion coefficient between two members adjacent to each other is reduced. Thereby, the stress which arises between each member can be made small.
(10)請求項10に記載の発明は、請求項8または9に記載の配線構造体において、前記第1電極端子には、他の半導体素子に接続される第3導電体が設けられ、前記第2電極端子には、他の半導体素子に接続される第4導電体が設けられ、前記第3導電体および前記第4導電体は応力を緩和する緩衝材により形成されていることを要旨とする。 (10) The wiring structure according to claim 8 is the wiring structure according to claim 8 or 9, wherein the first electrode terminal is provided with a third conductor connected to another semiconductor element. The second electrode terminal is provided with a fourth conductor connected to another semiconductor element, and the third conductor and the fourth conductor are formed of a buffer material that relieves stress. To do.
この発明によれば、他の半導体素子は、第3導電体を介して第1電極端子に接続され、かつ第4導電体を介して第2電極端子に接続される。そして、第3導電体および第4導電体は緩衝材により形成されている。このため、他の半導体素子と第1電極端子との間、他の半導体素子と第2電極端子との間、またはこれら部材の内部に生じる応力を小さくすることができる。 According to this invention, the other semiconductor element is connected to the first electrode terminal via the third conductor and connected to the second electrode terminal via the fourth conductor. The third conductor and the fourth conductor are formed of a buffer material. For this reason, the stress which arises between another semiconductor element and the 1st electrode terminal, between another semiconductor element and the 2nd electrode terminal, or the inside of these members can be made small.
(11)請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の配線構造体において、前記第1導電体と前記第3導電体とが一体であることを要旨とする。この発明によれば、第1導電体と第3導電体を個別に第1電極端子に実装する必要がない。このため、第1導電体と第3導電体とを別部材として構成する場合と比べて、配線構造体の製造工程を簡略化することができる。
(11) The invention according to
(12)請求項12に記載の発明は、請求項10または11に記載の配線構造体において、前記第2導電体と前記第4導電体とが一体であることを要旨とする。
この発明によれば、第2導電体と第4導電体を個別に第2電極端子に実装する必要がないため、第2導電体と第4導電体とを別部材として構成する場合と比べて、配線構造体の製造工程を簡略化することができる。
(12) The invention according to
According to this invention, since it is not necessary to separately mount the second conductor and the fourth conductor on the second electrode terminal, compared to the case where the second conductor and the fourth conductor are configured as separate members. The manufacturing process of the wiring structure can be simplified.
(13)請求項13に記載の発明は、請求項10〜12のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記第3導電体の熱膨張係数は、前記他の半導体素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第1電極端子の熱膨張係数よりも小さいこと、および前記第4導電体の熱膨張係数は、前記他の半導体素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第2電極端子の熱膨張係数よりも小さいことを要旨とする。
(13) The invention according to
本発明では、他の半導体素子の熱膨張係数と第1電極端子の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する第3導電体を用いるとともに、他の半導体素子の熱膨張係数と第2電極端子の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する第4導電体を用いる。このため、互いに隣接する2つの部材間の熱膨張係数の差が小さくなる。このため、各部材間に生じる応力を小さくすることができる。 In the present invention, the third conductor having a thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the other semiconductor element and the thermal expansion coefficient of the first electrode terminal is used, and the thermal expansion coefficient of the other semiconductor element and the second electrode are used. A fourth conductor having a thermal expansion coefficient between that of the terminal is used. For this reason, the difference in thermal expansion coefficient between two members adjacent to each other is reduced. For this reason, the stress which arises between each member can be made small.
(14)請求項14に記載の発明は、請求項3〜13のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記第1主面に前記第1電極と前記制御電極と少なくとも1つの他電極とが形成されかつ前記第2主面に前記第2電極が形成されたスイッチング素子が配置されるものであり、前記配線シートには、前記他電極に対応する他端子が設けられていることを要旨とする。
(14) The invention according to
本発明では、配線シートに制御端子のほかに他端子が設けられている。このため、第1電極と制御電極のほかに電極を備えるスイッチング素子を配線シートに配置することができる。 In the present invention, the wiring sheet is provided with other terminals in addition to the control terminals. For this reason, the switching element provided with an electrode in addition to the first electrode and the control electrode can be disposed on the wiring sheet.
(15)請求項15に記載の発明は、請求項3〜14のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記第1電極端子のうち前記スイッチング素子に対向する面と反対側の面に絶縁層が設けられ、前記第2電極端子のうち前記スイッチング素子に対向する面と反対側の面に絶縁層が設けられていることを要旨とする。
(15) The invention according to
本発明よれば、配線構造体を用いて半導体装置を形成する場合でスイッチング素子の配置側を封止樹脂で封止するとき、絶縁層が形成された面側を外部に出すことができる。このため、絶縁層が形成された部分に放熱装置を取り付けることが可能であり、封止樹脂を介さずに放熱装置に熱を伝達することができる。すなわち、放熱装置の直付け可能な配線構造体を提供することができる。 According to the present invention, when a semiconductor device is formed using a wiring structure, when the switching element placement side is sealed with the sealing resin, the surface side on which the insulating layer is formed can be exposed to the outside. For this reason, it is possible to attach a heat radiating device to the part in which the insulating layer was formed, and heat can be transmitted to a heat radiating device without going through sealing resin. That is, it is possible to provide a wiring structure that can be directly attached to a heat dissipation device.
(16)請求項16に記載の発明は、請求項3〜15のいずれか一項に記載の配線構造体において、前記第1電極端子と前記第2電極端子とが絶縁基板に設けられ、前記第2電極端子と前記スイッチング素子とを接続する架橋導電体を備えていることを要旨とする。
(16) The invention according to
本発明では、絶縁基板に第1電極端子と第2電極端子とが設けられているため、この配線構造体を用いて半導体装置を構成することにより、半導体装置を薄型にすることができる。 In the present invention, since the first electrode terminal and the second electrode terminal are provided on the insulating substrate, the semiconductor device can be made thin by configuring the semiconductor device using this wiring structure.
(17)請求項17に記載の発明は、請求項1または2に記載の配線シート付き電極端子を含む半導体装置である。
本発明では、半導体装置は上記構成の配線シート付き電極端子を含む。すなわち、従来よりも小さいスイッチング素子が実装可能である。このため、ワイヤ接続を用いないパッケージにおいて従来よりも半導体装置を小型にすることができる。
(17) The invention according to
In the present invention, the semiconductor device includes the electrode terminal with the wiring sheet having the above-described configuration. That is, a switching element smaller than the conventional one can be mounted. For this reason, a semiconductor device can be made smaller than before in a package that does not use wire connection.
(18)請求項18に記載の発明は、請求項3〜16のいずれか一項に記載の配線構造体を含む半導体装置である。
本発明では、半導体装置は上記構成の配線構造体を含む。すなわち、従来よりも小さいスイッチング素子が実装可能である。このため、ワイヤ接続を用いないパッケージにおいて従来よりも半導体装置を小型にすることができる。
(18) The invention according to
In the present invention, the semiconductor device includes the wiring structure having the above structure. That is, a switching element smaller than the conventional one can be mounted. For this reason, a semiconductor device can be made smaller than before in a package that does not use wire connection.
(19)請求項19に記載の発明は、第1主面に少なくとも第1電極および制御電極が形成されかつ第2主面に第2電極が形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の前記第1主面側に接続される第1電極端子および配線シートと、前記スイッチング素子の前記第2主面に接続される第2電極端子とを備える半導体装置の製造方法において、前記第1電極端子に前記配線シートを固定して配線シート付き電極端子を形成する工程と、前記配線シート付き電極端子に前記スイッチング素子を半田で固定する先接続工程と、前記先接続工程のアセンブリに前記第2電極端子を半田で固定する後接続工程とを含むことを要旨とする。
(19) The invention according to
この発明によれば、スイッチング素子が第2電極端子に固定される前に上記構造体にスイッチング素子を半田で固定する。すなわち、スイッチング素子が移動可能な状態で半田固定する。これにより、半田接続のとき、半田の表面張力によりスイッチング素子を適切な位置に移動させることができる。すなわちセルフアライメントによりスイッチング素子の位置決めが行われるため、第1電極と制御電極との短絡が抑制される。 According to the present invention, the switching element is fixed to the structure with solder before the switching element is fixed to the second electrode terminal. In other words, soldering is performed while the switching element is movable. Thereby, at the time of solder connection, the switching element can be moved to an appropriate position by the surface tension of the solder. That is, since the switching element is positioned by self-alignment, a short circuit between the first electrode and the control electrode is suppressed.
(20)請求項20に記載の発明は、請求項19に記載の半導体装置の製造方法において、前記後接続工程で用いる半田として前記先接続工程で用いる半田よりも融点の低い半田を用いることを要旨とする。
(20) The invention according to
この発明によれば、各工程で用いる半田を統一する場合に比べ、後工程の半田接続において先接続工程の半田接続部分の溶融が少なくなるため、後工程中にスイッチング素子の位置ずれが発生することを抑制することができる。 According to the present invention, compared with the case where the solder used in each process is unified, the melting of the solder connection portion in the previous connection process is less in the solder connection in the subsequent process, and thus the displacement of the switching element occurs in the subsequent process. This can be suppressed.
本発明によれば、ワイヤ接続によらず、小型のスイッチング素子の実装することのできる配線シート付き電極端子、配線構造体、半導体装置、その半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrode terminal with a wiring sheet, a wiring structure, a semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device that can mount a small switching element regardless of wire connection.
図1を参照して、本発明の半導体装置の一実施形態について説明する。
以下に説明する半導体装置1は、例えば、インバータ等のスイッチング回路に用いられる。
An embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG.
The semiconductor device 1 described below is used in a switching circuit such as an inverter, for example.
半導体装置1は、スイッチング素子10と、フライホイールダイオード20と、これら2つの素子が配置される配線構造体30と、これら2つの素子を封止する封止部80とを備える。
The semiconductor device 1 includes a switching
半導体装置1の回路構成は次の通り。
スイッチング素子10とフライホイールダイオード20とは並列接続されている。
すなわち、スイッチング素子10のソース電極14とフライホイールダイオード20のアノード電極とが接続され、かつスイッチング素子10のドレイン電極13とフライホイールダイオード20のカソード電極とが接続されている。
The circuit configuration of the semiconductor device 1 is as follows.
The switching
That is, the
スイッチング素子10のゲート電極15には信号配線(配線61)が接続されている。なお、フライホイールダイオード20はスイッチング素子10の逆方向に発生する電力を逃すための素子である。これにより過電力がスイッチング素子10に加わることを抑制する。
A signal wiring (wiring 61) is connected to the
以下、半導体装置1の各構成要素について説明する。
スイッチング素子10は、n型MOSFETにより形成されている。
スイッチング素子10の第1主面11には、ソース電極14(第1電極)と、ゲート電極15(制御電極)と、第1モニタ電極16と、第2モニタ電極17と、第3モニタ電極18と、第4モニタ電極19とが形成されている(図11参照)。スイッチング素子10の第2主面12には、ドレイン電極13(第2電極)が形成されている。
Hereinafter, each component of the semiconductor device 1 will be described.
