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1. WO2020105114 - 半導体装置

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明 細 書

発明の名称 半導体装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008   0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051  

符号の説明

0052  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21  

明 細 書

発明の名称 : 半導体装置

技術分野

[0001]
 本発明は、半導体装置に関し、特に、電気自動車または電車等のモータを制御するインバータ、または回生用のコンバータ等に用いられる半導体装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来、樹脂ケースに一体成形された配線部材を備える半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1,2参照)。配線部材は、半導体素子の上面に設けられた電極にはんだで接合され、一部が外部に露出している。このような構成において、配線部材と半導体素子とのはんだによる接合を良好な状態にするためには、配線部材の高さ方向の精度を良くする必要がある。ここで、配線部材の高さ方向とは、配線部材と半導体素子との間隔方向のことをいう。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 国際公開第2013/058038号パンフレット
特許文献2 : 特開2015-46416号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 半導体装置の製造工程において、配線部材と半導体素子とは、約200℃~250℃の高温状態ではんだによって接合される。このとき、樹脂ケースおよび配線部材も高温状態となるが、それぞれの線膨張係数が異なるため、樹脂ケースと配線部材との間でひずみが発生する。
[0005]
 特許文献1,2では、上記のひずみを緩和するために、配線部材に折り曲げ加工を施している。しかし、折り曲げ加工を施した配線部材は、高さ方向の位置の精度が良くないため、配線部材と半導体素子とをはんだで良好に接合することができないことがある。
[0006]
 本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、配線部材の高さ方向の位置の精度を向上させることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 上記の課題を解決するために、本発明による半導体装置は、半導体素子が設けられた基板と、基板の周縁に設けられた樹脂ケースと、樹脂ケースの壁面内に固定された第1固定部に隣接して外部に露出した露出部と、第1固定部から樹脂ケース内に延在する部分に対し第1固定部とは異なる箇所で樹脂ケースの壁面内に固定された第2固定部とを有し、樹脂ケース内において半導体素子の基板とは反対側の面上にはんだで接合され、長さ、厚み、および幅を有する板形状の配線部材とを備え、配線部材は、樹脂ケース内において厚みが均一で平坦であり、かつ第2固定部の幅が露出部の幅よりも狭い。

