JP7546783B2 - Semiconductor device, power conversion device, and method for manufacturing the semiconductor device - Google Patents
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Description
本開示は、封止材により部材が封止される構成を有する半導体装置、電力変換装置、および、半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device, a power conversion device, and a method for manufacturing a semiconductor device having a configuration in which components are sealed with a sealing material.
パワー半導体装置が搭載された、産業機器、家電製品、情報端末等が普及しつつある。家電製品に搭載される、半導体モジュールとしてのパワー半導体装置については、当該パワー半導体装置の小型化が求められている。 Industrial equipment, home appliances, information terminals, etc. equipped with power semiconductor devices are becoming more common. There is a demand for miniaturization of power semiconductor devices as semiconductor modules mounted in home appliances.
パワー半導体装置は高電圧および大電流を扱うため、当該パワー半導体装置の発熱量は大きい。したがって、パワー半導体装置に定まった容量の電流を通電させるためには、当該パワー半導体装置に発生した熱を当該パワー半導体装置の外部へ効率的に放散させるとともに、外部との電気的な絶縁性を保つ必要がある。 Because power semiconductor devices handle high voltages and large currents, they generate a large amount of heat. Therefore, in order to pass a certain amount of current through a power semiconductor device, it is necessary to efficiently dissipate the heat generated in the power semiconductor device to the outside of the power semiconductor device while maintaining electrical insulation from the outside.
このようなパワー半導体装置の構造としては、たとえば、リードフレームと、当該リードフレームにおける一方の面に実装された電子部品とが、封止材としてのモールド樹脂によって封止された封止構造が知られている。当該電子部品は、たとえば、パワー半導体素子である。当該モールド樹脂は、たとえば、エポキシ系の熱硬化性樹脂である。 One known example of such a power semiconductor device structure is a sealing structure in which a lead frame and an electronic component mounted on one side of the lead frame are sealed with a molding resin as a sealing material. The electronic component is, for example, a power semiconductor element. The molding resin is, for example, an epoxy-based thermosetting resin.
特許文献1には、半導体素子を、封止材としてのモールド樹脂で封止する当該封止構造を有するパワー半導体装置の構成(以下、「関連構成A」ともいう)が開示されている。
さらに、パワー半導体装置には、リードフレームにおける上記の一方の面とは反対側の他方の面から熱を効率的に放散させることが求められている。当該一方の面は、電子部品が実装されている面である。また、パワー半導体装置には、リードフレームにおける他方の面と外部との電気的な絶縁性を確保することが求められている。 Furthermore, power semiconductor devices are required to efficiently dissipate heat from the other surface of the lead frame opposite the one surface mentioned above. This one surface is the surface on which electronic components are mounted. Power semiconductor devices are also required to ensure electrical insulation between the other surface of the lead frame and the outside.
このような要求に応えるため、リードフレームにおける他方の面に絶縁層を配置し、その絶縁層をモールド樹脂から露出させた構成を有するパワー半導体装置がある。当該絶縁層としては、たとえば、セラミック基板、または、エポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂層が適用されている。To meet these demands, there is a power semiconductor device that has an insulating layer on the other side of the lead frame, and that insulating layer is exposed from the molded resin. For example, a ceramic substrate or a thermosetting resin layer made of epoxy resin is used as the insulating layer.
このようなパワー半導体装置では、モールド樹脂等の封止材をモールド金型内に注入する際に、電子部品が実装されたリードフレームと当該モールド金型との間に存在する隙間に封止材が流れ込み、樹脂バリが発生する可能性がある。当該隙間は、例えば、リードフレームの寸法公差等により生じたものである。In such power semiconductor devices, when a sealing material such as molding resin is injected into a mold die, the sealing material may flow into the gap between the lead frame on which the electronic components are mounted and the mold die, resulting in resin burrs. Such gaps may arise, for example, due to dimensional tolerances of the lead frame.
そこで、たとえば、特許文献2では、樹脂バリの発生を抑制する構成(以下、「関連構成B」ともいう)が開示されている。関連構成Bは、半導体素子としての半導体チップを、封止材としてのモールド樹脂で封止する構成である。関連構成Bでは、リードフレームにおける他方の面に設けられた絶縁層は、熱可塑性樹脂で構成される。当該熱可塑性樹脂は、封止材としてのモールド樹脂であるエポキシ樹脂と化学結合する材料である。Therefore, for example,
関連構成A,Bのような、半導体素子を封止材で封止する構成では、高い放熱性が求められる。関連構成Bは、半導体素子としての半導体チップが発する熱が伝わる部材である絶縁層が、封止材としてのモールド樹脂から露出する構成である。そのため、関連構成Bの半導体装置の放熱性は、関連構成Aの半導体装置の放熱性より高い。 In configurations such as related configurations A and B, in which a semiconductor element is sealed with a sealing material, high heat dissipation is required. Related configuration B is a configuration in which an insulating layer, which is a member through which heat generated by a semiconductor chip serving as a semiconductor element is transmitted, is exposed from a molded resin serving as a sealing material. Therefore, the heat dissipation of a semiconductor device of related configuration B is higher than that of a semiconductor device of related configuration A.
ところで、関連構成Bの半導体装置の絶縁層は、熱伝導率が低い熱可塑性樹脂で構成される。そのため、関連構成Bの半導体装置の放熱性は、優れているとはいえない。However, the insulating layer of the semiconductor device of related configuration B is made of a thermoplastic resin with low thermal conductivity. Therefore, the heat dissipation properties of the semiconductor device of related configuration B cannot be said to be excellent.
本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、高い放熱性を有する半導体装置、当該半導体装置を適用した電力変換装置、および、当該半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。The present disclosure has been made to solve such problems, and aims to provide a semiconductor device with high heat dissipation properties, a power conversion device to which the semiconductor device is applied, and a method for manufacturing the semiconductor device.
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体装置は、一方の面である第1面、および、他方の面である第2面を有するダイパッドと、ダイパッドの第1面に搭載された半導体素子と、一方の面である第3面、および、他方の面である第4面を有するヒートシンクと、ダイパッドとヒートシンクとの間に存在する絶縁層と、半導体素子、ダイパッド、絶縁層およびヒートシンクを封止する封止材とを備え、ダイパッドの第2面は、ダイパッドのうち、第1面と反対側の面であり、絶縁層は、ダイパッドの第2面とヒートシンクの第3面とに接触しており、ヒートシンクの第4面は、ヒートシンクのうち、第3面と反対側の面であり、絶縁層に接触している第3面を有するヒートシンクの第4面は、封止材から露出している露出面である。ヒートシンクの露出面の周縁には、くぼみと、突起とが形成されており、くぼみは、ヒートシンクの露出面の周縁に沿って延びており、露出面の形状は、多角形であり、くぼみは、多角形を構成する複数の辺のうちの1つ辺のみに沿って延びている。
In order to achieve the above-mentioned object, the semiconductor device of the present disclosure comprises a die pad having a first surface which is one surface and a second surface which is the other surface, a semiconductor element mounted on the first surface of the die pad, a heat sink having a third surface which is one surface and a fourth surface which is the other surface, an insulating layer present between the die pad and the heat sink, and a sealing material that seals the semiconductor element, the die pad, the insulating layer and the heat sink, wherein the second surface of the die pad is the surface of the die pad opposite the first surface, the insulating layer is in contact with the second surface of the die pad and the third surface of the heat sink, the fourth surface of the heat sink is the surface of the heat sink opposite the third surface, and the fourth surface of the heat sink, having the third surface in contact with the insulating layer, is an exposed surface exposed from the sealing material. A recess and a protrusion are formed on the periphery of the exposed surface of the heat sink , the recess extends along the periphery of the exposed surface of the heat sink, the exposed surface is polygonal in shape, and the recess extends along only one of the multiple sides that make up the polygon .
本開示に係る電力変換装置は、上述した半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力する制御回路とを備える。The power conversion device of the present disclosure has the above-mentioned semiconductor device and is equipped with a main conversion circuit that converts and outputs the input power, and a control circuit that outputs a control signal to the main conversion circuit to control the main conversion circuit.
本開示に係る半導体装置の製造方法は、キャビティと、キャビティに面する底面とを有するモールド金型を使用する。半導体装置は、一方の面である第1面、および、他方の面である第2面を有するダイパッドと、半導体素子と、一方の面である第3面、および、他方の面である第4面を有するヒートシンクと、絶縁層とを備え、ダイパッドの第2面は、ダイパッドのうち、第1面と反対側の面であり、ヒートシンクの第4面は、ヒートシンクのうち、第3面と反対側の面である。製造方法は、(a)ダイパッドの第1面に半導体素子を搭載する工程と、(b)ダイパッド、絶縁層およびヒートシンクの状態が封止対応状態になるように、ダイパッド、絶縁層およびヒートシンクを、モールド金型のキャビティに配置する工程と、(c)モールド金型のキャビティに封止材を注入する工程と備える。封止対応状態は、絶縁層がダイパッドとヒートシンクとの間に存在する状態であり、封止対応状態は、絶縁層が、ダイパッドの第2面とヒートシンクの第3面とに接触している状態であり、封止対応状態は、ヒートシンクの第4面が、モールド金型の底面に接触している状態であり、工程(c)は、工程(b)よりも後に行われ、工程(c)では、絶縁層に接触している第3面を有するヒートシンクの第4面が封止材から露出するように、モールド金型のキャビティに封止材が注入され、ヒートシンクの第4面である露出面には、くぼみが形成されており、工程(c)では、封止材が特定方向へ流動するように、モールド金型のキャビティに当該封止材が注入され、くぼみは、ヒートシンクの露出面の周縁に沿って延びており、工程(c)が行われる際に、くぼみが延びている方向が特定方向と交差するように、ヒートシンクは配置され、工程(c)が行われる際に配置されているヒートシンクの露出面の周縁のうち、特定方向と交差する領域のみにくぼみは形成されている。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure uses a mold die having a cavity and a bottom surface facing the cavity. The semiconductor device includes a die pad having a first surface as one surface and a second surface as the other surface, a semiconductor element, a heat sink having a third surface as one surface and a fourth surface as the other surface, and an insulating layer, the second surface of the die pad being the surface of the die pad opposite the first surface, and the fourth surface of the heat sink being the surface of the heat sink opposite the third surface. The manufacturing method includes the steps of (a) mounting the semiconductor element on the first surface of the die pad, (b) arranging the die pad, the insulating layer, and the heat sink in the cavity of the mold die so that the die pad, the insulating layer, and the heat sink are in a sealing compatible state, and (c) injecting an encapsulant into the cavity of the mold die. The sealing-compatible state is a state in which the insulating layer is present between the die pad and the heat sink, the sealing-compatible state is a state in which the insulating layer is in contact with the second surface of the die pad and the third surface of the heat sink, and the sealing-compatible state is a state in which the fourth surface of the heat sink is in contact with the bottom surface of the molding die, step (c) is performed after step (b), and in step (c), a sealing material is injected into the cavity of the molding die such that the fourth surface of the heat sink having a third surface in contact with the insulating layer is exposed from the sealing material , and a depression is formed in the exposed surface, which is the fourth surface of the heat sink, and in step (c), the sealing material is injected into the cavity of the molding die such that the sealing material flows in a specific direction, the depression extending along the periphery of the exposed surface of the heat sink, and when step (c) is performed, the heat sink is positioned such that the direction in which the depression extends intersects the specific direction, and the depression is formed only in a region of the periphery of the exposed surface of the heat sink positioned when step (c) is performed that intersects with the specific direction .
本開示に係る半導体装置によれば、半導体素子は、ダイパッドの第1面に搭載されている。封止材は、半導体素子、ダイパッド、絶縁層およびヒートシンクを封止する。絶縁層は、ダイパッドとヒートシンクとの間に存在する。絶縁層は、ダイパッドの第2面とヒートシンクの第3面とに接触している。絶縁層に接触している第3面を有するヒートシンクの第4面は、封止材から露出している。 According to the semiconductor device of the present disclosure, a semiconductor element is mounted on a first surface of a die pad. An encapsulant encapsulates the semiconductor element, the die pad, the insulating layer, and the heat sink. The insulating layer is between the die pad and the heat sink. The insulating layer is in contact with a second surface of the die pad and a third surface of the heat sink. A fourth surface of the heat sink, the third surface of which is in contact with the insulating layer, is exposed from the encapsulant.
すなわち、半導体素子が搭載されたダイパッドに接触する絶縁層に、ヒートシンクが接触している。また、絶縁層に接触しているヒートシンクは、封止材から露出している。そのため、本開示の半導体装置は、ヒートシンクの作用により、絶縁層が封止材から露出している関連構成Bの半導体装置よりも、高い放熱性を有する。したがって、高い放熱性を有する半導体装置を提供することができる。That is, the heat sink is in contact with the insulating layer that contacts the die pad on which the semiconductor element is mounted. Furthermore, the heat sink in contact with the insulating layer is exposed from the sealing material. Therefore, due to the action of the heat sink, the semiconductor device of the present disclosure has higher heat dissipation properties than the semiconductor device of related configuration B in which the insulating layer is exposed from the sealing material. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device with high heat dissipation properties.
また、本開示に係る電力変換装置は、上記の半導体装置を備える。これにより、高い放熱性を有する電力変換装置を得ることができる。The power conversion device according to the present disclosure also includes the semiconductor device described above. This makes it possible to obtain a power conversion device with high heat dissipation properties.
本開示に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層に接触している第3面を有するヒートシンクの第4面が封止材から露出するように、モールド金型のキャビティに封止材が注入される。これにより、高い放熱性を有する半導体装置を製造することができる。According to the method for manufacturing a semiconductor device disclosed herein, a sealant is injected into a cavity of a mold die such that a fourth surface of a heat sink having a third surface in contact with an insulating layer is exposed from the sealant. This allows a semiconductor device with high heat dissipation properties to be manufactured.
本開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, aspects and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description and accompanying drawings.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. In the following drawings, identical components are given the same reference numerals. Components with the same reference numerals have the same names and functions. Therefore, detailed descriptions of some of the components with the same reference numerals may be omitted.
