JP2006080153A - Semiconductor device - Google Patents
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- 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
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- H01L2224/732—Location after the connecting process
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特にパワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーIC等により構築されたインバータ等を搭載する電力用半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device on which an inverter constructed by a power transistor, a thyristor, a power module, a power IC, or the like is mounted.
家電機器、省エネルギ型ダイレクトドライブ、インテリジェントアクチュエータ、車両モータ駆動デバイス等のインバータ制御電力機器には、パワートランジスタ、サイリスタ、パワーモジュール、パワーIC等により構築された電力用半導体装置が使用されている。 Inverter-controlled power devices such as home appliances, energy-saving direct drives, intelligent actuators, and vehicle motor drive devices, power semiconductor devices constructed of power transistors, thyristors, power modules, power ICs, and the like are used.
中容量分野から大容量分野にかけて使用される電力用半導体装置100は、図11に示すように、側面を覆う外装ケース101及び底面に配設された金属板102により囲まれた容器内部に各電子部品を納めている。外装ケース101には、通常、ポリフェニレンサンファイド、ポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂が使用されている。金属板102の裏面には熱伝導性グリース112を介して冷却器103が取り付けられている。
As shown in FIG. 11, the
金属板102の表面上には表面及び裏面に導電箔105が設けられた絶縁基板104が搭載されている。金属板102の表面と絶縁基板104の裏面側の導電箔105との間は半田により電気的かつ機械的に接続されている。絶縁基板104の表面側の導電箔105上には回路部品である半導体素子106が複数搭載されている。半導体素子106はパワートランジスタ、サイリスタ等のトランジスタを備え、トランジスタの電極にはボンディングワイヤ107が接続されている。ボンディングワイヤ107は更に外装ケース101の内壁に配設された外部接続端子108の一端に接続されている。
On the surface of the
外装ケース101及び金属板102により囲まれた容器内部には封止樹脂109が充填され、この封止樹脂109はその上に形成される固形樹脂110により更に封止されている。封止樹脂109にはシリコーンゲルやエポキシ樹脂が使用されている。固形樹脂110にはエポキシ樹脂が使用されている。そして、固形樹脂110上には更に端子ホルダ111が配設されている。端子ホルダ111は外装ケース101と同種類か又は異種類の材料により形成されている。
The inside of the container surrounded by the
このように構成される電力用半導体装置100においては、半導体素子106の動作で発生する熱を金属板102、熱伝導グリース112、冷却器103のそれぞれを通して外部に放出することができる。更に、電力用半導体装置100は半導体素子106を封止樹脂109により気密封止することができる。従って、電力用半導体装置100においては、比較的優れた電気的特性を得ることができ、更に高い電気的信頼性を得ることができる。
In the
ところで、電力用半導体装置100において、半導体素子106の動作温度が100℃を越えるような高温度になり、かつkVクラスの高電圧が印加される場合、半導体素子106と冷却器103との間の絶縁基板104の材料には、半導体素子106から発生する熱を速やかに冷却器103に逃がしつつ、高い絶縁特性を備えることが要求される。そこで、通常、絶縁基板104には熱伝導性並びに絶縁特性に優れた窒化アルミニウムが使用されている。更に金属板102と冷却器103との間には熱伝導性グリース112が設けられており、金属板102から冷却器103に効率良く熱を逃がすようになっている。なお、金属板102と冷却器103との間は機械的にネジにより締結されている。
By the way, in the
また、図12に示すように、下記特許文献1に開示された電力用半導体装置200においては、マウント用導体202上に半田接合により複数の半導体素子106が実装され、マウント用導体202はセラミックスを含有した樹脂シート状放熱絶縁体205介在して冷却器103に接着されている。マウント用導体202には入出力用導体203が接続されており、更にこの入出力用導体203には入出力端子204が接続されている。半導体素子106のトランジスタの電極には幅広導体201の一端が半田接合により電気的に接続され、幅広導体201の他端はマウント用導電体202に接続されている。なお、図12に示す電力用半導体装置200において、図11に示す電力用半導体装置100の構成要素に付した符号と同一の符号を付した構成要素は同等の機能を有し、ここでの説明は重複するので省略する。
As shown in FIG. 12, in the
特許文献1に開示された電力用半導体装置200においては、図11に示す電力用半導体装置100のボンディングワイヤ107に代えて、幅広導体201により半導体素子106のトランジスタの電極と幅広導体201との間を接続しているので、半導体素子106の動作で発生する熱を幅広導体201を通して効率良くマウント用導体202に逃がすことができ、放熱効果を向上することができる。更に、電力用半導体装置200においては、ワイヤボンディング工程を省略することができるので、製造時間を短縮することができ、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
