JP2015015412A - Semiconductor device - Google Patents

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逸人 仲野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit occurrence of malfunction on a semiconductor device based on a temperature change.SOLUTION: A semiconductor device 1 is formed in a manner such that each of semiconductor elements 20, 21 has a flexural strength of not less than 100 MPa and not more than 1000 MPa, preferably not less than 400 MPa and not more than 800 MPa. Accordingly, even when an underfill material 40 for encapsulating the semiconductor device 1 deforms by a temperature change caused by heat generation and the like at the time of operation of the semiconductor elements 20, 21 and a temperature change in the external environment of the semiconductor device 1, a stress on a lower region of post electrodes 30e arranged on electrodes of the semiconductor elements 20, 21 is reduced.

Description

半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

インバータ装置、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボット等では、その本体装置とは独立して半導体装置(汎用モジュール)が使用されている。
このような半導体装置は、例えば、絶縁基板上に半田材を介してパワー半導体素子が配置されており、当該パワー半導体素子上に、ポスト電極が形成されたフレキシブルプリント基板が配置されて、パワー半導体素子の所定の電極に各ポスト電極を半田(接合材)により電気的に接合されている。半導体装置は、さらに、パワー半導体素子が配置された絶縁基板と、フレキシブルプリント基板とが樹脂で封止されて構成される(例えば、特許文献1参照)。
In an inverter device, an uninterruptible power supply device, a machine tool, an industrial robot, and the like, a semiconductor device (general-purpose module) is used independently of the main body device.
In such a semiconductor device, for example, a power semiconductor element is disposed on an insulating substrate via a solder material, and a flexible printed circuit board on which a post electrode is formed is disposed on the power semiconductor element. Each post electrode is electrically joined to a predetermined electrode of the element by solder (joining material). The semiconductor device is further configured by sealing an insulating substrate on which power semiconductor elements are arranged and a flexible printed circuit board with a resin (for example, see Patent Document 1).

特開2009−64852号公報JP 2009-64852 A

しかし、このような半導体装置では、半導体素子の動作時の発熱等による温度変化、並びに、外部環境の温度変化が生じて半導体装置を封止する樹脂が変形すると、半導体装置の内部に応力が発生する。具体的には、半導体装置の内部の半導体素子の表面に過度な圧縮応力が発生すると、半導体素子の電極、並びに半導体素子の表面が損傷を受けて、半導体装置が故障してしまうことがある。   However, in such a semiconductor device, stress is generated inside the semiconductor device when the temperature change due to heat generation during operation of the semiconductor element and the temperature change of the external environment occur and the resin sealing the semiconductor device is deformed. To do. Specifically, when excessive compressive stress is generated on the surface of the semiconductor element inside the semiconductor device, the electrode of the semiconductor element and the surface of the semiconductor element may be damaged, and the semiconductor device may fail.

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、半導体装置に対する温度変化に基づく故障の発生を抑制す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。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of a failure based on a temperature change in the semiconductor device.

本発明では、上記問題を解決するために、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面に配置された、100MPa以上、1000MPa以下の曲げ強度を有する半導体素子と、前記絶縁基板の前記主面に対向するように配置されたプリント基板と、前記プリント基板の主面に形成された金属箔の少なくとも一つと前記半導体素子の電極の少なくとも一つとを電気的に接続する複数のポスト電極と、前記絶縁基板と前記プリント基板との間隙を封止する封止樹脂と、を備えること半導体装置を提供することを目的とする。   In the present invention, in order to solve the above problem, an insulating substrate, a semiconductor element disposed on the main surface of the insulating substrate and having a bending strength of 100 MPa or more and 1000 MPa or less, and opposed to the main surface of the insulating substrate. A plurality of post electrodes that electrically connect at least one of the metal foils formed on the main surface of the printed circuit board and at least one of the electrodes of the semiconductor element, and the insulating substrate. And a sealing resin that seals a gap between the printed circuit board and the printed circuit board.

このような半導体装置によれば、半導体装置に対する温度変化が生じても信頼性の低下を抑制することができる。   According to such a semiconductor device, it is possible to suppress a decrease in reliability even when a temperature change occurs in the semiconductor device.

実施の形態における半導体装置の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device in an embodiment. 実施の形態における半導体装置のポスト電極と半導体素子との接続構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the connection structure of the post electrode and semiconductor element of the semiconductor device in embodiment. 実施の形態における半導体装置が備えるプリント基板の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the printed circuit board with which the semiconductor device in embodiment is provided. 実施の形態における半導体素子の三点曲げ試験の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result of the three-point bending test of the semiconductor element in embodiment. 実施の形態における半導体素子の厚さに対する三点曲げ試験の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result of the three-point bending test with respect to the thickness of the semiconductor element in embodiment. 故障が発生した半導体装置の要部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the principal part of the semiconductor device which a failure generate | occur | produced.

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
実施の形態における半導体装置は、半導体素子が主面に配置された絶縁基板と、絶縁基板の半導体素子が配置された主面に対向するように配置されたプリント基板と、プリント基板の主面に形成された金属箔の少なくとも一つと半導体素子の電極の少なくとも一つとを電気的に接続する複数のポスト電極と、絶縁基板とプリント基板との隙間を封止する封止樹脂とを備える。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
The semiconductor device in the embodiment includes an insulating substrate on which a semiconductor element is disposed on a main surface, a printed circuit board that is disposed so as to face the main surface on which the semiconductor element of the insulating substrate is disposed, and a main surface of the printed circuit board. A plurality of post electrodes that electrically connect at least one of the formed metal foils and at least one of the electrodes of the semiconductor element, and a sealing resin that seals a gap between the insulating substrate and the printed board.

半導体装置では、さらに、半導体素子が100MPa以上、1000MPa以下の曲げ強度を有するようにした。このため、半導体装置の半導体素子は、外部環境温度並びに半導体素子の動作時の発熱による温度変化により封止樹脂の変形に応じて半導体装置の内部に生じる圧縮応力を緩和して、半導体素子に生じる損傷を抑えることができるようになる。   In the semiconductor device, the semiconductor element further has a bending strength of 100 MPa or more and 1000 MPa or less. For this reason, the semiconductor element of the semiconductor device relaxes the compressive stress generated in the semiconductor device in accordance with the deformation of the sealing resin due to the external environment temperature and the temperature change due to heat generation during the operation of the semiconductor element, and is generated in the semiconductor element. Damage can be suppressed.

以下、このような半導体装置について図1を用いて具体的に説明する。
図1は実施の形態における半導体装置の一例を示す図である。
なお、図1(A)は半導体装置の要部上面を、図1(B)は図1(A)の一点鎖線A−Bにおける半導体装置の要部断面をそれぞれ示している。
Hereinafter, such a semiconductor device will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 1 illustrates an example of a semiconductor device in an embodiment.
1A illustrates a top surface of a principal portion of the semiconductor device, and FIG. 1B illustrates a cross-sectional view of the principal portion of the semiconductor device taken along one-dot chain line AB in FIG. 1A.

