專利名稱：功率半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體裝置，特別涉及能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化、低成本化以及與功率半導(dǎo)體裝置連接的印刷布線板的小型化的傳遞模塑樹脂密封型的功率半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
一般地，功率半導(dǎo)體裝置由于在大電流、高電壓下進(jìn)行動(dòng)作，所以，在這樣的功率模塊中，使熱電阻較小、確保較高的絕緣性并且進(jìn)行小型化、低成本化是重要的。例如，如在專利文獻(xiàn)1中所示的那樣，具有如下結(jié)構(gòu)將功率半導(dǎo)體元件搭載在形成有預(yù)定的電路的布線圖形的引線框上，對(duì)鋁板或銅板、高導(dǎo)熱性的絕緣層、由銅箔構(gòu)成的金屬基板的一個(gè)面進(jìn)行焊接，之后，以金屬基板的另一面露出的方式利用傳遞模塑樹脂對(duì)整體進(jìn)行密封。利用該結(jié)構(gòu)謀求傳遞模塑樹脂密封型的功率模塊的小型化、低成本化、制造工序的簡(jiǎn)化。專利文獻(xiàn)1日本特開平11- 204724號(hào)公報(bào)。專利文獻(xiàn)1所示的現(xiàn)有技術(shù)是用于實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化的技術(shù)，通過使用以沖壓形成的引線框以及使用在安裝了功率半導(dǎo)體元件的引線框的正下方設(shè)置高熱傳導(dǎo)金屬基板，由此，謀取小型化、低成本化。但是，該現(xiàn)有技術(shù)是如下結(jié)構(gòu)作為實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化、低成本化的手段，得不到充分的效果。S卩，在使用了現(xiàn)有技術(shù)的引線框的傳遞模塑樹脂密封型的功率半導(dǎo)體裝置中，在傳遞工序上，成為端子的引線框是僅能夠從功率半導(dǎo)體裝置的側(cè)面周圍方向取出的結(jié)構(gòu)， 在進(jìn)行傳遞模塑樹脂密封后，為了將各種電極分離，需要切斷引線框的連接桿(tie bar) 部，為了進(jìn)行針對(duì)印刷布線板的安裝，需要實(shí)施對(duì)作為外部端子的引線部進(jìn)行折彎的加工。并且，由這些引線形成的外部端子是金屬露出的狀態(tài)而未進(jìn)行絕緣。因此，外部端子間需要確保充分的絕緣距離，即便使搭載并密封了功率半導(dǎo)體元件的模塑樹脂密封部小型化，也由于功率半導(dǎo)體裝置的大小被用于確保從側(cè)面露出的引線外部端子的絕緣距離的外部端子間的絕緣距離規(guī)定，所以，在小型化方面具有限度。作為針對(duì)該問題的一個(gè)解決對(duì)策，考慮從功率半導(dǎo)體裝置的上表面取出外部端子這樣的方法。即，是在面內(nèi)配置外部電極的方法。該方法被應(yīng)用于目前的弱電關(guān)系的半導(dǎo)體裝置，考慮到該構(gòu)思，正在開發(fā)面向小型化并代替引線框而在表面上形成了由金屬構(gòu)成針電極(pin electrode)的PGA封裝等的面陣封裝。S卩，在平面上配置外部端子，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。通過將該方法應(yīng)用于功率半導(dǎo)體裝置并且通過在平面內(nèi)保持絕緣距離并取出外部端子，從而能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化。但是，由于從功率半導(dǎo)體裝置表面直接在正上方形成外部端子，所以，外部端子的取出位置在功率半導(dǎo)體裝置內(nèi)的功率半導(dǎo)體元件的布局上受到很大影響，利用外部端子與功率半導(dǎo)體裝置進(jìn)行接合的印刷布線板的圖形的引繞變得復(fù)雜，所以，印刷布線板的圖形設(shè)計(jì)的自由度受到損失，其結(jié)果是，產(chǎn)生印刷布線板變大這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了消除如上所述的問題而提出的，其目的在于提供一種功率半導(dǎo)體裝置，在功率半導(dǎo)體元件上方，能夠保持絕緣距離并且能夠?qū)⑼獠慷俗右@到所希望的位置， 能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置具有功率半導(dǎo)體元件，背面與基底上的布線圖形接合， 并且，在與所述背面對(duì)置的表面具有表面電極；筒狀的連通部，底面接合在所述功率半導(dǎo)體元件的所述表面電極上以及/或者所述布線圖形上；傳遞模塑樹脂，具有使所述連通部的上表面露出的凹部，除了所述連通部的上表面以外，覆蓋所述基底、所述布線圖形、所述功率半導(dǎo)體元件；以及外部端子，一端插入到所述連通部的上表面，另一端被引向上方，其中至少一個(gè)所述外部端子在兩端部間具有L形彎折的彎折區(qū)域，所述彎折區(qū)域掩埋在所述傳遞模塑樹脂的所述凹部中。