しかしながら、前述の特許文献1に開示された電力用半導体装置200においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
However, in the
電力用半導体装置200の半導体素子106に搭載されたトランジスタの電極と幅広導体201との間の接合部分には半導体素子106の動作、停止の繰り返しにより発生する熱サイクルに伴う熱応力が集中するので、半田クラックが発生する要因になる。また、マウント用導体202に半田接合により半導体素子106を実装した後、トランジスタの電極と幅広導体201との間を半田により接合するので、マウント用導体202に半導体素子106を実装する際に使用される半田が再度溶融し、この半田接合層の厚みに不均一が生じ、例えばトランジスタの電極と幅広導体201との間の接続位置のずれが生じやすい。更に、環境汚染への配慮のため、半田の主要成分である鉛(Pb)の使用を避ける傾向にある。
Thermal stress accompanying thermal cycles generated by repeated operation and stop of the
そこで、半導体素子106のトランジスタの電極と幅広導体201との間の接合に導電性ペーストを使用することが有効である。導電性ペーストは絶縁性樹脂基材に銀(Ag)粒子を含有させたものが一般的である。この導電性ペーストを使用することによって、絶縁性樹脂そのものが持つ弾力性により電極と幅広導体201との間の熱サイクルに伴う応力を緩和することができる。更に、半田の使用を避けることで、鉛を使用することがなくなるので、環境汚染に配慮することができる。
Therefore, it is effective to use a conductive paste for the junction between the transistor electrode of the
ところが、導電性ペーストは銀粒子を含んでいるので、トランジスタの電極と幅広導体201との間に高電圧が印加され、しかも耐湿性が十分に確保されていない場合には、銀粒子が成長しエレクトロマイグレーションが発生する。このエレクトロマイグレーションの発生によって、電極と幅広導体201との間の接続部と、この接続部に隣接し他の電圧若しくは信号が印加される端子や導体との間において短絡が発生し、電力用半導体装置200の電気的信頼性を低下してしまう。
However, since the conductive paste contains silver particles, silver particles grow when a high voltage is applied between the electrode of the transistor and the
本発明はこのような技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、半導体素子の主電極と導体との接続部分において、環境汚染を配慮しつつ、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生による起因する短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such technical problems, and an object of the present invention is to accompany the thermal cycle in consideration of environmental pollution at the connection portion between the main electrode and the conductor of the semiconductor element. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can relieve stress, prevent a short circuit caused by the occurrence of electromigration, and improve electrical reliability.
本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、半導体装置において、トランジスタの主電極を表面上に配設した半導体素子と、主電極上に形成され、絶縁性樹脂基材に導電性物質を含有する導電性樹脂と、主電極に導電性樹脂を介して一端を接続する電極引出導体と、導電性樹脂の周囲を耐湿封止する封止体とを備えたことである。 A first feature according to an embodiment of the present invention is that, in a semiconductor device, a semiconductor element in which a main electrode of a transistor is disposed on a surface and a conductive material formed on the main electrode, and an insulating resin base material The conductive resin contained, an electrode lead conductor connecting one end to the main electrode through the conductive resin, and a sealing body for moisture-proof sealing around the conductive resin.
第1の特徴に係る半導体装置においては、導電性樹脂の周囲を封止体により耐湿封止することにより、外部から導電性樹脂の導電性物質に達する水分の浸入を防ぐことができるので、導電性樹脂に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。 In the semiconductor device according to the first feature, moisture penetration that reaches the conductive material of the conductive resin from the outside can be prevented by moisture-sealing the periphery of the conductive resin with a sealing body. The electromigration of the conductive substance contained in the conductive resin can be prevented.