図示する半導体装置1は、絶縁基板10と、絶縁基板10に対向させたプリント基板30とがアンダーフィル材40(封止樹脂)の封止により、一体的になった構造をなし、絶縁基板10上に、複数の半導体素子20,21が実装されている。さらに、この半導体装置1は、樹脂ケースによりパッケージングされ(不図示)、汎用モジュールとして機能する。   The illustrated semiconductor device 1 has a structure in which an insulating substrate 10 and a printed circuit board 30 facing the insulating substrate 10 are integrated by sealing with an underfill material 40 (sealing resin). A plurality of semiconductor elements 20 and 21 are mounted on the top. Further, the semiconductor device 1 is packaged by a resin case (not shown) and functions as a general-purpose module.

絶縁基板10は、絶縁板10aと、絶縁板10aの下面にDCB(Direct Copper Bonding)法で形成された金属箔10bと、絶縁板10aの上面に同じくDCB法で形成された、複数の金属箔10c,10dを備えている。これらの金属箔10c,10dは、絶縁板10aの上面に選択的にパターン形成されている。   The insulating substrate 10 includes an insulating plate 10a, a metal foil 10b formed by a DCB (Direct Copper Bonding) method on the lower surface of the insulating plate 10a, and a plurality of metal foils also formed on the upper surface of the insulating plate 10a by the DCB method. 10c, 10d. These metal foils 10c and 10d are selectively patterned on the upper surface of the insulating plate 10a.

さらに、金属箔10c,10d上には、錫(Sn)−銀(Ag)系等の鉛(Pb)フリーの半田層11を介して、少なくとも一つの半導体素子20の主電極側(例えば、コレクタ電極)、または、半導体素子21のカソード電極が接合されている。   Further, on the metal foils 10c and 10d, the main electrode side (for example, collector) of at least one semiconductor element 20 is disposed via a lead (Pb) -free solder layer 11 such as tin (Sn) -silver (Ag). Electrode) or the cathode electrode of the semiconductor element 21 is joined.

ここで、半導体素子20は、例えば、IGBT素子、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の縦型のパワー半導体素子を適用することができる。また、半導体素子21は、例えば、SBD(Schottky Barrier Diode)、FWD(Free Wheeling Diode)素子等のパワーダイオード素子を適用することができる。   Here, for example, a vertical power semiconductor element such as an IGBT element or a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) can be applied to the semiconductor element 20. For example, a power diode element such as an SBD (Schottky Barrier Diode) or an FWD (Free Wheeling Diode) element can be applied to the semiconductor element 21.

さらに、半導体素子20は、その曲げ強度は、100MPa以上、1000MPa以下、好ましくは、400MPa以上、800MPa以下であり、例えば、シリコン(Si)または炭化シリコン(SiC)が用いられている。   Furthermore, the bending strength of the semiconductor element 20 is 100 MPa or more and 1000 MPa or less, preferably 400 MPa or more and 800 MPa or less. For example, silicon (Si) or silicon carbide (SiC) is used.

なお、絶縁板10aは、例えば、アルミナ(Al23)焼結体、窒化シリコン(Si34)等のセラミックで構成され、金属箔10b,10c,10dは、銅(Cu)を主成分とする金属で構成されている。 The insulating plate 10a is made of ceramic such as alumina (Al 2 O 3 ) sintered body, silicon nitride (Si 3 N 4 ), and the metal foils 10b, 10c, and 10d are mainly made of copper (Cu). It is composed of metal as a component.

また、半導体装置1においては、半導体素子20,21の上方に、インプラントプリント基板(プリント基板)30が絶縁基板10と対向するように配置されている。
このプリント基板30は、多層構造をなし、例えば、樹脂層30aを中心部に配置し、その上面に、少なくとも一つの金属箔30bが選択的にパターン形成されている。また、その下面においても、少なくとも一つの金属箔30cが選択的にパターン形成されている。
In the semiconductor device 1, the implant printed circuit board (printed circuit board) 30 is disposed above the semiconductor elements 20 and 21 so as to face the insulating substrate 10.
The printed circuit board 30 has a multilayer structure, for example, a resin layer 30a is disposed at the center, and at least one metal foil 30b is selectively patterned on the upper surface thereof. Further, at least one metal foil 30c is selectively patterned on the lower surface.

ここで、樹脂層30aの材質は、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等である。また、必要に応じて、ガラス繊維で構成されたガラスクロスを樹脂層30a内部に含浸させたものを適用することもできる。また、金属箔30b,30cは、例えば、銅を主たる成分として構成されている。   Here, the material of the resin layer 30a is, for example, a polyimide resin, an epoxy resin, or the like. Moreover, what impregnated the inside of the resin layer 30a with the glass cloth comprised by glass fiber as needed can also be applied. In addition, the metal foils 30b and 30c are configured with, for example, copper as a main component.

また、プリント基板30の剛性については、所定の剛性を備えた硬いタイプのものでもよく、プリント基板30全体が歪曲可能になるフレキシブルなものであってもよい。
また、プリント基板30の最表面には、樹脂製の保護層31が形成されている。
The rigidity of the printed circuit board 30 may be a hard type having a predetermined rigidity, or may be flexible so that the entire printed circuit board 30 can be distorted.
A resin protective layer 31 is formed on the outermost surface of the printed circuit board 30.

また、半導体装置1においては、半導体素子20の主電極(例えば、エミッタ電極)が位置する領域直上のプリント基板30に、およそ線対称となるように、複数のスルーホール30dが設けられている。そして、このスルーホール30d内に、薄厚の筒状めっき層(図示しない)が設けられ、スルーホール30d内に、円筒状のポスト電極30eが筒状めっき層を介し、注入(インプラント)されている。   In the semiconductor device 1, a plurality of through holes 30 d are provided on the printed circuit board 30 immediately above the region where the main electrode (for example, emitter electrode) of the semiconductor element 20 is located so as to be approximately line symmetric. A thin cylindrical plating layer (not shown) is provided in the through hole 30d, and a cylindrical post electrode 30e is injected (implanted) through the cylindrical plating layer in the through hole 30d. .

