半导体装置及半导体装置的制造方法

文档序号:139777 发布日期:2021-10-22 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 半导体装置及半导体装置的制造方法 (Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device ) 是由 作元祥太朗 于 2021-04-12 设计创作,主要内容包括:目的在于提供能够在半导体装置中抑制由于存在于粘接剂内的气泡到达电路图案而产生的绝缘不良的技术。半导体装置(100)具有:树脂绝缘铜基座板(1),其具有铜基座板(1a)、在铜基座板(1a)的上表面设置的绝缘层(1b)和在绝缘层(1b)的上表面设置的电路图案(1c);半导体元件(2),其搭载于树脂绝缘铜基座板(1)的上表面;壳体(4),其经由粘接剂(9)而与树脂绝缘铜基座板(1)的外周部接合;封装材料(8),其在壳体(4)的内部将树脂绝缘铜基座板(1)的上表面以及半导体元件(2)封装;以及粗糙化图案(11),其在绝缘层(1b)的上表面以在俯视观察时将电路图案(1c)包围的方式形成。(Provided is a technique for suppressing, in a semiconductor device, insulation failure caused by bubbles present in an adhesive reaching a circuit pattern. A semiconductor device (100) comprises: a resin-insulated copper base plate (1) having a copper base plate (1a), an insulating layer (1b) provided on the upper surface of the copper base plate (1a), and a circuit pattern (1c) provided on the upper surface of the insulating layer (1 b); a semiconductor element (2) mounted on the upper surface of the resin-insulated copper-based base plate (1); a case (4) joined to the outer peripheral portion of the resin-insulated copper base plate (1) via an adhesive (9); a sealing material (8) which seals the semiconductor element (2) and the upper surface of the resin-insulated copper-based base plate (1) inside the case (4); and a roughened pattern (11) that is formed on the upper surface of the insulating layer (1b) so as to surround the circuit pattern (1c) when viewed in plan.)

半导体装置及半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及具有树脂绝缘铜基座板的半导体装置及其制造方法。

背景技术

提出了具有树脂绝缘铜基座板、半导体元件以及封装材料的半导体装置,该树脂绝缘铜基座板具有铜基座板、在铜基座板的上表面设置的绝缘层和在绝缘层的上表面设置的电路图案。半导体元件搭载于树脂绝缘铜基座板的上表面。壳体经由粘接剂而与树脂绝缘铜基座板的外周部接合。封装材料在壳体的内部将树脂绝缘铜基座板的上表面以及半导体元件封装(例如,参照专利文献1)。

专利文献1:日本特开2016-096188号公报

近年来,使半导体元件在高温下工作的情况增加。例如,就以硅(Si)为基材的半导体元件而言,工作温度为175℃。就以碳化硅(SiC)以及氮化镓(GaN)为基材的宽带隙半导体元件而言,期望200℃的工作温度。因此,被填充于内部的封装材料需要具有超过半导体元件的工作温度的玻璃化转变点温度。

另外,将壳体与树脂绝缘铜基座板进行接合的粘接剂使用基本上具有与封装材料类似的特性的树脂。与这样的高温工作相适应的封装材料以及粘接剂的粘度高,流动性差,因此,在壳体与树脂绝缘铜基座板之间的狭窄空间、或者发生了变形的空间形状中难以无未填充部分地填充封装材料以及粘接剂。

如果粘接剂存在未填充部分,则在多数情况下存在空气,成为气泡。并且,如果存在于粘接剂内的气泡到达电路图案,则由于该气泡,产生沿面放电,就半导体装置而言,存在产生绝缘特性的劣化的问题。

发明内容

因此,本发明的目的在于提供能够在半导体装置中抑制由于存在于粘接剂内的气泡到达电路图案而产生的绝缘不良的技术。

本发明涉及的半导体装置具有:树脂绝缘铜基座板,其具有铜基座板、在所述铜基座板的上表面设置的绝缘层和在所述绝缘层的上表面设置的电路图案;半导体元件,其搭载于所述树脂绝缘铜基座板的上表面;壳体,其经由粘接剂而与所述树脂绝缘铜基座板的外周部接合;封装材料,其在所述壳体的内部将所述树脂绝缘铜基座板的上表面以及所述半导体元件封装;以及粗糙化图案,其在所述绝缘层的上表面以在俯视观察时将所述电路图案包围的方式形成。

发明的效果

根据本发明,由于粗糙化图案,绝缘层的上表面处的电路图案的周围的表面积变大,因此,能够抑制包含气泡的粘接剂到达电路图案。由此,能够在半导体装置中抑制由于存在于粘接剂内的气泡到达电路图案而产生的绝缘不良。