発明の効果

[0008]
 本発明によると、半導体装置は、半導体素子が設けられた基板と、基板の周縁に設けられた樹脂ケースと、樹脂ケースの壁面内に固定された第1固定部に隣接して外部に露出した露出部と、第1固定部から樹脂ケース内に延在する部分に対し第1固定部とは異なる箇所で樹脂ケースの壁面内に固定された第2固定部とを有し、樹脂ケース内において半導体素子の基板とは反対側の面上にはんだで接合され、長さ、厚み、および幅を有する板形状の配線部材とを備え、配線部材は、樹脂ケース内において厚みが均一で平坦であり、かつ第2固定部の幅が露出部の幅よりも狭いため、配線部材の高さ方向の位置の精度を向上させることが可能となる。
[0009]
 本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本発明の実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図2] 図1におけるA1-A2の断面図である。
[図3] 本発明の実施の形態2による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図4] 図3におけるB1-B2の断面図である。
[図5] 本発明の実施の形態3による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図6] 図5におけるC1-C2の断面図である。
[図7] 本発明の実施の形態4による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図8] 図7におけるD1-D2の断面図である。
[図9] 本発明の実施の形態5による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図10] 図9におけるE1-E2の断面図である。
[図11] 関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図12] 図11におけるF1-F2の断面の一例を示す図である。
[図13] 図11におけるF1-F2の断面の一例を示す図である。
[図14] 図11におけるF1-F2の断面の一例を示す図である。
[図15] 関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図16] 図15におけるG1-G2の断面の一例を示す図である。
[図17] 関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図18] 図17におけるH1-H2の断面の一例を示す図である。
[図19] 図17におけるH1-H2の断面の一例を示す図である。
[図20] 関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。
[図21] 図20におけるI1-I2の断面の一例を示す図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
[0012]
 <関連技術>
 まず、本実施の形態の関連技術について説明する。
[0013]
 図11は、関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図12は、図11におけるF1-F2の断面の一例を示す図である。なお、図11,12は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0014]
 図11,12に示す半導体装置は、基板1上に回路パターン2を設けている。回路パターン2上には、はんだ3を介して半導体素子4,6が接合されている。また、基板1の裏面には、ヒートシンク12が設けられている。
[0015]
 基板1の周縁には、樹脂ケース7が設けられている。樹脂ケース7には、配線部材27が一体成形されている。配線部材27は、半導体素子4,6の基板1とは反対側の面上に、はんだ5を介して接合され、一端が樹脂ケース7の外部に露出している。
[0016]
 図11,12に示す半導体装置の構成では、配線部材27の高さ方向の位置の精度にばらつきが生じる。図12の例では、配線部材27の高さ方向の位置が適切であるため、配線部材27と半導体素子4,6とのはんだ5による接合状態は良好である。しかし、図13,14に示すように、配線部材27の高さ方向の位置が適切でないとき、配線部材27と半導体素子4,6とのはんだ5による接合状態が悪くなる。
[0017]
 具体的には、図13の例では、配線部材27と半導体素子4との間隔が大きくなる箇所があり、このような箇所では配線部材27と半導体素子4とをはんだ5で接合することができない。また、図14の例では、配線部材27と半導体素子4との間隔が小さくなる箇所があり、このような箇所では配線部材27と半導体素子4との接合時にはんだ5がはみ出てしまう。
[0018]
 図15は、関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図16は、図15におけるG1-G2の断面の一例を示す図である。なお、図15,16は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0019]
 図15,16に示す半導体装置は、基板1上に回路パターン29を設けている。回路パターン29は、回路パターン2とは絶縁されている。配線部材28は、その一部が基板1に向けて延設されており、回路パターン29に接触している。なお、回路パターン29は、突起であってもよい。その他の構成は、図11,12に示す半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0020]
 図15,16に示す半導体装置の構成は、配線部材28の高さ方向の位置を制御することは可能であるが、回路パターン29を設けるスペースと、回路パターン29と回路パターン2とを絶縁するためのスペースとが必要である。従って、図15,16に示す半導体装置は、小型化が困難である。
[0021]
 図17は、関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図18は、図17におけるH1-H2の断面の一例を示す図である。なお、図17,18は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0022]
 図17,18に示す半導体装置は、配線部材30の一端が樹脂ケース7の壁面内から外部に露出し、他端が樹脂ケース7の壁面内に固定されている。その他の構成は、図11,12に示す半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0023]
 図17,18に示す半導体装置の構成では、高温状態で配線部材30と半導体素子4とをはんだ5で接合するときに、樹脂ケース7と配線部材30との間でひずみが発生する。これにより、図19に示すように、配線部材30が湾曲してしまう。配線部材30が湾曲すると、配線部材30の高さ方向の位置にばらつきが生じ、配線部材30と半導体素子4とをはんだ5で接合することができない。
[0024]
 図20は、関連技術による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図21は、図20におけるI1-I2の断面の一例を示す図である。なお、図20,21は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0025]
 図20,21に示す半導体装置は、樹脂ケース7における配線部材31に折り曲げ加工を施している。その他の構成は、図17,18に示す半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0026]
 図20,21に示す半導体装置の構成では、高温状態で配線部材31と半導体素子4とをはんだ5で接合するときに、樹脂ケース7と配線部材31との間で発生するひずみを緩和することができる。しかし、折り曲げ加工を施した配線部材31は、高さ方向の位置の精度が良くないため、配線部材31と半導体素子4とをはんだ5で良好に接合することができないことがある。また、配線部材31に折り曲げ加工を施すためのコストがかかる。
[0027]
 このように、上記で説明した関連技術による半導体装置では、配線部材の高さ方向の位置の精度を向上させているとはいえなかった。本実施の形態は、上記の関連技術による半導体装置の問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。