また、各々のポスト電極30eは、スルーホール30d内で半田付けされ、プリント基板30の主面に配設された金属箔30b,30cと導通された状態にある。プリント基板30の両面に金属箔30b,30cを配設する場合には、このように筒状めっき層を介してポスト電極30eを注入し、半田付けしておくことで、良好な電気的接続と機械的強度を確保することができる。なお、プリント基板30の片面に比較的肉厚の金属箔30cを形成しポスト電極30eを注入する場合は、筒状めっき層や半田付けを省略してもよい。   Each post electrode 30e is soldered in the through hole 30d and is electrically connected to the metal foils 30b and 30c disposed on the main surface of the printed circuit board 30. In the case where the metal foils 30b and 30c are disposed on both surfaces of the printed circuit board 30, the post electrode 30e is injected through the cylindrical plating layer and soldered in this manner, so that a good electrical connection can be obtained. Mechanical strength can be ensured. Note that when a relatively thick metal foil 30c is formed on one surface of the printed circuit board 30 and the post electrode 30e is injected, the cylindrical plating layer or soldering may be omitted.

ここで、ポスト電極30eの配置においては、例えば、半導体素子20のエミッタ電極(図示しない、金属めっき)の領域直上には、5個を組としたポスト電極30eが列を構成し、それらが線対称となるように、2列に配置されている。そして、このようなポスト電極30eのピッチは、均一に構成されている。また、夫々のポスト電極30eの下端は、半導体素子20のエミッタ電極に、半田層12を介して電気的に接続されている。   Here, in the arrangement of the post electrodes 30e, for example, immediately after the emitter electrode (not shown, metal plating) region of the semiconductor element 20, a group of five post electrodes 30e constitutes a row, and these are the lines. They are arranged in two rows so as to be symmetrical. The pitch of the post electrodes 30e is configured to be uniform. In addition, the lower end of each post electrode 30 e is electrically connected to the emitter electrode of the semiconductor element 20 via the solder layer 12.

また、半導体素子21のアノード側領域直上には、4個を組としたポスト電極30eが列を構成し、それらが線対称となるように、2列に配置されている。そして、このようなポスト電極30eのピッチは、均一に構成されている。また、夫々のポスト電極30eの下端が半導体素子21のアノード側に、半田層を介して電気的に接続されている。   Further, immediately after the anode side region of the semiconductor element 21, a set of four post electrodes 30e form a row and are arranged in two rows so that they are line symmetric. The pitch of the post electrodes 30e is configured to be uniform. In addition, the lower end of each post electrode 30e is electrically connected to the anode side of the semiconductor element 21 via a solder layer.

これにより、半導体装置1においては、半導体素子20のエミッタ電極と、半導体素子21のアノード側との電気的な接続が、ポスト電極30e並びに金属箔30bを経由して確保されている。   Thereby, in the semiconductor device 1, electrical connection between the emitter electrode of the semiconductor element 20 and the anode side of the semiconductor element 21 is ensured via the post electrode 30e and the metal foil 30b.

なお、半導体素子20のコレクタ電極と、半導体素子21のカソード側との電気的な接続については、金属箔10c,10dを経由して確保されている。
また、ポスト電極30eの材質は、線膨張係数が14×10-6/K以上、17×10-6/K以下である、例えば、金(Au)、銅、または、これらの金属からなる合金を主たる成分として構成されている。各々のポスト電極30eの長さは、均一である。
The electrical connection between the collector electrode of the semiconductor element 20 and the cathode side of the semiconductor element 21 is ensured via the metal foils 10c and 10d.
The material of the post electrode 30e is, for example, gold (Au), copper, or an alloy made of these metals having a linear expansion coefficient of 14 × 10 −6 / K or more and 17 × 10 −6 / K or less. Is the main component. The length of each post electrode 30e is uniform.

また、上記の例では、半導体素子20のエミッタ電極に接合させたポスト電極30eの個数を10個に限定して例示したが、1個の半導体素子20に接合させるポスト電極30eは、この数に限るものではない。例えば、ポスト電極30eの径を0.3〜0.6mmとした場合、1個のポスト電極30eに、8〜20Aの電流が通電可能である。従って、この電流値から半導体素子20の容量に応じて、半導体素子20に接合させるポスト電極30eの本数を割り出し、その数において配置すればよい。   In the above example, the number of post electrodes 30e bonded to the emitter electrode of the semiconductor element 20 is limited to ten. However, the number of post electrodes 30e bonded to one semiconductor element 20 is set to this number. It is not limited. For example, when the diameter of the post electrode 30e is 0.3 to 0.6 mm, a current of 8 to 20 A can be applied to one post electrode 30e. Therefore, the number of post electrodes 30e to be joined to the semiconductor element 20 may be determined from the current value according to the capacity of the semiconductor element 20 and arranged in that number.

このような複数のポスト電極30eの配置により、例えば、半導体素子20においては、主電極間に大電流を通電させても、当該大電流が夫々のポスト電極30eを経由して、主電極に分散・通電することになる。   Due to the arrangement of the plurality of post electrodes 30e, for example, in the semiconductor element 20, even when a large current is passed between the main electrodes, the large current is distributed to the main electrodes via the respective post electrodes 30e.・ Energize.

また、プリント基板30においては、半導体素子20のエミッタ電極領域外の上方に、別途、スルーホール30fが設けられ、当該スルーホール30f内にも、円筒状のポスト電極30gが注入・接合されている。そして、このポスト電極30gは、半導体素子20の制御電極(例えば、ゲート電極)に、半田層を介して、電気的に接続されている。   Further, in the printed circuit board 30, a through hole 30f is separately provided above the outside of the emitter electrode region of the semiconductor element 20, and a cylindrical post electrode 30g is injected and joined also into the through hole 30f. . The post electrode 30g is electrically connected to a control electrode (for example, a gate electrode) of the semiconductor element 20 via a solder layer.

このように、半導体素子20の主面に配置された主電極または制御電極、半導体素子21のアノード側がポスト電極30e,30gに接合されている。
なお、上述したポスト電極30e,30gの構造については、棒状とは限らず、その内部を中空にさせたパイプ状にしてもよい。
Thus, the main electrode or control electrode arranged on the main surface of the semiconductor element 20 and the anode side of the semiconductor element 21 are joined to the post electrodes 30e and 30g.
The structure of the post electrodes 30e and 30g described above is not limited to a rod shape, and may be a pipe shape having a hollow inside.

さらに、半導体装置1においては、絶縁基板10とプリント基板30の間隙に、アンダーフィル材40を充填している。これにより、半導体装置1は、絶縁基板10とプリント基板30により一体化されている。なお、アンダーフィル材40の詳細については図2で説明する。   Furthermore, in the semiconductor device 1, the underfill material 40 is filled in the gap between the insulating substrate 10 and the printed circuit board 30. Thereby, the semiconductor device 1 is integrated by the insulating substrate 10 and the printed circuit board 30. Details of the underfill material 40 will be described with reference to FIG.

また、半導体装置1には、アンダーフィル材40で封止された絶縁基板10とプリント基板30等を取り囲むように、例えば、PPS(ポリ・フェニレン・サルファイド)製の樹脂ケース(図示しない)が備えられている。   In addition, the semiconductor device 1 includes a resin case (not shown) made of, for example, PPS (polyphenylene sulfide) so as to surround the insulating substrate 10 sealed with the underfill material 40, the printed circuit board 30, and the like. It has been.

