JP2014056916A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に電力用の半導体装置における、トランスファーモールドによるモールド構造において、封止体内部の半導体素子から封止体外部へ電気接続するための構造およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a structure for electrically connecting a semiconductor element inside a sealing body to the outside of the sealing body and a manufacturing method thereof in a mold structure by transfer molding mainly in a power semiconductor device.
半導体装置の中でも電力用半導体装置(パワーモジュール)は、産業用機器から家電・情報端末まで幅広い機器の主電力(パワー)の制御に用いられ、特に輸送機器等においては高い信頼性が求められている。近年、とくに大電流を流すことができ、高温動作も可能なワイドバンドギャップ半導体材料である炭化珪素(SiC)がシリコン(Si)に代わる半導体材料として開発が進められている。一方、上述した幅広い用途に対応できるよう、複数の電力用半導体装置を配置して所望の回路を形成できる形態も求められている。 Among semiconductor devices, power semiconductor devices (power modules) are used to control the main power (power) of a wide range of equipment, from industrial equipment to home appliances and information terminals. High reliability is especially required for transportation equipment. Yes. In recent years, silicon carbide (SiC), which is a wide band gap semiconductor material capable of flowing a particularly large current and capable of high-temperature operation, has been developed as a semiconductor material replacing silicon (Si). On the other hand, there is also a demand for a configuration in which a desired circuit can be formed by arranging a plurality of power semiconductor devices so as to be compatible with the wide range of applications described above.
その場合、従来のように封止体の両面側から端子を取り出す形態(例えば、特許文献1〜3参照。)では、近接した半導体装置間の絶縁を確保するために、小型化が困難となる。そこで、封止体の主面に導体部材を露出させる半導体装置(例えば、特許文献4または5参照。)の構造を採用することが考えられる。
In that case, in the conventional configuration in which the terminals are taken out from both sides of the sealing body (for example, refer to
トランスファーモールドタイプのパワーモジュールの場合、封止体の主面に導体部材を露出させる方法として特許文献4に示されるように、導体部材の一部をモールド金型の上型に接触させた状態で樹脂封止を行い、導体部材と上型の接触面への樹脂被りを抑制する方法が提案されている。また、別の方法としては特許文献5に示されるように、弾力性に富む部材(クッション材)を導体部材と上型の両方に接触させた状態で樹脂封止を行い、導体部材とクッション材の接触面への樹脂被りを抑制する方法が提案されている。
In the case of a transfer mold type power module, as disclosed in
しかしながら、特許文献4に記載された方法では、導体部材の上型との接触面にわずかなうねりや溝があると、容易に導体部材と上型間に樹脂が流入し、封止体の主面に露出させることができる導体部材の面積(電極面積)が十分に確保できない可能性がある。また、特許文献5西際された方法では、導体部材とクッション材が密着するため、密着部への樹脂被りの可能性は小さいと考えられるが、繰り返しクッション材を使用することで、弾性率などの特性が変化する可能性があり、安定して半導体装置を製造するには定期的なクッション材の交換が必須であると考えられる。したがって、コストが増大する可能性がある。
However, in the method described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、封止体の主面に電極を低コストで安定的に露出させることで、外部配線との接合が安定にできるとともに生産性の高い半導体装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can stably produce a joint with external wiring by stably exposing the electrode to the main surface of the sealing body at a low cost. An object is to obtain a highly reliable semiconductor device.
本発明の半導体装置は、板状の回路基板と、裏面が回路基板の回路面に接合された半導体素子と、半導体素子の表面電極に接合された板状の電極部材と、半導体素子と電極部材を含んで回路基板の回路面および側面を封止する封止体と、を備えた半導体装置において、電極部材は、半導体素子の表面電極に接合される内部接合部と、封止体の主面から露出する露出面を有する外部端子部と、内部接合部と外部端子部とを、折り返して連結する変形部とを含み、露出面は電極部材を凸形状に成形して設けられたものである。 A semiconductor device of the present invention includes a plate-shaped circuit board, a semiconductor element whose back surface is bonded to the circuit surface of the circuit board, a plate-shaped electrode member bonded to the surface electrode of the semiconductor element, and the semiconductor element and the electrode member And a sealing body that seals the circuit surface and the side surface of the circuit board, and the electrode member includes an internal joint portion that is bonded to the surface electrode of the semiconductor element, and a main surface of the sealing body Including an external terminal portion having an exposed surface exposed from and a deformed portion that folds and connects the internal joint portion and the external terminal portion, and the exposed surface is formed by forming the electrode member into a convex shape. .