附图说明

图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。

图2是实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。

图3是实施方式3涉及的半导体装置所具有的树脂绝缘铜基座板及其周围的俯视图。

具体实施方式

<实施方式1>

以下,使用附图,对实施方式1进行说明。图1是实施方式1涉及的半导体装置100的剖面图。

如图1所示,半导体装置100具有树脂绝缘铜基座板1、半导体元件2、壳体4、电极端子6、封装材料8以及粗糙化图案11。

树脂绝缘铜基座板1具有铜基座板1a、绝缘层1b以及电路图案1c。铜基座板1a、绝缘层1b以及电路图案1c被一体化。铜基座板1a在俯视观察时形成为矩形。绝缘层1b遍布铜基座板1a的上表面整体而设置。绝缘层1b由树脂构成,厚度为0.2mm。电路图案1c设置于绝缘层1b的上表面处的除了外周部以外的部分。电路图案1c由铜构成,厚度为0.5mm。

半导体元件2经由焊料3而搭载于电路图案1c的上表面。壳体4在俯视观察时形成为矩形框状,经由粘接剂9而与树脂绝缘铜基座板1的外周部接合。另外,壳体4由树脂构成,具有绝缘性。

电极端子6设置于壳体4,经由铝线7而与电路图案1c和半导体元件2连接。封装材料8例如由环氧树脂构成,被填充于壳体4的内部。由此,封装材料8在壳体4的内部将树脂绝缘铜基座板1的上表面以及半导体元件2封装。

粗糙化图案11在绝缘层1b的上表面以使得能够在俯视观察时将电路图案1c两重地包围的方式形成有2个。各粗糙化图案11在俯视观察时形成为矩形框状。此外,粗糙化图案11不限定于2个,也可以形成1个或者大于或等于3个。另外,各粗糙化图案11可以是连续地形成的,也可以是断续地形成的。

各粗糙化图案11形成于绝缘层1b的上表面处的距离电路图案1c的端部大于或等于500μm的部位。另外,各粗糙化图案11具有200μm的宽度和绝缘层1b的厚度的1/3的深度。

接下来,对半导体装置100的制造方法进行说明。首先,制造树脂绝缘铜基座板1。这里,仅对树脂绝缘铜基座板1的特征部分的形成进行说明。在树脂绝缘铜基座板1的制造工序中,通过在电路图案1c被形成于绝缘层1b的上表面之后,对绝缘层1b进行激光加工或者机械加工,从而形成粗糙化图案11。机械加工例如是研磨加工或者切削加工。

接下来,使半导体元件2与树脂绝缘铜基座板1的上表面通过焊料3而接合。接下来,在树脂绝缘铜基座板1的外周部涂敷粘接剂9。在使内插有电极端子6的壳体4嵌合至树脂绝缘铜基座板1的外周部的状态下,进行升温而使粘接剂9固化,由此完成粘接。接下来,在通过铝线7而进行了内部配线之后,填充成为封装材料8的环氧树脂。通过使半导体装置100升温而使环氧树脂固化,从而完成半导体装置100。

存在于粘接剂9内的气泡10的大小例如大于或等于0.1mm且小于或等于0.2mm。包含气泡10的粘接剂9试图从壳体4的下侧向电路图案1c移动,但通过形成粗糙化图案11,从而绝缘层1b的上表面处的电路图案1c的周围的表面积变大。由此,从壳体4的下侧至电路图案1c为止的路径变长,因此,包含气泡10的粘接剂9难以到达电路图案1c。

如上所述,实施方式1涉及的半导体装置100具有:树脂绝缘铜基座板1,其具有铜基座板1a、在铜基座板1a的上表面设置的绝缘层1b和在绝缘层1b的上表面设置的电路图案1c;半导体元件2,其搭载于树脂绝缘铜基座板1的上表面;壳体4,其经由粘接剂9而与树脂绝缘铜基座板1的外周部接合;封装材料8,其在壳体4的内部将树脂绝缘铜基座板1的上表面以及半导体元件2封装;以及粗糙化图案11,其在绝缘层1b的上表面以在俯视观察时将电路图案1c包围的方式形成。

因此,由于粗糙化图案11,绝缘层1b的上表面处的电路图案1c的周围的表面积变大,因此,从壳体4的下侧至电路图案1c为止的路径变长,能够抑制包含气泡10的粘接剂9到达电路图案1c。即,能够抑制气泡10到达电路图案1c。由此,就半导体装置100而言,能够抑制由于气泡10到达电路图案1c而产生的绝缘不良。其结果,能够实现半导体装置100的长期使用。

另外,粗糙化图案11形成于绝缘层1b的上表面处的距离电路图案1c的端部大于或等于500μm的部位。因此,能够抑制气泡10流入至绝缘层1b的上表面处的距离电路图案1c的端部500μm以内。由此,能够确保半导体装置100的所需的大于或等于2500V的绝缘耐压。

另外,粗糙化图案11具有200μm的宽度和绝缘层1b的厚度的1/3的深度。因此,能够由粗糙化图案11捕获存在于粘接剂9内的气泡10。另外,在粗糙化图案11超越绝缘层1b而到达铜基座板1a的情况下,担忧半导体装置100的绝缘特性的劣化,但由于粗糙化图案11的深度为绝缘层1b的厚度的1/3,因此不会产生这样的问题。

另外,在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法中,通过在电路图案1c的形成之后对绝缘层1b进行激光加工或者机械加工,从而形成粗糙化图案11,因此,能够在绝缘层1b的上表面简单地形成粗糙化图案11。

