JP2011134949A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of having higher heat dissipation properties and higher reliability when compared with a conventional one. <P>SOLUTION: The semiconductor device 101 includes: a semiconductor module 20 that is manufactured by providing a metal sheet 5 to a metal member 3 to which a semiconductor element 1 is mounted with an insulating sheet 2 interposed therebetween, and by resin-sealing the semiconductor element and the metal member with the metal sheet exposed on one side surface; and a cooler 60 that is joined to the metal sheet through solder 70 so as to dissipate heat generated by the semiconductor element. The metal sheet has a joined area 52 to which the solder is joined, and a non-joined area 53 which is located around the joined area and not soldered and does not contact with the solder. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に冷却装置を取り付けた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device to which a cooling device is attached.

一般的に、発熱量の大きい半導体モジュールは、その放熱性を高めるため、グリスを介して例えば放熱フィン等の冷却装置に取り付けられている。よって冷却装置の大きさが半導体モジュール、あるいは冷却装置をも含めた半導体装置全体の大きさを決定することから、半導体モジュール等の小型軽量化を図るためには、半導体モジュール等の放熱性を向上させることが重要となる。   Generally, a semiconductor module having a large calorific value is attached to a cooling device such as a heat radiating fin via grease in order to improve heat dissipation. Therefore, since the size of the cooling device determines the size of the semiconductor module or the entire semiconductor device including the cooling device, in order to reduce the size and weight of the semiconductor module, the heat dissipation of the semiconductor module is improved. Is important.

例えば特許文献１では、パワーモジュールと冷却器との間に熱伝導性グリスを浸入させるためのグリス浸入部を備える。該グリス浸入部は、グリスの浸入によるパワーモジュールの変形を抑制し、これによってグリス浸入部以外の領域におけるグリス膜厚を減少させる。これにより、パワーモジュール及び冷却器を含めた半導体装置全体の放熱性向上を図っている。   For example, Patent Document 1 includes a grease intrusion portion for allowing heat conductive grease to enter between the power module and the cooler. The grease intrusion portion suppresses deformation of the power module due to the ingress of grease, thereby reducing the grease film thickness in the region other than the grease intrusion portion. Thereby, the heat dissipation of the whole semiconductor device including the power module and the cooler is improved.

特開２００６−１９６５７６号公報JP 2006-196576 A

近年では、半導体モジュール内部の放熱性が向上してきたために、半導体モジュールと冷却装置との界面におけるグリスが半導体装置全体における放熱性の律速になってきている。そこで、半導体装置全体の放熱性をより向上させるために、半導体モジュールと冷却装置とを、はんだ接合するという手法が知られている。この場合、半導体モジュールのヒートサイクルによる、はんだ接合部におけるクラック発生を防止してはんだ接合部の寿命を確保することが、製品の高信頼化の上で重要となる。   In recent years, since the heat dissipation within the semiconductor module has been improved, the grease at the interface between the semiconductor module and the cooling device has become the rate-determining factor for the heat dissipation in the entire semiconductor device. Therefore, in order to further improve the heat dissipation of the entire semiconductor device, a technique of soldering the semiconductor module and the cooling device is known. In this case, it is important for high reliability of the product to prevent the occurrence of cracks in the solder joint due to the heat cycle of the semiconductor module and to ensure the life of the solder joint.

また、金属シートと一体化された絶縁シートを用いたトランスファーモールドタイプの半導体モジュールが上市されている。このトランスファーモールドタイプの半導体モジュールにおいても、冷却装置とはんだ接合することで、放熱性の向上を図ることができる。この場合には、半導体モジュールと冷却装置との間の、はんだ接合部の寿命確保に加えて、冷却装置とはんだ接合される金属シートと一体化された絶縁シートの寿命確保も、製品の高信頼化を実現する上で重要となる。   In addition, a transfer mold type semiconductor module using an insulating sheet integrated with a metal sheet is put on the market. Also in this transfer mold type semiconductor module, heat dissipation can be improved by soldering to a cooling device. In this case, in addition to ensuring the life of the solder joint between the semiconductor module and the cooling device, ensuring the life of the insulating sheet integrated with the metal sheet to be soldered to the cooling device is also highly reliable. It is important to realize

本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、従来に比べて、放熱性及び信頼性の向上が図れる半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving heat dissipation and reliability as compared with the prior art.

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、半導体素子を実装した金属部材に絶縁シートを介して金属シートを設け、上記金属シートを一側面に露出させて上記半導体素子及び上記金属部材を樹脂封止して作製された半導体モジュールと、上記金属シートに、はんだを介して接合され、上記半導体素子が発する熱を放散させる冷却装置とを有する半導体装置において、上記金属シートは、上記はんだが接合される接合領域と、上記接合領域の周囲に位置し上記はんだが接触せずはんだ付けされない非接合領域とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a metal member on which a semiconductor element is mounted with a metal sheet interposed through an insulating sheet, the metal sheet is exposed on one side surface, and the semiconductor element and the metal member are sealed with a resin. In a semiconductor device having a semiconductor module manufactured by stopping and a cooling device that is bonded to the metal sheet via solder and dissipates heat generated by the semiconductor element, the metal sheet is bonded to the solder. And a non-joint region that is located around the joint region and that is not contacted and soldered by the solder.

本発明の一態様における半導体装置によれば、半導体モジュールと冷却装置とは、半導体モジュールの一側面に露出した金属シートの接合領域にてはんだ付けされている。よって、グリスを介する場合と比較すると、半導体モジュールの放熱性を向上させることができる。   According to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor module and the cooling device are soldered at the joining region of the metal sheet exposed on one side surface of the semiconductor module. Therefore, the heat dissipation of the semiconductor module can be improved as compared with the case where grease is interposed.

また、金属シートは、接合領域の周囲に非接合領域を有することから、絶縁シートが金属部材から剥離するときの起点となる絶縁シート端部に生じる熱応力を低減させることができる。したがって、絶縁シートの剥離を防止することができるという効果がある。   Moreover, since a metal sheet has a non-joining area | region around a joining area | region, the thermal stress produced in the insulating sheet edge part used as the starting point when an insulating sheet peels from a metal member can be reduced. Therefore, there is an effect that peeling of the insulating sheet can be prevented.

さらにまた、金属シートが非接合領域を有することから、金属シートの全体をはんだ付けした場合と比較して、はんだ付け面積を小さくすることができる。よって、はんだクラックによる不良を抑制することができるという効果がある。   Furthermore, since a metal sheet has a non-joining area | region, compared with the case where the whole metal sheet is soldered, a soldering area can be made small. Therefore, there is an effect that defects due to solder cracks can be suppressed.

以上のように、本発明の一態様における半導体装置によれば、従来に比べて、放熱性の向上が図られ、かつ、はんだ接合部及び絶縁シートの寿命を確保でき、信頼性の向上を図ることができる。   As described above, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, it is possible to improve heat dissipation and to ensure the life of the solder joint portion and the insulating sheet as compared with the conventional device, thereby improving reliability. be able to.

