半导体装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体装置，其具有转换器电路、测功器电路、逆变器电路，并且抑制制造工艺的复杂性。半导体装置(10)具有：多个芯片座(102、104a、105a、106a、108a、109a、110a、111a、112a、116a、116b、117a、209a)；IGBT(21～26、62)、二极管(41～46、61)、续流二极管(31～36)以及HVIC(51)、LVIC(52、53)，它们安装在多个芯片座上；多个引脚；以及封装树脂体，其覆盖这些元件。在制造工序中，能够准备连接上述的多个芯片座和引脚的单板的引脚框架。只要使用该单板的引脚框架制造半导体装置(10)即可。
【专利说明】半导体装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0002]当前，例如日本特开2012-256803号公报所公开地，已知将逆变器驱动用电路集中在I个封装体中的半导体装置。具体而言，提出一种功率模块，其将转换器电路、测功器电路、逆变器电路、以及对这些电路进行驱动、控制的控制基板收容在I个封装体中而形成。将转换器(Converter)电路、测功器(Brake)电路、以及逆变器(Inverter)电路集中在I个装置中而形成的模块，通常也被称为CIB功率模块。
[0003]专利文献1:日本特开2012-256803号公报
[0004]专利文献2:日本特开2008-277433号公报
[0005]上述现有的半导体装置同时使用引脚框架和控制基板。即，在引脚框架上芯片接合有功率半导体元件，在控制基板上安装有控制集成电路。这里所说的控制基板是指在绝缘基板上设置电路图案从而能够安装控制集成电路的各种公知的控制基板。如上述现有的半导体装置，在同时使用引脚框架和控制基板的情况下，存在下述问题，即，需要用于处理控制基板和引脚框架这两者的装配工序，使制造工艺复杂化。
【发明内容】
[0006]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种具有转换器电路、测功器电路、以及逆变器电路，并且使制造工艺简化的半导体装置。
[0007]本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有:多个芯片座；逆变器电路元件、转换器电路元件、测功器电路元件、以及集成电路，它们安装在所述多个芯片座上；多个引脚，它们通过导线分别与所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件以及所述集成电路连接；以及封装树脂体，其覆盖所述多个引脚的一部分、所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件、以及所述集成电路，并且不覆盖所述多个引脚的其余部分。
[0008]发明的效果
[0009]根据本发明涉及的半导体装置，具有转换器电路、测功器电路、以及逆变器电路，并且使制造工艺简化。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的实施方式I涉及的半导体装置的俯视图。
[0011]图2是本发明的实施方式I涉及的半导体装置的电路图。
[0012]图3是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的俯视图。
[0013]图4是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。
[0014]标号的说明
[0015]10,210 半导体装置，31、32、33、34、35、36 续流二极管，101、103、104、105、106、107、108、109、110、111、I12、I13、I14、115、116、I17、I18、119、120、209 引脚，102、104a、105a、106a、108a、109a、110a、llla、112a、116a、116b、117a、209a 芯片座，209b 弯曲部，209c外引脚部，14,214封装树脂体，214a上表面，214b底面，214c、214d侧面，234散热用铜箔，240绝缘片，1091芯片座区域，1092芯片座区域，INV逆变器电路部，BRK测功器电路部，CV转换器电路部，ICU控制集成电路部，INK IN2、IN3输入端子，0UT1、0UT2、0UT3输出端子，GND1、GND2、GND3接地端子，RA、RB引脚组，S高度差。