The switching
On the first
第1モニタ電極16は、温度モニタ用としてスイッチング素子10内に形成された温度特性モニタ用ダイオードのアノードに接続されている。第2モニタ電極17は、前記温度特性モニタ用ダイオードのカソードに接続されている。なお、第1モニタ電極16と第2モニタ電極17との間の電位差に基づいてスイッチング素子10の温度が推定される。
The
第3モニタ電極18は、スイッチング素子10内のドレイン層に接続されている。すなわち、ドレイン電流の一部が出力される。例えば、ドレイン電流の1/10000が分流される。
The
第4モニタ電極19は、スイッチング素子10内のソース層に接続されている。なお、スイッチング素子10のゲート電極15に入力される信号は、ソース層の電位すなわち第4モニタ電極19の電位を基準にして形成される。
The
ソース電極14は、ゲート電極15および第1〜第4モニタ電極16〜19よりも大きい。第1〜第4モニタ電極16〜19およびゲート電極15は、第1主面11の端側に一列に配置されている。これら電極15〜19は、略同じ大きさに形成されている。
The
フライホイールダイオード20はSiにより形成されている。
配線構造体30は半導体装置1の配線を構成する。
封止部80は、スイッチング素子10とフライホイールダイオード20とを封止する。封止樹脂としては、例えば、酸化ケイ素等のフィラ含有のエポキシ樹脂、PPS樹脂(ポリフェニレンサルファイド樹脂)等が用いられる。
The
The
The sealing
次に、配線構造体30について詳述する。
配線構造体30は、第1電極端子40と、第2電極端子50と、配線シート60と、4個の導電体(第1〜第4導電体31〜34)とを備えている。なお、以降の説明では、4つの導電体を区別して説明するとき、第1導電体31、第2導電体32、第3導電体33、第4導電体34とする。また、第1電極端子40と配線シート60と第1導電体31と第3導電体33とを備える構造体を配線シート付き電極端子45という。
Next, the
The
第1電極端子40について説明する。
第1電極端子40は半導体装置1の端子を構成する。
第1電極端子40の第1面41には、第1導電体31と第3導電体33とが設けられている。第1導電体31は、スイッチング素子10が配置されるところに配置されている。第1導電体31の第1主面31Aは第1半田91で第1電極端子40に接続されている。第3導電体33は、フライホイールダイオード20が配置されるところに配置されている。第3導電体33の第1主面33Aは第1半田91で第1電極端子40に接続されている。なお、第1半田91としては鉛フリー半田が用いられる。第1半田91は後述の第2半田92の融点よりも高い。
The
The
A
第1電極端子40の第2面42、すなわちスイッチング素子10に対向する面と反対側の面には、絶縁シート43が貼り付けられている。絶縁シート43は、ポリイミド樹脂により形成されている。絶縁シート43は3層構造となっている。すなわち、絶縁シート43の中間層は非熱可塑性ポリイミド層であり、この非熱可塑性ポリイミド層の両面に熱可塑性ポリイミド層が形成されている。すなわち、絶縁シート43のうち第2面42と接着する面には、熱可塑性ポリイミド層が積層されている。なお、非熱可塑性とは、明確なガラス転移温度が存在せず、高温での軟化が小さくかつ弾性率低下が小さい性質をいう。
An insulating
絶縁シート43には金属シート44が貼り付けられている。金属シート44の端縁44Aは絶縁シート43の端縁43Aよりも内側に配置されている。すなわち、絶縁シート43の面積は、金属シート44の面積よりも大きい。金属シート44は例えば銅箔により形成されている。
A
絶縁シート43および金属シート44が貼り付けられている部分は、配線構造体30を樹脂で封止して半導体装置1を形成するときに露出させる。すなわち、第1電極端子40の第1面41側が封止樹脂により封止される一方、第1電極端子40の第2面42側が外部に露出する。
The portion where the insulating
なお、絶縁シート43(絶縁層)と金属シート44(保護層)との積層体(以下、絶縁保護層)は、銅張ポリイミド積層シートにより形成される。銅張ポリイミド積層シートとしては、接着面が熱可塑性ポリイミド層であるものが用いられる。銅張ポリイミド積層シートを第1電極端子40に熱圧着により貼り付け可能とするためである。
In addition, the laminated body (henceforth insulating protective layer) of the insulating sheet 43 (insulating layer) and the metal sheet 44 (protective layer) is formed with a copper clad polyimide laminated sheet. As the copper-clad polyimide laminated sheet, one having an adhesive surface that is a thermoplastic polyimide layer is used. This is because the copper-clad polyimide laminated sheet can be attached to the
第1電極端子40の表面は、錆防止のため、無電解Ni−Pめっき処理されている。
第1電極端子40の材料としては、導電性および熱伝導性の観点から銅が用いられる。例えば、タフピッチ銅、無酸素銅等、純度の高い銅により形成される。なお、軽量化のために、アルミニウムが用いられることもある。
The surface of the
As the material of the
第2電極端子50について説明する。
第2電極端子50は半導体装置1の端子を構成する。
第2電極端子50は第1電極端子40と同様の材料により形成され、かつ同様の表面処理が施されている。
The
The
The
第2電極端子50の第1面51には、第2導電体32と第4導電体34とが設けられている。第2導電体32は、スイッチング素子10が配置されるところに配置されている。第2導電体32の第1主面32Aは、第1半田91で第2電極端子50に接続されている。第4導電体34は、フライホイールダイオード20が配置されるところに配置されている。第4導電体34の第1主面34Aは、第1半田91で第2電極端子50に接続されている。
A
第2電極端子50の第2面52、すなわちスイッチング素子10に対向する面と反対側の面には、絶縁シート53が貼り付けられている。また、絶縁シート53には金属シート54が貼り付けられている。絶縁シート53と金属シート54との積層体の構造は、第1電極端子40の絶縁保護層の構造と同様である。なお、配線構造体30を樹脂で封止して半導体装置1を形成するときは、第2電極端子50の第1面51側が封止される一方、第2電極端子50の第2面52側が外部に露出される。
An insulating
第2電極端子50の材料は、半導体装置1全体に加わる応力のバランスを鑑みて、第1電極端子40と同じ材料が用いられる。なお、第1電極端子40と第2電極端子50とを異なる材料とすることも可能である。
The material of the
第1〜第4導電体31〜34について説明する。
第1〜第4導電体31〜34は略直方体に形成されている。
第1導電体31の熱膨張係数は、スイッチング素子10の熱膨張係数よりも大きく、かつ第1電極端子40の熱膨張係数よりも小さい。第2導電体32の熱膨張係数は、スイッチング素子10の熱膨張係数よりも大きく、かつ第2電極端子50の熱膨張係数よりも小さい。
The first to
The 1st-4th conductors 31-34 are formed in the substantially rectangular parallelepiped.
The thermal expansion coefficient of the
すなわち、第1導電体31および第2導電体32は、導体としての機能と、スイッチング素子10の熱膨張係数と第1電極端子40または第2電極端子50の熱膨張係数との差に起因して生じる応力を緩和する緩衝材としての機能を有する。
That is, the
第3導電体33の熱膨張係数は、フライホイールダイオード20の熱膨張係数よりも大きく、かつ第1電極端子40の熱膨張係数よりも小さい。第4導電体34の熱膨張係数は、フライホイールダイオード20の熱膨張係数よりも大きく、かつ第2電極端子50の熱膨張係数よりも小さい。
The thermal expansion coefficient of the
すなわち、第3導電体33および第4導電体34は、導体としての機能と、フライホイールダイオード20の熱膨張係数と第1電極端子40または第2電極端子50の熱膨張係数との差に起因して生じる応力を緩和する緩衝材としての機能を有する。
That is, the
第1導電体31の第1主面31Aおよび第2主面31Bは、スイッチング素子10のソース電極14と略同じ大きさに形成されている。第1導電体31の第2主面31Bは第2半田92でめっき処理されている。
The first
第2導電体32の第1主面32Aおよび第2主面32Bは、スイッチング素子10のドレイン電極13と略同じ大きさに形成されている。第2導電体32の第2主面32Bは第2半田92でめっき処理されている。
The first
第3導電体33の第1主面33Aおよび第2主面33Bは、フライホイールダイオード20の第1主面21と略同じ大きさに形成されている。第3導電体33の第2主面33Bは第2半田92でめっき処理されている。
The first main surface 33A and the second
第4導電体34の第1主面34Aおよび第2主面34Bは、フライホイールダイオード20の第2主面22と略同じ大きさに形成されている。第4導電体34の第2主面34Bは第2半田92でめっき処理されている。
The first
なお、第1〜第4導電体31〜34として、第1主面および第2主面が金めっき等されているものを用いることもできる。また、半田めっきが施されていないものを用いることもできる。これらの場合は、第1〜第4導電体31〜34と第1電極端子40または第2電極端子50との接続に半田プリフォームまたは半田ペーストが用いられる。
In addition, as the 1st-4th conductors 31-34, what the 1st main surface and the 2nd main surface are gold-plated etc. can also be used. Moreover, what has not been subjected to solder plating can also be used. In these cases, a solder preform or a solder paste is used to connect the first to
第1導電体31、第2導電体32、第3導電体33、および第4導電体34は、例えば、Cu/Mo/Cu積層板、Cu−Mo合金(Cu−Mo複合材)、Cu−W合金(Cu−W複合材)、Al−SiC合金、コバール(Fe−Ni−Co)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、42アロイ(Fe−Ni)等により形成されている。これらの材料は、上記熱膨張係数の条件を満たす。これらの材料のなかでも、Cu/Mo/Cu積層板、Cu−Mo合金(Cu−Mo複合材)、Cu−W合金(Cu−W複合材)は、他の材料に比べて熱伝導率が高いため、放熱性の観点から好ましい。Cu−Mo複合材は、銅(Cu)にモリブデン(Mo)を含浸させた材料、もしくはモリブデン(Mo)に銅(Cu)を含浸させた材料を示す。Cu−W複合材は、銅(Cu)にタングステン(W)を含浸させた材料、もしくはタングステン(W)に銅(Cu)を含浸させた材料を示す。
The
図2および図3を参照して、配線シート60について説明する。
なお、図2は、配線シート付き電極端子45の平面構造を示し、図3は、配線シート付き電極端子45の断面構造を示している。
The
2 shows a planar structure of the
配線シート60は、フレキシブルプリント基板により形成されている。具体的には次の構成を有する。
配線シート60は、5本の配線61と、補強板62と、配線61および補強板62の一面を覆う第1ポリイミド層63Aと、配線61および補強板62の他面を覆う第2ポリイミド層63Bとを備えている。第1ポリイミド層63Aは、第1電極端子40と接触する絶縁層である。
The
The
第1ポリイミド層63Aは3層構造になっている。すなわち、第1ポリイミド層63Aの中間層は非熱可塑性ポリイミド層であり、この非熱可塑性ポリイミド層の両面に熱可塑性ポリイミド層が形成されている。
The
配線61および補強板62は、銅材により形成され、第1ポリイミド層63Aに形成されている。
第2ポリイミド層63Bは、配線61および補強板62を覆う。第2ポリイミド層63Bは、配線61および補強板62が形成された第1ポリイミド層63Aに対し、非熱可塑性樹脂を塗布することにより形成される。
The
The second polyimide layer 63 </ b> B covers the
以上のように、配線シート60は、配線61に接触する面と、補強板62に接触する面と、第1電極端子40に接触する面とが、熱可塑性ポリイミド樹脂により形成されている。熱可塑性ポリイミド樹脂は、第1ポリイミド層63Aと配線61との高温密着性、第1ポリイミド層63Aと補強板62との高温密着性、および第1ポリイミド層63Aと第1電極端子40との高温密着性を向上させる。
As described above, in the