本発明の実施の形態１による半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 図１に示すＡ部における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the A section shown in FIG. 図２に示すＡ部における接合領域の変形例を説明するためのＡ部における半導体装置の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device in the A portion for explaining a modification of the bonding region in the A portion shown in FIG. 図２に示すＡ部における接合領域の他の変形例を説明するためのＡ部における半導体装置の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device in the A portion for explaining another modification of the bonding region in the A portion shown in FIG. 2. 図２に示すＡ部における接合領域の別の変形例を説明するためのＡ部における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in A part for demonstrating another modification of the junction area | region in A part shown in FIG. 本発明の実施の形態２による半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by Embodiment 2 of this invention. 図６に示すＢ部における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the B section shown in FIG. 図６に示す樹脂材のＢ部における形状の変形例を示すＢ部における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the B section which shows the modification of the shape in the B section of the resin material shown in FIG. 図６に示す樹脂材のＢ部における形状の他の変形例を示すＢ部における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the B part which shows the other modification of the shape in the B part of the resin material shown in FIG. 図６に示す樹脂材のＢ部における形状の別の変形例を示すＢ部における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the B section which shows another modification of the shape in the B section of the resin material shown in FIG. 図６に示す半導体装置の別の構成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another configuration of the semiconductor device illustrated in FIG. 6. 本発明の実施の形態３による半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention.

本発明の実施形態である半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、各図間の図示では、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した図と、変更していない図との同一構成部分の図示において、同一構成部分のサイズや縮尺が異なる場合もある。また、半導体装置の構成の内、本発明の構成に必要のない部分は、図示を省略している（例えば、封止樹脂内のダイオード素子等）。   A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals. Moreover, in the illustration between each figure, the size and scale of each corresponding component are independent. For example, in the illustration of the same component in a diagram in which a part of the configuration is changed and a diagram in which the diagram is not changed, the size and scale of the same component may be different. Further, portions of the configuration of the semiconductor device that are not necessary for the configuration of the present invention are not shown (for example, a diode element in a sealing resin).

実施の形態１．
図１及び図２を参照して、実施の形態１による半導体装置１０１について説明する。
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２０と、冷却装置６０とを備え、半導体モジュール２０と、冷却装置６０とは、はんだ７０にて接合されている。 Embodiment 1 FIG.
A semiconductor device 101 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
The semiconductor device 101 according to the first embodiment includes a semiconductor module 20 and a cooling device 60 as basic components, and the semiconductor module 20 and the cooling device 60 are joined by solder 70.

半導体モジュール２０は、半導体素子１と、絶縁シート２と、金属ブロック３と、金属シート５と、封止樹脂８とを有する。
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電力用素子であり、材料としてはＳｉやＳｉＣ等が用いられ、一例としてＩＧＢＴ素子が相当する。半導体モジュール２０は、少なくとも１個の半導体素子１を有していればよい。 The semiconductor module 20 includes a semiconductor element 1, an insulating sheet 2, a metal block 3, a metal sheet 5, and a sealing resin 8.
In the present embodiment, the semiconductor element 1 is a power element that constitutes an inverter, a converter, or the like. As a material, Si, SiC, or the like is used, and an IGBT element is an example. The semiconductor module 20 only needs to have at least one semiconductor element 1.

金属ブロック３は、金属部材の一例に相当し、半導体素子１が実装され、電極としての役割と、ヒートスプレッダとしての役割とを果たす。即ち、半導体素子１で発生した熱は、金属ブロック３の半導体素子実装面３ａから、該半導体素子実装面に対向する裏面３ｂへ金属ブロック３を伝導し、金属ブロック３は放熱性を向上させる。また、金属ブロック３には、半導体素子１との通電を行うため、主電極配線１０、１１が直接に、あるいは金属ワイヤ１５を介して電気的に接続される。   The metal block 3 corresponds to an example of a metal member, on which the semiconductor element 1 is mounted, and plays a role as an electrode and a role as a heat spreader. That is, the heat generated in the semiconductor element 1 is conducted from the semiconductor element mounting surface 3a of the metal block 3 to the back surface 3b opposite to the semiconductor element mounting surface, and the metal block 3 improves heat dissipation. Further, the main electrode wirings 10 and 11 are electrically connected to the metal block 3 directly or via the metal wire 15 in order to energize the semiconductor element 1.

尚、金属ブロック３と半導体素子１とは、一例として厚さ１５０μｍにて、Ｓｎ−Ｓｂ系のＳｎ−１０Ｓｂの内はんだ４にて接合される。内はんだ４としては、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを用いることができる。また、主電極配線１０、１１として、本実施形態ではＣｕ製リードを用いている。   In addition, the metal block 3 and the semiconductor element 1 are joined by the Sn—Sb-based Sn-10Sb inner solder 4 with a thickness of 150 μm as an example. As the inner solder 4, for example, Sn—Ag—Cu based solder can be used. Further, as the main electrode wirings 10 and 11, Cu leads are used in this embodiment.

上記役割から、金属ブロック３は、熱伝導性及び電気伝導性の良い材料が好ましく、例えばＣｕや、はんだ付け可能なようにＮｉメッキされたＡｌ等が用いられる。勿論、これらの材料に限定されず、熱及び電気を伝導する材料であれば他のものを用いてもよい。一実施例として、金属ブロック３は、厚さ３ｍｍのＣｕ材からなる。また、本実施形態では、図示するように金属ブロック３は、直方体形状のブロック形であるが、目的に応じて様々な形状を取ることができる。金属フレーム等でも良く、この場合には、主電極配線等と一体的に形成することが可能になるなどの利点がある。   In view of the above role, the metal block 3 is preferably made of a material having good thermal conductivity and electrical conductivity. For example, Cu or Al plated with Ni so as to be solderable is used. Of course, it is not limited to these materials, and other materials may be used as long as they conduct heat and electricity. As an example, the metal block 3 is made of a Cu material having a thickness of 3 mm. Moreover, in this embodiment, although the metal block 3 is a rectangular parallelepiped block shape as shown in figure, it can take various shapes according to the objective. A metal frame or the like may be used. In this case, there is an advantage that it can be formed integrally with the main electrode wiring or the like.

絶縁シート２は、金属ブロック３の上記裏面３ｂに接して配置される電気絶縁性を有し、かつ放熱性に優れたシート材であり、放熱性を向上させるために、熱伝導率の大きい材料が使用される。例えばエポキシ樹脂に、高い熱伝導率を有する材料のフィラー、例えばセラミックフィラーを混合したシート構成のもの等が用いられるが、電気的な絶縁物であれば他のものを用いてもよい。このような絶縁シート２は、少なくとも、金属ブロック３の裏面３ｂに対応した形状及び面積を有し、図示するように裏面３ｂを超える大きさが好ましい。また、本実施形態では、絶縁シート２は、以下に述べる金属シート５と機械的及び熱的に接続され、一体成形されている。   The insulating sheet 2 is a sheet material that has electrical insulation and is excellent in heat dissipation disposed in contact with the back surface 3b of the metal block 3, and has a high thermal conductivity in order to improve heat dissipation. Is used. For example, a material having a high thermal conductivity, such as a sheet structure in which a filler having a high thermal conductivity, for example, a ceramic filler, is used is used, but other materials may be used as long as they are electrical insulators. Such an insulating sheet 2 has at least a shape and an area corresponding to the back surface 3b of the metal block 3, and preferably has a size exceeding the back surface 3b as illustrated. In the present embodiment, the insulating sheet 2 is mechanically and thermally connected to the metal sheet 5 described below, and is integrally formed.

