JP2013161956A

JP2013161956A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2013161956A
Application number: JP2012023002A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakagawa; 信也中川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: JP5797126B2

Abstract

【課題】樹脂とヒートシンクとを強固に密着させることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体チップを放熱するためのヒートシンク２００と、ヒートシンク２００の一部を露出した状態で、半導体チップおよびヒートシンク２００を少なくとも封止する樹脂１１０とを備える。半導体装置１００は、樹脂１１０が所定方向に注入されて形成される。ヒートシンク２００には、所定方向のみに沿って延在する溝２１０が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクを用いた半導体装置に関する。

トランスファモールディング方式で形成された電力用半導体装置では、絶縁距離および放熱性を稼ぐために、金属、セラミック等のヒートシンクを内蔵する場合が多い。このような電力用半導体装置では、ヒートシンクのサイズが大きくなる程、ヒートシンクの線膨張係数と、樹脂の線膨張係数との違いにより、ヒートシンクと樹脂との密着性が悪くなるという問題がある。

そこで、ヒートシンクに溝を設けることにより、ヒートシンクと樹脂との密着性を向上させる技術（以下、従来技術Ａともいう）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２２８２８６号公報

しかしながら、従来技術Ａでは、溝がループ状に形成されているため、特定の方向から樹脂が注入された場合、当該溝のうち、当該特定方向と垂直な部分には、樹脂が十分に充填されない可能性が高い。この場合、樹脂が十分に充填されていない部分における樹脂とヒートシンクとの密着性が十分でないという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、樹脂とヒートシンクとを強固に密着させることができる半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを放熱するためのヒートシンクと、前記ヒートシンクの一部を露出した状態で、前記半導体チップおよび前記ヒートシンクを少なくとも封止する樹脂とを備え、前記半導体装置は、前記樹脂が所定方向に注入されて形成されるものであり、前記ヒートシンクには、前記所定方向のみに沿って延在し、かつ、前記樹脂が充填された溝が設けられる。

すなわち、ヒートシンクに設けられる溝は、樹脂が注入される所定方向のみに沿って延在する。そのため、当該溝全体に樹脂が確実に充填される。これにより、アンカー効果により、ヒートシンクと樹脂とを強固に密着させることができる。

本発明により、樹脂とヒートシンクとを強固に密着させることができる。

実施の形態１に係る半導体装置の上面図である。実施の形態１に係るヒートシンクの構造を示す図である。溝近傍の拡大図である。実施の形態１の変形例１に係る半導体装置の構成を示す上面図である。溝近傍の拡大図である。実施の形態１の変形例３に係るヒートシンクの側面図である。実施の形態１の変形例４に係るヒートシンクの構造を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の上面図である。図１において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の各々も、互いに直交する。

半導体装置１００は、電力用の半導体パッケージである。半導体装置１００は、トランスファモールディング方式の製造方法で形成される。

図１に示すように、半導体装置１００は、ヒートシンク２００と、後述の半導体チップ３００と、電極端子１３０と、樹脂１１０とを含む。

ヒートシンク２００は、半導体チップ３００を放熱するように、当該半導体チップ３００と熱的に接続される。すなわち、ヒートシンク２００は、半導体チップ３００を放熱するためのものである。ヒートシンク２００は、金属、セラミック等で形成される。

ヒートシンク２００の主面を露出した状態で、半導体チップ３００と、電極端子１３０と、ヒートシンク２００は、樹脂１１０により封止される。すなわち、樹脂１１０は、ヒートシンク２００の一部を露出した状態で、半導体チップ３００およびヒートシンク２００を少なくとも封止する樹脂である。樹脂１１０は、トランスファモールディング方式の製造工程で使用される封止樹脂である。ヒートシンク２００の一部は、樹脂１１０から露出している。

樹脂１１０は、トランスファモールディング方式における樹脂の注入工程（以下、樹脂注入工程ともいう）において、図１のＹ方向に沿って、図示しない金型に注入された樹脂である。当該金型は、図１の形状の樹脂１１０を形成するための金型である。すなわち、半導体装置１００は、樹脂１１０が所定方向（Ｙ方向）に注入されて形成されるものである。

樹脂１１０は、第１樹脂１１０ａと、第２樹脂１１０ｂとから構成される。第２樹脂１１０ｂは、第１樹脂１１０ａから、Ｚ方向の反対側方向へ突出するように形成された樹脂である。

なお、半導体装置１００には、孔１２０が形成される。孔１２０は、ヒートシンク２００に、例えば、放熱フィン等をねじにより固定するために使用される。ヒートシンク２００に熱的に接続されるように放熱フィンを取り付けることにより、さらに、半導体装置１００の放熱性をさらに向上させることができる。

図２は、実施の形態１に係るヒートシンク２００の構造を示す図である。

図２（ａ）は、ヒートシンク２００の側面図である。図２（ｂ）は、ヒートシンク２００の上面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ヒートシンク２００の形状は、長尺状である。

図３は、図２（ａ）の溝２１０近傍の拡大図である。ヒートシンク２００に設けられる溝２１０の短手方向に沿った断面の形状は、四角形である。

再び、図２を参照して、ヒートシンク２００には、所定方向（Ｙ方向）のみに沿って延在する溝２１０が設けられる。また、溝２１０は、樹脂注入工程により、ヒートシンク２００のうち樹脂１１０が注入される位置近傍に配置される。これにより、溝２１０には、樹脂１１０が充填される。

