WO2018154635A1 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2018154635A1
WO2018154635A1 PCT/JP2017/006412 JP2017006412W WO2018154635A1 WO 2018154635 A1 WO2018154635 A1 WO 2018154635A1 JP 2017006412 W JP2017006412 W JP 2017006412W WO 2018154635 A1 WO2018154635 A1 WO 2018154635A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat sink
semiconductor device
mold resin
semiconductor chip
resin
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/006412
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋暁 一戸
勝巳 宮脇
森脇　孝雄
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to CN201780086998.3A priority Critical patent/CN110392924B/zh
Priority to DE112017007098.8T priority patent/DE112017007098T5/de
Priority to KR1020197023915A priority patent/KR102232994B1/ko
Priority to PCT/JP2017/006412 priority patent/WO2018154635A1/ja
Priority to JP2017533648A priority patent/JP6394810B1/ja
Priority to US16/462,503 priority patent/US11309231B2/en
Publication of WO2018154635A1 publication Critical patent/WO2018154635A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293—Organic, e.g. plastic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49503—Lead-frames or other flat leads characterised by the die pad
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49568—Lead-frames or other flat leads specifically adapted to facilitate heat dissipation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3142—Sealing arrangements between parts, e.g. adhesion promotors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49579—Lead-frames or other flat leads characterised by the materials of the lead frames or layers thereon
    • H01L23/49582—Metallic layers on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • Patent Document 1 causes a problem that the resin peels off the heat sink in the moisture absorption reflow test. If the problem of this resin peeling is not solved, there is a problem that the semiconductor device cannot be reflow mounted and the advantages of the resin package structure cannot be utilized.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a resin-sealed package structure capable of operating at high temperature, and an improved semiconductor device that suppresses resin peeling in a reflow process
  • the purpose is to provide.
  • the structure of the present invention can suppress resin peeling at the time of reflow mounting even when a mold resin having a high glass transition temperature is used. Accordingly, a resin-encapsulated semiconductor device capable of operating at a high temperature while suppressing resin peeling in the reflow process is provided.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the internal structure of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning embodiment of this invention. It is the elements on larger scale which show the semiconductor device concerning embodiment of this invention. It is a figure which shows the internal structure of the modification of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. It is a top view which shows the heat sink with which the modification of the semiconductor device concerning embodiment of this invention is provided. It is sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device concerning embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present embodiment.
  • the semiconductor device 1 includes a mold resin 7 provided on a heat sink 23 and leads 22 protruding from the mold resin 7.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the semiconductor device 1 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 1 is connected to the heat sink 23, the semiconductor chip 3 and the circuit board 4 fixed to the heat sink 23 with the fixing material 5, and the semiconductor chip 3 and the circuit board 4 through the wires 6. And a plurality of leads 22.
  • the mold resin 7 covers a part of the lead 22, the wire 6, and the semiconductor chip 3, and exposes the remainder of the lead 22.
  • the semiconductor device 1 is a resin package and can be reflow mounted.
  • the heat stress at the time of reflow mounting is 260 ° C. at a peak temperature and within 30 seconds as a time.
  • the semiconductor device 1 is improved so that the mold resin 7 does not peel from the heat sink 23 and the leads 22 even when such a thermal stress is applied.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present embodiment.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the semiconductor device 1 taken along the line AA ′ in FIGS.
  • FIG. 4 is a partial enlarged view showing the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion X in FIG.
  • Roughening plating 21 is also provided on the entire surface of the lead 22.
  • the rough plating 21 may be provided on at least the surface of the heat sink 23 and the lead 22 that overlaps the mold resin 7. Therefore, the roughening plating 21 does not need to be provided in the portions exposed from the mold resin 7 in the heat sink 23 and the leads 22.
  • the heat sink 23 and the lead 22 are made of copper. Copper has a high thermal conductivity of 398 W / mK.
  • the material of the heat sink 23 and the lead 22 can be variously modified as will be described later, but is preferably formed of a material having a thermal conductivity of 200 W / mK or more from the viewpoint of obtaining high heat dissipation.
  • the semiconductor device 1 is a high-frequency high-power semiconductor device that operates at a frequency of 1 GHz or more and outputs power of 1 W or more.
  • the semiconductor chip 3 built in the semiconductor device 1 is made of gallium nitride (GaN).
  • GaN semiconductor device can operate at a higher temperature than silicon (Si) semiconductor devices and gallium arsenide (GaAs) semiconductor devices that have been used in conventional high-frequency semiconductor devices.
  • the junction temperature of the semiconductor chip 3 during the operation of the semiconductor device 1 is 250 ° C. or higher.
  • the semiconductor device 1 is a wireless communication semiconductor device.
  • the semiconductor device 1 may be a mobile phone base station that is one of wireless communication semiconductor devices.
  • the semiconductor device 1 can satisfy these broadbanding and downsizing. Compared to the conventional GaN semiconductor device to which the metal base package structure and the ceramic package structure of the screwing method are applied, the semiconductor device 1 according to the embodiment can be reduced in cost because it is a resin package structure.
  • the semiconductor chip 3 and the circuit board 4 are fixed to the surface of the heat sink 23 by the fixing material 5.
  • the fixing material 5 is solder or sintered silver. Solder and sintered silver are less likely to absorb moisture and have better thermal conductivity than silver paste resin.
  • the mold resin 7 seals the semiconductor chip 3 and the circuit board 4 in order to protect the semiconductor chip 3 and the circuit board 4 from foreign matter and external force.
