半导体装置及半导体装置的制造方法

文档序号:1923906 发布日期:2021-12-03 浏览:24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 仲野逸人 于 2021-03-26 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种半导体装置。其能够抑制封装部件的体积的增加,并且能够将封装部件恰当地渗入壳体内。在半导体装置中,具备被填充到收纳部(32b)而将半导体芯片(25a)和印刷电路基板(37b)封装的封装部件(40b)。封装部件(40b)的正面的封装面的从封装部件(40b)的背面起算的高度在印刷电路基板(37b)侧高于在半导体芯片(25a)侧。由此,封装部件(40b)渗入到收纳部(32b)内,从而能够将半导体芯片(25a)和印刷电路基板(37b)进行恰当地封装。因此,防止在封装部件(40b)内产生空隙等。(The invention provides a semiconductor device. Which can suppress an increase in volume of the package member and can appropriately infiltrate the package member into the case. A semiconductor device is provided with a packaging member (40b) which is filled in a housing section (32b) and packages a semiconductor chip (25a) and a printed circuit board (37 b). The height of the front surface of the package member (40b) from the back surface of the package member (40b) is higher on the printed circuit board (37b) side than on the semiconductor chip (25a) side. Thus, the packaging member (40b) penetrates into the housing section (32b), and the semiconductor chip (25a) and the printed circuit board (37b) can be appropriately packaged. Therefore, the generation of voids and the like in the package member (40b) is prevented.)

半导体装置及半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及半导体装置的制造方法。

背景技术

半导体装置包含功率器件,并被用作电力转换装置。功率器件包括半导体芯片。半导体芯片为例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)、功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)。这样的半导体装置至少包括半导体芯片、配置有该半导体芯片的陶瓷电路基板和印刷电路基板。印刷电路基板在预定的时刻对半导体芯片的栅极输入栅极电压。而且,半导体装置包括将配置有半导体芯片的陶瓷电路基板和印刷电路基板进行收纳的壳体和将壳体内封装的封装部件。壳体包含外部连接端子,上述外部连接端子在端部具备与壳体内的陶瓷电路基板电连接的连接部。外部连接端子的连接部也通过封装部件被封装在壳体内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2017/163583号

发明内容

技术问题

在半导体装置中,通过封装部件将壳体内的配置有半导体芯片的陶瓷电路基板、印刷电路基板、外部连接端子的连接部等进行封装。这种封装通过将熔融状态的封装部件填充到壳体内来进行。但是,根据壳体内的陶瓷电路基板、印刷电路基板、外部连接端子的连接部等的配置位置、形状等,有时会产生封装部件无法充分渗入的部位。这样的部位会变成空隙,导致半导体装置的可靠性降低。

本发明是鉴于这样的情况而完成的,其目的在于提供一种使封装部件能够恰当地渗入壳体内的半导体装置及半导体装置的制造方法。

技术方案

根据本发明的一个观点,提供一种半导体装置,其具备:半导体芯片,其在正面具备主电极;绝缘电路基板,其具有绝缘板和电路图案,上述电路图案形成在上述绝缘板的正面并设置在上述半导体芯片的背面侧;;壳体,其具有框部和印刷电路基板,上述框部具备收纳部,上述收纳部在俯视时开口为矩形,四周被内壁面包围,并收纳上述绝缘电路基板,上述印刷电路基板被设置为呈平板状并从上述内壁面中的一个内壁面向上述收纳部突出;以及封装部件,其被填充到上述收纳部而封装上述半导体芯片和上述印刷电路基板,上述封装部件的正面的封装面的从上述封装部件的背面起算的高度在上述印刷电路基板侧比在于上述半导体芯片侧高。

另外,根据本发明的一个观点,提供一种半导体装置的制造方法,其包括:准备工序,准备半导体芯片、绝缘电路基板、壳体和封装部件,上述半导体芯片在正面具备主电极,上述绝缘电路基板具有绝缘板和形成在上述绝缘板的正面且设置在上述半导体芯片的背面侧的电路图案,上述壳体具有框部和印刷电路基板,上述框部具备在俯视时开口为矩形且四周被内壁面包围的收纳部,上述印刷电路基板被设置为呈平板状并从上述内壁面中的一个内壁面向上述收纳部突出;收纳工序,将上述绝缘电路基板收纳在上述收纳部;以及封装工序,向上述收纳部喷出上述封装部件,而将上述半导体芯片和上述印刷电路基板进行封装,在上述封装工序中,将喷出上述封装部件的喷出口设定在上述收纳部的上方后,从上述喷出口开始喷出上述封装部件,从而一边喷出上述封装部件一边使上述喷出口沿与上述一个内壁面垂直的方向移动来进行封装。

发明效果

上述结构的半导体装置及半导体装置的制造方法能够将封装部件恰当地渗入到壳体内,抑制空隙的产生等,防止可靠性降低。

附图说明

图1是第一实施方式的半导体装置的立体图。

图2是示出由第一实施方式的半导体装置构成的等效电路的电路图。

图3是示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。

图4是第一实施方式的半导体装置中包含的半导体单元的立体图。

图5是第一实施方式的半导体装置中包含的壳体的正面侧的俯视图。

图6是第一实施方式的半导体装置中包含的壳体的背面侧的俯视图。

图7是用于说明第一实施方式的半导体装置的制造方法中包含的布线工序的图。

图8是用于说明第一实施方式的半导体装置的制造方法中包含的封装工序的图。

图9是示出第一实施方式的半导体装置的制造方法中包含的封装工序的流程图。

图10是用于说明第一实施方式的半导体装置中包含的封装部件的图(其1)。

图11是用于说明第一实施方式的半导体装置中包含的封装部件的图(其2)。

图12是示出第二实施方式的半导体装置的制造方法中包含的封装工序的流程图。

图13是用于说明第二实施方式的半导体装置的制造方法中包含的封装工序的图。

图14是第三实施方式的半导体装置的俯视图。

图15是第三实施方式的半导体装置的主要部分的俯视图。

符号说明

10:半导体装置

20,20a:半导体单元

21:陶瓷电路基板

22:绝缘板

22a1,22a2:长边

22a3,22a4:短边

22a5,22a6:角边

23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h:电路图案

24:金属板

25a,25b:半导体芯片

26a,26b:引线框

26a1,26a2,26b1,26b2:接合部

26a3,26b3:布线部

27:接合部件

28:散热板

29:块状部

30:壳体

31:框部

31a,31b:框部长边

31c,31d:框部短边

32a,32b,32c:收纳部

32b1,32b2,32b3,32b4,32f,32g,32h,32i:内壁面

32d,32e:分隔部

32h1:上部内壁面

32h2:台阶部

32h3:下部内壁面

33a,33b,33c:P端子

33a1,33b1,33c1:P连接部

34a,34b,34c:N端子

34a1,34b1,34c1:N连接部

35a:U端子

35a1:U连接部

35b:V端子

35b1:V连接部

35c:W端子

35c1:W连接部

36a,36b,36c:控制端子

37a,37b,37c:印刷电路基板

38,38a,38b:键合线

39:粘结剂

40a,40b,40c:封装部件

41a:输出侧区域

41b,42b:中间区

41c:输入侧区域

42a,42c:收纳长边侧区域

50:分配器

51:喷出口

具体实施方式

以下,使用附图对实施方式进行说明。应予说明,在本实施方式中,正面(上方)表示图1的半导体装置10朝向上侧的面(方向)。作为立体图的图1显示半导体装置10的正面和侧面。例如,将壳体30的收纳部32a,32b,32c进行封装的封装部件40a,40b,40c的封装面是正面(上方)。背面(下方)表示在图1的半导体装置10中朝向下侧的面(方向)。例如,对于壳体30配置有散热板28的面是背面(下方)。在图1以外的正面(上方)和背面(下方)也意味着相同的方向性。