なお、実施の形態において例示される構成要素の寸法、材質、形状、当該構成要素の相対配置などは、装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。また、図における構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。The dimensions, materials, shapes, and relative positions of the components illustrated in the embodiments may be changed as appropriate depending on the configuration of the device, various conditions, etc. Also, the dimensions of the components in the figures may differ from the actual dimensions.
<実施の形態1>
(半導体装置の構成)
図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の平面図である。半導体装置100は、例えば、高電圧で動作するパワー半導体装置である。半導体装置100のパッケージ構造は、たとえば、DIP(Dual In-line Package)構造である。
<First embodiment>
(Configuration of Semiconductor Device)
1 is a plan view of a
図1において、X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるX方向、Y方向およびZ方向も、互いに直交する。以下においては、X方向と、当該X方向の反対の方向(-X方向)とを含む方向を「X軸方向」ともいう。また、以下においては、Y方向と、当該Y方向の反対の方向(-Y方向)とを含む方向を「Y軸方向」ともいう。また、以下においては、Z方向と、当該Z方向の反対の方向(-Z方向)とを含む方向を「Z軸方向」ともいう。In FIG. 1, the X direction, Y direction, and Z direction are mutually orthogonal. The X direction, Y direction, and Z direction shown in the following figures are also mutually orthogonal. In the following, the direction including the X direction and the opposite direction of the X direction (-X direction) is also referred to as the "X-axis direction". In the following, the direction including the Y direction and the opposite direction of the Y direction (-Y direction) is also referred to as the "Y-axis direction". In the following, the direction including the Z direction and the opposite direction of the Z direction (-Z direction) is also referred to as the "Z-axis direction".
また、以下においては、X軸方向およびY軸方向を含む平面を、「XY面」ともいう。また、以下においては、X軸方向およびZ軸方向を含む平面を、「XZ面」ともいう。また、以下においては、Y軸方向およびZ軸方向を含む平面を、「YZ面」ともいう。 In the following, the plane including the X-axis direction and the Y-axis direction is also referred to as the "XY plane." In the following, the plane including the X-axis direction and the Z-axis direction is also referred to as the "XZ plane." In the following, the plane including the Y-axis direction and the Z-axis direction is also referred to as the "YZ plane."
図2は、図1のXZ面における、半導体装置100の断面図である。図2では、半導体装置100の構成を分かり易くするために、後述の封止材11については、当該封止材11の輪郭のみを示している。2 is a cross-sectional view of the
半導体装置100は、図3のリードフレーム2を備える。図3は、実施の形態1に係るリードフレーム2の構成を示す図である。図3に示すように、リードフレーム2は、ダイパッド2aと、吊りリード2nと、リード2cと、制御リード2bとを含む。すなわち、図1および図2に示すように、半導体装置100は、ダイパッド2aと、吊りリード2nと、リード2cと、制御リード2bとを含む。リード2cは、例えば、リード端子としてのパワーリードである。The
ダイパッド2aの形状は、板状である。平面視における、ダイパッド2aの形状は、矩形である。ダイパッド2aは、一方の面である面2s、および、他方の面である面2rを有する。面2sは、第1面である。面2rは、ダイパッド2aのうち、面2sと反対側の面である。面2rは、第2面である。面2s,2rは、平面である。
The shape of the
ダイパッド2aは、吊りリード2nにより、リード2cと接合されている。
The
半導体装置100は、さらに、半導体素子S3と、制御用半導体素子S6と、絶縁層9と、ヒートシンク10と、封止材11とを備える。The
半導体素子S3は、例えば、高電圧で動作するパワー半導体素子である。なお、半導体素子S3は、パワー半導体素子に限定されず、たとえば、低電圧で動作する半導体素子であってもよい。The semiconductor element S3 is, for example, a power semiconductor element that operates at a high voltage. Note that the semiconductor element S3 is not limited to a power semiconductor element and may be, for example, a semiconductor element that operates at a low voltage.
ダイパッド2aの面2sには、半導体素子S3が搭載されている。具体的には、ダイパッド2aの面2sには、接合材4によって、半導体素子S3が接合されている。接合材4は、たとえば、はんだである。また、制御リード2bの表面には、接合材8によって、制御用半導体素子S6が接合されている。接合材8は、たとえば、はんだである。A semiconductor element S3 is mounted on the
制御用半導体素子S6には、2本のワイヤW7が接続されている。各ワイヤW7は、信号伝達用ワイヤである。以下においては、2本のワイヤW7を、それぞれ、ワイヤW7aおよびワイヤW7bともいう。Two wires W7 are connected to the control semiconductor element S6. Each wire W7 is a signal transmission wire. Hereinafter, the two wires W7 are also referred to as wire W7a and wire W7b, respectively.
半導体素子S3と制御用半導体素子S6とが、ワイヤW7aによって電気的に接続されている。また、制御用半導体素子S6と制御リード2bとが、ワイヤW7bによって電気的に接続されている。また、半導体素子S3は、ワイヤW5によってリード2cと電気的に接続されている。
The semiconductor element S3 and the control semiconductor element S6 are electrically connected by a wire W7a. The control semiconductor element S6 and the
ヒートシンク10は、一方の面である面10s、および、他方の面である面10rを有する。面10sは、第3面である。面10rは、第4面である。面10rは、ヒートシンク10のうち、面10sと反対側の面である。
The
ダイパッド2aの面2rには、絶縁層9およびヒートシンク10の順で、当該絶縁層9および当該ヒートシンク10が設けられている。絶縁層9は、ダイパッド2aとヒートシンク10との間に存在する。絶縁層9は、ダイパッド2aの面2rとヒートシンク10の面10sとに接触している。An insulating
封止材11は、たとえば、モールド樹脂である。封止材11は、半導体素子S3、制御用半導体素子S6、ワイヤW5,W7、ダイパッド2a、吊りリード2n、リード2c、絶縁層9およびヒートシンク10を封止する。The sealing
封止材11には、2つのネジ穴H1が形成されている。2つのネジ穴H1については、後述する。また、封止材11は、面11sおよび面11rを有する。面11rは、封止材11のうち、面11sと反対側の面である。Two screw holes H1 are formed in the sealing
リード2cは、封止材11における一方の側部から、X方向へ突出している。また、封止材11の外部に存在するリード2cの先端部が、Z方向と平行になるように、当該リード2cは屈曲している。The
制御リード2bは、封止材11における他方の側部から、-X方向へ突出している。また、封止材11の外部に存在する制御リード2bの先端部が、Z方向と平行になるように、当該制御リード2bは屈曲している。The
絶縁層9に接触している面10sを有するヒートシンク10の面10rは、封止材11から露出している。具体的には、ヒートシンク10の面10rは、封止材11の面11rから露出している。以下においては、封止材11から露出している面10rを、「露出面」ともいう。露出面である面10rの形状は、多角形としての矩形である。The
次に、各部の構成について具体的に説明する。リードフレーム2の材料には、たとえば、銅(Cu)およびアルミニウム(Al)のいずれかが適用される。また、リードフレーム2の材料としては、銅(Cu)およびアルミニウム(Al)で構成される合金が適用されてもよい。Next, the configuration of each part will be specifically described. The material of the
リードフレーム2の表面には、酸化防止のために、ニッケル(Ni)、銀(Ag)または金(Au)を使用しためっき処理が施されてもよい。すなわち、リードフレーム2の表面には、めっき膜としての、ニッケルめっき膜、銀めっき膜または金めっき膜が形成されてもよい。めっき膜は、リードフレーム2において、部分的に形成されてもよい。The surface of the
以下においては、めっき膜の形成の対象となる領域を、「めっき対象領域」ともいう。めっき対象領域は、表面酸化の影響を受けやすい領域である。めっき対象領域は、例えば、ダイパッド2aの面2sのうち、接合材4により、半導体素子S3が接合される領域の周辺である。また、めっき対象領域は、例えば、制御リード2bの表面のうち、接合材8により、制御用半導体素子S6が接合される領域の周辺である。Hereinafter, the area on which the plating film is formed is also referred to as the "area to be plated." The area to be plated is an area that is susceptible to the effects of surface oxidation. The area to be plated is, for example, the periphery of the area on the
また、めっき対象領域は、例えば、制御リード2bの表面のうち、ワイヤW7が接続される領域の周辺である。また、めっき対象領域は、例えば、リード2cの表面のうち、ワイヤW5が接続される領域の周辺である。The plating target area is, for example, the area on the surface of
半導体素子S3は、たとえば、スイッチング素子または整流素子として機能する素子である。当該スイッチング素子は、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等である。当該整流素子は、ダイオード素子である。The semiconductor element S3 is, for example, an element that functions as a switching element or a rectifying element. The switching element is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), etc. The rectifying element is a diode element.
半導体素子S3を構成する材料は、たとえば、シリコン(Si)である。なお、半導体素子S3を構成する材料は、シリコンに限定されず、たとえば、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド(C)等のワイドバンドギャップ半導体材料であってもよい。ワイドバンドギャップ半導体材料は、シリコンのバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する材料である。ワイドバンドギャップ半導体材料で構成される半導体素子S3は、大電流を使用した動作、高温環境下における動作等を行うことが可能になる。半導体装置100における半導体素子S3を構成する材料は、ワイドバンドギャップ半導体材料であることが好ましい。The material constituting the semiconductor element S3 is, for example, silicon (Si). The material constituting the semiconductor element S3 is not limited to silicon, and may be, for example, a wide band gap semiconductor material such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), diamond (C), etc. A wide band gap semiconductor material is a material that has a band gap wider than that of silicon. The semiconductor element S3 made of a wide band gap semiconductor material is capable of operating using a large current, operating in a high temperature environment, etc. The material constituting the semiconductor element S3 in the
また、制御リード2bの表面には、制御用半導体素子S6の代わりに、たとえば、抵抗素子、コンデンサ素子等の電子部品が搭載されてもよい。当該電子部品が搭載された半導体装置100は、いわゆるIPM(Intelligent Power Module)と称される。In addition, electronic components such as resistor elements and capacitor elements may be mounted on the surface of the
ワイヤW5,W7の各々を構成する材料は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)等であってもよい。また、ワイヤW5,W7の各々を構成する材料は、合金であってもよい。当該合金は、金属としてのアルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)および銀(Ag)のうち、2つ以上の金属で構成される。また、ワイヤW5,W7の各々を構成する材料は、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)等の金属元素が添加された合金であってもよい。The material constituting each of the wires W5 and W7 may be aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), etc. The material constituting each of the wires W5 and W7 may be an alloy. The alloy is composed of two or more metals selected from the metals aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), and silver (Ag). The material constituting each of the wires W5 and W7 may be an alloy to which a metal element such as nickel (Ni) or iron (Fe) is added.
ワイヤW5,W7の各々の形状は、例えば、細線状、円柱等である。ワイヤW5,W7の各々の断面の形状は、例えば、円である。当該円の直径は、例えば、10μm以上であって、かつ、500μm以下である。The shape of each of the wires W5 and W7 is, for example, a thin wire or a cylinder. The cross-sectional shape of each of the wires W5 and W7 is, for example, a circle. The diameter of the circle is, for example, 10 μm or more and 500 μm or less.
ワイヤW5,W7は、ワイヤボンディング工程において、ボールボンド、ウェッジボンド等の既存の方法によって接合される。ワイヤW5を構成する材料が、ワイヤW7を構成する材料と同じである場合、ワイヤW5,W7を、同じワイヤボンディング工程において接合することができる。Wires W5 and W7 are bonded in a wire bonding process by existing methods such as ball bonding and wedge bonding. If the material constituting wire W5 is the same as the material constituting wire W7, wires W5 and W7 can be bonded in the same wire bonding process.
ワイヤW5,W7のうちワイヤW5は、主配線である。そのため、ワイヤW5は、ワイヤW7より太い。なお、ワイヤW5の太さは、ワイヤW7の太さと同じ太さであってもよい。また、ワイヤW5は、ワイヤW7より細くてもよい。Of the wires W5 and W7, the wire W5 is the main wiring. Therefore, the wire W5 is thicker than the wire W7. The thickness of the wire W5 may be the same as that of the wire W7. The wire W5 may also be thinner than the wire W7.