金属シート５は、上述のように絶縁シート２と一体化され、機械的及び熱的に接続された金属製シート材である。本実施形態では、金属シート５は、絶縁シート２と同形状で絶縁シート２に接着したＣｕ箔であり、その厚さは、一例として０．１ｍｍである。しかしながら、金属シート５の材料及び形状等は、これらに限定するものではなく、絶縁シート２と一体形成されるものであればよい。例えば金属シート５の材料としては、はんだ付け可能なように処理されていればＡｌ箔等でもよい。また、半導体モジュール２０の放熱性を向上させるために、金属シート５には、熱伝導率が大きい材料を用いるのが好ましい。   The metal sheet 5 is a metal sheet material that is integrated with the insulating sheet 2 and mechanically and thermally connected as described above. In the present embodiment, the metal sheet 5 is a Cu foil having the same shape as the insulating sheet 2 and bonded to the insulating sheet 2, and the thickness thereof is 0.1 mm as an example. However, the material, shape, and the like of the metal sheet 5 are not limited to these, and any material that is integrally formed with the insulating sheet 2 may be used. For example, the material of the metal sheet 5 may be an Al foil as long as it is processed so as to be solderable. Moreover, in order to improve the heat dissipation of the semiconductor module 20, it is preferable to use a material having a high thermal conductivity for the metal sheet 5.

また、金属シート５において、絶縁シート２に対向する側面で、後述する冷却装置６０に対面する露出面５ａは、上記はんだ７０が接合される接合領域５２と、該接合領域５２の周囲に位置し、はんだ７０が接触せずはんだ付けされない非接合領域５３とを有する。   Further, in the metal sheet 5, the exposed surface 5 a facing the cooling device 60 described later on the side surface facing the insulating sheet 2 is positioned around the bonding region 52 to which the solder 70 is bonded and the bonding region 52. , And the non-joining region 53 where the solder 70 does not contact and is not soldered.

接合領域５２の平面形状は、本実施形態では、図２に示すように、金属シート５へ金属ブロック３を投影した、点線で示す投影領域３１に等しい形状及び面積としている。しかしながら、接合領域５２の形状は、これに限定するものではなく、少なくとも投影領域３１を含み、はんだ７０によってはんだ付けされることで、冷却装置６０と機械的及び熱的に接続される機能を有するものであればよい。このように、接合領域５２を、最低限投影領域３１を含む面積とすることで、放熱性が確保される。   In the present embodiment, the planar shape of the joining region 52 has a shape and an area equal to the projected region 31 indicated by the dotted line in which the metal block 3 is projected onto the metal sheet 5 as shown in FIG. However, the shape of the joining region 52 is not limited to this, and includes at least the projection region 31 and has a function of being mechanically and thermally connected to the cooling device 60 by being soldered by the solder 70. Anything is acceptable. Thus, heat dissipation is ensured by making the joining area | region 52 into the area including the projection area | region 31 at the minimum.

また、接合領域５２と非接合領域５３との配置は、図２に示すものに限定されず、例えば図３、図４、及び図５に示すような配置であってもよい。図３では、接合領域５２は、上記投影領域３１の面積を超える大きさを有する。また、図４では、非接合領域５３が接合領域５２の長手方向における左右側端部に配置され、図５では、非接合領域５３が接合領域５２の上記長手方向に直交する方向における上下側端部に配置された形態を示している。   Further, the arrangement of the bonding area 52 and the non-bonding area 53 is not limited to that shown in FIG. 2, and may be an arrangement as shown in FIGS. 3, 4, and 5, for example. In FIG. 3, the bonding region 52 has a size exceeding the area of the projection region 31. In FIG. 4, the non-joining region 53 is disposed at the left and right end portions in the longitudinal direction of the joining region 52, and in FIG. The form arrange | positioned at the part is shown.

また、接合領域５２と非接合領域５３とは、異なる材料で構成することもできる。例えば、金属シート５がはんだ付け可能な金属であった場合、非接合領域５３は、はんだ付けされないような処理を施すのが好ましい。例えば、金属シート５がＣｕ箔であった場合、接合領域５２は、Ｃｕ箔のままとし、一方、非接合領域５３は、Ａｌめっきを施す、又は、はんだレジストを設ける等しておくことが好ましい。逆に、例えば、金属シート５としてＡｌ箔を用いた場合、当該Ａｌ箔上にＮｉメッキを施すことで接合領域５２を形成し、非接合領域５３は、Ａｌ箔をそのまま用いる等であってもよい。このように、はんだ７０によるはんだ付けの際に、非接合領域５３にはんだ７０が流れないようにすることで、接合領域５２のみにてはんだ接合し、非接合領域５３でははんだ接合しないよう、はんだ７０をコントロールすることができるというメリットがある。   Moreover, the joining area | region 52 and the non-joining area | region 53 can also be comprised with a different material. For example, when the metal sheet 5 is a solderable metal, the non-bonded region 53 is preferably subjected to a treatment so as not to be soldered. For example, when the metal sheet 5 is a Cu foil, the bonding region 52 is preferably a Cu foil, while the non-bonding region 53 is preferably subjected to Al plating or a solder resist. . Conversely, for example, when an Al foil is used as the metal sheet 5, the bonding region 52 is formed by performing Ni plating on the Al foil, and the non-bonding region 53 may be an Al foil as it is. Good. As described above, when soldering with the solder 70, the solder 70 is prevented from flowing into the non-joining region 53, so that the solder is joined only in the joining region 52, and the solder is not joined in the non-joining region 53. There is an advantage that 70 can be controlled.

上述した、半導体素子１、絶縁シート２、金属ブロック３、及び金属シート５は、金属シート５の露出面５ａを封止樹脂８の一側面８ａに露出させて、封止樹脂８にて封止されて、半導体モジュール２０が形成される。尚、図示するように、主電極配線１０、１１の一端部分は、封止樹脂８から突出している。   The semiconductor element 1, the insulating sheet 2, the metal block 3, and the metal sheet 5 described above are sealed with the sealing resin 8 by exposing the exposed surface 5 a of the metal sheet 5 to one side surface 8 a of the sealing resin 8. Thus, the semiconductor module 20 is formed. As shown in the figure, one end portions of the main electrode wirings 10 and 11 protrude from the sealing resin 8.

封止樹脂８は、半導体モジュール２０の信頼性向上のために、例えば、モールド樹脂でトランスファーモールド法にて形成されていることが好ましいが、インジェクションモールドや低圧成型等の他の封止工法で形成されていてもかまわない。   In order to improve the reliability of the semiconductor module 20, the sealing resin 8 is preferably formed of, for example, a molding resin by a transfer molding method, but is formed by another sealing method such as injection molding or low pressure molding. It may be done.

冷却装置６０は、半導体素子１で発生した熱を放熱して半導体装置１０１全体を冷却する装置である。本実施形態では、冷却装置６０は、図１に示すように、半導体装置１０１の厚み方向６３に延在する複数の羽部材６４を形成した部材であり、表面積を大きくすることで放熱性を向上させたＡｌの放熱フィンの形態にてなる。冷却装置６０の材料及び形状は、図１に示す例に限定するものではなく、はんだ７０によって金属シート５と機械的及び熱的に接続可能で、半導体素子１で発生した熱を放散可能な形態であればよい。例えば、Ａｌ板に冷媒用流路を設けて、該流路に水等の冷媒を流すように構成した液冷フィン等でもよい。半導体装置１０１の放熱性を向上させるためには、液冷フィンの方がより好ましい。   The cooling device 60 is a device that radiates heat generated in the semiconductor element 1 and cools the entire semiconductor device 101. In the present embodiment, the cooling device 60 is a member in which a plurality of wing members 64 extending in the thickness direction 63 of the semiconductor device 101 are formed as shown in FIG. 1, and the heat dissipation is improved by increasing the surface area. It is in the form of a heat dissipation fin made of Al. The material and shape of the cooling device 60 are not limited to the example shown in FIG. 1, and can be mechanically and thermally connected to the metal sheet 5 by the solder 70 and can dissipate heat generated in the semiconductor element 1. If it is. For example, a liquid cooling fin configured such that a coolant channel is provided on an Al plate and a coolant such as water flows through the channel may be used. In order to improve the heat dissipation of the semiconductor device 101, liquid-cooled fins are more preferable.