[0028]
 <実施の形態1>
 図1は、本実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図2は、図1におけるA1-A2の断面図である。なお、図1,2は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0029]
 図1,2に示すように、本実施の形態1による半導体装置は、配線部材8の第2固定部10に特徴を有している。その他の構成は、図11,12に示す関連技術による半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0030]
 配線部材8は、樹脂ケース7の壁面内に固定された第1固定部9に隣接して外部に露出した露出部11と、第1固定部9から樹脂ケース7内に延在する部分に対し第1固定部9とは異なる箇所で樹脂ケース7の壁面内に固定された第2固定部10とを有し、樹脂ケース7内において半導体素子4,6の基板1とは反対側の面上にはんだ5で接合され、長さ、厚み、および幅を有する板形状である。また、配線部材8は、樹脂ケース7内において厚みが均一で平坦であり、折り曲げ加工が施されていない。さらに、配線部材8の第2固定部10は、幅が狭くなるように打ち抜き加工によって形成されている。従って、第2固定部10の幅は、露出部11の幅よりも狭い。
[0031]
 上述の通り、半導体装置の製造工程において、配線部材と半導体素子とは、約200℃~250℃の高温状態ではんだによって接合される。このとき、樹脂ケースおよび配線部材も高温状態となるが、それぞれの線膨張係数が異なるため、樹脂ケースと配線部材との間でひずみが発生する。一方、本実施の形態1による半導体装置では、配線部材8の第2固定部10の幅を狭くして変形しやすくしているため、第2固定部10が高温時に発生するひずみを緩和する。
[0032]
 以上のことから、本実施の形態1によれば、配線部材8の第2固定部10が高温時に発生するひずみを緩和するため、配線部材8の高さ方向の位置がずれることはない。従って、配線部材8の高さ方向の位置の精度を向上させることが可能となる。また、配線部材8の高さ方向の位置の精度が向上するため、配線部材8と半導体素子4,6とのはんだ5による接合状態が良好となる。さらに、配線部材8に折り曲げ加工を施していないため、配線部材8にかかるコストを抑えることができる。
[0033]
 <実施の形態2>
 図3は、本実施の形態2による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図4は、図3におけるB1-B2の断面図である。なお、図3,4は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0034]
 図3,4に示すように、本実施の形態2による半導体装置は、配線部材13の第2固定部15に特徴を有している。なお、配線部材13の第1固定部14は図1,2の第1固定部9に相当し、配線部材13の露出部16は図1,2の露出部11に相当する。その他の構成は、図1,2に示す実施の形態1による半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0035]
 配線部材13は、第2固定部15が平面視において屈曲形状となっている。具体的には、第2固定部15は、クランク形状である。なお、図3,4の例では、第2固定部15がクランク形状である場合について示しているが、これに限るものではない。例えば、第2固定部15は、湾曲形状であってもよい。
[0036]
 以上のことから、本実施の形態2によれば、配線部材13の第2固定部15を屈曲形状とすることによって、実施の形態1による半導体装置よりもひずみを緩和する効果を高めることができる。
[0037]
 <実施の形態3>
 図5は、本実施の形態3による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図6は、図5におけるC1-C2の断面図である。なお、図5,6は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0038]
 図5,6に示すように、本実施の形態3による半導体装置は、配線部材17の第2固定部19に特徴を有している。なお、配線部材17の第1固定部18は図1,2の第1固定部9に相当し、配線部材17の露出部20は図1,2の露出部11に相当する。その他の構成は、図1,2に示す実施の形態1による半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0039]
 配線部材17の第2固定部19は、第1固定部18が固定されている樹脂ケース7の壁面に隣接する壁面内に固定されている。
[0040]
 以上のことから、本実施の形態3によれば、第2固定部19が高温時に発生するひずみを緩和するため、配線部材17の高さ方向の位置がずれることはない。従って、配線部材17の高さ方向の位置の精度を向上させることが可能となる。
[0041]
 <実施の形態4>
 図7は、本実施の形態4による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図8は、図7におけるD1-D2の断面図である。なお、図7,8は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0042]
 図7,8に示すように、本実施の形態4による半導体装置は、樹脂ケース7および配線部材22に特徴を有している。その他の構成は、図11,12に示す関連技術による半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0043]
 樹脂ケース7は、基板1の周縁に設けられ、一部が内側に突出した突起部21を有している。
[0044]
 配線部材22は、樹脂ケース7の壁面内に固定された第1固定部23に隣接して外部に露出した露出部25と、第1固定部23とは異なる箇所で突起部21に固定された第2固定部24とを有し、半導体素子4,6の基板1とは反対側の面上にはんだ5で接合され、長さ、厚み、および幅を有する板形状である。また、配線部材22は、樹脂ケース7内において厚みが均一で平坦であり、折り曲げ加工が施されていない。
[0045]
 以上のことから、本実施の形態4によれば、樹脂ケース7の突起部21が高温時に発生するひずみを緩和するため、配線部材22の高さ方向の位置がずれることはない。従って、配線部材22の高さ方向の位置の精度を向上させることが可能となる。また、配線部材22の高さ方向の位置の精度が向上するため、配線部材22と半導体素子4,6とのはんだ5による接合状態が良好となる。さらに、配線部材22に折り曲げ加工を施していないため配線部材22にかかるコストを抑えることができ、配線部材22の加工が容易となる。
[0046]
 <実施の形態5>
 図9は、本実施の形態5による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図10は、図9におけるE1-E2の断面図である。なお、図9,10は、樹脂ケース7内に樹脂を注入する前の状態を示している。
[0047]
 図9,10に示すように、本実施の形態5による半導体装置は、樹脂ケース7に特徴を有している。その他の構成は、図7,8に示す実施の形態4による半導体装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[0048]
 樹脂ケース7の突起部26は、平面視において屈曲形状となっている。具体的には、突起部26は、クランク形状である。なお、図9,10の例では、突起部26がクランク形状である場合について示しているが、これに限るものではない。例えば、突起部26は、湾曲形状であってもよい。
[0049]
 以上のことから、本実施の形態5によれば、樹脂ケース7の突起部26を屈曲形状とすることによって、実施の形態4による半導体装置よりもひずみを緩和する効果を高めることができる。
[0050]
 なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
[0051]
 本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