たとえば、半導体装置100が、ディスクリート半導体装置である場合、ワイヤW5の太さは、ワイヤW7の太さと同じ太さである。また、半導体装置100に、IC(Integrated Circuit)またはLSI(Large Scale Insulator)等の複雑な構成を有する半導体素子が搭載される場合、ワイヤW5の太さは、ワイヤW7の太さと同じ太さであってもよい。For example, when the
また、封止材11は、複合材であってもよい。当該複合材は、たとえば、主成分として、フィラー等の充填材と、樹脂とを含む材料である。当該充填材は、封止材11の熱膨張率または機械的性質を調整するために使用される。当該複合材に含まれる当該樹脂は、たとえば、電気抵抗率の高い熱硬化性の樹脂である。当該樹脂は、たとえば、エポキシ樹脂である。封止材11は、高い絶縁性、良好な成型性および信頼性を有していることが好ましい。The sealing
封止材11は、たとえば、トランスファーモールド法によって形成される。封止材11は、リード2cの先端部、および、制御リード2bの先端部が封止材11から露出するように、リードフレーム2の一部を封止している。また、封止材11は、半導体素子S3、制御用半導体素子S6、ワイヤW5,W7、ダイパッド2a、吊りリード2n、リード2c、絶縁層9、ヒートシンク10を封止している。半導体装置100では、封止材11から露出している、リード2cの先端部、および、制御リード2bの先端部が、図示しない他の機器等と電気的に接続される。The sealing
ヒートシンク10の面10rは、封止材11から露出している。ヒートシンク10のうち、面10r以外の表面は、封止材11により封止されている。すなわち、ヒートシンク10のうち、面10r以外の表面は、封止材11から露出していない。
絶縁層9を構成する材料は、放熱性および絶縁性の高い材料である。絶縁層9は、たとえば、熱伝導性絶縁樹脂シートである。また、絶縁層9は、ダイパッド2aの面2rに配置される。絶縁層9は、例えば、印刷されたシート、転写されたシートまたは成形されたシートである。平面視における、絶縁層9の形状は、矩形である。平面視における絶縁層9のサイズは、平面視におけるダイパッド2aのサイズ以下のサイズである。
The material constituting the insulating
絶縁層9の厚さは、当該絶縁層9の放熱性を考慮して設定される。絶縁層9の厚さは、ダイパッド2aの厚さよりも薄い。たとえば、ダイパッド2aの厚さが、200μmから500μmの範囲の厚さである場合、絶縁層9の厚さは、約200μm以下であることが好ましい。The thickness of the insulating
絶縁層9に対して、高い放熱性および高い絶縁性が求められる場合、絶縁層9は、導体層とセラミック板とからなる絶縁基板であってもよい。当該導体層を構成する材料は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)等の金属である。当該導体層の表面には、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)等のめっきが施されてもよい。当該セラミック板を構成する材料は、例えば、セラミック材、ガラスセラミック材である。当該セラミック材は、例えば、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等である。When high heat dissipation and high insulation are required for the insulating
本実施の形態では、絶縁層9の放熱性を高めるために、絶縁層9にヒートシンク10が接触する。In this embodiment, a
ヒートシンク10を構成する材料は、例えば、合金である。当該合金は、たとえば、アルミニウム(Al)に、金属としてのマグネシウム(Mg)およびマンガン(Mn)の少なくともいずれかの金属が添加されたものである。The material constituting the
なお、ヒートシンク10を構成する材料は、例えば、合金に限定されず、合金と異なる金属であってもよい。ヒートシンク10を構成する材料は、例えば、銅(Cu)であってもよい。また、ヒートシンク10は、アルミニウム(Al)で構成された板であってもよい。The material constituting the
また、ヒートシンク10を構成する材料は、金属以外の材料であってもよい。ヒートシンク10を構成する材料は、例えば、熱伝導率が高い無機物または有機物であってもよい。The material constituting the
ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)には、くぼみV1が形成されている。図4および図5は、くぼみV1の構成を説明するための図である。図4は、くぼみV1の構成を示す平面図である。図5は、くぼみV1の構成を示す断面図である。A recess V1 is formed on the
図4に示すように、ヒートシンク10における、露出面である面10rの全周には、くぼみV1が形成されている。つまり、ヒートシンク10における、露出面である面10rの周縁には、くぼみV1が形成されている。くぼみV1は、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)の周縁に沿って延びている。すなわち、くぼみV1は、ヒートシンク10の端部に形成されている。平面視におけるくぼみV1の形状は、閉ループ状である。また、平面視におけるくぼみV1の形状は、矩形である。As shown in FIG. 4, a recess V1 is formed around the entire circumference of
以下においては、ヒートシンク10の面10rにおいてくぼみV1が延びている方向を、「くぼみ延在方向」ともいう。図4におけるくぼみ延在方向は、X軸方向およびY軸方向である。Hereinafter, the direction in which the recess V1 extends on the
閉ループ状のくぼみV1は、くぼみV1aと、くぼみV1bと、くぼみV1cと、くぼみV1dとを含む。くぼみV1a、くぼみV1b、くぼみV1cおよびくぼみV1dの各々は、くぼみV1の一部である。すなわち、くぼみV1a、くぼみV1b、くぼみV1cおよびくぼみV1dの各々は、くぼみV1である。The closed loop depression V1 includes depression V1a, depression V1b, depression V1c, and depression V1d. Each of depression V1a, depression V1b, depression V1c, and depression V1d is a part of depression V1. That is, each of depression V1a, depression V1b, depression V1c, and depression V1d is depression V1.
図4において、くぼみV1aおよびくぼみV1cの各々は、Y軸方向に延びている。また、図4において、くぼみV1bおよびくぼみV1dの各々は、X軸方向に延びている。In Fig. 4, each of the recesses V1a and V1c extends in the Y-axis direction. Also, in Fig. 4, each of the recesses V1b and V1d extends in the X-axis direction.
図5に示すように、断面視におけるくぼみV1の形状は、半円である。具体的には、くぼみV1の深さ方向に沿った、当該くぼみV1の断面の形状は、半円である。図5において、くぼみV1の深さ方向は、Z方向である。As shown in Figure 5, the shape of the depression V1 in a cross-sectional view is a semicircle. Specifically, the shape of the cross section of the depression V1 along the depth direction of the depression V1 is a semicircle. In Figure 5, the depth direction of the depression V1 is the Z direction.
以下においては、くぼみV1の深さを、「深さL1」ともいう。また、以下においては、露出面である面10rにおける、くぼみV1の幅を、「幅L2」ともいう。Hereinafter, the depth of the recess V1 is also referred to as "depth L1." Also, below, the width of the recess V1 on the
ヒートシンク10は、図示されない放熱部材に接続される。当該放熱部材は、放熱を行う機能を有する部材である。放熱部材は、たとえば、放熱フィンを有する部材である。ヒートシンク10における、露出面である面10rは、放熱部材と接続される接続面となる。以下においては、ヒートシンク10の面10rが、放熱部材と接続された状態を、「放熱部材接続状態」ともいう。The
なお、ヒートシンク10の面10rを、放熱部材に接続しない構成(以下、「放熱部材非接続構成」ともいう)としてもよい。In addition,
ヒートシンク10を、製造する方法および加工する方法は、任意の方法を用いることができる。ヒートシンク10を製造する方法は、たとえば、金型を使用した鍛造加工である。また、ヒートシンク10を製造する方法は、たとえば、加工対象物に対して行われる切削加工である。Any method can be used to manufacture and process the
また、くぼみV1を形成する方法も任意の方法を用いることができる。くぼみV1は、例えば、金型を使用した鍛造加工により、ヒートシンク10の製造とともに、形成されてもよい。また、製造されたヒートシンク10の面10rに対して、切削加工が行われることにより、当該面10rにくぼみV1が形成されてもよい。Any method can be used to form the recess V1. The recess V1 may be formed, for example, by a forging process using a die, during the manufacture of the
以下においては、露出面である面10rのうち、当該面10rの周縁以外の領域を、「露出面非周縁領域」ともいう。露出面非周縁領域は、例えば、図4のヒートシンク10の面10rのうち、当該面10rの周縁以外の領域である。図2に示される半導体素子S3は、ヒートシンク10の露出面非周縁領域の上方に配置される。すなわち、半導体素子S3の下方には、ヒートシンク10の露出面非周縁領域が存在する。Hereinafter, the area of
上記のように、実施の形態1に係る半導体装置100は構成されている。The
(製造方法)
次に、図3、図6、図7、図8、図9および図10を用いて、半導体装置100の製造方法の一例について説明する。図3、図7、図8、図9および図10は、実施の形態1に係る半導体装置100の製造方法を説明するための断面図である。
(Production method)
Next, an example of a method for manufacturing the
以下においては、半導体装置100の製造方法を、「製造方法Pr」ともいう。製造方法Prは、後述の金型51を使用する。図6は、実施の形態1に係る製造方法Prのフローチャートである。図6では、製造方法Prの複数の工程に含まれる、主要な工程のみを示している。Hereinafter, the manufacturing method of the
製造方法Prでは、まず、初期工程が行われる(ステップS110)。初期工程では、図3のリードフレーム2が用意される。リードフレーム2は、ダイパッド2aと、吊りリード2nと、リード2cと、制御リード2bとを含む。リード2cおよび制御リード2bの各々は屈曲している。In the manufacturing method Pr, an initial process is first performed (step S110). In the initial process, the
具体的には、初期工程では、板状部材に、公知の手法による加工が施されることにより、リードフレーム2が形成される。板状部材は、たとえば、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)により構成される。Specifically, in the initial process, a plate-shaped member is processed by a known method to form the
リードフレーム2には、複数のリード2cと複数の制御リード2bとが設けられている。複数のリード2cは、図示されないタイバーによって互いに繋がっている。また、複数の制御リード2bも、図示されないタイバーによって互いに繋がっている。The
次に、素子搭載工程が行われる(ステップS120)。素子搭載工程は、リードフレーム2に含まれる制御リード2bの表面に制御用半導体素子S6を搭載する工程である。具体的には、素子搭載工程では、図7に示すように、制御リード2bの表面に、接合材8によって、制御用半導体素子S6が接合される。前述したように、接合材8は、たとえば、はんだである。Next, an element mounting process is performed (step S120). The element mounting process is a process of mounting a control semiconductor element S6 on the surface of a
なお、接合材8は、はんだに限定されない。接合材8は、導電性接着材または焼結体であってもよい。当該焼結体は、たとえば、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のいずれかの金属粒子からなる。また、接合材8は、混合材であってもよい。当該混合材は、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のうち、2つ以上の金属粒子が混合した部材である。The
また、接合材8は、さらに、コア部材が被覆材で被覆された金属粒子で構成されてもよい。当該コア部材は、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のいずれかの金属粒子である。当該被覆材は、コア部材と異なる金属粒子である。当該被覆材は、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のいずれかの金属粒子である。The
また、接合材8は、低応力効果を有する金属粒子と樹脂とを含むハイブリッド型の焼結体であってもよい。当該ハイブリッド型の焼結体は、例えば、焼結体にエポキシ樹脂を含有させることにより得られる。The
接合材8を構成する材料は、たとえば、制御用半導体素子S6の裏面の材質を考慮して選定される。制御用半導体素子S6の裏面は、接合材8によって、制御リード2bの表面に接合される面である。当該制御用半導体素子S6の裏面にめっきが存在する場合、当該裏面の材質は、たとえば、めっきの種類である。The material constituting the
また、接合材8を構成する材料は、たとえば、制御リード2bの表面の状態を考慮して選定される。接合材8を構成する材料は、たとえば、制御リード2bの表面にめっきが存在するか否かに基づいて選定される。In addition, the material constituting the
また、素子搭載工程は、リードフレーム2に含まれるダイパッド2aの面2sに半導体素子S3を搭載する工程でもある。具体的には、素子搭載工程では、図8に示すように、ダイパッド2aの面2sに、接合材4によって、半導体素子S3が接合される。前述したように、接合材4は、たとえば、はんだである。The element mounting process is also a process of mounting a semiconductor element S3 on the
なお、接合材4は、はんだに限定されない。接合材8は、焼結体であってもよい。当該焼結体は、たとえば、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のいずれかの金属粒子からなる。当該焼結体の熱伝導率は、はんだの熱伝導率のk倍の熱伝導率である。「k」は、例えば、3から5の範囲に含まれる実数である。The bonding material 4 is not limited to solder. The
また、接合材4は、混合材であってもよい。当該混合材は、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のうち、2つ以上の金属粒子が混合した部材である。The bonding material 4 may also be a mixture. The mixture is a mixture of two or more metal particles selected from the group consisting of silver (Ag), copper (Cu), gold (Au) and nickel (Ni).
また、接合材4は、さらに、コア部材が被覆材で被覆された金属粒子で構成されてもよい。当該コア部材は、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のいずれかの金属粒子である。当該被覆材は、コア部材と異なる金属粒子である。当該被覆材は、金属粒子としての銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)およびニッケル(Ni)のいずれかの金属粒子である。The bonding material 4 may further be composed of metal particles in which the core member is coated with a coating material. The core member is any one of metal particles of silver (Ag), copper (Cu), gold (Au) and nickel (Ni). The coating material is a metal particle different from the core member. The coating material is any one of metal particles of silver (Ag), copper (Cu), gold (Au) and nickel (Ni).
また、接合材4は、低応力効果を有する金属粒子と樹脂とを含むハイブリッド型の焼結体であってもよい。当該ハイブリッド型の焼結体は、例えば、焼結体にエポキシ樹脂を含有させることにより得られる。The bonding material 4 may also be a hybrid sintered body containing metal particles with a low stress effect and a resin. The hybrid sintered body can be obtained, for example, by incorporating an epoxy resin into the sintered body.
接合材4を構成する材料は、たとえば、半導体素子S3の裏面の材質を考慮して選定される。半導体素子S3の裏面は、接合材4によって、ダイパッド2aの面2sに接合される面である。当該半導体素子S3の裏面にめっきが存在する場合、当該裏面の材質は、たとえば、めっきの種類である。The material constituting the bonding material 4 is selected, for example, taking into consideration the material of the back surface of the semiconductor element S3. The back surface of the semiconductor element S3 is the surface that is bonded to the
また、接合材4を構成する材料は、たとえば、リード2cの表面の状態を考慮して選定される。接合材4を構成する材料は、たとえば、リード2cの表面にめっきが存在するか否かに基づいて選定される。In addition, the material constituting the bonding material 4 is selected, for example, taking into consideration the surface condition of the
上記の素子搭載工程により、ダイパッド2aおよび制御リード2bを含むリードフレーム2に、半導体素子S3および制御用半導体素子S6が搭載される。
By the above-mentioned element mounting process, a semiconductor element S3 and a control semiconductor element S6 are mounted on a
次に、ワイヤボンディング工程が行われる。ワイヤボンディング工程では、図9に示すように、半導体素子S3とリード2cとが、ワイヤW5によって電気的に接続される。また、半導体素子S3と制御用半導体素子S6とが、ワイヤW7aによって電気的に接続される。さらに、制御用半導体素子S6と制御リード2bとが、ワイヤW7bによって電気的に接続される。Next, the wire bonding process is performed. In the wire bonding process, as shown in Figure 9, the semiconductor element S3 and the lead 2c are electrically connected by a wire W5. The semiconductor element S3 and the control semiconductor element S6 are also electrically connected by a wire W7a. The control semiconductor element S6 and the
具体的には、ワイヤボンディング工程では、ワイヤW5の一方の端部は、半導体素子S3における、たとえば、図示されない電極に接合される。当該電極は、エミッタ電極、ソース電極、アノード電極等である。ワイヤW5の他方の端部は、リード2cに接合される。ワイヤW7aの一方の端部は、半導体素子S3における、図示されないゲートパッドに接合される。ワイヤW7aの他方の端部は、制御用半導体素子S6に接合される。ワイヤW7bの一方の端部は、制御用半導体素子S6に接合される。ワイヤW7bの他方の端部は、制御リード2bに接合される。ワイヤW5,W7a,W7bを接合する方法は、たとえば、ボールボンディング、ウェッジボンディング等である。 Specifically, in the wire bonding process, one end of wire W5 is bonded to, for example, an electrode (not shown) on semiconductor element S3. The electrode in question is an emitter electrode, a source electrode, an anode electrode, etc. The other end of wire W5 is bonded to lead 2c. One end of wire W7a is bonded to a gate pad (not shown) on semiconductor element S3. The other end of wire W7a is bonded to the control semiconductor element S6. One end of wire W7b is bonded to the control semiconductor element S6. The other end of wire W7b is bonded to control lead 2b. The method of bonding wires W5, W7a, W7b is, for example, ball bonding, wedge bonding, etc.