冷却装置６０は、はんだ７０にて金属シート５とはんだ付けが可能なように、冷却装置６０の取付面６０ａは、例えば、上記ＡｌにＮｉメッキが施され、金属シート５の上記接合領域５２に対応するはんだ付け部６１を有する。尚、はんだ付け部６１の材料や形状は、はんだ７０によって金属シート５と冷却装置６０とが機械的及び熱的に接続される機能を有するものであればよい。例えば冷却装置６０がＣｕの放熱フィンである場合には、当該放熱フィンにおいて、接合領域５２に対応する領域のＣｕがはんだ付け部６１となる。   The mounting surface 60 a of the cooling device 60 is, for example, Ni-plated on the Al so that the solder 60 can be soldered to the metal sheet 5 with the solder 70. A corresponding soldering part 61 is provided. In addition, the material and shape of the soldering part 61 should just have the function in which the metal sheet 5 and the cooling device 60 are connected mechanically and thermally by the solder 70. For example, when the cooling device 60 is a Cu radiating fin, Cu in the region corresponding to the bonding region 52 becomes the soldering portion 61 in the radiating fin.

尚、本実施形態では、はんだ７０は、厚さが２００μｍであり、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕのはんだである。また、はんだ７０により、半導体モジュール２０と冷却装置６０とがはんだ付けされるときに、金属ブロック３に半導体素子１を固定した内はんだ４が溶融すると、溶融による内はんだ４の体積膨張によって半導体モジュール２０を内側から損傷させる等の不具合が懸念される。このような不具合を防止するため、内はんだ４の材料は、はんだ７０に使用する材料より融点の高い材料であることが好ましい。例えば、内はんだ４にＡｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだを用いた場合には、はんだ７０には、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ、内はんだ４としてＳｎ−１０Ｓｂはんだを用いた場合には、はんだ７０には、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ等を用いるのが好ましい。   In the present embodiment, the solder 70 is a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder having a thickness of 200 μm. Further, when the internal solder 4 that fixes the semiconductor element 1 to the metal block 3 is melted when the semiconductor module 20 and the cooling device 60 are soldered by the solder 70, the semiconductor module is caused by the volume expansion of the internal solder 4 due to melting. There are concerns about problems such as damaging 20 from the inside. In order to prevent such a problem, the material of the inner solder 4 is preferably a material having a higher melting point than the material used for the solder 70. For example, when An-3.0Ag-0.5Cu solder is used for the inner solder 4, the solder 70 is Sn-58Bi solder, and when the inner solder 4 is Sn-10Sb solder, the solder 70 is used. It is preferable to use Sn-3.0Ag-0.5Cu solder or the like.

上述したような構成を有する本実施の形態１による半導体装置１０１は、樹脂封止により半導体モジュール２０を作製後、半導体モジュール２０より露出している金属シート５の露出面５ａにおける接合領域５２と、冷却装置６０の取付面６０ａにおけるはんだ付け部６１とを、はんだ７０を用いて接合することによって製造される。   The semiconductor device 101 according to the first embodiment having the above-described configuration includes a bonding region 52 on the exposed surface 5a of the metal sheet 5 exposed from the semiconductor module 20 after the semiconductor module 20 is manufactured by resin sealing, It is manufactured by joining the soldering portion 61 on the mounting surface 60 a of the cooling device 60 with the solder 70.

このように作製される半導体装置１０１では、金属シート５と冷却装置６０とをはんだ７０を用いて接合しているので、金属シート５と冷却装置６０との間にグリスを用いた場合と比較して、はんだ７０はグリスより熱伝導率が大きいため、半導体装置１０１の放熱性を向上することができるというメリットがある。   In the semiconductor device 101 manufactured in this way, the metal sheet 5 and the cooling device 60 are joined using the solder 70, so that compared with the case where grease is used between the metal sheet 5 and the cooling device 60. Since the solder 70 has a higher thermal conductivity than grease, there is an advantage that the heat dissipation of the semiconductor device 101 can be improved.

一方、金属シート５と冷却装置６０とをはんだ７０を用いて接合することで、温度変化による金属シート５と冷却装置６０との熱膨張率の違いから生じる応力が、金属シート５の端部で最も大きくなる。そのため、半導体装置１０１の信頼性をより向上させるためには、金属シート５の端部に生じる剥離や損傷、外はんだ７に生じるはんだクラックを抑制することが重要となる。よって、半導体装置１０１の信頼性をより向上させるためには、金属シート５の端部に生じる応力を小さくすることが重要である。   On the other hand, by joining the metal sheet 5 and the cooling device 60 using the solder 70, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the metal sheet 5 and the cooling device 60 due to temperature change is caused at the end of the metal sheet 5. Become the largest. Therefore, in order to further improve the reliability of the semiconductor device 101, it is important to suppress peeling and damage that occurs at the end of the metal sheet 5 and solder cracks that occur in the outer solder 7. Therefore, in order to further improve the reliability of the semiconductor device 101, it is important to reduce the stress generated at the end portion of the metal sheet 5.

そこで半導体装置１０１では、上述のように、はんだ７０によってはんだ接合される金属シート５の接合領域５２の周囲に非接合領域５３を設けている。これにより、金属シート５全体をはんだ接合した場合と比較して、温度変化により生じる金属シート５の端部での熱応力が低減される。よって、金属シート５が、絶縁シート２から、あるいは絶縁シート２とともに金属ブロック３から、あるいは封止樹脂８から、剥離や損傷するのを抑制することができるというメリットがある。   Therefore, in the semiconductor device 101, as described above, the non-joining region 53 is provided around the joining region 52 of the metal sheet 5 to be soldered by the solder 70. Thereby, compared with the case where the whole metal sheet 5 is solder-joined, the thermal stress in the edge part of the metal sheet 5 which arises by a temperature change is reduced. Therefore, there is a merit that the metal sheet 5 can be prevented from being peeled off or damaged from the insulating sheet 2, from the metal block 3 together with the insulating sheet 2, or from the sealing resin 8.

また、接合領域５２の周囲に非接合領域５３を設けることによって、金属シート５全体をはんだ接合した場合と比較して、はんだ付け面積が小さくなる。よって、温度変化によりはんだ７０に作用する熱応力が小さくなるため、はんだ７０におけるクラックの発生を抑制することができるというメリットがある。   Moreover, by providing the non-joining area | region 53 around the joining area | region 52, compared with the case where the whole metal sheet 5 is solder-joined, a soldering area becomes small. Therefore, since the thermal stress acting on the solder 70 due to temperature change is reduced, there is an advantage that the occurrence of cracks in the solder 70 can be suppressed.