本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、第1の特徴に係る半導体装置の封止体が、主電極と導電性樹脂との接続部及び電極引出導体と導電性樹脂との接続部を除き、導電性樹脂の露出する表面を局部的に覆うことである。 According to a second feature of the embodiment of the present invention, the sealing body of the semiconductor device according to the first feature includes a connection portion between the main electrode and the conductive resin and a connection portion between the electrode lead conductor and the conductive resin. Except that the exposed surface of the conductive resin is locally covered.
第2の特徴に係る半導体装置においては、導電性樹脂の露出する表面を局部的に封止体で耐湿封止するようにしたので、封止体の占有面積を減少することができ、半導体装置の小型化を実現することができる。 In the semiconductor device according to the second feature, the exposed surface of the conductive resin is moisture-resistant sealed locally by the sealing body, so that the area occupied by the sealing body can be reduced. Downsizing can be realized.
本発明の実施の形態に係る第3の特徴は、第1の特徴に係る半導体装置の封止体が、導電性樹脂、半導体素子等の大半を覆うことである。 A third characteristic according to the embodiment of the present invention is that the sealing body of the semiconductor device according to the first characteristic covers most of the conductive resin, the semiconductor element, and the like.
第3の特徴に係る半導体装置においては、導電性樹脂、半導体素子等の大半を封止体により耐湿封止し、水分の浸入経路を長くすることができるので、より一層の水分の浸入を防止することができ、導電性樹脂に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。 In the semiconductor device according to the third feature, most of the conductive resin, semiconductor element, and the like can be moisture-resistant sealed with a sealing body, and the moisture intrusion path can be lengthened, thereby preventing further infiltration of moisture. It is possible to prevent electromigration of the conductive substance contained in the conductive resin.
本発明によれば、半導体素子の主電極と電極引出導体との間の接続部分において、環境汚染に配慮しつつ、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生に起因する短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, in the connection portion between the main electrode of the semiconductor element and the electrode lead conductor, it is possible to relieve the stress associated with the thermal cycle while considering environmental pollution, and due to the occurrence of electromigration. A semiconductor device which can prevent a short circuit and can improve electrical reliability can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面の記載において、同一機能を有する構成要素には同一符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of the drawings, components having the same function are denoted by the same reference numerals. Further, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio, and the like are different from the actual ones. Further, there are included portions having different dimensional relationships and ratios between the drawings.
(第1の実施の形態)