あるいは、樹脂ケース(図示なし)を使用しないで、金属金型(図示なし)を用いて、半導体装置1を取り囲むようにエポキシ樹脂をポッティングあるいはトランスファーモールドして構成してもよい。   Alternatively, without using a resin case (not shown), an epoxy resin may be potted or transfer molded so as to surround the semiconductor device 1 using a metal mold (not shown).

さらに、図1においては、特に、図示されていないが、プリント基板30には、外部接続用端子としてのリードフレームが複数個、垂直に貫通し、それらと半導体素子20,21の各電極との電気的な接続が確保されている。また、図1においては、特に、図示されていないが、絶縁基板10より広面積の金属ベース板を、この半導体装置1の基体としてもよい。例えば、金属箔10bの下に半田層を介して、数ミリ厚の金属ベース板を接合させてもよい。また、半導体素子20,21上に、放熱体として知られるヒートスプレッダを設置してもよい。   Further, although not particularly shown in FIG. 1, a plurality of lead frames as external connection terminals penetrate vertically through the printed circuit board 30, and these are connected to the respective electrodes of the semiconductor elements 20 and 21. Electrical connection is ensured. Although not particularly shown in FIG. 1, a metal base plate having a larger area than the insulating substrate 10 may be used as the base of the semiconductor device 1. For example, a metal base plate having a thickness of several millimeters may be bonded under the metal foil 10b via a solder layer. Moreover, a heat spreader known as a heat radiator may be installed on the semiconductor elements 20 and 21.

次に、半導体装置1のポスト電極30eと半導体素子20,21との接続構造の詳細について図2を用いて説明する。
図2は実施の形態における半導体装置のポスト電極と半導体素子との接続構造の一例を示す図である。
Next, details of the connection structure between the post electrode 30e of the semiconductor device 1 and the semiconductor elements 20 and 21 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a connection structure between a post electrode and a semiconductor element of the semiconductor device according to the embodiment.

なお、図2では、図1の半導体装置1に配設したポスト電極30eと、ポスト電極30eに接合された半導体素子20の周辺の拡大図が示されている。
上述したように、半導体装置1は、金属箔10d上に、半田層11を介して半導体素子20の主電極(コレクタ電極)が接合されている。
2 shows an enlarged view of the periphery of the post electrode 30e disposed in the semiconductor device 1 of FIG. 1 and the semiconductor element 20 joined to the post electrode 30e.
As described above, in the semiconductor device 1, the main electrode (collector electrode) of the semiconductor element 20 is joined to the metal foil 10 d via the solder layer 11.

また、半導体素子20の上方には、プリント基板30が配置され、プリント基板30内に、複数のスルーホール30dが形成されている。そして、スルーホール30dの内壁には、例えば、銅で構成された筒状めっき層30hが配置されている。   A printed circuit board 30 is disposed above the semiconductor element 20, and a plurality of through holes 30 d are formed in the printed circuit board 30. A cylindrical plating layer 30h made of, for example, copper is disposed on the inner wall of the through hole 30d.

また、プリント基板30の上下の主面には、パターン形成された金属箔30b,30cが配設される。これらの金属箔30b,30cは、筒状めっき層30hで覆われ、筒状めっき層30hと電気的に接続されている。   Also, patterned metal foils 30 b and 30 c are disposed on the upper and lower main surfaces of the printed circuit board 30. These metal foils 30b and 30c are covered with a cylindrical plating layer 30h and are electrically connected to the cylindrical plating layer 30h.

また、上述したポスト電極30eは、筒状めっき層30h内部の中途まで注入され、半田層30iによって、筒状めっき層30hに固設されている。これにより、ポスト電極30eと、金属箔30b,30cとの電気的接続並びに接合部における機械的強度が確保される。   Further, the post electrode 30e described above is injected halfway into the cylindrical plating layer 30h, and is fixed to the cylindrical plating layer 30h by the solder layer 30i. Thereby, the electrical connection between the post electrode 30e and the metal foils 30b and 30c and the mechanical strength at the joint are ensured.

また、複数配置されたポスト電極30eの下端は、半導体素子20のもう一つの主電極(エミッタ電極)に、半田層12を介して電気的に接続されている。これにより、例えば、半導体素子20の制御電極がオン状態で、半導体素子20のエミッタ−コレクタ電極間が通電状態になると、金属箔30b,30cと金属箔10d間に、ポスト電極30eをそれぞれ介して大電流が通電する。   Further, the lower ends of the plurality of post electrodes 30 e are electrically connected to another main electrode (emitter electrode) of the semiconductor element 20 via the solder layer 12. Thereby, for example, when the control electrode of the semiconductor element 20 is in an on state and the emitter-collector electrode of the semiconductor element 20 is energized, the post electrodes 30e are respectively interposed between the metal foils 30b and 30c and the metal foil 10d. Large current is energized.

なお、半田層12の側面は、フィレット構造を形成し、ポスト電極30eの下端と、半導体素子20の主電極との接合を強固なものにしている。
さらに、半導体装置1においては、プリント基板30と絶縁基板10との間隙に、アンダーフィル材40が充填されている。このアンダーフィル材40は、その線膨張係数が、10×10-6/K以上、80×10-6/K以下である、例えば、エポキシ系樹脂を主たる成分とし、その硬化温度がおよそ180度であり、無機材料で構成されるフィラー材を含有している。フィラー材としては、例えば、窒化ボロン(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化シリコン(Si34)等の高熱伝導率を備えた無機材料を用いる。
Note that the side surface of the solder layer 12 forms a fillet structure, and the bonding between the lower end of the post electrode 30 e and the main electrode of the semiconductor element 20 is strengthened.
Further, in the semiconductor device 1, an underfill material 40 is filled in a gap between the printed circuit board 30 and the insulating substrate 10. The underfill material 40 has a linear expansion coefficient of 10 × 10 −6 / K or more and 80 × 10 −6 / K or less, for example, an epoxy resin as a main component, and its curing temperature is about 180 degrees. And contains a filler material composed of an inorganic material. As the filler material, for example, an inorganic material having high thermal conductivity such as boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like is used.

次に、半導体素子20,21の上方に配置したプリント基板30の詳細に説明する。
図3は実施の形態における半導体装置が備えるプリント基板の一例を示す図である。
なお、図3(A)は、プリント基板の要部裏面図(図1に示す絶縁基板10側から眺めたプリント基板の主面)を、図3(B)は、図3(A)のA−Bにおけるプリント基板の要部断面図をそれぞれ示している。
Next, the printed circuit board 30 disposed above the semiconductor elements 20 and 21 will be described in detail.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a printed board included in the semiconductor device according to the embodiment.
3A is a rear view of the main part of the printed circuit board (the main surface of the printed circuit board viewed from the insulating substrate 10 side shown in FIG. 1), and FIG. 3B is A of FIG. 3A. The principal part sectional drawing of the printed circuit board in -B is shown, respectively.