根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置，具備功率半導(dǎo)體元件，背面與基底上的布線圖形接合，并且，在與所述背面對(duì)置的表面具有表面電極；筒狀的連通部，底面接合在所述功率半導(dǎo)體元件的所述表面電極上以及/或者所述布線圖形上；傳遞模塑樹脂，具有使所述連通部的上表面露出的凹部，除了所述連通部的上表面以外，覆蓋所述基底、所述布線圖形、 所述功率半導(dǎo)體元件；以及外部端子，一端插入到所述連通部的上表面，另一端被引向上方，其中至少一個(gè)所述外部端子在兩端部間具有L形彎折的彎折區(qū)域，所述彎折區(qū)域掩埋在所述傳遞模塑樹脂的所述凹部中，由此，在功率半導(dǎo)體元件上方，能夠?qū)⑼獠慷俗右@到所希望的位置，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1的利用外部端子連接作為外部裝置的印刷布線板和功率半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。圖3是掩埋在本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率半導(dǎo)體裝置上表面的傳遞模塑樹脂表面上所形成的凹部中的鳥瞰圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式2的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式3的焊料接合用的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3的壓配合接合用的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式3的壓配合接合用的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式3的彈簧接合用的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖14是本發(fā)明的實(shí)施方式3的彈簧接合用的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。
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圖15是本發(fā)明的實(shí)施方式4的形成有凸形狀的功率半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式4的形成有凹形狀的功率半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記說明
1金屬板，2絕緣層，3布線圖形，4焊料，5功率半導(dǎo)體元件，6連通部，7傳遞模塑樹脂， 8金屬電路基板，9引線接合，10、11、100 111外部端子，12、20凹部，13印刷布線板，14通孔部，15焊盤部(land part), 16凸形狀，17凹形狀，18突起，21 23彎折區(qū)域。
具體實(shí)施例方式<A.實(shí)施方式1>
<A-1.結(jié)構(gòu)〉
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的功率半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。如圖1所示，在本實(shí)施方式1的功率半導(dǎo)體裝置中，在對(duì)功率半導(dǎo)體裝置的熱進(jìn)行散熱的金屬散熱體即金屬板1的一個(gè)面(上表面)設(shè)置有作為基底的高導(dǎo)熱性的絕緣層2。并且，在該高導(dǎo)熱性的絕緣層2的上表面形成有金屬箔的布線圖形3。由金屬板1、高導(dǎo)熱性的絕緣層2、布線圖形3 構(gòu)成作為電路基板的金屬電路基板8。在布線圖形3上大致垂直地隔著焊料4接合有功率半導(dǎo)體元件5和筒狀的連通部 6。