CN116601769A

CN116601769A - 半导体装置以及半导体装置的制造方法

Info

Publication number: CN116601769A
Application number: CN202080107864.7A
Authority: CN
Inventors: 前田笃志; 川濑达也
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2023-08-15
Also published as: US20230298984A1; DE112020007850T5; JPWO2022130588A1; WO2022130588A1; JP7487798B2

Abstract

本发明涉及的半导体装置具有：基板；半导体芯片，其设置于基板之上；螺母；引线框，其设置于半导体芯片和螺母之上，被与螺母进行螺钉紧固；螺母盒，其收容螺母，在螺母盒的底部形成有使螺母朝向下方露出的开口；以及焊料，其至少设置于半导体芯片与基板或引线框之间。

Description

半导体装置以及半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法。

背景技术

在专利文献1中公开了功率半导体装置的制造方法。在该制造方法中，在金属基板之上粘接绝缘层以及金属电路层，在金属电路层的上表面隔着焊料片而配置散热板，在散热板的上表面隔着焊料片而配置硅半导体芯片。另外，在硅半导体芯片的上表面隔着焊料片而配置引线框的一侧端子部。将它们全部加热而使所有的焊料片熔融。由此，将金属电路层与散热板、散热板与硅半导体芯片、以及硅半导体芯片与引线框的一侧端子部一次性接合。

专利文献1：日本特开2007-157863号公报

发明内容

在专利文献1那样的焊料接合工序中，考虑的是焊料被从基板侧加热而熔融的情况。在该情况下，焊料的熔融可能耗费时间。

本发明的目的在于得到能够使焊料在短时间内熔融的半导体装置以及半导体装置的制造方法。

第1方案涉及的半导体装置具有：基板；半导体芯片，其设置于该基板之上；螺母；引线框，其设置于该半导体芯片和该螺母之上，被与该螺母进行螺钉紧固；螺母盒，其收容该螺母，在该螺母盒的底部形成有使该螺母朝向下方露出的开口；以及焊料，其至少设置于该半导体芯片与该基板或该引线框之间。

在第2方案涉及的半导体装置的制造方法中，将具有基板、半导体芯片、螺母、引线框、螺母盒以及焊料的半导体装置搭载于在上表面具有凸部的下夹具之上，使该凸部经由开口与该螺母接触，其中，该半导体芯片设置于该基板之上，该引线框设置于该半导体芯片和该螺母之上，该螺母盒收容该螺母，在该螺母盒的底部形成有使该螺母朝向下方露出的该开口，该焊料至少设置于该半导体芯片与该基板或该引线框之间，在使该凸部与该螺母接触的状态下对该下夹具进行加热，将该半导体芯片与该基板或该引线框通过该焊料接合。

在第3方案涉及的半导体装置的制造方法中，将具有基板、半导体芯片、引线框、焊料以及壳体的半导体装置搭载于在上表面具有由金属形成的凸部的下夹具之上，使该凸部与该引线框接触，其中，该半导体芯片设置于该基板之上，该引线框设置于该半导体芯片之上，该焊料至少设置于该半导体芯片与该基板或该引线框之间，该壳体包围该半导体芯片，在使该凸部与该引线框接触的状态下对该下夹具进行加热，将该半导体芯片与该基板或该引线框通过该焊料接合。

发明的效果

在本发明涉及的半导体装置以及半导体装置的制造方法中，能够经由引线框将热传递至焊料。因而，能够使焊料在短时间内熔融。

附图说明

图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。

图2是表示实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的流程图。

图3是对比例涉及的半导体装置的剖视图。

图4是实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。

图5是实施方式3涉及的半导体装置的剖视图。

图6是实施方式4涉及的半导体装置的剖视图。

图7是实施方式5涉及的半导体装置的剖视图。

具体实施方式

参照附图对各实施方式涉及的半导体装置以及半导体装置的制造方法进行说明。对于相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。

