JP2011258814A - Semiconductor device cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置を冷却するための半導体装置冷却器に関する。 The present invention relates to a semiconductor device cooler for cooling a semiconductor device.
従来の半導体装置冷却器としては、例えば特許文献1に記載されているように、半導体チップが放熱基板の表面に積層され、封止樹脂が放熱基板の表面及び側面を覆うように設けられているものが知られている。このような半導体装置冷却器では、放熱基板の表面において対向する2辺に沿って突起を設けることで、封止樹脂の剥離を防止することが図られている。
As a conventional semiconductor device cooler, for example, as described in
ここで、上述したような半導体装置冷却器では、半導体装置が絶縁層を介して積層される一主面及び冷媒接触面とされる他主面を有する天板に、半導体装置及び絶縁層を封止するよう封止樹脂が設けられている場合がある。この場合、例えば半導体装置の信頼性を高めるべく、絶縁層の耐湿性及び封止樹脂の密着性を向上することが望まれている。 Here, in the semiconductor device cooler as described above, the semiconductor device and the insulating layer are sealed on the top plate having one main surface on which the semiconductor device is stacked via the insulating layer and the other main surface serving as the coolant contact surface. A sealing resin may be provided to stop. In this case, for example, in order to increase the reliability of the semiconductor device, it is desired to improve the moisture resistance of the insulating layer and the adhesion of the sealing resin.
そこで、本発明は、絶縁層の耐湿性及び封止樹脂の密着性を向上することができる半導体装置冷却器を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the semiconductor device cooler which can improve the moisture resistance of an insulating layer, and the adhesiveness of sealing resin.
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置冷却器は、半導体装置を冷却するための半導体装置冷却器であって、半導体装置が絶縁層を介して積層される一主面、及び冷媒接触面とされる他主面を有する天板を備え、天板には、半導体装置及び絶縁層を封止するように封止樹脂が設けられており、天板は、該天板の厚さ方向に沿う所定断面において封止樹脂と接触する縁部に、凸部及び凹部の双方を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor device cooler according to the present invention is a semiconductor device cooler for cooling a semiconductor device, wherein one main surface on which the semiconductor device is stacked via an insulating layer, and a refrigerant contact A top plate having another main surface as a surface, and the top plate is provided with a sealing resin so as to seal the semiconductor device and the insulating layer, and the top plate has a thickness direction of the top plate. It has both the convex part and the recessed part in the edge part which contacts sealing resin in the predetermined cross section in alignment.
この半導体装置冷却器においては、水分や湿気が絶縁層に侵入する侵入経路上、つまり、天板と封止樹脂との境界から絶縁層に至るまでの経路上に、凸部及び凹部の両方を有することとなる。よって、侵入経路が好適に長くなり、絶縁層の耐湿性を向上することができる。また、このような凸部及び凹部によって、天板と封止樹脂との接触面積を増大させることができ、封止樹脂の密着性を向上することが可能となる。 In this semiconductor device cooler, both protrusions and recesses are formed on the intrusion path through which moisture and moisture enter the insulating layer, that is, on the path from the boundary between the top plate and the sealing resin to the insulating layer. Will have. Therefore, the intrusion path is suitably lengthened, and the moisture resistance of the insulating layer can be improved. Moreover, such a convex part and a recessed part can increase the contact area of a top plate and sealing resin, and it becomes possible to improve the adhesiveness of sealing resin.
また、凸部及び凹部の少なくとも一方は、所定断面視で山型形状となるように形成されていることが好ましい。この場合、凸部及び凹部の少なくとも一方の周辺に封止樹脂が回り込み易くなり、封止樹脂にボイド(気泡)が発生するのを抑制することができる。 Moreover, it is preferable that at least one of a convex part and a recessed part is formed so that it may become a mountain shape by predetermined cross-sectional view. In this case, the sealing resin easily goes around at least one of the convex portion and the concave portion, and generation of voids (bubbles) in the sealing resin can be suppressed.
本発明によれば、絶縁層の耐湿性及び封止樹脂の密着性を向上することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the moisture resistance of the insulating layer and the adhesion of the sealing resin.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」の語は、図面の上下方向に対応するものであり便宜的なものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The terms “upper” and “lower” correspond to the vertical direction of the drawing and are for convenience.