對(duì)于功率半導(dǎo)體元件5來說，其背面與布線圖形3接合，并且在與背面對(duì)置的面即表面具有表面電極，連通部6的底面接合在功率半導(dǎo)體元件5的表面電極上以及/或者布線圖形3上。此外，布線圖形3和布線圖形3之間、功率半導(dǎo)體元件5和功率半導(dǎo)體元件5之間、 以及布線圖形3和功率半導(dǎo)體元件5之間利用引線接合9進(jìn)行電連接。并且，金屬電路基板8的布線圖形3形成面、周邊側(cè)面、功率半導(dǎo)體元件5、引線接合9、筒狀的連通部6的外側(cè)被傳遞模塑樹脂7密封。但是，以位于連通部6的上部的凹部 12、凹部20中不填充傳遞模塑樹脂7而使連通部6的上表面露出的方式形成。在連通部6 分別插入具有L形狀的外部端子10和具有直線形狀的外部端子11。對(duì)于外部端子10、夕卜部端子11來說，一端插入連通部6的上表面，另一端被引向上方。而且，與插入的外部端子 10、外部端子11的形狀對(duì)應(yīng)地形成有凹部12、凹部20，但是，關(guān)于該配置，例如，凹部12形成在功率半導(dǎo)體元件5上的連通部6上表面也可以，在該情況下，插入與凹部12對(duì)應(yīng)的外部端子10，所以，外部端子10配置在功率半導(dǎo)體元件5上。在本實(shí)施方式1中，金屬板1能夠使用導(dǎo)熱性優(yōu)良的金屬，例如，能夠使用鋁以及鋁合金、銅以及銅合金、鐵以及鐵合金、或者銅/鐵_鎳合金/銅、鋁/鐵_鎳合金/鋁等的復(fù)合材料。特別是，在使用電流容量(current capacity)大的功率半導(dǎo)體元件5的情況下， 優(yōu)選使用導(dǎo)熱性優(yōu)良的銅。此外，能夠根據(jù)功率半導(dǎo)體元件5的電流容量適當(dāng)決定金屬板1 的厚度、長(zhǎng)度、寬度。即，若功率半導(dǎo)體元件5的電流容量變大，則將金屬板1的厚度變厚， 將金屬板1的長(zhǎng)度和寬度變大。此外，本實(shí)施方式1中，高導(dǎo)熱性的絕緣層2例如能夠使用各種陶瓷或含有無機(jī)粉末的樹脂絕緣片、含有玻璃纖維的樹脂絕緣片。作為在高導(dǎo)熱性的絕緣層2中所含有的無機(jī)粉末，舉出例如氧化鋁、氧化鈹、一氮化硼(boron nitride)、氧化鎂、二氧化硅、氮化硅、 氮化鋁。并且，高導(dǎo)熱性的絕緣層2的厚度例如為20 400 μ m。此外，在本實(shí)施方式1中，布線圖形3例如使用銅箔，弓丨線接合9使用鋁線。布線圖形3所用的銅箔的厚度以及引線接合9所用的鋁線的線徑、根數(shù)都根據(jù)功率半導(dǎo)體元件 5的電流容量適當(dāng)決定。此外，在本實(shí)施方式1中，筒狀的連通部6例如使用金屬筒，其材質(zhì)優(yōu)選使用在導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性方面優(yōu)良并且能夠利用焊料4與布線圖形3接合的金屬，例如優(yōu)選使用銅以及銅合金、鋁以及鋁合金的電鍍品。筒狀的連通部6的厚度為不會(huì)由于傳遞模塑時(shí)的成型壓力而變形的厚度以上，根據(jù)電流容量進(jìn)行適當(dāng)決定。連通部6的高度是之后進(jìn)行插入連接的外部端子能夠充分連接的高度即可。連通部6的內(nèi)徑由之后進(jìn)行插入連接的具有L形狀的外部端子10和具有直線形狀的外部端子 11的插入部的外徑?jīng)Q定，是至少能夠安裝外部端子10、外部端子11的內(nèi)徑即可。并且，可以使筒狀的連通部6的傳遞模塑樹脂表面?zhèn)榷瞬康膬?nèi)徑為中心部的內(nèi)徑以上。這樣，外部端子10、外部端子11容易向連通部6插入。此外，在連通部6設(shè)置有錐形形狀。這是因?yàn)?，使布線圖形3和連通部6的接合所使用的焊料4的潤(rùn)濕性較好、提高可靠性。此外，被傳遞模塑樹脂7密封的連通部6的凹部 12、凹部20也具有錐形形狀，利用該錐形形狀，具有之后進(jìn)行插入的外部端子10、外部端子 11容易向連通部6插入這樣的優(yōu)點(diǎn)。在本實(shí)施方式1中，在焊接的底面?zhèn)?、傳遞模塑樹脂密封的上表面?zhèn)榷际窍嗤腻F形形狀的方向，但是，即使在焊接的底面?zhèn)儒F形形狀的方向相反，也能夠得到本發(fā)明的效果。此外，錐形形狀的角度根據(jù)焊料的種類等進(jìn)行適當(dāng)改變。此外，在本實(shí)施方式1中，傳遞模塑樹脂7使用例如將作為填料而填充有二氧化硅粉末的環(huán)氧樹脂。在傳遞模塑樹脂7中，對(duì)于所填充的二氧化硅粉末的含有率來說，考慮到本裝置中所使用的構(gòu)件的熱膨脹系數(shù)等來選定最合適的量。例如，在布線圖形3和金屬板1使用了銅的情況下，以使傳遞模塑樹脂7的熱膨脹系數(shù)與銅的熱膨脹系數(shù)即16ppm/°C匹配的方式設(shè)定針對(duì)環(huán)氧樹脂的二氧化硅粉末的填充量。這樣能夠得到?jīng)]有翹曲的功率半導(dǎo)體裝置。此外，在使傳遞模塑樹脂7的散熱性提高的情況下，作為填料，優(yōu)選使用氧化鋁粉末來代替二氧化硅粉末。<A-2.制法〉