[第一实施方式]

用图1和图2对第一实施方式的半导体装置进行说明。图1是第一实施方式的半导体装置的立体图,图2是示出由第一实施方式的半导体装置构成的等效电路的电路图。应予说明,在图1中,仅对主要结构标注符号。

如图1所示,半导体装置10具备半导体单元(省略图示)、收纳半导体单元的壳体30、以及封装半导体单元的封装部件40a,40b,40c。而且,可以包括散热板28,该散热板28配置有半导体单元并设置在壳体30的背面(在图1中省略图示,参照图11)。应予说明,在后文对半导体单元进行详细地说明。

壳体30在俯视时呈大致矩形,并且具备一对框部长边31a,31b和一对框部短边31c,31d。壳体30沿着一对框部长边31a,31b具备收纳部32a,32b,32c。收纳部32a,32b,32c被分隔部32d,32e分别隔开。分隔部32d,32e被设置为与一对框部短边31c,31d平行,另外,与一对框部长边31a,31b正交。因此,各收纳部32a,32b,32c在俯视时呈大致矩形。半导体单元被分别收纳在收纳部32a,32b,32c,并分别被封装部件40a,40b,40c封装。另外,如收纳部32a的虚线所示,收纳部32a从框部长边31b(收纳部32a的一侧的短边)侧朝向框部长边31a(收纳部32a的另一侧的短边)侧依次设定有输出侧区域41a、中间区41b、输入侧区域41c。应予说明,虽然省略图示,但在收纳部32b,32c中也同样以该顺序设定有输出侧区域41a、中间区41b和输入侧区域41c。另外,如收纳部32c的虚线所示,收纳部32c从框部短边31c(收纳部32c的一侧的长边)侧朝向框部短边31d(收纳部32c的另一侧的短边)侧依次设定有收纳长边侧区域42a、中间区42b、收纳长边侧区域42c。应予说明,虽然省略图示,但收纳部32a,32b也同样以该顺序设定有收纳长边侧区域42a,42c和中间区42b。

封装部件40a,40b,40c将配置在收纳部32a,32b,32c内的半导体单元进行封装。封装部件40a,40b,40c可以是热固性树脂。热固性树脂为例如,环氧树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂、聚酯树脂。优选为环氧树脂。而且,封装部件40a,40b,40c也可以添加有填充剂。填充剂为绝缘性且具有高导热性的陶瓷。这样的填充剂为例如,氧化硅、氧化铝、氮化硼或氮化铝。填充剂含量相对于整个封装部件40a,40b,40c为10体积%以上且70体积%以下。

封装部件40a,40b,40c的封装面与封装部件40a,40b,40c的背面不平行。即,封装部件40a,40b,40c的封装面的从该背面起算的高度在收纳部32a,32b,32c内的各区域中不同。具体来说,在收纳部32a,32b,32c的长边(收纳长边)方向上,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的输出侧区域41a的高度高于中间区41b的高度。应予说明,在后文通过图10对这样的封装部件40a,40b,40c的封装面的在输出侧区域41a、中间区41b、输入侧区域41c的高度进行详细地说明。另外,在收纳部32a,32b,32c的短边(收纳短边)方向上,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的中间区42b的高度高于收纳长边侧区域42a,42c的高度。应予说明,在后文通过图10对这样的封装部件40a,40b,40c的封装面的在收纳长边侧区域42a、中间区42b、收纳长边侧区域42c的高度进行详细地说明。

另外,壳体30在框部长边31a配置有输入端子。具体来说,输入端子是沿框部长边31a所分别具备的P端子33a,33b,33c和N端子34a,34b,34c。另外,壳体30在框部长边31b配置有输出端子,该框部长边31b为壳体30的正面的配置有输入端子的相反侧。具体来说,输出端子是沿着框部长边31b所分别具备的U端子35a、V端子35b和W端子35c。另外,P端子33a和N端子34a与U端子35a以夹着收纳部32a的方式设置。而且,壳体30在收纳部32a的U端子35a侧设置有控制端子36a。另外,P端子33b和N端子34b与V端子35b以夹着收纳部32b的方式设置。而且,壳体30在收纳部32b的V端子35b侧设置有控制端子36b。另外,P端子33c和N端子34c与W端子35c以夹着收纳部32c的方式设置。而且,壳体30在收纳部32c的W端子35c侧设置有控制端子36c。应予说明,这样的端子的另一端部电连接于被收纳在收纳部32a,32b,32c的半导体单元的半导体芯片。例如,控制端子36a,36b,36c的另一端部分别电连接于半导体芯片的栅电极等控制电极。另外,P端子33a,33b,33c、N端子34a,34b,34c、U端子35a、V端子35b、W端子35c的另一端部分别电连接于半导体芯片的发射电极(或源电极)或集电极(或漏电极)等主电极。

散热板28为平板状,并在俯视时呈长方形。另外,散热板28可以在俯视时从背面覆盖壳体30的收纳部32a,32b,32c(参照图11)。这样的散热板28由导热性优异的金属构成。这样的材质为例如铝、铁、银、铜或至少包括它们中的一种的合金。作为这样的合金的示例,也可以是铝-碳化硅(Al-SiC)或镁-碳化硅(Mg-SiC)等金属复合材料。为了提高耐腐蚀性,可以通过镀覆处理等而在散热板28的表面形成例如镍等材料。

而且,可以在壳体30的安装有散热板28的背面安装冷却单元(省略图示)。此时的冷却单元由例如导热性优异的金属构成。金属为铝、铁、银、铜或至少包括它们中的一种的合金等。另外,冷却单元是具备1个以上散热片的散热器或水冷套等。另外,散热板28也可以与这样的冷却单元一体化。

这样的半导体装置10包括如图2所示的作为三相逆变电路的等效电路。应予说明,在图2中示出了使用RC(Reverse Conducting)-IGBT的情况,该RC-IGBT为设置在半导体单元的半导体芯片。另外,图2中的标注于RC-IGBT的符号对应于图4所示的包含在半导体单元20中的半导体芯片25a,25b。在各臂部具备并联连接的两个半导体芯片25a,25b。在构成各相的各半导体单元20中,分别具备四个半导体芯片25a,25b。

在半导体装置10中,P端子33a,33b,33c在收纳部32a,32b,32c内分别电连接于各半导体单元的上臂部的半导体芯片25b的集电极。U端子35a、V端子35b和W端子35c在收纳部32a,32b,32c内电连接于各半导体单元的上臂部的半导体芯片25b的发射电极和下臂部的半导体芯片25a的集电极。另外,N端子34a,34b,34c在收纳部32a,32b,32c内分别电连接于各半导体单元的下臂部的半导体芯片25a的发射电极。由此,半导体装置10作为逆变器发挥功能。

接下来,用图3对这样的半导体装置10的制造方法进行说明。图3是示出第一实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。首先,进行准备半导体装置10所必要的部件的准备工序(图3的步骤S10)。作为必要的部件的一个示例,准备半导体芯片、陶瓷电路基板、壳体30、封装部件、引线框、散热板28等。然后,通过接合部件将半导体芯片和引线框接合于陶瓷电路基板的预定部位。用图4对如此准备的半导体单元20进行说明。图4是包含在第一实施方式的半导体装置中的半导体单元的立体图。半导体单元20包括陶瓷电路基板21以及通过接合部件27(参照图11)配置在陶瓷电路基板21的正面的半导体芯片25a,25b和引线框26a,26b。

陶瓷电路基板21包括绝缘板22、设置在绝缘板22的正面的多个电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g以及设置在绝缘板22的背面的金属板24。绝缘板22和金属板24的角部也可以被倒角处理。在俯视时,多个电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g和金属板24的外形小于绝缘板22的外形,并形成在绝缘板22的内侧。绝缘板22由具备绝缘性、热阻低且导热性优异的材质构成。这样的绝缘板22由陶瓷构成。陶瓷为氧化铝、氮化铝、氮化硅等。这样的绝缘板22的厚度为0.2mm以上且2.5mm以下。