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、トランジスタの主電極11を表面上に配設した半導体素子10と、主電極11上に形成され、絶縁性樹脂基材に導電性物質を含有する導電性樹脂70と、主電極11に導電性樹脂70を介して一端を接続する電極引出導体50と、導電性樹脂70の周囲を耐湿封止する封止体71とを備えている。更に、電力用半導体装置1は、半導体素子10を搭載する第1のマウント用導体20Aと、電極引出導体50の他端を接続する第2のマウント用導体20Bと、第1のマウント用導体20A及び第2のマウント用導体20Bを表面上に搭載する放熱体40と、第1のマウント用導体20A及び第2のマウント用導体20Bと放熱体40との間に配設されたシート状放熱絶縁体30とを備えている。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1は第1のマウント用導体20A上に同一種類の(又は2種類以上の)半導体素子10を複数搭載し、この複数の半導体素子10のそれぞれの主電極11と第2のマウント用導体20Bとの間は、各々、電極引出導体50により電気的に並列に接続されている。つまり、電力用半導体装置1はマルチチップモジュール構造を採用する。
The
電力用半導体装置1を構築する放熱体40は例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属体により形成されている。放熱体40は、第1の実施の形態において空冷方式を採用するヒートシンクとして構成されている。また、放熱体40は、水冷方式を採用するヒートシンクとして構成してもよい。
The
シート状放熱絶縁体30は、絶縁性基材に、少なくとも硬化剤並びに硬化促進剤を添加することにより形成されている。絶縁性基材には絶縁性並びに接着性に優れたエポキシ系樹脂を実用的に使用することができる。具体的には、クレゾールノボラック形、フェノールノボラック形、ビフェニル形、ジシクロペンタジエン形、ナフタレン形等のグループから選択された少なくとも1種類のエポキシ樹脂を主剤として使用することができる。硬化剤には、例えば酸及び酸無水物類、フェノール類、アミン類、ポリアミノアミド類、ジシアンジアミド、イミダゾール類のいずれか1つを実用的に使用することができる。硬化促進剤には、イミダゾール化合物、3級アミン、リン化合物等を実用的に使用することができる。
The sheet-like
更に、シート状放熱絶縁体30の絶縁性基材には熱伝導性を持たせる充填剤が含まれている。充填剤には、例えば窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ等の少なくともいずれか1つを実用的に使用することができる。また、充填剤には、これらの窒化アルミニウム等に加えて、溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維等を組み合わせて添加することができる。更に、シート状放熱絶縁体30には、低応力化剤、難燃剤、カップリング剤、離型材、顔料のうちの少なくとも1つ以上を加えることができる。低応力化剤には、シリコーン、ゴム、ポリオレフィン等の粒子又はオイルを実用的に使用することができる。難燃剤には、臭素系、塩素系等のハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤等を実用的に使用することができる。カップリング剤にはシラン等、離型材には各種ワックス類、顔料にはカーボンブラック等を実用的に使用することができる。
Furthermore, the insulating base material of the sheet-like
第1のマウント用導体20A、第2のマウント用導体20Bのそれぞれは、基本的には同一層の導体(同一種類の金属板)において構成されている。第1のマウント用導体20A、第2のマウント用導体20Bには、例えば電気伝導性並びに熱伝導性に優れた金属板、更に詳細には銅板を実用的に使用することができる。この銅板表面には、ボンダビリティを向上するために、ニッケル等のメッキ処理を施すことができる。
Each of the first mounting
第1の実施の形態においては1つのマウント用導体20A上に複数の半導体素子10を実装しているが、本発明はこのような構造に限定されるものではない。本発明は、例えば、複数のマウント用導体20Aを配設し、この複数のマウント用導体20A上のそれぞれに個々に半導体素子10を実装してもよい。
In the first embodiment, a plurality of
半導体素子10には、電力用半導体素子として使用することができる、例えばIGBT、パワーMOSFET、パワーBJT、サイリスタ、GTOサイリスタ、SIサイリスタ、ダイオード等のパワーデバイスが搭載されている。更に、半導体素子10には、電力用半導体素子の動作制御を行う制御用半導体素子として使用することができる、制御回路を搭載することができる。制御回路は、例えばnチャネルMOS制御回路、pチャネルMOS制御回路、CMOS制御回路、バイポーラ制御回路、BiCMOS制御回路、SIT制御回路等である。これらの制御回路には過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路の少なくともいずれか1つを含むことが望ましい。更に、電力用半導体装置1においては、半導体素子10の他に、例えば抵抗、コンデンサ、コイル等の各種電子部品、又は電源回路を、別途、搭載することができる。なお、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、電力用半導体素子である半導体素子10のみを実装したモジュール構造において構成されている。
The
電極引出導体50は、第1の実施の形態において半導体素子10の表面上の大半を覆う主電極11の幅寸法と同等の幅寸法を有する、いわゆる幅広導体により構成されている。幅広導体の断面面積はボンディングワイヤの断面面積に比べて大きく、幅広導体の熱抵抗を小さくすることができるので、幅広導体は半導体素子10の動作で発生する熱を効率良く第2のマウント用導体20Bに放出することができる。電極引出導体50には、電気伝導性並びに熱伝導性に優れた例えば金(Au)、銅(Cu)、アルミニウム、鉄ニッケル(Fe−Ni)合金等の金属体を実用的に使用することができ、例えば1mm以上の厚みを持って構成することができる。