实施方式1

图1是实施方式1涉及的半导体装置100的剖视图。半导体装置100具有引线框8与半导体芯片10直接焊料接合的DLB(Direct Lead Bonding)构造。半导体装置100具有基座板2和在基座板2的上表面之中的中央部通过焊料3接合的绝缘电路基板4。在基座板2的上表面之中的外周部通过粘接材料等而固定壳体5。基座板2例如由Cu、Al或AlSiC形成。

绝缘电路基板4具有绝缘基板6和在绝缘基板6的上表面以及背面设置的电路图案7。在绝缘基板6的背面设置的电路图案7经由焊料3而固定至基座板2。在绝缘基板6的上表面设置的电路图案7构成电气电路。因此，在绝缘基板6的上表面设置的电路图案7与在背面设置的电路图案7相比，对绝缘基板6的覆盖率低。绝缘基板6例如由Al₂O₃、AlN或Si₃N₄形成。电路图案7例如由Al或Cu形成。

在绝缘电路基板4之上设置多个半导体芯片10。多个半导体芯片10的背面经由焊料9而固定至在绝缘基板6的上表面设置的电路图案7。焊料9例如由糊状焊料或板状焊料形成。半导体芯片10例如由Si形成。半导体芯片10也可以通过宽带隙半导体而形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。

在多个半导体芯片10和后述的螺母12之上设置引线框8。引线框8经由焊料11与多个半导体芯片10的上表面接合。焊料11例如由糊状焊料或板状焊料形成。引线框8例如由Cu或Al形成。引线框8固定至壳体5。壳体5将绝缘电路基板4和多个半导体芯片10包围。壳体5例如由PPS(Poly Phenylene Sulfide)形成。

在螺母12形成螺孔12a。螺孔12a与在引线框8形成的贯通孔8a在俯视观察时重叠。经由贯通孔8a以及螺孔12a，螺母12和引线框8被通过螺钉20而螺钉紧固。螺母12例如由铝、不锈钢或钛形成。

螺母盒13收容螺母12。螺母盒13在设置有引线框8的一侧开口。螺母12在收容于螺母盒13的状态下与引线框8接触。另外，螺母盒13在底部形成有使螺母12朝向下方露出的开口13a。

螺母盒13设置于壳体5之中的收容半导体芯片10的区域的外侧。螺母盒13固定于壳体5。螺母盒13也可以是壳体5的一部分。螺母盒13例如由PPS形成。

下夹具50在半导体装置100的制造工序中使用。下夹具50在上表面具有凸部51。下夹具50设置为与基座板2接触。凸部51设置为经由开口13a与螺母12接触。下夹具50、凸部51例如由不锈钢等金属形成。

图2是表示实施方式1涉及的半导体装置100的制造方法的流程图。首先，在步骤S1中，如图1所示，将基座板2、绝缘电路基板4、半导体芯片10、焊料3、9、11、引线框8、壳体5、螺母12、螺母盒13向搭载位置配置。即，在基座板2之上隔着焊料3配置绝缘电路基板4，在绝缘电路基板4之上隔着焊料9配置半导体芯片10。另外，在螺母盒13收容螺母12。另外，在半导体芯片10之上隔着焊料11配置引线框8。另外，在基座板2之上配置壳体5。引线框8的端部配置于螺母12之上。

接下来，在步骤S2中，在下夹具50之上配置半导体装置100。此时，凸部51经由螺母盒13的开口13a与螺母12接触。接下来，在步骤S3中，在使凸部51与螺母12接触的状态下对下夹具50进行加热。由此，经由基座板2，焊料3、9、11受热。进一步地，经由螺母12以及引线框8，焊料3、9、11受热。其结果，焊料3、9、11熔融。因而，基座板2与绝缘电路基板4、半导体芯片10与绝缘电路基板4、半导体芯片10与引线框8通过焊料3、9、11而接合。