多个电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g由导电性优异的材质构成。作为这样的材质为例如铜、铝或至少包括它们中一种的合金等构成。电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g的厚度优选为0.10mm以上且2.00mm以下,更加优选为0.20mm以上且1.00mm以下。也可以用耐腐蚀性优异的材质对电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g进行镀覆处理。这样的材质为例如镍或含镍的合金等。应予说明,图4所示的电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g的个数、配置位置以及形状为一个示例,不限于这种情况,可以通过适当的设计选择个数、配置位置以及形状。

金属板24由导热性优异的金属构成。作为这样的材质为例如由铜、铝或至少包括它们中的一种的合金等构成。金属板24的厚度优选为0.10mm以上且2.00mm以下,更加优选为0.20mm以上且1.00mm以下。另外,为了提高耐腐蚀性,例如,也可以通过镀覆处理等在金属板24的表面形成镍等材料。

半导体芯片25a,25b是由硅、碳化硅或氮化镓构成的功率器件。如前文所述,半导体芯片25a,25b是RC-IGBT。RC-IGBT是由作为开关元件的IGBT和作为二极管元件的FWD(Free Wheeling Diode:续流二极管)设置在一个芯片内而成。这样的半导体芯片25a,25b例如在背面具备作为主电极的集电极(正极电极)和阳电极,在正面具备作为控制电极的栅极电极以及作为主电极的发射电极(负极电极)和阴电极。或者,半导体芯片25a(或半导体芯片25b)可以将开关元件和二极管元件分别设为不同的芯片。此时,开关元件为功率MOSFET、IGBT等。这样的半导体芯片25a(或半导体芯片25b)例如,在背面具备作为主电极的漏电极(正极电极、在IGBT中是集电极),在正面具备作为控制电极的栅电极和作为主电极的源电极(负极电极、在IGBT中是发射电极)。另外,二极管元件是SBD(Schottky BarrierDiode:肖特基势垒二极管)、PiN(P-intrinsic-N)二极管等FWD。这样的半导体芯片25a(或半导体芯片25b)在背面具备作为主电极的阴电极,在正面具备作为主电极的阳电极。半导体芯片25a,25b的厚度为80μm以上且500μm以下,例如,为200μm。应予说明,图4示出在陶瓷电路基板21上分别配置有两个构成下臂部的半导体芯片25a和两个构成上臂部的半导体芯片25b的情况。不限于本例的情况,也可以通过适当的设计配置多组。

半导体芯片25a,25b的背面侧通过接合部件27接合在预定的电路图案23a,23c上。应予说明,接合部件27为焊料或烧结体。焊料由预定的合金作为主成分的无铅焊料构成。另外,通过烧结进行接合时的烧结材料为例如银、铁、铜、铝、钛、镍、钨、钼的粉末。

引线框26a,26b由导电性优异的材质构成。作为这样的材质由例如铜、铝或至少包括它们中的一种的合金等构成。引线框26a,26b的厚度优选为0.2mm以上且4.0mm以下,更加优选为0.5mm以上且1.5mm以下。另外,为了提高耐腐蚀性,例如,也可以通过镀覆处理等在引线框26a,26b的表面形成镍等材料。这样的引线框26a,26b以一体接合的方式包括接合部26a1,26b1、布线部26a3,26b3和接合部26a2,26b2。接合部26a1,26b1通过接合部件27接合于半导体芯片25a,25b的正面的负极电极。接合部26a2,26b2通过接合部件27接合于电路图案23a,23b。布线部26a3,26b3将这样的接合部26a1,26a2,26b1,26b2电连接。应予说明,布线部26a3,26b3位于与陶瓷电路基板21的正面平行的位置。

接下来,使用图5和图6对在该准备工序中准备的壳体30进行说明。图5是第一实施方式的半导体装置所包含的壳体的正面侧的俯视图,图6是第一实施方式的半导体装置所包含的壳体的背面侧的俯视图。

壳体30在俯视时呈矩形,包括将从壳体30的正面贯穿至背面的开口包围的框部31、安装于框部31的P端子33a,33b,33c、N端子34a,34b,34c、U端子35a、V端子35b、W端子35c、控制端子36a,36b,36c和印刷电路基板37a,37b,37c。框部31的外形呈平板状,具备对置的一对框部长边31a,31b和与框部长边31a,31b正交且对置的一对框部短边31c,31d。框部31在框部长边31a,31b的内壁面之间和框部短边31c,31d的内壁面之间,沿着框部长边31a,31b和框部短边31c,31d开口。即,开口在俯视时呈与框部31直角平行的矩形。在框部31,沿着框部长边31a,31b包含通过该开口被分隔部32d,32e分隔而构成的三个收纳部32a,32b,32c。收纳部32a还具备:对置的一对收纳长边侧的内壁面32f,32g(参照图5)和与内壁面32f,32g正交且对置的一对收纳短边侧的内壁面32h,32i(参照图6)。这里虽然仅对收纳部32a标注符号,但收纳部32b,32c也同样具备收纳长边侧的内壁面32f,32g和收纳短边侧的内壁面32h,32i。应予说明,收纳部32a,32b,32c在俯视时的形状对应于半导体单元20的陶瓷电路基板21的形状。本实施方式的收纳部32a,32b,32c在俯视时角部被倒角。配置有后述的P连接部33a1,33b1,33c1和N连接部34a1,34b1,34c1的一个内壁面32i的倒角大于配置有印刷电路基板37a,37b,37c的另一个内壁面32h的倒角。即,另一个内壁面32h的长度大于一个内壁面32i的长度。不限于这种情况,实际也可以呈矩形。

这样的框部31通过在预定的金属模具设置P端子33a,33b,33c、N端子34a,34b,34c、U端子35a、V端子35b、W端子35c、控制端子36a,36b,36c和印刷电路基板37a,37b,37c后注入含有填充剂的热塑性树脂的喷射成型来形成。应予说明,作为这样的树脂,有聚苯硫醚(PPS)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)树脂、聚酰胺(PA)树脂或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂等。填充剂为氧化硅、氧化铝、氮化硼或氮化铝。特别地,框部31使用包含任意填充剂的PPS树脂。

P端子33a,33b,33c沿着框部31的框部长边31a分别与收纳部32a,32b,32c(内壁面32i)对应地一体成形。P端子33a,33b,33c在端部具备P连接部33a1,33b1,33c1。P连接部33a1,33b1,33c1呈平板状,从内壁面32i分别垂直地向收纳部32a,32b,32c内突出。

N端子34a,34b,34c沿着框部31的框部长边31a分别与收纳部32a,32b,32c(内壁面32i)对应地一体成形。N端子34a,34b,34c分别与P端子33a,33b,33c相邻。另外,N端子34a,34b,34c比P端子33a,33b,33c更向外侧突出。这样的N端子34a,34b,34c在端部具备N连接部34a1,34b1,34c1。N连接部34a1,34b1,34c1为平板状,从内壁面32i垂直地向收纳部32a,32b,32c内突出。另外,N连接部34a1,34b1,34c1也分别与P连接部33a1,33b1,33c1相邻。

U端子35a、V端子35b、W端子35c在框部31的正面沿着框部长边31b而分别与收纳部32a,32b,32c(内壁面32h)对应地一体成形。U端子35a、V端子35b、W端子35c在端部具备U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1。U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1为平板状,并且从内壁面32h的大致中心部与内壁面32h垂直地向收纳部32a,32b,32c内突出。另外,U端子35a、V端子35b、W端子35c分别隔着收纳部32a,32b,32c而与P连接部33a1,33b1,33c1和N连接部34a1,34b1,34c1对置。