ワイヤW5およびワイヤW7が同一の種類のワイヤである場合、ワイヤW5およびワイヤW7を、ワイヤボンディング工程における、同じ工程において接合することができる。If wire W5 and wire W7 are the same type of wire, wire W5 and wire W7 can be joined in the same step in the wire bonding process.
なお、半導体素子S3におけるゲートパッドのサイズと半導体素子S3に流す電流容量とが考慮された、最適なワイヤW5と最適なワイヤW7とが使用されることが好ましい。また、ワイヤW5およびワイヤW7の接合の順序は、特に制約されない。It is preferable to use the optimal wire W5 and optimal wire W7 taking into consideration the size of the gate pad in the semiconductor element S3 and the current capacity to be passed through the semiconductor element S3. In addition, the order of bonding the wire W5 and the wire W7 is not particularly restricted.
以下においては、ワイヤボンディング工程が行われた後のリードフレーム2の状態を、「素子接続状態」ともいう。素子接続状態のリードフレーム2は、図9に示されるリードフレーム2である。素子接続状態のリードフレーム2は、半導体素子S3が搭載されたダイパッド2aと、制御用半導体素子S6が搭載された制御リード2bとを含む。すなわち、素子接続状態のリードフレーム2には、半導体素子S3および制御用半導体素子S6が搭載されている。Hereinafter, the state of the
また、素子接続状態のリードフレーム2は、ワイヤW5,W7a,W7bが接合されているリードフレーム2である。素子接続状態のリードフレーム2では、例えば、半導体素子S3にワイヤW5,W7aが接合されており、制御用半導体素子S6にワイヤW7a,W7bが接合されている。
The
ここで、封止材により部材の封止を行うために使用される金型51について説明する。図10は、金型51を示す。金型51は、トランスファーモールド法により、部材の封止を行うためのモールド金型である。金型51は、トランスファーモールド金型である。金型51は、下金型51aと上金型51bとを含む。Here, we will explain the
金型51の状態には、封止可能状態と、封止不能状態とが存在する。封止可能状態は、封止材により部材を封止可能な状態である。図10には、一例として、封止可能状態の金型51が示される。また、図10には、図9の素子接続状態のリードフレーム2の、YZ面における構成が示されている。There are two states of the mold 51: a sealable state and an unsealable state. The sealable state is a state in which the components can be sealed with a sealant. Figure 10 shows the
封止可能状態の金型51では、上金型51bが下金型51aと対向している。また、封止可能状態の金型51は、上金型51bおよび下金型51aで規定されるキャビティCv1を有する。また、封止可能状態の金型51は、樹脂注入ゲート55を有する。In the
以下においては、流動性を有する封止材を、「封止材11n」ともいう。封止材11は、硬化した封止材11nである。樹脂注入ゲート55は、キャビティCv1に封止材11nを注入するための穴である。Hereinafter, the fluid sealing material is also referred to as "sealing
封止不能状態は、封止材により部材を封止できない状態である。封止不能状態の金型51では、上金型51bと下金型51aとが分離している。The non-sealable state is a state in which the components cannot be sealed with the sealing material. In the non-sealable state of the
また、下金型51aは、底面Sb1を有する。封止可能状態の金型51は、キャビティCv1に面する底面Sb1を有する。The
以下においては、封止材により部材の封止を行うための状況における、ダイパッド2a、絶縁層9およびヒートシンク10の状態を、「封止対応状態」ともいう。また、以下においては、封止材により部材の封止を行うための状況において、当該封止材を流動させる方向を、「方向Dr1」ともいう。Hereinafter, the state of the
次に、配置工程が行われる(ステップS130)。配置工程は、要約すれば、ダイパッド2a、絶縁層9およびヒートシンク10の状態が封止対応状態になるように、当該ダイパッド2a、当該絶縁層9および当該ヒートシンク10を、封止可能状態の金型51のキャビティCv1に配置する工程である。Next, a placement process is performed (step S130). In summary, the placement process is a process of placing the
封止対応状態は、絶縁層9がダイパッド2aとヒートシンク10との間に存在する状態である。また、封止対応状態は、絶縁層9が、ダイパッド2aの面2rとヒートシンク10の面10sとに接触している状態である。また、封止対応状態は、ヒートシンク10の面10rが、金型51の底面Sb1に接触している状態である。The sealing-compatible state is a state in which the insulating
配置工程で使用されるヒートシンク10の面10rには、図4に示すように、くぼみV1が形成されている。前述したように、ヒートシンク10の面10rにおいてくぼみV1が延びている方向は、くぼみ延在方向である。図4におけるくぼみ延在方向は、X軸方向およびY軸方向である。
As shown in Fig. 4, a recess V1 is formed on the
具体的には、配置工程では、まず、封止不能状態の金型51における下金型51aが用意される。次に、下金型51aの底面Sb1にヒートシンク10の面10rが接触するように、当該ヒートシンク10が配置される。また、ヒートシンク10の面10rに形成された、くぼみV1であるくぼみV1bのくぼみ延在方向が方向Dr1と交差するように、ヒートシンク10は配置される。Specifically, in the placement process, first, a
具体的には、くぼみV1であるくぼみV1bのくぼみ延在方向が方向Dr1と直交するように、ヒートシンク10は配置される。「くぼみ延在方向が方向Dr1と直交する」という表現は、「くぼみ延在方向が方向Dr1とほぼ直交する」という意味も含む。Specifically, the
次に、ヒートシンク10の面10sに絶縁層9が配置される。絶縁層9は、例えば、印刷されたシート、転写されたシートまたは成形されたシートである。絶縁層9が配置される位置は、仮に、ダイパッド2aが配置されたと仮定した状況において、当該ダイパッド2aの下方の位置である。Next, an insulating
ヒートシンク10および絶縁層9は、個別に、下金型51aに配置されることに限定されない。例えば、ヒートシンク10および絶縁層9が一体化された状態で、当該ヒートシンク10および当該絶縁層9が下金型51aに配置されてもよい。The
次に、図9の素子接続状態のリードフレーム2に含まれるダイパッド2aの面2rが絶縁層9に接触するように、当該素子接続状態のリードフレーム2が下金型51aに載置される。前述したように、素子接続状態のリードフレーム2は、半導体素子S3が搭載されたダイパッド2aと、制御用半導体素子S6が搭載された制御リード2bとを含む。すなわち、素子接続状態のリードフレーム2には、半導体素子S3および制御用半導体素子S6が搭載されている。
Next, the
次に、金型51の状態が、封止不能状態から封止可能状態に移行するように、上金型51bが配置される。具体的には、上金型51bが下金型51aと対向するように、上金型51bが配置される。これにより、封止可能状態の金型51のキャビティCv1に、リードフレーム2に含まれるダイパッド2aおよび制御リード2bが収容される。その結果、ダイパッド2a、絶縁層9およびヒートシンク10の状態は、前述の封止対応状態となる。以上のように、配置工程が行われる。Next, the
配置工程が行われた後、封止工程が行われる(ステップS140)。すなわち、封止工程は、配置工程よりも後に行われる。封止工程は、封止可能状態の金型51のキャビティCv1に封止材11nを注入する工程である。After the placement process, the sealing process is performed (step S140). That is, the sealing process is performed after the placement process. The sealing process is a process of injecting the sealing
ここで、ヒートシンク10の面10rは、金型51の底面Sb1に接触している。そのため、封止工程では、絶縁層9に接触している面10sを有するヒートシンク10の面10rが封止材11nから露出するように、封止可能状態の金型51のキャビティCv1に当該封止材11nが注入される。Here,
具体的には、封止工程では、封止材11nが樹脂注入ゲート55からキャビティCv1に向けて流動し、かつ、当該封止材11nが特定方向である方向Dr1へ流動するように、樹脂注入ゲート55に当該封止材11nが注入される。すなわち、封止工程では、封止材11nが方向Dr1へ流動するように、金型51のキャビティCv1に当該封止材11nが注入される。方向Dr1は、Y方向である。これにより、封止材11nは、方向Dr1またはほぼ方向Dr1へ流動する。
Specifically, in the sealing process, the sealing
前述したように、配置工程では、ヒートシンク10の面10rに形成された、くぼみV1であるくぼみV1bのくぼみ延在方向が方向Dr1と交差するように、ヒートシンク10は配置される。そのため、封止工程が行われる際に、ヒートシンク10の面10rに形成された、くぼみV1であるくぼみV1bのくぼみ延在方向が方向Dr1と交差するように、ヒートシンク10は配置されている。「くぼみ延在方向が方向Dr1と交差する」とは、具体的には、「くぼみ延在方向が方向Dr1と直交する」ということである。As described above, in the arrangement process, the
封止材11nが、ダイパッド2aに到達すると、方向Dr1に流動する封止材11nの流動力の一部が、方向Dr2にも加わる。そのため、封止材11nは、ダイパッド2aを、下金型51aの底面Sb1側へ付勢する。When the sealing
ダイパッド2aが下金型51aの底面Sb1側に付勢されることにより、絶縁層9およびヒートシンク10が当該底面Sb1側に付勢される。そのため、ヒートシンク10の面10rは、下金型51aの底面Sb1に密着する。したがって、封止材11nが、ヒートシンク10の面10rと、下金型51aの底面Sb1との間に流れ込にくくなる。
By biasing the
ところで、ヒートシンク10の面10rと下金型51aの底面Sb1との間には、わずかな隙間(以下、「隙間Gp」ともいう)が存在する。隙間Gpは、例えば、ヒートシンク10の寸法公差等により、生じたものである。However, there is a small gap (hereinafter also referred to as "gap Gp") between the
封止材11nがキャビティCv1に充填されることにより、素子接続状態のリードフレーム2に搭載されている半導体素子S3および制御用半導体素子S6が封止材11nにより封止され、かつ、絶縁層9およびヒートシンク10も封止材11nにより封止される。
When the sealing
封止材11nがキャビティCv1に充填された後、当該封止材11nは硬化する。当該封止材11nが硬化すると、当該封止材11nは封止材11になる。例えば、封止材11nの温度が低下することにより、封止材11nは硬化する。これにより、リードフレーム2および当該リードフレーム2に搭載されている部材は、硬化した封止材11nである封止材11により封止される。リードフレーム2に搭載されている部材は、例えば、半導体素子S3、制御用半導体素子S6等である。After the sealing
また、硬化した封止材11は、封止可能状態の金型51の内壁に接触している。封止可能状態の金型51の内壁は、当該金型51のうち、キャビティCv1に面する部分である。以上のように、封止工程が行われる。In addition, the
以下においては、封止材11によりリードフレーム2が封止されている状況における、当該リードフレーム2の状態を、「封止状態」ともいう。ここで、封止状態のリードフレーム2の構成を、図11を用いて説明する。Hereinafter, the state of the
図11は、実施の形態1に係る半導体装置100の構成を示す図である。図11では、半導体装置100の構成を分かり易くするために、封止材11については、当該封止材11の輪郭のみを示している。図11の半導体装置100は、図2の半導体装置100の、YZ面における構成が示されている。
Figure 11 is a diagram showing the configuration of a
封止状態のリードフレーム2の構成は、図11の半導体装置100に、例えば、図示されない不要部がさらに追加されている構成である。当該不要部は、例えば、ランナーである。The configuration of the
封止状態のリードフレーム2は、前述の封止工程が行われることにより、得られる。封止状態のリードフレーム2では、封止材11により、半導体素子S3、制御用半導体素子S6、ワイヤW5,W7、ダイパッド2a、リード2c、絶縁層9、ヒートシンク10等が封止されている。The sealed
次に、取り外し工程が行われる(ステップS150)。取り外し工程では、金型51の状態が、封止可能状態から封止不能状態に移行するように、上金型51bが取り外される。Next, a removal process is performed (step S150). In the removal process, the
次に、封止状態のリードフレーム2が下金型51aから取り出される。取り出された封止状態のリードフレーム2の構成は、図11の半導体装置100に、例えば、図示されない不要部がさらに追加されている構成である。当該不要部は、例えば、ランナーである。ランナーは、例えば、樹脂注入ゲート55内に存在していた封止材で生成される部材である。以上のように、取り外し工程が行われる。Next, the sealed
次に、仕上げ工程が行われる。仕上げ工程では、封止状態のリードフレーム2に対し、仕上げ処理が行われる。仕上げ処理では、図示されない金型プレスを用いて、複数のリード2cを互いに繋いでいる、図示されないタイバーが切断される。これにより、各リード2cが、独立したリード2cとして形成される。Next, a finishing process is performed. In the finishing process, the sealed
また、仕上げ処理では、金型プレスを用いて、複数の制御リード2bを互いに繋いでいる、図示されないタイバーが切断される。これにより、各制御リード2bが、独立した制御リード2bとして形成される。また、仕上げ処理では、ランナー等の不要部も除去される。In the finishing process, a die press is used to cut the tie bars (not shown) that connect the multiple control leads 2b together. This forms each
以上により、半導体装置100が完成する。完成した半導体装置100は、図11の半導体装置100である。完成した半導体装置100の封止材11の表面には、ゲート痕M1が存在する。ゲート痕M1は、前述のランナーが除去されたことにより生じたものである。そのため、ゲート痕M1が存在する、封止材11の表面は、前述の取り外し工程が行われる直前に、封止可能状態の金型51の内壁に接触していた封止材11の表面よりも、粗い。
In this way, the
したがって、完成した半導体装置100の封止材11の表面に存在するゲート痕M1により、封止工程において使用された樹脂注入ゲート55の位置を把握することができる。すなわち、完成した半導体装置100の外観から、封止工程において使用された樹脂注入ゲート55の位置を把握することができる。Therefore, the position of the