<实施方式2>

接下来,对实施方式2涉及的半导体装置100进行说明。图2是实施方式2涉及的半导体装置100的剖面图。此外,在实施方式2中,对与在实施方式1中说明过的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

如图2所示,在实施方式2中,取代粗糙化图案11,半导体装置100具有金属间隔件12。

金属间隔件12在绝缘层1b的上表面以在俯视观察时将电路图案1c连续地包围的方式设置。金属间隔件12由能够与绝缘层1b粘接的金属构成,在俯视观察时形成为矩形框状。能够与绝缘层1b粘接的金属例如是铜、镍以及铝等,但如果考虑到如后述那样与电路图案1c一起形成,则优选铜。

接下来,对实施方式2涉及的半导体装置的制造方法进行说明。这里,仅对与实施方式1不同的工序进行说明。在树脂绝缘铜基座板1的制造工序中,通过在将电路图案1c形成于绝缘层1b的上表面时进行蚀刻处理,从而与电路图案1c一起形成金属间隔件12。因此,金属间隔件12的厚度与电路图案1c的厚度相同,为0.5mm。此外,电路图案1c和金属间隔件12的厚度也可以由于制造误差等而少许不同。

另外,金属间隔件12设置于绝缘层1b的上表面处的距离电路图案1c的端部大于或等于500μm的部位。为了以使得粘接剂9不到达电路图案1c的方式对粘接剂9进行拦截,金属间隔件12具有大于或等于500μm且小于或等于1.0mm的宽度。

如上所述,实施方式2涉及的半导体装置100具有:树脂绝缘铜基座板1,其具有铜基座板1a、在铜基座板1a的上表面设置的绝缘层1b和在绝缘层1b的上表面设置的电路图案1c;半导体元件2,其搭载于树脂绝缘铜基座板1的上表面;壳体4,其经由粘接剂9而与树脂绝缘铜基座板1的外周部接合;封装材料8,其在壳体4的内部将树脂绝缘铜基座板1的上表面以及半导体元件2封装;以及金属间隔件12,其在绝缘层1b的上表面以在俯视观察时将电路图案1c包围的方式设置。

因此,能够通过金属间隔件12而将粘接剂9拦截,所以,能够抑制包含气泡10的粘接剂9到达电路图案1c。即,能够抑制气泡10到达电路图案1c。由此,就半导体装置100而言,能够抑制由于气泡10到达电路图案1c而产生的绝缘不良。其结果,能够实现半导体装置100的长期使用。

另外,金属间隔件12设置于绝缘层1b的上表面处的距离电路图案1c的端部大于或等于500μm的部位。因此,能够抑制气泡10流入至绝缘层1b的上表面处的距离电路图案1c的端部500μm以内。由此,能够确保半导体装置100的所需的大于或等于2500V的绝缘耐压。

另外,金属间隔件12具有大于或等于500μm且小于或等于1.0mm的宽度和与电路图案1c的厚度相同的厚度。因此,能够通过金属间隔件12而更有效地拦截存在于粘接剂9内的气泡10。

另外,在实施方式2涉及的半导体装置的制造方法中,通过在电路图案1c的形成时进行蚀刻,从而形成金属间隔件12,因此,能够与电路图案1c一起形成金属间隔件12。由此,不需要增加新工序就能够在绝缘层1b的上表面设置金属间隔件12。

<实施方式3>

接下来,对实施方式3涉及的半导体装置100进行说明。图3是实施方式3涉及的半导体装置所具有的树脂绝缘铜基座板1及其周围的俯视图。此外,在实施方式3中,对与在实施方式1、2中说明过的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

在实施方式2中,金属间隔件12在绝缘层1b的上表面以在俯视观察时将电路图案1c连续地包围的方式设置,但如图3所示,在实施方式3中,金属间隔件12在绝缘层1b的上表面以在俯视观察时将电路图案1c断续地包围的方式设置。因此,在金属间隔件12每隔规定间隔而设置有间隙12a。

当在成为封装材料8的环氧树脂的固化之前,气泡10存在于在电路图案1c与金属间隔件12之间存在的环氧树脂内的情况下,能够使气泡10经由金属间隔件12的间隙12a而向金属间隔件12的外周侧逃逸。由此,能够使存在于环氧树脂内的气泡10远离电路图案1c。这里,间隙12a形成得比气泡10的大小大,以使得存在于环氧树脂内的气泡10能够通过。

如上所述,就实施方式3涉及的半导体装置100而言,金属间隔件12是断续地设置的。因此,能够抑制存在于成为封装材料8的环氧树脂内的气泡10到达电路图案1c。由此,除了实施方式2的效果以外,就半导体装置100而言,还能够抑制由于存在于环氧树脂内的气泡10到达电路图案1c而产生的绝缘不良。

此外,能够对各实施方式自由地进行组合,或对各实施方式适当地进行变形、省略。

标号的说明

1树脂绝缘铜基座板,1a铜基座板,1b绝缘层,1c电路图案,2半导体元件,4壳体,8封装材料,9粘接剂,11粗糙化图案,12金属间隔件,100半导体装置。

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