半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及由树脂进行封装的半导体装置及其制造方法，特别地，涉及具有与封装树脂相比热传导率较大的绝缘层的半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在电力用等半导体装置中，确保高绝缘性、并且将功率芯片所产生的热量高效地向外部进行散热是非常重要的。为了提高散热性能，优选使设置于功率芯片之下的绝缘层变薄，但如果使绝缘层变薄，则担心绝缘特性劣化。
[0003]另外，关于电力用等半导体装置，大多采用利用I种树脂对整体进行全体模塑(full-mold)等的树脂封装构造的半导体装置。另外，作为树脂封装构造的半导体装置，存在例如专利文献I所公开的半导体模块。
[0004]专利文献1:日本特开2011 —9410号公报
【发明内容】
[0005]但是，在利用I种树脂对整体进行全体模塑的树脂封装构造的半导体装置中，封装用树脂兼用作与金属块等散热件接合的散热件下绝缘层。因此，如果使散热件下绝缘层的膜厚变薄，则树脂向散热件下绝缘层的形成区域进入的状况变差，模塑性极端地劣化，其结果，存在下述问题，即，使散热件下绝缘层变薄是极度困难的。
[0006]因此，不得不使绝缘层的膜厚以某种程度变厚，因此，散热性下降。为了使绝缘层的膜厚以某种程度变厚，且提高散热性，能够想到使用导热性良好的树脂作为绝缘层。但是，导热性良好的树脂的价格高，如果使用高价的高性能树脂作为绝缘层的构成材料，则存在导致成本增高的问题。
[0007]另外，能够想到下述构造，S卩，如专利文献I中公开的半导体模块所示，并非利用封装树脂，而是由绝缘层和热电性高的金属层(金属箔)的层叠构造构成散热件之下的绝缘片部，但存在无法具有高绝缘特性的问题。
[0008]本发明的目的在于解决上述问题，得到一种能够比较廉价地形成且具有高绝缘性的树脂封装构造的半导体装置及其制造方法。
[0009]本发明所涉及的第I方案的半导体装置的构造为，半导体元件由模塑树脂封装，在该半导体装置中，具有:散热件，在该散热件的表面之上载置所述半导体元件；以及绝缘片部，其形成于所述散热件的背面之上，所述绝缘片部，呈现为金属层和与所述模塑树脂相比热传导率较大的绝缘层的层叠构造，所述绝缘层密接于所述散热件的背面之上，所述散热件在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部，所述绝缘片部以沿所述散热件的背面具有同一平面的方式构成，在所述绝缘片部与所述倒角部之间设置间隙区域，除所述金属层的背面以外，所述模塑树脂将所述半导体元件、所述散热件以及所述绝缘片部封装。
[0010]本发明所涉及的第2方案的半导体装置的构造为，半导体元件由模塑树脂封装，在该半导体装置中，具有:散热件，在该散热件的表面之上载置所述半导体元件；以及绝缘片部，其形成于所述散热件的背面之上，所述绝缘片部，呈现为金属层和与所述模塑树脂相比热传导率较大的绝缘层的层叠构造，所述绝缘层密接于所述散热件的背面之上，所述散热件在背面的外周端部具有通过R倒角加工或者C倒角加工而得到的倒角部，所述绝缘片部具有:主体部，其沿所述散热件的背面构成同一平面；以及弯曲部，其是表面区域从所述主体部起弯曲而形成的，与所述倒角部密接，除所述主体部处的所述金属层的背面以外，所述模塑树脂将所述半导体元件、所述散热件以及所述绝缘片部封装。
[0011]发明的效果
[0012]在本发明的第I方案所涉及的半导体装置中，关于散热件，通过在背面的外周端部设置的倒角部，由此借助于将电场集中部位分散为多个，从而能够使电场密度减小，实现绝缘性的改善。其结果，能够得到下述半导体装置，即，即使在担心由于半导体元件的工作时的升温等，而使得由绝缘层实现的绝缘性下降的情况下，也具有高绝缘性。
[0013]而且，由于绝缘片部形成同一平面，因此通过将由R倒角加工得到的R、或者由C倒角加工得到的C设定为不会对模塑树脂向上述间隙区域的填充产生障碍的尺寸而形成倒角部，从而能够将模塑树脂填充于在倒角部和绝缘片部(绝缘层)之间产生的间隙区域，其结果，能够比较廉价地得到具有良好的散热特性及绝缘特性的半导体装置。
[0014]在本发明的第2方案所涉及的半导体装置中，通过使绝缘片部的弯曲部与散热件的倒角部密接而设为在绝缘片部和倒角部之间不具有间隙区域的构造，从而排除在上述间隙区域形成成为放电原因的空隙的余地。因此，能够降低散热件与模塑树脂间的热阻，并且改善绝缘特性。
[0015]通过以下的详细说明和附图，使得本发明的目的、特征、方案、以及优点更清楚。
【附图说明】