控制端子36a,36b,36c分别为棒状,且截面呈圆形或矩形。这样的控制端子36a,36b,36c的一端沿着框部31的正面的收纳部32a,32b,32c的内壁面32h,在内壁面32h的附近以向上方延伸出的方式形成为多个。控制端子36a,36b,36c的另一端埋入壳体内并且在壳体内电连接于印刷电路基板37a,37b,37c。

应予说明,P端子33a,33b,33c、N端子34a,34b,34c、U端子35a、V端子35b、W端子35c和控制端子36a,36b,36c由导电性优异的材质构成。作为这样的材质为由例如铜、铝或至少包括它们中的一种的合金等构成。P端子33a,33b,33c、N端子34a,34b,34c和U端子35a、V端子35b、W端子35c的厚度优选为0.2mm以上且4.0mm以下,更加优选为0.5mm以上且1.5mm以下。另外,为了提高耐腐蚀性,也可以通过镀覆处理等在P端子33a,33b,33c、N端子34a,34b,34c、U端子35a、V端子35b、W端子35c和控制端子36a,36b,36c的表面形成例如镍等材料。

印刷电路基板37a,37b,37c为平板状,在收纳部32a,32b,32c中配置于作为输出端子的U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1侧的内壁面32h。而且,印刷电路基板37a,37b,37c在内壁面32h中,分别设置于作为输出端子的U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1的两侧的内壁面32h且收纳部32a,32b,32c的角部。印刷电路基板37a,37b,37c从内壁面32h以印刷电路基板37a,37b,37c的背面与收纳部32a,32b,32c的开口对置的方式垂直于内壁面32h而向收纳部32a,32b,32c突出。另外,从印刷电路基板37a,37b,37c的从壳体30(封装部件40a,40b,40c)的背面起算的高度低于U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1的从壳体30(封装部件40a,40b,40c)的背面起算的高度。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的印刷电路基板37a,37b,37c的高度比U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1的高度低。

印刷电路基板37a,37b,37c呈绝缘层和相对于该绝缘层由导电性材料构成的电路层层叠而成的多层结构。绝缘层以玻璃环氧树脂或酚醛树脂作为主成分。电路层的导电性材料例如以铜作为主要成分。为了提高耐腐蚀性,这样的印刷电路基板37a,37b,37c的表面还覆盖有抗蚀膜,并且在正面排列有多个电连接于电路层的电极。另外,印刷电路基板37a,37b,37c形成有多个贯穿孔。控制端子36a,36b,36c的另一端分别插入该贯穿孔中。此时,控制端子36a,36b,36c通过焊料粘着于贯穿孔,而电连接于印刷电路基板37a,37b,37c。或者,控制端子36a,36b,36c也可以被压入贯穿孔。控制端子36a,36b,36c在框部31内插入贯穿孔。这样的印刷电路基板37a,37b,37c也与框部31一体成形。

接下来,进行将半导体单元20分别收纳于壳体30的收纳部32a,32b,32c,而将各端子与半导体单元20电连接的收纳工序(图3中的步骤S11)。将半导体单元20分别通过接合部件27以与收纳部32a,32b,32c对应的方式配置于散热板28。在配置有半导体单元20的散热板28上,以使半导体单元20被收纳于收纳部32a,32b,32c的方式配置壳体30。应予说明,壳体30通过粘结剂39(参照图11)被接合于散热板28。

在如此被收纳在收纳部32a的半导体单元20中,半导体芯片25a,25b向收纳部32a的中央部侧与构成收纳部32a的各内壁面分离。而且,半导体芯片25a,25b向收纳部32a的中央部侧与设置有印刷电路基板37a的内壁面32h分离。在被收纳在收纳部32b,32c的半导体单元20中,同样地,半导体芯片25a,25b向中央部侧与构成收纳部32b,32c的各内壁面分离。

被收纳在收纳部32a的半导体单元20的N连接部34a1通过块状部29(参照图8、图11)电连接于电路图案23b。P连接部33a1通过块状部29电连接于电路图案23c。而且,U连接部35a1通过块状部29电连接于电路图案23a。同样地,被收纳在收纳部32b的半导体单元20的N连接部34b1通过块状部29电连接于电路图案23b。P连接部33b1通过块状部29电连接于电路图案23c。而且,V连接部35b1通过块状部29电连接于电路图案23a。同样地,被收纳在收纳部32c的半导体单元20的N连接部34c1通过块状部29电连接于电路图案23b。P连接部33c1通过块状部29电连接于电路图案23c。而且,W连接部35c1通过块状部29电连接于电路图案23a。应予说明,各块状部29的背面侧可以预先通过焊料和/或烧结金属等接合部件接合在预定的电路图案23a,23c上。另外,各块状部29可以通过焊料和/或烧结金属等接合部件被接合于各端子的P连接部33a1,33b1,33c1、N连接部34a1,34b1,34c1和U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1。或者,各块状部29可以利用激光等直接接合于各端子的P连接部33a1,33b1,33c1、N连接部34a1,34b1,34c1和U连接部35a1、V连接部35b1、W连接部35c1。应予说明,块状部29由导电性优异的材质构成。作为这样的材质为由例如铜、铝或至少包括它们中的一种的合金等构成。块状部29的厚度对应于各连接部与各电路图案之间的间隙。另外,为了提高耐腐蚀性,也可以通过镀覆处理等在块状部29的表面形成例如镍等材料。

接下来,进行通过键合线将被收纳在壳体30的半导体单元20与印刷电路基板37a,37b,37c进行布线的布线工序(图3中的步骤S12)。用图7对该布线工序进行说明。图7是用于说明第一实施方式的半导体装置的制造方法所包含的布线工序的图。在步骤S11中,在收纳有半导体单元20的壳体30的收纳部32a中,通过键合线38将印刷电路基板37a与各半导体芯片25a栅电极电连接。并且,通过键合线38将印刷电路基板37a与各半导体芯片25b的栅电极电连接。另外,同样地,在收纳有半导体单元20的壳体30的收纳部32b,32c中,通过键合线38将印刷电路基板37b,37c与半导体芯片25a的栅电极电连接。并且,通过键合线38将印刷电路基板37b,37c与半导体芯片25b的栅电极电连接。

接下来,进行用封装部件对壳体30的收纳部32a,32b,32c封装的封装工序(图3中的步骤S13)。用图8和图7对该封装工序进行说明。图8是用于说明第一实施方式的半导体装置的制造方法所包含的封装工序的图。应予说明,图8示出图7的单点划线X-X上的截面图。但是省略引线框26a,26b和键合线38的图示。另外,尽管图8示出收纳部32b的情况,但收纳部32a,32c也是同样。

对壳体30的收纳部32a,32b,32c的封装使用封装装置。在封装装置中具备例如从喷出口喷出封装部件的分配器以及控制分配器的移动速度、单位时间内的封装部件的喷出量等的控制装置(例如,CPU(Central Processing Unit:中央处理器))。封装部件能够使用液态的热固化性树脂。这样的材质的粘度为1000mPa·s以上且70000mPa·s以下。另外,封装部件也可以使用包括主剂和固化剂的二液型树脂。例如,能够使用环氧树脂主剂与聚胺系固化剂、酸酐系固化剂、酚醛系固化剂和硫醇系固化剂等固化剂。例如,分配器将主剂和固化剂从不同的管供给到同一个注射器内,使其混合后喷出。例如,封装收纳部32b时,使在分配器50从图7和图8所示的开始位置(“S”)到折返位置(“T”)之间往返的同时从喷出口51喷出溶融的封装部件。应予说明,分配器50的扫描位置沿着图7和图8所示的虚线的箭头在“S”至“T”之间的相同的位置往返。应予说明,“S”是V端子35b的V连接部35b1的上方。如果是收纳部32a,32c的情况,同样地,“S”是U端子35a的U连接部35a1和W端子35c的W连接部35c1的上方。另外,“T”是与“S”隔着收纳部32a,32b,32c而对置的位置。

