JP2016046293A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an art to achieve improvement in durability.SOLUTION: A semiconductor device 1 comprises a semiconductor chip 10, a solder 41 for fixing the semiconductor chip 10 and an encapsulation resin 30 for encapsulating the semiconductor chip 10 and the solder 41. A bending elastic modulus of the encapsulation resin 30 is not less than 7000 MPa and not more than 14000 MPa when a temperature of the encapsulation resin 30 is 175°C and the bending elastic modulus is not less than 6000 MPa and not more than 12000 MPa when the temperature of the encapsulation resin 30 is 200°C. A glass transition temperature of the encapsulation resin 30 is equal to or higher than 180°C. A mold shrinkage ratio of the encapsulation resin 30 is not less than 0.04 and not more than 0.1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1には半導体装置が開示されている。特許文献1の半導体装置は、半導体チップと、半導体チップを固定するためのはんだと、半導体チップおよびはんだを封止するための封止樹脂が開示されている。   Patent Document 1 discloses a semiconductor device. The semiconductor device disclosed in Patent Document 1 discloses a semiconductor chip, solder for fixing the semiconductor chip, and a sealing resin for sealing the semiconductor chip and the solder.

特開2005−129855号公報JP 2005-129855 A

特許文献1の半導体装置では、半導体チップが通電により発熱すると、はんだに応力が作用してクラックが生じることがある。また、半導体チップが発熱すると、封止樹脂が膨張・収縮して半導体チップから剥離することがある。また、樹脂成型時に封止樹脂が収縮して、封止樹脂が半導体チップから剥離することがある。はんだのクラックや封止樹脂の剥離が生じると、半導体装置の耐久性が低下する可能性がある。そこで本明細書は、耐久性を高く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。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, when the semiconductor chip generates heat by energization, stress may act on the solder to cause cracks. Further, when the semiconductor chip generates heat, the sealing resin may expand and contract and peel from the semiconductor chip. In addition, the sealing resin may shrink during resin molding, and the sealing resin may peel from the semiconductor chip. When the crack of the solder or the peeling of the sealing resin occurs, the durability of the semiconductor device may be reduced. Therefore, an object of the present specification is to provide a semiconductor device capable of increasing durability.

本明細書に開示する半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを固定するためのはんだと、前記半導体チップおよび前記はんだを封止する封止樹脂と、を備えている。前記封止樹脂の曲げ弾性率は、前記封止樹脂の温度が175℃のときに7000MPa以上14000MPa以下であり、かつ、前記封止樹脂の温度が200℃のときに6000MPa以上12000MPa以下である。前記封止樹脂のガラス転移温度は、180℃以上である。前記封止樹脂の成形収縮率は、0.04以上0.1以下である。   A semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor chip, solder for fixing the semiconductor chip, and a sealing resin for sealing the semiconductor chip and the solder. The bending elastic modulus of the sealing resin is 7000 MPa to 14000 MPa when the temperature of the sealing resin is 175 ° C. and is 6000 MPa to 12000 MPa when the temperature of the sealing resin is 200 ° C. The glass transition temperature of the sealing resin is 180 ° C. or higher. The molding shrinkage of the sealing resin is 0.04 or more and 0.1 or less.

このような構成によれば、温度上昇時にも、封止樹脂が半導体チップやはんだを拘束する力が弱くなり難い。このため、温度上昇時に、はんだのクラックが抑制されるとともに、温度変化によって封止樹脂が半導体チップから剥離することが抑制される。また、成形時に封止樹脂が収縮し難く、成形時における封止樹脂の剥離を抑制できる。これにより、半導体装置の耐久性を高めることができる。   According to such a configuration, even when the temperature rises, the force with which the sealing resin restrains the semiconductor chip and the solder is difficult to weaken. For this reason, when the temperature rises, cracks in the solder are suppressed, and the sealing resin is prevented from peeling from the semiconductor chip due to a temperature change. Further, the sealing resin hardly shrinks during molding, and the peeling of the sealing resin during molding can be suppressed. Thereby, durability of a semiconductor device can be improved.

第1実施形態に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device.

[第1実施形態]
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。第1実施形態に係る半導体装置1は、図1に示すように、半導体チップ10と、半導体チップ10の下方および上方にそれぞれ配置された第1金属板21および第2金属板22とを備えている。また、半導体装置1は、半導体チップ10を封止する封止樹脂30を備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a semiconductor chip 10, and a first metal plate 21 and a second metal plate 22 disposed below and above the semiconductor chip 10, respectively. Yes. Further, the semiconductor device 1 includes a sealing resin 30 that seals the semiconductor chip 10.

半導体チップ10は、半導体基板の内部に半導体素子が形成された構成である。半導体基板としては、例えばシリコン(Si)や炭化ケイ素(SiC)を用いることができる。半導体チップ10としては、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いることができる。半導体チップ10が例えばIGBTである場合、半導体基板の内部にはゲート領域、エミッタ領域、コレクタ領域などが形成されている(図示省略)。半導体チップ10は、作動時に発熱する。半導体基板としてシリコン(Si)を用いた場合、半導体チップ10の温度は最大で約175℃になる。半導体基板として炭化ケイ素(SiC)を用いた場合、半導体チップ10の温度は最大で約200℃になる。   The semiconductor chip 10 has a configuration in which a semiconductor element is formed inside a semiconductor substrate. For example, silicon (Si) or silicon carbide (SiC) can be used as the semiconductor substrate. For example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) can be used as the semiconductor chip 10. When the semiconductor chip 10 is, for example, an IGBT, a gate region, an emitter region, a collector region, and the like are formed inside the semiconductor substrate (not shown). The semiconductor chip 10 generates heat during operation. When silicon (Si) is used as the semiconductor substrate, the temperature of the semiconductor chip 10 is about 175 ° C. at the maximum. When silicon carbide (SiC) is used as the semiconductor substrate, the temperature of the semiconductor chip 10 is about 200 ° C. at the maximum.

半導体チップ10の表面には信号電極12が形成されている。信号電極12は、金属のワイヤ51を介して信号端子52に接続されている。信号電極12は、ワイヤ51および信号端子52を介して外部装置(図示省略)に電気的に接続されており、外部装置(図示省略)との間で制御信号の送受信をする。   A signal electrode 12 is formed on the surface of the semiconductor chip 10. The signal electrode 12 is connected to a signal terminal 52 through a metal wire 51. The signal electrode 12 is electrically connected to an external device (not shown) via a wire 51 and a signal terminal 52, and transmits and receives control signals to and from the external device (not shown).

半導体チップ10は、第1金属板21と第2金属板22の間に配置されている。半導体チップ10の上側の主面は、はんだ41を介して第1金属板21に固定されている。半導体チップ10の下側の主面は、はんだ41およびスペーサ42を介して第2金属板22に固定されている。   The semiconductor chip 10 is disposed between the first metal plate 21 and the second metal plate 22. The upper main surface of the semiconductor chip 10 is fixed to the first metal plate 21 via the solder 41. The lower main surface of the semiconductor chip 10 is fixed to the second metal plate 22 via solder 41 and spacers 42.

