JP2014110249A - 半導体装置の埋設構造、及び半導体装置の埋設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率を低下させることなく、半導体装置を埋設する樹脂が割れることを防止可能な半導体装置の埋設構造、及び半導体装置の埋設方法を提供する。
【解決手段】内部に半導体チップ３２を有する半導体装置３０と、該半導体装置３０を埋設する樹脂６０と、気体を内包し外力に対して変形可能な気体内包部材４０と、を備え、前記気体内包部材４０が、前記半導体装置３０と前記樹脂６０との間に配置されていることを特徴とする。前記半導体装置３０が板状に形成され、前記気体内包部材４０が、前記半導体装置３０のうちその厚さ方向に直交する少なくとも一方の面に配置されていても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の埋設構造、及び半導体装置の埋設方法に関するものである。

従来、特許文献１のように、半導体装置を箱体内部に収容する構造が考えられている。また、この種の半導体装置が車両などに搭載される場合、振動対策や防水対策などのため、例えば箱体内に樹脂（例えばエポキシ樹脂）を充填するなどして、半導体装置を樹脂で埋設した半導体装置の埋設構造が考えられている。

特開２００２−１１８２１２号公報

しかしながら、上述した半導体装置の埋設構造では、半導体装置の内部に過剰な電流が流れるなどして半導体装置の内部に過大な熱が生じ、この熱エネルギーによって半導体装置にクラックが発生する。そして、このクラックの発生に伴って半導体装置の破片が樹脂を押し付ける圧力（外方への圧力）によって、樹脂が割れて周囲に飛散してしまう、という問題がある。

なお、シリコーンゲルを半導体装置と樹脂との間に介在させることで、前述した半導体装置のクラック発生に伴って生じる外方への圧力をシリコーンゲルにおいて吸収し、樹脂の飛散を防止することも考えられる。しかしながら、シリコーンゲルは粘性が低いため所定の膜厚で形成することが困難であり、半導体装置のクラック発生に伴って生じる外方への圧力を十分に吸収できないおそれがある。また、シリコーンゲルを所定の膜厚で形成するためには、半導体装置を囲む枠体を配した上で枠体の内側にシリコーンゲルを流し込む必要があり、半導体装置の埋設構造の製造効率の低下を招いてしまう。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、製造効率を低下させることなく、半導体装置を埋設する樹脂が割れることを防止可能な半導体装置の埋設構造、及び半導体装置の埋設方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の半導体装置の埋設構造は、内部に半導体チップを有する半導体装置と、該半導体装置を埋設する樹脂と、気体を内包し外力に対して変形可能な気体内包部材と、を備え、前記気体内包部材が、前記半導体装置と前記樹脂との間に配置されていることを特徴としている。

本発明の半導体装置の埋設構造によれば、半導体装置と樹脂との間に気体内包部材が設けられているので、半導体装置の内部に過剰な電流が流れるなどして半導体装置にクラックが発生し、このクラックの発生に伴って半導体装置の破片が気体内包部材側に押し付ける圧力（外方への圧力）によって、気体内包部材が変形し、その内部の気体が圧縮される。このため、半導体装置のクラック発生に伴って生じる外方への圧力を容易に気体内包部材側で吸収し、樹脂にかかる圧力を抑制できる。すなわち、半導体装置のクラック発生に伴って生じる外方への圧力を気体内包部材において吸収して樹脂が周囲に飛散することを防止できる。
また、気体内包部材は、シリコーンゲルのように枠体を設けることなく半導体装置と樹脂との間に介在させることができるので、製造効率が良好である。

また、前記半導体装置の埋設構造においては、前記半導体装置が板状に形成され、前記気体内包部材が、前記半導体装置のうちその厚さ方向に直交する少なくとも一方の面に配置される構成とされても良い。
板状に形成された半導体装置にクラックが生じて、半導体装置の破片が外方に押し出される場合、半導体装置の破片が半導体装置の厚さ方向に押し出されることになるが、上述のように半導体装置の厚さ方向に直交する半導体装置の面に気体内包部材が配置されていることにより、半導体装置のクラック発生に伴って生じる外方への圧力を気体内包部材によって効果的に吸収して、樹脂にかかる圧力を抑制することができる。
また、半導体装置の厚さ方向に直交する面にのみ気体内包部材を配置する構成とされているので、気体内包部材の使用量を減らし、製造コストを低減できる。