此时,在封装装置中,能够以改变被喷出的封装部件的单位时间内的喷出量的方式从喷出口51喷出。或者,分配器50的扫描(移动)速度能够随意控制。在步骤S12的布线工序后,如果在封装装置设置收纳有半导体单元20的壳体30,则通过分配器50从喷出口51向收纳部32a,32b,32c喷出封装部件。如此填充在收纳部32a,32b,32c中的封装部件通过主剂和固化剂的反应而固化,由此收纳部32a,32b,32c被封装部件40a,40b,40c封装,而得到图1所示的半导体装置10。另外,也可以根据需要加热来促进固化。

这里,用图9至图11以及图7和图8对图3的步骤S13的封装工序的详细内容进行说明。图9是示出第一实施方式的半导体装置的制造方法所包含的封装工序的流程图。图10和图11是用于说明第一实施方式的半导体装置所包含的封装部件的图。应予说明,尽管在图9中对针对收纳部32b的封装工序进行说明,但是对收纳部32a,32c也同样地进行封装工序。另外,图10和图11是用于说明针对收纳部32b的封装部件40b的形状的图。因此,在图10和图11中,对半导体单元20仅记载了确定封装部件40b的形状所需要的部件。另外,图10的(A)表示被封装时的图7的单点划线Y-Y处的截面图,图10的(B)表示被封装时的图7的单点划线X-X处的截面图。另外,在图10中,仅表示封装部件40b的情况,封装部件40a,40c也同样。在图10的(A)中,对应于图1记载的收纳长边侧区域42a,42c和中间区域42b。在图10的(B)和图11中,对应于图1记载的输出侧区域41a、中间区41b和输入侧区域41c。另外,图11示出图10的(B)的右侧的放大图。

如图7和图8所示,首先,将分配器50设定在收纳部32b的内壁面32h侧的开始位置(“S”)(图9的步骤S13a)。例如,开始位置(“S”)可以如图8所示在从与分配器50的移动方向平行的内壁面32g(收纳长边侧)侧视时印刷电路基板37b(以及V连接部35b1)的上方。此时,分配器50的喷出口51处于朝向半导体单元20侧的状态。然后,在设定在“S”的状态下,分配器50开始从喷出口51喷出熔融状态的封装部件(图9的步骤S13b)。应予说明,单位时间内从喷出口51喷出的封装部件的喷出量为例如0.5m1/sec以上且4.0m1/sec以下。然后,分配器50在喷出封装部件的同时,从“S”向折返位置(“T”)以预定速度移动(图9的步骤S13c)。例如,折返位置(“T”)可以如图8所示在从收纳长边侧侧视时与印刷电路基板37b相反侧的侧面延伸出的N连接部34b1(以及P连接部33b1)的上方。应予说明,此时的预定速度为例如0.5cm/秒以上且4.0cm/秒以下。然后,如果分配器50到达“T”,则将移动方向转换为向“S”侧的方向(图9的步骤S13d)。此时,封装装置的控制装置将分配器50的在“S”与“T”之间的移动次数增加一次。应予说明,在“S”与“T”之间的移动次数被计算为每从“S”移动到“T”或从“T”移动到“S”就增加一次而得的移动次数。然后,分配器50在喷出封装部件的同时,从“T”向“S”以预定速度移动(图9的步骤S13e)。此时的预定速度可以与从“S”向“T”移动的速度相同,为0.5cm/秒以上且4.0cm/秒以下。

然后,如果分配器50到达“S”,则将移动方向转换为向“T”侧的方向,而且,停留预定时间。(图9的步骤S13f)。此时,封装装置的控制装置将分配器50的在“S”与“T”之间的移动次数增加一次。分配器50在停留预定时间期间,也从喷出口51喷出封装部件。应予说明,此时的预定时间为0.5秒以上且2.0秒以下。因此,在包括收纳部32b的“S”在内的“S”的附近,封装部件的填充量变得比其他部位多。然后,分配器50在喷出封装部件的同时,从“S”向着“T”以预定速度移动(图9的步骤S13g)。

然后,如果分配器50到达“T”,则将移动方向转换为向“S”侧的方向(图9的步骤S13h)。此时,封装装置的控制装置将在分配器50的“S”与“T”之间的移动次数增加一次。然后,控制装置对到此为止的总移动次数是否超过预定次数进行判断(图9的步骤S13i)。当总移动次数在预定次数以下时(未超过的情况下),再次执行步骤S13e。如此,分配器50在“S”与“T”之间进行往返移动。当总移动次数超过预定次数时,执行步骤S13j。应予说明,设定为总移动次数在四次以上且十次以下,在“S”与“T”之间往返两次以上且五次以下。

然后,分配器50在喷出封装部件的同时,从“T”向“S”以预定速度移动(图9的步骤S13j)。然后,如果分配器50到达任意的停止位置,则停止喷出和移动(图9的步骤S13k)。应予说明,虽然该停止位置也可以是“S”,但在“S”至“T”之间即可,不必须是“S”。并且,如果封装部件凝固,则收纳部32b被封装部件40b封装。另外,与上述相同,收纳部32a,32c也被封装部件40a,40c封装。

在从与分配器50的移动方向垂直的内壁面32i或内壁面32h(框部短边31c,31d侧)进行侧视时,如图10的(A)所示,这样封装收纳部32b的封装部件40b的从中间区42b的封装部件40b的底面起算的高度高于从收纳长边侧区域42a,42c的封装部件40b的底面起算的高度。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的中间区42b的高度比收纳长边侧区域42a,42c的高度高。在收纳部32b中填充封装部件40b时,使分配器50在中间区42b的上方沿着内壁面32f,32g往返的同时使封装部件喷出到中间区42b。因此,喷出到中间区42b的封装部件流至中间区42b的两侧的收纳长边侧区域42a,42c。通过反复如此进行,中间区42b的封装部件的量变得多于收纳长边侧区域42a,42c的封装部件的量。并且,在已凝固的封装部件40b中,中间区42b的厚度大于收纳长边侧区域42a,42c的厚度,以从中间区42b到收纳长边侧区域42a,42c侧变低的方式单调倾斜。

另外,在从与分配器50的移动方向平行的内壁面32f或内壁面32g(收纳长边侧)进行侧视时,如图10的(B)所示,封装收纳部32b的封装部件40b的从输出侧区域41a的封装部件40b的底面起算的高度高于从中间区41b的封装部件40b的底面起算的高度。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的输出侧区域41a的高度比中间区41b的高度高。另外,从中间区41b的封装部件40b的底面起算的高度等于或高于输入侧区域41c的封装部件40b的底面起算的高度。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的中间区41b的高度与输入侧区域41c的高度相同或高于输入侧区域41c的高度。如上所述,在将封装部件40b填充至收纳部32b时,在使分配器50在中间区42b(图10的(A))的上方沿着内壁面32f,32g往返的同时使封装部件喷出至中间区42b。在该情况下,分配器50在包括开始位置(“S”)的输出侧区域41a中转换方向时,在该位置停留预定时间。另一方面,分配器50在包括折返位置(“T”)的输入侧区域41c中转换方向时不停留,而是向“S”侧移动。通过反复如此进行,输出侧区域41a的封装部件的量多于中间区41b的封装部件的量。另外,中间区41b的封装部件的量等于或多于输入侧区域41c的封装部件的量。并且,在已凝固的封装部件40b中,厚度(体积)随着从输出侧区域41a向输入侧区域41c减小,以从输出侧区域41a到中间区41b变低的方式单调倾斜。另外,从中间区41b到输入侧区域41c侧相等或以变低的方式单调倾斜。

