JP7215320B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。

特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、封止体の内部で半導体素子に接合された導体部材とを備える。半導体素子と導体部材との間は、はんだ層を介して接合されている。

特開２００９－１４６９５０号公報

半導体素子と導体部材との間をはんだ付けしたときに、余剰なはんだが半導体素子と導体部材との間から溢れることがある。このとき、余剰なはんだが半導体素子に向けて濡れ広がると、半導体素子において短絡や絶縁不良といった不具合を招くおそれがある。そのことから、余剰なはんだは、導体部材に沿って濡れ広がることが好ましい。しかしながら、導体部材の表面がはんだによって広く覆われてしまうと、導体部材と封止体との間の密着性が低下することによって、例えば半導体装置の耐久性が低下するおそれがる。本明細書は、このような事象を抑制して、半導体装置の耐久性を向上し得る技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、封止体の内部で半導体素子にはんだ層を介して接合された導体部材とを備える。導体部材は、板状部と、板状部の一表面から突出する突出部とを有する。突出部は、はんだ層に接する接合面と、接合面の周縁から延びる側面とを有する。板状部の一表面には、突出部の周縁に沿って延びる外周溝が設けられている。そして、突出部の側面には、接合面の周縁から外周溝まで延びる誘導溝が設けられている。

上記した構造によると、半導体素子と導体部材との間をはんだ付けしたときに、接合面から溢れた余剰なはんだが、接合面から延びる誘導溝を通じて、半導体素子から離れた外周溝に誘導される。これにより、余剰なはんだが半導体素子に向けて濡れ広がることが抑制される。また、余剰なはんだが誘導溝に集まることによって、突出部の側面がはんだによって広く覆われることが回避される。これにより、半導体装置の耐久性は有意に向上する。

実施例の半導体装置１０の外観を示す平面図。 図１中のＩＩ－ＩＩ線における断面図。 第２導体板１９の突出部２０の側面３２を示す図。 第２導体板１９の突出部２０の接合面３０を示す図。

本技術の一実施形態において、突出部の側面は、例えば角柱や角錐台のように、複数の平面と複数の角部を有してもよい。この場合、複数の角部の少なくとも一つに沿って、誘導溝が設けられてもよい。但し、誘導溝の数、位置及び形状については、特に限定されない。

本技術の一実施形態において、前記した斜面は、接合面から離れるにつれて外側へ変位するように傾斜していてもよい。即ち、当該側面は、錐台形状であってもよい。このような構成によると、接合面の面積を維持しつつ、側面の面積を大きくすることによって、より多くの余剰なはんだに対応することができる。

図１－図４を参照して、実施例の半導体装置１０を説明する。本実施例の半導体装置１０は、例えば電気自動車の電力制御装置に採用され、コンバータやインバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。なお、本明細書における電気自動車は、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、モータに加えてエンジンを有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等を含む。

図１、図２に示すように、半導体装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２を封止する封止体１４とを備える。封止体１４は、絶縁性の材料で構成されている。特に限定されないが、本実施例における封止体１４は、例えばエポキシ樹脂といった、封止用材料で構成されている。封止体１４は、概して板形状を有しており、上面１４ａ、下面１４ｂ、第１端面１４ｃ、第２端面１４ｄ、第１側面１４ｅ及び第２側面１４ｆを有する。

半導体素子１２は、パワー半導体素子であって、半導体基板１２ａと上面電極１２ｂと下面電極１２ｃとを有する。上面電極１２ｂは、半導体基板１２ａの上面に位置しており、下面電極１２ｃは、半導体基板１２ａの下面に位置している。上面電極１２ｂと下面電極１２ｃは、半導体基板１２ａを介して互いに電気的に接続される。特に限定されないが、本実施例における半導体素子１２は、スイッチング素子であり、上面電極１２ｂと下面電極１２ｃとの間を、選択的に導通及び遮断することができる。半導体基板１２ａの種類については特に限定されない。半導体基板１２ａは、例えばシリコン基板、炭化シリコン基板又は窒化物半導体基板であってもよい。上面電極１２ｂ及び下面電極１２ｃについては、例えばアルミニウム、ニッケル又は金といった、一又は複数種類の金属を用いて構成されることができる。