The
導電性樹脂70には導電性ペーストを実用的に使用することができる。この導電性ペーストは、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等の絶縁性樹脂を基材とし、この絶縁性基材に銀(Ag)からなる導電性物質を含有したものである。導電性樹脂70の導電性物質には、銀だけに限定されるものではなく、金、錫(Sn)合金、カーボンブラック、炭素繊維、銅、ニッケル、金属メッキしたポリマーのいずれか1つ又は複数の組み合わせを実用的に使用することができる。半導体素子10の動作により発生する熱を効率良く電極引出導体50を通して排出するために、導電性樹脂70の熱伝導率を10W/m・K以上に設定することが望ましい。導電性樹脂70は、例えばスクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサ法等の塗布方法を用いて、半導体素子10の主電極11上に塗布される。
A conductive paste can be practically used for the
封止体71は、第1の実施の形態において、主電極11と導電性樹脂70との接続部及び電極引出導体50と導電性樹脂70との接続部を除き、導電性樹脂70の露出する表面、具体的には図1に示すように導電性樹脂70の露出する側表面を局部的に覆って配設されている。ここで、「局部的に覆う」とは、半導体素子10、電極引出導体50、放熱体40等のすべてを覆うことではなく、半導体素子10の表面上若しくは第1のマウント用導体20A上の範囲内の狭い範囲において部分的に覆うという意味で使用されている。
In the first embodiment, the sealing
封止体71においては、導電性樹脂70の外部に存在する水分(湿気)の、この導電性樹脂70の導電性物質である銀への到達を阻止することができ、導電性樹脂70に半導体素子10の動作電圧が印加された場合に発生するエレクトロマイグレーションを防止することができる。封止体71には、硬化剤を配合したエポキシ樹脂に、硬化促進剤、低応力化剤、充填剤、難燃剤、カップリング剤、難型剤、顔料の1つ又は複数を加えた一液性樹脂を実用的に使用することができる。封止体71は例えばトランスファモールド法により成型することができる。また、この封止体71は滴下塗布法により形成することができる。この場合、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂基材に溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維等の充填剤を添加した樹脂をディスペンサ等の滴下装置を使って塗布し、この塗布された樹脂を硬化することにより、封止体71を形成することができる。なお、シリコーンゲルは、エポキシ系樹脂に対して耐湿性が低いので、封止体71には採用しない。
In the sealing
図2に示すように、放熱体40の表面上の周縁部分には外装ケース60が配設されている。この外装ケース60は半導体素子10、第1のマウント用導体20A、第2のマウント用導体20B、電極引出導体50、導電性樹脂70、封止体71の外周囲を取り囲む。外装ケース60の高さは電極引出導体50の高さよりも高く設定されている。外装ケース60には例えば熱可塑性プラスチックを実用的に使用することができる。
As shown in FIG. 2, an
外装ケース60の内壁には、放熱体40側から外装ケース60よりも上方に突出した外部接続端子61が配設されている。外部接続端子61には例えばニッケルメッキが施された銅リードを実用的に使用することができる。
On the inner wall of the
外部接続端子61の放熱体40側の一端と第1のマウント用導体20A又は第2のマウント用導体20Bとの間はボンディングワイヤ62を通して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ62には、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ、金ワイヤのいずれかを実用的に使用することができる。
One end of the
この外装ケース60の内壁と放熱体40の表面とにより構築される容器内部には半導体素子10等を外部環境に対して気密に封止する樹脂封止体65が充填されている。樹脂封止体65には例えばシリコーンゲルを実用的に使用することができる。
The container constructed by the inner wall of the
そして、樹脂封止体65上には端子ホルダ66が配設され、この端子ホルダ66の外周囲には外装ケース60内部において固形樹脂体67が配設されている。端子ホルダ66は例えば熱可塑性プラスチックにより形成され、固形樹脂体67は例えばエポキシ系樹脂により形成されている。
A
このように構成される第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、導電性樹脂70の周囲を封止体71により耐湿封止することにより、外部から導電性樹脂70の導電性物質に達する水分の浸入を防ぐことができるので、導電性樹脂70に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。この結果、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間の接続部分において、環境汚染を生じることなく、熱サイクルに伴う応力を緩和することができ、かつエレクトロマイグレーションの発生による接続部分とそれに隣接する端子との間の短絡を防止することができ、電気的信頼性を向上することができる電力用半導体装置1を提供することができる。
In the
第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間の導電性樹脂70の周囲に封止体71を備えたので、図3に符号「A」を付して示すように、プレッシャークッカー試験における漏れ電流特性を向上することができる。図3において、縦軸は漏れ電流(μA)であり、横軸は時間(H)である。また、符号「B」を付して示す漏れ電流特性は、第1の実施の形態に係る封止体71を備えていない半導体装置の漏れ電流特性である。すなわち、電力用半導体装置1は、高温高湿環境の厳しい使用条件下において使用することができる。