スペーサ42は、半導体チップ10と第2金属板22の間に配置されている。スペーサ42しては、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの金属のブロック体を用いることができる。また、スペーサ42の表面がニッケル(Ni)によりめっき処理されていてもよい。はんだ41は、金属部品や電子部品を固定するための公知の合金である。はんだ41としては、例えばSn−Pb系、Sn−Pb−Ag系、Sn−Pb−Cu系、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Sb系の合金を用いることができる。   The spacer 42 is disposed between the semiconductor chip 10 and the second metal plate 22. As the spacer 42, for example, a metal block body such as copper (Cu) or aluminum (Al) can be used. Further, the surface of the spacer 42 may be plated with nickel (Ni). The solder 41 is a known alloy for fixing metal parts and electronic parts. As the solder 41, for example, Sn—Pb, Sn—Pb—Ag, Sn—Pb—Cu, Sn—Ag, Sn—Cu, Sn—Sb alloys can be used.

第1金属板21と第2金属板22は、上下に間隔をあけて配置されている。第1金属板21および第2金属板22としては、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの金属板や金属箔を用いることができる。また、第1金属板21および第2金属板22の表面がニッケル(Ni)によりめっき処理されていてもよい。第1金属板21および第2金属板22は、熱伝導性および導電性を有している。第1金属板21の下面121および第2金属板22の上面122は、それぞれ、封止樹脂30から露出している。第1金属板21の下面121および第2金属板22の上面122は、それぞれ、冷却器70に接している。   The 1st metal plate 21 and the 2nd metal plate 22 are arrange | positioned at intervals up and down. As the 1st metal plate 21 and the 2nd metal plate 22, metal plates and metal foil, such as copper (Cu) and aluminum (Al), can be used, for example. Further, the surfaces of the first metal plate 21 and the second metal plate 22 may be plated with nickel (Ni). The first metal plate 21 and the second metal plate 22 have thermal conductivity and conductivity. The lower surface 121 of the first metal plate 21 and the upper surface 122 of the second metal plate 22 are respectively exposed from the sealing resin 30. The lower surface 121 of the first metal plate 21 and the upper surface 122 of the second metal plate 22 are in contact with the cooler 70, respectively.

冷却器70は、第1金属板21および第2金属板22にそれぞれ密着している。半導体チップ10の上方および下方にそれぞれ冷却器70が配置されている。冷却器70は、第1金属板21および第2金属板22を介して、半導体チップ10を冷却できる。冷却器70の内部には流路が形成されており、冷媒が流路を流れる。冷却器70の筐体は、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの熱伝導性を有する金属により形成されている。   The cooler 70 is in close contact with the first metal plate 21 and the second metal plate 22. Coolers 70 are respectively disposed above and below the semiconductor chip 10. The cooler 70 can cool the semiconductor chip 10 via the first metal plate 21 and the second metal plate 22. A flow path is formed inside the cooler 70, and the refrigerant flows through the flow path. The housing of the cooler 70 is formed of a metal having thermal conductivity such as copper (Cu) or aluminum (Al).

半導体チップ10、第1金属板21、第2金属板22、はんだ41およびスペーサ42は、プライマ60により被覆されている。これらの各構成と封止樹脂30との間に、プライマ60は形成されている。プライマ60としては、例えばポリイミド系プライマやポリイミド変性エポキシ系プライマを用いることができる。典型的には、ポリイミド系プライマを用いることが好ましい。プライマ60のガラス転移温度(Tg)は、230℃以上が好ましい。プライマ60の曲げ弾性率(E)は、プライマ60の温度が175℃のときに1500MPa以上であり、かつ、プライマ60の温度が200℃のときに1300MPa以上であることが好ましい。   The semiconductor chip 10, the first metal plate 21, the second metal plate 22, the solder 41 and the spacer 42 are covered with a primer 60. A primer 60 is formed between each of these components and the sealing resin 30. As the primer 60, for example, a polyimide primer or a polyimide-modified epoxy primer can be used. Typically, it is preferable to use a polyimide-based primer. The glass transition temperature (Tg) of the primer 60 is preferably 230 ° C. or higher. The flexural modulus (E) of the primer 60 is preferably 1500 MPa or more when the temperature of the primer 60 is 175 ° C. and 1300 MPa or more when the temperature of the primer 60 is 200 ° C.

封止樹脂30は、半導体チップ10、はんだ41およびスペーサ42を封止している。封止樹脂30は、半導体チップ10、はんだ41およびスペーサ42の周囲に充填されている。封止樹脂30は、第1金属板21と第2金属板22の間に充填されている。封止樹脂30は、半導体チップ10、はんだ41、スペーサ42、第1金属板21および第2金属板22に密着している。   The sealing resin 30 seals the semiconductor chip 10, the solder 41, and the spacer 42. The sealing resin 30 is filled around the semiconductor chip 10, the solder 41, and the spacer 42. The sealing resin 30 is filled between the first metal plate 21 and the second metal plate 22. The sealing resin 30 is in close contact with the semiconductor chip 10, the solder 41, the spacer 42, the first metal plate 21 and the second metal plate 22.

封止樹脂30の曲げ弾性率(E)は、封止樹脂30の温度が175℃のときに7000MPa以上14000MPa以下であり、かつ、封止樹脂30の温度が200℃のときに6000MPa以上12000MPa以下であることが好ましい。かつ、封止樹脂30のガラス転移温度(Tg)は、180℃以上が好ましく、封止樹脂30の成形収縮率(MS)は、0.04%以上0.1%以下が好ましい。   The bending elastic modulus (E) of the sealing resin 30 is not less than 7000 MPa and not more than 14000 MPa when the temperature of the sealing resin 30 is 175 ° C., and is not less than 6000 MPa and not more than 12000 MPa when the temperature of the sealing resin 30 is 200 ° C. It is preferable that The glass transition temperature (Tg) of the sealing resin 30 is preferably 180 ° C. or higher, and the molding shrinkage (MS) of the sealing resin 30 is preferably 0.04% or higher and 0.1% or lower.