前述の製造方法Prでは、屈曲したリード2c、および、屈曲した制御リード2bを使用して半導体装置100を製造する処理を説明したがこれに限定されない。製造方法Prでは、屈曲していないリード2c、および、屈曲していない制御リード2bを使用して半導体装置100を製造した後に、リード2cおよび制御リード2bの各々を屈曲させてもよい。In the above-mentioned manufacturing method Pr, the process of manufacturing the
半導体装置100に含まれるリード2cおよび制御リード2bの各々が屈曲していない当該半導体装置100を完成品としてもよい。なお、半導体装置100のパッケージ構造は、DIP構造に限定されず、SOP(Small Outline Package)構造であってもよい。The
上述した半導体装置100では、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)に形成されているくぼみV1によって、半導体装置100に樹脂バリが発生することを抑制することができる、このことについて説明する。In the
ここで、本実施の形態の比較の対象となる比較例について説明する。以下においては、比較例に係る半導体装置を、「半導体装置N1」ともいう。半導体装置N1は、半導体装置100と比較して、ヒートシンク10の代わりにヒートシンク10nを含む点が異なる。半導体装置N1のそれ以外の構成は、半導体装置100と同様である。Here, we will explain a comparative example to which the present embodiment is compared. Hereinafter, the semiconductor device according to the comparative example will also be referred to as "semiconductor device N1." Semiconductor device N1 differs from
ヒートシンク10nは、ヒートシンク10と比較して、面10rにくぼみV1が形成されていない点が異なる。ヒートシンク10nのそれ以外の構成は、ヒートシンク10と同様である。Heat sink 10n differs from
以下においては、比較例に係る半導体装置N1の製造方法を、「製造方法Prn」ともいう。製造方法Prnは、前述の製造方法Prと比較して、くぼみV1が形成されているヒートシンク10の代わりにヒートシンク10nが使用される点のみが異なる。Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device N1 according to the comparative example will also be referred to as the "manufacturing method Prn." The manufacturing method Prn differs from the manufacturing method Pr described above only in that a heat sink 10n is used instead of the
比較例に係る製造方法Prnの封止工程では、キャビティCv1に封止材11nが注入される。この場合、ヒートシンク10nの面10rと下金型51aの底面Sb1との間に存在する隙間Gpに封止材11nが流れ込むことにより、樹脂バリが発生することがある。以下においては、樹脂バリを、「樹脂バリB1」ともいう。図18は、比較例の構成において発生する樹脂バリB1の一例を示す図である。In the sealing process of the manufacturing method Prn according to the comparative example, the sealing
本実施の形態に係る半導体装置100のヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)には、図4に示すように、くぼみV1が形成されている。前述したように、本実施の形態に係る製造方法Prでは、封止工程が行われる際に、ヒートシンク10の面10rに形成された、くぼみV1であるくぼみV1bのくぼみ延在方向が方向Dr1と交差するように、ヒートシンク10は配置される。「くぼみ延在方向が方向Dr1と交差する」とは、具体的には、「くぼみ延在方向が方向Dr1と直交する」ということである。
As shown in Figure 4, a recess V1 is formed on
ここで、製造方法Prの封止工程において、図10に示される方向Dr1へ流動する封止材11nが、ヒートシンク10の面10rと下金型51aの底面Sb1との間の隙間Gpに侵入して、図4のX軸方向に延びているくぼみV1bに入ったと仮定する。くぼみV1bは、くぼみV1である。X軸方向は、くぼみ延在方向である。くぼみV1であるくぼみV1bの深さ方向は、Z方向である。以下においては、封止材11nが流動する方向を、「流動方向」ともいう。
Now, assume that in the sealing process of manufacturing method Pr, sealing
この場合、くぼみV1であるくぼみV1bに入った封止材11nの大部分は、くぼみV1bのくぼみ延在方向であるX軸方向に沿って流動する。また、くぼみV1であるくぼみV1bに入った封止材11nの一部は、くぼみV1bの深さ方向であるZ方向に向かう。In this case, most of the sealing
すなわち、くぼみV1であるくぼみV1bの存在により、封止材11nの流動方向が、方向Dr1であるY方向から、くぼみ延在方向であるX軸方向、および、深さ方向であるZ方向へ変化する。そのため、くぼみV1であるくぼみV1bは、隙間Gpに侵入した封止材11nをせき止める機能を有する。That is, due to the presence of the recess V1b, which is the recess V1, the flow direction of the sealing
したがって、半導体素子S3の下方に存在する、ヒートシンク10の面10rの露出面非周縁領域に樹脂バリB1が形成されることを抑制することができる。その結果、半導体装置100の放熱性を確保することができる。Therefore, it is possible to prevent the formation of resin burrs B1 in the non-peripheral region of the exposed surface of the
次に、図5を用いて、くぼみV1の構成について説明する。くぼみV1の幅L2が大きい程、くぼみV1に入った封止材11nの流動方向の変化は大きい。また、くぼみV1の深さL1が深い程、くぼみV1に入った封止材11nの流動方向の変化は大きい。流動方向の変化は、方向Dr1であるY方向から、くぼみ延在方向であるX軸方向、くぼみV1の深さ方向であるZ方向等への変化である。そのため、くぼみV1であるくぼみV1bに入った封止材11nの流動方向の変化が大きいほど、樹脂バリB1が形成されることを抑制する効果が高くなる。
Next, the configuration of the recess V1 will be described with reference to Figure 5. The larger the width L2 of the recess V1, the greater the change in the flow direction of the sealing
一方、くぼみV1の深さL1が、ヒートシンク10の厚みの半分以上になると、当該くぼみV1が存在する、当該ヒートシンク10の端部の剛性が弱くなる。On the other hand, if the depth L1 of the recess V1 is more than half the thickness of the
また、くぼみV1の幅L2が大きい程、当該くぼみV1が露出面非周縁領域に近づく。当該露出面非周縁領域は、半導体素子S3の下方に存在する領域である。ヒートシンク10の面10rが放熱部材と接続された前述の放熱部材接続状態では、くぼみV1の幅L2が大きい程、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)が放熱部材に接触する面積が小さくなる。そのため、放熱部材接続状態では、くぼみV1の幅L2が大きい程、半導体装置100の放熱性が低下する。
Furthermore, the larger the width L2 of the recess V1, the closer the recess V1 is to the non-peripheral region of the exposed surface. The non-peripheral region of the exposed surface is the region that exists below the semiconductor element S3. In the above-mentioned heat dissipation member connection state in which the
したがって、ヒートシンク10の剛性、および、半導体素子S3の放熱経路を考慮して、くぼみV1の深さL1、および、くぼみV1の幅L2を設定することが好ましい。前述したように、幅L2は、露出面である面10rにおける、くぼみV1の幅である。Therefore, it is preferable to set the depth L1 and width L2 of the recess V1 in consideration of the rigidity of the
ところで、ヒートシンク10の面10rを放熱部材に接続しない前述の放熱部材非接続構成では、くぼみV1の幅L2が大きい程、ヒートシンク10が空気に触れる面積が増える。そのため、放熱部材非接続構成では、くぼみV1の幅L2が大きい程、半導体装置100の放熱性は向上する。Incidentally, in the above-mentioned heat dissipation member unconnected configuration in which the
くぼみV1における、深さL1と幅L2との関係は、例えば、半導体装置100の放熱の仕様に応じて設定される。設定される深さL1と幅L2との関係は、「L1=L2」、「L1<L2」および「L1>L2」のいずれかである。The relationship between the depth L1 and the width L2 of the recess V1 is set, for example, according to the heat dissipation specifications of the
以下においては、くぼみV1における、深さL1と幅L2との関係が「L1=L2」である構成を、「構成Cm1」ともいう。また、以下においては、くぼみV1における、深さL1と幅L2との関係が「L1<L2」である構成を、「構成Cm2」ともいう。また、以下においては、くぼみV1における、深さL1と幅L2との関係が「L1>L2」である構成を、「構成Cm3」ともいう。 In the following, the configuration in which the relationship between depth L1 and width L2 in recess V1 is "L1 = L2" is also referred to as "configuration Cm1." In addition, in the following, the configuration in which the relationship between depth L1 and width L2 in recess V1 is "L1 < L2" is also referred to as "configuration Cm2." In addition, in the following, the configuration in which the relationship between depth L1 and width L2 in recess V1 is "L1 > L2" is also referred to as "configuration Cm3."
深さL1と幅L2との関係が「L1=L2」である構成Cm1では、くぼみV1の深さL1に相当する長さは、当該くぼみV1の幅L2と同じである。深さL1と幅L2との関係が「L1<L2」である構成Cm2では、くぼみV1の深さL1に相当する長さは、当該くぼみV1の幅L2より短い。深さL1と幅L2との関係が「L1>L2」である構成Cm3では、くぼみV1の深さL1に相当する長さは、当該くぼみV1の幅L2より長い。In configuration Cm1, where the relationship between depth L1 and width L2 is "L1 = L2", the length corresponding to the depth L1 of recess V1 is the same as the width L2 of the recess V1. In configuration Cm2, where the relationship between depth L1 and width L2 is "L1 < L2", the length corresponding to the depth L1 of recess V1 is shorter than the width L2 of the recess V1. In configuration Cm3, where the relationship between depth L1 and width L2 is "L1 > L2", the length corresponding to the depth L1 of recess V1 is longer than the width L2 of the recess V1.
また、図5に示すように、くぼみV1の深さ方向に沿った、当該くぼみV1の断面の形状は、半円である構成(以下、「構成Cs1」ともいう)としたがこれに限定されない。図12は、断面視における、くぼみV1の別の構成を示す図である。 As shown in Fig. 5, the cross-sectional shape of the recess V1 along the depth direction of the recess V1 is a semicircle (hereinafter, also referred to as "structure Cs1"). However, this is not limited to this. Fig. 12 is a diagram showing another configuration of the recess V1 in a cross-sectional view.
図12(a)のように、くぼみV1の深さ方向に沿った、当該くぼみV1の断面の形状は、三角形である構成(以下、「構成Cs2」ともいう)としてもよい。また、図12(b)のように、くぼみV1の深さ方向に沿った、当該くぼみV1の断面の形状は、四角形である構成(以下、「構成Cs3」ともいう)としてもよい。また、図12(c)のように、くぼみV1の深さ方向に沿った、当該くぼみV1の断面の形状は、菱形である構成(以下、「構成Cs4」ともいう)としてもよい。As shown in Fig. 12(a), the cross-sectional shape of the depression V1 along the depth direction of the depression V1 may be a triangular configuration (hereinafter also referred to as "configuration Cs2"). As shown in Fig. 12(b), the cross-sectional shape of the depression V1 along the depth direction of the depression V1 may be a quadrangular configuration (hereinafter also referred to as "configuration Cs3"). As shown in Fig. 12(c), the cross-sectional shape of the depression V1 along the depth direction of the depression V1 may be a rhombus configuration (hereinafter also referred to as "configuration Cs4").