  • the glass transition temperature of the mold resin 7 is 195 ° C. or higher.
  • the water absorption of the mold resin 7 is 0.24% or less. More specifically, in the embodiment, the mold resin 7 has a glass transition temperature of 200 ° C., a thermal decomposition start temperature of 300 ° C., a water absorption rate of 0.24%, and a linear expansion coefficient of 9 to 19 ppm.
  • the semiconductor chip 3 is made of GaN, there is a risk of failure if the temperature rises to around 300 ° C. However, if it is in a temperature range that does not break down, it also means that it operates at a high temperature up to nearly 300 ° C.
  • the thermal decomposition start temperature of the mold resin 7 By setting the thermal decomposition start temperature of the mold resin 7 to 300 ° C. or higher, the mold resin 7 can be reliably prevented from being thermally decomposed even near the upper limit of the high-temperature operation of the semiconductor chip 3.
  • the inventor of the present application has found that the following first to third measures are effective in order to suppress resin peeling during reflow mounting in a semiconductor device using a mold resin having a high glass transition temperature.
  • the first measure is to lower the water absorption rate of the material of the mold resin 7 itself.
  • a thermosetting resin containing an epoxy resin and an inorganic filler can be used as the material of the mold resin 7 .
  • the mold resin 7 is provided by thermosetting the thermosetting resin.
  • One of the physical properties of the mold resin 7 is a glass transition temperature (Tg).
  • Tg glass transition temperature
  • the epoxy resin contained in the mold resin 7 is selected so that the mold resin 7 has a high glass transition temperature and a high thermal decomposition start temperature so that the semiconductor device 1 can withstand the high temperature operation.
  • Tg glass transition temperature
  • the epoxy resin contained in the mold resin 7 is selected so that the mold resin 7 has a high glass transition temperature and a high thermal decomposition start temperature so that the semiconductor device 1 can withstand the high temperature operation.
  • Tg glass transition temperature
  • the epoxy resin contained in the mold resin 7 is selected so that the mold resin 7 has a high glass transition temperature and a high thermal decomposition start temperature so that the semiconductor device 1
  • the second countermeasure is to not put anything that easily absorbs water into the mold resin 7.
  • the fixing material 5 is solder or sintered silver. If a die bond material such as a silver paste resin is used, the mold resin 7 is peeled off during reflow mounting of the semiconductor device 1 due to moisture absorbed by the epoxy resin contained in the silver paste resin. In this regard, in the semiconductor device 1 according to the embodiment, since the semiconductor chip 3 and the like are fixed with solder or sintered silver, moisture in the mold resin 7 can be suppressed.
  • the third measure is to sufficiently improve the adhesion strength between the mold resin and the heat sink.
  • the adhesion strength between the mold resin 7, the heat sink 23, and the leads 22 is improved by the anchor effect.
  • the surface roughness of the roughening plating 21 is required to be 150 nm or more in terms of an RMS value (Root-mean-square).
  • the surface roughness in the embodiment is an RMS value measured with an atomic force microscope (AFM).
  • the RMS value is the square root of the average of the square values of the deviations from the average value.
  • an improvement may be made to sufficiently reduce the difference in linear expansion coefficient between the mold resin 7, the heat sink 23, and the lead 22. Since the linear expansion coefficient of copper is about 17 ppm, the material component of the mold resin 7 may be adjusted so that the linear expansion coefficient in the ⁇ 1 region of the mold resin 7 below the glass transition temperature is 9 to 19 ppm. Thereby, the stress which arises in the mold resin 7 can be reduced, and resin peeling can be suppressed.
  • Tables 1 to 3 show the results of the moisture absorption reflow test of samples with different surface roughness, bonding material, and water absorption rate of the mold resin.
  • the test conditions were as follows: Jedec Lv. It was set to 3.
  • the semiconductor device 1 according to the embodiment can be variously modified as described below.
  • AFM atomic force microscope
  • the thermal decomposition start temperature of the mold resin 7 may be less than 300 ° C. If it is certain that the operating temperature of the semiconductor chip 3 does not reach a high temperature around 300 ° C. according to the specifications of the semiconductor device 1, the thermal decomposition start temperature of the mold resin 7 may be a low temperature below 300 ° C.
  • the semiconductor chip 3 that is a high-frequency semiconductor device may be, for example, a high-power amplifier, a HEMT, or a MOSFET. Further, the semiconductor device 1 is not limited to one that outputs power with a frequency of 1 GHz or more and 1 W or more. The semiconductor device 1 may be a high-frequency semiconductor device having a frequency of less than 1 GHz, or may have an output power of less than 1 W.
  • the material of the semiconductor chip 3 is not limited to gallium nitride (GaN). Wide band gap semiconductor materials such as silicon carbide (SiC) or diamond may be used. Furthermore, according to the semiconductor device 1, there is an effect that the peeling of the mold resin 7 during reflow mounting can be suppressed while using the mold resin 7 having a high glass transition temperature, and this effect can be obtained regardless of the semiconductor material of the semiconductor chip 3. . Therefore, a wide band gap semiconductor material may not be used, and the material of the semiconductor chip 3 may be silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs).
  • the material of the heat sink 23 and the lead 22 is not limited to copper.
  • a copper alloy and aluminum can also be used.
  • the copper alloy used as the material of the heat sink 23 and the lead 22 may be an alloy of copper and molybdenum.
  • the composition of the copper alloy may be Cu / PCM / Cu.
  • “Cu / PCM (Cu—Mo) / Cu” is a clad material having a three-layer structure in which Cu—Mo is used as a core material and Cu is bonded to both surfaces.
