关联申请
本申请享有以日本专利申请2020-15498号(申请日：2020年1月31日)作为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
背景技术：
在箱型的功率模块中，为了确保内部布线的绝缘，一般用硅凝胶进行密封，但为了提高作为可靠性试验的功率循环试验(通过在模块中通电电流并反复开/关(on/off)，从而反复进行芯片温度的上升和下降的温度循环试验)的耐量，考虑使用环氧树脂而不是硅凝胶。这是由于，通过将密封材设定为环氧树脂，能够缓和对接合线与芯片的al电极的接合部施加的应力集中，变得能够提高功率循环耐量(与芯片的al电极接合的引线的剥离的耐量)。
技术实现要素：
实施方式提供能够提高可靠性的半导体装置。
实施方式的半导体装置具备：金属板；侧壁构件，所述侧壁构件将所述金属板的上方的空间的周围包围；电路基板，所述电路基板设置于所述金属板上且具有绝缘基板和布线部；半导体芯片，所述半导体芯片设置于所述电路基板上；第1引线，所述第1引线将所述半导体芯片与所述电路基板的所述布线部连接；第1树脂构件，所述第1树脂构件将所述半导体芯片与所述第1引线的接合部覆盖；以及第2树脂构件，所述第2树脂构件设置于所述空间中，且将所述金属板的上表面、所述电路基板、所述半导体芯片、所述第1树脂构件及所述第1引线覆盖。所述第1树脂构件的杨氏模量高于所述第2树脂构件的杨氏模量。所述第2树脂构件的体积大于所述第1树脂构件的体积。
附图说明
图1是实施方式的半导体装置的示意截面图。
图2是比较例的半导体装置的示意截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。需要说明的是，对各附图中的相同要素标注相同的符号。
图1是实施方式的半导体装置1的示意截面图。
半导体装置1具备金属板11、侧壁构件60、电路基板21、22、半导体芯片31、32、引线51、52、53、54、第1树脂构件41和第2树脂构件42。
侧壁构件60和金属板11构成容纳半导体芯片31、32的壳体。金属板11成为该壳体的底部。侧壁构件60将金属板11的上方的空间40的周围包围。侧壁构件60例如用粘接剂被固定于金属板11上。
金属板11的下表面11b未被侧壁构件60覆盖而露出。金属板11例如由铜形成，作为放热板发挥功能。需要说明的是，也可以在金属板11的下表面11b设置散热器。侧壁构件60为由树脂材料形成的树脂构件。
电路基板21、22在由侧壁构件60所围成的空间40内被设置于金属板11上。电路基板21具有绝缘基板24a和布线部23a。电路基板22具有绝缘基板24b和布线部23b、23c。绝缘基板24a、24b例如为陶瓷基板。布线部23a、23b、23c例如由铜形成。
在绝缘基板24a的下表面设置有导体部13a，在绝缘基板24b的下表面设置有导体部13b。导体部13a、13b通过接合材12与金属板11的上表面11a接合。导体部13a、13b例如由铜形成。接合材12例如为软钎料。
布线部23a被设置于绝缘基板24a的上表面，布线部23b、23c被设置于绝缘基板24b的上表面。
在电路基板21上设置有半导体芯片31，在电路基板22上设置有半导体芯片32。半导体芯片31、32例如包含电力控制用的功率元件。作为半导体芯片31、32中的半导体材料，例如使用硅、碳化硅、氮化镓等。
半导体芯片31的下表面通过接合材33与电路基板21的布线部23a接合。半导体芯片32的下表面通过接合材33与电路基板22的布线部23b接合。接合材33例如为软钎料。或者，接合材33也可以为银的烧结材。
引线51将半导体芯片31与布线部23b电连接。在半导体芯片31的上表面形成有例如铝的电极。引线51的一端部与半导体芯片31的电极接合，引线51的另一端部与布线部23b接合。
引线52将半导体芯片32与布线部23c电连接。在半导体芯片32的上表面形成有例如铝的电极。引线52的一端部与半导体芯片32的电极接合，引线52的另一端部与布线部23c接合。
在侧壁构件60的上表面及内壁部设置有导体部61。引线53将侧壁构件60的导体部61与电路基板21的布线部23a电连接。引线53的一端部与导体部61接合，引线53的另一端部与布线部23a接合。
引线54将侧壁构件60的导体部61与电路基板22的布线部23c电连接。引线54的一端部与导体部61接合，引线54的另一端部与布线部23c接合。
引线51、52、53、54例如为铝的引线。
半导体芯片31与引线51的接合部被第1树脂构件41覆盖。第1树脂构件41将半导体芯片31的所有部分覆盖。半导体芯片32与引线52的接合部被第1树脂构件41覆盖。第1树脂构件41将半导体芯片32的所有部分覆盖。
在金属板11的上方中的由侧壁构件60所围成的空间40中设置有第2树脂构件42。第2树脂构件42将金属板11的上表面11a、电路基板21、22、半导体芯片31、32、第1树脂构件41及引线51、52、53、54覆盖。
除半导体芯片31、32与引线51、52的接合部以外的引线接合部未被第1树脂构件41覆盖，而被第2树脂构件42覆盖。即，引线51与布线部23b的接合部、引线52与布线部23c的接合部、引线53与布线部23a的接合部、引线53与导体部61的接合部、引线54与布线部23c的接合部及引线54与导体部61的接合部未被第1树脂构件41覆盖，而被第2树脂构件42覆盖。
在空间40内，第2树脂构件42的体积大于第1树脂构件41的体积。第1树脂构件41的杨氏模量高于第2树脂构件42的杨氏模量。第2树脂构件42与金属板11的体积膨胀率差大于第1树脂构件41与金属板11的体积膨胀率差。第2树脂构件42与绝缘基板24a、24b的体积膨胀率差大于第1树脂构件41与绝缘基板24a、24b的体积膨胀率差。
第1树脂构件41及第2树脂构件42为绝缘性的树脂构件。第1树脂构件41例如主要包含环氧树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂。第2树脂构件42主要包含硅树脂或氨基甲酸酯树脂。在该例子中，第1树脂构件41为环氧树脂，第2树脂构件42为硅树脂。