より詳細には、封止樹脂30の曲げ弾性率(E)は、封止樹脂30の温度が150℃のときに、8000MPa以上15000MPa以下が好ましく、8154MPa以上14987MPa以下がより好ましく、10000MPa以上14000MPa以下がさらに好ましい。また、封止樹脂30の曲げ弾性率(E)は、封止樹脂30の温度が175℃のときに、7000MPa以上14000MPa以下が好ましく、7050MPa以上13602MPa以下がより好ましく、9000MPa以上13000MPa以下がさらに好ましい。また、封止樹脂30の曲げ弾性率(E)は、封止樹脂30の温度が200℃のときに、6000MPa以上12000MPa以下が好ましく、6170MPa以上11921MPa以下がより好ましく、8000MPa以上11000MPa以下がさらに好ましい。封止樹脂30のガラス転移温度(Tg)は、180℃以上が好ましく、211℃以上257℃以下がより好ましく、220℃以上250℃以下がさらに好ましい。また、封止樹脂30の成形収縮率(MS)は、0.04%以上0.1%以下が好ましく、0.04%以上0.09%以下がより好ましく、0.05%以上0.08%以下がさらに好ましい。   More specifically, the bending elastic modulus (E) of the sealing resin 30 is preferably 8000 MPa or more and 15000 MPa or less, more preferably 8154 MPa or more and 14987 MPa or less when the temperature of the sealing resin 30 is 150 ° C., and 10,000 MPa or more and 14000 MPa or less. Is more preferable. Further, the bending elastic modulus (E) of the sealing resin 30 is preferably 7000 MPa to 14000 MPa, more preferably 7050 MPa to 13602 MPa, and further preferably 9000 MPa to 13000 MPa when the temperature of the sealing resin 30 is 175 ° C. . Further, the bending elastic modulus (E) of the sealing resin 30 is preferably 6000 MPa or more and 12000 MPa or less, more preferably 6170 MPa or more and 11921 MPa or less, and further preferably 8000 MPa or more and 11000 MPa or less when the temperature of the sealing resin 30 is 200 ° C. . The glass transition temperature (Tg) of the sealing resin 30 is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 211 ° C. or higher and 257 ° C. or lower, and further preferably 220 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Further, the molding shrinkage (MS) of the sealing resin 30 is preferably 0.04% or more and 0.1% or less, more preferably 0.04% or more and 0.09% or less, and 0.05% or more and 0.08. % Or less is more preferable.

封止樹脂30の曲げ弾性率(E)、ガラス転移温度(Tg)および成形収縮率(MS)は、「電気機能材料工業会規格 EIMS T 901:2006 半導体封止用成形材料の試験方法」に準じて測定することができる。   The bending elastic modulus (E), glass transition temperature (Tg), and molding shrinkage rate (MS) of the sealing resin 30 are the same as those in the “Electrical Functional Materials Industry Association Standard EIMS T 901: 2006 Testing Method for Molding Material for Semiconductor Encapsulation”. It can be measured accordingly.

封止樹脂30は、エポキシ樹脂を主成分として含んでいる。その他に、封止樹脂30は、硬化剤、応力緩和剤、硬化促進剤、フィラー等を含んでいてもよい。これらの材料を配合することにより、封止樹脂30を成形するための樹脂を作製できる。   The sealing resin 30 contains an epoxy resin as a main component. In addition, the sealing resin 30 may include a curing agent, a stress relaxation agent, a curing accelerator, a filler, and the like. By blending these materials, a resin for molding the sealing resin 30 can be produced.

エポキシ樹脂としては、例えば、多官能ナフタレン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニロールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂の群から選ばれる少なくとも1種類を用いることができる。これらは単独であるいは組み合わせて用いることができる。典型的には、多官能ナフタレン型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。   As the epoxy resin, for example, at least one selected from the group of polyfunctional naphthalene type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, triphenylol methane type epoxy resin, biphenyl aralkyl type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin is used. Can do. These can be used alone or in combination. Typically, it is preferable to use a polyfunctional naphthalene type epoxy resin.

多官能ナフタレン型エポキシ樹脂は、ナフタレン環に二個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を意味し、この様なエポキシ樹脂は二個以上の水酸基またはカルボキシ基、または一個以上のアミノ基が付加したナフタレン化合物をクロログリシジルと反応させる等の方法で得られるものである。多官能ナフタレン型エポキシ樹脂の平均官能基数は、3.0以上が好ましく、3.3以上4.3以下がより好ましく、3.7以上3.9以下がさらに好ましい。封止樹脂30において多官能ナフタレン型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、10.00wt%以上16.00wt%以下が好ましく、11.00wt%以上15.00wt%以下がより好ましく、12.00wt%以上14.00wt%以下がさらに好ましい。なお、添加量は、封止樹脂30が成形される前(樹脂の硬化前)の材料の配合割合である。   The polyfunctional naphthalene type epoxy resin means an epoxy resin having two or more epoxy groups in the naphthalene ring, and such an epoxy resin is a naphthalene having two or more hydroxyl groups or carboxy groups or one or more amino groups added thereto. It is obtained by a method such as reacting a compound with chloroglycidyl. The average functional group number of the polyfunctional naphthalene type epoxy resin is preferably 3.0 or more, more preferably 3.3 or more and 4.3 or less, and still more preferably 3.7 or more and 3.9 or less. When a polyfunctional naphthalene type epoxy resin is used in the sealing resin 30, the addition amount is preferably 10.00 wt% or more and 16.00 wt% or less, more preferably 11.00 wt% or more and 15.00 wt% or less, and 12. More preferably, it is 00 wt% or more and 14.00 wt% or less. The addition amount is a blending ratio of the material before the sealing resin 30 is molded (before the resin is cured).

クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、クレゾールに二個以上のエポキシ基を持つ多官能型のエポキシ樹脂であり、この様なエポキシ樹脂はクレゾールとホルムアルデヒドを出発原料とし、エピクロルヒドリンを反応させる等の方法で得られるものである。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の平均官能基数は、5.2以上が好ましく、5.5以上6.5以下が好ましく、5.9以上6.1以下がより好ましい。封止樹脂30においてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、7.00wt%以上11.00wt%以下が好ましく、8.00wt%以上10.00wt%以下がより好ましく、8.50wt%以上9.50wt%以下がさらに好ましい。なお、添加量は、封止樹脂30が成形される前(樹脂の硬化前)の材料の配合割合である。   The cresol novolac type epoxy resin is a polyfunctional type epoxy resin having two or more epoxy groups in cresol, and such an epoxy resin can be obtained by a method of reacting epichlorohydrin with cresol and formaldehyde as starting materials. Is. The average functional group number of the cresol novolak type epoxy resin is preferably 5.2 or more, preferably 5.5 or more and 6.5 or less, and more preferably 5.9 or more and 6.1 or less. When the cresol novolac type epoxy resin is used in the sealing resin 30, the addition amount is preferably 7.00 wt% or more and 11.00 wt% or less, more preferably 8.00 wt% or more and 10.00 wt% or less, and 8.50 wt%. % To 9.50 wt% is more preferable. The addition amount is a blending ratio of the material before the sealing resin 30 is molded (before the resin is cured).

