半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及由樹脂進(jìn)行封裝的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別地，涉及具有與封裝樹脂相比熱傳導(dǎo)率較大的絕緣層的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力用等半導(dǎo)體裝置中，確保高絕緣性、并且將功率芯片所產(chǎn)生的熱量高效地向外部進(jìn)行散熱是非常重要的。為了提高散熱性能，優(yōu)選使設(shè)置于功率芯片之下的絕緣層變薄，但如果使絕緣層變薄，則擔(dān)心絕緣特性劣化。
[0003]另外，關(guān)于電力用等半導(dǎo)體裝置，大多采用利用I種樹脂對(duì)整體進(jìn)行全體模塑(full-mold)等的樹脂封裝構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置。另外，作為樹脂封裝構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置，存在例如專利文獻(xiàn)I所公開的半導(dǎo)體模塊。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011 —9410號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]但是，在利用I種樹脂對(duì)整體進(jìn)行全體模塑的樹脂封裝構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置中，封裝用樹脂兼用作與金屬塊等散熱件接合的散熱件下絕緣層。因此，如果使散熱件下絕緣層的膜厚變薄，則樹脂向散熱件下絕緣層的形成區(qū)域進(jìn)入的狀況變差，模塑性極端地劣化，其結(jié)果，存在下述問(wèn)題，即，使散熱件下絕緣層變薄是極度困難的。
[0006]因此，不得不使絕緣層的膜厚以某種程度變厚，因此，散熱性下降。為了使絕緣層的膜厚以某種程度變厚，且提高散熱性，能夠想到使用導(dǎo)熱性良好的樹脂作為絕緣層。但是，導(dǎo)熱性良好的樹脂的價(jià)格高，如果使用高價(jià)的高性能樹脂作為絕緣層的構(gòu)成材料，則存在導(dǎo)致成本增高的問(wèn)題。
[0007]另外，能夠想到下述構(gòu)造，S卩，如專利文獻(xiàn)I中公開的半導(dǎo)體模塊所示，并非利用封裝樹脂，而是由絕緣層和熱電性高的金屬層(金屬箔)的層疊構(gòu)造構(gòu)成散熱件之下的絕緣片部，但存在無(wú)法具有高絕緣特性的問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，得到一種能夠比較廉價(jià)地形成且具有高絕緣性的樹脂封裝構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0009]本發(fā)明所涉及的第I方案的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造為，半導(dǎo)體元件由模塑樹脂封裝，在該半導(dǎo)體裝置中，具有:散熱件，在該散熱件的表面之上載置所述半導(dǎo)體元件；以及絕緣片部，其形成于所述散熱件的背面之上，所述絕緣片部，呈現(xiàn)為金屬層和與所述模塑樹脂相比熱傳導(dǎo)率較大的絕緣層的層疊構(gòu)造，所述絕緣層密接于所述散熱件的背面之上，所述散熱件在背面的外周端部具有通過(guò)R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部，所述絕緣片部以沿所述散熱件的背面具有同一平面的方式構(gòu)成，在所述絕緣片部與所述倒角部之間設(shè)置間隙區(qū)域，除所述金屬層的背面以外，所述模塑樹脂將所述半導(dǎo)體元件、所述散熱件以及所述絕緣片部封裝。