以上のように、ヒートシンク２００に設けられる溝２１０は、樹脂１１０が注入される所定方向（Ｙ方向）のみに沿って延在する。これにより、溝２１０全体に樹脂１１０が確実に充填される。これにより、アンカー効果により、ヒートシンク２００と、樹脂１１０とを強固に密着させることができる。

また、樹脂注入工程において、溝２１０のうち樹脂１１０が注入される側の端部２１０ａの形状は、テーパ状である。これにより、溝２１０に樹脂が、さらに、確実に充填される。

なお、樹脂１１０の線膨張係数は、ヒートシンク２００の線膨張係数より小さい。これにより、樹脂１１０が充填されたヒートシンク２００の体積が減り、ヒートシンク２００に加わる応力を緩和することができる。

以上説明したように、本実施の形態における半導体装置１００では、ヒートシンク２００に設けられる溝２１０は、樹脂１１０が注入される所定方向（Ｙ方向）のみに沿って延在する。そのため、当該溝２１０全体に樹脂１１０が確実に充填される。これにより、アンカー効果により、ヒートシンク２００と、樹脂１１０とを強固に密着させることができる。

＜実施の形態１の変形例１＞
なお、ヒートシンク２００に設けられる溝２１０は、半導体装置１００の内部に設けられる半導体チップと接触しないように設けてもよい。以下、図を用いて説明する。

図４は、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置１００の構成を示す上面図である。なお、図４では、説明の都合上、ヒートシンク２００が透けている状態を示す。

半導体装置１００は、さらに、半導体チップ３００を備える。半導体チップ３００には、電子回路が形成される。

図４に示すように、溝２１０は、半導体チップ３００と接触しない位置に設けられる。この構成により、半導体チップ３００の放熱が妨げられないようにすることができる。

＜実施の形態１の変形例２＞
なお、溝２１０の短手方向に沿った断面の形状は、四角形に限定されない。例えば、図５に示すように、ヒートシンク２００に設けられる溝２１０の短手方向に沿った断面の形状は、台形としてもよい。この構成により、実施の形態１における構成よりもさらにアンカー効果を向上させることができ、ヒートシンク２００と、樹脂１１０とをさらに強固に密着させることができる。

＜実施の形態１の変形例３＞
なお、ヒートシンク２００に形成される溝の数は、１つに限定されず、複数であってもよい。以下、図を用いて説明する。

図６は、実施の形態１の変形例３に係るヒートシンク２００の側面図である。

図６に示すように、本実施の形態の変形例３に係るヒートシンク２００には、複数の溝２１０が設けられる。複数の溝２１０の一部または全ての深さは、所定の深さである。言い換えれば、複数の溝２１０の深さは、複数の深さを含む。すなわち、各２１０の深さを任意な深さにする。これにより、ヒートシンク２００の初期の反りを任意にコントロールできる。その結果、半導体装置１００の成型性を容易にすることができる。

＜実施の形態１の変形例４＞
なお、ヒートシンク２００の短手方向の端部にもさらに溝を形成してもよい。以下、図を用いて説明する。

図７は、実施の形態１の変形例４に係るヒートシンク２００の構造を示す図である。図７（ａ）は、実施の形態１の変形例４に係るヒートシンク２００の側面図である。図７（ｂ）は、実施の形態１の変形例４に係るヒートシンク２００の上面図である。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示されるように、ヒートシンク２００の短手方向（Ｙ軸方向）の端部には、さらに、所定方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｚ方向）に沿ってヒートシンク２００を貫通する貫通溝２１２が形成される。言い換えれば、ヒートシンク２００の側面には、ヒートシンク２００の主面から該主面と反対側の面まで貫通する貫通溝２１２が形成される。

以上の構成のヒートシンク２００によれば、貫通溝２１２にも樹脂１１０が充填されるため、ヒートシンク２００と、樹脂１１０とをさらに強固に密着させることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態、実施の形態の変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、実施の形態の変形例を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明は、樹脂とヒートシンクとを強固に密着させることができる半導体装置として、利用することができる。

１００半導体装置、１１０樹脂、２００ヒートシンク、３００半導体チップ。

Claims

半導体装置であって、
半導体チップと、
前記半導体チップを放熱するためのヒートシンクと、
前記ヒートシンクの一部を露出した状態で、前記半導体チップおよび前記ヒートシンクを少なくとも封止する樹脂とを備え、
前記半導体装置は、前記樹脂が所定方向に注入されて形成されるものであり、
前記ヒートシンクには、前記所定方向のみに沿って延在し、かつ、前記樹脂が充填された溝が設けられる
半導体装置。
前記溝のうち前記樹脂が注入される側の端部の形状は、テーパ状である
請求項１に記載の半導体装置。
前記樹脂の線膨張係数は、前記ヒートシンクの線膨張係数より小さい
請求項１または２に記載の半導体装置。
前記溝は、前記半導体チップと接触しない位置に設けられる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記溝の短手方向に沿った断面の形状は、台形である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記ヒートシンクには、前記溝が複数設けられ、
前記複数の溝の深さは、複数の深さを含む
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記ヒートシンクの側面には、前記ヒートシンクの主面から該主面と反対側の面まで貫通する貫通溝が形成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。