トリフェニロールメタン型エポキシ樹脂およびビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂は、上記の各エポキシ樹脂と同様に、1分子中にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂である。トリフェニロールメタン型エポキシ樹脂の平均官能基数は、4.0以上が好ましく、4.2以上5.2以下がより好ましく、4.6以上4.8以下がさらに好ましい。封止樹脂30においてトリフェニロールメタン型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、2.00wt%以上5.00wt%以下が好ましく、3.00wt%以上4.00wt%以下がより好ましく、3.30wt%以上3.70wt%以下がさらに好ましい。また、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂の平均官能基数は、3.0以上が好ましく、3.2以上4.0以下がより好ましく、3.5以上3.7以下がさらに好ましい。封止樹脂30においてビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を用いる場合は、その添加量は、11.00wt%以上14.00wt%以下が好ましく、12.00wt%以上13.00wt%以下がより好ましく、12.30wt%以上12.70wt%以下がさらに好ましい。なお、添加量は、封止樹脂30が成形される前(樹脂の硬化前)の材料の配合割合である。   The triphenylol methane type epoxy resin and the biphenyl aralkyl type epoxy resin are epoxy resins having two or more epoxy groups in one molecule, like the above epoxy resins. The average functional group number of the triphenylol methane type epoxy resin is preferably 4.0 or more, more preferably 4.2 or more and 5.2 or less, and even more preferably 4.6 or more and 4.8 or less. When a triphenylol methane type epoxy resin is used in the sealing resin 30, the addition amount is preferably 2.00 wt% or more and 5.00 wt% or less, more preferably 3.00 wt% or more and 4.00 wt% or less. More preferably, it is 30 wt% or more and 3.70 wt% or less. The average functional group number of the biphenyl aralkyl type epoxy resin is preferably 3.0 or more, more preferably 3.2 or more and 4.0 or less, and further preferably 3.5 or more and 3.7 or less. When the biphenyl aralkyl type epoxy resin is used in the sealing resin 30, the addition amount is preferably 11.00 wt% or more and 14.00 wt% or less, more preferably 12.00 wt% or more and 13.00 wt% or less, 12.30 wt% % To 12.70 wt% is more preferable. The addition amount is a blending ratio of the material before the sealing resin 30 is molded (before the resin is cured).

硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂、トリフェニロールメタン樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種類を用いることができる。これらは単独であるいは組み合わせて用いることができる。硬化剤の添加量は、6.00wt%以上10.00wt%以下が好ましく、6.66wt%以上9.17wt%以下がより好ましく、7.00wt%以上9.00wt%以下がさらに好ましい。応力緩和剤としては、例えばアミノ変性シリコーンオイルを用いることができる。硬化促進剤としては、例えばトリフェニルホスフィン(TPP)やイミダゾールを用いることができる。硬化促進剤の添加量は、0.11wt%以上0.15wt%以下が好ましく、0.12wt%以上0.14wt%以下より好ましく、0.13wt%がさらに好ましい。フィラーとしては、例えばアルミナ粒子やシリカ粒子を用いることができる。フィラーの添加量は、75wt%以上85wt%以下が好ましく、75wt%以上82wt%以下がより好ましい。なお、添加量は、封止樹脂30が成形される前(樹脂の硬化前)の材料の配合割合である。   As a hardening | curing agent, at least 1 sort (s) chosen from the group of a phenol novolak resin, a triphenylol methane resin, and a biphenyl aralkyl resin can be used. These can be used alone or in combination. The addition amount of the curing agent is preferably 6.00 wt% or more and 10.00 wt% or less, more preferably 6.66 wt% or more and 9.17 wt% or less, and further preferably 7.00 wt% or more and 9.00 wt% or less. As the stress relaxation agent, for example, amino-modified silicone oil can be used. As the curing accelerator, for example, triphenylphosphine (TPP) or imidazole can be used. The addition amount of the curing accelerator is preferably 0.11 wt% or more and 0.15 wt% or less, more preferably 0.12 wt% or more and 0.14 wt% or less, and further preferably 0.13 wt%. As the filler, for example, alumina particles or silica particles can be used. The amount of filler added is preferably 75 wt% or more and 85 wt% or less, and more preferably 75 wt% or more and 82 wt% or less. The addition amount is a blending ratio of the material before the sealing resin 30 is molded (before the resin is cured).

上記の構成を備える半導体装置1では、通電すると半導体チップ10が発熱し、通電を止めると半導体チップ10の発熱が収まる。また、上記の半導体装置1では、半導体チップ10が冷却器70により冷却される。これにより、半導体チップ10の発熱・冷却が繰り返される。半導体チップ10の発熱・冷却が繰り返されると、封止樹脂30が膨張・収縮する。また、はんだ41に応力が作用する。このとき、上記の半導体装置1によれば、半導体チップ10が発熱し、半導体チップ10の周囲の封止樹脂30の温度が高くなっても、封止樹脂30の曲げ弾性率(E)が高い値で維持される。これにより、封止樹脂30が高温になっても半導体チップ10やはんだ41を拘束する力が弱くならない。また、上記の半導体装置1によれば、封止樹脂30のガラス転移温度(Tg)が高い値なので、半導体チップ10が発熱して封止樹脂30が高温になっても、封止樹脂30が液状になりにくく、半導体チップ10やはんだ41を拘束する力が弱くならない。このように、高温でも封止樹脂30が半導体チップ10とはんだ41を拘束する力が低下し難いので、高温時にはんだ41に加わる応力が抑制される。これにより、はんだ41にクラックが発生することを抑制できる。また、上記の半導体装置1によれば、封止樹脂30の成形収縮率(MS)が低い値なので、成形時に封止樹脂30が収縮しても、封止樹脂30が半導体チップ10、はんだ41、第1金属板21および第2金属板22から剥離することを抑制できる。このように、上記の半導体装置1によれば、はんだ41のクラックや封止樹脂30の剥離が生じることを抑制できるので、半導体装置1の耐久性を高くすることができる。   In the semiconductor device 1 having the above configuration, the semiconductor chip 10 generates heat when energized, and the heat generation of the semiconductor chip 10 stops when the energization is stopped. In the semiconductor device 1, the semiconductor chip 10 is cooled by the cooler 70. Thereby, heat generation / cooling of the semiconductor chip 10 is repeated. When heat generation / cooling of the semiconductor chip 10 is repeated, the sealing resin 30 expands and contracts. In addition, stress acts on the solder 41. At this time, according to the semiconductor device 1 described above, even when the semiconductor chip 10 generates heat and the temperature of the sealing resin 30 around the semiconductor chip 10 increases, the bending elastic modulus (E) of the sealing resin 30 is high. Maintained by value. Thereby, even if the sealing resin 30 becomes high temperature, the force which restrains the semiconductor chip 10 and the solder 41 is not weakened. Further, according to the semiconductor device 1 described above, since the glass transition temperature (Tg) of the sealing resin 30 is a high value, even if the semiconductor chip 10 generates heat and the sealing resin 30 reaches a high temperature, the sealing resin 30 It is difficult to become liquid, and the force that restrains the semiconductor chip 10 and the solder 41 does not become weak. Thus, since the force that the sealing resin 30 restrains the semiconductor chip 10 and the solder 41 is difficult to decrease even at high temperatures, the stress applied to the solder 41 at high temperatures is suppressed. Thereby, it can suppress that a crack is generated in the solder 41. Further, according to the semiconductor device 1 described above, since the molding shrinkage rate (MS) of the sealing resin 30 is a low value, even if the sealing resin 30 contracts during molding, the sealing resin 30 remains in the semiconductor chip 10 and the solder 41. Further, peeling from the first metal plate 21 and the second metal plate 22 can be suppressed. Thus, according to said semiconductor device 1, since it can suppress that the crack of the solder 41 and peeling of the sealing resin 30 arise, durability of the semiconductor device 1 can be made high.