In the
更に、導電性樹脂70の露出する表面を局部的に封止体71により耐湿封止するようにしたので、封止体71の占有面積を減少することができ、電力用半導体装置1の小型化を実現することができる。
Furthermore, since the exposed surface of the
更に、電力用半導体装置1において、半導体素子10の表面側の主電極11上に導電性樹脂70を介在させて幅広導体である電極引出導体50を配設し、そして半導体素子10の裏面側の主電極12下に第1のマウント用導体20A、シート状放熱絶縁体30、放熱体40のそれぞれを配設したので、熱抵抗特性を向上することができる。図4に示すように、図1及び図2に示す第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1の熱抵抗特性(符号「C」を付して示す。)は、前述の図11に示す電力用半導体装置100の熱抵抗特性(符号「E」を付して示す。)に比べて、半導体素子10の表面側、裏面側のそれぞれからの放熱経路を充分に確保しているので優れている。ここで、図4において、縦軸は熱抵抗(k/W)であり、横軸は時間(sec)である。図4から明らかなように、電力用半導体装置1においては、特に起動時の過渡熱抵抗並びに一定期間経過後の定常熱抵抗を減少することができる。
Further, in the
更に、電力用半導体装置1において、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間を導電性樹脂70により電気的かつ機械的に接続しているので、この接続部分の信頼性を向上することができる。図5に示すように、接続部分に導電性樹脂70(第1の実施の形態)を使用した場合と、半田を使用した場合とにおいて、双方のクラック発生率を比較すると、熱サイクル数が増加しても導電性樹脂70のクラック発生率が半田のクラック発生率に比べて極めて低くなる。従って、電力用半導体装置1においては、主電極11と電極引出導体50との間の接続不良を減少することができる。
Further, in the
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1において、シート状放熱絶縁体30と放熱体40との間の構造を代えた例を説明するものである。すなわち、第2の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、放熱体40上に熱伝導グリース42を介在して放熱板41を備え、この放熱板41上にシート状放熱絶縁体30を介在して第1のマウント用導体20A及び第2のマウント用導体20Bを配設している。第1のマウント用導体20A上には、前述の図1及び図2に示す電力用半導体装置1と同様に、半導体素子10が実装されている。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention describes an example in which the structure between the sheet-like
第2の実施の形態において、放熱板41は、熱伝導性に優れた金属板、例えば銅板、セラミックス基板、炭化シリコン(SiC)基板等により形成されている。放熱体40は、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1の放熱体40と同様に、空冷方式若しくは水冷方式を採用するヒートシンク(冷却器)として使用されている。
In the second embodiment, the
第2の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1により得られる効果と同様の効果を得ることができ、更に、放熱板41及び外装ケース60により囲まれた容器内部に半導体素子10等を収納し、放熱板41を熱伝導グリース42を介在させて放熱体40に装着するようにしたので、放熱体40の冷却方式を適宜選択することができ、互換性を向上することができる。
In the
更に、第2の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、前述の図4に符号「D」を付して示すように、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1の熱抵抗特性(符号「C」)に比べて若干劣るものの、前述の図11に示す電力用半導体装置100の熱抵抗特性(符号「E」)に比べて、熱抵抗特性が優れている。
Furthermore, in the
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、図7に示すように、半導体素子10と電極引出導体50との間に熱緩衝板75を備えている。第3の実施の形態において、導電性樹脂70は半導体素子10の主電極11と熱緩衝板75との間に配設されている。封止体71は、主電極11、熱緩衝板75のそれぞれと導電性樹脂70との間の接合部を除き、導電性樹脂70の露出する外周囲を局部的に覆うように形成されている。なお、導電性樹脂70は、熱緩衝板75と電極引出導体50との間に、又は主電極11と熱緩衝板75との間及び熱緩衝板75と電極引出導体50との間の双方に配設するようにしてもよい。熱緩衝板75には、熱膨張係数の低い金属、好ましくは半導体素子10の熱膨張係数と電極引出導体50の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する金属、具体的にはモリブデン(Mo)を実用的に使用することができる。
(Third embodiment)
The
第3の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1により得られる効果と同様の効果を得ることができ、更に、熱緩衝板75の挿入により熱抵抗値が約5%程度上昇するが、熱緩衝板75の挿入に伴い熱応力を減少することができるので、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間の接合部の耐久性、詳細には導電性樹脂70の耐久性を向上することができる。従って、電力用半導体装置1において、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間の接続部の電気的信頼性を向上することができる。
