JP2010114257A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体素子1からの熱が伝導する半田接合可能面6aを露出させた半導体モジュール30と、上記半田接合可能面に対向して配置され接合用半田7にて上記半田接合可能面と半田接合される冷却部50と、上記半導体モジュールと一体成型され、上記接合用半田の厚みを一定に形成する半田厚設定部12とを備えた。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2では、半導体モジュールと冷却部材とを半田付けするとき、上述の信頼性の関係から、供給する半田量が比較的多く、半田付けの際、半導体モジュールが移動しやすくなる。そのため、規定位置に確実に半導体モジュールを半田付けすることが困難であるという問題もある。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、半導体素子を樹脂でモールドして形成され、かつ上記半導体素子からの熱が伝導するとともに半田接合が可能な半田接合可能面を露出させた半導体モジュールと、上記半田接合可能面に対向して配置される冷却部であり、上記半田接合可能面と上記冷却部との隙間に設けられ上記半田接合可能面及び上記冷却部に接合された接合用半田を介して伝導された上記半導体素子からの熱を外部へ放散する冷却部と、上記半導体モジュール及び上記冷却部の少なくとも一方と一体成型され、上記半導体モジュールと上記冷却部との重畳方向に沿って突出し、上記隙間の全域にわたり上記接合用半田の厚みを一定に形成する半田厚設定部と、を備えたことを特徴とする。
図1に示すように、本実施の形態1における半導体装置101は、基本的構成部分として、半導体モジュール30と、冷却部50と、半田厚設定部12とを備え、半導体モジュール30と冷却部50とが重畳方向21に沿って重ねられ、かつ接合用半田7にて接合されて形成される。このとき、接合用半田7の厚さは、半田厚設定部12にて一定に設定される。
このような構成を有する半導体装置101の各構成部分について、以下に詳しく説明する。
半導体素子1は、本実施形態では、インバータやコンバータ等を構成する例えばIGBT素子のような発熱性の電力用素子である。半導体モジュール30では、1個以上の半導体素子1が備わる。半導体素子1の材料としては、SiやSiC等が用いられる。
冷却部50は、重畳方向21に沿って、半導体モジュール30の冷却部対向面8aにおける半田接合可能面6aに対向して配置され、上述した接合用半田7にて半田接合可能面6aと接合される。このような構成において、半導体モジュール30と冷却部50との隙間20に接合用半田7が存在する。本実施形態では、接合用半田7の厚さは、約300μmである。
半田厚設定部12は、半導体モジュール30において半田接合可能面6aが露出する冷却部対向面8aと、該半田接合可能面6aに対向する冷却部50の半導体モジュール対向面50cとの間で、重畳方向21に沿って少なくとも隙間20の距離にて延在し、隙間20の全域にわたり接合用半田7の厚みを一定に形成する。
このような変形例においても、半田厚設定部12は、半導体モジュール30及び冷却部50の少なくとも一方と一体成型されるため、別途、新たな工程を設ける必要は一切無いというメリットがある。
次に、本実施の形態2における半導体装置について、図4を参照して以下に説明する。
本実施の形態2における半導体装置102と、図1を参照し上述した半導体装置101との大きな相違点は、半導体モジュール30と一体的に形成された半田厚設定部12に対応した冷却部の箇所に凹部11を設けた点である。以下では、この相違点に伴う変更部分についてのみ説明を行い、上述の半導体装置101と同じ構成部分については、ここでの説明を省略する。同様に、製造工程についても上述の半導体装置101と同じ部分については説明を省略する。尚、凹部11を有する冷却部について、冷却部51と符号する。
冷却部51に備わる凹部11の数は、少なくとも半田厚設定部12の数と同じである必要があるが、半田厚設定部12の数より多くても問題はない。又、重畳方向21における凹部11の深さは、半田厚設定部12の高さよりも小さく、全ての半田厚設定部12の高さが揃っている場合には、凹部11の深さをそろえておくのが好ましい。又、半田厚設定部12の高さが揃っていない場合には、各凹部11の深さは、対応する各半田厚設定部12の高さとの差が同じになるような深さにすることが好ましい。いずれの場合も、上記隙間20が一定の厚さになるように、凹部11の深さは、設定、調整される。
尚、上記半田クラックは、最も熱応力が大きくなる接合用半田7の4角から発生するため、接合用半田7の4角に近い位置で、半田付けに影響のない部分に、応力緩和効果を有する凹部11及び半田厚設定部12を配置するのが好ましい。
次に、本実施の形態3における半導体装置について、図5を参照して以下に説明する。
本実施の形態3における半導体装置103と、図4を参照し上述した半導体装置102との大きな相違点は、半導体モジュール30と一体的に形成された半田厚設定部13が、図5に示すように、重畳方向21に沿って2段状に成形されている点である。
以下では、上記相違点に伴う変更部分についてのみ説明を行い、上述の半導体装置102と同じ構成部分についてはここでの説明を省略する。同様に、製造工程についても上述の半導体装置102と同じ部分については説明を省略する。