  • the copper alloy used as the material of the heat sink 23 and the lead 22 may be an alloy of copper and tungsten.
  • the material of the heat sink 23 and the lead 22 may be the same or different.
  • the heat sink 23 and the lead 22 are preferably formed of a material having a thermal conductivity of 200 W / mK or more. Thereby, good heat dissipation can be exhibited when the semiconductor chip 3 operates at a high temperature.
  • the thermal conductivity of copper is about 400 W / mK.
  • the thermal conductivity of the copper-molybdenum alloy (35% copper, 70% molybdenum) is 200 W / mK. By making the copper ratio higher than 35% and less than 70% molybdenum, the thermal conductivity is higher than 200 W / mK. Can be high.
  • the thermal conductivity of the copper tungsten alloy (copper 20%, tungsten 80%) is 200 W / mK, and the thermal conductivity of the copper tungsten alloy (copper 11%, tungsten 89%) is 200 W / mK or more.
  • the thermal conductivity of aluminum is 200 W / mK or more. However, if the required heat dissipation performance is not severe, it may be formed of a material having a thermal conductivity of 200 W / mK or less.
  • the linear expansion coefficient of the mold resin 7 is preferably 9 to 19 ppm.
  • the coefficient of linear expansion of copper is about 17 ppm.
  • the linear expansion coefficient difference between the copper heat sink 23 and the mold resin 7 according to the embodiment is suppressed to 8 ppm or less.
  • the coefficient of linear expansion of the copper molybdenum alloy for heat sink use is 7 to 11.5 ppm.
  • the difference in linear expansion coefficient between the heat sink 23 deformed into the copper molybdenum alloy and the mold resin 7 is suppressed to 12 ppm or less.
  • the coefficient of linear expansion of copper-tungsten alloys for heat sink applications is 6 to 8.3 ppm.
  • the linear expansion coefficient difference between the heat sink 23, the mold resin 7 and the heat sink 23 deformed into copper tungsten alloy is suppressed to 13 ppm or less.
  • the linear expansion coefficient of aluminum is about 24 ppm.
  • the difference in linear expansion coefficient between the heat sink 23 deformed into aluminum and the mold resin 7 is suppressed to 15 ppm or less. As a result, peeling of the mold resin 7 can be suppressed while the heat sink 23 has high heat dissipation.
  • FIG. 5 is a diagram showing an internal structure of a modified example of the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present embodiment.
  • the mold resin 7 is not shown in FIG. 5, the mold resin 7 covers the heat sink 23 and the like in this modified example as well as FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing the heat sink 23 provided in the modification of the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present embodiment.
  • FIG. 7 shows a cross section of the semiconductor device 1 taken along the line BB ′ of FIG. 5.
  • the mold resin 7 is also shown. 5 to 7, grooves 24 extending so as to surround the semiconductor chip 3 are provided at the four corners of the surface of the heat sink 23.
  • Each of the grooves 24 at the four corners may be a plurality of grooves or a single groove.
  • the depth of the groove 24 is preferably 50 ⁇ m or more, and the length of the groove 24 is preferably 1 mm or more.