また、本発明の半導体装置の製造方法は、板状の回路基板の回路面への半導体素子の接合工程と、内部接合部と外部端子部と変形部とを有する電極部材の内部接合部を半導体素子の表面電極へ接合する工程とを含み、回路面に半導体素子が実装された回路体を形成する工程と、回路体を、内面に凹部が設けられたモールド金型に、電極部材の外部端子部の部分が凹部に対向する位置となるよう設置する工程と、モールド金型を型締めする工程と、型締めしたモールド金型内に樹脂を注入し、回路基板の回路面および側面をまとめて樹脂で覆うとともに、外部端子部が前記モールド金型に設けられた凹部に樹脂注入圧によって押し当てられることで、外部端子部が変形し、電極部材の露出面が回路面を覆う主面から露出するように封止体を形成する工程と、を含むものである。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of bonding a semiconductor element to a circuit surface of a plate-shaped circuit board, and an internal bonding portion of an electrode member having an internal bonding portion, an external terminal portion, and a deformation portion as a semiconductor A step of forming a circuit body in which a semiconductor element is mounted on a circuit surface, and a step of forming a circuit body on a mold die having a recess on the inner surface, and an external terminal of an electrode member. The step of installing the part so that the portion is opposed to the recess, the step of clamping the mold, and injecting resin into the clamped mold, the circuit surface and the side surface of the circuit board are put together The external terminal portion is pressed by a resin injection pressure against the concave portion provided in the mold die, and the external terminal portion is deformed and the exposed surface of the electrode member is exposed from the main surface covering the circuit surface. Form a sealing body to And that step, is intended to include.
本発明の半導体装置は、板状の電極部材を凸状に成形して設けた露出面を封止体の主面から露出させるようにしたので、外部配線との接合が安定にできる半導体装置を得ることができる。 In the semiconductor device of the present invention, the exposed surface provided by projecting the plate-like electrode member into the convex shape is exposed from the main surface of the sealing body. Can be obtained.
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、モールド金型に凹部を設けたので、一定面積以上の電極部材を低コストで確実に封止体の主面から露出させることができる。したがって、生産性の高い半導体装置を得ることができる。 Moreover, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the recess is provided in the mold, the electrode member having a certain area or more can be reliably exposed from the main surface of the sealing body at a low cost. Therefore, a highly productive semiconductor device can be obtained.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置を示す模式的な断面図である。半導体装置6は、全体を樹脂の封止体5で封止し、矩形板状に形成(パッケージ化)したものである。矩形板状をした回路基板4の回路面4fに、板状の半導体素子1の裏面電極が接合され、さらに半導体素子1の表面電極に、板状の電極部材2が接合されている。全体は、封止体5により、回路基板4の回路面4fの裏面となる放熱面4rおよび電極部材2を凸形状に成形して設けられた露出面2seが露出するように封止されている。そして、特徴的な構成は、電極部材2が折り返されて設けられた中空部2tに封止体5が充填されていることである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to
半導体素子1は、厚み0.1〜0.4mm程度の矩形板状をなしており、例えば、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いた場合、裏面には裏面電極としてコレクタ電極が形成され、表面には主電力電極であるエミッタ電極と、制御電極であるゲート電極が形成されている。すなわち、裏面の電極であるコレクタ電極を銅の回路基板4の回路面4fの所定の位置にはんだ3を介して接合している。図1では、表面側のゲート電極等の制御に必要な回路部材については、簡略化するため図示を省略している。
The
電極部材2は、半導体素子1の表面電極と接合するための平坦な素子接合面2siを有する内部接合部2jcと、露出面2seを有する外部端子部2jeとが変形部2fを介して連なるように、1枚の銅板を折り曲げてU字状に形成したものである。つまり、半導体素子1に接合された電極部材2は、内部接合部2jcから変形部2fがエミッタ電極に対して斜め上方向に伸びており、変形部2fの上端からは外部端子部2jeが折り返すように伸び、封止体5で封止される前までは、外部端子部2jeの先端は自由端となっている。
The
この構成は、外部端子部2jeをモールド金型によって押圧することにより、外部端子部2jeが、モールド金型に押し当てられる方向に変位するため、露出面2seをモールド金型に密着させたまま、電極部材2を押圧、変形させて製造することができる。この製造方法については、実施の形態2で詳しく説明する。