また、上記の半導体装置1では、冷却器70が半導体チップ10の上方および下方に配置され、半導体チップ10が冷却器70により上下から冷却されるので、半導体チップ10が急速に冷却され、周囲の封止樹脂30が急速に収縮する。しかしながら、上記の封止樹脂30によれば、急速に収縮しても剥離を抑制できる。   In the semiconductor device 1, the cooler 70 is disposed above and below the semiconductor chip 10, and the semiconductor chip 10 is cooled from above and below by the cooler 70, so that the semiconductor chip 10 is rapidly cooled and the surroundings The sealing resin 30 contracts rapidly. However, according to said sealing resin 30, peeling can be suppressed even if it shrinks rapidly.

以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although one embodiment was described, a specific mode is not limited to the above-mentioned embodiment.

[第2実施形態]
上記第1実施形態では、冷却器70が第1金属板21および第2金属板22にそれぞれ接しており、半導体チップ10を上下から冷却する構成であったがこの構成に限定されるものではない。第2実施形態に係る半導体装置101は、図2に示すように、半導体チップ10と、半導体チップ10の下方に配置された金属板23と、半導体チップ10の上方に配置されたリードフレーム24とを備えている。なお、図2において、図1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the cooler 70 is in contact with the first metal plate 21 and the second metal plate 22 and cools the semiconductor chip 10 from above and below, but is not limited to this configuration. . As shown in FIG. 2, the semiconductor device 101 according to the second embodiment includes a semiconductor chip 10, a metal plate 23 disposed below the semiconductor chip 10, and a lead frame 24 disposed above the semiconductor chip 10. It has. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

半導体チップ10は、金属板23とリードフレーム24の間に配置されている。半導体チップ10の上側の主面は、はんだ41を介してリードフレーム24に固定されている。半導体チップ10の下側の主面は、はんだ41を介して金属板23に固定されている。   The semiconductor chip 10 is disposed between the metal plate 23 and the lead frame 24. The upper main surface of the semiconductor chip 10 is fixed to the lead frame 24 via the solder 41. The lower main surface of the semiconductor chip 10 is fixed to the metal plate 23 via the solder 41.

金属板23の材質としては、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などを用いることができる。また、金属板23の表面がニッケル(Ni)によりめっき処理されていてもよい。金属板23は、熱伝導性を有している。金属板23の下面には絶縁膜81を介して金属膜82が固定されている。絶縁膜81は、絶縁性および熱伝導性を有している。絶縁膜81の材質としては、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。金属膜82の材質としては、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などを用いることができる。また、金属膜82の表面がニッケル(Ni)によりめっき処理されていてもよい。金属膜82は、熱伝導性を有している。金属膜82の下面は、封止樹脂30から露出している。金属膜82の下面は、冷却器70に接している。冷却器70は、半導体チップ10の下方に配置されている。   As a material of the metal plate 23, for example, copper (Cu), aluminum (Al), or the like can be used. Further, the surface of the metal plate 23 may be plated with nickel (Ni). The metal plate 23 has thermal conductivity. A metal film 82 is fixed to the lower surface of the metal plate 23 via an insulating film 81. The insulating film 81 has insulating properties and thermal conductivity. As a material of the insulating film 81, for example, an epoxy resin can be used. As a material of the metal film 82, for example, copper (Cu), aluminum (Al), or the like can be used. The surface of the metal film 82 may be plated with nickel (Ni). The metal film 82 has thermal conductivity. The lower surface of the metal film 82 is exposed from the sealing resin 30. The lower surface of the metal film 82 is in contact with the cooler 70. The cooler 70 is disposed below the semiconductor chip 10.

リードフレーム24の材質としては、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などを用いることができる。また、リードフレーム24の表面がニッケル(Ni)によりめっき処理されていてもよい。リードフレーム24は、導電性を有している。リードフレーム24は、封止樹脂30に封止されている。リードフレーム24は、冷却器70に接していない。   As a material of the lead frame 24, for example, copper (Cu), aluminum (Al), or the like can be used. The surface of the lead frame 24 may be plated with nickel (Ni). The lead frame 24 has conductivity. The lead frame 24 is sealed with a sealing resin 30. The lead frame 24 is not in contact with the cooler 70.

第2実施形態においても第1実施形態と同様に、はんだ41のクラックや封止樹脂30の剥離を抑制でき、半導体装置101の耐久性を高めることができる。   Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the crack of the solder 41 and the peeling of the sealing resin 30 can be suppressed, and the durability of the semiconductor device 101 can be improved.

[実施例]
以下に実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。実施例および比較例では、まず、表1に示す配合により樹脂を作製した。より詳細には、実施例1〜6および比較例1〜7において、表1に示す材料をドライブレンドし、その後、ロールミルにより110℃で混練して樹脂を作製した。

[Example]
This will be described in more detail below using examples and comparative examples. In Examples and Comparative Examples, first, resins were prepared according to the formulation shown in Table 1. More specifically, in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7, the materials shown in Table 1 were dry blended, and then kneaded at 110 ° C. with a roll mill to produce a resin.

次に、作成した樹脂を用いて、曲げ弾性率(E)、ガラス転移温度(Tg)および成形収縮率(MS)に関する試験を行った。試験は、「電気機能材料工業会規格 EIMS T 901:2006 半導体封止用成形材料の試験方法」に準じて行った。この試験により、実施例1〜6および比較例1〜7に係る樹脂の曲げ弾性率(E)、ガラス転移温度(Tg)および成形収縮率(MS)を測定した。試験において、成形時の金型の温度は175℃とした。また、キュアは175℃×5hrの条件で行った。測定結果を表2に示す。

Next, tests on the flexural modulus (E), glass transition temperature (Tg), and molding shrinkage rate (MS) were performed using the prepared resin. The test was performed in accordance with “Electrical Functional Materials Industry Association Standard EIMS T 901: 2006 Test Method for Molding Material for Semiconductor Encapsulation”. By this test, the flexural modulus (E), glass transition temperature (Tg), and molding shrinkage rate (MS) of the resins according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7 were measured. In the test, the temperature of the mold during molding was set to 175 ° C. Further, the curing was performed under the condition of 175 ° C. × 5 hr. The measurement results are shown in Table 2.