图3是对比例涉及的半导体装置800的剖视图。对比例涉及的半导体装置800与半导体装置100的不同之处在于，在螺母盒813的底部没有形成开口。就对比例涉及的半导体装置800而言，如果对下夹具850进行加热，则焊料3、9、11经由基座板2受热而熔融。此时，焊料3、9、11的熔融可能耗费时间。

与此相对，在本实施方式中，通过使下夹具50的凸部51与螺母12接触，能够将热经由引线框8传递至焊料3、9、11。因而，能够使焊料3、9、11在短时间内熔融。由此，能够改善焊料接合工序的节拍。

另外，通过从基座板2以及引线框8将热高效地传递至焊料3、9、11，能够可靠地使焊料3、9、11熔融。因而，能够提高半导体装置100的可靠性。

作为本实施方式的变形例，凸部51也可以比下夹具50之中的除凸部51之外的部分的热传导率高。凸部51例如由Cu形成。由此，能够将热高效地传递至引线框8，热容易传递至焊料3、9、11。

另外，在步骤S3中，如图1中的箭头80所示，也可以在将引线框8压向凸部51的状态下对下夹具50进行加热。加压例如使用柱塞(plunger)进行。由此，能够将下夹具50与引线框8之间的接触热阻减小。因此，热容易传递至焊料3、9、11。

半导体装置100的结构不限于图1所示的结构。虽然在图1中示出了3个半导体芯片10，但在半导体装置100设置的半导体芯片10只要是大于或等于1个即可。另外，也可以在绝缘电路基板4固定壳体5。另外，焊料只要至少设置于半导体芯片10与绝缘电路基板4或引线框8之间即可。

这些变形能够适当地应用于以下的实施方式涉及的半导体装置以及半导体装置的制造方法。此外，关于以下的实施方式涉及的半导体装置以及半导体装置的制造方法，由于与实施方式1的共同点多，因此以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

实施方式2

图4是实施方式2涉及的半导体装置200的剖视图。半导体装置200的引线框208的结构与半导体装置100不同。其它结构与实施方式1的结构相同。引线框208具有主体部208a和外部连接端子部208b。主体部208a设置于半导体芯片10的正上方。外部连接端子部208b通过焊料216与主体部208a接合，设置于螺母12的正上方。主体部208a、外部连接端子部208b例如由Cu或Al形成。外部连接端子部208b通过壳体5而固定。

在本实施方式中，能够从下夹具50将热经由螺母12、外部连接端子部208b而传递至焊料216。因而，即使在引线框208具有焊料接合部的情况下，也能够使焊料216在短时间内熔融。

实施方式3

图5是实施方式3涉及的半导体装置300的剖视图。在半导体装置300的制造工序中，向螺母12的螺孔12a插入下夹具350的凸部351。凸部351被切出螺纹，被与螺母12进行螺钉紧固。另外，引线框8和螺母12被通过螺钉20而螺钉紧固。在分别将凸部351与螺母12以及引线框8与螺母12进行了螺钉紧固的状态下对下夹具350进行加热。

由此，能够将凸部351与螺母12之间、螺母12与引线框8之间的接触热阻降低。因而，热容易传递至焊料3、9、11。此外，也可以在仅凸部351与螺母12之间或螺母12与引线框8之间的一者被螺钉紧固的状态下对下夹具350进行加热。

实施方式4

图6是实施方式4涉及的半导体装置400的剖视图。半导体装置400与半导体装置100的不同之处在于，在绝缘电路基板4之下设置鳍片417。其它结构与实施方式1的结构相同。鳍片417设置于基座板2的背面。鳍片417例如是针状鳍片。由此，能够使半导体装置400的冷却性能提高。鳍片417可以是基座板2的一部分，也可以是与基座板2不同的部件。

实施方式5

图7是实施方式5涉及的半导体装置500的剖视图。半导体装置500与半导体装置100的不同之处在于，没有设置螺母12以及螺母盒13。其它结构与实施方式1的结构相同。