まず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。図1に示すように、本実施形態の半導体モジュール10は、半導体チップ(半導体装置)11を冷却するための半導体装置冷却器1を具備し、半導体装置冷却器1は、天板12を備えている。
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor module including a semiconductor device cooler according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
天板12は、その上面(一主面)12aの中央部に、絶縁シート13が貼り付けられて積層される積層領域Rを有している。天板12の積層領域Rを含む積層部12x(積層領域Rの直下部分)の厚さLは、所定厚さ(例えば、2mm)以上とされている。これは、天板12が絶縁シート13の貼付け応力に耐久でき、且つ天板12の過渡熱抵抗を低減させるためである。また、天板12の下面(他主面)12bは、複数のフィンFを有している。つまり、下面12bは、冷媒接触面となっており、例えば冷媒としての空気が下面12bに接触する。
The
絶縁シート(絶縁層)13は、例えばエポキシ樹脂で形成された矩形状のシート体であって、絶縁性を有している。この絶縁シート13の上面13aの一部には、金属板14が積層されて固定されている。金属板14は、例えば銅で形成され、半導体チップ11の熱を拡散させると共に熱抵抗の低下を図るヒートスプレッダとして機能する。この金属板14の上面14aの一部には、はんだ15を介して上記半導体チップ11が積層されて固定されている。半導体チップ11は、ボンディングワイヤ16によってリード17に電気的に接続されている。
The insulating sheet (insulating layer) 13 is a rectangular sheet formed of, for example, an epoxy resin, and has an insulating property. A
また、天板12の上面12a側には、半導体チップ11、絶縁シート13、金属板14、ボンディングワイヤ16及びリード17を封止するように封止樹脂18が設けられている。ここでの封止樹脂18としては、モールド樹脂が用いられている。なお、封止樹脂18として、例えばポッティング樹脂等を用いることもできる。
A
ここで、本実施形態の天板12は、その厚さ方向に沿う所定断面Dにおいて封止樹脂18と接触する縁部3の上面12a側に、凸部4と、該凸部4に対し面方向(上面12aに沿う方向)内側に隣接する凹部5との双方を有している。換言すると、上面12aは、その最外周位置から積層領域Rを結ぶ直線分中に、凸部4及び凹部5の両方をこの順に備えている。
Here, the
凸部4は、所定断面D視にて上方に山型に突出するように形成されており、平坦な頂部4xと、該頂部4xの両端に連続し裾広がりになるよう傾斜する側部4yと、を含んで構成されている。また、凹部5は、所定断面D視にて下方に山型に窪むように形成されており、平坦な底部5xと、該底部5xの両端に連続し裾広がりになるよう傾斜する側部5yと、を含んで構成されている。また、これら凸部4及び凹部5は、側部4y,5yが互いに連続するように形成されている。
The
この凸部4は、好ましいとして、積層部12xの上面12aよりも厚さLの略1/4以上の突出高さを有しており、ここでは、略1/3以上の突出高さを有している。さらにまた、凹部5は、好ましいとして、積層部12xの上面12aよりも厚さLの略1/4以上の深さを有しており、ここでは、略1/3以上の深さを有している。なお、上面12a視では、凸部4は、積層領域Rを囲むよう枠状に延びる凸条を構成し、凹部5は、凸条の内側で積層領域Rを囲むよう枠状に延びる溝を構成している。
The
以上、本実施形態の天板12では、上面12aに半導体チップ11が絶縁シート13を介して積層されると共に、下面12bが冷媒接触面とされ、そして、所定断面Dにおいて封止樹脂18と接触する縁部3に凸部4及び凹部5の双方が形成される。よって、本実施形態の半導体モジュール10にあっては、水分や湿気が外部から絶縁シート13に侵入する侵入経路上、つまり、天板12と封止樹脂18との境界Bから絶縁シート13に至るまでの経路上に、凸部4及び凹部5の両方を有することとなる。その結果、侵入経路が好適に長くなり、絶縁シート13の耐湿性を向上することができる。
As described above, in the
また、このような凸部4及び凹部5によって、天板12と封止樹脂18との接触面積が増大するため、封止樹脂18の密着性を向上することが可能となり、ひいては、アンカー効果を高めることができる。加えて、例えば温度変化等に起因して絶縁シート13に発生するせん断方向応力を、凸部4及び凹部5によって分散させて低減させることが可能となる。
Moreover, since the contact area of the
すなわち、本実施形態においては、天板12に積極的に凹凸をつけることで絶縁シート13の吸湿を防ぐと共に該絶縁シート13の封止樹脂18に対する密着性を高めることができ、これと同時に、絶縁シート13に加わる応力の低減が可能となる。その結果、信頼性の高い半導体モジュールを提供することが可能となる。
That is, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、上述したように、凸部4及び凹部5が所定断面D視で山型形状となるよう形成されているため、これら凸部4及び凹部5の周辺に封止樹脂18が回り込み易くなり、封止樹脂18にボイド(気泡)が発生するのを抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, since the
また、一般的に、絶縁シート13を用いた構造では、絶縁シート13への応力増加及び絶縁シート13の吸湿増加によって、絶縁シート13の破壊及び絶縁信頼性(イオンマイグレーション等)の低下が懸念され、また、近年のモジュールの小型化要求のために絶縁に必要な面積割合が大きくなっていることから、信頼性の低下が問題とされている。よって、信頼性の高い半導体モジュールを提供できる本実施形態は、特に有効なものであるといえる。
In general, in the structure using the insulating
なお、本発明の凸部及び凹部の形状は、上述した本実施形態の凸部4及び凹部5の形状に限定されるものではなく、種々の形状としてもよい。例えば、図2に示すように、所定断面D視において、凸部4が、上方に矩形状の突出するように形成され、その頂部4x及び側部4yが直交するようになっていてもよく、また、凹部5が、下方に矩形状に窪むように形成され、その底部5x及び側部5yが直交するようになっていてもよい。
In addition, the shape of the convex part and recessed part of this invention is not limited to the shape of the
また、本発明では、図3に示すように、天板12の下面12bにハウジング19が設けられ、冷媒としての冷却水Wが下面12bに接触するよう構成されていてもよい。この場合、冷却水Wの水圧等で絶縁シート13に加わる上下方向の応力をも、凸部4及び凹部5によって低減することができる。