実施例1〜6に係る樹脂では、表2に示すように、樹脂の曲げ弾性率(E)が、樹脂の温度が175℃のときに7000MPa以上14000MPa以下であり、かつ、樹脂の温度が200℃のときに6000MPa以上12000MPa以下である。また、樹脂のガラス転移温度(Tg)は、180℃以上であり、樹脂の成形収縮率(MS)は、0.04以上0.1以下である。一方、比較例1〜7に係る樹脂では、実施例に係る上記の数値範囲を全て満たすものはない。   In the resins according to Examples 1 to 6, as shown in Table 2, the flexural modulus (E) of the resin is 7000 MPa to 14000 MPa when the resin temperature is 175 ° C., and the resin temperature is 200 It is 6000 MPa or more and 12000 MPa or less at the time of ° C. Further, the glass transition temperature (Tg) of the resin is 180 ° C. or higher, and the molding shrinkage (MS) of the resin is 0.04 or higher and 0.1 or lower. On the other hand, none of the resins according to Comparative Examples 1 to 7 satisfies the above numerical ranges according to the examples.

続いて、実施例1〜6および比較例1〜7に係る樹脂を用いて第1実施形態に係る半導体装置1(図1に示す半導体装置1)を作製した。より詳細には、図3に示すように、封止樹脂30が形成される前の半導体装置1を金型100内に配置し、金型100内に加熱溶融した樹脂を注入して成形した。また、175℃×4hrの条件でキュアリングした。このようにして、実施例1〜6および比較例1〜7に係る樹脂を用いてそれぞれ半導体装置1を作製した。   Then, the semiconductor device 1 (semiconductor device 1 shown in FIG. 1) according to the first embodiment was manufactured using the resins according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7. More specifically, as shown in FIG. 3, the semiconductor device 1 before the sealing resin 30 is formed is placed in the mold 100 and the molten resin is injected into the mold 100 and molded. Moreover, it cured on the conditions of 175 degreeC x 4 hours. Thus, the semiconductor device 1 was produced using the resins according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7, respectively.

[評価1]
半導体装置1を作製した後、この半導体装置1における封止樹脂30の剥離を評価した(評価1)。すなわち、成形時の収縮により封止樹脂30が剥離していないかについて評価した。より詳細には、超音波探傷装置を用いて、封止樹脂30が半導体チップ10や第1金属板21および第2金属板22から剥離しているか否かを測定した。超音波探傷装置としては、株式会社日立製作所製 FineSATを用いた。そして、封止樹脂30が半導体チップ10、はんだ41、第1金属板21および第2金属板22から剥離していないときは合格(○)とした。一方、封止樹脂30が半導体チップ10や第1金属板21および第2金属板22から剥離しているときは不合格(×)とした。評価結果を表2に示す。
[Evaluation 1]
After manufacturing the semiconductor device 1, peeling of the sealing resin 30 in the semiconductor device 1 was evaluated (Evaluation 1). That is, it was evaluated whether the sealing resin 30 was peeled off due to shrinkage during molding. More specifically, it was measured whether or not the sealing resin 30 was peeled off from the semiconductor chip 10, the first metal plate 21, and the second metal plate 22 using an ultrasonic flaw detector. As an ultrasonic flaw detector, FineSAT manufactured by Hitachi, Ltd. was used. When the sealing resin 30 was not peeled off from the semiconductor chip 10, the solder 41, the first metal plate 21, and the second metal plate 22, it was determined as pass (◯). On the other hand, when the sealing resin 30 was peeled off from the semiconductor chip 10, the first metal plate 21, and the second metal plate 22, it was determined as rejected (x). The evaluation results are shown in Table 2.

[評価2]
評価1を行った後、半導体装置1に対して冷却−加熱を繰り返す冷熱サイクル試験を行った。実施例1〜6および比較例1〜7に係る樹脂を用いてそれぞれ作製された半導体装置1に対して、それぞれ冷熱サイクル試験を行った。冷熱サイクル試験は、下記の4つの温度条件(条件1、条件2、条件3、条件4)で行った。
[Evaluation 2]
After performing Evaluation 1, the semiconductor device 1 was subjected to a cooling cycle test in which cooling and heating were repeated. A thermal cycle test was performed on each of the semiconductor devices 1 manufactured using the resins according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 7, respectively. The thermal cycle test was performed under the following four temperature conditions (condition 1, condition 2, condition 3, and condition 4).

条件1では、−40℃と150℃との間の冷却−加熱サイクルを3000サイクル行った。条件2では、−40℃と175℃との間の冷却−加熱サイクルを3000サイクル行った。条件3では、−40℃と200℃との間の冷却−加熱サイクルを3000サイクル行った。条件4では、−40℃と215℃との間の冷却−加熱サイクルを3000サイクル行った。   In Condition 1, 3000 cooling-heating cycles between −40 ° C. and 150 ° C. were performed. In Condition 2, 3000 cooling-heating cycles between −40 ° C. and 175 ° C. were performed. Under Condition 3, 3000 cooling-heating cycles between −40 ° C. and 200 ° C. were performed. In Condition 4, 3000 cooling-heating cycles between −40 ° C. and 215 ° C. were performed.

半導体装置1に対して冷熱サイクル試験を行った後、この半導体装置1における封止樹脂30の剥離を評価した(評価2)。すなわち、温度変化により封止樹脂30が剥離するか否かを評価した。また、半導体装置1におけるはんだ41のクラックを評価した(評価2)。条件1〜条件4の冷熱サイクル試験において、それぞれ、剥離およびクラックを評価した。   After performing a thermal cycle test on the semiconductor device 1, peeling of the sealing resin 30 in the semiconductor device 1 was evaluated (Evaluation 2). That is, it was evaluated whether or not the sealing resin 30 was peeled off due to a temperature change. Moreover, the crack of the solder 41 in the semiconductor device 1 was evaluated (Evaluation 2). In the thermal cycle test of Condition 1 to Condition 4, peeling and cracking were evaluated, respectively.

より詳細には、上記の評価1と同様に、超音波探傷装置を用いて、封止樹脂30が半導体チップ10、はんだ41、第1金属板21および第2金属板22から剥離しているか否かを測定した。超音波探傷装置としては、株式会社日立製作所製 FineSATを用いた。そして、封止樹脂30が半導体チップ10や第1金属板21および第2金属板22から剥離していないときは合格(○)とした。一方、封止樹脂30が半導体チップ10や第1金属板21および第2金属板22から剥離しているときは不合格(×)とした。   More specifically, whether or not the sealing resin 30 is peeled off from the semiconductor chip 10, the solder 41, the first metal plate 21, and the second metal plate 22 using the ultrasonic flaw detector as in the above evaluation 1. Was measured. As an ultrasonic flaw detector, FineSAT manufactured by Hitachi, Ltd. was used. When the sealing resin 30 was not peeled off from the semiconductor chip 10, the first metal plate 21, and the second metal plate 22, it was determined as pass (◯). On the other hand, when the sealing resin 30 was peeled off from the semiconductor chip 10, the first metal plate 21, and the second metal plate 22, it was determined as rejected (x).