In the
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、図8に示すように、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間の接続部分において、電極引出導体50に細孔50Hを備えている。電極引出導体50は前述の第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1の電極引出導体50と同様に幅広導体により構成されており、細孔50Hの直径は例えば0.2mm以上に設定されている。細孔50Hは主電極11と電極引出導体50との間に配設される導電性樹脂70の余剰部分を内部に引き込むことができ、導電性樹脂70の主電極11の外周囲への不必要なはみ出しを防止することができる。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 8, the
また、電力用半導体装置1の製造プロセス(組立プロセス)において、細孔50Hを導電性樹脂70の注入口として使用することができる。この場合、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間に適度な隙間を生成しておき、滴下塗布装置のディスペンサから電極引出導体50の細孔50Hを通して隙間に導電性樹脂70を注入し、注入された導電性樹脂70を硬化させることにより実現することができる。
Further, in the manufacturing process (assembly process) of the
なお、第4の実施の形態において、1つの電極引出導体50には1つの細孔50Hが配設されているが、本発明は、この配設個数に限定されるものではなく、1つの電極引出導体50に複数の細孔50Hを配設してもよい。
In the fourth embodiment, one
第4の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1により得られる効果と同様の効果を得ることができ、更に、電極引出導体50に細孔50Hを備えたので、導電性樹脂70の余剰部分を細孔50H内部に吸収することができ、主電極11と電極引出導体50との間の接続部分をはみ出す導電性樹脂70をなくすことができる。従って、導電性樹脂70の余剰部分のはみ出しに起因する不良、例えば外観不良、隣接導体間短絡不良等を排除することができるので、電力用半導体装置1の製造上の歩留まりを向上することができる。
In the
更に、電力用半導体装置1の製造プロセスにおいて、主電極11と電極引出導体50との間の接続部分の側面周囲から導電性樹脂70を注入する必要がなくなり、電極引出導体50に配設された細孔50Hを通して導電性樹脂70を注入することができるので、導電性樹脂70の注入時間を短縮することができ、量産性を向上することができる。
Further, in the manufacturing process of the
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、図9に示すように、その製造プロセスにおいて、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50の一端との間に適度な隙間Sを生成した状態で電極引出導体50の他端を第2のマウント用導体20Bに接合し、この状態において隙間Sに導電性樹脂70を注入し、注入された導電性樹脂70を硬化するようになっている。第5の実施の形態において、隙間Sは例えば0.025mm〜1mmの範囲内に設定されることが好ましい。滴下塗布装置のディスペンサを利用して導電性樹脂70を隙間Sに注入することができる。また、主電極11と電極引出導体50との間の隙間Sの周囲に導電性樹脂70を滴下塗布し、キャピラリー効果を利用して隙間Sに導電性樹脂70を充填するようにしてもよい。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 9, the
第5の実施の形態に係る電力用半導体装置1の製造プロセスにおいては、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間に予め隙間Sを生成し、この隙間Sに導電性樹脂70を注入するようにしたので、導電性樹脂70の厚さを隙間Sにより予め決定することができ、導電性樹脂70の滴下塗布に起因する厚さのばらつきを減少することができる。従って、電力用半導体装置1の製造プロセスにおいて、製造上の歩留まりを向上することができる。
In the manufacturing process of the
更に、電力用半導体装置1においては、主電極11と電極引出導体50との間の導電性樹脂70の厚さのばらつきを減少することができるので、導電性樹脂70(主電極11と電極引出導体50との間の接続部分)の熱抵抗のばらつきを減少することができる。
Furthermore, in the
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、図10に示すように、半導体素子10、電極引出導体50、第1のマウント用導体20A、第2のマウント用導体20B、シート状放熱絶縁体30及び放熱体40の裏面を除く、大半を覆う封止体72を備えている。すなわち、電力用半導体装置1は、第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1の局部的な封止体71とは異なり、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との間の接続部分を含む大半を封止体72により気密封止している。封止体72は、電力用半導体装置1の製造プロセスにおいて、トランスファモールド法により成型することができる。封止体72には、エポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂基材に溶融シリカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維等の充填剤を添加した樹脂を実用的に使用することができる。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 10, the