[0010]本發(fā)明所涉及的第2方案的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造為，半導(dǎo)體元件由模塑樹脂封裝，在該半導(dǎo)體裝置中，具有:散熱件，在該散熱件的表面之上載置所述半導(dǎo)體元件；以及絕緣片部，其形成于所述散熱件的背面之上，所述絕緣片部，呈現(xiàn)為金屬層和與所述模塑樹脂相比熱傳導(dǎo)率較大的絕緣層的層疊構(gòu)造，所述絕緣層密接于所述散熱件的背面之上，所述散熱件在背面的外周端部具有通過(guò)R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部，所述絕緣片部具有:主體部，其沿所述散熱件的背面構(gòu)成同一平面；以及彎曲部，其是表面區(qū)域從所述主體部起彎曲而形成的，與所述倒角部密接，除所述主體部處的所述金屬層的背面以外，所述模塑樹脂將所述半導(dǎo)體元件、所述散熱件以及所述絕緣片部封裝。
[0011]發(fā)明的效果
[0012]在本發(fā)明的第I方案所涉及的半導(dǎo)體裝置中，關(guān)于散熱件，通過(guò)在背面的外周端部設(shè)置的倒角部，由此借助于將電場(chǎng)集中部位分散為多個(gè)，從而能夠使電場(chǎng)密度減小，實(shí)現(xiàn)絕緣性的改善。其結(jié)果，能夠得到下述半導(dǎo)體裝置，即，即使在擔(dān)心由于半導(dǎo)體元件的工作時(shí)的升溫等，而使得由絕緣層實(shí)現(xiàn)的絕緣性下降的情況下，也具有高絕緣性。
[0013]而且，由于絕緣片部形成同一平面，因此通過(guò)將由R倒角加工得到的R、或者由C倒角加工得到的C設(shè)定為不會(huì)對(duì)模塑樹脂向上述間隙區(qū)域的填充產(chǎn)生障礙的尺寸而形成倒角部，從而能夠?qū)⒛Ｋ軜渲畛溆谠诘菇遣亢徒^緣片部(絕緣層)之間產(chǎn)生的間隙區(qū)域，其結(jié)果，能夠比較廉價(jià)地得到具有良好的散熱特性及絕緣特性的半導(dǎo)體裝置。
[0014]在本發(fā)明的第2方案所涉及的半導(dǎo)體裝置中，通過(guò)使絕緣片部的彎曲部與散熱件的倒角部密接而設(shè)為在絕緣片部和倒角部之間不具有間隙區(qū)域的構(gòu)造，從而排除在上述間隙區(qū)域形成成為放電原因的空隙的余地。因此，能夠降低散熱件與模塑樹脂間的熱阻，并且改善絕緣特性。
[0015]通過(guò)以下的詳細(xì)說(shuō)明和附圖，使得本發(fā)明的目的、特征、方案、以及優(yōu)點(diǎn)更清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是表示半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的說(shuō)明圖，該半導(dǎo)體裝置是本發(fā)明的實(shí)施方式I。
[0017]圖2是示意性地表示圖1所示的散熱件的倒角部的周邊構(gòu)造的說(shuō)明圖。
[0018]圖3是示意性地表示在實(shí)施方式I中用于將塌角面形成于散熱件的斷裂加工處理的剖視圖。
[0019]圖4是示意性地表示作為實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置中的散熱件的倒角部的周邊構(gòu)造的說(shuō)明圖。
[0020]圖5是表示實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的效果的說(shuō)明圖。
[0021]圖6是表示絕緣片部的彎曲部相對(duì)于主體部的彎曲角度的說(shuō)明圖。
[0022]圖7是表示第2方式中的彎曲部形成處理的內(nèi)容的剖視圖。
[0023]圖8是表示第3方式中的彎曲部形成處理的內(nèi)容的剖視圖。
[0024]圖9是表示第4方式中的彎曲部形成處理的內(nèi)容的剖視圖。
[0025]圖10是表示第5方式中的彎曲部形成處理的內(nèi)容的剖視圖。
[0026]圖11是表示在第6方式中設(shè)置的絕緣片部和散熱件之間的關(guān)系的說(shuō)明圖。
[0027]圖12是表示實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用例的剖視圖。
[0028]圖13是表示實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用例的剖視圖。