又、半田厚設定部13の段数は、最低2段であればよく、段数が増えることについては問題ない。又、半田厚設定部13が挿入される凹部11について、凹部11の深さが冷却部側端部13bの高さよりも大きければ、上記深さを所定の値に合わせる必要はない。又、凹部11は、重畳方向21に沿って冷却部51を貫通していてもかまわない。
次に、本実施の形態4における半導体装置について、図6を参照して以下に説明する。
本実施の形態4における半導体装置104と、図5を参照し上述した半導体装置103との大きな相違点は、冷却部における凹部が、重畳方向21において上記冷却部を貫通しており、さらに、半田厚設定部13の冷却部側端部13bが上記凹部を貫通しかつ位置決め部を有する点である。以下では、この相違点に伴う変更部分についてのみ説明を行い、上述の半導体装置103と同じ構成部分については、ここでの説明を省略する。同様に製作工程についても、上述の半導体装置103と同じ部分については説明を省略する。
次に、本実施の形態5における半導体装置について、図8を参照して以下に説明する。
本実施の形態5における半導体装置105と、図4を参照し上述した実施形態2における半導体装置102との大きな相違点は、冷却部に設けた凹部の半田厚設定部12に対する大きさである。即ち、実施形態5の半導体装置105は、半導体装置102の冷却部51に相当する冷却部53を備える。冷却部53は、半田厚設定部12が挿入される凹部14を有する。凹部14は、上記方向22の少なくとも一方向、つまり図8を図示する紙面の左右方向、及び紙面に垂直な方向の少なくとも一方向において、半田厚設定部12の大きさに比べて大きく形成された拡張部14aを有する。尚、半導体装置105におけるその他の構成部分は、半導体装置102における構成と同じである。よって、以下では、上記相違点に伴う変更部分についてのみ説明を行い、上述の半導体装置102と同じ構成部分についてはここでの説明を省略する。同様に製作工程についても、上述の半導体装置102と同じ部分については説明を省略する。
次に、本実施の形態6における半導体装置の製造方法について、以下に説明する。
本実施の形態6における半導体装置の製造方法は、上述した全ての実施の形態において適用可能である。
本実施の形態6における半導体装置の製造は、冷却部50、51、52、52−1、53と半田接合可能面6aとの、接合用半田7による接合工程において、少なくとも接合用半田7が溶融した時点では、この半田づけ工程を行う半田付け装置内を減圧した状態下で行うものである。
又、還元雰囲気中で、冷却部50、51、52、52−1、53と半田接合可能面6aとの接合を行うことで、接合用半田7や、冷却部50、51、52、52−1、53、半田接合可能面6aの酸化を防ぎ、酸化した部分を還元させることができる。これにより、接合用半田7の濡れ性をより向上させ、良好な半田接合部を得ることができるというメリットもある。
8 樹脂、11 凹部、12,13 半田厚設定部、
13a 半導体モジュール側端部、13b 冷却部側端部、13c 当接面、
13d 位置決め部、14 凹部、14a 拡張部、20 隙間、21 重畳方向、
30 半導体モジュール、
51,51,52,52−1,53 冷却部、52a,52b 凹部,
101〜105 半導体装置。
Claims (8)
- 半導体素子を樹脂でモールドして形成され、かつ上記半導体素子からの熱が伝導するとともに半田接合が可能な半田接合可能面を露出させた半導体モジュールと、
上記半田接合可能面に対向して配置される冷却部であり、上記半田接合可能面と上記冷却部との隙間に設けられ上記半田接合可能面及び上記冷却部に接合された接合用半田を介して伝導された上記半導体素子からの熱を外部へ放散する冷却部と、
上記半導体モジュール及び上記冷却部の少なくとも一方と一体成型され、上記半導体モジュールと上記冷却部との重畳方向に沿って突出し、上記隙間の全域にわたり上記接合用半田の厚みを一定に形成する半田厚設定部と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 上記半田厚設定部は、上記半田接合可能面を露出した上記半導体モジュールの表面から上記重畳方向に沿って突出して上記半導体モジュールと一体成型されている、請求項1記載の半導体装置。
- 上記半田厚設定部に対応して位置し上記半田厚設定部が挿入される凹部を上記冷却部は有する、請求項2記載の半導体装置。
- 上記半田厚設定部は、上記重畳方向において当該半田厚設定部の先端側に位置し上記凹部に挿入可能な冷却部側端部と、上記重畳方向において基端側に位置し上記凹部に挿入不可であり上記冷却部の表面に接触する当接面を有する半導体モジュール側端部とを有する、請求項3記載の半導体装置。
- 上記冷却部側端部は、上記重畳方向に対して直交又はほぼ直交する方向に延在し上記半導体モジュールを上記冷却部に位置決めする位置決め部を有する、請求項4記載の半導体装置。
- 上記凹部は、上記重畳方向に対して直交又はほぼ直交する方向において上記半田厚設定部に比べて大きく延在する拡張部を有する、請求項3記載の半導体装置。
- 上記接合用半田は、上記半導体素子に関して使用される半田の融点に比べて低い融点を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
減圧雰囲気内にて、半導体モジュールと冷却部とを接合用半田にて半田接合する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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