JP2011103312A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、半導体素子周辺部の熱抵抗を低減し、かつ半導体素子の熱応力も低減できる構造とすることで、高温域でも高い信頼性を確保できる半導体装置を提供することである。
【解決手段】本発明では、上記課題を解決するために、半導体素子の両側に配置される２つの電極の接合面と反対側に複数のスリットを設け、曲げ剛性を小さいくし、かつ、２つの電極のスリットの方向を直交するように、即ち９０度ずらしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置に係り、特に、車両用回転発電機の整流装置に好適な半導体装置に関する。

図４は、車両用回転発電機の整流装置である半導体装置の一般的な構造を示すものである。

該図に示す如く、半導体装置は、半導体素子１と、導電性を有する第一の電極３及び第二の電極５とを備え、これらを接合する接合材２，４を積層し、周辺を封止材６で覆った構造となっている。

半導体素子１は、線膨張係数が非常に小さく、第一及び第二の電極３，５は、半導体素子１の数倍の線膨張係数を有することが多い。そのため、半導体装置に温度変化を与えた場合、半導体素子１や接合材６には、半導体素子１と第一及び第二の電極３，５などの線膨張係数差に起因する熱応力が発生するが、半導体素子１や接合材２，４に過大な熱応力が負荷されると、それらが破壊に至る恐れがある。

接合部の信頼性を確保するための構造として、特許文献１に示すように、半導体素子と部品の中間の線膨張係数を有する部品を挿入し熱応力を分散する構造や、特許文献２に示すように電極の剛性を低減する構造が提案されている。

米国特許第４３４９８３１号公報 特開２００６−１９０７２８号公報

近年、パワー半導体分野では、自動車の電装化の加速や、次世代半導体素子の開発を背景に、従来以上の高温域での動作に対する要求が高まってきている。パワー半導体装置の使用温度が高くなると、半導体素子に発生する熱応力は、これまで以上に増大することが予測される。

一方、環境社会の実現に向けて、鉛フリー化製品の開発が推進されている。鉛フリー接合材は、耐熱性が高いものほど材料の硬くなる傾向にあるため、今後高まる使用温度に耐える鉛フリー接合材を選定すると、必然的に半導体素子に発生する熱応力も大きくなる。結果、特許文献１，２に示すような構造的な対策のみでは、半導体素子の信頼性を十分に確保できないのが現状である。

そこで、本発明の目的は、半導体素子周辺部の熱抵抗を低減し、かつ半導体素子の熱応力も低減できる構造とすることで、高温域でも高い信頼性を確保できる半導体装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体素子と、該半導素子と接合材を介して接合される第一の電極と、該第一の電極と反対側の半導体素子と接合材を介して接合される第二の電極とを備えた半導体装置において、前記第一の電極における前記半導体素子の接合面と反対側に平行にスリットを設け、かつ、前記第二の電極における前記半導体素子接合面と反対側に平行にスリットを設け、かつ、前記第一の電極のスリットと前記第二の電極のスリットの向きが直交しているか、或いは９０度ずれていることを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置の温度が上昇して接続部周辺の各部材が熱膨張しても、両側の電極の曲げ剛性が９０度ずれているために、半導体素子の両側で反り変形の向きが９０度ずれ、互いの反り変形を拘束しあうことなく、力を逃がすことが可能となるので、半導体素子周辺部の熱抵抗が低減され、かつ半導体素子の熱応力も低減でき、高温域でも高い信頼性を確保できる半導体装置を得ることができる。

本発明の第１の実施例における半導体装置を示す斜視図と、その一部の拡大断面図である。 本発明の第２の実施例における半導体装置を示し、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は断面側面図である。 本発明の第３の実施例における半導体装置を示し、（ａ）は断面正面図、（ｂ）は断面側面図である。 従来の半導体装置を示す要部断面図である。

半導体素子周辺部の熱抵抗が低減され、かつ半導体素子の熱応力も低減できる構造を簡単な構成で実現できる。

図１は、本発明の第１の実施例における半導体装置を示すものである。

図１に示す第１の実施例の半導体装置は、従来と同様に、半導体素子１と、導電性を有する第一の電極３及び第二の電極５とを備え、これらを接合する接合材２，４を積層し、周辺を封止材（図示せず）で覆った構造となっている。