構成Cs2,Cs3,Cs4のいずれにおいても、くぼみV1における、深さL1と幅L2との関係は、半導体装置100の放熱の仕様に応じて、適宜設定される。In any of configurations Cs2, Cs3, and Cs4, the relationship between depth L1 and width L2 in recess V1 is set appropriately depending on the heat dissipation specifications of the
また、構成Cs1,Cs2,Cs3,Cs4のいずれにおいても、樹脂バリB1の発生を抑制する効果が得られる。そのため、くぼみV1をヒートシンク10に形成する際の生産性を考慮して、構成Cs1,Cs2,Cs3,Cs4のいずれかが採用されればよい。In addition, any of the configurations Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 can suppress the occurrence of resin burrs B1. Therefore, any of the configurations Cs1, Cs2, Cs3, and Cs4 may be adopted in consideration of the productivity when forming the recess V1 in the
また、本実施の形態では、図4に示すように、ヒートシンク10における、露出面である面10rの全周に、1つのくぼみV1が形成される構成としたがこれに限定されない。図13に示すように、ヒートシンク10における、露出面である面10rの全周に、2つ以上のくぼみV1が形成される構成としてもよい。In the present embodiment, as shown in Fig. 4, one recess V1 is formed around the entire circumference of the
図13は、平面視における、くぼみV1の別の構成を示す図である。図13は、一例として、ヒートシンク10の面10rの全周に2つのくぼみV1が形成されている状態を示す図である。図13では、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)に、当該面10rの周縁に沿って延びているくぼみV1が複数形成されている。
Figure 13 is a diagram showing another configuration of the recess V1 in a plan view. Figure 13 is a diagram showing, as an example, a state in which two recesses V1 are formed around the entire circumference of the
以下においては、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)に複数のくぼみV1を形成した構成を、「複数くぼみ構成」ともいう。図13の構成は、複数くぼみ構成である。Hereinafter, a configuration in which multiple recesses V1 are formed on the
露出面である面10rの周縁に形成されるくぼみV1の数が多い程、樹脂バリB1の発生を抑制する効果が大きくなる。The more recesses V1 formed on the periphery of the exposed
一方で、露出面である面10rの周縁に形成されるくぼみV1の数が多い程、当該くぼみV1が露出面非周縁領域に近づく。当該露出面非周縁領域は、半導体素子S3の下方に存在する領域である。前述の放熱部材接続状態では、くぼみV1の数が多い程、ヒートシンク10の面10rが放熱部材に接触する面積が小さくなる。そのため、放熱部材接続状態では、くぼみV1の数が多い程、半導体装置100の放熱性が低下する。On the other hand, the more recesses V1 formed on the periphery of the exposed surface,
したがって、樹脂バリB1の発生を抑制する効果、および、半導体素子S3の放熱経路を考慮して、露出面である面10rの周縁に形成するくぼみV1の数を設定すればよい。Therefore, the number of recesses V1 to be formed on the periphery of the exposed surface,
ところで、ヒートシンク10の面10rを放熱部材に接続しない前述の放熱部材非接続構成では、くぼみV1の数が多い程、ヒートシンク10が空気に触れる面積が増える。そのため、放熱部材非接続構成では、くぼみV1の数が多い程、半導体装置100の放熱性は向上する。Incidentally, in the above-mentioned heat dissipation member unconnected configuration in which the
なお、くぼみV1は、ヒートシンク10における、露出面である面10rの全周に形成されなくてもよい。例えば、樹脂バリB1の発生の起因となる封止材11nが流動する方向Dr1とくぼみV1が直交するように、当該くぼみV1が形成されればよい。図14は、平面視における、くぼみV1の別の構成を示す図である。Note that the recess V1 does not have to be formed around the entire circumference of the
たとえば、露出面である面10rに形成されるくぼみV1は、図14(a)に示される、コの字状のくぼみV1であってもよい。図14(a)のくぼみV1は、くぼみV1aと、くぼみV1bと、くぼみV1cとを含む。For example, the depression V1 formed on the
また、露出面である面10rに形成されるくぼみV1が、図14(b)に示されるくぼみV1である構成としてもよい。以下においては、くぼみV1が、ヒートシンク10における、露出面である面10rの周縁の一部のみに形成されている構成を、「くぼみ最小構成」ともいう。図14(b)のくぼみV1の構成は、くぼみ最小構成である。In addition, the recess V1 formed on the
くぼみ最小構成では、たとえば、図14(b)に示すように、くぼみV1は構成される。ここで、露出面である面10rの形状は、多角形としての矩形である。図14(b)におけるくぼみV1は、面10rの形状である当該矩形を構成する4つの辺のうちの1つ辺のみに沿って延びている。In the minimum recess configuration, recess V1 is configured, for example, as shown in FIG. 14(b). Here, the shape of
また、くぼみ最小構成における製造方法Prの配置工程では、図14(b)に示すように、ヒートシンク10の面10rに形成された、くぼみV1のくぼみ延在方向が方向Dr1と交差するように、ヒートシンク10は配置される。そのため、くぼみ最小構成における製造方法Prでは、ステップS140の封止工程が行われる際に配置されているヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)の周縁のうち、方向Dr1と交差する領域のみにくぼみV1は形成されている。「ヒートシンク10の面10rの周縁のうち、方向Dr1と交差する領域」とは、具体的には、「ヒートシンク10の面10rの周縁のうち、方向Dr1と直交する領域」ということである。「面10rの周縁のうち、方向Dr1と直交する」という表現は、「面10rの周縁のうち、方向Dr1とほぼ直交する」という意味も含む。
In the arrangement step of the manufacturing method Pr with the minimum recess configuration, the
(まとめ)
以上説明したように、本実施の形態によれば、半導体素子S3は、ダイパッド2aの面2sに搭載されている。封止材11は、半導体素子S3、ダイパッド2a、絶縁層9およびヒートシンク10を封止する。絶縁層9は、ダイパッド2aとヒートシンク10との間に存在する。絶縁層9は、ダイパッド2aの面2rとヒートシンク10の面10sとに接触している。絶縁層9に接触している面10sを有するヒートシンク10の面10rは、封止材11から露出している。
(summary)
As described above, according to this embodiment, the semiconductor element S3 is mounted on the
すなわち、半導体素子S3が搭載されたダイパッド2aに接触する絶縁層9に、ヒートシンク10が接触している。また、当該ヒートシンク10は、封止材11から露出している。そのため、本開示の半導体装置は、ヒートシンク10の作用により、絶縁層が封止材から露出している関連構成Bの半導体装置よりも、高い放熱性を有する。したがって、高い放熱性を有する半導体装置を提供することができる。That is, the
また、本実施の形態によれば、製造方法Prの封止工程が行われる際に、ヒートシンク10の面10rに形成された、くぼみV1であるくぼみV1bのくぼみ延在方向が方向Dr1と交差するように、ヒートシンク10は配置される。「くぼみ延在方向が方向Dr1と交差する」とは、具体的には、「くぼみ延在方向が方向Dr1と直交する」ということである。
Furthermore, according to this embodiment, when the sealing process of manufacturing method Pr is performed, the
封止材11nが、隙間Gpに侵入して、くぼみV1bに入った場合、くぼみV1であるくぼみV1bに入った封止材11nの大部分は、くぼみV1bのくぼみ延在方向であるX軸方向に沿って流動する。また、くぼみV1であるくぼみV1bに入った封止材11nの一部は、くぼみV1bの深さ方向であるZ方向に向かう。When the sealing
すなわち、くぼみV1であるくぼみV1bの存在により、封止工程における封止材11nの流動方向が、方向Dr1であるY方向から、くぼみ延在方向であるX軸方向、および、深さ方向であるZ方向へ変化する。That is, due to the presence of recess V1b, which is recess V1, the flow direction of the sealing
そのため、くぼみV1であるくぼみV1bは、隙間Gpに侵入した封止材11nをせき止める。すなわち、くぼみV1であるくぼみV1bは、封止材11nの流動方向を制御する。したがって、ヒートシンク10の面10rに樹脂バリが発生することを抑制することができる。その結果、半導体装置100の放熱性を確保することができるという効果が得られる。Therefore, the recess V1b, which is the recess V1, blocks the sealing
<変形例1>
本変形例の構成は、ヒートシンク10の露出面に突起を形成した構成である。本変形例の構成は、実施の形態1に適用される。図15は、変形例1の構成を説明するための図である。図15の構成は、図5の構成に、変形例1の構成が適用された構成である。
<
In the configuration of this modification, protrusions are formed on the exposed surface of the
変形例1の構成は、実施の形態1の構成と比較して、ヒートシンク10における、露出面である面10rに、突起X1がさらに形成されている。以下においては、ヒートシンク10における、露出面である面10rに突起X1を形成した構成を、「突起形成構成」ともいう。図15の構成は、突起形成構成である。
In the configuration of
本変形例の構成では、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)の周縁には、くぼみV1と、突起X1とが形成されている。また、露出面である面10rのうち、くぼみV1が存在する位置より外側の領域には突起X1が形成されている。突起X1は、面10rの端部に形成されている。突起X1は、露出面である面10rの周縁に沿って延びている。In the configuration of this modified example, a recess V1 and a protrusion X1 are formed on the periphery of
突起X1は、-Z方向に突出している。以下においては、突起X1が突出している方向を、「突出方向」ともいう。突起X1は、くぼみV1のくぼみ延在方向に延びている。以下においては、ヒートシンク10の面10rにおいて突起X1が延びている方向を、「突起延在方向」ともいう。図15において、突起X1の突起延在方向は、X軸方向である。
The protrusion X1 protrudes in the -Z direction. Hereinafter, the direction in which the protrusion X1 protrudes is also referred to as the "protrusion direction". The protrusion X1 extends in the recess extension direction of the recess V1. Hereinafter, the direction in which the protrusion X1 extends on the
前述したように、本変形例の構成は、実施の形態1に適用される。たとえば、図4の構成に、本変形例の構成が適用された構成では、平面視における突起X1の形状は、閉ループ状である。また、たとえば、図14(b)の構成に、本変形例の構成が適用された構成では、突起X1は、露出面である面10rの形状である矩形を構成する4つの辺のうちの1つ辺のみに沿って延びている。As described above, the configuration of this modified example is applied to
次に、図15を用いて、突起X1の構成について説明する。くぼみV1の構成は、実施の形態1で説明したので、その説明は繰り返さない。断面視における突起X1の形状は、半円である。以下においては、突起X1の高さを、「高さL3」ともいう。また、以下においては、露出面である面10rにおける、突起X1の幅を、「幅L4」ともいう。Next, the configuration of the protrusion X1 will be described with reference to FIG. 15. The configuration of the recess V1 has been described in
ここで、製造方法Prの封止工程において、図10に示される方向Dr1へ流動する封止材11nが、ヒートシンク10の面10rに形成された突起X1に接触したと仮定する。Here, it is assumed that in the sealing process of manufacturing method Pr, sealing
この場合、封止材11nの大部分は、突起X1の突起延在方向であるX軸方向に沿って流動する。また、封止材11nの一部は、突起X1の突出方向である-Z方向を含むZ軸方向に沿って流動する。すなわち、突起X1の存在により、封止材11nの流動方向が、方向Dr1であるY方向から、突起延在方向であるX軸方向、および、突起X1の突出方向を含むZ軸方向へ変化する。そのため、突起X1は、隙間Gpに侵入した封止材11nをせき止める機能を有する。これにより、樹脂バリB1が形成されることを抑制することができる。In this case, most of the sealing
また、突起X1の高さL3が高い程、封止材11nの流動方向の変化は大きい。当該流動方向の変化は、方向Dr1であるY方向から、突起延在方向であるX軸方向、突起X1の突出方向である-Z方向等への変化である。そのため、封止材11nの流動方向の変化が大きいほど、樹脂バリB1が形成されることを抑制する効果が高くなる。
Furthermore, the greater the height L3 of the protrusion X1, the greater the change in the flow direction of the sealing
一方、突起X1の高さL3が高い程、ヒートシンク10の露出面に対する突起X1の形成が困難になる。また、突起X1の高さL3が高い程、突起X1の高さの制御が困難になる。そのため、ヒートシンク10の生産性、樹脂バリの発生の抑制の効果等を考慮して、突起X1の高さL3を設定することが好ましい。On the other hand, the higher the height L3 of the protrusion X1, the more difficult it is to form the protrusion X1 on the exposed surface of the
突起X1における、高さL3と幅L4との関係は、たとえば、半導体装置100の放熱の仕様に応じて設定される。設定される高さL3と幅L4との関係は、「L3=L4」、「L3<L4」および「L3>L4」のいずれかである。The relationship between the height L3 and width L4 of the protrusion X1 is set, for example, according to the heat dissipation specifications of the
また、断面視における突起X1の形状は、半円である構成としたがこれに限定されない。断面視における突起X1の形状は、三角、四角、菱形等であってもよい。突起X1の形状が、半円、三角、四角および菱形のいずれである状況においても、突起X1における、高さL3と幅L4との関係は、たとえば、半導体装置100の放熱の仕様に応じて、適宜設定される。
In addition, the shape of the protrusion X1 in cross-sectional view is semicircular, but is not limited to this. The shape of the protrusion X1 in cross-sectional view may be triangular, rectangular, diamond, etc. Regardless of whether the shape of the protrusion X1 is semicircular, triangular, rectangular, or diamond, the relationship between the height L3 and width L4 of the protrusion X1 is appropriately set according to, for example, the heat dissipation specifications of the
突起X1を構成する材料は、ヒートシンク10を構成する材料と同様である。突起X1を構成する材料は、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の放熱性の高い金属である。これにより、半導体素子S3が発生する熱を、ダイパッド2a、絶縁層9およびヒートシンク10を介して放散させることに加え、当該熱を突起X1を介して放散させることができる。そのため、半導体素子S3に偏りやすい熱を分散させる効果が得られる。The material constituting the protrusion X1 is the same as the material constituting the
また、突起X1を構成する材料は、上記の材料に限定されない。突起X1を構成する材料は、たとえば、セラミック材、ガラスセラミック材等であってもよい。当該セラミック材は、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等である。突起X1を構成する材料がセラミック材である構成は、突起X1を構成する材料が金属である構成よりも、突起X1と封止材11との密着性が高い。これにより、アンカー効果によって、封止材11の剥離を抑制することができる。
Furthermore, the material constituting the protrusion X1 is not limited to the above-mentioned materials. The material constituting the protrusion X1 may be, for example, a ceramic material, a glass ceramic material, etc. The ceramic material is alumina, silicon nitride, aluminum nitride, etc. A configuration in which the material constituting the protrusion X1 is a ceramic material provides higher adhesion between the protrusion X1 and the sealing
また、前述したように、ヒートシンク10は、図示されない放熱部材に接続される。放熱部材は、たとえば、放熱フィンを有する部材である。ヒートシンク10における、露出面である面10rは、放熱部材と接続される接続面となる。As mentioned above, the
放熱部材は、図1に示される封止材11の2つのネジ穴H1を使用して、ヒートシンク10に固定される。具体的には、封止材11の2つのネジ穴H1の各々に、図示されない固定用ネジが固定されることにより、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)は、放熱部材に固定される。ヒートシンク10の面10rと放熱部材との間には、中間部材としてのグリスが設けられる。The heat dissipation member is fixed to the
半導体装置100の半導体素子S3が発生する熱を効率よく放散するために、ヒートシンク10の面10rと放熱部材とは、グリスを介して、互いに密着する。ここで、封止材11の面11rが湾曲面である構成(以下、「密着構成」ともいう)としてもよい。当該湾曲面の形状は、下凸形状である。下凸形状とは、封止材11の面11rの下方に対し、当該面11rが出っ張る形状である。In order to efficiently dissipate heat generated by the semiconductor element S3 of the
密着構成では、封止材11の2つのネジ穴H1を使用してネジ締めを行った際に、ヒートシンク10の面10rと放熱部材とを、グリスを介して隙間なく密着させることができる。また、密着構成では、上記のネジ締めが行われる際に、封止材11の面11rである湾曲面が平面に矯正される。これにより、絶縁層9およびヒートシンク10に応力が加わり、割れが発生する可能性がある。In the tight contact configuration, when the two screw holes H1 of the sealing
本変形例の構成では、図15に示したように、突起X1が、ヒートシンク10の面10rの端部に形成されている。そのため、密着構成において、ネジ締めが行われる際に、まず、突起X1が、放熱部材と接触する。突起X1が放熱部材と接触することにより、突起X1が潰れる場合がある。突起X1が潰れた場合、絶縁層9に加わる応力が緩和される。絶縁層9に加わる応力が緩和されることにより、ヒートシンク10の面10rは放熱部材と密着する。そのため、本変形例の半導体装置100では、高い絶縁性と高い放熱性とを確保することができる。In the configuration of this modified example, as shown in FIG. 15, the protrusion X1 is formed on the end of the
(まとめ)
以上説明したように、本変形例によれば、製造方法Prの封止工程において、突起X1は、隙間Gpに侵入した封止材11nをせき止める。すなわち、突起X1は、封止材11nの流動方向を制御する。これにより、樹脂バリB1が形成されることを抑制することができる。
(summary)
As described above, according to this modification, in the sealing step of the manufacturing method Pr, the protrusion X1 blocks the sealing
また、本変形例によれば、前述の密着構成においてネジ締めが行われた際に、突起X1が放熱部材と接触することにより、突起X1が潰れる場合がある。突起X1が潰れた場合、絶縁層9に加わる応力が緩和される。その結果、本変形例の半導体装置100では、高い絶縁性と高い放熱性とを確保することができる。Furthermore, according to this modified example, when the screw is tightened in the aforementioned close contact configuration, the protrusion X1 may come into contact with the heat dissipation member and be crushed. If the protrusion X1 is crushed, the stress applied to the insulating
<変形例2>
本変形例の構成は、くぼみV1が、複数の局所くぼみからなる構成である。各局所くぼみは、くぼみV1の一部である。以下においては、くぼみV1が、複数の局所くぼみからなる構成を、「局所くぼみ構成」ともいう。本変形例の局所くぼみ構成は、実施の形態1または変形例1に適用される。
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In the configuration of this modification, the dimple V1 is configured to have a plurality of local dimples. Each local dimple is a part of the dimple V1. Hereinafter, the configuration in which the dimple V1 is configured to have a plurality of local dimples is also referred to as a "local dimple configuration." The local dimple configuration of this modification is applied to the first embodiment or the first modification.
