專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基板上搭載有多個(gè)功率半導(dǎo)體元件等的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置的布線技術(shù)。
背景技術(shù)：
在這樣的半導(dǎo)體裝置中，將金屬的熱分流器隔著絕緣層搭載在金屬的基底板 (base plate)上，利用焊料將IGBT或二極管等的半導(dǎo)體芯片接合在熱分流器上。作為對(duì)這些多個(gè)半導(dǎo)體芯片進(jìn)行連接的方法，存在以鋁導(dǎo)線等的導(dǎo)線進(jìn)行連接的引線接合(參照專利文獻(xiàn)1)和使引線框直接與半導(dǎo)體芯片連接的直接引線接合(DLB)(參照專利文獻(xiàn)2)。[專利文獻(xiàn)1]日本特開(kāi)平11-086546號(hào)公報(bào) [專利文獻(xiàn)2]日本特開(kāi)2007-142138號(hào)公報(bào)。當(dāng)基板上所搭載的芯片數(shù)量增加時(shí)，在引線接合中，導(dǎo)線根數(shù)增加，所以，生產(chǎn)率降低。另外，DLB與引線接合相比，能夠降低電阻和電感成分，具有熱循環(huán)性高這樣的優(yōu)點(diǎn)，但是，在與多個(gè)芯片連接的情況下，各接合部位的焊料厚度產(chǎn)生偏差，其結(jié)果是，熱循環(huán)性降低。進(jìn)而，由于對(duì)應(yīng)多個(gè)芯片，所以需要進(jìn)行復(fù)雜的彎曲加工，存在利用模具進(jìn)行的成形次數(shù)增加而使制造成本增加這樣的問(wèn)題。目前，正在進(jìn)行使用以SiC為代表的能夠高溫動(dòng)作的材料的半導(dǎo)體元件的開(kāi)發(fā)， 要求在高溫狀態(tài)下穩(wěn)定地連接多個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，能夠以低成本制造且具有高熱循環(huán)性，并且，具有與多個(gè)芯片對(duì)應(yīng)的板電極。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)半導(dǎo)體芯片，形成在基板上；板電極，沖壓加工成將所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的電極間連接的預(yù)定圖形，其中所述板電極具有利用半沖壓加工所形成的半切部，所述半切部的凸部側(cè)與所述半導(dǎo)體芯片的所述電極接合。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中的被沖壓加工成預(yù)定圖形的板電極具有利用半沖壓加工所形成的半切部，所述半切部的凸部側(cè)與所述半導(dǎo)體芯片的所述電極接合，所以，能夠以低成本制造與多個(gè)半導(dǎo)體芯片對(duì)應(yīng)的板電極。


圖1是表示本發(fā)明的板電極的剖面圖。圖2是表示本發(fā)明的板電極的制造工序的平面圖。圖3是表示本發(fā)明的板電極的制造工序的平面圖以及剖面圖。圖4是表示本發(fā)明的板電極的制造工序的平面圖以及剖面圖。圖5是表示本發(fā)明的板電極的制造工序的平面圖以及剖面圖。
圖6是表示應(yīng)用了本發(fā)明的板電極的半導(dǎo)體裝置的立體圖。圖7是表示應(yīng)用了本發(fā)明的板電極的半導(dǎo)體裝置的立體圖。圖8是表示本發(fā)明的板電極和半導(dǎo)體芯片的圖7的主要部分放大圖。圖9是表示本發(fā)明的板電極和半導(dǎo)體芯片的剖面圖。圖10是表示保護(hù)環(huán)/板電極間距離與保護(hù)環(huán)表面的電場(chǎng)之間的關(guān)系的圖。圖11是表示前提技術(shù)的半導(dǎo)體芯片的布線結(jié)構(gòu)的立體圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明 1 板電極
Ia半切部 Ib壓花加工部 Ic貫通孔 Id狹縫 2熱分流器 3基底板 4絕緣層 5半導(dǎo)體芯片 6保護(hù)環(huán) 7控制用驅(qū)動(dòng)基板 8接合材料 9 電極柱 IOd引線框 IOw 導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式(前提技術(shù))