一例ではあるが、本実施例における半導体素子１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードとが一体化されたＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴである。上面電極１２ｂは、ＩＧＢＴのエミッタ及びダイオードのアノードに接続されており、下面電極１２ｃは、ＩＧＢＴのコレクタ及びダイオードのカソードに接続されている。なお、他の実施形態として、半導体素子１２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であってもよい。この場合、上面電極１２ｂは、ＭＯＳＦＥＴのソースに接続され、下面電極１２ｃは、ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される。

半導体装置１０は、第１導体板１６と第２導体板１９とをさらに備える。第１導体板１６と第２導体板１９は、半導体素子１２を挟んで互いに対向している。第１導体板１６と第２導体板１９は、例えば金属といった導体で構成されている。一例ではあるが、本実施例における第１導体板１６と第２導体板１９は、銅で構成されているとともに、その表面にニッケルめっきが施されている。第１導体板１６と第２導体板１９は、封止体１４によって保持されており、半導体素子１２を挟んで互いに対向している。第１導体板１６の上面１６ａは、封止体１４の内部に位置しており、半導体素子１２の下面電極１２ｃと電気的に接続されている。第１導体板１６の下面１６ｂは、封止体１４の下面１４ｂに露出している。これにより、第１導体板１６は、半導体素子１２と電気的に接続された回路の一部を構成するとともに、半導体素子１２の熱を外部へ放出する放熱板としても機能することができる。第１導体板１６の上面１６ａと、半導体素子１２の下面電極１２ｃとの間は、はんだ付けによって接合されており、第１導体板１６と半導体素子１２との間には、はんだ層１３が形成されている。

第２導体板１９は、板状部１８と突出部２０とを有する。板状部１８は、概して、第１導体板１６と同一又は類似の形状を有する。板状部１８の上面１８ａは、封止体１４の上面１４ａに露出しており、板状部１８の下面１８ｂは、封止体１４の内部で第１導体板１６に対向している。突出部２０は、板状部１８の下面１８ｂから、半導体素子１２に向けて突出している。突出部２０は、半導体素子１２の上面電極１２ｂと電気的に接続されている。詳しくは、突出部２０と半導体素子１２の上面電極１２ｂとの間が、はんだ付けによって接合されており、それらの間にはんだ層１５が形成されている。また、板状部１８の下面１８ｂには、突出部２０の周縁に沿って、外周溝２８が形成されている。外周溝２８は、第２導体板１９と半導体素子１２とのはんだ付けにおいて、余剰なはんだを収容するために設けられている。

半導体装置１０は、第１電力端子２２と、第２電力端子２４と、複数の信号端子２６とを備える。第１電力端子２２及び第２電力端子２４は、封止体１４の第１端面１４ｃから突出している。第１電力端子２２は、封止体１４の内部において第１導体板１６と電気的に接続されており、第２電力端子２４は、封止体１４の内部において第２導体板１９と電気的に接続されている。これにより、第１電力端子２２と第２電力端子２４との間は、半導体素子１２を介して電気的に接続されている。複数の信号端子２６は、封止体１４の第２端面１４ｄから突出している。各々の信号端子２６は、半導体素子１２の信号パッド（図示省略）と電気的に接続されている。

図３、図４に示すように、第２導体板１９の突出部２０は、はんだ層１５に接する接合面３０と、接合面３０の周縁３０ｅから延びる側面３２を有する。突出部２０は錐台形状を有しており、その側面３２は、接合面３０から離れるにつれて外側へ変位するように傾斜している。特に、本実施例の突出部２０は、四角錐台の形状を有しており、突出部２０の側面３２には、四つの平面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、四つの角部３４が含まれる。

