JP2016143846A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワー半導体素子を樹脂で封止した半導体装置に関するものであり、特に化合物半導体を用いたパワー半導体素子を搭載した半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device in which a power semiconductor element is sealed with a resin, and more particularly to a semiconductor device on which a power semiconductor element using a compound semiconductor is mounted.
パワー半導体素子を用いた半導体装置は、パワー半導体素子をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で封止したモールド型と、ゲル状樹脂やエポキシ樹脂などで封止したケース型が使用されている。特にモールド型の半導体装置は小型で信頼性に優れており、取り扱いが容易であることから、空調機器の制御などに広く使用されている。 A semiconductor device using a power semiconductor element uses a mold type in which the power semiconductor element is sealed with a thermosetting resin such as an epoxy resin, and a case type in which the power semiconductor element is sealed with a gel-like resin or an epoxy resin. In particular, mold-type semiconductor devices are small and excellent in reliability, and are easy to handle. Therefore, they are widely used for controlling air-conditioning equipment.
また、近年は、モーター制御を行う自動車の動力制御などにも使用されている。ケース型の半導体装置は、封止に成形金型を必要としないため、少量多品種の生産に向いており、産業用など幅広く用いられている。 In recent years, it is also used for power control of automobiles that perform motor control. Since the case type semiconductor device does not require a molding die for sealing, it is suitable for production of a small variety of products and is widely used for industrial purposes.
さらに、半導体装置は、小型化・大容量化にともないパワー半導体素子の動作温度が高温となる。パワー半導体素子の材料がSi(Silicon)からSiC(Silicon Carbide)となることで高温動作も可能となり、SiC半導体素子は、動作可能温度が200℃とも300℃以上とも言われている。 Further, in the semiconductor device, the operating temperature of the power semiconductor element becomes high as the size and capacity are increased. The power semiconductor element is changed from Si (Silicon) to SiC (Silicon Carbide), so that it can be operated at high temperature. The SiC semiconductor element is said to have an operable temperature of 200 ° C. or more and 300 ° C.
従来の半導体装置は、パワー半導体素子が搭載される絶縁基板の配線パターンが、銅と、銅より熱膨張係数が小さい金属とを含む銅含有材料を用いて構成されており、その熱膨張係数は、銅の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とするものがある。これによりパワー半導体素子の接合部に発生する応力によるクラックなどを抑制でき高い信頼性を実現する半導体装置が提供されている。(例えば、特許文献1) In a conventional semiconductor device, a wiring pattern of an insulating substrate on which a power semiconductor element is mounted is configured using a copper-containing material including copper and a metal having a smaller thermal expansion coefficient than copper, and the thermal expansion coefficient is Some have a thermal expansion coefficient smaller than that of copper. As a result, there has been provided a semiconductor device that can suppress cracks due to stress generated in the joint portion of the power semiconductor element and realize high reliability. (For example, Patent Document 1)
従来の半導体装置では、半導体素子の材料がSiである場合には半導体素子接合部の応力抑制や接合材のクラック防止には有効であるが、搭載する半導体素子の材料がSiCとなった場合では、半導体素子と封止樹脂との密着性においても厳しい環境となり、半導体装置の絶縁信頼性が損なわれる問題があった。 In the conventional semiconductor device, when the material of the semiconductor element is Si, it is effective for suppressing the stress of the semiconductor element joint portion and preventing the crack of the bonding material. However, when the material of the semiconductor element to be mounted is SiC, Also, the environment between the semiconductor element and the sealing resin is severe, and there is a problem that the insulation reliability of the semiconductor device is impaired.
半導体装置に搭載する半導体素子の材料をSiからSiCにすることにより絶縁信頼性が損なわれる理由は大きく以下の3つが挙げられる。 There are three main reasons why the insulation reliability is impaired by changing the material of the semiconductor element mounted on the semiconductor device from Si to SiC.
一つ目は、半導体素子の材料物性による違いである。Siの熱膨張係数は、2.5×10−6(1/K)、弾性率は130GPaに対して、SiCの熱膨張係数は、4.6×10−6(1/K)、弾性率は430GPaとなっており、半導体素子と封止樹脂の接着界面に発生する熱応力は、半導体装置の構造や半導体素子の厚さにも依存するが、SiCのほうがSiに比べて約30〜70%高くなる。熱応力の増大により、半導体素子と封止樹脂との接着界面での剥離や、樹脂クラックが発生し、絶縁性が低下する。 The first difference is due to the material properties of the semiconductor element. The thermal expansion coefficient of Si is 2.5 × 10 −6 (1 / K) and the elastic modulus is 130 GPa, whereas the thermal expansion coefficient of SiC is 4.6 × 10 −6 (1 / K) and the elastic modulus. The thermal stress generated at the bonding interface between the semiconductor element and the sealing resin depends on the structure of the semiconductor device and the thickness of the semiconductor element, but SiC is about 30 to 70 compared to Si. % Higher. Due to the increase in thermal stress, peeling at the bonding interface between the semiconductor element and the sealing resin and resin cracks occur, resulting in a decrease in insulation.