配線シート60は、第1電極端子40に固定される固定部60Aと、5本の配線61を含むリード部60Bとにより区分される。なお、図2に示すように、リード部60Bの一部は第1電極端子40に接触し、この接触部分で第1電極端子40に固定されている。
The
固定部60Aはフライホイールダイオード20およびスイッチング素子10を囲む。固定部60Aには、第1貫通孔64と第2貫通孔65とが形成されている。第1貫通孔64は、第1導電体31よりも若干大きく形成されている。第2貫通孔65は、第3導電体33よりも若干大きく形成されている。第1貫通孔64および第2貫通孔65の周囲には補強板62が設けられている。
The fixed
リード部60Bは、固定部60Aから延長し、封止部80の外側に引き出される。
リード部60Bの一端部には、第2ポリイミド層63Bの一部が除去された部分すなわち開口部66が形成されている。開口部66には5個の端子67〜71が形成されている。各端子67〜71は、配線61の先端部に形成されている。
The
A part from which the
5個の端子67〜71は、ゲート端子67(制御端子)と4個のモニタ端子68〜71とにより構成されている。ゲート端子67はゲート電極15に接続される。第1モニタ端子68は第1モニタ電極16に接続される。第2モニタ端子69は第2モニタ電極17に接続される。第3モニタ端子70は第3モニタ電極18に接続される。第4モニタ端子71は第4モニタ電極19に接続される。
The five
5個の端子67〜71と第1貫通孔64との配置関係は次の通りである。
第1貫通孔64はスイッチング素子10のソース電極14に対向する位置に設けられている。5個の端子67〜71のぞれぞれは、各端子に対応する電極に対して設けられている。すなわち、第1貫通孔64と5個の端子67〜71との配置関係と、ソース電極14と5個の電極15〜19との配置関係は一致する。
The arrangement relationship between the five
The first through
これら5個の端子67〜71には半田層が設けられている。半田層は第2半田92により形成されている。5個の端子の表面の高さ(半田層の表面)は、第1導電体31の第2主面31B(半田めっきの表面)の高さと略一致する。すなわち、第1導電体31の第2主面31Bにスイッチング素子10が配置されるとき、スイッチング素子10が傾かないように構成されている。
These five
次に、上記配線構造体30の構造的特徴について説明する。
配線構造体30は、スイッチング素子10の各電極に対応する端子および導電体を備える。本実施形態であれば、ソース電極14に対応して第1導電体31が設けられ、5個の電極15〜19に対応して5個の端子67〜71が設けられている。
Next, the structural features of the
The
近年、スイッチング素子10の小型化により、ソース電極14と5個の電極15〜19との間隔が小さくなっている。このため、第1導電体31と5個の端子67〜71との間隔を小さくする必要がある。しかし、従来の配線構造体の場合、絶縁基板に導電体および端子を形成するためこれらの間隔を狭めることは難しい。その理由は、ソース電極14に対応する導電体の厚さを確保する必要があること、絶縁基板に導電体および端子を形成する場合に間隔を導電体および端子の厚さよりも小さくすることはエッチング加工上困難であることによる。
In recent years, the distance between the
これに対して、実施形態では、絶縁基板上に導電体および端子を形成せず、個別の部材とした。すなわち、ソース電極14に接続される第1導電体31を第1電極端子40に接続するものとし、ゲート電極15に接続されるゲート端子67を配線シート60に形成した。配線シート60は、第1導電体31の関係なく加工されるため、配線シート60の端子と第1導電体31との間隔を狭くすることが可能である。
On the other hand, in the embodiment, the conductor and the terminal are not formed on the insulating substrate, but are formed as individual members. That is, the
また、次の特徴を有する。配線シート60の第1貫通孔64により、5個の端子67〜71に対して第1導電体31が位置決めされる。すなわち、第1貫通孔64により第1導電体31の移動が規制される。このため、第1導電体31とゲート端子67との配置関係が大きくずれることはない。特に、第1導電体31を半田で固定するとき半田の表面張力により第1導電体31が所定位置からずれるおそれがあるが、第1貫通孔64で第1導電体31の移動が規制され、第1導電体31と配線シート60上の各端子との位置関係が所定位置関係に維持される。これにより、第1導電体31とゲート端子67との配置関係が、スイッチング素子10のソース電極14とゲート電極15との配置関係に対応するように維持される。このため、スイッチング素子10のソース電極14および各電極15〜19と、第1導電体31および各端子67〜71とが適切な状態で接続される。
Moreover, it has the following characteristics. The
<第1変形例>
図4を参照して、配線構造体30の第1変形例を説明する。
この変形例は、上記実施形態の配線構造体30に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、上記実施形態では、第2導電体32と第4導電体34とを別部材としているが、本変形例では第2導電体32と第4導電体34を一部材(以下、第5導電体110)としている。以下、この変更にともない生じる前記実施形態の配線構造体30の構成からの変更について説明する。なお、前記配線構造体30と共通する構成については同一の符合を付してその説明を省略する。
<First Modification>
A first modification of the
This modification is obtained by adding the following changes to the
第5導電体110は略直方体に形成されている。
第5導電体110の第1主面110Aは、第2電極端子50に接続されている。
第5導電体110の第2主面110Bは、一方端にスイッチング素子10の配置部分(以下、第1接続部111)が設けられ、他方端にフライホイールダイオード20の配置部分(以下、第2接続部112)が設けられている。第1接続部111および第2接続部112は、第2半田92でめっき処理されている。なお、第1接続部111および第2接続部112以外の部分は、ソルダレジストにより覆われていてもよい。
The
The first
The second
第5導電体110の熱膨張係数は、スイッチング素子10の熱膨張係数およびフライホイールダイオード20の熱膨張係数よりも大きく、かつ第2電極端子50の熱膨張係数よりも小さい。
The thermal expansion coefficient of the
<第2変形例>
図5を参照して、配線構造体30の第2変形例を説明する。なお、図5には、配線構造体30のうち配線シート付き電極端子45側を示す。
<Second Modification>
With reference to FIG. 5, the 2nd modification of the
この変形例は、上記実施形態の配線構造体30に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、上記実施形態では、配線シート60を第1電極端子40に直接貼り付けているが、本変形例では配線シート60と第1電極端子40との間にスペーサ120を介在させている。以下、この変更にともない生じる前記実施形態の配線シート付き電極端子45の構成からの変更について説明する。なお、前記配線シート付き電極端子45と共通する構成については同一の符合を付してその説明を省略する。
This modification is obtained by adding the following changes to the
スペーサ120には、配線シート60の第1貫通孔64に対応して第3貫通孔121が形成され、第2貫通孔65に対応して第4貫通孔122が形成されている。第3貫通孔121は、第1貫通孔64と略同じ形状である。第4貫通孔122は、第2貫通孔65と略同じ形状である。
In the
5個の端子67〜71の表面の高さ(半田層の表面)と、第1導電体31の第2主面31Bの高さと、第3導電体33の第2主面33Bの高さとが略一致するようにスペーサ120の厚さが設定されている。なお、第1導電体31および第3導電体33の厚さは、放熱性および所定温度における応力の大きさ等が考慮されて設定されている。
The height of the surfaces of the five
スペーサ120は、耐熱性かつ絶縁性を有する材料により形成される。例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂、非熱可塑性ポリイミド樹脂の両面に熱可塑性ポリイミド層が形成された3層構造のポリイミド樹脂、ポリイミド樹脂と金属箔との積層板、セラミックス基板等により形成される。
The
<第3変形例>
図6を参照して、配線構造体30の第3変形例を説明する。なお、図6には、配線構造体30のうち配線シート付き電極端子45側を示す。
<Third Modification>
A third modification of the
この変形例は、上記実施形態の配線構造体30に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、上記実施形態では、第1電極端子40の第1面41は平坦に形成されているが、本変形例では、スイッチング素子10が配置される部分およびフライホイールダイオード20が配置される部分が、シート配置面41Aよりも低く形成されている。なお、シート配置面41Aとは配線シート60が接着されている部分である。
This modification is obtained by adding the following changes to the
以下、この変更にともない生じる前記実施形態の配線シート付き電極端子45の構成からの変更について説明する。なお、前記配線シート付き電極端子45と共通する構成については同一の符合を付してその説明を省略する。また、第1電極端子40の各部の高さを比較するときは、第1電極端子40の第2面42を基準面とする。
Hereinafter, the change from the structure of the
配線シート60の第1貫通孔64に対応する部分には、第1凹部131が形成されている。また、配線シート60の第2貫通孔65に対応する部分には第2凹部132が形成されている。
A
第1凹部131の底面131A(配置面)は、シート配置面41Aよりも低い。第1凹部131の平面形状は、第1貫通孔64と同じ形状である。すなわち第1導電体31が嵌りこむ構造となっている。
The
第2凹部132の底面132A(配置面)はシート配置面41Aよりも低い。第2凹部132の平面形状は、第2貫通孔65と同じ形状である。すなわち第3導電体33が嵌りこむ構造となっている。
The
<第4変形例>
図7を参照して、配線構造体30の第4変形例を説明する。なお、図7には、配線構造体30のうち配線シート付き電極端子45側を示す。
<Fourth Modification>
With reference to FIG. 7, the 4th modification of the
この変形例は、上記実施形態の配線構造体30に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、上記実施形態では、第1電極端子40と第1導電体31と第3導電体33とを別部材として構成しているが、本変形例では、第1電極端子40と第1導電体31と第3導電体33とを一体形成している。以下、この変更にともない生じる前記実施形態の配線シート付き電極端子45の構成からの変更について説明する。なお、前記配線シート付き電極端子45と共通する構成については同一の符合を付してその説明を省略する。
This modification is obtained by adding the following changes to the
第1電極端子40の第1面41には、第1凸部141と第2凸部142とが形成されている。第1凸部141は、第1導電体31に対応する。第2凸部142は、第3導電体33に対応する。
A first
第1凸部141は、配線シート60の第1貫通孔64に挿通する。第1凸部141の上面は矩形であり、スイッチング素子10のソース電極14と略同じ形状に形成されている。第2凸部142は、配線シート60の第2貫通孔65に挿通する。第2凸部142の上面は矩形であり、フライホイールダイオード20と略同じ形状に形成されている。
The first
第1電極端子40とスイッチング素子10との接続、および第1電極端子40とフライホイールダイオード20との接続には半田プリフォーム93が用いられる。半田プリフォーム93に代えて半田ペースト等を用いてもよい。
A
なお、このような構造は、スイッチング素子10と第1電極端子40との間、およびフライホイールダイオード20と第1電極端子40との間に緩衝材を設ける必要性が低い場合に適用することが好ましい。例えば、第1電極端子40がCu−Mo合金(Cu−Mo複合材)により形成されている場合に本変形例が適用される。
Such a structure may be applied when it is less necessary to provide a buffer material between the switching
<第5変形例>
図8を参照して、配線構造体30の第5変形例を説明する。