突出部２０の側面３２には、複数の誘導溝ＧＧが設けられている。特に限定されないが、本実施例では、四つ誘導溝ＧＧが、四つの角部３４にそれぞれ設けられている。各々の誘導溝ＧＧは、接合面３０の周縁３０ｅから外周溝２８まで、角部３４に沿って延びている。これにより、四つの誘導溝ＧＧは、接合面３０に対して対称的に配置されている。なお、誘導溝ＧＧの数、位置及び形状については、特に限定されない。他の実施形態として、突出部２０の側面３２には、少なくとも一つの誘導溝ＧＧが設けられていればよい。また、誘導溝ＧＧは、側面３２の角部３４に限られず、側面３２のうちの平面３２ａ－３２ｄに設けられてもよい。また、誘導溝ＧＧの幅及び／又は深さは、その長手方向に沿って一定であってもよいし、連続的又は段階的に変化してもよい。

以上の構成により、半導体装置１０を製造するときは、第２導体板１９の突出部２０と半導体素子１２との間をはんだ付けする必要がある。このはんだ付けでは、余剰なはんだが半導体素子１２と突出部２０との間から溢れることがある。この場合、仮に余剰なはんだが半導体素子１２に向けて濡れ広がると、半導体素子１２において短絡や絶縁不良を招くおそれがある。これに対して、余剰なはんだが突出部２０の側面３２に沿って濡れ広がれば、半導体素子１２における短絡や絶縁不良を避けることができる。そのことから、従来技術では、はんだの濡れ性を高めるために、突出部２０の側面３２に対して高価な金めっきを施すことが行われていた。しかしながら、突出部２０の側面３２がはんだによって広く覆われてしまうと、当該側面３２と封止体１４との間の密着性が低下することによって、例えば半導体装置１０の耐久性が低下するおそれがある。

これに対して、本実施例の半導体装置１０では、突出部２０の側面３２に、誘導溝ＧＧが設けられている。誘導溝ＧＧの断面は十分に小さく、溶融したはんだは誘導溝ＧＧに沿って濡れ広がる。従って、余剰なはんだは、誘導溝ＧＧを通じて外周溝２８へと誘導され、半導体素子１２に向けて濡れ広がることが抑制される。また、余剰なはんだが誘導溝ＧＧに集まることによって、突出部２０の側面３２がはんだによって広く覆われることが回避される。これにより、突出部２０の側面３２と封止体１４との間の密着性が維持されて、半導体装置１０の耐久性は有意に向上する。さらに、誘導溝ＧＧの形成は、例えばブレス加工によって行うことができ、金めっきよりも安価に実施することができる。そのことから、半導体装置１０の製造コストを抑制しながら、製造品質の向上を図ることができる。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：半導体装置
１２：半導体素子
１４：封止体
１６：第１導体板
１８：第２導体板の板状部
１９：第２導体板
２０：第２導体板の突出部
２２：第１電力端子
２４：第２電力端子
２６：信号端子
２８：外周溝
３０：突出部の接合面
３２：突出部の側面
ＧＧ：誘導溝

Claims (1)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を封止する封止体と、
   前記封止体の内部で前記半導体素子にはんだ層を介して接合された導体部材と、
   を備え、
   前記導体部材は、板状部と、前記板状部の一表面から突出する突出部とを有し、
   前記突出部は、前記はんだ層に接する接合面と、前記接合面の周縁から延びる側面とを有し、
   前記板状部の前記一表面には、前記突出部の周縁に沿って延びる外周溝が設けられており、
   前記突出部の前記側面には、前記接合面の周縁から前記外周溝まで延びる誘導溝が設けられており、
   前記突出部は、角柱又は角錐台の形状であって、前記突出部の前記側面は、複数の平面と複数の角部とを有し、
   前記誘導溝は、前記複数の角部の少なくとも一つに沿って設けられている、
   半導体装置。

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