圖11表示本發(fā)明的前提技術(shù)的半導(dǎo)體芯片的布線結(jié)構(gòu)，圖11 (a)表示引線接合，圖11 (b)表示 DLB。在圖11中，在絕緣層4上配設(shè)有金屬制的熱分流器2，在熱分流器2上設(shè)置有半導(dǎo)體芯片5。根據(jù)圖11 (a)所示的引線接合，利用鋁導(dǎo)線等的導(dǎo)線IOw將各半導(dǎo)體芯片5之間連接，但是，當(dāng)芯片數(shù)量增加時(shí)，導(dǎo)線數(shù)量增加，成本增加。另外，圖11 (b)所示的DLB是使引線框IOd直接與半導(dǎo)體芯片5連接的方式，但是，在使引線框IOd與多個(gè)半導(dǎo)體芯片5連接的情況下，各接合部位的焊料厚度產(chǎn)生偏差， 所以，存在熱循環(huán)性降低這樣的問(wèn)題。進(jìn)而，為了使引線框IOd與多個(gè)半導(dǎo)體芯片5對(duì)應(yīng)， 需要進(jìn)行復(fù)雜的彎曲加工，利用模具進(jìn)行的成形次數(shù)增加，所以，制造成本增加。因此，在本發(fā)明中，對(duì)單板進(jìn)行全切以及半沖壓加工，形成圖形，由此，以低成本實(shí)現(xiàn)進(jìn)行多個(gè)半導(dǎo)體芯片5的連接的板電極。(實(shí)施方式1) 〈結(jié)構(gòu)〉
圖1是表示為了連接多個(gè)半導(dǎo)體芯片而使用的本發(fā)明的板電極的剖面圖。厚度為t的板電極1由實(shí)施了厚度為a的半沖壓加工的半切部Ia和進(jìn)一步在半切部Ia中實(shí)施了壓花加工的壓花加工部Ib構(gòu)成。并且，板電極1如后述那樣被實(shí)施沖壓加工(全切)成為預(yù)定圖形。作為板電極1的材料，使用低電阻的銅(Cu)或鋁(Al)。圖6是應(yīng)用板電極1的半導(dǎo)體裝置的立體圖。在圖6所示的半導(dǎo)體裝置中，在金屬的基底板3上隔著絕緣層4設(shè)置有金屬的熱分流器2，在熱分流器2上搭載有IGBT芯片或二極管芯片等的多個(gè)半導(dǎo)體芯片5。另外，在熱分流器2上還搭載有進(jìn)行IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)的控制用驅(qū)動(dòng)基板7。雖然未圖示，但是，控制用驅(qū)動(dòng)基板7利用發(fā)射極中繼端子或柵極中繼端子連接到印刷基板，能夠利用外部信號(hào)對(duì)控制用驅(qū)動(dòng)基板7進(jìn)行控制。圖7是表示在圖6所示的半導(dǎo)體裝置中用圖1所示的板電極1對(duì)各半導(dǎo)體芯片5 進(jìn)行連接的狀態(tài)的立體圖。板電極1與熱分流器2接近設(shè)置，所以，在兩導(dǎo)體中流動(dòng)的彼此相反方向的電流抵消彼此的磁通量，與引線接合相比，寄生電感降低。圖9是表示使板電極1與半導(dǎo)體芯片5接合的樣態(tài)的剖面圖，也是作為圖7的A部放大圖的圖8的d-d’剖面圖。板電極1的半切部Ia經(jīng)由焊料或銀等的接合材料8而與半導(dǎo)體芯片5接合。此處，在板電極1上設(shè)置有從半切部Ia的凸部側(cè)突出的壓花加工部lb， 所以，壓花加工部Ib與半導(dǎo)體芯片5抵接，由此，確保接合材料8的厚度為與壓花加工部Ib 的高度相等的厚度。因此，即使在利用板電極1進(jìn)行多個(gè)半導(dǎo)體芯片5的連接的情況下，也能夠在各接合部位保持接合材料8的厚度均勻，熱循環(huán)性提高。圖8是圖7的A部放大圖。在半導(dǎo)體芯片5的外周部分，產(chǎn)生與半導(dǎo)體裝置進(jìn)行控制的電壓相當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)，但是，當(dāng)半導(dǎo)體芯片5的外周部分與其上面的板電極1接近時(shí)，從板電極1注入電子，在密封材料中形成了空間電荷。該空間電荷滯留在設(shè)置于半導(dǎo)體芯片5 的外周部的保護(hù)環(huán)6的附近，由此，保護(hù)環(huán)6表面部的電場(chǎng)上升，半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的電場(chǎng)也上升，由此，漏電流增加。在圖10中，示出保護(hù)環(huán)6和板電極1的距離(圖9中所示的h)與保護(hù)環(huán)6表面的電場(chǎng)的關(guān)系。圖10示出如下情況h越小，保護(hù)環(huán)6表面的電場(chǎng)越高。產(chǎn)生空間電荷的保護(hù)環(huán)6表面的電場(chǎng)閾值為lkV/mm，所以，通過(guò)使h為0. 6mm以上，由此，漏電流被抑制。并且，保護(hù)環(huán)6的角部分的曲率小的部分與直線部分相比，成為高電場(chǎng)，所以，如圖8所示，將保護(hù)環(huán)6的角部分的上面的板電極1除去，由此，抑制保護(hù)環(huán)6的角部分的電場(chǎng)，能夠進(jìn)一步抑制漏電流。如圖7所示，在板電極1上的不位于半導(dǎo)體芯片5之上的部位設(shè)置有電極柱9。發(fā)射極電極接合在電極柱9上，進(jìn)行外部連接。