In this configuration, by pressing the external terminal portion 2je with a mold, the external terminal portion 2je is displaced in a direction in which the external terminal portion 2je is pressed against the mold, so that the exposed surface 2se is kept in close contact with the mold die. The
一方、外部端子部2jeに外部配線を接続する方法として、超音波接合やはんだ接合など、様々な接合方法が想定される。超音波接合が採用される場合には、外部端子部2jeに超音波振動が印加されるため、外部端子部2jeと封止体5を構成する樹脂との界面で剥離が生じやすくなることが考えられる。その場合、外部端子部2jeに設けられた中空部2tに樹脂を充填することによって、封止体5内へのマクロ形状でのアンカー効果によって、外部端子部2jeと封止体5との界面剥離を抑制することができる。
On the other hand, as a method of connecting the external wiring to the external terminal portion 2je, various bonding methods such as ultrasonic bonding and solder bonding are assumed. When ultrasonic bonding is adopted, since ultrasonic vibration is applied to the external terminal portion 2je, peeling is likely to occur at the interface between the external terminal portion 2je and the resin constituting the sealing
さらに、図2に示すように、露出面2seの中央部に平坦部2jhを設けれた半導体装置60とすれば、はんだ接合を採用する場合には、はんだが接合領域から流出するのを防ぐ。また、超音波接合を採用する場合には露出面2seと外部配線との接合面積を増やすことができる。したがって、平坦部2jhを設けた場合、平坦部がない場合に比べてより安定した外部配線の接続が行える。
Furthermore, as shown in FIG. 2, if the
封止体5は、例えば、エポキシ系の熱硬化樹脂を用い、トランスファーモールドによって形成される。トランスファーモールドの工程において、上述したように放熱面4rおよび電極部材2の露出面2seのほか、電極部材2と同様の変形が可能で、図示しないゲート電極に接合した電極部材の露出面も封止体5の主面5fから露出するようにしている。
The sealing
以上の構成により、半導体素子1からの発熱を熱伝導性にも優れたはんだ3を介して回路基板4に伝え、放熱面4rから放熱を行うことができるようになっている。また、回路基板4の放熱面4rに冷却部材等を当接させて、更に放熱を促すようにすることができる。また、回路基板4と電極部材2は半導体素子1と外部との間の電気的な経路となっている。つまり、半導体装置6の主面(広い面、図1および図2の上面(表面)と下面(裏面))のうち、裏側の主面から露出する回路基板4(放熱面4r)を介して半導体素子1の裏面電極(コレクタ電極)との導通を図り、表側の主面5fから露出する電極部材2(露出面2se)、および図示しない電極部材を介して半導体素子1の表面電極(エミッタ電極、ゲート電極)との導通を図るようにしている。
With the above configuration, heat generated from the
なお、半導体素子1の表面には、IGBTの場合、ガードリング等のエミッタ電極と同電位にすると不具合を生じる部位が存在し、この部位が電極部材2と接触すると電極部材2を介してエミッタ電極と同電位になってしまう。したがって、電極部材2の内部接合部2jcの素子接合面2siは、IGBTのエミッタ電極のみと接合する構成としており、図示しない電極部材もゲート電極に対して同様の構成としている。回路基板4および電極部材2としてはCuまたはCu合金に限ることなく、導電性のある金属(例えばアルミニウム)等を用いることができる。しかし、少なくとも電極部材2の材料としては、実施の形態2で説明する型締め工程において、半導体素子に損傷を与えない程度に変形し、樹脂注入工程において、樹脂注入圧によって変形可能な材料が好ましい。
In addition, in the case of IGBT, there exists a part which causes a problem when the same potential as that of the emitter electrode such as a guard ring is present on the surface of the
以上のような構成からなる半導体装置は、特許文献1〜3に記載された封止体の側面から端子を取り出す形態の半導体装置に比べて、半導体装置自体の小型化が可能になる。
The semiconductor device configured as described above can be downsized as compared with the semiconductor device in which the terminal is taken out from the side surface of the sealing body described in
また、放熱面4rを金属性のヒートシンクに当接させて、半導体装置の冷却を促す場合には、側面から端子を取り出す形態に比べて、エミッタ電極とコレクタ電極のヒートシンクに対する沿面絶縁距離の確保が容易である。したがって、半導体装置を大型化することなく沿面絶縁距離を確保できるため、半導体装置の小型化が可能になる。 Also, when the semiconductor device is urged to cool by bringing the heat radiating surface 4r into contact with a metallic heat sink, it is possible to secure a creeping insulation distance between the emitter electrode and the collector electrode with respect to the heat sink, as compared with the case where the terminal is taken out from the side surface. Easy. Therefore, the creeping insulation distance can be secured without increasing the size of the semiconductor device, and thus the size of the semiconductor device can be reduced.