符号の説明

[0052]
 1 基板、2 回路パターン、3 はんだ、4 半導体素子、5 はんだ、6 半導体素子、7 樹脂ケース、8 配線部材、9 第1固定部、10 第2固定部、11 露出部、12 ヒートシンク、13 配線部材、14 第1固定部、15 第2固定部、16 露出部、17 配線部材、18 第1固定部、19 第2固定部、20 露出部、21 突起部、22 配線部材、23 第1固定部、24 第2固定部、25 露出部、26 突起部、27,28 配線部材、29 回路パターン、30,31 配線部材。

請求の範囲

[請求項1]
 半導体素子(4)が設けられた基板(1)と、
 前記基板(1)の周縁に設けられた樹脂ケース(7)と、
 前記樹脂ケース(7)の壁面内に固定された第1固定部(9)に隣接して外部に露出した露出部(11)と、前記第1固定部(9)から前記樹脂ケース(7)内に延在する部分に対し前記第1固定部(9)とは異なる箇所で前記樹脂ケース(7)の壁面内に固定された第2固定部(10)とを有し、前記樹脂ケース(7)内において前記半導体素子(4)の前記基板(1)とは反対側の面上にはんだ(5)で接合され、長さ、厚み、および幅を有する板形状の配線部材(8)と、
を備え、
 前記配線部材(8)は、前記樹脂ケース(7)内において前記厚みが均一で平坦であり、かつ前記第2固定部(10)の前記幅が前記露出部(11)の前記幅よりも狭いことを特徴とする、半導体装置。
[請求項2]
 前記第2固定部(10)は、平面視において屈曲形状であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
[請求項3]
 前記第2固定部(10)は、前記第1固定部(9)が固定されている前記樹脂ケース(7)の壁面に隣接する壁面内に固定されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
[請求項4]
 半導体素子(4)が設けられた基板(1)と、
 前記基板(1)の周縁に設けられ、一部が内側に突出した突起部(21)を有する樹脂ケース(7)と、
 前記樹脂ケース(7)の壁面内に固定された第1固定部(23)に隣接して外部に露出した露出部(25)と、前記第1固定部(23)とは異なる箇所で前記突起部(21)に固定された第2固定部(24)とを有し、前記半導体素子(4)の前記基板(1)とは反対側の面上にはんだ(5)で接合され、長さ、厚み、および幅を有する板形状の配線部材(22)と、
を備え、
 前記配線部材(22)は、前記樹脂ケース(7)内において前記厚みが均一で平坦であることを特徴とする、半導体装置。
[請求項5]
 前記突起部(21)は、平面視において屈曲形状であることを特徴とする、請求項4に記載の半導体装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]