また、超音波探傷装置を用いて、はんだ41の断面を観察した。超音波探傷装置としては、株式会社日立製作所製 FineSATを用いた。そして、冷熱サイクル試験前のはんだ41におけるクラックの面積に対する、冷熱サイクル試験後のはんだ41におけるクラックの面積の割合を調べた。はんだ41の断面を観察したときに、冷熱サイクル試験後におけるクラックの面積が、冷熱サイクル試験前におけるクラックの面積に対して20%以上増加していない場合は合格(○)とした。一方、冷熱サイクル試験後におけるクラックの面積が、冷熱サイクル試験前におけるクラックの面積に対して20%以上増加している場合は不合格(×)とした。評価結果を表2に示す。   Moreover, the cross section of the solder 41 was observed using the ultrasonic flaw detector. As an ultrasonic flaw detector, FineSAT manufactured by Hitachi, Ltd. was used. And the ratio of the area of the crack in the solder 41 after the thermal cycle test to the area of the crack in the solder 41 before the thermal cycle test was examined. When the cross section of the solder 41 was observed, if the crack area after the thermal cycle test did not increase by 20% or more with respect to the crack area before the thermal cycle test, it was determined as pass (◯). On the other hand, when the area of the crack after the thermal cycle test was increased by 20% or more with respect to the area of the crack before the thermal cycle test, it was determined as rejected (x). The evaluation results are shown in Table 2.

表2に示すように、実施例1〜実施例6に係る樹脂は、評価1に係る剥離評価において全て合格(〇)であった。また、評価2に係る剥離評価およびクラック評価では、条件1および条件2において全て合格(〇)であった。すなわち、実施例1〜実施例6に係る樹脂では、−40℃と175℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じなかった。また、実施例1〜4および実施例6に係る樹脂は、評価2に係る剥離評価およびクラック評価では、条件3において合格(〇)であった。すなわち、実施例1〜4および実施例6に係る樹脂では、−40℃と200℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じなかった。また、実施例1に係る樹脂は、評価2に係る剥離評価およびクラック評価では、条件4において合格(〇)であった。すなわち、実施例1に係る樹脂では、−40℃と215℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じなかった。   As shown in Table 2, all the resins according to Examples 1 to 6 passed (◯) in the peeling evaluation according to Evaluation 1. Further, in the peeling evaluation and the crack evaluation according to the evaluation 2, all of the conditions 1 and 2 were acceptable (◯). That is, in the resins according to Examples 1 to 6, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 did not occur even when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and 175 ° C. The resins according to Examples 1 to 4 and Example 6 passed (◯) in Condition 3 in the peeling evaluation and the crack evaluation according to Evaluation 2. That is, in the resins according to Examples 1 to 4 and Example 6, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 did not occur even when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and 200 ° C. In addition, the resin according to Example 1 passed (◯) in Condition 4 in the peeling evaluation and the crack evaluation according to Evaluation 2. That is, in the resin according to Example 1, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 did not occur even when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and 215 ° C.

一方、表2に示すように、比較例1および比較例3に係る樹脂は、評価1に係る剥離評価において不合格(×)であった。よって、比較例1および比較例3に係る樹脂では、条件1〜条件4に係る冷熱サイクル試験を行わなかった。また、比較例2および比較例5に係る樹脂は、評価2に係る剥離評価およびクラック評価では、条件2、条件3および条件4において不合格(×)であった。すなわち、−40℃と175℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じた。また、比較例4に係る樹脂は、評価2に係るクラック評価では、条件3および条件4において不合格(×)であった。評価2に係る剥離評価では、条件2、条件3および条件4において不合格(×)であった。すなわち、−40℃と175℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、はんだ41のクラックが生じた。また、−40℃と200℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、封止樹脂30の剥離が生じた。また、比較例6に係る樹脂は、評価2に係る剥離評価およびクラック評価では、条件1〜条件4において不合格(×)であった。すなわち、−40℃と150℃以上の温度との間で冷熱サイクル試験を行うと、封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じた。比較例7に係る樹脂は、成形不能であったので評価1および評価2を行わなかった。   On the other hand, as shown in Table 2, the resins according to Comparative Example 1 and Comparative Example 3 failed (x) in the peeling evaluation according to Evaluation 1. Therefore, the resin according to Comparative Example 1 and Comparative Example 3 was not subjected to the thermal cycle test according to Conditions 1 to 4. Further, the resins according to Comparative Example 2 and Comparative Example 5 were rejected (x) in Condition 2, Condition 3, and Condition 4 in the peeling evaluation and crack evaluation according to Evaluation 2. That is, when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and a temperature of 175 ° C. or higher, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 occurred. Further, the resin according to Comparative Example 4 failed (x) in Condition 3 and Condition 4 in the crack evaluation according to Evaluation 2. In the peeling evaluation according to Evaluation 2, it was a failure (x) in Condition 2, Condition 3, and Condition 4. That is, when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and a temperature of 175 ° C. or higher, the solder 41 was cracked. In addition, when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and a temperature of 200 ° C. or higher, peeling of the sealing resin 30 occurred. Further, the resin according to Comparative Example 6 was rejected (x) in Conditions 1 to 4 in the peeling evaluation and the crack evaluation according to Evaluation 2. That is, when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and a temperature of 150 ° C. or higher, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 occurred. Since the resin according to Comparative Example 7 was not moldable, Evaluation 1 and Evaluation 2 were not performed.

以上の結果により、実施例1〜実施例6に係る樹脂によれば、封止樹脂30の剥離やはんだ41のクラックを抑制できることが確認できた。また、第2実施形態に係る構成(図2に示す構成)においても同様の結果が確認された。   From the above results, it was confirmed that the resin according to Examples 1 to 6 can suppress the peeling of the sealing resin 30 and the crack of the solder 41. In addition, the same result was confirmed in the configuration according to the second embodiment (configuration shown in FIG. 2).