また、電極部材を折り返すことにより中空部を設け、そこに樹脂を充填することで、電極部材へ外部配線を超音波接合する際の超音波振動による、電極部材と樹脂との界面剥離を抑制することができる。 In addition, a hollow portion is provided by folding the electrode member, and filling the resin with the hollow portion suppresses interface peeling between the electrode member and the resin due to ultrasonic vibration when the external wiring is ultrasonically bonded to the electrode member. be able to.
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1で説明した図1および図2の半導体装置を製造する方法を、図3の工程を示す断面図と図4のフローチャートを用いて説明する。まず、図3(a)に示すように、回路基板4の半導体素子1を接合する領域に、はんだペレット31を介して半導体素子1を設置するとともに、はんだペレット32を介して電極部材2を設置する。そして、図示しない治具を用いて各部材の位置を固定しながら、還元雰囲気中で一括加熱することによりはんだペレット31およびはんだペレット32を溶融させ、これを冷却して各部材を接合する。そして、図示しないワイヤボンド等のその他の回路部材を接合し、回路面4fに半導体回路が形成された回路体6Mが形成される(ステップST1)。次に、形成した回路体6Mを、図3(b)に示すように、モールド金型7を開いた状態で、下モールド金型72内に設置する(ステップST2)。
In the second embodiment, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2 described in the first embodiment will be described with reference to cross-sectional views illustrating steps in FIG. 3 and a flowchart in FIG. First, as shown in FIG. 3A, the
この状態で、図3(c)に示すように上モールド金型71を下していく。上モールド金型71の内上面には、電極部材2の露出面2seとなる部分に凹部710が設けられている。上モールド金型71を下していくと、はじめに上モールド金型71の内上面に電極部材2の露出面2seが当たる。この時点では上モールド金型71と下モールド金型72で構成されるモールド金型7は完全には閉じておらず、わずかに隙間がある状態になっている。この状態で、さらにモールド金型7を閉じていくと、上モールド金型71が電極部材2の外部端子部2jeの露出面2seを押圧し、電極部材2の変形部2fは片持ち梁のように撓んで変形し、その上端である外部端子部2jeとのコーナー部分が半導体素子1に近づく方向に変位する。この際、変形部2fと外部端子部2jeの成す角が変化しなければ、外部端子部2jeの自由端は変形部2f側の部分よりも半導体素子1から離れる方向に変位するはずである。しかし、自由端側は上モールド金型71に当たっているために、その方向に変位できない。その結果、外部端子部2jeの表面である露出面2seはその全面にわたって上モールド金型71に押し付けられ、間隔Dを面内で一定に保ちながら、つまり内部接合部2jcとの平行を保ちながら狭めることになる。
In this state, the
したがって、図3(d)に示すようにモールド金型7が完全に閉じて型締めが完了(ステップST3)したときには、電極部材2全体の反発力により、電極部材2の露出面2seおよび回路基板4の裏面である放熱面4rは、それぞれ上モールド金型71および下モールド金型72によって所定の面圧で挟みつけられることになる。このとき、電極部材2の変形にともなって、内部接合部2jcと外部端子部2jeとの面内位置に変位が生じても、回路体6Mがモールド金型7内で面内移動することなく所望の位置に固定されるように、図示しない位置決め部材を用いて回路体6Mのモールド金型7内での面内位置を固定することが好ましい。
Therefore, as shown in FIG. 3D, when the
この状態で、モールド金型7を180℃程度に加熱し、モールド金型7内に、モールド樹脂を注入(ステップST4)する。その際、上モールド金型71の露出面2seの中央部直上の位置に設けられた凹部710に露出面2seが樹脂注入圧F(図3(e)の矢印で示す方向の力F)によって押し付けられ、外部端子部2jeが変形し、露出面2seと凹部710のエッジが線接触することにより確実に凹部710が密閉される。このようにすることで、露出面2seにわずかなうねりや溝があり、モールド金型型締め後に露出面2seと上モールド金型71間にわずかな空隙が生じた場合にも、確実に一定面積以上の露出面2seを封止体5の主面5fから露出させることができる。
In this state, the
図3(e)のA−A位置での断面図を図5に示す。図5に示すように、この方向から見ても、上モールド金型71の凹部710のエッジと電極部材2の外部端子部2jeの露出面2seとなる面とが線接触している。すなわち、凹部710のエッジと露出面2seとが線接触することにより凹部710が密閉されるようになっている。この線接触する線全体の形状、すなわち凹部710の図3(e)および図5の紙面に垂直な断面形状は、例えば円形、正方形など、どのような形状であっても良いが、線接触部で囲まれる面積(露出面2seの面積)が最大でかつ、線接触部の長さが最小になる形状、つまり円形が好ましい。また、凹部710のエッジと露出面2seとで凹部710を密閉することで、製造後の電極部材2の露出面2seの周囲には平面部が形成される。