Moreover, in this invention, as shown in FIG. 3, the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。図4に示すように、本実施形態の半導体モジュール20にあっては、天板25を備える半導体装置冷却器21を具備する点で、上記第1実施形態と異なっている。天板25では、所定断面D視で下面25b側に凸部22及び凹部23,24がさらに形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic sectional view showing a semiconductor module including a semiconductor device cooler according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the
具体的には、この天板25は、その厚さ方向に沿う所定断面Dにおいて封止樹脂18と接触する縁部3の下面25b側に、凸部22及び凹部23,24をさらに有している。凹部23は、凸部22に対し面方向内側に隣接し、凹部23は、凸部22に対し面方向外側に隣接している。
Specifically, the
以上、本実施形態においても、絶縁シート13の耐湿性及び封止樹脂18の密着性を向上するという上記効果と同様な効果を奏する。さらに、本実施形態は、所定断面D視で天板25の下面25b側に凸部22及び凹部23,24をさらに有するため、かかる効果は顕著となる。
As mentioned above, also in this embodiment, there exists an effect similar to the said effect of improving the moisture resistance of the insulating
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図5は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置冷却器を含む半導体モジュール示す概略断面図である。図5に示すように、本実施形態の半導体モジュール30にあっては、天板34を備える半導体装置冷却器31を具備する点で、上記第1実施形態と異なっている。天板34では、所定断面D視で側面34c側に凸部32及び凹部33がさらに形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor module including a semiconductor device cooler according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the
具体的には、この天板34は、その厚さ方向に沿う所定断面Dにおいて封止樹脂18と接触する縁部3の側面34c側に、凸部32と凹部33とをさらに有している。凸部32は凹部33に対し上方(凹部33は凸部32に対し下方)に位置している。
Specifically, the
以上、本実施形態においても、絶縁シート13の耐湿性及び封止樹脂18の密着性を向上するという上記効果と同様な効果を奏する。さらに、本実施形態は、所定断面D視で天板34の側面34c側に凸部32及び凹部33をさらに有するため、かかる効果は顕著となる。
As mentioned above, also in this embodiment, there exists an effect similar to the said effect of improving the moisture resistance of the insulating
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る半導体装置冷却器は、実施形態に係る上記半導体装置冷却器1,21,31に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the semiconductor device cooler according to the present invention is not limited to the
例えば、上記第2実施形態は、所定断面D視で天板25の上面25a側に凸部4及び凹部5を有すると共に、下面25b側に凸部22及び凹部23,24を有しているが、上面側のみ又は下面側のみに凸部及び凹部を有していてもよい。また、上記第3実施形態は、所定断面D視で天板34の上面34a側に凸部4及び凹部5を有すると共に、側面34c側に凸部32及び凹部33を有しているが、上面側のみ又は側面側のみに凸部及び凹部を有していてもよい。さらに、天板の上面側、下面側及び側面側の全てに凸部及び凹部を有していてもよい。
For example, the second embodiment has the
1,21,31…半導体装置冷却器、3…縁部、4…凸部、5…凹部、11…半導体チップ(半導体装置)、12…天板、12a…上面(一主面)、12b…下面(他主面)、13…絶縁シート(絶縁層)、18…封止樹脂、D…所定断面。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体装置が絶縁層を介して積層される一主面、及び冷媒接触面とされる他主面を有する天板を備え、
前記天板には、前記半導体装置及び前記絶縁層を封止するように封止樹脂が設けられており、
前記天板は、該天板の厚さ方向に沿う所定断面において前記封止樹脂と接触する縁部に、凸部及び凹部の双方を有することを特徴とする半導体装置冷却器。 A semiconductor device cooler for cooling a semiconductor device,
A top plate having one main surface on which the semiconductor device is laminated via an insulating layer and another main surface which is a refrigerant contact surface;
The top plate is provided with a sealing resin so as to seal the semiconductor device and the insulating layer,
The said top plate has both a convex part and a recessed part in the edge part which contacts the said sealing resin in the predetermined cross section along the thickness direction of this top plate, The semiconductor device cooler characterized by the above-mentioned.
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