また、金属シート５全体をはんだ接合した場合、特に金属シート５の四隅に生じる応力が最も大きくなるため、金属シート５の四隅が剥離、損傷、及び、はんだクラックの起点となる可能性が高い。そのため、半導体装置１０１の信頼性をより向上させるには、図３から図５に示すように、金属シート５の四隅を含むように、非接合領域５３を設けるのが好ましい。そうすることで、金属シート５の四隅に生じる熱応力を低減し、金属シート５の四隅が剥離、損傷、及びはんだクラックの起点となるのを防ぐことができる。   In addition, when the entire metal sheet 5 is joined by soldering, the stresses generated at the four corners of the metal sheet 5 are the largest, so that the four corners of the metal sheet 5 are highly likely to become the starting point of peeling, damage, and solder cracks. Therefore, in order to further improve the reliability of the semiconductor device 101, it is preferable to provide the non-joining regions 53 so as to include the four corners of the metal sheet 5, as shown in FIGS. By doing so, the thermal stress which arises in the four corners of the metal sheet 5 can be reduced, and the four corners of the metal sheet 5 can be prevented from becoming starting points of peeling, damage and solder cracks.

さらには、金属シート５全体をはんだ付けした場合、金属シート５と封止樹脂８との界面から絶縁シート２に向かって、はんだ付けの際に用いるフラックス成分や、あるいははんだ自体が侵入してしまい、絶縁性を劣化させることも懸念される。一方、本実施の形態の半導体装置１０１では、接合領域５２の周囲に非接合領域５３が存在することから、上記界面への上記フラックス成分等の浸入リスクを低減することができる。したがって、半導体装置１０１によれば、より高絶縁な半導体装置を提供することができる。   Furthermore, when the entire metal sheet 5 is soldered, the flux component used during soldering or the solder itself enters from the interface between the metal sheet 5 and the sealing resin 8 toward the insulating sheet 2. There is also a concern that the insulating properties may deteriorate. On the other hand, in the semiconductor device 101 of the present embodiment, since the non-bonding region 53 exists around the bonding region 52, it is possible to reduce the risk of the flux component and the like entering the interface. Therefore, according to the semiconductor device 101, a semiconductor device with higher insulation can be provided.

このように、本実施形態の半導体装置１０１によれば、従来の半導体装置に比べて、放熱性の向上を図ることができ、かつ信頼性の向上を図ることができる。   As described above, according to the semiconductor device 101 of the present embodiment, it is possible to improve the heat dissipation and improve the reliability as compared with the conventional semiconductor device.

また、半導体装置１０１によれば、上述のように放熱性の向上を図ることができることから、製品の小型化、省エネ、包装の小型化を図ることができ、また、信頼性の向上を図ることができることから、製品の長寿命化を図ることにも寄与する。尚、これらの付随的効果は、以下に説明する実施の形態２、３における半導体装置の場合でも同様に得ることができる。   Further, according to the semiconductor device 101, since the heat dissipation can be improved as described above, the product can be downsized, the energy can be saved, and the packaging can be downsized, and the reliability can be improved. This contributes to a longer product life. These incidental effects can be similarly obtained even in the case of the semiconductor device in the second and third embodiments described below.

また、半導体素子１にＳｉＣを用いた場合、その特長を生かすべく、Ｓｉの場合と比較してより高温で動作させることができるが、一方、半導体装置としてより高い信頼性が求められる。そのため、ＳｉＣデバイスを搭載する半導体装置において、上述した半導体装置１０１の構成を採ることは、高信頼の半導体装置を実現する上で大きく寄与する。   Further, when SiC is used for the semiconductor element 1, it can be operated at a higher temperature than the case of Si in order to take advantage of its features, but on the other hand, higher reliability is required as a semiconductor device. Therefore, in the semiconductor device on which the SiC device is mounted, adopting the above-described configuration of the semiconductor device 101 greatly contributes to realizing a highly reliable semiconductor device.

実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本実施の形態２における半導体装置１０２について以下に説明する。
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、非接合領域５３の少なくとも一部分について、非接合領域５３の周囲の封止樹脂８と共に樹脂材１３で封止した点である。
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１０１と同じ構成部分については、ここでの説明を省略する。 Embodiment 2. FIG.
Next, the semiconductor device 102 according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS.
The major difference between the semiconductor device 102 in the second embodiment and the semiconductor device 101 described above with reference to FIG. 1 is that the resin together with the sealing resin 8 around the non-joining region 53 is at least part of the non-joining region 53. This is the point sealed with the material 13.
In the following, only the changed parts associated with the above differences will be described, and the description of the same components as those of the semiconductor device 101 will be omitted.

樹脂材１３は、非接合領域５３の少なくとも一部分に対して、非接合領域５３の周囲における封止樹脂８とともに一体として封止されるように形成される。樹脂材１３を設ける位置は、例えば図７に示すように、金属シート５の露出面５ａにおける四隅部分５１であり、非接合領域５３の一部分である。   The resin material 13 is formed so as to be sealed together with the sealing resin 8 around the non-bonding region 53 with respect to at least a part of the non-bonding region 53. For example, as shown in FIG. 7, the resin material 13 is provided at the four corners 51 on the exposed surface 5 a of the metal sheet 5 and a part of the non-bonded region 53.

例えば四隅部分５１に設けられる各樹脂材１３は、上記厚み方向６３において、概ね同じ厚みに揃えられていることが好ましく、少なくともはんだ７０の厚さ以下でなければならない。樹脂材１３の厚みを揃えることで、はんだ７０の厚みを設定でき、はんだクラックが発生するのを抑制することができる。   For example, it is preferable that the resin materials 13 provided at the four corner portions 51 are substantially equal in thickness in the thickness direction 63 and should be at least equal to or less than the thickness of the solder 70. By making the thickness of the resin material 13 uniform, the thickness of the solder 70 can be set, and the occurrence of solder cracks can be suppressed.

さらに、樹脂材１３は、その耐熱温度が、はんだ７０の融点より高くなければならない。本実施の形態２における半導体装置１０２では、樹脂材１３としてエポキシ樹脂等を用いているが、非接合領域５３の少なくとも一部分に対して、非接合領域５３の周囲における封止樹脂８とともに一体として封止可能な材料であれば、エポキシ樹脂以外の他の材料を用いてもかまわない。   Further, the heat resistance temperature of the resin material 13 must be higher than the melting point of the solder 70. In the semiconductor device 102 according to the second embodiment, epoxy resin or the like is used as the resin material 13, but at least a part of the non-joining region 53 is sealed together with the sealing resin 8 around the non-joining region 53. Any material other than epoxy resin may be used as long as it can be stopped.

さらに、樹脂材１３の形状は、図７に示すような形状に限定するものではない。つまり、図７では、上記投影領域３１に相当する部分を接合領域５２とした上で、はんだ７０によるはんだ付けの際に、はんだ７０からボイドが抜けるように、金属シート５における非接合領域５３の一部を樹脂材１３で封止しないように、樹脂材１３の形状を定めている。これに対し、例えば図８から図１０に示すような、樹脂材１３の形状を採ることもできる。   Furthermore, the shape of the resin material 13 is not limited to the shape shown in FIG. That is, in FIG. 7, the portion corresponding to the projection region 31 is set as the joint region 52, and when the solder 70 is soldered, the voids are removed from the solder 70 so that the non-joint region 53 of the metal sheet 5 is removed. The shape of the resin material 13 is determined so that a part is not sealed with the resin material 13. On the other hand, for example, the shape of the resin material 13 as shown in FIGS. 8 to 10 can be adopted.