应予说明,可以通过改变分配器50在单位时间内的喷出量,从而实现根据封装部件40b的位置来改变其厚度。例如,使分配器50在中间区42b(图10的(A))的上方沿内壁面32f,32g以恒定速度往返时,在输出侧区域41a中使单位时间内的喷出量增加,并且随着在中间区41b、输入侧区域41c中使喷出量减少。由此,可得到图10的(B)所示的封装部件40b。或者,也可以通过改变分配器50的移动速度,从而实现根据封装部件40b的位置来改变其厚度。例如,在使分配器50在中间区42b(图10的(A))的上方沿着内壁面32f,32g往返时,在输出侧区域41a中减慢分配器50移动速度,并且随着在中间区41b、输入侧区域41c中加快移动速度。应予说明,单位时间内的喷出量恒定。在这种情况下,也可以得到如图10的(B)所示的封装部件40b。

另外,在俯视时,本实施方式的收纳部32a,32b,32c配置有印刷电路基板37a,37b,37c。这些收纳部32a,32b,32c在另一侧的内壁面32h的角部被倒角。因此,与未经倒角的矩形时相比,能够使输出侧区域41a的封装部件40b变得更厚。例如,另一侧的内壁面32h的长度可以是未经倒角的矩形情况下的长度的80%以上且99%以下。因此,在本实施方式中,另一侧的内壁面32h的长度与未经倒角的矩形的情况相比,能够使输出侧区域41a的封装部件40b变得更厚。

在这样得到的封装部件40b的输出侧区域41a的附近,如图11所示,封装部件40b将在壳体30的内壁面32h所包含的上部内壁面32h1、V连接部35b1的正面、在壳体30的内壁面32h所包含的台阶部32h2的印刷电路基板37b的正面进行封装。另外,封装部件40b还渗入陶瓷电路基板21的侧部。而且,封装部件40b无空隙地渗入到V连接部35b1和印刷电路基板37b的下方与在壳体30的内壁面32h所包含的下部内壁面32h3之间。

在用封装部件对被收纳在壳体30的收纳部32b的半导体单元20进行封装时,封装部件难以渗入到印刷电路基板37b的背面与下部内壁面32h3之间,容易产生空隙。如此,如果封装部件喷出到收纳部32b的内壁面32h侧,则配置于内壁面32h的中央部的V连接部35b1首先被封装。另一方面,印刷电路基板37b配置于V连接部35b1的两侧且比V连接部35b1更靠近下方的位置。因此,印刷电路基板37b的背面与下部内壁面32h3之间是封装树脂最后达到的位置,容易产生空隙。如上所述,在封装工序中,封装部件在开始位置(“S”)附近比其他位置被喷出得更多。因此,难以渗入到此,能够充分渗入到印刷电路基板37b的背面与下部内壁面32h3之间。

另外,在封装部件40b的中间区41b中,陶瓷电路基板21的正面上的引线框26a、半导体芯片25a等被封装。在封装部件40b的中间区41b中,从引线框26a的布线部26a3的正面至封装部件40b的封装面为止的距离H1为0.5mm以上且4.0mm以下。而且,封装部件40b的输出侧区域41a的封装面是从距离H1进一步向上距离H2的面。距离H2为0.5mm以上且4.0mm以下。这样被收纳在收纳部32b的半导体单元20从正面侧被可靠地封装。应予说明,图示省略的封装部件40b的输入侧区域41c也被同样封装。

上述半导体装置10具备半导体芯片25a,25b和陶瓷电路基板21,半导体芯片25a,25b在正面具备主电极,陶瓷电路基板21具有绝缘板和电路图案23a,23c,电路图案23a,23c形成在绝缘板22的正面,并设置在半导体芯片25a,25b的背面侧。半导体装置10具备壳体30,壳体30具有框部31和印刷电路基板37a,37b,37c,框部31具备收纳部32a,32b,32c,收纳部32a,32b,32c在俯视时开口为矩形,四周被内壁面包围,并收纳陶瓷电路基板21,印刷电路基板37a,37b,37c被设置为呈平板状,并从内壁面32h向收纳部32a,32b,32c突出。半导体装置10还具备填充在收纳部32a,32b,32c而将半导体芯片25a,25b和印封装刷电路基板37a,37b,37c封装的封装部件40a,40b,40c。此时,封装部件40a,40b,40c的正面的封装面的从封装部件40a,40b,40c的背面起算的高度在印刷电路基板37a,37b,37c侧比在半导体芯片25a,25b侧高。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的封装部件40a,40b,40c的高度在印刷电路基板37a,37b,37c侧比在半导体芯片25a,25b侧高。由此,封装部件40a,40b,40c能够渗入到收纳部32a,32b,32c内,而将半导体芯片25a,25b和印刷电路基板37a,37b,37c进行恰当地封装。因此,防止封装部件40a,40b,40c内产生空隙等。另外,为了实现这样的封装,封装部件40a,40b,40c仅在印刷电路基板37a,37b,37c侧的厚度变厚,而不是将封装部件40a,40b,40c整体变厚。因此,能够一定程度上抑制因半导体装置10热变形而导致在整个半导体装置10产生的热应力的增大。由此,能够抑制半导体装置10的可靠性降低。

[第二实施方式]

在第二实施方式中,进行与第一实施方式不同的封装工序。用图12和图13对该封装工序进行说明。应予说明,第二实施方式的半导体装置10(省略图示)形成为与第一实施方式的半导体装置10相同的构成。但是,封装部件40a,40b,40c的形状不同。图12是示出第二实施方式的半导体装置的制造方法所包含的封装工序的流程图。图13是用于说明第二实施方式的半导体装置的制造方法所包含的封装工序的图。应予说明,图13对应图10的(B)。即,封装收纳部32b的封装部件40b是从与分配器50的移动方向平行的内壁面32f或内壁面32g(收纳长边侧)进行侧视的。

图12所示的流程图中进行步骤S13h1来代替图9的流程图的步骤S13h。即,在步骤S13g中,如果喷出封装部件的同时从“S”向着“T”以预定速度移动的分配器50到达“T”,则将移动方向转换为向着“S”侧的方向,进而停留预定时间(图12的步骤S13h1)。在第二实施方式中,分配器50与在“S”转换方向后停留预定时间相同,也在“T”转换方向后停留预定时间。例如,开始位置(“S”)或折返位置(“T”)可以是从与对应图8的分配器50的移动方向平行的内壁面32g(收纳长边侧)进行侧视时,印刷电路基板37b(和V连接部35b1)的上方,或印刷电路基板37b相反侧的侧面延伸出的N连接部34b1(和P连接部33b1)的上方中的任一方。另外,在“S”和“T”进行方向转换后的停留时间可以在与印刷电路基板37b(和V连接部35b1)的上方对应的折返位置比在在其相反侧的折返位置长。对于其他工序,执行与第一实施方式相同的工序。经过这样的封装工序,封装收纳部32b的封装部件40b,如图13所示,从输出侧区域41a的封装部件40b的底面起算的高度变得高于从中间区41b的封装部件40b的底面起算的高度。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的输出侧区域41a的高度比中间区41b的高度高。

另外,从输入侧区域41c的封装部件40b的底面起算的高度也变得高于从中间区41b的封装部件40b的底面起算的高度。

如上所述,在向收纳部32b填充封装部件40b时,使分配器50在中间区42b(参照图10的(A))的上方沿着内壁面32f,32g往返的同时,向中间区42b喷出封装部件。在该情况下,分配器50在包括“S”的输出侧区域41a中转换方向时,在该位置停留预定时间。而且,在第二实施方式中,分配器50在包括“T”的输入侧区域41c中转换方向后,也在该位置停留预定时间。由于反复如此进行,输出侧区域41a的封装部件的量变得多于中间区41b的封装部件的量,输入侧区域41c的封装部件的量变得多于中间区41b的封装部件的量。并且,在已凝固的封装部件40b中,厚度(体积)随着从输出侧区域41a向中间区41b减少,以从输出侧区域41a到中间区41b变低的方式单调倾斜。另一方面,厚度(体积)随着从输入侧区域41c向中间区41b减小,以从输入侧区域41c到中间区41b变低的方式单调倾斜。因此,封装部件40b整体上呈凹形。