其次，對(duì)本實(shí)施方式1的功率半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式 1的功率半導(dǎo)體裝置中，例如，在作為金屬板1的厚度為3mm的銅板上，放置作為高熱傳導(dǎo)的絕緣層2的含有B階段狀態(tài)的氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片，在其上重疊厚度0. 3mm的銅箔。并且，對(duì)層疊了銅板、含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片、銅箔而得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱、加壓，利用含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂片將銅板和銅箔接合。其次，對(duì)銅箔進(jìn)行刻蝕，形成布線圖形3。這樣，形成金屬電路基板8，該金屬電路基板8包括由銅構(gòu)成的金屬板1 ；含有氧化鋁粉末的環(huán)氧樹脂的絕緣層2 ；銅的布線圖形3。其次，分別使用焊料4將功率半導(dǎo)體元件5接合于在布線圖形3上的任意位置所設(shè)置的元件搭載部上、并且將筒狀的連通部6接合于在布線圖形3上的任意位置所設(shè)置的與外部端子10、外部端子11的接合部上。并且，在布線圖形3和布線圖形3之間、功率半導(dǎo)體元件5和功率半導(dǎo)體元件5之間、以及布線圖形3和功率半導(dǎo)體元件5之間，利用鋁的引線接合9將需要導(dǎo)通的部位連接。此外，在本實(shí)施方式1中，利用引線接合9進(jìn)行布線圖形3和功率半導(dǎo)體元件5的連接， 但是并不限于此，若是這以外的能夠進(jìn)行電連接方法，也能夠得到本發(fā)明的效果。按照上述的焊接、引線接合的形成順序，在所有部件的焊料接合結(jié)束之后進(jìn)行引線接合9，所以，在與連通部6導(dǎo)通的某個(gè)布線圖形3上從功率半導(dǎo)體元件5或者其他的布線圖形3進(jìn)行引線接合時(shí)，在引線接合裝置的制約上，由于連通部6的高度而可能在附近不能夠進(jìn)行引線接合。因此，在安裝面積上產(chǎn)生局限性。因此，作為進(jìn)一步縮小安裝面積的方法，舉出下列方法。在布線圖形3和功率半導(dǎo)體元件5的焊接之后進(jìn)行引線接合，之后將布線圖形3和連通部6進(jìn)行接合的方法。由于分兩次進(jìn)行接合，所以，在布線圖形3和連通部 6的接合中使用低熔點(diǎn)焊料、或者使用焊料之外的接合方法。例如，舉出利用銀膏進(jìn)行粘接的方法、或利用超聲波接合的方法。其次，將搭載了引線接合后的功率半導(dǎo)體元件5和連通部6的金屬電路基板8設(shè)置在模具中，利用傳遞模塑法，例如利用填充有二氧化硅粉末的環(huán)氧樹脂系的傳遞模塑樹脂7進(jìn)行密封。如上所述的本發(fā)明不限定于金屬電路基板8，即便將陶瓷基板用作結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也能夠得到本發(fā)明的效果。將外部端子10、外部端子11插入到被傳遞模塑樹脂7密封的連通部6中。作為與連通部6連接的外部端子10、外部端子11的外部端子形狀，對(duì)于被插入的連通部6，優(yōu)選使用具有L形狀的外部端子10，但是，對(duì)于連通部6，即使與原樣地一直上去而成的具有直線形狀的外部端子11并用也沒有問題。部分地使用具有L形狀的外部端子10，由此，在利用外部端子10進(jìn)行連接的功率半導(dǎo)體裝置和外部裝置中，能夠任意設(shè)計(jì)外部裝置的連接部位位置。即，即便在使用了為了使功率半導(dǎo)體裝置最小型化而在功率半導(dǎo)體元件5和連通部6的位置設(shè)計(jì)的功率半導(dǎo)體裝置的情況下，通過使用具有L形狀的外部端子10，從而能夠在任意的位置設(shè)定與功率半導(dǎo)體裝置的連通部6對(duì)應(yīng)的外部裝置的連接部位，所以，能夠進(jìn)行外部裝置的小型化、進(jìn)而減少電氣損失的布線。