図８は、金属シート５の剥離の起点となる可能性が高い金属シート５の頂部近傍５１ａに対応した領域のみを覆うように、非接合領域５３の一部分に樹脂材１３を設けた形態を示している。また、図８に示す形態では、図示するように接合領域５２は、上記投影領域３１を超えて存在する。   FIG. 8 shows a form in which the resin material 13 is provided in a part of the non-bonding region 53 so as to cover only the region corresponding to the top vicinity 51a of the metal sheet 5 which is likely to be a starting point of the metal sheet 5 peeling. ing. In the form shown in FIG. 8, the bonding region 52 exists beyond the projection region 31 as shown in the figure.

図９は、金属シート５における長手方向５４における両端部５５に対応した領域のみを覆うように、非接合領域５３に樹脂材１３を設けた形態を示している。また、図９に示す形態では、非接合領域５３の全てが樹脂材１３で覆われている。
図９に示す形状によれば、金属シート５の四隅部分５１を含む端部５５を樹脂材１３で封止した上で、はんだスクラブが可能である。 FIG. 9 shows a form in which the resin material 13 is provided in the non-joining region 53 so as to cover only the region corresponding to both end portions 55 in the longitudinal direction 54 of the metal sheet 5. Further, in the form shown in FIG. 9, the entire non-bonded region 53 is covered with the resin material 13.
According to the shape shown in FIG. 9, solder scrub is possible after the end portion 55 including the four corner portions 51 of the metal sheet 5 is sealed with the resin material 13.

図１０は、図９に示す形態に類似し、上記長手方向５４に直交する直交方向５４ａにおける両端部５５に対応した領域のみを覆うように、非接合領域５３に樹脂材１３を設けた形態を示している。図９に示す形態でも、非接合領域５３の全てが樹脂材１３で覆われている。   FIG. 10 is similar to the form shown in FIG. 9, and is a form in which the resin material 13 is provided in the non-joining region 53 so as to cover only the region corresponding to both end portions 55 in the orthogonal direction 54 a orthogonal to the longitudinal direction 54. Show. Also in the form shown in FIG. 9, all of the non-bonding regions 53 are covered with the resin material 13.

このように、非接合領域５３の全部または一部と、非接合領域５３の周囲の封止樹脂８とを樹脂材１３にて封止することで、金属シート５が剥離や損傷を起こす起点となる部分が封止されることになる。よって、金属シート５の端部に熱応力が生じても、金属シート５が剥離や損傷するのをさらに抑制できるというメリットがある。   Thus, by sealing all or part of the non-bonded region 53 and the sealing resin 8 around the non-bonded region 53 with the resin material 13, a starting point at which the metal sheet 5 is peeled off or damaged. That part will be sealed. Therefore, even if thermal stress is generated at the end of the metal sheet 5, there is an advantage that the metal sheet 5 can be further prevented from being peeled off or damaged.

このように、本実施の形態２における半導体装置１０２では、実施の形態１の半導体装置１０１と同様に放熱性の向上を図ることができ、かつ、半導体装置１０１よりもさらに信頼性の向上を図ることができる。   As described above, in the semiconductor device 102 in the second embodiment, the heat dissipation can be improved similarly to the semiconductor device 101 in the first embodiment, and the reliability can be further improved as compared with the semiconductor device 101. be able to.

また、図９及び図１０に示す形態のように、非接合領域５３の全部を樹脂材１３で封止することで、はんだ７０によるはんだ付けの際に、はんだ７０が非接合領域５３に流れるのを防ぐことができるという効果がある。つまり、樹脂材１３は、はんだレジストとしての役割をするというメリットがある。   Further, as shown in FIGS. 9 and 10, by sealing the entire non-joining region 53 with the resin material 13, the solder 70 flows into the non-joining region 53 during soldering with the solder 70. There is an effect that can be prevented. In other words, the resin material 13 has an advantage of acting as a solder resist.

なお、本実施の形態２による半導体装置１０２の製造工程では、非接合領域５３と、非接合領域５３の周囲の封止樹脂８とを樹脂材１３によって封止した後、冷却装置６０と半導体モジュール２０とがはんだ７０によって接合される。よって、樹脂材１３が金属シート５の端部５５の全てを覆った場合には、はんだ７０によるはんだ付け工程において、はんだボイドが樹脂材１３によってトラップされてしまう可能性がある。したがって、金属シート５の端部５５には、樹脂材１３で封止されていない箇所が存在することが好ましい。   In the manufacturing process of the semiconductor device 102 according to the second embodiment, the non-joining region 53 and the sealing resin 8 around the non-joining region 53 are sealed with the resin material 13 and then the cooling device 60 and the semiconductor module. 20 are joined by solder 70. Therefore, when the resin material 13 covers all of the end portions 55 of the metal sheet 5, the solder voids may be trapped by the resin material 13 in the soldering process using the solder 70. Therefore, it is preferable that the end portion 55 of the metal sheet 5 has a portion that is not sealed with the resin material 13.

また、樹脂材１３が金属シート５の端部５５を覆っている場合では、樹脂材１３において、はんだ７０の厚さを保障するための樹脂高さが高い部位と、はんだボイドがトラップされないための樹脂高さが低い部位とがあるのが望ましい。   Further, in the case where the resin material 13 covers the end portion 55 of the metal sheet 5, the resin material 13 has a high resin height for ensuring the thickness of the solder 70 and the solder void is not trapped. It is desirable that there is a portion with a low resin height.

さらには、金属シート５と封止樹脂８との界面を、樹脂材１３で覆ったことから、上記界面から、フラックス成分、はんだ付け後の洗浄液成分、はんだ、及び水分等の侵入を完全に防止することができる。よって、より高絶縁な半導体装置を得ることができるというメリットがある。   Furthermore, since the interface between the metal sheet 5 and the sealing resin 8 is covered with the resin material 13, the entry of the flux component, the cleaning liquid component after soldering, solder, moisture, etc. is completely prevented from the interface. can do. Therefore, there is an advantage that a semiconductor device with higher insulation can be obtained.

またさらには、本半導体装置の絶縁性を担保している絶縁シート２は、樹脂を主成分としていることから、吸湿した場合に絶縁性が劣化することが懸念される。しかしながら、本実施の形態２の構成によれば、樹脂材１３を設けたことで上記界面からの水分の浸入を抑制することができ、上記懸念を大幅に低減することができる。出願人が行った実験においても、本実施の形態２の構成により、絶縁シート２の吸湿性が大幅に低減し、結果としてより高い絶縁性を確保できることを確認している。   Furthermore, since the insulating sheet 2 that ensures the insulating properties of the semiconductor device is mainly composed of resin, there is a concern that the insulating properties may deteriorate when moisture is absorbed. However, according to the configuration of the second embodiment, the provision of the resin material 13 can suppress the intrusion of moisture from the interface, and can greatly reduce the concern. Also in the experiment conducted by the applicant, it has been confirmed that the hygroscopicity of the insulating sheet 2 is greatly reduced by the configuration of the second embodiment, and as a result, higher insulating properties can be secured.

また、上述した樹脂材１３の厚みについて、図１１に示す半導体装置１０２Ｂのように、冷却装置６０と半導体モジュール２０とを接合するはんだ７０にて保障したい、はんだ７０の最低厚みに一致させてもよい。このような構成を採ることで、以下の効果が得られる。   Further, the thickness of the resin material 13 described above may be guaranteed by the solder 70 that joins the cooling device 60 and the semiconductor module 20 as in the semiconductor device 102B shown in FIG. Good. By adopting such a configuration, the following effects can be obtained.