[0029]圖14是表示前提技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的剖面構(gòu)造的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030](前提技術(shù))
[0031]如前所述，在當(dāng)前的樹脂封裝構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置中，存在如果將導(dǎo)熱性良好的高性能樹脂等絕緣材料作為絕緣層使用則成本增高的問(wèn)題。因此，想到了下述層疊構(gòu)造絕緣方法，即，如在專利文獻(xiàn)I中公開的半導(dǎo)體模塊所示，通過(guò)由絕緣層和熱電性高的金屬層(金屬箔)的層疊構(gòu)造構(gòu)成絕緣片部，使用膜厚較薄、且導(dǎo)熱性良好的絕緣材料作為上述絕緣層，從而容易地兼顧絕緣性的確保和高散熱特性，而不導(dǎo)致大幅的成本增高。
[0032]關(guān)于上述的層疊構(gòu)造絕緣方法，由于僅在必要的部位、即在表面搭載有半導(dǎo)體元件的散熱件(Heat Spreader)正下方形成使用了導(dǎo)熱性良好的高性能絕緣材料的絕緣層，因此在成本方面也是有利的。
[0033]圖14是表示通過(guò)上述層疊構(gòu)造絕緣方法而得到的通常的半導(dǎo)體裝置61(半導(dǎo)體模塊)的剖面構(gòu)造的說(shuō)明圖。本圖(a)是整體的剖視圖，本圖(b)是本圖(a)中的關(guān)注區(qū)域A3的放大圖。此外，在圖14(a)中標(biāo)注有XYZ正交坐標(biāo)系。
[0034]如圖14(a)所示，多個(gè)(2個(gè))芯片化后的半導(dǎo)體元件、即功率元件4經(jīng)由焊料28而搭載于散熱件33的表面之上，多個(gè)功率元件4、4間由鋁線5連接，功率元件4、信號(hào)端子6間由鋁線5連接。另外，主端子7直接設(shè)置于散熱件33的表面之上。
[0035]絕緣片部62設(shè)置于散熱件33的背面?zhèn)?。絕緣片部62由絕緣層62a及金屬箔62b的層疊構(gòu)造形成，絕緣層62a的表面與散熱件33的背面密接。
[0036]并且，除金屬箔62b的背面以外的絕緣片部62、散熱件33、功率元件4以及鋁線5的整體、信號(hào)端子6及主端子7的一部分由模塑樹脂I封裝，從而構(gòu)成半導(dǎo)體裝置61。此外，絕緣片部62的背面、即金屬箔62b的背面露出。
[0037]圖14(a)所示的半導(dǎo)體裝置61存在如下問(wèn)題，S卩，在高溫、高濕度的環(huán)境下，水分從以封裝體的形態(tài)實(shí)施一體封裝的模塑樹脂I和絕緣片部62之間的粘接界面侵入，在散熱件33和露出了背面的金屬箔62b之間形成導(dǎo)電性高的路徑，由此發(fā)生絕緣破壞。容易發(fā)生絕緣破壞的部位是散熱件33的背面外周的端部正下方。其原因在于，由于散熱件33的背面外周的端部離半導(dǎo)體裝置61的底面處的水分的侵入口近，且形成有銳利的電極構(gòu)造，因此電力線集中，電場(chǎng)密度變大。
[0038]因此，為了消除上述絕緣破壞的問(wèn)題，想到如圖14(b)所示，通過(guò)將絕緣片部62的邊緣部彎折，向金屬箔62b的邊緣部分正下方也填充模塑樹脂I，與金屬箔62b牢固地粘接，從而將從外部空氣侵入的水分的吸濕路徑的距離D62延長(zhǎng)至2倍，即使在高溫、高濕的環(huán)境下，通過(guò)使水分難以到達(dá)至散熱件33的外周端部，從而使得絕緣破壞難以發(fā)生，半導(dǎo)體裝置61的可靠性得到改善。此外，吸濕路徑的距離D62變長(zhǎng)為以往的2倍左右的原因是，彎曲后的金屬箔62b的背面部分被加入至吸濕路徑。
[0039]但是，如前所述，由于散熱件33的底面外周的端部在圖14的XZ平面中是接近90°的銳角，因此在向隔著絕緣層62a的散熱件33、金屬箔62b間施加電壓時(shí)，電力線的密度變高，電場(chǎng)容易集中于由上述底面外周的端部及其附近區(qū)域構(gòu)成的電場(chǎng)集中部位90，其結(jié)果，存在絕緣特性劣化的問(wèn)題。
[0040]下面敘述的實(shí)施方式以解決上述的前提技術(shù)