FIG. 5 shows a cross-sectional view at the position AA in FIG. As shown in FIG. 5, even when viewed from this direction, the edge of the
こうして、電極部材2の露出面2seおよび回路基板4の放熱面4rが露出した状態で各回路部材が封止される。この後、適当な温度に冷却後離型する(ステップST5)ことにより、図1に示すような半導体装置6が完成する。
Thus, each circuit member is sealed with the exposed surface 2se of the
また、図6に示すように、上モールド金型71に設けられた凹部710の底部711を平面とし、凹部710の深さを、底部711に露出面2seを押し付ける深さの寸法とすることにより、平坦部2jhを形成することができ、そのようにすることで図2に示すような、露出面2seの頂上部に平坦部2jhを有する半導体装置60が完成する。
Further, as shown in FIG. 6, the
このように、本発明の実施の形態1および2による半導体装置6では、電極部材2が、半導体素子1の表面にはんだ3を介して接合される素子接合面2siを有する内部接合部2jcと、封止体5の主面5fから露出する露出面2seを有する外部端子部2jeと、内部接合部2jcと外部端子部2jeとを連結するとともに、外力によって変形可能な変形部2fとを有し、外部端子部2je側の電極部材2の端部を自由端とした。そして、内部接合部2jcと外部端子部2jeとが平行になるように連結するとともに、変形部2fの上端である外部端子部2jeとのコーナー部分が内部接合部2jcと接合した半導体素子1に近づく方向に変位する際に、外部端子部2je側の自由端がコーナー部分よりも半導体素子1から離れる方向に傾くように変形部2fを形成(折り曲げ位置、折り曲げ角度の調整)した。そのため、回路基板4、半導体素子1、電極部材2の順にはんだで接合した回路体6Mをモールド金型7内に設置すると、モールド金型7の型開き方向の寸法バラツキを吸収し、半導体素子1の損傷・破壊や、電極部材2の外部端子部2jeの露出面2seおよび回路基板4の放熱面4rが封止体5を構成する樹脂に覆われることを抑制する。
As described above, in the
このような構成とすることで、電極部材2にばね性を持たせることができる。したがって、特許文献4に見られるように、一旦別の導体部材に電極部材を接合し、その導体部材と半導体素子を電気的に接続することなく、直接電極部材を半導体素子に接合できるようになった。
By setting it as such a structure, the
さらに、上モールド金型71に設けられた凹部710に樹脂注入圧Fによって露出面2seを押し付け、外部端子部2jeを変形させることで露出面2seが封止体5を構成する樹脂に覆われることを確実に抑制し、安定した品質での生産が可能となる。
Further, the exposed surface 2se is pressed against the
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3による半導体装置の構成を示す模式的な断面素である。上記実施の形態1、2では、簡略化のため、半導体素子1が1個だけの場合について説明したが、半導体素子1が複数であってもよい。図7に示すように、例えば、半導体素子として、スイッチング素子であるIGBT11と整流素子であるFwDi(Free Wheeling Diode)12を用い、図7に示すように電極部材2を2つの半導体素子を架け渡すように接合するようにしてもよい。これにより、半導体装置60内では、IGBT11とFwDi12が並列接続され、典型的な半導体スイッチを構成する回路を構成できる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the case where there is only one
また、図7に示したIGBT11とFwDi12とを有する半導体装置61を複数組み合わせることで、図8に示す、IGBT11とFwDi12を逆並列接続した半導体スイッチ10を複数備えたインバータ回路15を容易に構成することが可能となる。図8の回路に示すIGBTとFwDi全てを封止体で封止して、一つの半導体装置とすることもできる。
Further, by combining a plurality of
なお、IGBT11とFwDi12はその素子構成が異なり、一般にIGBT11の方が外力による破壊耐量が低い。そして、電極部材2を変形させる際には、変形部2f側にある半導体素子1の方に力が作用する。したがって、2つの半導体素子に電極部材2を接合する際には、図7に示すように、変形部2f側にFwDi12を配置することが望ましい。
Note that the
実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4による半導体装置を示す模式的な断面図である。図9に示す半導体装置62にあっては、電極部材2の形状が図1に示す半導体装置6と異なる。電極部材2の形状は、電極部材2が上モールド金型71によって押圧され、変形する際に、露出面2seとなる部分が上モールド金型71に押し付けられるように構成されていれば、図9に示す2回折り返すような形状でもよい。一方、図10に示す比較例の回路体60Mに設けられた電極部材20のように、内部接合部20jcの面直上の領域に外部端子部20jeが位置しない形状では、変形部20fが変形すると、外部端子部20jeは、変形部20fとのコーナー部分よりも自由端側の方が半導体素子1側に近づくように傾くので、露出面20seとなる部分が上モールド金型71から離れてしまい、封止体5を構成する樹脂に覆われる可能性が生じる。したがって、図9に示されるように、外部端子部2jeの少なくとも一部が、内部接合部2jcの面直上の領域、すなわち内部接合部2jcを半導体素子の表面電極に垂直な方向に延ばした空間(図9の断面図では、Wで示す範囲)に位置する必要がある。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In the