また、半導体チップ10が通電すると、半導体基板としてシリコン(Si)を用いた場合、半導体チップ10の温度は最大で約175℃になり、半導体基板として炭化ケイ素(SiC)を用いた場合、半導体チップ10の温度は最大で約200℃になる。したがって、封止樹脂30は、175℃や200℃の加熱サイクルにおいても優れた性能を有することが好ましい。この点について、上記の実施例1〜6によれば、−40℃と175℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じなかったので、封止樹脂30として優れた性能を有することが確認できた。また、上記の実施例1〜4および実施例6によれば、−40℃と200℃との間で冷熱サイクル試験を行っても封止樹脂30の剥離およびはんだ41のクラックが生じなかったので、封止樹脂30として優れた性能を有することが確認できた。   When the semiconductor chip 10 is energized, when silicon (Si) is used as the semiconductor substrate, the temperature of the semiconductor chip 10 is about 175 ° C. at the maximum. When silicon carbide (SiC) is used as the semiconductor substrate, the semiconductor chip The maximum temperature of 10 is about 200 ° C. Therefore, it is preferable that the sealing resin 30 has excellent performance even in a heating cycle of 175 ° C. or 200 ° C. In this regard, according to the above Examples 1 to 6, since the peeling of the sealing resin 30 and the crack of the solder 41 did not occur even when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and 175 ° C., sealing It was confirmed that the resin 30 has excellent performance. Also, according to Examples 1 to 4 and Example 6 described above, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 did not occur even when the thermal cycle test was performed between −40 ° C. and 200 ° C. It was confirmed that the sealing resin 30 had excellent performance.

[評価3]
実施例1〜6に係る樹脂を用いて作製した半導体装置1について、プライマ60の材料を変えて評価1および評価2と同様の評価を行った。評価結果を表3に示す。

[Evaluation 3]
About the semiconductor device 1 produced using the resin which concerns on Examples 1-6, the material similar to the evaluation 1 and the evaluation 2 was performed by changing the material of the primer 60. FIG. The evaluation results are shown in Table 3.

表3に示すように、実施例1に係る樹脂では、ポリイミド系プライマ(A)を用いると条件4において合格(〇)であり、ポリイミド変性エポキシ系プライマ(B)を用いると条件4において不合格(×)であった。実施例2〜実施例4および実施例6に係る樹脂では、ポリイミド系プライマ(A)を用いると条件3において合格(〇)であり、ポリイミド変性エポキシ系プライマ(B)を用いると条件3において不合格(×)であった。   As shown in Table 3, in the resin according to Example 1, when the polyimide-based primer (A) is used, it is acceptable (◯) in the condition 4, and when the polyimide-modified epoxy primer (B) is used, it is rejected in the condition 4. (X). In the resins according to Examples 2 to 4 and 6, when the polyimide-based primer (A) is used, it is acceptable (◯) under the condition 3, and when the polyimide-modified epoxy primer (B) is used, it is not acceptable under the condition 3. It was a pass (x).

以上の結果により、プライマ60の材料としてポリイミド系プライマ(A)を用いると、封止樹脂30の剥離やはんだ41のクラックを抑制できることが確認できた。また、第2実施形態に係る構成(図2に示す構成)においても同様の結果が確認された。   From the above results, it was confirmed that when the polyimide primer (A) was used as the material of the primer 60, peeling of the sealing resin 30 and cracking of the solder 41 could be suppressed. In addition, the same result was confirmed in the configuration according to the second embodiment (configuration shown in FIG. 2).

上述した実施形態に係る技術は、以下の構成を有する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。   The technology according to the above-described embodiment has the following configuration. Note that the technical elements described below are independent technical elements, and exhibit technical usefulness alone or in various combinations.

封止樹脂の曲げ弾性率は、封止樹脂の温度が150℃のときに8000MPa以上15000MPa以下であってもよい。   The bending elastic modulus of the sealing resin may be 8000 MPa to 15000 MPa when the temperature of the sealing resin is 150 ° C.

封止樹脂は、フィラーを含んでおり、フィラーの添加量は、樹脂の硬化前において75wt%以上85wt%以下であってもよい。   The sealing resin contains a filler, and the amount of filler added may be 75 wt% or more and 85 wt% or less before the resin is cured.

半導体チップの上方および下方にそれぞれ配置された金属板と、上下の金属板にそれぞれ接する冷却器と、をさらに備えていてもよい。   You may further provide the metal plate each arrange | positioned above and the lower part of a semiconductor chip, and the cooler which touches an upper and lower metal plate, respectively.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

1 :半導体装置
10 :半導体チップ
12 :信号電極
21 :第1金属板
22 :第2金属板
23 :金属板
24 :リードフレーム
30 :封止樹脂
41 :はんだ
42 :スペーサ
51 :ワイヤ
52 :信号端子
60 :プライマ
70 :冷却器
81 :絶縁膜
82 :金属膜
100:金型
101:半導体装置
121:下面
122:上面
1: Semiconductor device 10: Semiconductor chip 12: Signal electrode 21: First metal plate 22: Second metal plate 23: Metal plate 24: Lead frame 30: Sealing resin 41: Solder 42: Spacer 51: Wire 52: Signal terminal 60: Primer 70: Cooler 81: Insulating film 82: Metal film 100: Mold 101: Semiconductor device 121: Lower surface 122: Upper surface

Claims (4)

半導体チップと、
前記半導体チップを固定するためのはんだと、
前記半導体チップおよび前記はんだを封止する封止樹脂と、を備え、
前記封止樹脂の曲げ弾性率は、前記封止樹脂の温度が175℃のときに7000MPa以上14000MPa以下であり、かつ、前記封止樹脂の温度が200℃のときに6000MPa以上12000MPa以下であり、
前記封止樹脂のガラス転移温度は、180℃以上であり、
前記封止樹脂の成形収縮率は、0.04以上0.1以下である、半導体装置。
A semiconductor chip;
Solder for fixing the semiconductor chip;
A sealing resin for sealing the semiconductor chip and the solder,
The bending elastic modulus of the sealing resin is 7000 MPa to 14000 MPa when the temperature of the sealing resin is 175 ° C., and 6000 MPa to 12000 MPa when the temperature of the sealing resin is 200 ° C.,
The glass transition temperature of the sealing resin is 180 ° C. or higher,
The semiconductor device having a molding shrinkage of the sealing resin of 0.04 or more and 0.1 or less.
前記封止樹脂の曲げ弾性率は、前記封止樹脂の温度が150℃のときに8000MPa以上15000MPa以下である、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bending elastic modulus of the sealing resin is 8000 MPa or more and 15000 MPa or less when the temperature of the sealing resin is 150 ° C. 3. 前記封止樹脂は、フィラーを含んでおり、前記フィラーの添加量は、樹脂の硬化前において75wt%以上85wt%以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the sealing resin includes a filler, and the amount of the filler added is 75 wt% or more and 85 wt% or less before the resin is cured. 前記半導体チップの上方および下方にそれぞれ配置された金属板と、
上下の前記金属板にそれぞれ接する冷却器と、をさらに備える、請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。

Metal plates respectively disposed above and below the semiconductor chip;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a cooler that is in contact with the upper and lower metal plates.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019079957A (en) * 2017-10-25 2019-05-23 株式会社豊田中央研究所 Power module

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