【具体实施方式】
[0016]实施方式I
[0017]图1是表示本发明的实施方式I涉及的半导体装置10的俯视图。半导体装置10是将CIB电路元件芯片接合到后述的多个芯片座上，并导线接合至引脚上而得到的装置。这里所说的CIB电路元件是转换器逆变器测功器电路(CIB电路)的电路要素。
[0018](多个芯片座以及CIB电路元件)
[0019]半导体装置10在其内部具有转换器电路部CV、测功器电路部BRK、逆变器电路部INV、以及控制集成电路部ICU。如图1所示，在半导体装置10的一侧，转换器电路部CVjlJ功器电路部BRK、逆变器电路部INV排列为一列，在与其相反的另一侧设有控制集成电路部ICU。逆变器电路部INV和测功器电路部BRK包含有绝缘栅极型双极型晶体管(IGBT)作为电路元件。
[0020]在转换器电路部CV中，半导体装置10具有用于安装转换器电路元件的芯片座102和芯片座104a、105a、106a。在芯片座102上芯片接合有3个二极管41、42、43的背面电极。芯片座102与引脚101连接。
[0021]在芯片座104a、芯片座105a、芯片座106a上分别芯片接合有二极管44的背面电极、二极管45的背面电极、二极管46的背面电极。二极管41、42、43的表面电极分别与芯片座104a、105a、106a导线接合。这些半导体元件是转换器电路元件。
[0022]在测功器电路部BRK中，半导体装置10具有用于安装测功器电路元件的芯片座108a和芯片座区域1091。芯片座区域1091是芯片座109a的一部分。在芯片座108a、芯片座区域1091上分别芯片接合有IGB62的背面电极、二极管61的背面电极。二极管61的表面电极与芯片座108a导线接合。这些半导体元件为测功器电路元件。
[0023]在逆变器电路部INV中，半导体装置10具有用于安装逆变器电路元件的芯片座区域1092、110a、llla、112a。芯片座区域1092是芯片座109a中除了芯片座区域1091之外的部分。在芯片座区域1092芯片接合有IGBT21、22、23的背面电极和续流二极管31、32、33的背面电极。这些半导体元件是逆变器电路元件。
[0024]IGBT21的表面电极与续流二极管31的表面电极导线接合。IGBT22的表面电极与续流二极管32的表面电极导线接合。IGBT23的表面电极与续流二极管33的表面电极导线接合。
[0025]在芯片座IlOa上芯片接合有IGBT24和续流二极管34各自的背面电极。在芯片座Illa上芯片接合有IGBT25和续流二极管35各自的背面电极。在芯片座112a上芯片接合有IGBT26和续流二极管36各自的背面电极。
[0026]IGBT24的表面电极与续流二极管34的表面电极导线接合。IGBT25的表面电极与续流二极管35的表面电极导线接合。IGBT26的表面电极与续流二极管36的表面电极导线接合。
[0027]在控制集成电路部ICU中，半导体装置10具有芯片座116a、116b以及芯片座117a。芯片座116a、116b与引脚116 —体化。在芯片座116a上芯片接合有高耐压集成电路(HVIC) 51，在芯片座116b上芯片接合有低耐压集成电路(LVIC) 52。芯片座117a是引脚117的一部分，低耐压集成电路(LVIC) 53与芯片座117a芯片接合。
[0028]如上述地，在上述列举的多个芯片座上安装有:作为逆变器电路元件的IGBT21?26和续流二极管31?36、作为转换器电路元件的二极管41?46、作为测功器电路元件的二极管61和IGBT62、以及作为集成电路的HVIC51和LVIC52、53。
[0029](引脚)
[0030]半导体装置10具有用于将上述的CIB电路的各电路元件及集成电路与封装体外部电连接的多个引脚。