作為減少電氣損失的一例，作為功率半導(dǎo)體元件5，在使用了 IGBT元件和二極管元件的二合一(2-in-l)結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體裝置的情況下，分別與在功率半導(dǎo)體裝置內(nèi)所形成的P電極筒狀的連通部和N電極筒狀的連通部連接的外部端子使用具有L形狀的兩條外部端子，由此，使端子彼此相鄰，同時(shí)，能夠進(jìn)行利用并行布線與外部裝置接合的布線的引繞，能夠降低電感。另一方面，僅將具有直線形狀的外部端子11作為功率半導(dǎo)體裝置和外部裝置的接合端子來使用的情況下，由于需要在連通部6正上方設(shè)置外部裝置的連接部位，因此外部裝置的最優(yōu)的電路引繞變得困難，同時(shí)，產(chǎn)生外部裝置變大這樣的不良情況。<A-3.連通部的結(jié)構(gòu)>
圖2是利用外部端子10、外部端子11連接本發(fā)明的實(shí)施方式1的外部裝置即印刷布線板13和功率半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖。在具有L形狀的外部端子10和具有直線形狀的外部端子11中，外部端子10、外部端子11的一個(gè)前端插入到連通部6內(nèi)，同時(shí)，另一個(gè)前端與外部裝置即印刷布線板13的通孔部14或者焊盤部(land part)15接合，由此，能夠使用外部端子10、外部端子11共同地接合到功率半導(dǎo)體裝置和印刷布線板13，所以，在工藝上簡(jiǎn)單，同時(shí)，能夠提高長(zhǎng)期可靠性。在本剖面示意圖中進(jìn)行了省略，但是，在外部裝置即印刷布線板13上搭載了用于對(duì)電阻部件、電容器部件、變壓器部件、微型計(jì)算機(jī)部件等功率半導(dǎo)體裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的安裝部件。圖3是具有L形狀的外部端子10中的不與連通部6、印刷布線板13的通孔部14 或者焊盤部15的邊接合的邊、即外部端子10的彎折區(qū)域21被掩埋于在功率半導(dǎo)體裝置上表面的傳遞模塑樹脂7表面上所形成的外部端子的凹部12中的鳥瞰圖。將具有L形狀的外部端子10的彎折區(qū)域21掩埋在傳遞模塑樹脂上的外部端子的凹部12內(nèi)，由此，相鄰的不同電極外部端子間的沿面絕緣距離變長(zhǎng)，因此能夠使不同電極外部端子的間隔變短至恒定的沿面距離，由此能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化。在圖4中示出掩埋在實(shí)施方式1所示的形成于傳遞模塑樹脂7表面的凹部12中的外部端子111的彎折區(qū)域22上形成有針對(duì)凹部12的固定用的突起18的情況。通過設(shè)置固定用的突起18，由此，以高位置精度將具有L形狀的外部端子111固定在形成于傳遞模塑樹脂表面的凹部12。由此，由于針對(duì)印刷布線板13的通孔部14或者焊盤部15的外部端子111的前端部的位置精度提高，因此能夠簡(jiǎn)易地進(jìn)行插入，同時(shí)，接合后的可靠性也提高。功率半導(dǎo)體元件5使用作為寬帶隙半導(dǎo)體的例如SiC，由此，能夠提高電流密度， 能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化。這在以下的實(shí)施方式中也是同樣的。<A-4.效果〉
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1，在功率半導(dǎo)體裝置中具有功率半導(dǎo)體元件5，背面與作為基底的絕緣層2上的布線圖形3接合，并且，在與背面對(duì)置的表面具有表面電極；筒狀的連通部6，底面接合在功率半導(dǎo)體元件5的表面電極上以及/或者布線圖形3上；傳遞模塑樹脂7，具有使連通部6的上表面露出的凹部20、凹部12，除了連通部6的上表面之外，覆蓋絕緣層2、布線圖形3、功率半導(dǎo)體元件5 ；—端插入到連通部6的上表面、另一端被引向上方的外部端子U、外部端子10，其中至少一個(gè)外部端子10在兩端部間具有L形彎折的彎折區(qū)域21，彎折區(qū)域21掩埋在傳遞模塑樹脂7的凹部12中，由此，在功率半導(dǎo)體元件5上方，能夠保持沿面絕緣距離，并且能夠?qū)⒀b置上的端子間的距離變短，能夠?qū)⑼獠慷俗右@到所希望的位置，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1，在功率半導(dǎo)體裝置中還具有配置在外部端子11、 外部端子10的上方的印刷布線板13，外部端子11、外部端子10的另一端接合到印刷布線板13的通孔部14或者焊盤部15，由此，使用外部端子11、外部端子10，利用向通孔部14的插入而進(jìn)行的接合、對(duì)焊盤部15的接合，能夠共同地與印刷布線板13連接，不限制印刷布線板13的設(shè)計(jì)。