接下来，对半导体装置500的制造方法进行说明。首先，在基座板2之上隔着焊料3而配置绝缘电路基板4，在绝缘电路基板4之上隔着焊料9而配置半导体芯片10。另外，在半导体芯片10之上隔着焊料11而配置引线框8。另外，在基座板2之上配置壳体5。

接下来，将半导体装置500搭载于下夹具50之上，使凸部51与引线框8接触。接下来，在使凸部51与引线框8接触的状态下对下夹具50进行加热。下夹具50的凸部51由金属形成。由此，焊料3、9、11经由基座板2而受热。进一步地，焊料3、9、11经由引线框8而受热。其结果，焊料3、9、11熔融。因而，基座板2与绝缘电路基板4、半导体芯片10与绝缘电路基板4、半导体芯片10与引线框8通过焊料3、9、11而接合。

在本实施方式中，通过使下夹具50的凸部51与引线框8接触，能够经由引线框8将热传递至焊料3、9、11。因而，能够使焊料3、9、11在短时间内熔融。因此，能够改善焊料接合工序的节拍。

也可以将在各实施方式中说明过的技术特征适当地组合使用。

标号的说明

2基座板、4绝缘电路基板、5壳体、6绝缘基板、7电路图案、8引线框、8a贯通孔、10半导体芯片、12螺母、12a螺孔、13螺母盒、13a开口、20螺钉、50下夹具、51凸部、100，200半导体装置、208引线框、208a主体部、208b外部连接端子部、300半导体装置、350下夹具、351凸部、400半导体装置、417鳍片、500、800半导体装置、813螺母盒、850下夹具

Claims

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：

基板；

半导体芯片，其设置于所述基板之上；

螺母；

引线框，其设置于所述半导体芯片和所述螺母之上，被与所述螺母进行螺钉紧固；

螺母盒，其收容所述螺母，在所述螺母盒的底部形成有使所述螺母朝向下方露出的开口；以及

焊料，其至少设置于所述半导体芯片与所述基板或所述引线框之间。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

所述引线框与所述螺母接触。

3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

所述半导体装置具有包围所述半导体芯片的壳体，

所述螺母盒设置于所述壳体。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

所述引线框具有在所述半导体芯片的正上方设置的主体部和通过焊料与所述主体部接合并设置于所述螺母的正上方的外部连接端子部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

所述半导体装置具有在所述基板之下设置的鳍片。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

所述半导体芯片由宽带隙半导体形成。

7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，

所述宽带隙半导体为碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。

8.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，

将具有基板、半导体芯片、螺母、引线框、螺母盒以及焊料的半导体装置搭载于在上表面具有凸部的下夹具之上，使所述凸部经由开口与所述螺母接触，其中，该半导体芯片设置于所述基板之上，该引线框设置于所述半导体芯片和所述螺母之上，该螺母盒收容所述螺母，在该螺母盒的底部形成有使所述螺母朝向下方露出的所述开口，该焊料至少设置于所述半导体芯片与所述基板或所述引线框之间，

在使所述凸部与所述螺母接触的状态下对所述下夹具进行加热，将所述半导体芯片与所述基板或所述引线框通过所述焊料接合。

9.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，

将具有基板、半导体芯片、引线框、焊料以及壳体的半导体装置搭载于在上表面具有由金属形成的凸部的下夹具之上，使所述凸部与所述引线框接触，其中，该半导体芯片设置于所述基板之上，该引线框设置于所述半导体芯片之上，该焊料至少设置于所述半导体芯片与所述基板或所述引线框之间，该壳体包围所述半导体芯片，

在使所述凸部与所述引线框接触的状态下对所述下夹具进行加热，将所述半导体芯片与所述基板或所述引线框通过所述焊料接合。

10.根据权利要求8或9所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

所述凸部比所述下夹具之中除所述凸部之外的部分的热传导率高。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在将所述引线框压向所述凸部的状态下对所述下夹具进行加热。

12.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述凸部被切出螺纹，被与所述螺母进行螺钉紧固。