二つ目は、封止樹脂と半導体素子の密着性である。半導体素子の一方の面には、電界緩和などを目的とした保護膜ポリイミド層が設けられている場合がある。ただし、保護膜ポリイミド層のさらに外周となる、半導体素子の最外周部には、SiやSiCが露出している面が存在する。Si表面は、自然酸化膜が形成されやすく、エポキシ樹脂などの樹脂に対する密着性は有利となるが、SiC表面は、Siと比較して比較的安定な表面であるため、自然酸化膜が非常に生成しにくい。このため、この保護膜ポリイミドがない素子露出面と封止樹脂との接着は、Siに比べてSiCは接着強度が低くなっており、温度サイクルなどでの熱応力に対して剥離しやすい。このため、SiC半導体素子では、半導体装置の絶縁性低下を招く。 The second is the adhesion between the sealing resin and the semiconductor element. A protective film polyimide layer for the purpose of electric field relaxation may be provided on one surface of the semiconductor element. However, there is a surface where Si or SiC is exposed at the outermost periphery of the semiconductor element, which is the outer periphery of the protective film polyimide layer. A natural oxide film is easily formed on the Si surface and adhesion to a resin such as an epoxy resin is advantageous. However, since the SiC surface is a relatively stable surface compared to Si, the natural oxide film is very Hard to generate. For this reason, in the adhesion between the element exposed surface without the protective film polyimide and the sealing resin, SiC has a lower adhesive strength than Si, and is easily peeled off against thermal stress in a temperature cycle or the like. For this reason, the SiC semiconductor element causes a decrease in insulation of the semiconductor device.
三つ目は、動作温度による発生する熱応力の違いである。SiC半導体素子は、Si半導体素子に比べて高温動作が可能であり、200℃とも300℃以上とも言われている。半導体素子に接触する封止樹脂などの耐熱性を考慮してもSi半導体素子搭載時よりは、SiC半導体素子搭載時の方が高温動作できる半導体装置となるため、半導体装置に求められる温度サイクルなどの信頼性評価の温度範囲がSi半導体素子搭載時よりも広いものが求められる。例えば、Si半導体素子搭載時には温度サイクル条件が−40℃から125℃であったものが、例えばSiC半導体素子搭載時には、−40℃から200℃が求められる場合、評価温度幅ΔTとして165℃から240℃に増加することとなる。これによりSiC半導体素子が搭載された半導体装置では、温度サイクルの要求が高くなることによって、発生する熱応力に対して剥離やクラックがない構造が求められる。 The third is the difference in thermal stress generated by the operating temperature. The SiC semiconductor element can operate at a higher temperature than the Si semiconductor element, and is said to be both 200 ° C. and 300 ° C. or higher. Considering the heat resistance of the sealing resin that comes into contact with the semiconductor element, the semiconductor device can operate at a higher temperature when the SiC semiconductor element is mounted than when the Si semiconductor element is mounted. The temperature range for reliability evaluation is required to be wider than when the Si semiconductor element is mounted. For example, when the temperature cycle condition is −40 ° C. to 125 ° C. when the Si semiconductor element is mounted, for example, when −40 ° C. to 200 ° C. is required when the SiC semiconductor element is mounted, the evaluation temperature range ΔT is 165 ° C. to 240 ° C. It will increase to ° C. As a result, a semiconductor device on which an SiC semiconductor element is mounted is required to have a structure free from peeling and cracking against the generated thermal stress due to an increase in temperature cycle requirements.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、SiC半導体素子の外周部近傍の封止樹脂の実効の熱膨張係数を設定することで、SiC半導体素子表面における封止樹脂との剥離の抑制を可能とし、信頼性の向上した半導体装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. By setting an effective thermal expansion coefficient of the sealing resin in the vicinity of the outer peripheral portion of the SiC semiconductor element, the present invention provides a sealing resin on the surface of the SiC semiconductor element. It is possible to obtain a semiconductor device that can suppress peeling and has improved reliability.
この発明に係る半導体装置においては、半導体素子と、半導体素子を搭載する搭載部と、半導体素子と搭載部とを封止する封止樹脂とを備え、封止樹脂は、半導体素子の搭載部と接する面の反対面の外周部と接する領域における実効の熱膨張係数が4〜12×10−6(1/K)である。 The semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor element, a mounting portion on which the semiconductor element is mounted, and a sealing resin that seals the semiconductor element and the mounting portion. The effective thermal expansion coefficient in a region in contact with the outer peripheral portion of the surface opposite to the contact surface is 4 to 12 × 10 −6 (1 / K).