この変形例は、上記実施形態の配線構造体30に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、上記実施形態では、スイッチング素子10とフライホイールダイオード20とを配置するものとして配線構造体30が構成されているが、本変形例では、これら部材のほか他の半導体素子を配置することが可能なものとしている。以下、この変更にともない生じる前記実施形態の第1電極端子40の構成からの変更について説明する。なお、前記第1電極端子40と共通する構成については同一の符合を付し、その説明を省略する。
<Fifth Modification>
A fifth modification of the
This modification is obtained by adding the following changes to the
スイッチング素子10とフライホイールダイオード20のほか、制御用半導体素子150を備える半導体装置1を示している。以下、この種の半導体装置1に用いられる配線構造体30について説明する。制御用半導体素子150は、例えばゲート信号を処理する。
A semiconductor device 1 including a
第1電極端子40には、第1配線シート151が貼り付けられている。
第1配線シート151は、実施形態の配線シート60の構成要素に加え、ランド152を備えている。ランド152には、第6導電体153が第1半田91で固定されている。第6導電体153には、制御用半導体素子150が搭載可能となっている。
A
The
第2電極端子50には、第2配線シート154が貼り付けられている。
第2配線シート154には、制御用半導体素子150の電極に接続するランド155が形成されている。
A
On the
<第6変形例>
図9を参照して、配線構造体30の第6変形例を説明する。
この変形例は、上記実施形態の配線構造体30に対して次の変更を加えたものとなっている。すなわち、上記実施形態では、第1電極端子40と第2電極端子50とはそれぞれ半導体装置1の端子となっている。そして、第1電極端子40と第2電極端子50とによりスイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を挟み込む構造になっている。これに対して、本変形例では、第1電極端子40に相当する部分が電極(以下、第1電極部161)と第1バスバーとにより構成され、かつ第2電極端子50に相当する部分が電極(以下、第2電極部162)と第2バスバーとにより構成されている。そして、第1電極部161と第2電極部162とは一枚の絶縁基板160に配置されている。以下、この変更にともない生じる前記実施形態の配線構造体30の構成からの変更について説明する。なお、前記配線構造体30と共通する構成については同一の符合を付してその説明を省略する。
<Sixth Modification>
With reference to FIG. 9, a sixth modification of the
This modification is obtained by adding the following changes to the
絶縁基板160には第1電極部161と第2電極部162とが形成されている。
第1電極部161は、実施形態の第1電極端子40の一部である。第1電極部161には、配線シート60が配置されている。また、第1電極部161には、第1導電体31および第3導電体33が設けられている。
A
The
第2電極部162は、実施形態の第2電極端子50の一部である。第2電極部162は、架橋導電体163を介してスイッチング素子10およびフライホイールダイオード20に接続される。架橋導電体163は、例えば厚さ0.1mm〜5.0mm銅板により形成される。なお、架橋導電体163とスイッチング素子10との接続、架橋導電体163とフライホイールダイオード20との接続、および架橋導電体163と第2電極部162との接続には半田プリフォーム93が用いられる。また、半田プリフォーム93に代えて半田ペースト等を用いてもよい。
The
第1電極部161は第1バスバーに接続され、第2電極部162は第2バスバーに接続されている。これらバスバーが半導体装置1の端子に相当する。絶縁基板160は、例えば、DBA(Direct Brazed Aluminum)基板、DBC(Direct Bonded Copper)基板、AMC(Active Metal Brazed Copper)基板等のセラミックス基板により形成される。
The
<半導体装置の製造方法>
図10および図11を参照して半導体装置1の製造方法の例を挙げる。
ここでは、6個のスイッチング素子10および6個のフライホイールダイオード20が並列接続されている半導体装置1について説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
An example of a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described with reference to FIGS.
Here, a semiconductor device 1 in which six
[各部材]
・第1電極端子40として、厚さ2mmのタフピッチ銅に無電解Ni−Pめっき処理を施した導電部材を用いる。
[Each member]
-As the
・第2電極端子50として、第1電極端子40と同じ材料を用いる。
・第1電極端子40または第2電極端子50の絶縁保護層を形成するための絶縁保護シートとして、接着剤未使用の2層材であり、最表面が熱可塑性ポリイミド層である銅張ポリイミド積層シート(以下、ポリイミドシート90)を用いる。例えば、銅箔(金属シート44、54)は18μmの圧延銅箔であり、ポリイミド層(絶縁シート43、53)が25μmのポリイミドシート90を用いる。また、ポリイミド層の端縁43A、53Aから5mmセットバックした位置まで銅箔をエッチングする。すなわち、ポリイミド層の端縁43A、53Aと銅箔の端縁44A、54Aとの間の距離(以下、セットバック距離)を5mm確保する。さらに、銅箔をNi−Pめっき処理する。
The same material as the
A copper-clad polyimide laminate that is a two-layer material that does not use an adhesive as the insulating protective sheet for forming the insulating protective layer of the
・第1導電体31、第2導電体32、第3導電体33、第4導電体34として、厚さ0.15mmのCu/Mo/Cu積層板を用いる。Cu/Mo/Cu積層板の第1主面を第1半田91でめっき処理する。また、Cu/Mo/Cu積層板の第2主面を第2半田92でめっき処理する。なお、第1主面は、第1電極端子40または第2電極端子50と接続する面である。第2主面は、スイッチング素子10またはフライホイールダイオード20と接続する面である。
A Cu / Mo / Cu laminated plate having a thickness of 0.15 mm is used as the
・スイッチング素子10として、厚さ0.2mm、13.6mm×13.6mmのSi−MOSFETを用いる。
・フライホイールダイオード20として、厚さ0.2mm、13.6mm×13.6mmのSi半導体素子を用いる。
A Si-MOSFET having a thickness of 0.2 mm and 13.6 mm × 13.6 mm is used as the switching
As the
・配線シート60として、第1ポリイミド層63Aが25μm、第2ポリイミド層63Bが3.5μm、銅箔厚が35μmのシートを用いる。
配線シート60は次のように製造される。
As the
The
第1工程で、銅箔と3層構造のポリイミドシートとの積層材(接着材層のない2層材)を用意する。3層構造ポリイミドシートは上記第1ポリイミド層63Aに相当する。第2工程で、銅箔のエッチングにより、配線61と補強板62とを形成する。第3工程で、2層材において、端子形成部以外に非熱可塑性ポリイミド樹脂またはその前駆体を塗布および乾燥し、第2ポリイミド層63Bに相当する層を形成する。第4工程で、第1貫通孔64、第2貫通孔65を形成する。第5工程で、各端子67〜71を第2半田92でめっき処理またはディップ処理する。
In the first step, a laminated material (two-layer material without an adhesive layer) of a copper foil and a three-layer structure polyimide sheet is prepared. The three-layer structure polyimide sheet corresponds to the
[組み立て]
組み立て方法としては3つの方法がある。
第1の組み立て方法は、第1電極端子40から順に各部材を積層する方法である。第2の組み立て方法は、第2電極端子50から順に各部材を積層する方法である。第3の組み立て方法は、配線構造体30を形成し、次に、配線構造体30と各素子(スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20)とを接続する方法である。以下、各組み立て方法について説明する。
[assembly]
There are three assembly methods.
The first assembly method is a method of laminating the members in order from the
[第1の組み立て方法]
第1工程では、第1電極端子40に、ポリイミドシート90および配線シート60を貼り付ける。具体的には、ポリイミドシート90と第1電極端子40と配線シート60とを順に積層し、互いに位置合わせする。そして、真空熱プレス装置を用いて、300℃、3MPaの条件でプレスする。
[First assembly method]
In the first step, the
第2工程では、第2電極端子50に、ポリイミドシート90を貼り付ける。この貼り付け作業は第1工程と同様の方法で行われる。
第3工程では、第1工程のアセンブリの第1電極端子40に第1導電体31および第3導電体33を配置し、半田Aで固定する。具体的には、配線シート60を上側に向け、第1貫通孔64に第1導電体31を配置し、第2貫通孔65に第3導電体33を配置する。次に、オーブンにて半田溶融して、第1導電体31および第3導電体33を第1電極端子40に固定する。オーブンの温度は半田Aが溶融する温度に設定する。
In the second step, the
In the third step, the
第4工程では、第3工程で形成したアセンブリに、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を配置する。具体的には、図11に示すように、スイッチング素子10のソース電極14と第1導電体31の第2主面31Bとを互いに対向させ、スイッチング素子10のゲート電極15と配線シート60のゲート端子67とを互いに対向させ、各モニタ電極16〜19と各モニタ端子68〜71とを互いに対向させる。また、フライホイールダイオード20の第1主面21と第3導電体33の第2主面33Bに対向させる。そして、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を半田Bで固定する。半田Bとしては半田Aよりも融点の低い半田を用いる。
In the fourth step, the switching
第5工程では、第4工程で形成したアセンブリに、第2導電体32と第4導電体34とを配置する。すなわち、スイッチング素子10の上に第2導電体32を配置し、フライホイールダイオード20の上に第4導電体34を配置する。これら導電体32,34の接続に半田Cを用いる。半田Cとしては半田Bよりも融点の低い半田を用いる。
In the fifth step, the
第6工程では、第5工程で形成したアセンブリに、第2工程で形成したアセンブリを積層する。すなわち、第2導電体32および第4導電体34の上に第2電極端子50が接触するように配置し、半田Dにより接続する。半田Dとしては半田Cよりも融点の低い半田を用いる。
In the sixth step, the assembly formed in the second step is stacked on the assembly formed in the fifth step. That is, the
第7工程では、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を封止樹脂で封止する。
具体的には、モールド成形機にて、第1電極端子40と第2電極端子50の間に封止樹脂を充填し、半導体装置1を形成する。封止樹脂としては、例えば、酸化ケイ素フィラ含有のエポキシ樹脂が用いられる。
In the seventh step, the switching
Specifically, a sealing resin is filled between the
また、必要によって、半導体装置1に水冷ジャケット(放熱装置)を取り付ける。
具体的には、半導体装置1の第1電極端子40の外側面および第2電極端子50の外側面のそれぞれに水冷ジャケットを固定する。水冷ジャケットの固定には、フィラ含有シリコン系サーマルグリスを用いる。
If necessary, a water cooling jacket (heat radiating device) is attached to the semiconductor device 1.