また、前記半導体装置の埋設構造は、半導体装置を載置する基台を備え、前記半導体装置が、前記基台と前記気体内包部材に挟み込まれる構成とされても良い。
この構成では、基台と気体内包部材とによって半導体装置が挟み込まれており、基台は樹脂に対して比較的強度が高いので、半導体装置の破片が基台側に押し出されることが防止される。すなわち、半導体装置の破片が押し出される方向を樹脂側に限定できるため、半導体装置に配置する気体内包部材の使用量を減らし、製造コストを低減できる。さらに、半導体装置から発生する熱を効率的に基台側へ放散することもできる。

また、前記半導体装置の埋設構造においては、単一の気体内包部材が、複数の前記半導体装置を一括して覆うように配置されていても良い。
この構成では、複数の半導体装置に一括して気体内包部材を設けることができるので、製造効率を向上できる。

さらに、前記気体内包部材は、ウレタンフォームで構成されていることが好ましい。
ウレタンフォームでは、気体内包部材内部の気体が、多数の気泡として存在しているので、半導体装置のクラック発生に伴って生じる外方への圧力に対して、各気泡が潰れるように変形して前述の圧力を容易に吸収できる。したがって、樹脂にかかる圧力を抑制でき、樹脂が割れて飛散することを確実に防止できる。なお、このウレタンフォームの気泡は、気体内包部材の表面とは繋がっていない。

また、本発明の半導体装置の埋設方法は、内部に半導体チップを有する半導体装置に、気体を内包し外力に対して変形可能な気体内包部材を配置した後に、前記半導体装置を樹脂で埋設することを特徴としている。
本発明の半導体装置の埋設方法を用いることで、製造効率を低下させることなく、上記の半導体装置の埋設構造を製造可能である。なお、樹脂で半導体装置を埋設する際に、樹脂が気体内包部材の内部に浸入することはない。

本発明によれば、製造効率を低下させることなく、半導体装置を埋設する樹脂が割れることを防止可能な半導体装置の埋設構造、及び半導体装置の埋設方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置の埋設構造の概略説明図である。 半導体装置及び気体内包部材の拡大説明図である。 半導体装置にクラックが生じた状態を説明するための概略図である。 本発明の実施形態の変形例に係る半導体装置の埋設構造の概略説明図である。（ａ）は半導体装置の埋設構造の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る半導体装置の埋設構造１を示す。半導体装置の埋設構造１は、ケース１０と、このケース１０の内部に配置された基台２０と、この基台２０に載置され半導体チップ３２を有する半導体装置３０と、この半導体装置３０のうち基台２０とは反対側の面（図１において左面）に設けられた気体内包部材４０と、半導体装置３０に電気的に接続されたプリント基板５０と、これら半導体装置３０などを埋設する樹脂６０と、を備えている。

ケース１０は、半導体装置３０などを収容し、樹脂６０の外枠となるものである。本実施形態において、このケース１０は、アルミニウムケースとされている。
基台２０は、ケース１０の底面に設けられ、熱伝導が良好なアルミニウムによって構成されている。この基台２０は、ケース１０と別個に形成されてケース１０にネジ止めなどによって固定されても良いが、例えば一体に成形されても良い。この基台２０のうちケース１０の底面から上方に延びる面２０ａ（載置面２０ａ）に半導体装置３０が固定されている。

半導体装置３０は、板状に形成され、その厚さ方向に直交する一方の面（図１において左面）に気体内包部材４０が設けられている。そして、半導体装置３０の他方の面（図１において右側の面）が基台２０に接している。
図２に示すように、半導体装置３０は、ダイパッド３１とこのダイパッド３１に載置された半導体チップ３２と、半導体チップ３２を外部に電気接続するためのリード３３と、これらダイパッド３１、半導体チップ３２及びリード３３を封止する封止樹脂３４とを備えている。
封止樹脂３４は、板状とされる半導体装置３０の外観をなしている。半導体チップ３２は、ダイパッド３１の一方の面（図２において上面）に配され、封止樹脂３４の内部に封止されている。また、ダイパッド３１の他方の面（図２において下面）は、基台２０に対向している。なお、図示例では、ダイパッド３１も封止樹脂３４の内部に封止されているが、例えばダイパッド３１の他方の面が基台２０の載置面２０ａに対向する封止樹脂３４の面に露出していても良い。リード３３は、半導体装置３０の内部においてワイヤ３５によって半導体チップ３２に電気接続され、封止樹脂３４の側部から外部に突出している。