  • the cross-sectional shape of the groove 24 may be V-shaped as shown in FIG. 7, or may be U-shaped or inverted trapezoidal. According to this modification, even if resin peeling occurs between the mold resin 7 and the heat sink 23 due to reflow or the like, the mold peeling progress direction can be changed by the groove 24. As a result, it is possible to prevent the peeling of the mold resin 7 from progressing to the region where the semiconductor chip 3 and the circuit board 4 are mounted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

半導体装置１は、ヒートシンク２３と、ヒートシンク２３に固定材５で固定された半導体チップ３および回路基板４と、ワイヤ６を介して半導体チップ３および回路基板４と接続された複数のリード２２と、ヒートシンク２３の上に設けられたモールド樹脂７と、を備えている。モールド樹脂７は、リード２２の一部、ワイヤ６、および半導体チップ３を覆っており、リード２２の残部を露出させている。リード２２およびヒートシンク２３の表面には、表面粗さがＲＭＳ＝１５０ｎｍ以上の粗化めっき２１が設けられている。固定材５は、ハンダまたは焼結銀である。モールド樹脂７の吸水率が、０．２４％以下である。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関するものである。
　従来、例えば日本特開２０１５－１６４１６５号公報に開示されているように、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体材料からなる半導体チップをモールド樹脂で封止した半導体装置が知られている。シリコンよりもバンドギャップの大きいワイドバンドギャップ半導体を用いることで、高温動作可能な半導体チップが提供される。高温動作に対応するモールドパッケージ構造を実現するためには、その高温動作に耐えうるモールド樹脂を選定する必要がある。この点に関し、上記特許文献１の段落００２３において、モールド樹脂のガラス転移温度Ｔｇの好ましい値として１９５℃以上という数値が記載されている。また、上記特許文献１の段落００１４には、半導体チップの高温動作に耐えうるように、焼結銀接合体を用いて半導体チップをヒートブロックに接合することが記載されている。
日本特開２０１５－１６４１６５号公報
　しかしながら、本願発明者が鋭意研究を重ねたところ、上記特許文献１に記載された構造では、吸湿リフロー試験において樹脂がヒートシンクから剥離する問題が生ずることが見出された。この樹脂剥離の問題が解決されないと、半導体装置をリフロー実装することができず、樹脂パッケージ構造の利点が活かされないという問題がある。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高温動作可能な樹脂封止型のパッケージ構造を有し、リフロー工程での樹脂剥離を抑制するように改善された半導体装置を提供することを目的とする。
　本発明にかかる半導体装置は、
　ヒートシンクと、
　前記ヒートシンクに固定材で固定された半導体チップと、
　ワイヤを介して前記半導体チップと接続されたリードと、
　前記リードの一部、前記ワイヤ、および前記半導体チップを覆うように前記ヒートシンクの上に設けられ、ガラス転移温度が１９５℃以上であるモールド樹脂と、
　を備え、
　前記ヒートシンクにおける前記モールド樹脂と重なる表面および前記リードにおける前記モールド樹脂と重なる表面には、表面粗さがＲＭＳ＝１５０ｎｍ以上の粗化めっきが設けられており、
　前記固定材が、ハンダ又は焼結銀であり、
　前記モールド樹脂の吸水率が０．２４％以下である。
　本発明の構造であれば、高ガラス転移温度のモールド樹脂を用いてもリフロー実装時における樹脂剥離を抑制できることが、本願発明者によって新たに見出された。これにより、リフロー工程での樹脂剥離が抑制され高温動作可能な樹脂封止型の半導体装置が提供される。
本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の内部構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の変形例の内部構造を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の変形例が備えるヒートシンクを示す平面図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の変形例を示す断面図である。
　図１は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１を示す外観斜視図である。図１に示すように、半導体装置１は、ヒートシンク２３の上に設けられたモールド樹脂７と、モールド樹脂７から突出するリード２２とを備えている。図２は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１の内部構造を示す斜視図である。図２に示すように、半導体装置１は、ヒートシンク２３と、ヒートシンク２３に固定材５で固定された半導体チップ３および回路基板４と、ワイヤ６を介して半導体チップ３および回路基板４と接続された複数のリード２２とを備えている。図１および図２からわかるように、モールド樹脂７は、リード２２の一部、ワイヤ６、および半導体チップ３を覆っており、リード２２の残部を露出させている。
　半導体装置１は、樹脂パッケージであり、リフロー実装が可能である。リフロー実装時の熱ストレスは、一例としては、ピーク温度で２６０℃、時間として３０秒以内である。半導体装置１は、このような熱ストレスがかかってもヒートシンク２３およびリード２２に対するモールド樹脂７の剥離が生じないように改善されたものである。
　図３は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１を示す断面図である。図３は、図１および図２のＡ－Ａ´線に沿って半導体装置１を切断したときの断面図を示している。図４は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１を示す部分拡大図である。図４は図３のＸ部分を拡大したものである。
　ヒートシンク２３の表面全体には、表面粗さがＲＭＳ＝１５０ｎｍ以上の粗化めっき２１が設けられている。リード２２の表面全体にも、粗化めっき２１が設けられている。なお、粗化めっき２１は、ヒートシンク２３およびリード２２における少なくともモールド樹脂７と重なる表面に設けられていればよい。従って、ヒートシンク２３およびリード２２におけるモールド樹脂７から露出する部位には、粗化めっき２１が設けられていなくともよい。ヒートシンク２３およびリード２２は、銅で形成されている。銅は３９８Ｗ／ｍＫという高い熱伝導率を持つ。ヒートシンク２３およびリード２２の材料については後ほど説明するように様々な変形が可能であるが、高い放熱性を得る観点からは２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ材料で形成されることが好ましい。
　半導体装置１は、周波数１ＧＨｚ以上で作動し且つ１Ｗ以上の電力を出力する高周波高出力半導体装置である。半導体装置１に内蔵された半導体チップ３は、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）で形成されている。ＧａＮ半導体装置は、従来から高周波半導体装置に使用されてきたシリコン（Ｓｉ）半導体装置やガリウムアーセナイド（ＧａＡｓ）半導体装置に比べて高温で動作できる。具体的には、半導体装置１の作動時における半導体チップ３のジャンクション温度は２５０℃以上である。実施の形態では、一例として、半導体装置１を無線通信半導体装置としている。半導体装置１は、無線通信半導体装置の一つである携帯電話用基地局であってもよい。無線通信半導体装置にかかる技術分野のうち高出力化が指向される分野においては、通信容量増大による広帯域化および半導体装置の小型化という要求があり、ＧａＮ半導体装置が主に用いられるようになっている。半導体装置１は、これらの広帯域化および小型化を満たすことができる。また、ネジ止め方式のメタルベースパッケージ構造およびセラミックパッケージ構造が適用されてきた従来のＧａＮ半導体装置と比べると、実施の形態にかかる半導体装置１は樹脂パッケージ構造なので低コスト化が可能である。