また、電極部材2の表面を粗化して、封止体5を構成する樹脂との密着性を向上させるようにすれば、電極部材2と封止体5との間の剥離を抑制できる。したがって、界面からの水分浸入による回路部材の腐食や絶縁不良等を防止し、信頼性を一層向上させることができる。一方、外部端子部2jeに外部配線を接続する方法として、超音波接合が採用される場合には、露出面2seは平滑であることが望ましい。したがって、超音波接合を採用する場合には、電極部材2の表面を粗化する場合でも、少なくとも露出面2seの部分を粗化しないことで、信頼性と超音波接合の安定性を両立させることができる。
Further, if the surface of the
実施の形態5.
図11は、本発明の実施の形態5による半導体装置63を示す模式的な断面図である。超音波接合を採用する場合には、外部端子部2jeに超音波振動が印加されるため、外部端子部2jeと封止体5を構成する樹脂との界面で剥離が生じやすくなるため、例えば、外部端子部2jeの自由端側を内部接合部2jc側に折り曲げ、図11に示すように封止体5内に食い込む食い込み部2iを備えるように構成することで、封止体5へのマクロ形状でのアンカー効果により、外部端子部2jeと封止体5との界面剥離を抑制することができる。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a
以上説明した本発明においては、半導体素子として、炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと比べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料の半導体素子のように、高耐圧および高温動作が可能な半導体素子を用いた場合に、特に顕著な効果が現れる。 In the present invention described above, the semiconductor element is a semiconductor element of a so-called wide band gap semiconductor material having a wider band gap than silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) -based material, or silicon such as diamond. When a semiconductor element capable of high withstand voltage and high temperature operation is used, a particularly remarkable effect appears.
ワイドバンドギャップ半導体材料によって形成されたスイッチング素子や整流素子は、ケイ素で形成された素子よりも電力損失が低いため、スイッチング素子や整流素子における高効率化が可能であり、ひいては、半導体装置の高効率化が可能となる。さらに、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子や整流素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子や整流素子を用いることにより、半導体装置も小型化が可能となる。また耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、半導体装置の一層の小型化が可能になる。 Switching elements and rectifier elements made of wide bandgap semiconductor materials have lower power loss than elements made of silicon, so that the switching elements and rectifier elements can be made more efficient. Efficiency can be improved. In addition, since the withstand voltage is high and the allowable current density is high, the switching element and the rectifying element can be downsized. By using the downsized switching element and rectifying element, the semiconductor device can also be downsized. It becomes. In addition, since the heat resistance is high, it is possible to operate at a high temperature, and it is possible to reduce the size of the heat dissipating fins of the heat sink and the air cooling of the water cooling portion, thereby further reducing the size of the semiconductor device.