プリント基板30は、一例として、インバータ回路を構成する6組のIGBTとFWDの並列接続回路を1パッケージに格納する半導体装置(6in1構造)に対応した構造のものが示されている。   As an example, the printed circuit board 30 has a structure corresponding to a semiconductor device (6-in-1 structure) in which six sets of IGBT and FWD parallel connection circuits constituting an inverter circuit are stored in one package.

上述したように、プリント基板30を構成する樹脂層30aのいずれかの主面には、複数の金属箔30c,30jがパターン形成されている。さらに、樹脂層30a並びに金属箔30c,30j上には、保護層31が形成されている。なお、図3(A)では、金属箔30c,30jのパターン形状を明確に示すために、プリント基板30の最表面に形成させた保護層31は図示していない。   As described above, a plurality of metal foils 30 c and 30 j are patterned on any main surface of the resin layer 30 a constituting the printed circuit board 30. Further, a protective layer 31 is formed on the resin layer 30a and the metal foils 30c and 30j. In FIG. 3A, the protective layer 31 formed on the outermost surface of the printed board 30 is not shown in order to clearly show the pattern shape of the metal foils 30c and 30j.

このような金属箔30c,30jは、その一部が半導体素子20のエミッタ電極並びに半導体素子21のアノード側の領域上に位置するように配設されている。そして、当該プリント基板30に、ポスト電極30eを複数配置する。   Such metal foils 30 c and 30 j are arranged so that a part thereof is located on the emitter electrode of the semiconductor element 20 and the region on the anode side of the semiconductor element 21. A plurality of post electrodes 30 e are arranged on the printed circuit board 30.

例えば、半導体素子20のエミッタ電極並びに半導体素子21のアノード側の領域直上に位置する金属箔30c,30j内には、複数のポスト電極30eが線対称となるように配置されている。   For example, in the metal foils 30c and 30j located immediately above the emitter electrode of the semiconductor element 20 and the anode side region of the semiconductor element 21, a plurality of post electrodes 30e are arranged in line symmetry.

具体的には、半導体素子20のエミッタ電極領域上の金属箔30c,30jには、5個を組とし、2組のポスト電極30eが線対称に2列になって配置している。従って、半導体素子20のエミッタ電極領域上の金属箔30c,30jには、合計10個のポスト電極30eが配置されている。   Specifically, the metal foils 30c and 30j on the emitter electrode region of the semiconductor element 20 are arranged in groups of five, and two sets of post electrodes 30e are arranged in two rows in line symmetry. Accordingly, a total of ten post electrodes 30 e are arranged on the metal foils 30 c and 30 j on the emitter electrode region of the semiconductor element 20.

また、半導体素子21のアノード側領域上の金属箔30c,30jには、4個を組とし、2組のポスト電極が線対称に2列になって配置している。従って、半導体素子21のアノード側領域上の金属箔30c,30jには、合計8個のポスト電極30eが配置されている。   The metal foils 30c and 30j on the anode side region of the semiconductor element 21 are arranged in groups of four, and two sets of post electrodes are arranged in two rows in line symmetry. Accordingly, a total of eight post electrodes 30 e are arranged on the metal foils 30 c and 30 j on the anode side region of the semiconductor element 21.

なお、同じ列内に配置されたポスト電極30eのピッチは、均一である。
また、上記の例では、ポスト電極30eの配置数について、特定の数値を例示したが半導体素子20,21それぞれ1個あたりに接合されるポスト電極30eの個数は、上述の如く、この数に限定されるものではない。
Note that the pitch of the post electrodes 30e arranged in the same row is uniform.
In the above example, specific numerical values are exemplified for the number of post electrodes 30e. However, as described above, the number of post electrodes 30e bonded to each of the semiconductor elements 20 and 21 is limited to this number. Is not to be done.

さらに、プリント基板30には、上記の金属箔30c,30jの他、線幅の狭い金属箔30k,30lがパターン形成され、その一部が半導体素子20の制御電極(例えば、ゲート電極)の領域上に位置するように配設されている。また、半導体素子20の制御電極の領域上に位置する金属箔30k,30l内には、ポスト電極30gが配置されている。   Further, in addition to the above-described metal foils 30c and 30j, the metal foils 30k and 30l having a narrow line width are patterned on the printed board 30, and a part thereof is a region of a control electrode (for example, a gate electrode) of the semiconductor element 20. It arrange | positions so that it may be located on. Further, a post electrode 30g is disposed in the metal foils 30k and 30l located on the control electrode region of the semiconductor element 20.

また、この図に示すように、半導体素子20,21搭載領域直上以外のプリント基板30の広い領域に、金属箔30jから、金属箔30ja,30jb,30jcを延出させている。上述したように、金属箔30jは、半導体素子20,21のエミッタ電極またはアノード側に導通している。   Further, as shown in this figure, the metal foils 30ja, 30jb, and 30jc are extended from the metal foil 30j to a wide area of the printed circuit board 30 other than immediately above the semiconductor element 20 and 21 mounting area. As described above, the metal foil 30j is electrically connected to the emitter electrode or the anode side of the semiconductor elements 20 and 21.

プリント基板30内に、このような金属箔30ja,30jb,30jcが存在すると、電磁シールドが促進され、半導体装置1の動作時におけるノイズ(例えば、半導体素子20のスイッチングにより発せられる放射ノイズ等)を低減させることができる。即ち、金属箔30ja,30jb,30jcは、電磁シールド用金属箔として機能する。   When such metal foils 30ja, 30jb, and 30jc are present in the printed circuit board 30, electromagnetic shielding is promoted, and noise during operation of the semiconductor device 1 (for example, radiation noise generated by switching of the semiconductor element 20). Can be reduced. That is, the metal foils 30ja, 30jb, and 30jc function as metal foils for electromagnetic shielding.

例えば、金属箔30ja,30jb,30jcの部分が存在しないプリント基板に比べ、金属箔30ja,30jb,30jcをパターン形成させたプリント基板30を半導体装置1に搭載した場合、当該放射ノイズが所定の周波数帯域内で5dB低減している。   For example, when the printed circuit board 30 on which the metal foils 30ja, 30jb, and 30jc are patterned is mounted on the semiconductor device 1 as compared with a printed circuit board that does not include the metal foils 30ja, 30jb, and 30jc, the radiation noise has a predetermined frequency. It is reduced by 5 dB in the band.