即ち、本実施の形態２による半導体装置１０２の製造工程では、半導体素子１を含む部材を封止樹脂８によって封止した後、樹脂材１３によって非接合領域５３と、非接合領域５３の周囲の封止樹脂８とを封止し、その後、冷却装置６０と半導体モジュール２０とがはんだ７０によって接合される。このとき、図１１に示す半導体装置１０２Ｂのように樹脂材１３の厚みをはんだ７０の最低厚みに一致させておくことで、はんだ７０を適切な量供給してはんだ付け工程を行うことによって、はんだ７０に生じるはんだクラックをより抑制することができるという効果がある。これは、樹脂材１３をはんだ７０と同じ厚みにそろえておくことで、はんだ厚の最低厚さを設定することができるからである。つまり、はんだ７０に生じる応力は、はんだ厚が薄いほど大きくなるため、はんだ厚の最低厚さを保障できることで、はんだ７０に、はんだクラックを抑制可能な厚さを必ず保持させることができるからである。   That is, in the manufacturing process of the semiconductor device 102 according to the second embodiment, after the member including the semiconductor element 1 is sealed with the sealing resin 8, the non-bonded region 53 and the periphery of the non-bonded region 53 are sealed with the resin material 13. The sealing resin 8 is sealed, and then the cooling device 60 and the semiconductor module 20 are joined by the solder 70. At this time, by making the thickness of the resin material 13 coincide with the minimum thickness of the solder 70 as in the semiconductor device 102B shown in FIG. There is an effect that solder cracks occurring in 70 can be further suppressed. This is because by setting the resin material 13 to the same thickness as the solder 70, the minimum thickness of the solder can be set. In other words, since the stress generated in the solder 70 increases as the solder thickness decreases, the minimum thickness of the solder thickness can be ensured, so that the solder 70 can be surely held at a thickness capable of suppressing solder cracks. is there.

実施の形態３．
次に、図１２を参照して、本実施の形態３における半導体装置１０３について以下に説明する。
本実施の形態３における半導体装置１０３は、図６を参照し上述した半導体装置１０２の樹脂材１３を封止樹脂８と一体的に成形した点でのみ、半導体装置１０２と相違する。尚、本実施の形態３の半導体装置１０３において、樹脂材１３を一体成形した封止樹脂について「８０」の符号を付し、樹脂材１３に相当する部分を封止部１４とする。また、半導体装置１０３におけるその他の構成部分は、上述した半導体装置１０２における構成部分と同じであり、同じ構成部分について、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。 Embodiment 3 FIG.
Next, the semiconductor device 103 according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
The semiconductor device 103 according to the third embodiment is different from the semiconductor device 102 only in that the resin material 13 of the semiconductor device 102 described above with reference to FIG. In the semiconductor device 103 according to the third embodiment, the sealing resin integrally molded with the resin material 13 is denoted by reference numeral “80”, and the portion corresponding to the resin material 13 is defined as the sealing portion 14. The other components in the semiconductor device 103 are the same as the components in the semiconductor device 102 described above, and the description of the same components is omitted here. Similarly, in the manufacturing process, the description of the same parts as those of the semiconductor device 102 is omitted.

封止樹脂８０における封止部１４の上記厚み方向６３における厚みは、図６を参照した半導体装置１０２のように、はんだ７０の厚みに比べて薄い、及び、図１１を参照した半導体装置１０２Ｂのように、はんだ７０の厚みと同じ、のいずれであっても良い。また、その形状についても、図７から図１０に図示した樹脂材１３のいずれの形状を採ることができる。   The thickness of the sealing portion 14 in the sealing resin 80 in the thickness direction 63 is smaller than the thickness of the solder 70 as in the semiconductor device 102 with reference to FIG. 6, and the thickness of the semiconductor device 102B with reference to FIG. Thus, any of the same as the thickness of the solder 70 may be used. In addition, any shape of the resin material 13 shown in FIGS. 7 to 10 can be adopted.

図１２に示す半導体装置１０３のように封止部１４を一体的に成形した封止樹脂８０によれば、封止樹脂８とは別個に樹脂材１３で封止した場合と比較して、封止部１４が封止樹脂８から、より剥離しにくくなる。即ち、金属シート５の剥離や損傷の起点となる部分が封止樹脂８０と一体の封止部１４にて封止されているため、金属シート５の端部に熱応力が生じた場合でも、金属シート５が剥離や損傷するのをさらに抑制できるというメリットがある。また、封止部１４の形状は、金型により決定できるため、封止部１４を同じ厚みに揃えやすいという効果も得ることができる。   According to the sealing resin 80 in which the sealing portion 14 is integrally molded as in the semiconductor device 103 shown in FIG. 12, the sealing resin 8 is sealed in comparison with the case where the sealing resin 8 is sealed separately from the sealing resin 8. The stopper 14 is more difficult to peel from the sealing resin 8. That is, since the portion that becomes the starting point of peeling or damage of the metal sheet 5 is sealed by the sealing portion 14 integrated with the sealing resin 80, even when thermal stress is generated at the end of the metal sheet 5, There is an advantage that the metal sheet 5 can be further prevented from being peeled off or damaged. Moreover, since the shape of the sealing part 14 can be determined by a mold, it is possible to obtain an effect that the sealing part 14 can be easily arranged to have the same thickness.

このように、本実施の形態３における半導体装置１０３では、上述の実施の形態１，２の半導体装置１０１等と同様に放熱性の向上を図ることができ、かつ、実施の形態２における半導体装置１０２、１０２Ｂよりもさらに信頼性の向上を図ることができる。   As described above, in the semiconductor device 103 according to the third embodiment, the heat dissipation can be improved similarly to the semiconductor device 101 according to the first and second embodiments described above, and the semiconductor device according to the second embodiment. The reliability can be further improved as compared with 102 and 102B.

さらに、封止部１４は、封止樹脂８０と一体的に形成されるため、樹脂材１３で封止する場合と比較して、製造工程で樹脂材１３を封止する工程をなくすことができる。よって、上述の半導体装置１０１と同じ製造工程で製造することができ、新たな作業が発生することがないという効果がある。   Furthermore, since the sealing portion 14 is formed integrally with the sealing resin 80, the step of sealing the resin material 13 in the manufacturing process can be eliminated as compared with the case of sealing with the resin material 13. . Therefore, it can be manufactured in the same manufacturing process as the semiconductor device 101 described above, and there is an effect that no new work is generated.

１ 半導体素子、２ 絶縁シート、３ 金属ブロック、５ 金属シート、
８ 封止樹脂、１３ 樹脂材、１４ 封止部、
２０ 半導体モジュール、５２ 接合領域、５３ 非接合領域、
６０ 冷却装置、７０ はんだ、
１０１，１０２，１０２Ｂ，１０３ 半導体装置。 1 semiconductor element, 2 insulating sheet, 3 metal block, 5 metal sheet,
8 sealing resin, 13 resin material, 14 sealing part,
20 semiconductor module, 52 bonding area, 53 non-bonding area,
60 cooling device, 70 solder,
101, 102, 102B, 103 Semiconductor device.