[0031]在转换器电路部CV中，半导体装置10具有引脚101、103、104、105、106。引脚101与芯片座102连接。引脚103与二极管44、45、46的表面电极导线接合。引脚104与芯片座104a连接，引脚105与芯片座105a连接，引脚106与芯片座106a连接。
[0032]在测功器电路部BRK中，半导体装置10具有引脚107、108。引脚107与IGBT62的表面电极导线接合。引脚108与芯片座108a连接。
[0033]在逆变器电路部INV中，半导体装置10具有引脚109、110、111、112、113、114、115。引脚109与芯片座109a连接。引脚110与芯片座IlOa连接，并且与续流二极管31的表面电极导线接合。
[0034]引脚111与芯片座Illa连接，并且与续流二极管32的表面电极导线接合。引脚112与芯片座112a连接，并且与续流二极管33的表面电极导线接合。
[0035]引脚113与续流二极管34的表面电极导线接合。引脚114与续流二极管35的表面电极导线接合。引脚115与续流二极管36的表面电极导线接合。
[0036]在控制集成电路部I⑶中，半导体装置10具有引脚116、117和多个引脚118、119、120。引脚116是与芯片座116a、116b连接，并与它们一体化的引脚。引脚117与芯片座117a连接。
[0037]多个引脚118由在引脚116的附近排列的多个引脚构成，分别与在LVIC52的表面设置的电极端子导线接合。多个引脚119由在多个引脚118的附近排列的多个引脚构成，分别与在HVIC51的表面设置的电极端子导线接合。多个引脚120由在引脚117的附近排列的多个引脚构成，分别与在LVIC53的表面设置的电极端子导线接合。
[0038]HVIC51与IGBT21、22、23各自的控制端子(S卩，栅极端子)导线接合。LVIC52与IGBT24、25、26各自的控制端子(即，栅极端子)导线接合。LVIC53与IGBT62的控制端子(即栅极端子)导线接合。
[0039]在图1中，将半导体装置10所具有的多个引脚划分为引脚组RA和引脚组RB。弓丨脚组RA是在半导体装置10的封装体一个侧面排列的引脚组。引脚组RA由引脚101、116?120构成。引脚组RB是在半导体装置10的封装体的另一个侧面排列的引脚组。引脚组RB由引脚103?115构成。
[0040]在制造工序中，能够准备将上述多个芯片座102、104a?112a、116a、116b、117a和引脚101、103?120利用外框连接的、由同一金属材料构成的单板的引脚框架。只要通过使用该单板的引脚框架并进行公知的安装工序、树脂封装工序、外框的引脚切割工序，而制造半导体装置10即可。
[0041]具体而言，在图1中，引脚组RA、RB分别通过在封装树脂体14的侧面延伸的长条的框架部连接。该部分在树脂模塑成型工序之后，在产品化之前被切断。
[0042](封装树脂体)
[0043]通过所谓的传递模塑法，将封装树脂体14设置为覆盖图1中所示的芯片座、IGBT2UHVIC51等的内部构造。该封装树脂体14覆盖上述列举的多个引脚的内侧端部、逆变器电路元件、转换器电路元件、测功器电路元件以及集成电路，并且不覆盖上述列举的多个引脚的外侧端部。该封装树脂体为热固化树脂。
[0044]【实施方式I的电路】
[0045]图2是本发明的实施方式I涉及的半导体装置10的电路图。对于与图1相同的电路要素，标注相同的标号。
[0046]半导体装置10具有输入端子INl、IN2、IN3。输入端子INl、IN2、IN3与转换器电路部CV连接。
[0047]在转换器电路部CV中，半导体装置10具有下面的电路。首先，输入端子INl与二极管41的阳极和二极管44的阴极的连接点连接。输入端子IN2与二极管42的阳极和二极管45的阴极的连接点连接。输入端子IN3与二极管43的阳极和二极管46的阴极的连接点连接。
[0048]二极管44、45、46的阳极彼此电连接，与接地端子GNDl连接。二极管41、42、43的阴极彼此电连接，与图2中的端子A连接。
[0049]在测功器电路部BRK中，二极管61的阴极与图2的端子B连接。二极管61的阳极与IGBT62的集电极连接。IGBT62的发射极与接地端子GND2连接。