なお、金属箔30ja,30jb,30jcについては、プリント基板30の裏面だけではなく、主面側に選択的に配置させてもよい。
また、金属箔30c,30ja,30jb,30jc,30k,30lを形成させた領域以外においては、複数の貫通孔32が形成されている。これらの貫通孔32は、図2に示すアンダーフィル材40を、絶縁基板10とプリント基板30の間隙に流入させるための注入口である。このような注入口をプリント基板30に複数個設けることにより、プリント基板30と絶縁基板10との間隙に、ペースト状のアンダーフィル材を円滑に流入させることができる。これにより、当該間隙に、流入させたアンダーフィル材を硬化させた後、アンダーフィル材40の内部にボイド等が残存することなく、アンダーフィル材40を絶縁基板10とプリント基板30との間隙に密に充填させることができる。
Note that the metal foils 30ja, 30jb, and 30jc may be selectively disposed not only on the back surface of the printed board 30 but also on the main surface side.
Further, a plurality of through holes 32 are formed outside the region where the metal foils 30c, 30ja, 30jb, 30jc, 30k, 30l are formed. These through holes 32 are injection ports for allowing the underfill material 40 shown in FIG. 2 to flow into the gap between the insulating substrate 10 and the printed circuit board 30. By providing a plurality of such injection ports in the printed circuit board 30, the paste-like underfill material can smoothly flow into the gap between the printed circuit board 30 and the insulating substrate 10. As a result, after the underfill material that has flowed into the gap is cured, the underfill material 40 is placed in the gap between the insulating substrate 10 and the printed board 30 without any voids remaining inside the underfill material 40. It can be filled tightly.

このような構成を有する半導体装置1の半導体素子20(並びに半導体素子21)の曲げ強度について説明する。
まず、半導体装置1に対して行った応力分布シミュレーションについて説明する。
The bending strength of the semiconductor element 20 (and the semiconductor element 21) of the semiconductor device 1 having such a configuration will be described.
First, a stress distribution simulation performed on the semiconductor device 1 will be described.

このシミュレーションでは、有限要素法により、半導体装置1の外部環境温度を180度から−(マイナス)40度を経て200度まで変化させる温度サイクルを、2サイクル行った際の半導体装置1内の半導体素子20における応力分布の結果を得ることができる。   In this simulation, the semiconductor element in the semiconductor device 1 when the temperature cycle in which the external environment temperature of the semiconductor device 1 is changed from 180 degrees to −200 degrees through − (minus) 40 degrees by two cycles is performed by the finite element method. The result of the stress distribution at 20 can be obtained.

なお、半導体素子20,21として、シリコンが用いられたMOSFET、シリコンが用いられたFWD、炭化シリコンが用いられたMOSFET、炭化シリコンが用いられたSBDがシミュレーション対象の半導体装置1にそれぞれ備えられているものとする。   As the semiconductor elements 20 and 21, the semiconductor device 1 to be simulated includes a MOSFET using silicon, an FWD using silicon, a MOSFET using silicon carbide, and an SBD using silicon carbide, respectively. It shall be.

その結果、半導体素子20,21の素子強度を示すヤング率は、シリコンを用いた場合はいずれも112700MPaであり、炭化シリコンを用いた場合はいずれも441000MPaであった。応力分布のシミュレーション結果によれば、各半導体素子20,21に対する応力は、シリコンを用いたMOSFET及びFWDの場合が、炭化シリコンを用いたMOSFET及びSBDの場合よりも低いことが分かった。これらの結果を踏まえると、半導体素子20,21は素子強度が低い(または、高い)ほど、応力が低く(または、高く)なることが考えられる。   As a result, the Young's modulus indicating the element strength of the semiconductor elements 20 and 21 was 112700 MPa when silicon was used, and 441000 MPa when silicon carbide was used. According to the simulation result of the stress distribution, it was found that the stress on each of the semiconductor elements 20 and 21 is lower in the case of MOSFET and FWD using silicon than in the case of MOSFET and SBD using silicon carbide. Based on these results, it can be considered that the semiconductor elements 20 and 21 have lower (or higher) stress as the element strength is lower (or higher).

次いで、半導体装置1に備えられた半導体素子20,21に三点曲げ強度試験を行った結果について図4を用いて説明する。
図4は実施の形態における半導体素子の三点曲げ試験の試験結果を示す図である。
Next, the results of a three-point bending strength test performed on the semiconductor elements 20 and 21 provided in the semiconductor device 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a test result of a three-point bending test of a semiconductor element in the embodiment.

なお、図4に示す三点曲げ強度試験では、半導体素子20,21として、シリコンが用いられたMOSFET(A)、炭化シリコンが用いられたMOSFET(B〜D)、炭化シリコンが用いられたSBD(E)を試験対象とした。また、図4は、縦軸は試験対象とした半導体素子20の種類を対応付けて、横軸は三点曲げ試験で得られる曲げ強度(MPa)を表しており、各種類について複数個試験した結果が含まれる曲げ強度の範囲を示している。   In the three-point bending strength test shown in FIG. 4, the semiconductor elements 20 and 21 are MOSFETs (A) using silicon, MOSFETs (B to D) using silicon carbide, and SBDs using silicon carbide. (E) was the test subject. In FIG. 4, the vertical axis indicates the type of the semiconductor element 20 to be tested, and the horizontal axis indicates the bending strength (MPa) obtained by the three-point bending test. The range of bending strength in which the results are included is shown.

図4に示す試験結果によれば、(B)の半導体素子20(炭化シリコンが利用されたMOSFET)がその曲げ強度がおよそ1900MPa以上、およそ2800MPa以下の範囲内である。また、(A),(C)〜(E)の半導体素子20,21の曲げ強度は、1000MPa以下であって、特に、炭化シリコンに関する(C)〜(E)の半導体素子20,21の曲げ強度は、400MPa以上、800MPa以下である。なお、シリコンに関する(A)の半導体素子については後述する。   According to the test results shown in FIG. 4, the bending strength of the semiconductor element 20 (MOSFET using silicon carbide) in (B) is in the range of about 1900 MPa or more and about 2800 MPa or less. Further, the bending strength of the semiconductor elements 20 and 21 of (A), (C) to (E) is 1000 MPa or less, and in particular, the bending strength of the semiconductor elements 20 and 21 of (C) to (E) related to silicon carbide. The strength is 400 MPa or more and 800 MPa or less. The semiconductor element (A) related to silicon will be described later.

このような半導体素子20,21の曲げ強度は、製造過程における半導体素子20,21の基板の結晶成長の成長面の材質並びに方向、または、半導体素子20,21の厚さ等に応じて変化させることができる。   The bending strength of the semiconductor elements 20 and 21 is changed according to the material and direction of the growth surface of the crystal growth of the substrate of the semiconductor elements 20 and 21 in the manufacturing process, the thickness of the semiconductor elements 20 and 21, and the like. be able to.