[0016]图1是表示半导体装置的构造的说明图，该半导体装置是本发明的实施方式I。
[0017]图2是示意性地表示图1所示的散热件的倒角部的周边构造的说明图。
[0018]图3是示意性地表示在实施方式I中用于将塌角面形成于散热件的断裂加工处理的剖视图。
[0019]图4是示意性地表示作为实施方式2的半导体装置中的散热件的倒角部的周边构造的说明图。
[0020]图5是表示实施方式2的半导体装置的效果的说明图。
[0021]图6是表示绝缘片部的弯曲部相对于主体部的弯曲角度的说明图。
[0022]图7是表示第2方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
[0023]图8是表示第3方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
[0024]图9是表示第4方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
[0025]图10是表示第5方式中的弯曲部形成处理的内容的剖视图。
[0026]图11是表示在第6方式中设置的绝缘片部和散热件之间的关系的说明图。
[0027]图12是表示实施方式I的半导体装置的应用例的剖视图。
[0028]图13是表示实施方式2的半导体装置的应用例的剖视图。
[0029]图14是表示前提技术的半导体装置的剖面构造的说明图。
【具体实施方式】
[0030](前提技术)
[0031]如前所述，在当前的树脂封装构造的半导体装置中，存在如果将导热性良好的高性能树脂等绝缘材料作为绝缘层使用则成本增高的问题。因此，想到了下述层叠构造绝缘方法，即，如在专利文献I中公开的半导体模块所示，通过由绝缘层和热电性高的金属层(金属箔)的层叠构造构成绝缘片部，使用膜厚较薄、且导热性良好的绝缘材料作为上述绝缘层，从而容易地兼顾绝缘性的确保和高散热特性，而不导致大幅的成本增高。
[0032]关于上述的层叠构造绝缘方法，由于仅在必要的部位、即在表面搭载有半导体元件的散热件(Heat Spreader)正下方形成使用了导热性良好的高性能绝缘材料的绝缘层，因此在成本方面也是有利的。
[0033]图14是表示通过上述层叠构造绝缘方法而得到的通常的半导体装置61(半导体模块)的剖面构造的说明图。本图(a)是整体的剖视图，本图(b)是本图(a)中的关注区域A3的放大图。此外，在图14(a)中标注有XYZ正交坐标系。
[0034]如图14(a)所示，多个(2个)芯片化后的半导体元件、即功率元件4经由焊料28而搭载于散热件33的表面之上，多个功率元件4、4间由铝线5连接，功率元件4、信号端子6间由铝线5连接。另外，主端子7直接设置于散热件33的表面之上。
[0035]绝缘片部62设置于散热件33的背面侧。绝缘片部62由绝缘层62a及金属箔62b的层叠构造形成，绝缘层62a的表面与散热件33的背面密接。
[0036]并且，除金属箔62b的背面以外的绝缘片部62、散热件33、功率元件4以及铝线5的整体、信号端子6及主端子7的一部分由模塑树脂I封装，从而构成半导体装置61。此外，绝缘片部62的背面、即金属箔62b的背面露出。
[0037]图14(a)所示的半导体装置61存在如下问题，S卩，在高温、高湿度的环境下，水分从以封装体的形态实施一体封装的模塑树脂I和绝缘片部62之间的粘接界面侵入，在散热件33和露出了背面的金属箔62b之间形成导电性高的路径，由此发生绝缘破坏。容易发生绝缘破坏的部位是散热件33的背面外周的端部正下方。其原因在于，由于散热件33的背面外周的端部离半导体装置61的底面处的水分的侵入口近，且形成有锐利的电极构造，因此电力线集中，电场密度变大。
[0038]因此，为了消除上述绝缘破坏的问题，想到如图14(b)所示，通过将绝缘片部62的边缘部弯折，向金属箔62b的边缘部分正下方也填充模塑树脂I，与金属箔62b牢固地粘接，从而将从外部空气侵入的水分的吸湿路径的距离D62延长至2倍，即使在高温、高湿的环境下，通过使水分难以到达至散热件33的外周端部，从而使得绝缘破坏难以发生，半导体装置61的可靠性得到改善。此外，吸湿路径的距离D62变长为以往的2倍左右的原因是，弯曲后的金属箔62b的背面部分被加入至吸湿路径。
[0039]但是，如前所述，由于散热件33的底面外周的端部在图14的XZ平面中是接近90°的锐角，因此在向隔着绝缘层62a的散热件33、金属箔62b间施加电压时，电力线的密度变高，电场容易集中于由上述底面外周的端部及其附近区域构成的电场集中部位90，其结果，存在绝缘特性劣化的问题。
[0040]下面叙述的实施方式以解决上述的前提技术