　半導体チップ３および回路基板４が、固定材５によってヒートシンク２３の表面に固定されている。固定材５は、ハンダまたは焼結銀である。ハンダおよび焼結銀は、銀ペースト樹脂と比べると、水分を吸いにくく且つ熱伝導率が良好である。
　モールド樹脂７は、異物および外力等から半導体チップ３および回路基板４を保護するために、半導体チップ３および回路基板４を封止する。モールド樹脂７のガラス転移温度は１９５℃以上である。モールド樹脂７の吸水率は０．２４％以下である。より具体的には、実施の形態では、モールド樹脂７は、ガラス転移温度２００℃、熱分解開始温度３００℃、吸水率０．２４％、かつ線膨張係数９～１９ｐｐｍであるものとする。
　半導体チップ３はＧａＮで形成されているので、３００℃付近まで高温となると故障のおそれがある。しかし故障しない温度範囲であれば、３００℃近くまで高温の状態で作動するということでもある。モールド樹脂７の熱分解開始温度が３００℃以上とされることで、半導体チップ３の高温動作上限付近でもモールド樹脂７が確実に熱分解しないようにすることができる。
　本願発明者は、高ガラス転移温度のモールド樹脂を用いた半導体装置においてリフロー実装時の樹脂剥離を抑制するために、下記の第一対策～第三対策が有効であることを見出した。
　第一対策は、モールド樹脂７の材料自体の吸水率を下げることである。モールド樹脂７の材料は、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する熱硬化性樹脂を用いることができる。この熱硬化性樹脂を熱硬化させることでモールド樹脂７が提供される。モールド樹脂７の物性値の一つにガラス転移温度（Ｔｇ）がある。半導体装置１の高温動作に耐えられるように、モールド樹脂７が高いガラス転移温度且つ高い熱分解開始温度を有するように、モールド樹脂７に含まれるエポキシ樹脂が選定される。しかしながら、一般的には、エポキシ樹脂の分子構造が原因で、ガラス転移温度が高いと従来のモールド樹脂材料では吸水率も高くなる傾向がある。モールド樹脂剥離の原因の一つは、パッケージ内部の水分がリフロー実装時に水蒸気化することである。単に高ガラス転移温度の樹脂を選定するだけでは吸水率も高くなってしまい、リフロー実装時の熱ストレスに起因して樹脂剥離が発生してしまう。
　ところで、近年開発された技術によれば、エポキシ樹脂の分子構造を制御することで、高いガラス転移温度でありながら吸水率を低く抑えたモールド樹脂材料が提供されはじめている。そこで、本願発明者はこのような技術的動向に着目し、高ガラス転移温度かつ吸水率を低くしたモールド樹脂材料を用いて実験を行った。後述する表１～３で示した実験結果により、吸水率を０．２４％以下に抑えれば、後述する第二対策および第三対策と組み合わせることで、リフロー実装時の樹脂剥離を抑制できることが見出された。なお、実験結果によれば、吸水率が０．２４％を超えるとリフロー実装時に部分剥離が発生するおそれがあり、吸水率が０．３０％以上では全面剥離が発生する。
　第二対策は、モールド樹脂７の内部に、吸水し易いものを入れないということである。モールド樹脂７内部で半導体チップ３および回路基板４がヒートシンク２３に固定材５でダイボンドされている。半導体装置１ではこの固定材５がハンダまたは焼結銀とされる。仮に銀ペースト樹脂等のダイボンド材を用いた場合には、銀ペースト樹脂に含まれるエポキシ樹脂に吸湿された水分によって、半導体装置１のリフロー実装時にモールド樹脂７が剥離してしまう。この点、実施の形態にかかる半導体装置１ではハンダまたは焼結銀で半導体チップ３等が固定されているので、モールド樹脂７内の水分を抑制することができる。
　第三対策は、モールド樹脂とヒートシンクの密着強度を十分に向上させることである。半導体装置１では、粗化めっき２１が設けられることで、モールド樹脂７とヒートシンク２３およびリード２２との密着強度がアンカー効果により向上させられている。粗化めっき２１の表面粗さは、ＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ－ｍｅａｎ－ｓｑｕａｒｅ）で１５０ｎｍ以上が必要であることが本願発明者の実験により見出された。実施の形態における表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したＲＭＳ値である。ＲＭＳ値は、平均値に対する偏差の２乗値の平均に対する平方根である。
　上記の第一対策～第三対策の全てが組み合されることで、リフロー実装時にモールド樹脂７とヒートシンク２３等との間の樹脂剥離を抑制することができることが本願発明者の実験により明らかにされた。
　なお、モールド樹脂７の材料選定に関わるさらに好ましい付随的対策として、モールド樹脂７とヒートシンク２３およびリード２２との線膨張係数差を十分に小さくする改良を施してもよい。銅の線膨張係数は約１７ｐｐｍであるので、ガラス転移温度以下におけるモールド樹脂７のα１領域における線膨張係数が９～１９ｐｐｍとなるようにモールド樹脂７の材料成分を調整してもよい。これによりモールド樹脂７に生ずる応力を低減させることができ、樹脂剥離を抑制することができる。
　本願発明者が行った実験結果を、下記の表１～３を用いて説明する。表１～３に表面粗さ、接合材、およびモールド樹脂の吸水率を異ならしめたサンプルの吸湿リフロー試験の結果を示す。試験条件は、ＪｅｄｅｃのＬｖ．３とした。
　表１は、ガラス転移温度Ｔｇ＝２０８および線膨張係数＝１２ｐｐｍを有する第一モールド樹脂で試験を行った結果である。表１に示す通り、第一モールド樹脂の吸水率が０．３％の場合、粗化めっきの表面粗さおよび接合材の組合せに関係なく吸湿リフロー試験後に剥離が発生した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２は、ガラス転移温度Ｔｇ＝１９５および線膨張係数＝１０ｐｐｍを有する第二モールド樹脂で試験を行った結果である。表２に示す通り、第二モールド樹脂の吸水率が０．２７％の場合、吸湿リフロー試験後に剥離が発生した。但し、表面粗さ１５０ｎｍ～２５０ｎｍで且つ接合材はハンダ、又は焼結銀を使用したサンプルは部分剥離であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３は、ガラス転移温度Ｔｇ＝１９５および線膨張係数＝１２ｐｐｍを有する第三モールド樹脂で試験を行った結果である。表３に示す通り、第三モールド樹脂の吸水率が０．２４％の場合、表面粗さ１５０ｎｍ～２５０ｎｍで且つ接合材はハンダ、又は焼結銀を使用したサンプルにおいて剥離の発生は無かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施の形態にかかる半導体装置１は、下記に述べるように様々に変形することができる。
　粗化めっき２１の表面粗さは、ＲＭＳ＝１５０ｎｍ～２５０ｎｍであることが好ましい。ＲＭＳ＝１５０ｎｍ以下では密着強度が足りずリフロー実装時に樹脂剥離が発生してしまう。またＲＭＳ＝２５０ｎｍ以上では、粗化の影響によりめっき液残渣を洗浄にて除去することが難しい。めっき液残渣の影響によりめっき表面にシミおよび変色が発生すると、ワイヤ不着が発生する。これらの点から、表面粗さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した際にＲＭＳ＝１５０ｎｍ～２５０ｎｍが望ましい。これによりめっき液残渣がヒートシンク２３およびリード２２から洗浄除去されにくくなることを抑制することができる。ただし、樹脂剥離の抑制効果のみを考慮するのであれば、表面粗さは２５０ｎｍより大きくともよい。
　モールド樹脂７の熱分解開始温度は、３００℃未満であってもよい。半導体装置１の仕様上、半導体チップ３の動作温度が３００℃付近の高温まで達しないことが確実であれば、モールド樹脂７の熱分解開始温度が３００℃未満の低温であってもよい。