Specifically, a water cooling jacket is fixed to each of the outer surface of the
[第2の組み立て方法]
第1工程および第2工程では、第1の組み立て方法と同様である。すなわち、第1電極端子40にポリイミドシート90および配線シート60を貼り付ける。第2電極端子50にポリイミドシート90を貼り付ける。
[Second assembly method]
The first step and the second step are the same as the first assembly method. That is, the
第3工程では、第2工程のアセンブリの第2電極端子50に第2導電体32および第4導電体34を配置し、半田Aで固定する。具体的には、第2電極端子50を上側に向け、第2導電体32および第4導電体34を配置する。
In the third step, the
第4工程では、第3工程で形成したアセンブリに、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を配置する。具体的には、第2導電体32の上にスイッチング素子10を配置し、第4導電体34にフライホイールダイオード20を配置する。そして、半田Bにより固定する。半田Bとして半田Aよりも融点の低い半田を用いる。
In the fourth step, the switching
第5工程では、第4工程で形成したアセンブリに、第1導電体31と第3導電体33とを配置する。すなわち、スイッチング素子10のソース電極14の上に第1導電体31を配置し、フライホイールダイオード20の上に第3導電体33を配置する。これら導電体31,33の接続には、半田Cを用いる。半田Cとしては半田Bよりも融点の低い半田を用いる。
In the fifth step, the
第6工程では、第5工程で形成したアセンブリに、第1工程で形成したアセンブリを配置する。具体的には、配線シート60の第1貫通孔64と第1導電体31とを互いに対向させ、かつスイッチング素子10の各電極15〜19と配線シート60の各端子67〜71とを互いに対向させる。そして、半田Dを用いて第1工程のアセンブリを固定する。半田Dとして、半田Cよりも融点の低い半田を用いる。以降の工程は、第1の組み立て方法と同様である。
In the sixth step, the assembly formed in the first step is arranged on the assembly formed in the fifth step. Specifically, the first through
[第3の組み立て方法]
第1工程および第2工程では、第1の組み立て方法と同様である。すなわち、第1電極端子40にポリイミドシート90および配線シート60を貼り付ける。第2電極端子50にポリイミドシート90を貼り付ける。
[Third assembly method]
The first step and the second step are the same as the first assembly method. That is, the
第3工程では、第1導電体31および第3導電体33を第1電極端子40に固定する。具体的には、配線シート60を上側にし、第1貫通孔64に第1導電体31を配置し、第2貫通孔65に第3導電体33を配置する。次に、オーブンにて半田溶融して、第1導電体31および第3導電体33を第1電極端子40に固定する。オーブンの温度は第1半田91が溶融する温度に設定する。
In the third step, the
第4工程では、第2導電体32および第4導電体34を第2電極端子50に配置し、オーブンにて半田溶融して第2導電体32および第4導電体34を固定する。オーブンの温度は第3工程と同様である。
In the fourth step, the
第5工程では、第3工程で形成した第1アセンブリに、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を配置する。具体的には、図11に示すように、スイッチング素子10のソース電極14と第1導電体31の第2主面31Bとを互いに対向させ、スイッチング素子10のゲート電極15と配線シート60のゲート端子67とを互いに対向させ、各モニタ電極16〜19と各モニタ端子68〜71とを互いに対向させる。また、フライホイールダイオード20と第3導電体33とを互いに対向させる。さらに、これらの素子の上に、第4工程で形成した第2アセンブリを配置する。このとき、第2導電体32とスイッチング素子10のドレイン電極13とを互いに対向させ、第4導電体34とフライホイールダイオード20とを互いに対向させる。そして、オーブンにて半田溶融し、各部材を固定する。オーブンの温度は、第2工程および第3工程の加熱温度よりも低く、かつ第2半田92が溶融する温度とする。
In the fifth step, the switching
第2半田92として第1半田91よりも融点の低いものを用いる。各半田は次のような群から選択される。すなわち、第1半田91を、例えば、SnAgCu系またはSnCu系の半田群から選択する。第2半田92を、例えば、SnZn系またはSnZnBi系の半田群から選択する。
The
第3の組み立て方法の変形例として次の方法もある。
第3の組み立て方法の第5工程では、第3工程の第1アセンブリにスイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を配置した積層体に第4工程の第2アセンブリを配置したものを一括して加熱し、各部材を半田接続しているが、この工程を2段階に分けてもよい。
There is also the following method as a modification of the third assembling method.
In the fifth step of the third assembling method, the laminate in which the
具体的には、第3工程の第1アセンブリにスイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を配置する。そして半田Xを用いて、第1アセンブリにスイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を固定する。この積層体を第3アセンブリとする。半田Xとしては、上記第1半田91よりも融点の低いものを用いる。
Specifically, the switching
次に、第3アセンブリに第4工程の第2アセンブリを配置する。そして半田Yを用いて、第3アセンブリに第2アセンブリを固定する。半田Yとしては、半田Xよりも融点の低い半田を用いる。 Next, the second assembly of the fourth step is arranged on the third assembly. Then, using the solder Y, the second assembly is fixed to the third assembly. As the solder Y, a solder having a melting point lower than that of the solder X is used.
このような工程によれば、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20が移動可能な状態で、第1アッセンブリに半田固定される。このため、セルフアライメントによるスイッチング素子10およびフライホイールダイオード20の位置決めが可能となる。
According to such a process, the switching
なお、組み付け品をオーブンに投入する前に、配線シート60の端部(ゲート端子67等が設けられた端部と反対側の端部)にコネクタを嵌め、コネクタの各端子と各配線61との接続部分に半田を塗布する。これにより、組み立て品をオーブンに投入したとき、コネクタが半田で固定される。以降の工程は、第1の組み立て方法と同様である。
Before the assembly product is put into the oven, the connector is fitted to the end of the wiring sheet 60 (the end opposite to the end provided with the
<実施例1>
以下、半導体装置1の製造方法について、実施例を挙げる。
以下に示す項目以外の条件は、上記[各部材]で説明した内容と同様である。
・第1電極端子40:厚さ3mmの無酸素銅。表面を無電解Ni−Pめっき処理。
・第2電極端子50:厚さ3mmの無酸素銅。表面を無電解Ni−Pめっき処理。
・ポリイミドシート90:銅箔が35μmの圧延銅箔、ポリイミド層が15μm。セットバック距離は8mm。Ni−Pめっき処理。
・第1〜第4導電体31〜34:厚さ0.1mmのCu/Mo/Cu積層板。
・スイッチング素子10:厚さ0.15mm、5mm×5mmのSiC−MOSFET。
・フライホイールダイオード20:厚さ0.15mm、10mm×10mmSi半導体素子。
・配線シート60:第1ポリイミド層63Aの厚さが12.5μm、第2ポリイミド層63Bの厚が3.5μm、銅箔厚が35μm。
<Example 1>
Examples of the method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described below.
Conditions other than the items shown below are the same as the contents described in the above [each member].
First electrode terminal 40: oxygen-free copper having a thickness of 3 mm. Electroless Ni-P plating treatment on the surface.
Second electrode terminal 50: oxygen-free copper having a thickness of 3 mm. Electroless Ni-P plating treatment on the surface.
Polyimide sheet 90: a rolled copper foil having a copper foil of 35 μm and a polyimide layer of 15 μm. Setback distance is 8mm. Ni-P plating treatment.
First to
Switching element 10: SiC-MOSFET having a thickness of 0.15 mm, 5 mm × 5 mm.
Flywheel diode 20: thickness 0.15 mm, 10 mm × 10 mm Si semiconductor element.
Wiring sheet 60: the thickness of the
[製造条件]
・配線シート60およびポリイミドシート90の接着:真空熱プレス装置により320℃、4MPaの条件でプレス接着。
・封止樹脂:酸化ケイ素フィラ含有のPPS樹脂。
・水冷ジャケットの接着材:フィラ含有シリコン系サーマルグリス。
[Production conditions]
-Adhesion between the
Sealing resin: PPS resin containing silicon oxide filler.
-Adhesive for water-cooled jacket: Filler-containing silicon-based thermal grease.
<実施例2>
以下に示す項目以外の条件は、上記[各部材]で説明した内容と同様である。
・第1電極端子40:厚さ2.5mmの無酸素銅。スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20を嵌め込むための深さ0.24mmの凹部2個(第1凹部131および第2凹部132)。無電解Ni−Pめっき処理。
・第2電極端子50:厚さ2.5mmの無酸素銅。無電解Ni−Pめっき処理。
・ポリイミドシート90:銅箔が12μmの圧延銅箔、ポリイミド層が12.5μm。セットバック距離は10mm。Ni−Pめっき処理。
・第1〜第4導電体31〜34:厚さ0.3mmのCu/Mo/Cu積層板。
・スイッチング素子10:厚さ0.4mm、4mm×4mmのSiC−MOSFET。
・フライホイールダイオード20:厚さ0.4mm、6.3mm×6.3mmのSi半導体素子。
・配線シート60:第1ポリイミド層63Aの厚が25μm、第2ポリイミド層63Bの厚さが3.5μm、銅箔厚が35μm。
<Example 2>
Conditions other than the items shown below are the same as the contents described in the above [each member].
First electrode terminal 40: Oxygen-free copper having a thickness of 2.5 mm. Two recesses having a depth of 0.24 mm for fitting the switching
Second electrode terminal 50: oxygen-free copper having a thickness of 2.5 mm. Electroless Ni-P plating treatment.
Polyimide sheet 90: rolled copper foil having a copper foil of 12 μm and polyimide layer of 12.5 μm. Setback distance is 10mm. Ni-P plating treatment.
First to
Switching element 10: SiC-MOSFET having a thickness of 0.4 mm, 4 mm × 4 mm.
Flywheel diode 20: Si semiconductor element having a thickness of 0.4 mm and 6.3 mm × 6.3 mm.
Wiring sheet 60: the thickness of the
[製造条件]
・配線シート60およびポリイミドシート90の接着:真空熱プレス装置により290℃、2MPaの条件でプレス接着を行う。
・封止樹脂:酸化ケイ素フィラ含有のPPS樹脂。
・水冷ジャケットの接着材:フィラ含有シリコン系サーマルグリス。
[Production conditions]
Bonding of
Sealing resin: PPS resin containing silicon oxide filler.
-Adhesive for water-cooled jacket: Filler-containing silicon-based thermal grease.
<実施例3>
・第1電極端子40:厚さ2.0mmのタフピッチ銅。無電解Ni−Pめっき処理。
・第2電極端子50:厚さ2.0mmのタフピッチ銅。無電解Ni−Pめっき処理。
・ポリイミドシート90:銅箔が18μmの圧延銅箔、ポリイミド層が25μm。セットバック距離は5mm。Ni−Pめっき処理。
・第1〜第4導電体31〜34:厚さ0.15mmのCu/Mo/Cu積層板。
・スイッチング素子10:厚さ0.2mm、13.6mm×13.6mmSi−MOSFET。
・フライホイールダイオード20:厚さ0.2mm、13.6mm×13.6mmのSi半導体素子。
・配線シート60:第1ポリイミド層63Aの厚さが25μm、第2ポリイミド層63Bの厚さが3.5μm、銅箔厚が35μm。
・スペーサ120:厚さ0.14mmのポリイミドシート。
<Example 3>
First electrode terminal 40: Tough pitch copper having a thickness of 2.0 mm. Electroless Ni-P plating treatment.
Second electrode terminal 50: Tough pitch copper having a thickness of 2.0 mm. Electroless Ni-P plating treatment.
Polyimide sheet 90: rolled copper foil having a copper foil of 18 μm and polyimide layer of 25 μm. Setback distance is 5mm. Ni-P plating treatment.
First to
Switching element 10: thickness 0.2 mm, 13.6 mm × 13.6 mm Si-MOSFET.
Flywheel diode 20: Si semiconductor element having a thickness of 0.2 mm, 13.6 mm × 13.6 mm.
Wiring sheet 60: the thickness of the
Spacer 120: A polyimide sheet having a thickness of 0.14 mm.