図16は、変形例2の構成を説明するための図である。図16は、平面視における、くぼみV1の別の構成を示す図である。 Figure 16 is a diagram for explaining the configuration of variant example 2. Figure 16 is a diagram showing another configuration of recess V1 in a plan view.
図16(a)の構成は、図4の構成に、変形例2の局所くぼみ構成が適用された構成である。ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)に形成されるくぼみV1の構成は、図16(a)に示されるくぼみV1の構成であってもよい。以下においては、図16(a)に示されるくぼみV1の構成を、「局所くぼみ構成A」ともいう。The configuration in Fig. 16(a) is a configuration in which the local recess configuration of variant example 2 is applied to the configuration in Fig. 4. The configuration of recess V1 formed on
図16(a)の局所くぼみ構成Aにおいて、平面視におけるくぼみV1の形状は、点線状である。具体的には、くぼみV1は、複数の局所くぼみV1sからなる。各局所くぼみV1sは、くぼみV1の一部である。複数の局所くぼみV1sは、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)の周縁に沿って点在している。また、複数の局所くぼみV1sは、面10rの全周に形成されている。In the local dent configuration A of FIG. 16(a), the shape of the dent V1 in a planar view is a dotted line. Specifically, the dent V1 is made up of multiple local dents V1s. Each local dent V1s is a part of the dent V1. The multiple local dents V1s are scattered along the periphery of the
図16(a)の構成を有するヒートシンク10に対し、製造方法Prの封止工程が行われる際、封止材11nは、くぼみV1bの延在方向であるX軸方向、および、くぼみV1bの深さ方向であるZ方向に向かう。そのため、局所くぼみ構成AのくぼみV1であるくぼみV1bは、隙間Gpに侵入した封止材11nをせき止める機能を有する。16(a) is subjected to the sealing process of manufacturing method Pr, the sealing
また、局所くぼみ構成Aでは、平面視におけるくぼみV1の形状は、点線状である。そのため、封止材11nを、より優先的にX軸方向に誘導する。In addition, in the local recess configuration A, the shape of the recess V1 in a planar view is a dotted line. Therefore, the sealing
なお、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)に形成されるくぼみV1の構成は、図16(b)に示されるくぼみV1の構成であってもよい。以下においては、図16(b)に示されるくぼみV1の構成を、「局所くぼみ構成B」ともいう。図16(b)の局所くぼみ構成Bは、図16(a)の局所くぼみV1sの形状を変化させた構成である。The configuration of the recess V1 formed on the
図16(b)の局所くぼみ構成Bにおいて、平面視におけるくぼみV1の形状は、点線状である。具体的には、くぼみV1は、複数の局所くぼみV1sからなる。複数の局所くぼみV1sは、ヒートシンク10の面10r(すなわち、露出面)の周縁に沿って点在している。また、複数の局所くぼみV1sは、面10rの全周に形成されている。In the local dent configuration B of FIG. 16(b), the shape of the dent V1 in a planar view is a dotted line. Specifically, the dent V1 is made up of multiple local dents V1s. The multiple local dents V1s are scattered along the periphery of the
また、各局所くぼみV1sは、ドットで形成されている。すなわち、各局所くぼみV1sは、ドットくぼみである。平面視における各局所くぼみV1sの形状は、円である。Moreover, each local depression V1s is formed by dots. That is, each local depression V1s is a dot depression. The shape of each local depression V1s in plan view is a circle.
図16(b)の構成を有するヒートシンク10に対し、製造方法Prの封止工程が行われる際、封止材11nは、くぼみV1bの延在方向であるX軸方向、および、くぼみV1bの深さ方向であるZ方向に向かう。そのため、局所くぼみ構成BのくぼみV1であるくぼみV1bは、隙間Gpに侵入した封止材11nをせき止める機能を有する。16(b) is subjected to the sealing process of manufacturing method Pr, the sealing
また、各局所くぼみV1sは、ドットで形成されている。これにより、くぼみの形成を容易に実施することができる。また、くぼみのサイズ(例えば、直径、深さ)の変更、くぼみのサイズの調整等を容易に実施することができる。 Each local depression V1s is formed with dots. This allows the depression to be easily formed. It also allows the size of the depression (e.g., diameter, depth) to be easily changed, the size of the depression to be easily adjusted, etc.
また、局所くぼみ構成BのくぼみV1をプレス加工などで形成する場合、同時に突起X1を形成することもできる。そのため、ヒートシンク10の生産性を改善しつつ、半導体装置100の高い絶縁性および高い放熱性を確保することができる。In addition, when the depression V1 of the local depression configuration B is formed by pressing or the like, the protrusion X1 can be formed at the same time. This makes it possible to improve the productivity of the
<実施の形態2>
ここでは、上述した実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用した電力変換装置について説明する。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態2として、三相のインバータに実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用した場合について説明する。
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Here, a power conversion device will be described that applies the
図17は、実施の形態2に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。図17に示す電力変換システムは、電源Pw1と、電力変換装置200と、負荷300とを含む。電源Pw1は、直流電源である。電源Pw1は、電力変換装置200に直流電力を供給する。電源Pw1は種々のものにより構成される。電源Pw1は、たとえば、直流系統、太陽電池、蓄電池等により構成することができる。
Figure 17 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which a power conversion device according to
また、電源Pw1は、交流系統に接続された整流回路またはAC/DCコンバータにより構成されてもよい。また、電源Pw1は、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成されてもよい。The power supply Pw1 may also be configured with a rectifier circuit or an AC/DC converter connected to an AC system. The power supply Pw1 may also be configured with a DC/DC converter that converts DC power output from a DC system into a predetermined power.
電力変換装置200は、電源Pw1と負荷300との間に接続された三相のインバータである。電力変換装置200は、電源Pw1から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷300に交流電力を供給する。図17に示すように、電力変換装置200は、主変換回路201と、制御回路203とを備える。主変換回路201は、当該主変換回路201に入力される電力を変換して出力する。具体的には、主変換回路201は、直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を出力する。The
制御回路203は、主変換回路201を制御する制御信号を当該主変換回路201に出力する。
The
負荷300は、電力変換装置200から供給された交流電力によって駆動する三相の電動機である。なお、負荷300は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機である。負荷300は、たとえば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または、空調機器向けの電動機として用いられる。The
以下、電力変換装置200の詳細について説明する。主変換回路201は、図示されないスイッチング素子と図示されない還流ダイオードとを備える。スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源Pw1から供給される直流電力が交流電力に変換されて、当該交流電力が負荷300に供給される。主変換回路201の具体的な回路構成は種々のものがある。本実施の形態に係る主変換回路201は2レベルの三相フルブリッジ回路である。主変換回路201は、たとえば、6つのスイッチング素子と、6つの還流ダイオードとから構成される。当該6つのスイッチング素子は、当該6つの還流ダイオードと、逆並列で、接続される。The details of the
主変換回路201の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれかは、半導体モジュール202により構成される。半導体モジュール202は、上述した実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100に相当する。すなわち、主変換回路201は、実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100に相当する半導体モジュール202を有する。At least one of the switching elements and free wheel diodes of the
主変換回路201は、6つのスイッチング素子を使用して構成される3個の上下アームを含む。3個の上下アームの各々は、直列接続された2つのスイッチング素子で構成される。3個の上下アームは、それぞれ、フルブリッジ回路のU相、V相およびW相に対応する。3個の上下アームの出力端子は、主変換回路201の3つの出力端子に相当する。主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。The
また、主変換回路201は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示せず)を備える。駆動回路は半導体モジュール202に内蔵されてもよい。また、主変換回路201は、半導体モジュール202とは別に駆動回路を備えてもよい。The
駆動回路は、主変換回路201のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、当該駆動信号を、主変換回路201のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、駆動回路は、後述する制御回路203からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。The drive circuit generates a drive signal that drives the switching elements of the
スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(すなわち、オン信号)である。スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧未満の電圧信号(すなわち、オフ信号)である。 When the switching element is maintained in the on state, the drive signal is a voltage signal equal to or greater than the threshold voltage of the switching element (i.e., an on signal). When the switching element is maintained in the off state, the drive signal is a voltage signal less than the threshold voltage of the switching element (i.e., an off signal).
制御回路203は、負荷300に所望の電力が供給されるように、主変換回路201のスイッチング素子を制御する。具体的には、制御回路203は、負荷300に供給すべき電力に基づいて主変換回路201の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間であるオン時間を算出する。制御回路203は、たとえば、PWM制御によって主変換回路201を制御することができる。当該PWM制御は、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調する制御である。The
そして、制御回路203は、主変換回路201が備える駆動回路に制御指令としての制御信号を出力する。当該制御信号は、各時点において、オン状態となるべきスイッチング素子にオン信号が出力されるようにするための信号である。また、当該制御信号は、各時点において、オフ状態となるべきスイッチング素子にオフ信号が出力されるようにするための信号でもある。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。
The
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路201の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれかは、半導体モジュール202により構成される。半導体モジュール202は、上述した実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100に相当する。そのため、半導体装置100の放熱性が確保されることで、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。In the power conversion device according to the present embodiment, at least one of the switching elements and free wheel diodes of the
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用する例について説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を種々の電力変換装置に適用することができる。In this embodiment, an example of applying the
また、本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが、3レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であっても構わない。また、単相負荷に電力を供給する場合には、単相のインバータに実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合には、DC/DCコンバータまたはAC/DCコンバータに実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用することも可能である。
In addition, in this embodiment, a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may also be used. When supplying power to a single-phase load, the
また、実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用した電力変換装置の構成は、上述した負荷300が電動機である構成に限定されるものではない。負荷300は、たとえば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器または非接触器給電システムの電源装置であってもよい。また、実施の形態1、変形例1または変形例2に係る半導体装置100を適用した電力変換装置は、太陽光発電システム、蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いられてもよい。
Furthermore, the configuration of the power conversion device to which the
(その他の変形例)
なお、実施の形態、変形例を自由に組み合わせたり、実施の形態、変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
(Other Modifications)
It is possible to freely combine the embodiments and modifications, and to modify or omit the embodiments and modifications as appropriate.
例えば、半導体装置100は、パワー半導体装置に限定されない。半導体装置100は、たとえば、低電圧で動作する半導体装置であってもよい。For example, the
また、例えば、断面視におけるくぼみV1の形状は、半円、三角形、四角形、菱形等に限定されない。断面視におけるくぼみV1の形状は、たとえば、台形であってもよい。また、断面視におけるくぼみV1の形状は、たとえば、台形、三角形、四角形および菱形と異なる多角形であってもよい。 In addition, for example, the shape of the depression V1 in a cross-sectional view is not limited to a semicircle, a triangle, a rectangle, a rhombus, etc. The shape of the depression V1 in a cross-sectional view may be, for example, a trapezoid. In addition, the shape of the depression V1 in a cross-sectional view may be, for example, a polygon other than a trapezoid, a triangle, a rectangle, and a rhombus.
また、例えば、ヒートシンク10における、露出面である面10rの形状は、矩形に限定されない。面10rの形状は、例えば、台形、六角形等の多角形であってもよい。In addition, for example, the shape of the
また、例えば、前述の複数くぼみ構成は、くぼみ最小構成および突起形成構成の全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、複数くぼみ構成がくぼみ最小構成に適用された構成を、「変形構成A」ともいう。また、以下においては、複数くぼみ構成が突起形成構成に適用された構成を、「変形構成B」ともいう。 For example, the multiple recess configuration described above may be applied to all or part of the minimum recess configuration and the protrusion formation configuration. In the following, a configuration in which the multiple recess configuration is applied to the minimum recess configuration is also referred to as "deformed configuration A." In the following, a configuration in which the multiple recess configuration is applied to the protrusion formation configuration is also referred to as "deformed configuration B."
変形構成Aでは、たとえば、図14(b)の構成を有するくぼみV1が、面10rの周縁の一部のみに、複数形成される。変形構成Aでは、複数のくぼみV1の各々は、面10rの形状である矩形を構成する4つの辺のうちの1つ辺のみに沿って延びている。In modified configuration A, for example, a plurality of depressions V1 having the configuration of FIG. 14(b) are formed only on a portion of the periphery of
変形構成Bでは、たとえば、図13の構成に、図15の突起X1がさらに設けられた構成である。当該構成では、たとえば、露出面である面10rに、複数のくぼみV1と、突起X1とが形成されている。In modified configuration B, for example, the configuration in Fig. 13 is further provided with protrusion X1 in Fig. 15. In this configuration, for example, multiple recesses V1 and protrusion X1 are formed on
また、突起形成構成が、変形構成Aに適用される構成(以下、「変形構成Ax」ともいう)としてもよい。変形構成Axでは、面10rの周縁の一部のみに複数のくぼみV1が形成されており、かつ、面10rの周縁に突起X1がさらに形成されている。The protrusion formation configuration may also be a configuration applied to the modified configuration A (hereinafter, also referred to as the "modified configuration Ax"). In the modified configuration Ax, a plurality of depressions V1 are formed only on a portion of the periphery of the
また、深さL1と幅L2との関係が「L1=L2」である構成Cm1は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成Bおよび変形構成Axの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cm1が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成Bおよび変形構成Axの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cm1a」ともいう。 Furthermore, configuration Cm1 in which the relationship between depth L1 and width L2 is "L1 = L2" may be applied to all or part of the multiple recess configuration, minimal recess configuration, protrusion formation configuration, deformed configuration A, deformed configuration B, and deformed configuration Ax. Hereinafter, a configuration in which configuration Cm1 is applied to all or part of the multiple recess configuration, minimal recess configuration, protrusion formation configuration, deformed configuration A, deformed configuration B, and deformed configuration Ax is also referred to as "deformed configuration Cm1a."