Claims (8)

半導体素子を実装した金属部材に絶縁シートを介して金属シートを設け、上記金属シートを一側面に露出させて上記半導体素子及び上記金属部材を樹脂封止して作製された半導体モジュールと、上記金属シートに、はんだを介して接合され、上記半導体素子が発する熱を放散させる冷却装置とを有する半導体装置において、
上記金属シートは、上記はんだが接合される接合領域と、上記接合領域の周囲に位置し上記はんだが接触せずはんだ付けされない非接合領域とを有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor module manufactured by providing a metal sheet with an insulating sheet on a metal member mounted with a semiconductor element, exposing the metal sheet on one side, and sealing the semiconductor element and the metal member with resin, and the metal In a semiconductor device having a cooling device bonded to a sheet via solder and dissipating heat generated by the semiconductor element,
The said metal sheet has a joining area | region where the said solder is joined, and a non-joining area | region which is located around the said joining area | region and the said solder does not contact and is not soldered. 上記金属シートは方形状であり、上記非接合領域は、上記金属シートの四隅に対応して位置する、請求項１記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal sheet has a rectangular shape, and the non-joining regions are located corresponding to four corners of the metal sheet. 上記非接合領域は、上記金属シートの端部に対応して位置する、請求項１記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the non-bonding region is located corresponding to an end portion of the metal sheet. 上記接合領域は、上記金属部材の投影面積を超える面積を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bonding region has an area that exceeds a projected area of the metal member. 上記接合領域は、はんだが接合可能に処理され、上記非接合領域は、はんだが非接合となるよう処理されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bonding region is processed so that solder can be bonded, and the non-bonding region is processed so that the solder is not bonded. 6. 上記非接合領域の少なくとも一部を覆う樹脂材をさらに備えた、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a resin material that covers at least a part of the non-bonded region. 上記樹脂材の厚みはほぼ一定である、請求項６記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the thickness of the resin material is substantially constant. 上記樹脂材は、上記半導体モジュールの樹脂封止材と一体的に成形される、請求項６又は７に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the resin material is molded integrally with a resin sealing material of the semiconductor module.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013046016A (en) * 2011-08-26 2013-03-04 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2013065648A (en) * 2011-09-16 2013-04-11 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2013110181A (en) * 2011-11-18 2013-06-06 Mitsubishi Electric Corp Electric power conversion apparatus and manufacturing method of the same
JP2014053344A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Renesas Electronics Corp Electronic apparatus and semiconductor device
JP2014107290A (en) * 2012-11-22 2014-06-09 Daikin Ind Ltd Power module with cooler and method of manufacturing the same
JP2015170786A (en) * 2014-03-10 2015-09-28 三菱電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2015145752A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 三菱電機株式会社 Semiconductor module and drive unit equipped with semiconductor module
JPWO2016125673A1 (en) * 2015-02-02 2017-11-09 株式会社村田製作所 Semiconductor module and power control unit
JP2018110187A (en) * 2017-01-04 2018-07-12 富士電機株式会社 Manufacturing method for semiconductor device and semiconductor device
DE112021005402T5 (en) 2020-12-22 2023-07-27 Hitachi Astemo, Ltd. ELECTRONIC CIRCUIT BODY AND POWER CONVERSION DEVICE
DE112016003982B4 (en) 2015-09-01 2023-10-12 Rohm Co., Ltd. Power module with thermal dissipation arrangement

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7023339B1 (en) 2020-11-04 2022-02-21 三菱電機株式会社 Semiconductor device

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334318A (en) * 1993-05-25 1994-12-02 Nippon Avionics Co Ltd Reflow soldering method
JPH07226422A (en) * 1994-02-14 1995-08-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Package of electronic component
JPH08264680A (en) * 1995-03-17 1996-10-11 Dowa Mining Co Ltd Semiconductor packaging structure body
JPH09260550A (en) * 1996-03-22 1997-10-03 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JPH09260548A (en) * 1996-03-21 1997-10-03 Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk Ceramic board for semiconductor device
JP2004165281A (en) * 2002-11-11 2004-06-10 Mitsubishi Electric Corp Molding resin sealed power semiconductor device and its producing process
JP2005183860A (en) * 2003-12-24 2005-07-07 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc Substrate for semiconductor module
JP2006128555A (en) * 2004-11-01 2006-05-18 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006210956A (en) * 1997-02-27 2006-08-10 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JP2006351988A (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Denki Kagaku Kogyo Kk Ceramic substrate, ceramic circuit board and power control component using same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334318A (en) * 1993-05-25 1994-12-02 Nippon Avionics Co Ltd Reflow soldering method
JPH07226422A (en) * 1994-02-14 1995-08-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Package of electronic component
JPH08264680A (en) * 1995-03-17 1996-10-11 Dowa Mining Co Ltd Semiconductor packaging structure body
JPH09260548A (en) * 1996-03-21 1997-10-03 Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk Ceramic board for semiconductor device
JPH09260550A (en) * 1996-03-22 1997-10-03 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JP2006210956A (en) * 1997-02-27 2006-08-10 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JP2004165281A (en) * 2002-11-11 2004-06-10 Mitsubishi Electric Corp Molding resin sealed power semiconductor device and its producing process
JP2005183860A (en) * 2003-12-24 2005-07-07 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc Substrate for semiconductor module
JP2006128555A (en) * 2004-11-01 2006-05-18 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006351988A (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Denki Kagaku Kogyo Kk Ceramic substrate, ceramic circuit board and power control component using same

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012214917B4 (en) 2011-08-26 2018-09-27 Mitsubishi Electric Corp. Semiconductor device and method for its production
CN102956569A (en) * 2011-08-26 2013-03-06 三菱电机株式会社 Semiconductor device and method of manufacture thereof
US11088045B2 (en) 2011-08-26 2021-08-10 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device having a cooling body with a groove
JP2013046016A (en) * 2011-08-26 2013-03-04 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2013065648A (en) * 2011-09-16 2013-04-11 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2013110181A (en) * 2011-11-18 2013-06-06 Mitsubishi Electric Corp Electric power conversion apparatus and manufacturing method of the same
JP2014053344A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Renesas Electronics Corp Electronic apparatus and semiconductor device
JP2014107290A (en) * 2012-11-22 2014-06-09 Daikin Ind Ltd Power module with cooler and method of manufacturing the same
JP2015170786A (en) * 2014-03-10 2015-09-28 三菱電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of the same
CN106165089A (en) * 2014-03-28 2016-11-23 三菱电机株式会社 Semiconductor module and be equipped with the driving means of semiconductor module
EP3125287A4 (en) * 2014-03-28 2017-12-13 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor module and drive unit equipped with semiconductor module
JPWO2015145752A1 (en) * 2014-03-28 2017-04-13 三菱電機株式会社 Semiconductor module and drive device mounted with semiconductor module
US10373896B2 (en) 2014-03-28 2019-08-06 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor module and drive device equipped with semiconductor module
CN106165089B (en) * 2014-03-28 2020-06-09 三菱电机株式会社 Semiconductor module and driving device mounted with semiconductor module
WO2015145752A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 三菱電機株式会社 Semiconductor module and drive unit equipped with semiconductor module
JPWO2016125673A1 (en) * 2015-02-02 2017-11-09 株式会社村田製作所 Semiconductor module and power control unit
DE112016003982B4 (en) 2015-09-01 2023-10-12 Rohm Co., Ltd. Power module with thermal dissipation arrangement
JP2018110187A (en) * 2017-01-04 2018-07-12 富士電機株式会社 Manufacturing method for semiconductor device and semiconductor device
DE112021005402T5 (en) 2020-12-22 2023-07-27 Hitachi Astemo, Ltd. ELECTRONIC CIRCUIT BODY AND POWER CONVERSION DEVICE

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