在傳遞模塑工序中，電極柱9的上表面與模具接觸，但是，此處電極柱9之下沒(méi)有半導(dǎo)體芯片5，所以，利用板電極1的彎曲效應(yīng)(bend effect),電極柱9的上表面相對(duì)于基底板3保持平行。另外，電極柱9的上表面相對(duì)于接合的發(fā)射極電極也保持平行。由此，在利用焊料將電極柱9和發(fā)射極電極接合的情況下，焊料厚度均勻，所以，確保了熱循環(huán)性。另外，在使用一邊以高壓按壓接合部位一邊用超聲波進(jìn)行接合的超聲波(US)接合的情況下，能夠在接合面施加均勻的壓力。另外，與電極柱9連接的發(fā)射極電極和構(gòu)成控制系統(tǒng)的其他半導(dǎo)體裝置的發(fā)射極電極一起被連接到層壓匯流條，但是，層壓匯流條存在耐熱溫度的制約，一般推薦105°C以下。因此，如圖7所示，將電極柱9的周圍的板電極1除去，形成狹縫ld，增大從半導(dǎo)體芯片 5到電極柱9之間的熱電阻，由此，使與電極柱9連接的外部電極即發(fā)射極電極的溫度保持在適當(dāng)范圍。并且，在IGBT或二極管等的半導(dǎo)體芯片5中，也可以使用帶隙比Si的帶隙大的 SiC等的寬帶隙半導(dǎo)體。作為寬帶隙半導(dǎo)體，除了 SiC之外，還有GaN類材料或金剛石。本發(fā)明的板電極1具有較高的熱循環(huán)性，所以，在搭載有上述的能夠高溫動(dòng)作的半導(dǎo)體芯片5 的半導(dǎo)體裝置中也能夠穩(wěn)定地使用。<制造工序>
圖2 圖5是表示板電極1的制造工序的剖面圖以及平面圖。下面，根據(jù)圖2 圖5 對(duì)板電極1的制造工序進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)圖2所示的成為板電極1的單板實(shí)施沖壓加工，做成與多個(gè)半導(dǎo)體芯片對(duì)應(yīng)的形狀(圖3 (a))。在該階段，在板電極1上形成有后面詳述的貫通孔Ic和狹縫Id。圖 3 (b)是圖3 (a)的a-a’剖面圖。然后，對(duì)板電極1實(shí)施半沖壓加工，在板電極1的各處形成半切部Ia (圖4)。如圖4 (a)的b-b’剖面圖即圖4 (b)所示，在板電極1的背面形成有半切部Ia的凸部，該部分經(jīng)由焊料等的接合材料與半導(dǎo)體芯片接合。此處，使半切部Ia的凸部的高度a為板電極 1的厚度t的一半以下t/2)，由此，能夠成形性較好且以較高的尺寸精度形成，板電極 1的大面積化變得容易。進(jìn)而，在半切部Ia實(shí)施壓花加工，形成點(diǎn)狀的壓花加工部Ib (圖5)。如圖5 (a) 的c-c’剖面圖即圖5 (b)所示，壓花加工部Ib從半切部Ia的凸部突出。這樣，本發(fā)明的板電極1不需要為了成為與多個(gè)半導(dǎo)體芯片對(duì)應(yīng)的形狀而進(jìn)行復(fù)雜的彎曲加工，所以，能夠以較少的模具低價(jià)地形成。并且，不會(huì)象引線接合那樣，即使芯片數(shù)增加，工序數(shù)也不增加，所以，從削減工序數(shù)這樣的角度考慮也是低成本的。由于以上的理由，能夠低價(jià)地制作搭載本發(fā)明的板電極1的半導(dǎo)體裝置。< 效果 >
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有在基板上形成的多個(gè)半導(dǎo)體芯片5、沖壓加工成將多個(gè)半導(dǎo)體芯片5的電極間連接的預(yù)定圖形的板電極1，板電極1具有利用半沖壓加工所形成的半切部la，半切部Ia的凸部側(cè)與半導(dǎo)體芯片5的電極接合，所以，能夠以低成本制造具有與多個(gè)半導(dǎo)體芯片對(duì)應(yīng)的布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，板電極1還具有利用壓花加工而形成在半切部 Ia上并且從半切部Ia的凸部側(cè)突出的壓花加工部lb，所以，壓花加工部Ib與半導(dǎo)體芯片 5抵接，由此，確保接合材料8的厚度為與壓花加工部Ib的高度相等的厚度。因此，在利用板電極1進(jìn)行多個(gè)半導(dǎo)體芯片5的連接的情況下，也能夠在各接合部位使接合材料8的厚度保持均勻，熱循環(huán)性提高。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，半導(dǎo)體芯片5在外周部具有保護(hù)環(huán)6，板電極1的半切部Ia外的部分和半導(dǎo)體芯片5的保護(hù)環(huán)6的間隔為0. 6mm以上，所以，抑制保護(hù)環(huán)6 表面的電場(chǎng)，抑制漏電流。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，與半導(dǎo)體芯片5的保護(hù)環(huán)6的角部分對(duì)應(yīng)的板電極1的區(qū)域被除去，由此，對(duì)電場(chǎng)最集中的保護(hù)環(huán)6的角部分的電場(chǎng)進(jìn)行緩和，抑制漏電流。