[0050]在逆变器电路部INV中，半导体装置10具有3个桥臂电路。第I桥臂电路是由IGBT21和IGBT24串联构成的桥臂。IGBT21的集电极与端子B连接，该端子B与二极管61的阴极电连通。IGBT21的发射极与IGBT24的集电极连接。在IGBT21的发射极和IGBT24的集电极的连接点连接有输出端子OUTl。
[0051]第2桥臂电路是由IGBT22和IGBT25串联构成的桥臂。IGBT22的集电极也与端子B连接。IGBT22的发射极与IGBT25的集电极连接。在IGBT22的发射极和IGBT25的集电极的连接点连接有输出端子0UT2。
[0052]第3桥臂电路是由IGBT23和IGBT26串联构成的桥臂。IGBT23的集电极也与端子B连接。IGBT23的发射极与IGBT26的集电极连接。在IGBT23的发射极和IGBT26的集电极的连接点连接有输出端子0UT3。
[0053]IGBT24、25、26各自的发射极与接地端子GND3、GND4、GND5连接。
[0054]HVIC51能够向作为上桥臂的IGBT21、22、23各自的栅极G发送控制信号。LVIC52能够向作为下桥臂的IGBT24、25、26各自的栅极G发送控制信号。这些控制信号通常是进行占空比控制的PWM信号。
[0055]LVIC53能够向测功器电路部BRK的IGBT62的栅极G发送控制信号。
[0056]如以上说明，根据本实施方式，将多个电路元件和集成电路安装并树脂封装在引脚框架上，没有使用绝缘基板，所以提供一种装配工序简单化，并且廉价的封装体。
[0057]此外，由于没有使用控制基板，所以也易于实现模块整体的小型化。此外，由于控制基板自身通常成本较高，所以能够通过不使用控制基板而降低成本。此外，控制基板中，印刷电路基板(PCB基板)等尤其存在耐湿性较差的缺点。相对于此，与在绝缘材料上形成配线图案等而制造的控制基板相比，金属制的引脚框架通常耐湿性较高。
[0058]另外，在本实施方式中使用了 IGBT，但也可以使用M0SFET。
[0059]实施方式2
[0060]图3是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置210的俯视图。但是，在图3的俯视图中，将转换器电路部CV、测功器电路部BRK、逆变器电路部INV、以及控制集成电路部ICU简略地表示为电路块。
[0061]转换器电路部CV、测功器电路部BRK、逆变器电路部INV、以及控制集成电路部ICU的内部与图1中所示的实施方式I涉及的半导体装置10为相同构造。此外，半导体装置210的芯片座、引脚在图3中也省略图示。俯视半导体装置210的芯片座、引脚时的构造与实施方式I涉及的半导体装置10相同。
[0062]半导体装置210具有利用传递模塑法形成的封装树脂体214。封装树脂体214具有彼此相反朝向的侧面214c、214d。以封装树脂体214的中央为界，在侧面214c侧设置有控制集成电路部ICU，在侧面214d侧，转换器电路部CV、测功器电路部BRK、逆变器电路部INV排列为一列并偏向一边配置。如上述地，能够将控制集成电路部I⑶和设有IGBT等功率半导体元件的电路部(功率部)分开。
[0063]半导体装置210具有绝缘片240。绝缘片240具有遍及整个转换器电路部CV、测功器电路部BRK、逆变器电路部INV的程度的面积。此外，绝缘片240没有到达控制集成电路部I⑶。绝缘片240为环氧树脂制。
[0064]绝缘片240与属于转换器电路部CV的芯片座102、104a、105a、106a的背面接触。绝缘片240与属于测功器电路部BRK的芯片座108a、109a的背面接触。绝缘片240与属于逆变器电路部INV的芯片座110a、11 la、112a的背面以及后述的芯片座209a的背面接触。
[0065]图4(a)是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置210的剖视图，表示沿图3的K-K线的截面。在图4(a)中所示的XYZ轴中，将Z轴设为半导体装置210的厚度方向，将X轴和Y轴设为半导体装置210的平面方向。
[0066]半导体装置210具有引脚116和HVIC51这点与实施方式I相同。但是，在半导体装置210具有引脚209、绝缘片240、以及散热用铜箔234这一点上，实施方式I涉及的半导体装置10和半导体装置210不同。