　高周波半導体装置である半導体チップ３は、具体的には例えば高出力増幅器、ＨＥＭＴ、あるいはＭＯＳＦＥＴなどであってもよい。また、半導体装置１は、周波数１ＧＨｚ以上かつ１Ｗ以上の電力を出力するものに限られない。半導体装置１は、周波数１ＧＨｚ未満の高周波半導体装置であってもよいし、出力電力１Ｗ未満であってもよい。
　半導体チップ３の材料は、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）に限定されない。シリコンカーバイド（ＳｉＣ）あるいはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体材料が用いられてもよい。さらに、半導体装置１によれば高ガラス転移温度のモールド樹脂７を用いつつリフロー実装時におけるモールド樹脂７の剥離を抑制できるという効果があり、この効果は半導体チップ３の半導体材料に関わらず得られる。従って、ワイドバンドギャップ半導体材料が用いられなくともよく、半導体チップ３の材料はシリコン（Ｓｉ）またはガリウムアーセナイド（ＧａＡｓ）でもよい。
　ヒートシンク２３およびリード２２の材料は、銅に限られない。ヒートシンク２３およびリード２２の材料として、銅合金、およびアルミニウムを用いることもできる。ヒートシンク２３およびリード２２の材料として用いる銅合金は、銅とモリブデンの合金を用いてもよい。銅合金の組成は、Ｃｕ／ＰＣＭ／Ｃｕであってもよい。「Ｃｕ／ＰＣＭ（Ｃｕ－Ｍｏ）／Ｃｕ」とは、Ｃｕ－Ｍｏを芯材にして両面にＣｕを貼り合わせた三層構造のクラッド材である。ヒートシンク２３およびリード２２の材料として用いる銅合金は、銅とタングステンの合金であってもよい。なお、ヒートシンク２３およびリード２２の材料は、同じでもよく、異なっていてもよい。
　ヒートシンク２３およびリード２２は、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料で形成されることが好ましい。これにより半導体チップ３が高温動作したときに良好な放熱性を発揮することができる。銅の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍＫである。銅モリブデン合金（銅３５％、モリブデン７０％）の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫであり、銅の比率を３５％より高くし且つモリブデンを７０％未満とすることで熱伝導率を２００Ｗ／ｍＫより高くすることができる。銅タングステン合金（銅２０％、タングステン８０％）の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫであり、銅タングステン合金（銅１１％、タングステン８９％）の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ以上である。アルミニウムの熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫ以上である。しかしながら、要求される放熱性能が厳しくないのであれば、２００Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料で形成されてもよい。
　モールド樹脂７の線膨張係数は９～１９ｐｐｍであることが好ましい。この点について説明すると、まず、銅の線膨張係数は約１７ｐｐｍである。実施の形態にかかる銅製のヒートシンク２３とモールド樹脂７との線膨張係数差は８ｐｐｍ以下に抑制される。また、ヒートシンク用途の銅モリブデン合金の線膨張係数は７～１１．５ｐｐｍである。銅モリブデン合金製に変形したヒートシンク２３とモールド樹脂７との線膨張係数差は１２ｐｐｍ以下に抑制される。ヒートシンク用途の銅タングステン合金の線膨張係数は６～８．３ｐｐｍである。銅タングステン合金製に変形したヒートシンク２３とモールド樹脂７と線膨張係数差は１３ｐｐｍ以下に抑制される。アルミニウムの線膨張係数は約２４ｐｐｍである。アルミニウム製に変形したヒートシンク２３とモールド樹脂７との線膨張係数差は１５ｐｐｍ以下に抑制される。その結果、ヒートシンク２３に高い放熱性を持たせつつ、モールド樹脂７の剥離を抑制することができる。
　図５は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１の変形例の内部構造を示す図である。図５ではモールド樹脂７が図示されていないが、この変形例においても図１と同様にモールド樹脂７がヒートシンク２３等を覆う。図６は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１の変形例が備えるヒートシンク２３を示す平面図である。図７は、本実施の形態の実施の形態にかかる半導体装置１の変形例を示す断面図である。図７は図５のＢ－Ｂ´線に沿って半導体装置１を切断した断面を示しており、図７においてはモールド樹脂７も図示している。図５～図７に示す変形例では、ヒートシンク２３の表面の四隅に、半導体チップ３を囲むように伸びる溝２４が設けられている。四隅にある溝２４それぞれは、複数の溝であってもよく或いは一本の溝であってもよい。溝２４の深さは５０μｍ以上が好ましく、溝２４の長さは１ｍｍ以上であることが好ましい。溝２４の断面形状は図７に示すようにＶ字形状でもよく、あるいはＵ字形状または逆台形状などでも良い。本変形例によれば、リフロー等によりモールド樹脂７とヒートシンク２３等との間で樹脂剥離が発生した場合でも、溝２４によりモールドの剥離進展方向を変えることができる。その結果、半導体チップ３および回路基板４が実装されている領域までモールド樹脂７の剥離が進展することを防止できる。
１　半導体装置
３　半導体チップ
４　回路基板
５　固定材
６　ワイヤ
７　モールド樹脂
２２　リード
２３　ヒートシンク
２４　溝

Claims (6)

  1. 　ヒートシンクと、
    　前記ヒートシンクに固定材で固定された半導体チップと、
    　ワイヤを介して前記半導体チップと接続されたリードと、
    　前記リードの一部、前記ワイヤ、および前記半導体チップを覆うように前記ヒートシンクの上に設けられ、ガラス転移温度が１９５℃以上であるモールド樹脂と、
    　を備え、
    　前記ヒートシンクにおける前記モールド樹脂と重なる表面および前記リードにおける前記モールド樹脂と重なる表面には、表面粗さがＲＭＳ＝１５０ｎｍ以上の粗化めっきが設けられており、
    　前記固定材が、ハンダ又は焼結銀であり、
    　前記モールド樹脂の吸水率が０．２４％以下である半導体装置。
  2. 　前記粗化めっきの表面粗さがＲＭＳ＝２５０ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記半導体チップが、ワイドバンドギャップ半導体材料で形成され、
    　前記モールド樹脂の熱分解開始温度が３００℃以上である請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記ヒートシンクおよび前記リードの材料が、銅、銅モリブデン合金、銅タングステン合金、またはアルミニウムであり、
    　前記モールド樹脂の線膨張係数が９～１９ｐｐｍである請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 　前記ヒートシンクは、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する材料で形成された請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 　前記ヒートシンクの前記表面の四隅に、前記半導体チップを囲むように伸びる溝が設けられた請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置。
PCT/JP2017/006412 2017-02-21 2017-02-21 半導体装置 WO2018154635A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780086998.3A CN110392924B (zh) 2017-02-21 2017-02-21 半导体装置