此外，長(zhǎng)期可靠性也提高。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1，在功率半導(dǎo)體裝置中，外部端子11在彎折區(qū)域22 具有與傳遞模塑樹脂7的凹部12的側(cè)面卡合的突起18，由此，以高位置精度將具有L形狀的外部端子111固定在形成于傳遞模塑樹脂表面的凹部12，外部端子111的前端部的位置精度提高，所以，能夠簡(jiǎn)易地插入，同時(shí)，接合后的可靠性也提高。<B.實(shí)施方式2>
8<B-1.結(jié)構(gòu)〉
圖5 9示出在具有L形狀的外部端子中與連通部6內(nèi)接合的部位以及與印刷布線板 13的通孔部14或者焊盤部15接合的部位分別具有一個(gè)以上的具有L形狀的外部端子的結(jié)構(gòu)圖。圖5示出分別具有1個(gè)與連通部6內(nèi)接合的部位和與印刷布線板13接合的部位的具有L形狀的外部端子100的結(jié)構(gòu)圖。圖6示出具有2處與連通部6內(nèi)接合的部位和1處與印刷布線板13接合的部位的具有L形狀的外部端子101、外部端子102的結(jié)構(gòu)圖。圖7示出具有1處與連通部6內(nèi)接合的部位和2處與印刷布線板13接合的部位的具有L形狀的外部端子103的結(jié)構(gòu)圖。圖8示出具有2處與連通部6內(nèi)接合的部位和2處與印刷布線板13接合的部位的具有L形狀的外部端子104、外部端子105的結(jié)構(gòu)圖。在功率半導(dǎo)體裝置中，在電流容量是比較小的容量的情況下，若使用接合部位在兩前端分別為1處的圖5所示的具有L形狀的外部端子100，則沒有問題，但是，在電流容量為大容量的功率半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)連接部?jī)H為1處進(jìn)行通電時(shí)，由于部分性(局部性的)發(fā)熱，會(huì)產(chǎn)生焊料的裂縫、剝離等問題、印刷布線板13的耐熱性的問題等，因此裝置的可靠性下降。在這種情況下，如圖6 8所示，通過增加通電部的部位，由此，能夠解決電流容量增加并且發(fā)熱集中等問題，裝置的可靠性提高。但是，另一方面，功率半導(dǎo)體裝置內(nèi)的連通部6、印刷布線板13的通孔部14、焊盤部15的數(shù)量變多，存在妨礙小型化的可能性，所以， 需要將連接部的形狀、數(shù)量進(jìn)行最優(yōu)化來使用。在功率半導(dǎo)體元件5使用作為寬帶隙半導(dǎo)體的SiC的情況下，隨著電流密度的上升，優(yōu)選使用圖9所示的具有L形狀的外部端子110。對(duì)于外部端子110來說，使彎折區(qū)域23的寬度比通常的功率半導(dǎo)體元件5 (使用 Si的情況)寬，由此，能夠抑制外部端子110自身的發(fā)熱，能夠降低功率半導(dǎo)體裝置的損失。<B-2.效果 >
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2，在功率半導(dǎo)體裝置中，外部端子100 105、外部端子110在其兩端部分別具有1個(gè)或者多個(gè)連接部，由此，考慮發(fā)熱集中的程度和小型化的要求，能夠?qū)⑦B接部的形狀、數(shù)量進(jìn)行最優(yōu)化。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2，在功率半導(dǎo)體裝置中，對(duì)于外部端子110的彎折區(qū)域23來說，與外部端子110的長(zhǎng)度方向大致正交的方向上的寬度比外部端子110的這以外的區(qū)域的寬度寬，由此，在功率半導(dǎo)體元件5使用了作為寬帶隙半導(dǎo)體的SiC的情況下， 即便電流密度上升，也能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2，在功率半導(dǎo)體裝置中，功率半導(dǎo)體元件5由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成，由此，功率半導(dǎo)體裝置的電流密度提高，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化?！碈.實(shí)施方式3> <c-l.結(jié)構(gòu)〉