[0067]半导体装置210被封装在封装树脂体214中。封装树脂体214具有上表面214a、底面214b、以及侧面214c、214d，其外形为平面体。
[0068]引脚209具有:芯片座209a ;从该芯片座209a开始向厚度方向弯曲的弯曲部209b ;以及与弯曲部209b连接的外引脚部209c。在芯片座209a上芯片接合有IGBT21和续流二极管31，进一步在IGBT21和续流二极管31之间也进行导线接合。通过弯曲部209b，使芯片座209a在厚度方向具有高度差。
[0069]芯片座209a和芯片座116a在厚度方向彼此错开。所谓“厚度方向”是指芯片座209a和芯片座116a的厚度方向，是图4(a)的Z轴方向。
[0070]如果以封装树脂体214的底面214b作为基准，则芯片座209a的表面具有高度hl，芯片座116a的表面具有高度h2，hi < h2。
[0071]在芯片座209a的表面和芯片座116a的表面之间产生了高度差S。图4(b)是为了说明高度差S而表示的放大剖视图。高度差S的高度为h3。
[0072]从IGBT21的表面至芯片座116a的背面为止的高度为h4。该高度h4优选大到成为能够用芯片座116a可靠地屏蔽由IGBT21的开关引起的噪声的程度。
[0073]芯片座209a的背面与绝缘片240和散热用铜箔234的层叠构造的上面接触。绝缘片240为具有高散热性以及绝缘性的环氧树脂制。散热用铜箔234是使底面214b侧的单面露出的薄铜箔。芯片座209a比芯片座116a接近底面214b。因此，芯片座209a上的IGBT21和续流二极管31等也接近底面214b而配置。
[0074]此处，说明本实施方式的效果。以下方便起见，将IGBT21?26、62、二极管41?46、61、续流二极管31?36统称为“IGBT21等”。
[0075]如果在IGBT21等附近配置HVIC51、LVIC52、53，则由于伴随着IGBT21等的动作(具体而言，IGBT的开关动作)而产生的噪声，HVIC51、LVIC52、53有可能会产生误动作。
[0076]为了不受噪声的影响，需要将IGBT21等与HVIC51、LVIC52、53充分间隔开地设置。如果在平面方向设置该间隔，则会使功率模块大型化。
[0077]在这方面，在实施方式2涉及的半导体装置210中，在HVIC51、LVIC52、53与IGBT21等之间设有高度差S。通过具有该高度差S，从而搭载有HVIC51、LVIC52、53的金属制的引脚框架(芯片座)实现屏蔽的作用。因此，能够使HVIC51、LVIC52、53不易受到由IGBT21等的动作而产生的噪声的影响。
[0078]由于有通过高度差S而产生的屏蔽作用，所以能够使HVIC51、LVIC52、53与IGBT21等之间的平面方向距离(图4(b)的距离D)变近。因此，能够使模块的平面方向尺寸小型化。
[0079]此外，由于将IGBT21等集中在侧面214d侧并排列为I列，所以在侧面214d侧只要设置长方形的绝缘片240即可。通过这样，与随意排列IGBT21等的情况相比，能够抑制绝缘片240的必需面积，也能够实现成本下降。
[0080]此外，由于能够减薄芯片座209a与绝缘片240和散热用铜箔234的层叠构造的合计厚度，所以能够将IGBT21等产生的热量以较短的路径向底面214b侧传递，能够确保较优的散热性。
[0081]另外，在实施方式2中，在图4(a)中，在芯片座209a和芯片座116a之间设置高度差S。但是，本发明不限于此。
[0082]也可以进行如下设置，即，使实施方式I中的、属于转换器电路部CV的芯片座102、104a、105a、106a、属于测功器电路部BRK的芯片座108a、109a、以及属于逆变器电路部INV的芯片座110a、111a、112a的一部分或者全部与芯片座209a同样地设置弯曲部209b。由此，也可以在各个芯片座116a、116b、117a和属于转换器电路部CV、测功器电路部BRK、以及逆变器电路部INV的各芯片座之间设置高度差S。
【权利要求】