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，半切部Ia的凸部的高度為板電極1的厚度的一半以下，所以，能夠成形性較好且以較高的尺寸精度形成，板電極1的大面積化變得容易。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置還具有在正下方不存在半導(dǎo)體芯片5的板電極1的區(qū)域上設(shè)置的電極柱9和與電極柱9連接的外部電極，所以，在傳遞模塑工序中，由于板電極1 的彎曲效應(yīng)，電極柱9的上表面相對(duì)于外部電極也保持平行，所以，電極柱9和外部電極的接合面的焊料厚度均勻，確保了熱循環(huán)性。另外，在使用超聲波(US)接合的情況下，能夠在接合面施加均勻的壓力。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，位于電極柱9的周邊的板電極1的至少一部分被除去，所以，從半導(dǎo)體芯片5到電極柱9之間的熱電阻變大，能夠使與電極柱9連接的外部電極的溫度保持在適當(dāng)范圍。另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，以寬帶隙半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體芯片5，由此，即便在搭載了進(jìn)行高溫動(dòng)作的半導(dǎo)體芯片5的情況下，也能夠不使板電極1的熱循環(huán)性降低地提高半導(dǎo)體芯片5的絕緣性能。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有 多個(gè)半導(dǎo)體芯片，形成在基板上；以及板電極，沖壓加工成將所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的電極間連接的預(yù)定圖形， 所述板電極具有利用半沖壓加工所形成的半切部，所述半切部的凸部側(cè)與所述半導(dǎo)體芯片的所述電極接合。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述板電極還具有壓花加工部，該壓花加工部利用壓花加工而形成在所述半切部上并且從所述半切部的所述凸部側(cè)突出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體芯片在外周部具有保護(hù)環(huán)，所述板電極的所述半切部外的部分與所述半導(dǎo)體芯片的所述保護(hù)環(huán)的間隔為0. 6mm 以上。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，與所述半導(dǎo)體芯片的所述保護(hù)環(huán)的角部分對(duì)應(yīng)的所述板電極的區(qū)域被除去。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半切部的凸部的高度為所述板電極的厚度的一半以下。
6.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還具有電極柱，設(shè)置在正下方不存在所述半導(dǎo)體芯片的所述板電極的區(qū)域上；外部電極，與所述電極柱連接。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，位于所述電極柱的周邊的所述板電極的至少一部分被除去。
8.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述半導(dǎo)體芯片以寬帶隙半導(dǎo)體形成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，能夠以低成本制造且具有高熱循環(huán)性，并且，具有與多個(gè)芯片對(duì)應(yīng)的板電極。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有在基板上形成的多個(gè)半導(dǎo)體芯片(5)和將多個(gè)半導(dǎo)體芯片(5)的電極間連接的板電極(1)。板電極(1)具有利用半沖壓加工所形成的半切部(1a)，半切部(1a)的凸部側(cè)與半導(dǎo)體芯片的電極接合。
文檔編號(hào)H01L25/04GK102437138SQ201110198380
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者大開(kāi)美子, 山口義弘 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社