[製造条件]
・配線シート60およびポリイミドシート90の接着:真空熱プレス装置により300℃、3MPaの条件でプレス接着を行う。
・封止樹脂:酸化ケイ素のフィラ含有したエポキシ樹脂。
・水冷ジャケットの接着材:Sn−Bi−Zn系半田。
[Production conditions]
Bonding of
Sealing resin: epoxy resin containing silicon oxide filler.
-Adhesive for water-cooled jacket: Sn-Bi-Zn solder.
なお、いずれの実施例においても、第1導電体31の厚さを調整することにより、配線シート60の各端子の表面の高さ(半田層の表面)と、第1導電体31の第2主面31B(半田めっきの表面)の高さとを略一致させている。
In any of the embodiments, by adjusting the thickness of the
以上、各実施例について上記第1〜第3のいずれの組み立て方法でも、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20の位置ずれは許容範囲内であった。また、ソース電極14と各電極15〜19との間での短絡がないこと、スイッチング素子10が正常に動作することが確認された。
As described above, in any of the first to third assembly methods for each example, the positional deviations of the switching
本実施形態によれば以下の効果が得られる。
(1)上記実施形態では、半導体装置1の配線構造体30が配線シート付き電極端子45と第2電極端子50とにより構成される。配線シート付き電極端子45は、第1電極端子40と配線シート60とにより構成される。配線シート60が第1電極端子40に貼り付けられ、両者が一体にされている。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the above embodiment, the
この構成によれば、従来配線構造体のように配線構造の加工上の制限が少ないため、大電流用の第1電極端子40と小電流用のゲート端子67との間の間隔を狭くすることができる。
According to this configuration, since there are few restrictions on processing of the wiring structure as in the conventional wiring structure, the interval between the
また、第1電極端子40とスイッチング素子10のソース電極14とは第1導電体31を介して接続される構造とされている。この構造により、第1電極端子40とソース電極14との間を第1電極端子40と異なる材料により接続することが可能である。
In addition, the
配線構造体30は次のように構成されている。
配線構造体30は、少なくとも1つの導電体(第1導電体31)と、この導電体(第1導電体31)を介してソース電極14に接続される第1電極端子40と、ドレイン電極13に接続される第2電極端子50と、ゲート端子67を有する配線シート60と、を備える。
The
The
すなわち、ソース電極14に接続される第1導電体31と、ゲート電極15に接続されるゲート端子67とを別部材として構成する。第1導電体31と、ゲート端子67を含む配線シート60とは別形態の部品であるため、両部材ともに他方の部材から加工上の制限を受けない。このため、配線シート60は薄くすることが可能であり、配線シート60のゲート端子67と第1導電体31との間の間隔を従来構造に比べて狭くすることができる。このため、従来の配線構造体30では実装が困難となるほどの小型のスイッチング素子10を実装することができる。
That is, the
(2)上記実施形態では、第1導電体31とゲート端子67との配置関係と、スイッチング素子10のソース電極14とゲート電極15との配置関係とが一致する。
この構成によれば、第1導電体31とゲート端子67とが配置されている部分にスイッチング素子10を配置するとき、スイッチング素子10のソース電極14と第1導電体31、およびスイッチング素子10のゲート電極15とゲート端子67とを精確に接続させることができる。すなわち、スイッチング素子10の実装が容易である。
(2) In the above embodiment, the arrangement relationship between the
According to this configuration, when the switching
(3)上記実施形態では、配線シート60には、ソース電極14に対応するところに第1貫通孔64が形成されている。第1導電体31は、第1貫通孔64を通じて第1電極端子40に取り付けられている。
(3) In the above embodiment, the first through
この構成によれば、配線シート60の第1貫通孔64により第1導電体31が位置決めされる。このため、スイッチング素子10のソース電極14と第1導電体31との接続、およびスイッチング素子10のゲート電極15とゲート端子67との接続において位置ずれが生じる頻度を抑制することができる。
According to this configuration, the
また、配線シート60のゲート端子67および第1貫通孔64は、配線シート60の一連の構造工程で形成されるため、設計寸法に対する両者の位置ずれは小さい。すなわち、ゲート端子67と第1貫通孔64との間隔は一定距離以上となる。このため、第1導電体31とゲート端子67とが短絡するおそれが小さい。
Further, since the
(4)上記実施形態では、第1〜第4導電体31〜34は応力を緩和する緩衝材により形成されている。この構成によれば、第1電極端子40、第2電極端子50、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20の間で生じる応力、またはこれら部材の内部に生じる応力を緩和することができる。
(4) In the said embodiment, the 1st-4th conductors 31-34 are formed of the buffer material which relieves stress. According to this configuration, the stress generated between the
(5)上記実施形態では、第1〜第4導電体31〜34として次の条件を満たす部材を用いる。すなわち、第1導電体31の熱膨張係数が、スイッチング素子10の熱膨張係数よりも大きくかつ第1電極端子40の熱膨張係数よりも小さいこと。第2導電体32の熱膨張係数が、スイッチング素子10の熱膨張係数よりも大きくかつ第2電極端子50の熱膨張係数よりも小さいこと。第3導電体33の熱膨張係数が、フライホイールダイオード20の熱膨張係数よりも大きくかつ第1電極端子40の熱膨張係数よりも小さいこと。第4導電体34の熱膨張係数が、フライホイールダイオード20の熱膨張係数よりも大きくかつ第2電極端子50の熱膨張係数よりも小さいこと。このような構成によれば、互いに隣接する2つの部材間の熱膨張係数の差が小さくなる。これにより、各部材間に生じる応力を小さくすることができる。
(5) In the said embodiment, the member which satisfy | fills the following conditions is used as the 1st-4th conductors 31-34. That is, the thermal expansion coefficient of the
(6)上記実施形態では、配線シート60には、複数個のモニタ電極(他電極)に対応するモニタ端子(他端子)が設けられている。このため、ソース電極14とゲート電極15のほかにモニタ電極を備えるスイッチング素子10を実装することができる。
(6) In the above embodiment, the
(7)上記実施形態では、第1電極端子40のうちスイッチング素子10に対向する面と反対側の面(第2面42)に絶縁シート43(絶縁層)が設けられている。また、第2電極端子50のうちスイッチング素子10に対向する面と反対側の面(第2面52)に絶縁シート53(絶縁層)が設けられている。
(7) In the embodiment described above, the insulating sheet 43 (insulating layer) is provided on the surface (second surface 42) on the opposite side of the surface facing the switching
この構成によれば、配線構造体30を用いて半導体装置1を形成する場合で、スイッチング素子10が配置された面側を封止樹脂で封止するとき、絶縁シート43、53が形成された面側を外部に出すことができる。このため、絶縁シート43、53が形成された部分に放熱装置を取り付けることが可能であり、封止樹脂を介さずに放熱装置に熱を伝達することができる。すなわち、放熱装置の直付け可能な配線構造体30を提供することができる。
According to this configuration, when the semiconductor device 1 is formed using the
(8)上記実施形態では、第1電極端子40の絶縁シート43に金属シート44が積層されている。同様に、第2電極端子50の絶縁シート53に金属シート54が積層されている。この構成によれば、金属シート44、54により絶縁シート43、53が保護されるため、半導体装置1の製造工程中に、絶縁シート43、53に傷または欠損が生じることが抑制される。また、半導体装置1の第1電極端子40または第2電極端子50に放熱装置を接着するとき、接着剤として半田等の金属を用いることが可能となる。
(8) In the above embodiment, the
(9)上記実施形態では、配線シート60の各端子の表面の高さ(半田層の表面)と、第1導電体31の第2主面31B(半田めっきの表面)の高さとが略一致する。このため、スイッチング素子10の実装時にスイッチング素子10が傾くことが抑制される。これにより製造歩留を高くすることができる。
(9) In the above embodiment, the height of the surface of each terminal (the surface of the solder layer) of the
(10)上記実施形態では、配線シート60に補強板62が形成されている。このため、配線シート60の熱膨張を小さくすることができる。これにより、配線シート60と第1電極端子40との間の熱膨張率の差による剥離が抑制される。
(10) In the above embodiment, the reinforcing
(11)上記実施形態では、エポキシ樹脂等の接着材を含まない配線シート60を用いている。すなわち、第1ポリイミド層63Aと配線61との間および第2ポリイミド層63Bと配線61との間に熱可塑性ポリイミド層を介在させ、両者を密着させている。これにより、配線シート60の耐熱性を向上させている。
(11) In the above embodiment, the
また、配線シート60の第1電極端子40と接触する側に、熱可塑性ポリイミド層を形成している。そして、真空加熱圧着により、配線シート60と第1電極端子40とを密着させて、固定している。すなわち、熱可塑性ポリイミド層を介して、配線シート60と第1電極端子40とを接着させている。このような構成によれば、配線シート60と第1電極端子40との間に熱可塑性ポリイミド層を介在させない場合と比べて、高温での、配線シート60と第1電極端子40との間の接着力を高くすることができる。
Further, a thermoplastic polyimide layer is formed on the side of the
(12)上記実施形態の第1変形例では、第2導電体32と第4導電体34とを一体とし、一部材により構成している。
この構成によれば、第2導電体32と第4導電体34を個別に第2電極端子50に実装する必要がない。このため、個別の部材のときには、第2導電体32の位置決め作業と第4導電体34の位置決め作業と個別に行う必要があったが、このような位置決め作業が1回分少なくなる。すなわち、第2導電体32と第4導電体34とを別部材として構成する場合と比べて、配線構造体30の製造工程を簡略化することができる。
(12) In the first modification of the above embodiment, the
According to this configuration, it is not necessary to mount the
(13)上記実施形態の第2変形例では、配線シート60と第1電極端子40との間にスペーサ120を介在させている。
この構成によれば、スペーサ120を介在させない場合と比べて、第1導電体31の厚さを大きくすることができる。これにより、スイッチング素子10と第1電極端子40との間またはこれら部材の内部に生じる応力を小さくすることができる。
(13) In the second modification of the above embodiment, the
According to this configuration, the thickness of the
(14)上記実施形態の第3変形例では、第1導電体31が配置される配置面すなわち第1凹部131の底面が、配線シート60のシート配置面41Aよりも低い。
この構成によれば、第1導電体31が配置される配置面(第1凹部131の底面)と配線シート60のシート配置面41Aとが同一平面を構成する場合と比べて、第1導電体31の厚さを大きくすることができる。これにより、スイッチング素子10と第1電極端子40との間またはこれら部材の内部に生じる応力を小さくすることができる。
(14) In the third modification of the above embodiment, the arrangement surface on which the
According to this structure, compared with the case where the arrangement surface (the bottom surface of the first recess 131) on which the
(15)上記実施形態の第4変形例では、第1導電体31と第3導電体33と第1電極端子40とを一体とする。この構成によれば、第1導電体31と第3導電体33とを個別に配置する必要がない分、製造工程を簡略化することができる。