1.一种半导体装置，其特征在于，具有: 多个芯片座； 逆变器电路元件、转换器电路元件、测功器电路元件、以及集成电路，它们安装在所述多个芯片座上； 多个引脚，它们通过导线分别与所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件以及所述集成电路连接；以及 封装树脂体，其覆盖所述多个引脚的一部分、所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件、以及所述集成电路，并且不覆盖所述多个引脚的其余部分。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个芯片座包括: 集成电路芯片座，其在表面安装有所述集成电路；以及 元件芯片座，其与所述集成电路芯片座平行地设置在所述集成电路芯片座的旁边，在表面安装有所述转换器电路元件、所述测功器电路元件、以及所述逆变器电路元件中的某一个， 所述元件芯片座和所述集成电路芯片座在厚度方向彼此错开。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个芯片座包括: 第1芯片座，其在表面安装有所述逆变器电路元件； 第2芯片座，其在表面安装有所述转换器电路元件；以及 第3芯片座，其在表面安装有所述测功器电路元件， 所述第1、2、3芯片座在所述封装树脂体的一个侧面侧排列为一列， 该半导体装置还具有与所述第1芯片座的背面、所述第2芯片座的背面、以及所述第3芯片座的背面接触的绝缘片。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于， 所述绝缘片具有表面和背面， 所述绝缘片的所述表面与所述第1、2、3芯片座的背面接触， 该半导体装置设置覆盖所述绝缘片的所述背面的金属箔， 所述封装树脂体使所述金属箔露出。
5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 所述多个芯片座及所述多个引脚是通过对同一材料的单板的引脚框架进行引脚切割而形成的。
6.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 所述逆变器电路元件具有多个桥臂电路，每一个桥臂电路由多个第1开关元件串联连接构成， 所述转换器电路元件将多个串联电路并联连接，每一个串联电路是将多个第1 二极管彼此串联连接而形成的， 所述测功器电路元件包含第2 二极管和第2开关元件的串联电路， 所述集成电路包含高耐压集成电路和低耐压集成电路， 所述逆变器电路元件、所述测功器电路元件、以及所述转换器电路元件在所述封装树脂体的一个侧面侧依次排列为一列， 所述高耐压集成电路和所述低耐压集成电路在所述封装树脂体的另一个侧面侧排列为一列，所述低耐压集成电路设置在所述另一个侧面侧的中央，并且，所述高耐压集成电路设置在所述另一个侧面侧中的所述逆变器电路元件的一侧， 所述高耐压集成电路向所述第1开关元件供给控制信号， 所述低耐压集成电路向所述第2开关元件供给控制信号。
7.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于， 不具有用于安装所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件以及所述集成电路的控制基板。
8.一种半导体装置，其特征在于，具有: 准备单板并且为同一材料的金属制的引脚框架的工序，其中，该引脚框架具有由外框部连接的多个引脚以及与所述引脚连接的多个芯片座； 在所述多个芯片座上分别安装逆变器电路元件、转换器电路元件、测功器电路元件、以及集成电路的工序； 将在所述多个芯片座上安装的所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件、以及所述集成电路，利用导线分别与所述多个引脚连接的工序； 将封装树脂体设置为覆盖所述多个引脚的一部分、所述逆变器电路元件、所述转换器电路元件、所述测功器电路元件、以及所述集成电路，并且不覆盖所述多个引脚的其余部分的工序；以及 通过对所述外框部进行切割，从而形成彼此分开的多个引脚的引脚切割工序。
【文档编号】H01L25/18GK104465641SQ201410409348
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】张洪波, 川藤寿, 商明, 中川信也 申请人:三菱电机株式会社