应予说明,如上所述,通过改变分配器50在单位时间内的喷出量,也可实现根据封装部件40b位置而改变其厚度。例如,在使分配器50在中间区42b(图10的(A))的上方沿内壁面32f,32g往返时,在输出侧区域41a中,使单位时间内的喷出量增加,随着在中间区41b中使喷出量减少,而且,在输入侧区域41c中,使单位时间内的喷出量增加。由此,得到如图13所示的封装部件40b。或者,如上所示,也可以通过改变分配器50的移动速度,来实现根据封装部件40b的位置而使其厚度变化。例如,使分配器50在中间区42b(图10的(A))的上方沿着内壁面32f,32g往返时,在输出侧区域41a中移动速度减慢,随着在中间区41b中移动速度加快,随着在输入侧区域41c中移动速度再次减慢。这种情况下,也可以得到图11所示的封装部件40b。

另外,配置有P连接部33a1,33b1,33c1和N连接部34a1,34b1,34c1的一侧的内壁面32i的角部也可以被倒角。通过这样处理,与未被倒角的情况相比,能够使输入侧区域41c的封装部件40b增厚。此时,在已凝固的封装部件40b中,以从中间区41b到输入侧区域41c侧变高的方式单调倾斜。另外,一侧的内壁面32i的倒角可以大于另一侧的内壁面32h的倒角。即,另一侧的内壁面32i的长度短于一侧的内壁面32h的长度。例如,另一侧的内壁面32h的长度可以是未被倒角的矩形时的长度的80%以上且99%以下,一侧的内壁面32i的长度可以是未被倒角的矩形时的长度的40%以上且小于80%。通过这样处理,如图13所示,从输出侧区域41a和输入侧区域41c的封装部件40b的底面起算的高度高于从中间区41b的封装部件40b的底面起算的高度。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的输出侧区域41a和输入侧区域41c的高度比中间区41b的高度高。

应予说明,在第一实施方式中,也可以对配置有P连接部33a1,33b1,33c1和N连接部34a1,34b1,34c1的一侧的内壁面32i的角部进行倒角。在第一实施方式中,如图10所示的那样,将输出侧区域41a中的封装部件40b进一步增厚。在这种情况下的第一实施方式中,能够使对应输入侧区域41c的封装部件40b的量与角部未进行倒角的情况相比减少。如上所述,为了减少封装部件的量,可以通过使分配器50的在输入侧区域41c的移动速度变快,或使从输入侧区域41c处的分配器50的喷出口51的喷出量减少。

在上述的半导体装置10中,封装部件40a,40b,40c的正面的封装面的从封装部件40a,40b,40c的背面起算的高度在印刷电路基板37a,37b,37c侧和隔着收纳部32a,32b,32c而与印刷电路基板37a,37b,37c对置的一侧比在半导体芯片25a,25b侧高。具体来说,作为半导体芯片25a,25b的厚度方向而从背面向正面的封装部件40a,40b,40c的高度在印刷电路基板37a,37b,37c侧和隔着收纳部32a,32b,32c而与印刷电路基板37a,37b,37c对置的一侧比在半导体芯片25a,25b侧高。由此,封装部件40a,40b,40c能够渗入收纳部32a,32b,32c内,而对半导体芯片25a,25b和印刷电路基板37a,37b,37c以及与印刷电路基板37a,37b,37c对置的区域进行恰当的封装。因此,防止封装部件40a,40b,40c内产生空隙等。另外,为了实现这样的封装,仅增厚封装部件40a,40b,40c在印刷电路基板37a,37b,37c侧和与印刷电路基板37a,37b,37c对置的区域的厚度,而不是增厚封装部件40a,40b,40c整体。因此,能够一定程度抑制因半导体装置10热变形而在整个半导体装置10产生的热应力的增大。由此,能够抑制半导体装置10的可靠性降低。

[第三实施方式]

在第三实施方式中,用图14和图15对收纳在壳体30的收纳部32a,32b,32c的陶瓷电路基板21的俯视时的面积小于第一实施方式的陶瓷电路基板21的俯视时的面积的情况进行说明。图14是第三实施方式的半导体装置的俯视图,图15是第三实施方式的半导体装置的主要部分的俯视图。应予说明,图14和图15省略了封装部件的图示。图15放大地表示被图14的虚线包围的收纳部32b的附近。另外,图14和图15的壳体30与第一实施方式的壳体30(图5和图6)相同。图14和图15的半导体单元20a的尺寸不同于形成为与第一实施方式的半导体单元20(图4)相同构成的半导体单元的尺寸。在图14和图15中,对说明中所使用的构成标注符号。应予说明,图14中示出的壳体30的框部长边31a与第一实施方式的壳体30的框部长边31a的不同之处仅在于,图14的框部长边31a平坦。图14中示出的壳体30的框部长边31a的其他方面与第一实施方式的壳体30的框部长边31a相同。

在第三实施方式的半导体装置10中,如图14所示,半导体单元20a被分别收纳在壳体30的收纳部32a,32b,32c中。此时,与第一实施方式的情况相比,半导体单元20a被留有空隙地收纳在收纳部32a,32b,32c中。

虽然半导体单元20a形成为与半导体单元20具有相同的构成,但陶瓷电路基板21包含的绝缘板22的尺寸小于半导体单元20包含的绝缘板22的尺寸。关于绝缘板22的尺寸在后文进行叙述。应予说明,如图15所示,绝缘板22被对置的一对长边22a1,22a2、短边22a3,22a4和角边22a5,22a6包围。短边22a3与一对长边22a1,22a2正交。短边22a4与短边22a3对置。短边22a4的(±X方向上的)长度小于短边22a3的(±X方向上的)长度。角边22a5,22a6将一对长边22a1,22a2和短边22a4连接。

另外,多个电路图案23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g如上所述地形成在绝缘板22的正面。相对于绝缘板22的正面,电路图案23a,23c从短边22a3向短边22a4的方向(±Y方向)上,进一步沿着长边22a1,22a2,分别形成在长边22a1,22a2侧。电路图案23a,23c在其中间附近,形成有向长边22a1,22a2侧开口而成的凹部。半导体芯片25a,25b隔着该凹部地分别接合于电路图案23a,23c。

电路图案23e,23d在电路图案23a的该凹部沿着长边22a1形成在长边22a1侧。电路图案23f,23g在电路图案23b的该凹部沿着长边22a2形成在长边22a2侧。另外,电路图案23b,23h也在从短边22a3向着短边22a4的方向(±Y方向)上,沿着长边22a1,22a2形成在绝缘板22的正面。

这样的半导体单元20a以与收纳部32a,32b,32c的各内壁面分离预定距离的方式被收纳。以下,参照图15以半导体单元20a被收纳在收纳部32b的情况为例进行说明。收纳部32a,32c也与收纳部32b的情况相同。

收纳部32b是被对置的一对内壁面32b1,32b2(长边侧内壁面)、内壁面32h(一个内壁面)、内壁面32i(另一个内壁面)和内壁面32b3,32b4(角边内壁面)包围的区域。收纳部32b在俯视时的该区域形成为与陶瓷电路基板21的绝缘板22的形状大致相似的形状。

内壁面32b1,32b2与第一实施方式的内壁面32f,32g对应。内壁面32b1,32b2与内壁面32f,32g不同,内壁面32b1,32b2没有凹凸,是平坦的。另外,内壁面32b1,32b2与陶瓷电路基板21包含的绝缘板22的长边22a1,22a2平行。另外,内壁面32b1,32b2分别与绝缘板22的长边22a1,22a2(在±X方向上)分离距离W2。