其中，图2为比较例的半导体装置100的示意截面图。
在该比较例的半导体装置100中，将金属板11上的空间40仅用环氧树脂141(与本实施方式的第1树脂构件41对应)进行密封。在这样的比较例的结构中，若进行tct(temperaturecyclingtest，温度循环测试)试验，则在环氧树脂141中产生裂纹，引起无法保证模块的绝缘耐压的不良情况。这是由构成模块的构件与环氧树脂141的体积膨胀率差引起的。进而，由于环氧树脂141与绝缘基板24a、24b的体积膨胀率差、及环氧树脂141与金属板11的体积膨胀率差，在金属板11中产生了标准外的翘曲。在图2中，将产生了翘曲的金属板11的下表面11b示意性用双点划线表示。
另外，由于构成半导体装置1的要素中半导体芯片31、32发热至最高温，因此引线51、52与半导体芯片31、32的接合部中的功率循环耐量特别容易降低。
在本实施方式中，通过将引线51、52与半导体芯片31、32的接合部用与第2树脂构件42相比杨氏模量高即硬的第1树脂构件41覆盖，从而能够缓和对引线51、52与半导体芯片31、32的接合部施加的应力集中，防止引线51、52的剥离。
另外，其他的需要绝缘耐压的部分用与第1树脂构件41相比杨氏模量低即柔软的第2树脂构件42密封。通过部分地限制与金属板11或绝缘基板24a、24b的体积膨胀率差小于第2树脂构件42的第1树脂构件41的使用而减少第1树脂构件41的体积，且将壳体内的空间40的大部分用第2树脂构件42密封，能够将金属板11的翘曲抑制在规格内。
第1树脂构件41只要至少将引线51、52与半导体芯片31、32的接合部覆盖即可。由于一般而言引线51、52与半导体芯片31、32的接合部的数目多，因此通过按照将半导体芯片31、32的全部覆盖的方式形成第1树脂构件41，能够有效地将引线51、52与半导体芯片31、32的所有接合部可靠地覆盖。
先形成第1树脂构件41之后，形成第2树脂构件42。例如在使用银的烧结材作为接合材33的情况下，通过也将接合材33覆盖的方式形成第1树脂构件41，从而在形成第1树脂构件41之后至形成第2树脂构件42为止之间的工序中，能够防止银作为灰尘飞散。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其同等的范围内。
1.一种半导体装置，其具备：
金属板；
侧壁构件，所述侧壁构件将所述金属板的上方的空间的周围包围；
电路基板，所述电路基板设置于所述金属板上且具有绝缘基板和布线部；
半导体芯片，所述半导体芯片设置于所述电路基板上；
第1引线，所述第1引线将所述半导体芯片与所述电路基板的所述布线部连接；
第1树脂构件，所述第1树脂构件将所述半导体芯片与所述第1引线的接合部覆盖；以及
第2树脂构件，所述第2树脂构件设置于所述空间中，且将所述金属板的上表面、所述电路基板、所述半导体芯片、所述第1树脂构件及所述第1引线覆盖，
所述第1树脂构件的杨氏模量高于所述第2树脂构件的杨氏模量，
所述第2树脂构件的体积大于所述第1树脂构件的体积。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第1树脂构件主要包含环氧树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂，所述第2树脂构件主要包含硅树脂或氨基甲酸酯树脂。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述绝缘基板为陶瓷基板。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第1树脂构件将所述半导体芯片的所有部分覆盖。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第1引线与所述电路基板的所述布线部的接合部未被所述第1树脂构件覆盖，而被所述第2树脂构件覆盖。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述金属板的下表面露出。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述侧壁构件为树脂构件。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述半导体芯片包含电力控制用的功率元件。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述半导体芯片具有设置于上表面的铝的电极，所述第1引线的一端部与所述电极接合。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步具备：设置于所述侧壁构件的上表面及内壁部的导体部和将所述导体部与所述布线部连接的第2引线。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述第2引线与所述导体部的接合部及所述第2引线与所述布线部的接合部未被所述第1树脂构件覆盖，而被所述第2树脂构件覆盖。
12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第1引线为铝引线。
13.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述第2引线为铝引线。
14.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述半导体芯片的下表面与所述布线部接合，所述第1树脂构件将所述半导体芯片的所述下表面与所述布线部的接合部覆盖。
15.根据权利要求14所述的半导体装置，其中，所述半导体芯片的所述下表面通过软钎料与所述布线部接合。
16.根据权利要求14所述的半导体装置，其中，所述半导体芯片的所述下表面通过银的烧结材与所述布线部接合。
技术总结