在圖10中，示出使用焊料接合作為具有L形狀的外部端子100的與連通部6以及印刷布線板13的通孔部14、焊盤部15的接合方法時(shí)的外部端子100的結(jié)構(gòu)。
通過使用焊料接合，由此，由于不需要研究外部端子100的前端形狀，因此帶來外部端子的低成本化。作為用于焊料接合的具有L形狀的外部端子100的材料，優(yōu)選銅或者銅合金等電傳導(dǎo)性優(yōu)良的材料。為了進(jìn)行焊料接合，根據(jù)需要使用錫、鎳鍍層等。上述焊料接合中，同樣也適用于具有直線形狀的外部端子11。在圖11、12中，示出使用壓配合(press fit)作為具有L形狀的外部端子106、外部端子107的與連通部6以及印刷布線板13的通孔部14的接合方法時(shí)的外部端子106、外部端子107的結(jié)構(gòu)。例如，圖11是將一般稱為星形針(star pin)的前端進(jìn)行鉚接的結(jié)構(gòu)的壓配合形狀的具有L形狀的外部端子106。圖12是一般稱為順應(yīng)針(compliant pin)的壓配合形狀的具有L形狀的外部端子 107。形狀不限于這2種，也能夠使用C型壓配合形狀、Σ型壓配合形狀等外部端子106、 外部端子107。作為使用了壓配合的外部端子106、外部端子107的材料，優(yōu)選使用具有彈性同時(shí)電傳導(dǎo)性優(yōu)良的銅合金材料。通過使用壓配合接合，由此，能夠進(jìn)行無焊料接合，接合部的可靠性提高，組裝加工費(fèi)降低。并且，在使用了上述壓配合的接合中，同樣也適用于具有直線形狀的外部端子 11。在圖13、14中，示出使用彈簧作為具有L形狀的外部端子108、外部端子109的與連通部6以及印刷布線板13的焊盤部15的接合方法的結(jié)構(gòu)。例如，圖13是具有C型形狀的彈簧的外部端子108。圖14是具有一般的彈簧形狀的外部端子109。形狀不限于這2種，如果能夠利用彈簧功能進(jìn)行接合，則什么樣的形狀都能夠使用。作為使用彈簧功能的外部端子108、外部端子109的材料，優(yōu)選使用具有彈性同時(shí)電傳導(dǎo)性優(yōu)良的銅合金材料。通過利用彈簧功能取得接合，由此，能夠僅以印刷布線板13的焊盤部15進(jìn)行接合，不需要通孔部14，能夠?qū)崿F(xiàn)印刷布線板13的小型化。并且，在使用了上述彈簧的接合中，同樣也適用于具有直線形狀的外部端子11。對(duì)具有L形狀的外部端子10、具有直線形狀的外部端子11的與連通部6以及印刷布線板13的通孔部14、焊盤部15的接合方法具體地進(jìn)行了說明，但是，在接合方法中，即便在外部端子的兩端并用不同的接合方法也沒有問題。<C-2.效果〉
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式3，在功率半導(dǎo)體裝置中，外部端子106、外部端子107的至少任意一個(gè)端部使用壓配合進(jìn)行接合，由此，能夠進(jìn)行無焊料接合，能夠提高接合部的可靠性、 降低組裝加工費(fèi)。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式3，在功率半導(dǎo)體裝置中，外部端子108、外部端子 109的至少任意一個(gè)端部使用彈簧進(jìn)行接合，由此，能夠僅利用印刷布線板13的焊盤部15 進(jìn)行接合，不需要通孔部14，能夠?qū)崿F(xiàn)印刷布線板13的小型化。<D.實(shí)施方式4> <D-1.結(jié)構(gòu)〉圖15示出如下的功率半導(dǎo)體裝置在功率半導(dǎo)體裝置上表面所引繞的不同電極的外部端子10之間、外部端子11之間的傳遞模塑樹脂7表面，形成有凸形狀16。在不同電極的外部端子10之間、外部端子11之間設(shè)置形成于傳遞模塑樹脂7表面的絕緣性的凸形狀16，由此，能夠?qū)⒀孛婢嚯x變長(zhǎng)，因此能夠縮短外部端子10之間、外部端子11之間的實(shí)質(zhì)性的橫距離，能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。圖16示出如下的功率半導(dǎo)體裝置在功率半導(dǎo)體裝置上表面所引繞的不同電極的外部端子10之間、外部端子11之間的傳遞模塑樹脂7表面，形成有凹形狀17。在不同電極的外部端子10之間、外部端子11之間設(shè)置凹形狀17，由此，能夠?qū)⒀孛婢嚯x變長(zhǎng)，因此能夠縮短具有L形狀的外部端子10之間的橫距離，能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。而且，在1個(gè)功率半導(dǎo)體裝置中混合存在凸形狀16、凹形狀17也可以。<D-2.效果〉