封止体72の内部において、第1のマウント用導体20Aには外部接続端子62の一端が電気的に接続されている。外部接続端子62の他端は封止体72の外部に引出されている。外部接続端子62はいわゆるリードであり、この外部接続端子62には、鉄−ニッケル合金、銅、又はこれらの表面にメッキ処理を施したものを実用的に使用することができる。
Inside the sealing
第6の実施の形態に係る電力用半導体装置1においては、導電性樹脂70、半導体素子10等の大半を封止体72により耐湿封止し、水分の浸入経路を長くすることができるので、より一層の水分の浸入を防止することができ、導電性樹脂70に含まれる導電性物質のエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。
In the
(その他の実施の形態)
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、前述の第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1は、1つの半導体素子10と1つの電極引出導体50との間の接続部分に配設された導電性樹脂70を局部的に覆う封止体71を各接続部分において個別に備えているが、本発明は、複数の接続部分を1つの封止体71で耐湿封止するようにしてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the
更に、本発明は、前述の第1の実施の形態に係る電力用半導体装置1と第6の実施の形態に係る電力用半導体装置1とを組み合わせてもよい。すなわち、電力用半導体装置1は、半導体素子10の主電極11と電極引出導体50との接続部分の導電性樹脂70を局部的に覆う封止体71を備えるとともに、半導体素子10等の大半を覆う封止体72を備えてもよい。
Furthermore, in the present invention, the
1 電力用半導体装置
10 半導体素子
11、12 主電極
20A 第1のマウント用導体
20B 第2のマウント用導体
30 シート状放熱絶縁体
40 放熱体
41 放熱板
42 熱伝導グリース
50 電極引出導体
50H 細孔
60 外装ケース
61、62 外部接続端子
65 樹脂封止体
66 端子ホルダ
67 固形樹脂体
70 導電性樹脂
71、72 封止体
75 熱緩衝板
S 隙間
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記主電極上に形成され、絶縁性樹脂基材に導電性物質を含有する導電性樹脂と、
前記主電極に前記導電性樹脂を介して一端を接続する電極引出導体と、
前記導電性樹脂の周囲を耐湿封止する封止体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element in which the main electrode of the transistor is disposed on the surface;
A conductive resin formed on the main electrode and containing a conductive substance in an insulating resin base;
An electrode lead conductor connecting one end to the main electrode through the conductive resin;
A sealing body for moisture-proof sealing around the conductive resin;
A semiconductor device comprising:
前記電極引出導体の他端を接続する第2のマウント用導体と、
前記第1のマウント用導体及び前記第2のマウント用導体を表面上に搭載する放熱体と、
前記第1のマウント用導体及び前記第2のマウント用導体と前記放熱体との間に配設されたシート状放熱絶縁体と、
を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A first mounting conductor on which the semiconductor element is mounted;
A second mounting conductor connecting the other end of the electrode lead conductor;
A radiator for mounting the first mounting conductor and the second mounting conductor on the surface;
A sheet-like heat dissipating insulator disposed between the first mounting conductor and the second mounting conductor and the heat dissipating body;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記複数の半導体素子のそれぞれの主電極と前記第2のマウント用導体との間は、各々、前記電極引出導体により電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A plurality of the semiconductor elements are mounted on the first mounting conductor,
The main electrode of each of the plurality of semiconductor elements and the second mounting conductor are each electrically connected in parallel by the electrode lead conductor. Semiconductor device.
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