また、深さL1と幅L2との関係が「L1<L2」である構成Cm2は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成Bおよび変形構成Axの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cm2が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成Bおよび変形構成Axの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cm2a」ともいう。 Furthermore, configuration Cm2 in which the relationship between depth L1 and width L2 is "L1<L2" may be applied to all or part of the multiple recess configuration, minimal recess configuration, protrusion formation configuration, deformed configuration A, deformed configuration B, and deformed configuration Ax. Hereinafter, a configuration in which configuration Cm2 is applied to all or part of the multiple recess configuration, minimal recess configuration, protrusion formation configuration, deformed configuration A, deformed configuration B, and deformed configuration Ax is also referred to as "deformed configuration Cm2a."
また、深さL1と幅L2との関係が「L1>L2」である構成Cm3は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成Bおよび変形構成Axの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cm3が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成Bおよび変形構成Axの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cm3a」ともいう。 Furthermore, configuration Cm3 in which the relationship between depth L1 and width L2 is "L1>L2" may be applied to all or part of the multiple recess configuration, minimal recess configuration, protrusion formation configuration, deformed configuration A, deformed configuration B, and deformed configuration Ax. Hereinafter, a configuration in which configuration Cm3 is applied to all or part of the multiple recess configuration, minimal recess configuration, protrusion formation configuration, deformed configuration A, deformed configuration B, and deformed configuration Ax is also referred to as "deformed configuration Cm3a."
また、くぼみV1の断面の形状が半円である構成Cs1は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cs1が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cs1a」ともいう。 Furthermore, the configuration Cs1 in which the cross-sectional shape of the depression V1 is semicircular may be applied to all or part of the multiple depression configuration, the minimum depression configuration, the protrusion formation configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a. Hereinafter, a configuration in which the configuration Cs1 is applied to all or part of the multiple depression configuration, the minimum depression configuration, the protrusion formation configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a is also referred to as "deformed configuration Cs1a."
また、くぼみV1の断面の形状が三角形である構成Cs2は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、構成Cm1、構成Cm2、構成Cm3、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cs2が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、構成Cm1、構成Cm2、構成Cm3、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cs2a」ともいう。 Furthermore, the configuration Cs2 in which the cross-sectional shape of the depression V1 is triangular may be applied to all or part of the multiple depression configuration, the minimum depression configuration, the protrusion formation configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the configuration Cm1, the configuration Cm2, the configuration Cm3, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a. In the following, a configuration in which the configuration Cs2 is applied to all or part of the multiple depression configuration, the minimum depression configuration, the protrusion formation configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the configuration Cm1, the configuration Cm2, the configuration Cm3, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a is also referred to as "deformed configuration Cs2a".
また、くぼみV1の断面の形状が四角形である構成Cs3は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、構成Cm1、構成Cm2、構成Cm3、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cs3が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、構成Cm1、構成Cm2、構成Cm3、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cs3a」ともいう。 Furthermore, the configuration Cs3 in which the cross-sectional shape of the dent V1 is a rectangle may be applied to all or part of the multiple dent configuration, the minimum dent configuration, the protrusion-forming configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the configuration Cm1, the configuration Cm2, the configuration Cm3, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a. Hereinafter, a configuration in which the configuration Cs3 is applied to all or part of the multiple dent configuration, the minimum dent configuration, the protrusion-forming configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the configuration Cm1, the configuration Cm2, the configuration Cm3, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a is also referred to as "deformed configuration Cs3a".
また、くぼみV1の断面の形状が菱形である構成Cs4は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、構成Cm1、構成Cm2、構成Cm3、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用されてもよい。以下においては、構成Cs4が、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、構成Cm1、構成Cm2、構成Cm3、変形構成Cm1a、変形構成Cm2aおよび変形構成Cm3aの全てまたは一部に適用された構成を、「変形構成Cs4a」ともいう。 Furthermore, the configuration Cs4 in which the cross-sectional shape of the depression V1 is a rhombus may be applied to all or part of the multiple depression configuration, the minimum depression configuration, the protrusion formation configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the configuration Cm1, the configuration Cm2, the configuration Cm3, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a. In the following, a configuration in which the configuration Cs4 is applied to all or part of the multiple depression configuration, the minimum depression configuration, the protrusion formation configuration, the deformed configuration A, the deformed configuration B, the deformed configuration Ax, the configuration Cm1, the configuration Cm2, the configuration Cm3, the deformed configuration Cm1a, the deformed configuration Cm2a, and the deformed configuration Cm3a is also referred to as "deformed configuration Cs4a".
また、例えば、実施の形態2の電力変換システムに含まれる、半導体モジュール202に相当する半導体装置100は、上記の複数の構成の全てまたは一部を有してもよい。当該複数の構成は、複数くぼみ構成、くぼみ最小構成、突起形成構成、変形構成A、変形構成B、変形構成Ax、変形構成Cm1a、変形構成Cm2a、変形構成Cm3a、変形構成Cs1a、変形構成Cs2a、変形構成Cs3aおよび変形構成Cs4aである。
For example, the
本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。Although the present disclosure has been described in detail, the above description is illustrative in all respects and is not limiting. It is understood that countless variations not illustrated can be envisioned.
本開示は、半導体素子等が搭載されるダイパッドを備えた半導体装置に有効に利用される。 The present disclosure is effectively used in semiconductor devices having a die pad on which a semiconductor element or the like is mounted.
2a ダイパッド、9 絶縁層、10,10n ヒートシンク、11,11n 封止材、51 金型、100,N1 半導体装置、Cv1 キャビティ、S3 半導体素子、V1,V1a,V1b,V1c,V1d くぼみ、V1s 局所くぼみ、X1 突起。 2a die pad, 9 insulating layer, 10, 10n heat sink, 11, 11n sealing material, 51 mold, 100, N1 semiconductor device, Cv1 cavity, S3 semiconductor element, V1, V1a, V1b, V1c, V1d depression, V1s local depression, X1 protrusion.
Claims (10)
一方の面である第1面、および、他方の面である第2面を有するダイパッドと、
前記ダイパッドの前記第1面に搭載された半導体素子と、
一方の面である第3面、および、他方の面である第4面を有するヒートシンクと、
前記ダイパッドと前記ヒートシンクとの間に存在する絶縁層と、
前記半導体素子、前記ダイパッド、前記絶縁層および前記ヒートシンクを封止する封止材とを備え、
前記ダイパッドの前記第2面は、当該ダイパッドのうち、前記第1面と反対側の面であり、
前記絶縁層は、前記ダイパッドの前記第2面と前記ヒートシンクの前記第3面とに接触しており、
前記ヒートシンクの前記第4面は、当該ヒートシンクのうち、前記第3面と反対側の面であり、
前記絶縁層に接触している前記第3面を有する前記ヒートシンクの前記第4面は、前記封止材から露出している露出面であり、
前記ヒートシンクの前記露出面の周縁には、くぼみと、突起とが形成されており、
前記くぼみは、前記ヒートシンクの前記露出面の周縁に沿って延びており、
前記露出面の形状は、多角形であり、
前記くぼみは、前記多角形を構成する複数の辺のうちの1つ辺のみに沿って延びている、
半導体装置。 A semiconductor device comprising:
a die pad having a first surface which is one surface and a second surface which is the other surface;
a semiconductor element mounted on the first surface of the die pad;
a heat sink having a third surface which is one surface and a fourth surface which is the other surface;
an insulating layer between the die pad and the heat sink;
a sealing material that seals the semiconductor element, the die pad, the insulating layer, and the heat sink;
the second surface of the die pad is a surface of the die pad opposite to the first surface,
the insulating layer is in contact with the second surface of the die pad and the third surface of the heat sink;
the fourth surface of the heat sink is a surface of the heat sink opposite to the third surface,
the fourth surface of the heat sink having the third surface in contact with the insulating layer is an exposed surface exposed from the sealing material;
A recess and a protrusion are formed on the periphery of the exposed surface of the heat sink,
the recess extends along a periphery of the exposed surface of the heat sink;
The exposed surface has a polygonal shape,
The depression extends along only one of a plurality of sides constituting the polygon.
Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 The exposed surface of the heat sink has a plurality of recesses formed therein, the recesses extending along a periphery of the exposed surface.
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項1に記載の半導体装置。 The length corresponding to the depth of the depression is the same as the width of the depression on the exposed surface.
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項1に記載の半導体装置。 A length corresponding to the depth of the depression is shorter than a width of the depression on the exposed surface.
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項1に記載の半導体装置。 A length corresponding to the depth of the depression is longer than a width of the depression on the exposed surface.
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項1に記載の半導体装置。 The cross-sectional shape of the depression along the depth direction of the depression is a semicircle, a triangle, a rectangle, or a rhombus.
The semiconductor device according to claim 1 .
各前記局所くぼみは、前記くぼみの一部であり、
前記複数の局所くぼみは、前記ヒートシンクの前記露出面の周縁に沿って点在している、
請求項1に記載の半導体装置。 The depression comprises a plurality of local depressions;
Each of the local depressions is a portion of the depression;
the plurality of localized depressions being interspersed along a periphery of the exposed surface of the heat sink;
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項7に記載の半導体装置。 The shape of each of the local depressions in a plan view is a circle;
The semiconductor device according to claim 7 .
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路とを備える、
電力変換装置。 a main conversion circuit having the semiconductor device according to claim 1 , which converts input power and outputs the converted power;
a control circuit that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit to the main conversion circuit;
Power conversion equipment.
前記半導体装置は、
一方の面である第1面、および、他方の面である第2面を有するダイパッドと、
半導体素子と、
一方の面である第3面、および、他方の面である第4面を有するヒートシンクと、
絶縁層とを備え、
前記ダイパッドの前記第2面は、当該ダイパッドのうち、前記第1面と反対側の面であり、
前記ヒートシンクの前記第4面は、当該ヒートシンクのうち、前記第3面と反対側の面であり、
前記製造方法は、
(a)前記ダイパッドの前記第1面に前記半導体素子を搭載する工程と、
(b)前記ダイパッド、前記絶縁層および前記ヒートシンクの状態が封止対応状態になるように、当該ダイパッド、当該絶縁層および当該ヒートシンクを、前記モールド金型の前記キャビティに配置する工程と、
(c)前記モールド金型の前記キャビティに封止材を注入する工程とを備え、
前記封止対応状態は、前記絶縁層が前記ダイパッドと前記ヒートシンクとの間に存在する状態であり、
前記封止対応状態は、前記絶縁層が、前記ダイパッドの前記第2面と前記ヒートシンクの前記第3面とに接触している状態であり、
前記封止対応状態は、前記ヒートシンクの前記第4面が、前記モールド金型の前記底面に接触している状態であり、
前記工程(c)は、前記工程(b)よりも後に行われ、
前記工程(c)では、前記絶縁層に接触している前記第3面を有する前記ヒートシンクの前記第4面が前記封止材から露出するように、前記モールド金型の前記キャビティに当該封止材が注入され、
前記ヒートシンクの前記第4面である露出面には、くぼみが形成されており、
前記工程(c)では、前記封止材が特定方向へ流動するように、前記モールド金型の前記キャビティに当該封止材が注入され、
前記くぼみは、前記ヒートシンクの前記露出面の周縁に沿って延びており、
前記工程(c)が行われる際に、前記くぼみが延びている方向が前記特定方向と交差するように、前記ヒートシンクは配置され、
前記工程(c)が行われる際に配置されている前記ヒートシンクの前記露出面の周縁のうち、前記特定方向と交差する領域のみに前記くぼみは形成されている、
半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device using a molding die having a cavity and a bottom surface facing the cavity, comprising the steps of:
The semiconductor device includes:
a die pad having a first surface which is one surface and a second surface which is the other surface;
A semiconductor element;
a heat sink having a third surface which is one surface and a fourth surface which is the other surface;
an insulating layer;
the second surface of the die pad is a surface of the die pad opposite to the first surface,
the fourth surface of the heat sink is a surface of the heat sink opposite to the third surface,
The manufacturing method includes:
(a) mounting the semiconductor element on the first surface of the die pad;
(b) placing the die pad, the insulating layer, and the heat sink in the cavity of the molding tool such that the die pad, the insulating layer, and the heat sink are in a sealing-compatible state;
(c) injecting an encapsulant into the cavity of the molding die;
the sealable state is a state in which the insulating layer is present between the die pad and the heat sink;
the sealing-ready state is a state in which the insulating layer is in contact with the second surface of the die pad and the third surface of the heat sink;
the sealable state is a state in which the fourth surface of the heat sink is in contact with the bottom surface of the molding die;
The step (c) is carried out after the step (b),
In the step (c), a sealant is injected into the cavity of the molding die such that the fourth surface of the heat sink having the third surface in contact with the insulating layer is exposed from the sealant ;
a recess is formed in the fourth exposed surface of the heat sink;
In the step (c), the sealing material is injected into the cavity of the molding die so that the sealing material flows in a specific direction;
the recess extends along a periphery of the exposed surface of the heat sink;
When the step (c) is performed, the heat sink is disposed so that the direction in which the recess extends intersects with the specific direction;
The recess is formed only in a region of the periphery of the exposed surface of the heat sink that is placed when the step (c) is performed, the region intersecting with the specific direction.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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