(15) In the fourth modification of the above embodiment, the
(16)上記実施形態の第5変形例では、スイッチング素子10およびフライホイールダイオード20の他、他の半導体素子が実装可能な構造とされている。すなわち、第1配線シート151に、他の半導体素子を実装するためのランド152が形成されている。このため、半導体素子に対してスイッチング機能のほか付加機能を設けることができる。
(16) In the fifth modification of the above embodiment, the semiconductor device can be mounted in addition to the
(17)上記実施形態の第6変形例では、第1電極端子40に相当する第1電極部161と第2電極端子50に相当する第2電極部162とが絶縁基板160に設けられている。そして、第2電極部162とスイッチング素子10とを接続する架橋導電体163を備えている。
(17) In the sixth modification of the above embodiment, the
この構成では、絶縁基板160に第1電極部161と第2電極部162とが設けられ、両電極部が同一平面上に配置されるため、この配線構造体30を用いて半導体装置1を構成することにより、半導体装置1を薄型にすることができる。
In this configuration, the
(18)上記実施形態の半導体装置1は、上記構成の配線構造体30を含む。すなわち、半導体装置1は配線シート付き電極端子45を含む。
この構成によれば、従来よりも小さいスイッチング素子10が実装可能である。このため、ワイヤ接続を用いないパッケージにおいて従来よりも半導体装置1を小型にすることができる。
(18) The semiconductor device 1 of the above embodiment includes the
According to this structure, the switching
(19)上記実施形態の半導体装置1の製造方法(第1の組み立て方法)は、ワイヤ接続工程を含まない。また、各部材の接続はリフロー等で行うことができる。このため、スイッチング素子10の実装個数が多い場合でも、工数の大幅な増大はない。
(19) The manufacturing method (first assembling method) of the semiconductor device 1 of the above embodiment does not include a wire connection process. Each member can be connected by reflow or the like. For this reason, even when the number of mounted
(20)上記実施形態の半導体装置1の製造方法(第1の組み立て方法)では、第4工程(先接続工程)で第3工程のアセンブリに、スイッチング素子10を半田Bで固定する。そして、この後の工程(後接続工程)、第2導電体32、第4導電体34、第2電極端子50等を順に積層する。
(20) In the manufacturing method (first assembling method) of the semiconductor device 1 of the above embodiment, the switching
この構成によれば、スイッチング素子10が第2電極端子50等に固定されるよりも前に第1主面11のソース電極14と第1導電体31および各電極15〜19と各端子67〜71を半田接続する。すなわち、スイッチング素子10が移動可能な状態で半田固定する。これにより、半田の表面張力によりスイッチング素子10を適切な位置に移動させることができる。所謂セルフアライメントによりスイッチング素子10の位置決めが行われるため、ソース電極14および各電極15〜19間の短絡が抑制される。
According to this configuration, before the switching
(21)上記実施形態の半導体装置1の製造方法(第1および第2の組み立て方法)では、半田接続に用いる半田について、後の工程で用いる半田ほど融点を低くする。これにより、後工程において、先接続工程で接続した半田接続部分の溶融を抑制することができる。これにより、スイッチング素子10の位置ずれが発生することを抑制することができる。
(21) In the manufacturing method (first and second assembling methods) of the semiconductor device 1 of the above embodiment, the melting point of the solder used for the solder connection is lowered as the solder used in the subsequent process. Thereby, it is possible to suppress melting of the solder connection portion connected in the previous connection process in the subsequent process. Thereby, it can suppress that the position shift of the switching
(22)上記実施形態の半導体装置1の製造方法(第3の組み立て方法)では、第1半田91で接続するA工程を、第2半田92で接続するB工程よりも先に実施する。A工程には、第1導電体31および第3導電体33と第1電極端子40との接続と、第2導電体32および第4導電体34と第2電極端子50との接続とが含まれる。B工程には、第1導電体31および第2導電体32とスイッチング素子10との接続と、第3導電体33および第4導電体34とフライホイールダイオード20との接続とが含まれる。そして、第1半田91として第2半田92よりも融点が高いものを用いる。
(22) In the manufacturing method (third assembly method) of the semiconductor device 1 according to the above embodiment, the process A connected by the
このような製造方法によれば、A工程では、B工程で用いる半田よりも、融点が高い半田を用いていることから、A工程の後で行われるB工程で第2半田92が溶融するが、第1半田91の溶融は少ない。このため、A工程で接続した部材同士の位置ずれが抑制される。
According to such a manufacturing method, since the solder having a higher melting point than the solder used in the B process is used in the A process, the
(その他の実施形態)
なお、本発明の実施態様は上記各実施例にて示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。
(Other embodiments)
In addition, the embodiment of the present invention is not limited to the embodiment shown in each of the above-described embodiments, and the embodiment can be modified as shown below, for example. In addition, the following modifications can be implemented by combining different modifications with each other.
・上記実施形態では、第1導電体31と第3導電体33とが別個の部材として構成されているが、これを一個の部材として構成してもよい。
この構成によれば、第1導電体31と第3導電体33を個別に第1電極端子40に実装する必要がない。このため、第1導電体31と第3導電体33とを別部材として構成する場合と比べて、配線構造体30の製造工程を簡略化することができる。
In the above embodiment, the
According to this configuration, it is not necessary to mount the
・上記実施形態では、第1導電体31、第2導電体32、第3導電体33および第4導電体34を、スイッチング素子10の熱膨張係数と第1電極端子40(または第2電極端子50)の熱膨張係数との中間の値を有する材料により形成しているが、これに代えて、単なる金属板を用いることもできる。例えば、第1〜第4導電体31〜34のいずれかまたは全部を銅または銅合金により形成してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、各素子10,20と各電極端子40,50との間に、第1導電体31、第2導電体32、第3導電体33、第4導電体34を介在させているがこれらを省略することもできる。なお、第1導電体31を省略する構成の場合には、スイッチング素子のソース電極14と第1電極端子40の第1面41との間のスペースは半田で埋められる。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、第1電極端子40および第2電極端子50に貼り付けている絶縁シート43、53として、ポリイミド樹脂により形成したシートを用いているが、絶縁シート43、53の材料はこれに限定されない。例えば、絶縁シート43、53の材料として、エポキシ樹脂、PPS樹脂、PET樹脂(ポリエチレンテレフタレート樹脂)、PEEK樹脂(ポリエーテルエーテルケトン樹脂)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、これら樹脂に絶縁性フィラを含有した樹脂を用いることができる。また、セラミックス基板を用いてもよい。セラミックス基板としては、例えばSiN、AlN、Al2O3、SiC、SiO2等を用いることができる。
-In the said embodiment, although the sheet | seat formed with the polyimide resin is used as the insulating
・上記実施形態では、スイッチング素子10と第1導電体31または第2導電体32との接続およびフライホイールダイオード20と第3導電体33または第4導電体34との接続に第2半田92を用いている。また、第1電極端子40と第1導電体31または第3導電体33との接続および第2電極端子50と第2導電体32または第4導電体34との接続に第1半田91を用いている。このように融点の異なる2種類の半田を用いているが、この構成に代えて、半田の種類を統一してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、第3の組み立て方法を採用した半導体装置1を示している。
すなわち、各部材は、融点の異なる2種類の半田によりそれぞれ固定されている。一方半導体装置1の組み立て方法として第1の組み立て方法または第2の組み立て方法を採用するときは、融点の異なる4種類の半田により各部材が固定される。
In the above embodiment, the semiconductor device 1 adopting the third assembly method is shown.
That is, each member is fixed by two types of solder having different melting points. On the other hand, when the first assembling method or the second assembling method is adopted as the assembling method of the semiconductor device 1, each member is fixed by four types of solder having different melting points.
・上記実施形態の第1の組み立て方法では、各工程の半田の融点を異ならせているが、これを次のように構成することができる。すなわち、一旦半田結合後、位置ずれが生じても短絡等が生じない半田接続部分について、半田の融点を同じものとする。上記第1の組み立て方法では、第5工程の半田Cと第6工程の半田Dとを同じ融点の半田とすることができる。 -In the 1st assembly method of the said embodiment, although melting | fusing point of the solder of each process is varied, this can be comprised as follows. That is, the solder melting point is the same for the solder connection portion where a short circuit or the like does not occur even if a positional shift occurs once the solder is joined. In the first assembly method, the solder C in the fifth step and the solder D in the sixth step can be made to have the same melting point.
・上記実施形態の第2の組み立て方法でも、各工程の半田の融点を異ならせているが、これを次のように構成することができる。すなわち、上記第2の組み立て方法では、第3工程の半田Aと第4工程の半田Bとを同じ融点の半田とすることができる。 In the second assembling method of the above embodiment, the melting point of the solder in each step is different, but this can be configured as follows. That is, in the second assembling method, the solder A in the third step and the solder B in the fourth step can be made to have the same melting point.