気体内包部材４０は、内部に気体を含有した部材であり、外力に対して変形可能とされている。気体内包部材４０は、軟質材料４１によって構成されている。軟質材料４１としては、例えば、ゴムなどが挙げられる。気体内包部材４０に含まれる気体は圧縮性に富むため、気体内包部材４０は、気体を含有しない軟質材料と比較して、外力（圧力）に対して大きく変形できる（外力に対する変形量が大きい）という特性を有する。この気体内包部材４０の気体は、気泡４２として存在しており、この気泡４２は気体内包部材４０の表面に露出していない。本実施形態において、気体内包部材４０はウレタンフォームとされている。ウレタンフォームでは、気体内包部材４０の気体が、多数の気泡４２として存在している。なお、これら多数の気泡４２は、気体内包部材４０の内部において互いに連結されずに独立していても良いし、互いに連結していても良い。

プリント基板５０は、配線が形成された基板であり、半導体装置３０のリード３３が接続されている。本実施形態において、プリント基板５０は、ケース１０内において半導体装置３０や基台２０の上方に配されるとともに、半導体装置３０の厚み方向に平行に配置されている。
樹脂６０は、半導体装置３０などをケース１０内に埋設する埋設樹脂であり、半導体装置３０などがケース１０内に配置された状態で樹脂６０が充填されることによって形成されている。この樹脂６０は、半導体装置３０の振動対策や防水対策のために形成されるものであり、硬質である。本実施形態において、樹脂６０は例えばエポキシ樹脂などで構成されている。

次に、半導体装置３０の埋設方法について説明する。
まず、底面に基台２０を設けたケース１０を用意する。このケース１０は、例えばアルミニウムの鋳造によって得られる。
また、基台２０の載置面２０ａに例えばネジ止め（図示なし）や接着によって半導体チップ３２を有する半導体装置３０を固定する。この半導体装置３０の封止樹脂３４からは、リード３３が突出している。

さらに、半導体装置３０の一方の面に気体内包部材４０を貼り付ける。例えば、この気体内包部材４０の表面に予め粘着層を設けておき、この粘着層により、半導体装置３０の一方の面に貼り付けることができる。
その後、例えばはんだによってリード３３をプリント基板５０の所定の位置に接続し、プリント基板５０と半導体装置３０とを電気的に接続する。
最後に、例えばポッティングによって樹脂６０をケース１０内に充填し、半導体装置３０などを樹脂６０で埋設する。なお、充填の際、樹脂６０は気体内包部材４０の内部に流れ込むことはない。
上述のようにして、本実施形態である半導体装置３０の埋設方法が完了する。

本実施形態の半導体装置の埋設構造１においては、半導体装置３０と樹脂６０との間に気体内包部材４０が介在するため、半導体装置３０の内部のワイヤ３５に過剰な電流が流れるなどして半導体装置３０にクラックが生じた際に、図３に示すように、半導体装置３０の破片が気体内包部材４０側（図３において上側）に押し付けられることで外方への圧力が生じる。そして、この外方への圧力に対して、気体内包部材４０が変形し、その内部の気体が圧縮される。すなわち、半導体装置３０のクラック発生に伴う外方への圧力を気体内包部材４０で吸収して、樹脂６０に過剰な圧力がかかることを抑制し、樹脂６０が割れて周囲に飛散することを防ぐことができる。
さらに、半導体装置３０の破片が気体内包部材４０側に押し出されることによって、半導体装置３０とリード３３とを接続するワイヤ３５を確実に切断することができ、長時間にわたって半導体装置３０に過剰な電流が流れることを防止できる。

また、半導体装置３０と樹脂６０との間にシリコーンゲルを介在させる場合には、シリコーンゲルを流し込むために半導体装置３０を囲う枠体を設ける必要があるが、気体内包部材４０は、上述の枠体を設けることなく半導体装置３０と樹脂６０との間に介在させることができるので、製造効率が良好である。さらに、鉛直方向に延在する基台２０の載置面２０ａに半導体装置３０を配する場合、形成時に流動性を有するシリコーンゲルを鉛直方向に延在する半導体装置３０の一方の面に形成することは困難であるが、気体内包部材４０は、容易に鉛直方向に延在する半導体装置３０の一方の面に配置することが可能である。

さらに、本実施形態のように半導体装置３０が板状に形成されている場合、半導体装置３０にクラックが生じた際に、半導体装置３０の厚さ方向に半導体装置３０の破片が押し出されるが、上述のように半導体装置３０の厚さ方向に直交する半導体装置３０の一方の面に気体内包部材４０が配置されていることにより、半導体装置３０のクラック発生に伴う外方への圧力を気体内包部材４０によって効果的に吸収して、樹脂６０にかかる圧力を抑制することができる。