如上所述,内壁面32h与一对内壁面32b1,32b2正交,印刷电路基板37b以与收纳部32b垂直的方式设置。内壁面32i与内壁面32h对置。内壁面32h的(±X方向上的)长度大于内壁面32i的(±X方向上的)长度。内壁面32h平行于陶瓷电路基板21包含的绝缘板22的短边22a3。另外,内壁面32h与绝缘板22的短边22a3分离(±Y方向上)距离W1。另外,在收纳部32b中,从内壁面32h至内壁面32i的长度为(±Y方向上)L。

内壁面32b3,32b4连接于一对内壁面32b1,32b2,而向内壁面32i侧延伸,并位于收纳部32b的角部。另外,内壁面32b3,32b4平行于陶瓷电路基板21包含的绝缘板22的角边22a5,22a6,并且与角边22a5,22a6分离。应予说明,内壁面32b3,32b4与内壁面32i在俯视时形成台阶。

与第一实施方式、第二实施方式相同,将收纳有半导体单元20a的壳体30的收纳部32a,32b,32c用封装部件封装,由此得到半导体装置。

应予说明,设定有通过收纳部32b的中心的中心线CL,该中心线CL相对于收纳半导体单元20a的收纳部32b而平行于内壁面32h,32i。另外,在被收纳在收纳部32b的陶瓷电路基板21中,作为由从中心线CL分别向内壁面32h,32i(±Y方向上)相距大致相等的距离的对称线L1a,L1b围成的区域,设定有第一应力集中区S1。

另外,在被收纳在收纳部32b的陶瓷电路基板21中,作为由从中心线CL向壁面32h,32i且相对于第一应力集中区S1处于外侧(±Y方向侧)分别相距大致相等的距离的对称线L2a,L2b围成的区域,设定有第二应力集中区S2。另外,中心线CL、第一应力集中区S1、第二应力集中区S2不限于设定在收纳部32b,可被设定在壳体30(半导体装置)整体。

在这样的半导体装置10中,如果进行温度循环测试,则由于各构成部件的热线膨胀系数的差异而随着温度变化发生翘曲。尤其如图14所示的那样,以中心线CL向上凸起的方式在壳体30产生翘曲。此时,在对称线L2a,L2b之间(第二应力集中区S2)产生应力。并且,在对称线L1a,L1b之间(第一应力集中区S1)产生更大的应力。此时,在第二应力集中区S2中的壳体30的框部短边31c,31d和分隔部32d,32e的各自的压力区S附近产生最大的应力。例如,在第一实施方式中,在这样的压力区S内存在陶瓷电路基板21所包含的部分的情况下,陶瓷电路基板21的该部分下的焊料可能会受损。另外,如果壳体30发生翘曲,则陶瓷电路基板21的角部附近下的焊料也容易受损。

如果焊料受损而劣化,则该部分的热导性将降低,从而导致半导体装置10的散热性降低。应予说明,在收纳部32b中,第一应力集中区S1的对称线L1a,L1b可以与内壁面32h,32i和中心线CL平行。另外,对称线L1a,L1b可以与中心线CL分别在各个内壁面32h,32i的方向(±Y方向)上相距第一对象距离。例如,第一对象距离为收纳部32b的长度L的2%以上且6%以下。优选为4%。另外,第二应力集中区S2的对称线L2a,L2b可以与内壁面32h,32i和中心线CL平行。另外,对称线L2a,L2b可以与中心线CL在各个内壁面32h,32i的方向(±Y方向)上相距第二对象距离。例如,第二对象距离为收纳部32b的长度L的10%以上且15%以下。优选为12.5%。在收纳部32a,32c中也相同。

因此,在第三实施方式中,如图15所示,使半导体单元20a的陶瓷电路基板21与收纳部32b的内壁面32h和内壁面32b1,32b2隔开距离W1、W2。由此,通过使陶瓷电路基板21避开容易产生应力的压力区S,能够降低陶瓷电路基板21下的对焊料的应力。另外,通过使陶瓷电路基板21与收纳部32b的内壁面32h隔开距离W1,能够用封装部件40b将印刷电路基板37b的背面侧进行可靠地封装。同样地,使陶瓷电路基板21与收纳部32b的内壁面32b1,32b2隔开距离W2,并与收纳部32b的内壁面32b3,32b4以及内壁面32i分离。由此,能够减小对陶瓷电路基板21下的焊料的应力。而且,易于使封装树脂进入各个空隙。因此,能够更加可靠地将陶瓷电路基板21封装在收纳部32b。

应予说明,为了缓和对收纳部32b内的陶瓷电路基板21的应力,距被收纳在收纳部32b的陶瓷电路基板21的距离W1优选在收纳部32b的长度L的4%以上且16%以下。而且,距离W2是收纳部32b的长度L的4%以上且16%以下。为了缓和对收纳部32b内的陶瓷电路基板21的应力,可以隔开距离W1,W2中的至少一者,为了可靠地缓和应力,优选隔开距离W1、W2这两者。

另外,半导体单元20a的陶瓷电路基板21的角边22a5,22a6和短边22a4与收纳部32b的内壁面32b3,32b4和内壁面32i平行,并隔开预定距离。另外,陶瓷电路基板21的角部没有棱角。因此,即使对陶瓷电路基板21产生应力,也能够缓和对易于产生应力的角部下的焊料的应力。

而且,如上所述,在俯视时收纳部32b的形状呈与陶瓷电路基板21的绝缘板22大致相似的形状。因此,能够缓和对陶瓷电路基板21的应力。

另外,在收纳部32b的内壁面32b1,32b2中,与第一实施方式的收纳部32b的内壁面32f,32g不同,不形成凹凸而是平坦的。如果在如第一实施方式的收纳部32b的内壁面32f,32g那样形成有凸部的情况下产生应力,则应力在该凸部集中,可能会以该凸部作为起点在内壁面32f,32g产生损伤。在第三实施方式中,因为收纳部32b的内壁面32b1,32b2是平坦的,因此能够抑制应力集中,而防止对内壁面32b1,32b2的损伤。

另外,半导体芯片25a,25b在除了第一应力集中区S1的区域,从第一应力集中区S1向着内壁面32h,32i侧(±Y方向侧)分别形成有电路图案23a,23c。因此,可以回避对半导体芯片25a,25b的应力,从而防止受到损伤。

而且,电路图案23a,23c相对于绝缘板22的正面从短边22a3朝向短边22a4(±Y方向上),进而沿着长边22a1,22a2分别形成在长边22a1,22a2侧。即使壳体30以中心线CL为中心而翘曲,电路图案23a,23c也追随该翘曲从而能够缓和应力,防止产生损伤。

另外,半导体单元20a与印刷电路基板37b通过多个键合线电连接且机械连接。多个键合线中的最外部(靠近内壁面32b1,32b2)的键合线38a,38b被连接到陶瓷电路基板21的电路图案23e,23f。此时,最外部的键合线38a,38b被向着陶瓷电路基板21的内侧布设。即,最外部的键合线38a,38b跨越陶瓷电路基板21的绝缘板22的长边22a1,22a2而将印刷电路基板37b与电路图案23e,23f连接。而且,此时,最外部的键合线38a,38b的与电路图案23e,23f的连接部位(另一端部)可以在第二应力集中区S2内。因此,电路图案23e,23f的至少其一部分可以包含在第二应力集中区S2内。假设键合线38a,38b的与电路图案23e,23f的连接部位在第一应力集中区S1,则该连接部位可能受到应力而从电路图案23e,23f剥离。通过使键合线38a,38b避开第一应力集中区S1而连接到电路图案23e,23f来抑制这样的剥离。

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