・上記実施形態の第2の組み立て方法では、第6工程において、第5工程のアセンブリに第1工程のアセンブリ(第1電極端子40を含むもの)を積層しているが、このとき次のように第2電極端子50に対して第1電極端子40を位置決めしてもよい。すなわち、半田接続のためにリフローを行うとき、支持治具により、第1電極端子40と第2電極端子50との間隔を所定距離に維持し、両電極の間に挟まる素子10,20に力が加わらないようにする。これにより、半田溶融時にスイッチング素子10のセルフアライメントを生じさせ易くすることができる。
In the second assembling method of the above embodiment, in the sixth step, the assembly of the first step (including the first electrode terminal 40) is laminated on the assembly of the fifth step. Alternatively, the
・また、同様の理由により、上記実施形態の第3の組み立て方法においても、第5工程において、半田接続のためにリフローを行うとき、支持治具により、第1電極端子40と第2電極端子50との間隔を所定距離に維持し、両電極の間に挟まる素子10,20に力が加わらないようにすることもできる。
For the same reason, also in the third assembly method of the above embodiment, when reflow is performed for solder connection in the fifth step, the
・上記実施形態では、半田めっきした部材を用いて各部材を半田接続しているが、半田接続はこの方法に限定されない。例えば、半田ペースト、半田プリフォーム等を用いることにより各部材を接続してもよい。この場合、第1導電体31〜第4導電体34に施された半田めっきを省略してもよい。
In the above embodiment, each member is solder-connected using a solder-plated member, but the solder connection is not limited to this method. For example, each member may be connected by using a solder paste, a solder preform, or the like. In this case, the solder plating applied to the
・上記実施形態では、配線シート60としてフレキシブルプリント基板を用いているが、所謂フラットケーブルを用いることもできる。この構成の場合においても、少なくとも上記(1)と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, a flexible printed board is used as the
・上記実施形態では、スイッチング素子10とフライホイールダイオード20とが並列接続する半導体装置1の配線構造体30に本発明を適用しているが、スイッチング素子10だけを含む半導体装置1の配線構造体30に本発明を適用することもできる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
・上記実施形態では、スイッチング素子10としてSiC−MOSFETまたはSi−MOSFETを用いているが、スイッチング素子10の種類は限定されない。すなわち、本発明は、2以上の電極を備えたスイッチング素子10を含む半導体装置の配線構造体に適用可能である。スイッチング素子10の他の例としては、例えば、GaN等のIII族窒化物材料を用いたMOSFET、Si−IGBT(nチャンネルIGBT)、SiC−IGBT等が挙げられる。
In the above embodiment, SiC-MOSFET or Si-MOSFET is used as the switching
1…半導体装置、10…スイッチング素子、11…第1主面、12…第2主面、13…ドレイン電極、14…ソース電極、15…ゲート電極、16…第1モニタ電極、17…第2モニタ電極、18…第3モニタ電極、19…第4モニタ電極、20…フライホイールダイオード、21…第1主面、22…第2主面、30…配線構造体、31…第1導電体、31A…第1主面、31B…第2主面、32…第2導電体、32A…第1主面、32B…第2主面、33…第3導電体、33A…第1主面、33B…第2主面、34…第4導電体、34A…第1主面、34B…第2主面、40…第1電極端子、41…第1面、41A…シート配置面、42…第2面、43…絶縁シート、43A…端縁、44…金属シート、44A…端縁、45…配線シート付き電極端子、50…第2電極端子、51…第1面、52…第2面、53…絶縁シート、54…金属シート、60…配線シート、60A…固定部、60B…リード部、61…配線、62…補強板、63A…第1ポリイミド層、63B…第2ポリイミド層、64…第1貫通孔、65…第2貫通孔、66…開口部、67…ゲート端子、68…第1モニタ端子、69…第2モニタ端子、70…第3モニタ端子、71…第4モニタ端子、80…封止部、90…ポリイミドシート、91…第1半田、92…第2半田、93…半田プリフォーム、110…第5導電体、110A…第1主面、110B…第2主面、111…第1接続部、112…第2接続部、120…スペーサ、121…第3貫通孔、122…第4貫通孔、131…第1凹部、131A…底面、132…第2凹部、132A…底面、141…第1凸部、142…第2凸部、150…制御用半導体素子、151…第1配線シート、152…ランド、153…第6導電体、154…第2配線シート、155…ランド、160…絶縁基板、161…第1電極部、162…第2電極部、163…架橋導電体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 10 ... Switching element, 11 ... 1st main surface, 12 ... 2nd main surface, 13 ... Drain electrode, 14 ... Source electrode, 15 ... Gate electrode, 16 ... 1st monitor electrode, 17 ... 2nd Monitor electrode, 18 ... third monitor electrode, 19 ... fourth monitor electrode, 20 ... flywheel diode, 21 ... first main surface, 22 ... second main surface, 30 ... wiring structure, 31 ... first conductor, 31A ... first main surface, 31B ... second main surface, 32 ... second conductor, 32A ... first main surface, 32B ... second main surface, 33 ... third conductor, 33A ... first main surface, 33B 2nd main surface, 34 ... 4th conductor, 34A ... 1st main surface, 34B ... 2nd main surface, 40 ... 1st electrode terminal, 41 ... 1st surface, 41A ... Sheet arrangement | positioning surface, 42 ... 2nd Surface, 43 ... insulating sheet, 43A ... edge, 44 ... metal sheet, 44A ... edge, 45 ... with wiring sheet Electrode terminal, 50 ... second electrode terminal, 51 ... first surface, 52 ... second surface, 53 ... insulating sheet, 54 ... metal sheet, 60 ... wiring sheet, 60A ... fixed portion, 60B ... lead portion, 61 ... wiring 62 ... Reinforcing plate, 63A ... First polyimide layer, 63B ... Second polyimide layer, 64 ... First through hole, 65 ... Second through hole, 66 ... Opening, 67 ... Gate terminal, 68 ... First monitor terminal 69 ... second monitor terminal, 70 ... third monitor terminal, 71 ... fourth monitor terminal, 80 ... sealing part, 90 ... polyimide sheet, 91 ... first solder, 92 ... second solder, 93 ...
Claims (20)
前記第1電極に接続される電極端子と、前記制御電極に接続される制御端子が設けられた配線シートとを備え、前記電極端子において前記第1電極が接続される面に前記配線シートが貼り付けられて前記電極端子と前記配線シートとが一体にされている
ことを特徴とする配線シート付き電極端子。 An electrode terminal with a wiring sheet in which at least one switching element in which at least a first electrode and a control electrode are formed on a first main surface and a second electrode is formed on a second main surface is disposed;
An electrode terminal connected to the first electrode; and a wiring sheet provided with a control terminal connected to the control electrode. The wiring sheet is affixed to a surface of the electrode terminal to which the first electrode is connected. An electrode terminal with a wiring sheet, wherein the electrode terminal and the wiring sheet are integrated together.
前記電極端子には、当該電極端子と前記スイッチング素子の前記第1電極とを互いに接続する導電体が配置されている
ことを特徴とする配線シート付き電極端子。 In the electrode terminal with a wiring sheet according to claim 1,
The electrode terminal with a wiring sheet, wherein the electrode terminal is provided with a conductor that connects the electrode terminal and the first electrode of the switching element to each other.
前記第1電極に接続される導電体と、
前記第1電極に前記導電体を介して接続される第1電極端子と、
前記制御電極に接続される制御端子が設けられた配線シートと、
前記第2電極に接続される第2電極端子とを含む
ことを特徴とする配線構造体。 A wiring structure in which at least one switching element having at least a first electrode and a control electrode formed on a first main surface and a second electrode formed on a second main surface is disposed,
A conductor connected to the first electrode;
A first electrode terminal connected to the first electrode via the conductor;
A wiring sheet provided with a control terminal connected to the control electrode;
A wiring structure comprising: a second electrode terminal connected to the second electrode.
前記導電体と前記制御端子との配置関係が、前記スイッチング素子の前記第1主面における前記第1電極と前記制御電極との配置関係に対応するように、前記配線シートが前記第1電極端子に固定されている
ことを特徴とする配線構造体。 The wiring structure according to claim 3,
The wiring sheet is connected to the first electrode terminal so that the arrangement relationship between the conductor and the control terminal corresponds to the arrangement relationship between the first electrode and the control electrode on the first main surface of the switching element. A wiring structure characterized by being fixed to the wire.
前記配線シートには、前記第1電極に対応するところに貫通孔が形成され、
前記導電体が前記貫通孔を通じて前記第1電極端子に取り付けられている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to claim 3 or 4,
A through hole is formed in the wiring sheet at a location corresponding to the first electrode,
The wiring structure, wherein the conductor is attached to the first electrode terminal through the through hole.
前記導電体は応力を緩和する緩衝材により形成されている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 3 to 5,
The wiring structure is characterized in that the conductor is formed of a buffer material that relieves stress.
前記第1電極端子の一面で前記導電体が配置される配置面が前記配線シートのシート配置面よりも低くされている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 3 to 6,
The wiring structure according to claim 1, wherein an arrangement surface on which the conductor is arranged on one surface of the first electrode terminal is lower than a sheet arrangement surface of the wiring sheet.
前記第1電極に接続される前記導電体を第1導電体として、
前記第2電極端子には、前記第2電極に接続される第2導電体が設けられている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 3 to 7,
The conductor connected to the first electrode as a first conductor,
The wiring structure according to claim 1, wherein the second electrode terminal is provided with a second conductor connected to the second electrode.
前記第1導電体の熱膨張係数は、前記スイッチング素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第1電極端子の熱膨張係数よりも小さいこと、および
前記第2導電体の熱膨張係数は、前記スイッチング素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第2電極端子の熱膨張係数よりも小さいこと
を特徴とする配線構造体。 The wiring structure according to claim 8,
The thermal expansion coefficient of the first conductor is larger than the thermal expansion coefficient of the switching element and smaller than the thermal expansion coefficient of the first electrode terminal, and the thermal expansion coefficient of the second conductor is the switching A wiring structure having a coefficient of thermal expansion larger than that of the element and smaller than that of the second electrode terminal.
前記第1電極端子には、他の半導体素子に接続される第3導電体が設けられ、
前記第2電極端子には、他の半導体素子に接続される第4導電体が設けられ、
前記第3導電体および前記第4導電体は応力を緩和する緩衝材により形成されている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to claim 8 or 9,
The first electrode terminal is provided with a third conductor connected to another semiconductor element,
The second electrode terminal is provided with a fourth conductor connected to another semiconductor element,
The wiring structure according to claim 3, wherein the third conductor and the fourth conductor are formed of a buffer material that relieves stress.
前記第1導電体と前記第3導電体とが一体である
ことを特徴とする配線構造体。 The wiring structure according to claim 10,
The wiring structure according to claim 1, wherein the first conductor and the third conductor are integrated.
前記第2導電体と前記第4導電体とが一体である
ことを特徴とする配線構造体。 The wiring structure according to claim 10 or 11,
The wiring structure according to claim 1, wherein the second conductor and the fourth conductor are integrated.
前記第3導電体の熱膨張係数は、前記他の半導体素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第1電極端子の熱膨張係数よりも小さいこと、および
前記第4導電体の熱膨張係数は、前記他の半導体素子の熱膨張係数よりも大きくかつ前記第2電極端子の熱膨張係数よりも小さいこと
を特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 10 to 12,
The thermal expansion coefficient of the third conductor is larger than the thermal expansion coefficient of the other semiconductor element and smaller than the thermal expansion coefficient of the first electrode terminal, and the thermal expansion coefficient of the fourth conductor is A wiring structure having a coefficient of thermal expansion greater than that of the other semiconductor element and smaller than that of the second electrode terminal.
前記第1主面に前記第1電極と前記制御電極と少なくとも1つの他電極とが形成されかつ前記第2主面に前記第2電極が形成されたスイッチング素子が配置されるものであり、
前記配線シートには、前記他電極に対応する他端子が設けられている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 3 to 13,
A switching element in which the first electrode, the control electrode, and at least one other electrode are formed on the first main surface and the second electrode is formed on the second main surface;
The wiring structure is characterized in that the wiring sheet is provided with other terminals corresponding to the other electrodes.
前記第1電極端子のうち前記スイッチング素子に対向する面と反対側の面に絶縁層が設けられ、
前記第2電極端子のうち前記スイッチング素子に対向する面と反対側の面に絶縁層が設けられている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 3 to 14,
An insulating layer is provided on the surface of the first electrode terminal opposite to the surface facing the switching element,
An insulating layer is provided on the surface of the second electrode terminal opposite to the surface facing the switching element.
前記第1電極端子と前記第2電極端子とが絶縁基板に設けられ、
前記第2電極端子と前記スイッチング素子とを接続する架橋導電体を備えている
ことを特徴とする配線構造体。 In the wiring structure according to any one of claims 3 to 15,
The first electrode terminal and the second electrode terminal are provided on an insulating substrate;
A wiring structure comprising: a bridging conductor that connects the second electrode terminal and the switching element.
前記第1電極端子に前記配線シートを固定して配線シート付き電極端子を形成する工程と、
前記配線シート付き電極端子に前記スイッチング素子を半田で固定する先接続工程と、
前記先接続工程のアセンブリに前記第2電極端子を半田で固定する後接続工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A switching element having at least a first electrode and a control electrode formed on the first main surface and a second electrode formed on the second main surface, and a first electrode terminal connected to the first main surface side of the switching element In a method for manufacturing a semiconductor device comprising: a wiring sheet; and a second electrode terminal connected to the second main surface of the switching element.
Fixing the wiring sheet to the first electrode terminal to form an electrode terminal with a wiring sheet;
A pre-connection step of fixing the switching element to the electrode terminal with the wiring sheet with solder;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a post-connection step of fixing the second electrode terminal with solder in the assembly of the pre-connection step.
前記後接続工程で用いる半田として前記先接続工程で用いる半田よりも融点の低い半田を用いる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 19,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a solder having a melting point lower than that of the solder used in the previous connection step is used as the solder used in the post-connection step.
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