なお、スイッチング素子および整流素子の両方がワイドバンドギャップ半導体材料によって形成されていても、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体材料によって形成されていてもよい。 Note that both the switching element and the rectifying element may be formed of a wide band gap semiconductor material, or one of the elements may be formed of a wide band gap semiconductor material.
また、本実施の形態では、回路基板4は回路基板と表現しているが、電気導電性と熱伝導性に優れたCuやCu合金または、アルミニウム等の金属の矩形板状ブロックを想定している。しかし、回路基板4の裏面である放熱面4rから半導体素子1と導通を図れるのであれば、ガラスエポキシ樹脂などで構成されたプリント基板を用いても良い。
Further, in the present embodiment, the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In the present invention, the respective embodiments can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
1:半導体素子 2:電極部材
2f:変形部 2i:食い込み部
2jc:内部接合部 2je:外部端子部
2jh:平坦部 2se:露出面
2si:素子接合面 3:はんだ
31、32:はんだペレット 4:回路基板
4f:回路面 4r:放熱面
5:封止体 5f:主面
6、60、61、62、63:半導体装置 6M:回路体
7:モールド金型 71:上モールド金型
72:下モールド金型 710:凹部
1: Semiconductor element 2:
Claims (8)
裏面が前記回路基板の回路面に接合された半導体素子と、
前記半導体素子の表面電極に接合された板状の電極部材と、
前記半導体素子と前記電極部材を含んで前記回路基板の回路面および側面を封止する封止体と、
を備えた半導体装置において、
前記電極部材は、前記半導体素子の表面電極に接合される内部接合部と、前記封止体の主面から露出する露出面を有する外部端子部と、前記内部接合部と前記外部端子部とを、折り返して連結する変形部とを含み、前記露出面は前記電極部材を凸形状に成形して設けられたことを特徴とする半導体装置。 A plate-like circuit board;
A semiconductor element having a back surface bonded to the circuit surface of the circuit board;
A plate-like electrode member joined to the surface electrode of the semiconductor element;
A sealing body that includes the semiconductor element and the electrode member and seals a circuit surface and a side surface of the circuit board;
In a semiconductor device comprising:
The electrode member includes an internal joint portion joined to a surface electrode of the semiconductor element, an external terminal portion having an exposed surface exposed from a main surface of the sealing body, and the internal joint portion and the external terminal portion. A semiconductor device, wherein the exposed surface is formed by forming the electrode member into a convex shape.
前記板状の回路基板の回路面への半導体素子の接合工程と、前記内部接合部と前記外部端子部と前記変形部とを有する前記電極部材の前記内部接合部を前記半導体素子の表面電極へ接合する工程とを含み、前記回路面に前記半導体素子が実装された回路体を形成する工程と、
前記回路体を、内面に凹部が設けられたモールド金型に、前記電極部材の前記外部端子部の部分が前記凹部に対向する位置となるよう設置する工程と、
前記モールド金型を型締めする工程と、
型締めした前記モールド金型内に樹脂を注入し、前記回路基板の回路面および側面をまとめて前記樹脂で覆うとともに、前記外部端子部が前記モールド金型に設けられた凹部に樹脂注入圧によって押し当てられることで、前記外部端子部が変形し、前記電極部材の前記露出面が前記回路面を覆う主面から露出するように封止体を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 A semiconductor device manufacturing method for manufacturing the semiconductor device according to claim 1,
A step of bonding a semiconductor element to a circuit surface of the plate-like circuit board, and the internal bonding portion of the electrode member having the internal bonding portion, the external terminal portion, and the deformation portion to a surface electrode of the semiconductor element Forming a circuit body in which the semiconductor element is mounted on the circuit surface.
Installing the circuit body in a mold having an inner surface provided with a recess so that the portion of the external terminal portion of the electrode member faces the recess;
A step of clamping the mold,
Resin is injected into the mold mold that has been clamped, and the circuit surface and side surfaces of the circuit board are collectively covered with the resin, and the external terminal portion is formed in the recess provided in the mold mold by resin injection pressure. Forming the sealing body such that the external terminal portion is deformed by being pressed and the exposed surface of the electrode member is exposed from a main surface covering the circuit surface;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
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