また、ダイパッド３１は樹脂６０に対して比較的強度が高いため、半導体チップ３２がダイパッド３１の一方の面に載置されていると、ワイヤ３５に過剰な電流が流れるなどして半導体装置３０においてクラックが生じる箇所が、ダイパッド３１の一方の面側（半導体チップ３２側）となり、ダイパッド３１の他方の面側（基台２０側）にはクラックが生じにくい。このため、半導体装置３０の破片が基台２０側に押し出されることが抑制され、半導体装置３０の押し出される方向を樹脂６０側に限定できる。
さらに、基台２０と気体内包部材４０とによって半導体装置３０が挟み込まれており、基台２０は樹脂６０に対して比較的強度が高いので、仮に基台２０側にクラックが生じても半導体装置３０の破片が基台２０側に押し出されることを防止し、半導体装置３０の押し出される方向を樹脂６０側により確実に限定できる。
したがって、半導体装置３０に配置する気体内包部材４０の使用量を減らし、製造コストを低減できる。さらに、半導体装置３０から発生する熱を効率的に基台２０側へ放散することもできる。

本実施形態において、気体内包部材４０はウレタンフォームで構成されており、ウレタンフォームは、内部に多数の気泡４２を内包しているので、半導体装置３０のクラック発生に伴う外方への圧力に対して気泡４２が潰れるように変形して半導体装置３０の前述の圧力を容易に吸収できる。したがって、樹脂６０にかかる圧力を抑制でき、樹脂６０が割れて飛散することを確実に防止できる。

（変形例）
次に、本発明の第一実施形態の変形例について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）に、第一実施形態の変形例に係る半導体装置の埋設構造１０１の概略図を示す。なお、図４（ａ）では、半導体装置３０などを埋設する樹脂６０の図示が省略されている。

半導体装置の埋設構造１０１は、基台１２０と、この基台１２０に取り付けられた複数の半導体装置３０と、半導体装置３０の一方の面に取り付けられた気体内包部材１４０と、これらの半導体装置３０などを埋設する樹脂６０と、を備えている。そして、単一の気体内包部材１４０が、複数の半導体装置３０の一方の面（図４（ｂ）において上面）を一括して覆うように配置されている。図４（ａ）、（ｂ）においては、単一の気体内包部材１４０が４つの半導体装置３０の一方の面に取り付けられている状態を示している。

この半導体装置の埋設構造１０１においても、上述した半導体装置の埋設構造１と同様の効果を奏する。さらに、半導体装置の埋設構造１０１は、単一の気体内包部材１４０を複数の半導体装置３０に取り付けて構成されているので、製造効率を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態である半導体装置の埋設構造、及び半導体装置の埋設方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態においては、基台が上下方向に延在する場合について説明したが、左右方向に延在しても良い。この場合には、半導体装置を基台の上面に載置することができる。

また、上記実施の形態においては、半導体装置が板状の場合について説明したが、これに限定されることはなく、半導体装置は任意の形状であって良い。
また、半導体装置の一方の面に気体内包部材を配置する場合について説明したが、少なくとも半導体装置が膨出する方向に気体内包部材を配置する構成であれば良い。

１、１０１ 半導体装置の埋設構造
２０、１２０ 基台
３０ 半導体装置
３２ 半導体チップ
４０、１４０ 気体内包部材
６０ 樹脂

Claims (6)

1. 内部に半導体チップを有する半導体装置と、
   該半導体装置を埋設する樹脂と、
   気体を内包し外力に対して変形可能な気体内包部材と、を備え、
   前記気体内包部材が、前記半導体装置と前記樹脂との間に配置されていることを特徴とする半導体装置の埋設構造。
2. 前記半導体装置が板状に形成され、
   前記気体内包部材が、前記半導体装置のうちその厚さ方向に直交する少なくとも一方の面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の埋設構造。
3. 前記半導体装置を載置する基台を備え、前記半導体装置が、前記基台と前記気体内包部材に挟み込まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の埋設構造。
4. 単一の気体内包部材が、複数の前記半導体装置を一括して覆うように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置の埋設構造。
5. 前記気体内包部材は、ウレタンフォームで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の埋設構造。
6. 内部に半導体チップを有する半導体装置に、気体を内包し外力に対して変形可能な気体内包部材を配置した後に、前記半導体装置を樹脂で埋設することを特徴とする半導体装置の埋設方法。

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