DE112017007098.8T DE112017007098T5 (de) 2017-02-21 2017-02-21 Halbleitervorrichtung
KR1020197023915A KR102232994B1 (ko) 2017-02-21 2017-02-21 반도체 장치
PCT/JP2017/006412 WO2018154635A1 (ja) 2017-02-21 2017-02-21 半導体装置
JP2017533648A JP6394810B1 (ja) 2017-02-21 2017-02-21 半導体装置
US16/462,503 US11309231B2 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/006412 WO2018154635A1 (ja) 2017-02-21 2017-02-21 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018154635A1 true WO2018154635A1 (ja) 2018-08-30

Family

ID=63254280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/006412 WO2018154635A1 (ja) 2017-02-21 2017-02-21 半導体装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11309231B2 (ja)
JP (1) JP6394810B1 (ja)
KR (1) KR102232994B1 (ja)
CN (1) CN110392924B (ja)
DE (1) DE112017007098T5 (ja)
WO (1) WO2018154635A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021074978A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22
JP2021064761A (ja) * 2019-10-17 2021-04-22 三菱電機株式会社 半導体装置、及び、その製造方法
US20220020651A1 (en) * 2019-05-16 2022-01-20 NGK Electronics Devices, Inc. Power semiconductor module and manufacturing method for power semiconductor module
JP7354550B2 (ja) 2019-02-08 2023-10-03 富士電機株式会社 半導体モジュールの外部接続部、半導体モジュール、外部接続端子、および半導体モジュールの外部接続端子の製造方法
JP7457513B2 (ja) 2020-02-03 2024-03-28 リンテック株式会社 保護膜形成フィルム、保護膜形成用複合シートおよび装置の製造方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837516B2 (en) * 2018-09-06 2023-12-05 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
JP7407679B2 (ja) * 2020-09-09 2024-01-04 三菱電機株式会社 半導体装置
US20230352360A1 (en) * 2022-04-29 2023-11-02 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Diamond-metal composite high power device packages

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1022418A (ja) * 1996-07-02 1998-01-23 Nissan Motor Co Ltd 半導体素子
JP2006049698A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Denso Corp 樹脂封止型半導体装置
JP2012111999A (ja) * 2010-11-25 2012-06-14 Mitsubishi Shindoh Co Ltd 表面粗化性及び樹脂密着性に優れた電子機器用Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金条材
JP2015164165A (ja) * 2014-01-30 2015-09-10 日立化成株式会社 半導体装置
US20160093558A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Texas Instruments Incorporated Packaged device with additive substrate surface modification
WO2016104196A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 昭和電工株式会社 熱硬化性樹脂組成物

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5701034A (en) 1994-05-03 1997-12-23 Amkor Electronics, Inc. Packaged semiconductor die including heat sink with locking feature
JP4857594B2 (ja) 2005-04-26 2012-01-18 大日本印刷株式会社 回路部材、及び回路部材の製造方法
US7723842B2 (en) * 2005-09-02 2010-05-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Integrated circuit device
DE102005047856B4 (de) 2005-10-05 2007-09-06 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauteil mit in Kunststoffgehäusemasse eingebetteten Halbleiterbauteilkomponenten, Systemträger zur Aufnahme der Halbleiterbauteilkomponenten und Verfahren zur Herstellung des Systemträgers und von Halbleiterbauteilen
JP2008153470A (ja) * 2006-12-18 2008-07-03 Renesas Technology Corp 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5813335B2 (ja) * 2011-02-08 2015-11-17 新光電気工業株式会社 リードフレーム、半導体装置、リードフレームの製造方法及び半導体装置の製造方法
WO2012121373A1 (ja) * 2011-03-09 2012-09-13 日立化成工業株式会社 半導体素子搭載用パッケージ基板の製造方法、半導体素子搭載用パッケージ基板及び半導体パッケージ
JP2016029676A (ja) * 2012-12-19 2016-03-03 富士電機株式会社 半導体装置
CN107429042B (zh) 2015-03-31 2020-01-07 松下知识产权经营株式会社 密封用树脂组合物、使用了该密封用树脂组合物的半导体装置、使用该密封用树脂组合物的半导体装置的制造方法
US10586757B2 (en) * 2016-05-27 2020-03-10 Linear Technology Corporation Exposed solderable heat spreader for flipchip packages