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式4，在功率半導(dǎo)體裝置中，傳遞模塑樹脂7具有多個(gè)凹部20、凹部12，傳遞模塑樹脂7在預(yù)定的凹部20、凹部12之間具有凸形狀16以及/或者凹形狀17， 由此，能夠?qū)⒀孛婢嚯x變長(zhǎng)，因此能夠縮短外部端子10之間、外部端子11之間的實(shí)質(zhì)性的橫距離，能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體裝置的小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。在本發(fā)明的實(shí)施方式中記載了各結(jié)構(gòu)要素的材質(zhì)、材料、實(shí)施條件等，但這些僅為例示，并不限于所記載的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有功率半導(dǎo)體元件，背面與基底上的布線圖形接合，并且，在與所述背面對(duì)置的表面具有表面電極；筒狀的連通部，底面接合在所述功率半導(dǎo)體元件的所述表面電極上以及/或者所述布線圖形上；傳遞模塑樹脂，具有使所述連通部的上表面露出的凹部，除了所述連通部的上表面以夕卜，覆蓋所述基底、所述布線圖形、所述功率半導(dǎo)體元件；以及外部端子，一端插入到所述連通部的上表面，另一端被引向上方， 至少一個(gè)所述外部端子在兩端部間具有L形彎折的彎折區(qū)域， 所述彎折區(qū)域掩埋在所述傳遞模塑樹脂的所述凹部中。
2.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具有配置在所述外部端子的上方的印刷布線板，所述外部端子的另一端接合到所述印刷布線板的通孔部或者焊盤部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述外部端子在所述彎折區(qū)域具有與所述傳遞模塑樹脂的所述凹部的側(cè)面卡合的突起。
4.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述外部端子在其兩端部分別具有一個(gè)或多個(gè)連接部。
5.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述外部端子的所述彎折區(qū)域在與所述外部端子的長(zhǎng)度方向大致正交的方向上的寬度比所述外部端子的其它區(qū)域的寬度寬。
6.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述功率半導(dǎo)體元件由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述外部端子的至少任意一個(gè)端部使用壓配合進(jìn)行接合。
8.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述外部端子的至少任意一個(gè)端部使用彈簧進(jìn)行接合。
9.如權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述傳遞模塑樹脂具有多個(gè)所述凹部，所述傳遞模塑樹脂在預(yù)定的所述凹部之間具有凸形狀以及/或者凹形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供在功率半導(dǎo)體元件正上方能將外部端子引繞到所希望的位置而實(shí)現(xiàn)小型化的功率半導(dǎo)體裝置。具有功率半導(dǎo)體元件(5)，背面與絕緣層(2)上的布線圖形(3)接合，在與背面對(duì)置的表面具有表面電極；筒狀的連通部(6)，底面接合到功率半導(dǎo)體元件(5)的表面電極上及/或布線圖形(3)上；傳遞模塑樹脂(7)，具有使連通部(6)上表面露出的凹部(20、12)，除連通部6上表面外，覆蓋絕緣層(2)、布線圖形(3)、功率半導(dǎo)體元件(5)；一端插入連通部(6)上表面、另一端引向上方的外部端子(11、10)，至少一個(gè)外部端子(10)在兩端部間具有L形彎折的彎折區(qū)域(21)，彎折區(qū)域(21)掩埋于傳遞模塑樹脂(7)的凹部(12)。
文檔編號(hào)H01L23/48GK102456652SQ201110215068
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者上田哲也, 岡誠(chéng)次 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社