そこで、一例として、(A)の半導体素子20(シリコンが利用されたMOSFET)について、その厚さに対する曲げ強度について図5を用いて説明する。
図5は実施の形態における半導体素子の厚さに対する三点曲げ試験の試験結果を示す図である。
Therefore, as an example, the bending strength with respect to the thickness of the semiconductor element 20 (MOSFET using silicon) of (A) will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a test result of a three-point bending test with respect to the thickness of the semiconductor element in the embodiment.

なお、図5では横軸は素子厚さ(μm)を、縦軸は曲げ強度(MPa)をそれぞれ示している。
(A)の半導体素子20の曲げ強度は、図5に示すように、その厚さに比例して増加することが分かる。図5によれば、素子厚さを500μmにすることで、曲げ強度をおよそ900MPaとすることができる。
In FIG. 5, the horizontal axis represents the element thickness (μm), and the vertical axis represents the bending strength (MPa).
It can be seen that the bending strength of the semiconductor element 20 of (A) increases in proportion to its thickness, as shown in FIG. According to FIG. 5, the bending strength can be set to about 900 MPa by setting the element thickness to 500 μm.

また、素子厚さは、半導体素子20の製造上の限界、並びに半導体素子20の取り扱い易さ等を鑑みると、およそ100μm程度まで薄くすることができる。このような素子厚さを100μm程度にすることで、曲げ強度をおよそ100MPaとすることができる。即ち、(A)の半導体素子20の曲げ強度は、100MPa以上、900MPaとすることが考えられる。   Further, the element thickness can be reduced to about 100 μm in consideration of the manufacturing limit of the semiconductor element 20 and the ease of handling of the semiconductor element 20. By setting the element thickness to about 100 μm, the bending strength can be set to about 100 MPa. That is, it can be considered that the bending strength of the semiconductor element 20 of (A) is 100 MPa or more and 900 MPa.

上記の図4及び図5の記載並びにそれらの説明を鑑みると、半導体素子20,21の曲げ強度は、100MPa以上、1000MPa以下であって、好ましくは、400MPa以上、800MPa以下であることが考えられる。   In view of the description of FIGS. 4 and 5 and the description thereof, the bending strength of the semiconductor elements 20 and 21 is 100 MPa or more and 1000 MPa or less, and preferably 400 MPa or more and 800 MPa or less. .

次いで、このような(A)〜(E)の半導体素子20,21に対して行うヒートサイクル試験について説明する。
ヒートサイクル試験は、半導体装置1の外部環境温度を−(マイナス)40度から150度を経て再び−(マイナス)40度に変化させる温度サイクルごとに、半導体装置1に所定の電圧を印加した際のリーク電流を計測するものであり、これを500サイクル行う。
Next, a heat cycle test performed on the semiconductor elements 20 and 21 of (A) to (E) will be described.
The heat cycle test is performed when a predetermined voltage is applied to the semiconductor device 1 for each temperature cycle in which the external environmental temperature of the semiconductor device 1 is changed from − (minus) 40 degrees to 150 degrees through − (minus) 40 degrees again. Is measured for 500 cycles.

この試験結果によれば、図4に示した(A),(C)〜(E)の半導体素子20,21、即ち、曲げ強度が100MPa以上、1000MPa以下の半導体素子20,21は、半導体素子20の特性に大きな変動が生じることは無かった。このことから(A),(C)〜(E)の半導体素子20,21に不良の発生が認められず、(A),(C)〜(E)の半導体素子20,21を含む半導体装置1には故障が発生しなかったことが考えられる。   According to this test result, the semiconductor elements 20 and 21 of (A), (C) to (E) shown in FIG. 4, that is, the semiconductor elements 20 and 21 having a bending strength of 100 MPa or more and 1000 MPa or less are semiconductor elements. There was no significant variation in the 20 properties. Therefore, no defects are observed in the semiconductor elements 20 and 21 of (A) and (C) to (E), and the semiconductor device includes the semiconductor elements 20 and 21 of (A) and (C) to (E). 1 may be that no failure occurred.

一方、図4に示した(B)の半導体素子20は、50サイクル程度でリーク電流が増加してしまい、(B)の半導体素子20を含む半導体装置1に故障が発生してしまったことが考えられる。   On the other hand, in the semiconductor element 20 of FIG. 4 (B), the leakage current increases in about 50 cycles, and the semiconductor device 1 including the semiconductor element 20 of (B) has failed. Conceivable.

以下に、ヒートサイクル試験で生じた、(B)の半導体素子20を含む半導体装置1の故障について図6を用いて説明する。
図6は故障が発生した半導体装置の要部の一例を示す図である。
Hereinafter, a failure of the semiconductor device 1 including the semiconductor element 20 of (B) caused by the heat cycle test will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a main part of a semiconductor device in which a failure has occurred.

なお、図6では、図2の半導体装置1に配設したポスト電極30eと、ポスト電極30eに接合された半導体素子20の周辺の更なる拡大図が示されている。
半導体装置1では、曲げ強度が1000MPaを超える(B)の半導体素子20のアルミニウム(Al)等を主成分とするエミッタ電極20aに、ニッケル(Ni)等を主成分とする金属めっき20bが形成されている。
FIG. 6 shows a further enlarged view of the periphery of the post electrode 30e disposed in the semiconductor device 1 of FIG. 2 and the semiconductor element 20 joined to the post electrode 30e.
In the semiconductor device 1, the metal plating 20 b mainly composed of nickel (Ni) or the like is formed on the emitter electrode 20 a mainly composed of aluminum (Al) or the like of the semiconductor element 20 having a bending strength exceeding 1000 MPa (B). ing.

ポスト電極30eは、半導体素子20のエミッタ電極20a及び金属めっき20bの領域直上に配置されて、エミッタ電極20aに半田層12を介して電気的に接続されている。図6では図示を省略するプリント基板30と絶縁基板10との間隙に、アンダーフィル材40が充填されることで、半導体素子20と、ポスト電極30e、半田層12が封止される。   The post electrode 30 e is disposed immediately above the emitter electrode 20 a and the metal plating 20 b of the semiconductor element 20, and is electrically connected to the emitter electrode 20 a through the solder layer 12. In FIG. 6, the underfill material 40 is filled in a gap between the printed board 30 and the insulating board 10 (not shown), so that the semiconductor element 20, the post electrode 30 e, and the solder layer 12 are sealed.