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1022418A (ja) * 1996-07-02 1998-01-23 Nissan Motor Co Ltd 半導体素子
JP2006049698A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Denso Corp 樹脂封止型半導体装置
JP2012111999A (ja) * 2010-11-25 2012-06-14 Mitsubishi Shindoh Co Ltd 表面粗化性及び樹脂密着性に優れた電子機器用Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系銅合金条材
JP2015164165A (ja) * 2014-01-30 2015-09-10 日立化成株式会社 半導体装置
US20160093558A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Texas Instruments Incorporated Packaged device with additive substrate surface modification
WO2016104196A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 昭和電工株式会社 熱硬化性樹脂組成物

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7354550B2 (ja) 2019-02-08 2023-10-03 富士電機株式会社 半導体モジュールの外部接続部、半導体モジュール、外部接続端子、および半導体モジュールの外部接続端子の製造方法
US20220020651A1 (en) * 2019-05-16 2022-01-20 NGK Electronics Devices, Inc. Power semiconductor module and manufacturing method for power semiconductor module
JPWO2021074978A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22
WO2021074978A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 三菱電機株式会社 半導体装置
KR20220059505A (ko) * 2019-10-15 2022-05-10 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 장치
JP7193008B2 (ja) 2019-10-15 2022-12-20 三菱電機株式会社 半導体装置
KR102629840B1 (ko) 2019-10-15 2024-01-25 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 장치
JP2021064761A (ja) * 2019-10-17 2021-04-22 三菱電機株式会社 半導体装置、及び、その製造方法
JP7418178B2 (ja) 2019-10-17 2024-01-19 三菱電機株式会社 半導体装置、及び、その製造方法
JP7457513B2 (ja) 2020-02-03 2024-03-28 リンテック株式会社 保護膜形成フィルム、保護膜形成用複合シートおよび装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6394810B1 (ja) 2018-09-26
DE112017007098T5 (de) 2019-11-21
CN110392924B (zh) 2022-11-15
KR20190102082A (ko) 2019-09-02
KR102232994B1 (ko) 2021-03-26
US11309231B2 (en) 2022-04-19
US20210175150A1 (en) 2021-06-10
JPWO2018154635A1 (ja) 2019-04-11
CN110392924A (zh) 2019-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6394810B1 (ja) 半導体装置
US6611056B2 (en) Composite material, and manufacturing method and uses of same
KR101208332B1 (ko) 반도체 패키지용 클립 구조 및 이를 이용한 반도체 패키지
US20080029860A1 (en) Semiconductor device with internal heat sink
US20210193546A1 (en) Packaging of a semiconductor device with dual sealing materials
JPH0621276A (ja) 熱強化型半導体素子およびその製造方法
US9093437B2 (en) Packaged vertical power device comprising compressive stress and method of making a packaged vertical power device
US20100123243A1 (en) Flip-chip chip-scale package structure
JP6303776B2 (ja) 半導体装置
JP6064845B2 (ja) 半導体装置
US11521921B2 (en) Semiconductor device package assemblies and methods of manufacture
JP2014107519A (ja) 半導体装置およびその製造方法
EP3751603A3 (en) Semiconductor package with a heat sink bonded to a semiconductor chip with a bonding layer and to a molding material with a thermal interface material
JP4207791B2 (ja) 半導体装置
US20200266122A1 (en) Electronic Chip Reliably Mounted with Compressive Strain
JP7136367B2 (ja) 半導体パッケージ
JP7419020B2 (ja) 半導体装置
US20230223317A1 (en) Resin-sealed semiconductor device
KR20140017824A (ko) 복합체 및 기판
Ge et al. A New Type Low Cost Sandwiched Power Package Structure and its Manufacturing
JP2010056138A (ja) 半導体装置とその製造方法
JP2008205347A (ja) 樹脂封止型電子部品
KR20040017700A (ko) 리벳 고정형 다이패드를 갖는 반도체 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017533648

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17898214

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197023915

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17898214

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1