そして、本実施例では、第一の電極３における半導体素子１の接合面と反対側に平行にスリット３ａが設けられていると共に、第二の電極５における半導体素子１の接合面と反対側にも平行にスリット５ａが設けられ、しかも、それぞれスリット３ａと５ａが直交するように、つまり９０度ずらして設けられている。なお、モジュールの実装部品などは省略して描かれてない。

ここで、半導体素子１にはＳｉを用いているが、ＳｉＣやＧａＮの場合でも本発明の効果は失われない。また、接合材２，４にはＡｇの焼結材を使用しているが、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ，Ｓｎ−Ｃｕ系はんだ，Ｂｉ−Ａｇ系はんだ，Ｚｎ−Ａｌ系はんだ，ＡｇやＣｕのロウ材，焼結材，ペースト材の場合でも、本発明の効果は失われない。第一及び第二の電極３，５はＣｕを用いているが、Ａｇやその他の材質でも構わない。

このような本実施例の構成とすることにより、半導体装置の温度が上昇して接続部周辺の各部材が熱膨張しても、両側の電極の曲げ剛性が９０度ずれているために、半導体素子の両側で反り変形の向きが９０度ずれ、互いの反り変形を拘束しあうことなく、力を逃がすことが可能となる。さらに、電極にスリットを入れ、一部板厚の大きい部分を敢えて設けておくことで、電極を一様に薄くした場合に比べて熱容量を大きくし、半導体素子の温度上昇を低減することも可能となる。結果、半導体素子に発生する熱応力を低減することが可能となる。

図２は、本発明の第２の実施例における半導体装置を示すものである。

図２に示す第２の実施例の半導体装置は、図１に示した第１の実施例と略同一構造であるが、図１との相違は、第一の電極材３に端子接続用領域３ｂ部が設けられている点及び第二の電極５に放熱フィンに圧入するための壁部５ｂが設けられている点である。

このような構成に本実施例の構成としても、その効果は、上述した第１の実施例と同様である。

本実施例は、車両用回転発電機の整流装置等への適用可能であることを示す一例である。

図３は、本発明の第３の実施例における半導体装置を示すものである。

図２に示した第２の実施例との相違は、第二の電極５が放熱フィンに圧入するためケース材７に接続されている点である。第二の電極５とケース材７は、溶接などの直接的な接合あるいは、接合材などを介した間接的な接合のいずれでも同様の効果を得られる。

ここで、第二の電極５とケース材７は同じ材質であることが好ましい。

１ 半導体素子
２，４ 接合材
３ 第一の電極
３ａ，５ａ スリット
３ｂ 端子接続用領域
５ 第二の電極
５ｂ，７ａ 壁部
６ 封止材
７ ケース材

Claims (5)

1. 半導体素子と、該半導素子と接合材を介して接合される第一の電極と、該第一の電極と反対側の半導体素子と接合材を介して接合される第二の電極とを備えた半導体装置において、
   前記第一の電極における前記半導体素子の接合面と反対側に平行にスリットを設けると共に、前記第二の電極における前記半導体素子の接合面と反対側に平行にスリットを設け、かつ、前記第一の電極のスリットと前記第二の電極のスリットの向きが直交していることを特徴とする半導体装置。
2. 半導体素子と、該半導素子と接合材を介して接合される第一の電極と、該第一の電極と反対側の半導体素子と接合材を介して接合される第二の電極とを備えた半導体装置において、
   前記第一の電極における前記半導体素子の接合面と反対側に平行にスリットを設けると共に、前記第二の電極における前記半導体素子の接合面と反対側に平行にスリットを設け、かつ、前記第一の電極のスリットと前記第二の電極のスリットの向きが９０度ずれていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置において、
   前記第一の電極材に端子接続用の領域が設けられていると共に、前記第二の電極に放熱フィンに圧入するための壁部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１又は２に記載の半導体装置において、
   前記第二の電極が、放熱フィンに圧入するためケース材に接続されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   前記第二の電極とケース材は、同じ材質であることを特徴とする半導体装置。

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