このような半導体装置1では、外部環境温度が上昇すると、アンダーフィル材40が変形して、半導体装置1の内部に応力が発生する。特に、ポスト電極30eは、アンダーフィル材40と線膨張係数差もあり、その下部(図6中の範囲X近傍)に応力が集中してエミッタ電極20a及び金属めっき20bが損傷を受けてしまう。このため、半導体素子20はエミッタ電極20a及び金属めっき20bを介して、ポスト電極30eから適切に電圧が印加されなくなり、半導体素子20の機能が低下してしまう。ポスト電極30eの下部に更に応力が集中すると、半導体素子20に亀裂Yが発生してしまい、半導体装置1が故障してしまう。   In such a semiconductor device 1, when the external environmental temperature rises, the underfill material 40 is deformed and stress is generated inside the semiconductor device 1. In particular, the post electrode 30e also has a difference in linear expansion coefficient from the underfill material 40, and stress concentrates on the lower portion (in the vicinity of the range X in FIG. 6) to damage the emitter electrode 20a and the metal plating 20b. For this reason, a voltage is not appropriately applied to the semiconductor element 20 from the post electrode 30e via the emitter electrode 20a and the metal plating 20b, and the function of the semiconductor element 20 is deteriorated. If stress is further concentrated on the lower portion of the post electrode 30e, the semiconductor element 20 is cracked Y, and the semiconductor device 1 is broken.

一方、(A),(C)〜(E)の半導体素子20,21は、その曲げ強度が1000MPa以下であって、(B)の半導体素子20よりも小さいために、ポスト電極30eの下部に応力が集中しても、その応力を緩和することができる。このため、ポスト電極30eの下部(図6中の範囲X近傍)における損傷の発生を抑止し、半導体装置1の故障の発生を抑制することができるようになる。   On the other hand, since the semiconductor elements 20 and 21 of (A), (C) to (E) have a bending strength of 1000 MPa or less and are smaller than the semiconductor element 20 of (B), they are formed below the post electrode 30e. Even if the stress is concentrated, the stress can be relaxed. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of damage in the lower part of the post electrode 30e (in the vicinity of the range X in FIG. 6) and to suppress the occurrence of a failure of the semiconductor device 1.

このように、半導体装置1は、半導体素子20,21が主面に配置された絶縁基板10と、絶縁基板10の半導体素子20,21が配置された主面に対向するように配置されたプリント基板30と、プリント基板30の主面に形成された金属箔の少なくとも一つと半導体素子20,21の電極の少なくとも一つとを電気的に接続する複数のポスト電極30eと、絶縁基板10とプリント基板30との隙間を封止するアンダーフィル材40とを備え、さらに、半導体素子20,21が100MPa以上、1000MPa以下、好ましくは、400MPa以上、800MPa以下の曲げ強度を有するようにした。   As described above, the semiconductor device 1 includes the insulating substrate 10 on which the semiconductor elements 20 and 21 are arranged on the main surface and the print arranged on the insulating substrate 10 so as to face the main surface on which the semiconductor elements 20 and 21 are arranged. A plurality of post electrodes 30e that electrically connect the substrate 30, at least one of the metal foils formed on the main surface of the printed circuit board 30 and at least one of the electrodes of the semiconductor elements 20, 21, the insulating substrate 10 and the printed circuit board; And an underfill material 40 that seals the gap between the semiconductor element 20 and the semiconductor element 20 and 21 and has a bending strength of 100 MPa or more and 1000 MPa or less, preferably 400 MPa or more and 800 MPa or less.

これにより、半導体素子20,21の動作時の発熱等による温度変化、並びに半導体装置1の外部環境の温度変化により半導体装置1を封止するアンダーフィル材40が変形しても、半導体素子20,21の電極に配置されたポスト電極30eの下部領域に対する応力が緩和される。このため、半導体装置1では、ポスト電極30eの下部領域に対する損傷の発生が抑制されて、半導体装置1の故障の発生を抑制することができるようになる。   Thereby, even if the underfill material 40 that seals the semiconductor device 1 is deformed due to a temperature change due to heat generation or the like during operation of the semiconductor elements 20 and 21 and a temperature change in the external environment of the semiconductor device 1, the semiconductor element 20 or 21 The stress on the lower region of the post electrode 30e disposed on the electrode 21 is relieved. For this reason, in the semiconductor device 1, the occurrence of damage to the lower region of the post electrode 30e is suppressed, and the occurrence of a failure in the semiconductor device 1 can be suppressed.

以上の結果から、半導体装置1の信頼性は高く、良好な動作特性を有する。また、半導体装置1のパワーサイクル耐量がより向上する。   From the above results, the semiconductor device 1 has high reliability and good operating characteristics. In addition, the power cycle tolerance of the semiconductor device 1 is further improved.

1 半導体装置
10 絶縁基板
10a 絶縁板
10b,10c,10d,30b,30c,30j,30ja,30jb,30jc,30k,30l 金属箔
30e,30g ポスト電極
11,12,30i 半田層
20a エミッタ電極
20,21 半導体素子
30 プリント基板
30a 樹脂層
30d,30f スルーホール
30h 筒状めっき層
31 保護層
32 貫通孔
40 アンダーフィル材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 10 Insulating substrate 10a Insulating plate 10b, 10c, 10d, 30b, 30c, 30j, 30ja, 30jb, 30jc, 30k, 30l Metal foil 30e, 30g Post electrode 11, 12, 30i Solder layer 20a Emitter electrode 20, 21 Semiconductor element 30 Printed circuit board 30a Resin layer 30d, 30f Through hole 30h Cylindrical plating layer 31 Protective layer 32 Through hole 40 Underfill material

Claims (5)

絶縁基板と、
前記絶縁基板の主面に配置された、100MPa以上、1000MPa以下の曲げ強度を有する半導体素子と、
前記絶縁基板の前記主面に対向するように配置されたプリント基板と、
前記プリント基板の主面に形成された金属箔の少なくとも一つと前記半導体素子の電極の少なくとも一つとを電気的に接続する複数のポスト電極と、
前記絶縁基板と前記プリント基板との間隙を封止する封止樹脂と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
An insulating substrate;
A semiconductor element having a bending strength of 100 MPa or more and 1000 MPa or less, disposed on the main surface of the insulating substrate;
A printed circuit board disposed to face the main surface of the insulating substrate;
A plurality of post electrodes that electrically connect at least one of the metal foils formed on the main surface of the printed circuit board and at least one of the electrodes of the semiconductor element;
A sealing resin for sealing a gap between the insulating substrate and the printed board;
A semiconductor device comprising:
前記半導体素子の曲げ強度は、400MPa以上、800MPa以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the bending strength of the semiconductor element is 400 MPa or more and 800 MPa or less. 前記半導体素子は、炭化シリコンまたはシリコンが用いられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is made of silicon carbide or silicon. 前記ポスト電極は、銅により構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the post electrode is made of copper. 前記封止樹脂は、10×10−6/K以上、80×10−6/K以下の線膨張係数を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the sealing resin has a linear expansion coefficient of 10 × 10 −6 / K or more and 80 × 10 −6 / K or less.
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