この発明は、半導体素子と封止樹脂との剥離が発生しやすい半導体素子の外周部近傍における封止樹脂の実効の熱膨張係数を4〜12×10-6(1/K)としたので、温度サイクル時の半導体素子の外周部における封止樹脂との剥離が抑制でき、高い信頼性を確保することができる。 In the present invention, since the effective thermal expansion coefficient of the sealing resin in the vicinity of the outer peripheral portion of the semiconductor element in which peeling between the semiconductor element and the sealing resin is likely to occur is 4 to 12 × 10 −6 (1 / K), Separation from the sealing resin at the outer periphery of the semiconductor element during the temperature cycle can be suppressed, and high reliability can be ensured.
以下に本発明の半導体装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発
明は以下の既述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜
変更可能である。
Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、この発明の実施の形態1の半導体装置の断面構造模式図である。図1において、半導体装置100は、半導体素子1、搭載部である絶縁基板4、金属ベース板5、封止樹脂6、ボンディングワイヤ7、リードフレーム8を備える。
半導体素子1は、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの電力制御用半導体素子、還流ダイオードなどのパワー半導体素子である。本実施の形態1では、半導体装置100は、複数(例えば2つ)の半導体素子1を備え、半導体素子1は、電力制御用半導体素子および還流ダイオードを含む2種以上(例えば2種)の半導体素子である。なお、半導体素子1は、バンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体材料によって形成されており、例えば、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドがある。また、ワイドバンドギャップ半導体材料のみで構成されている必要はなく、珪素(Si)によって形成された半導体素子を混載したものでもよい。これらの材料の弾性率は、炭化珪素が430GPa、窒化ガリウムが200GPa、ダイヤモンドが775GPaである。
The
半導体素子1は、例えば、はんだ付けや銀接合(図示せず)によって絶縁基板4の一方の面に搭載されており、絶縁基板4の他方の面には、例えば、銅モリブデン(CuMo)のような金属ベース板5にはんだ付けや銀接合(図示せず)されている。
The
絶縁基板4は、配線パターン(電極)2とセラミックス基板3とを備える。絶縁基板4は、外部との絶縁だけでなく、半導体素子1からの発熱した熱を放熱する役割を担い、例えば、アルミナや窒化アルミニウム、窒化珪素などのセラミックスの両面に銅やアルミニウムなどの配線パターン2を備えたセラミックス基板3を用いることができる。配線パターン2の材料は銅やアルミニウムを単一で用いるだけでなく、積層した構造や、表裏面で異なる材料の配線パターン2を用いてもよい。また、それぞれの厚さも様々な組み合わせを選択することができる。選択したセラミックスの種類や両面の金属材料の種類、それぞれの厚さの組み合わせにより、絶縁基板4全体の面内方向の熱膨張係数が変化する。絶縁基板4の面内方向の熱膨張係数は、熱機械測定法などで測定が可能である。また、セラミックス基板3の両面に設けられた配線パターン2の表面の実効の熱膨張係数は、配線パターン2表面にひずみゲージを貼り付けて温度サイクル時のひずみ量を計測することで算出可能である。例えば、0.32mm厚の窒化珪素の両面に0.4mmの銅の配線パターン2が備えられた絶縁基板4では、銅の配線パターン2が窒化珪素に拘束されており、ひずみゲージを用いた実際の銅の配線パターン2表面の熱膨張係数は、−50℃から150℃の測定範囲において平均7.6×10−6(1/K)となる。銅本来の熱膨張係数が約17×10−6(1/K)であることを考えると、窒化珪素に張り合わされていることにより銅の配線パターン2の実効の熱膨張係数は小さくなっている。
The
また、絶縁基板4の半導体素子1を搭載する面側に設けられる配線パターン2の表面には、半導体素子1が搭載される部分以外の場所(領域)にディンプル16(図4参照)を設けることにより、封止樹脂6と配線パターン2との密着性が向上でき、封止樹脂6と配線パターン2との剥離を抑制することが可能となる。
Further, dimples 16 (see FIG. 4) are provided on the surface of the
金属ベース板5は、一方の面が絶縁基板4に例えばはんだ材や銀接合材(図示せず)を介して接合されており、他方の面は封止樹脂6には覆われておらずに封止樹脂6の外部へ露出している。金属ベース板5の材料は、特に限定されることはなく、条件によっては、銅(Cu)やアルミニウム(Al)などを使うこともできる。ただし、絶縁基板4の構造や封止樹脂6の熱膨張係数によっては、金属ベース板5の熱膨張係数が小さい材料を選択する必要があり、熱膨張係数の小さい金属ベース板5としては、銅モリブデン(Cu―Mo)や銅と銅モリブデンのクラッド材料などを用いることができる。これらを選択することで金属ベース板5としての熱膨張係数は、例えば、Cu―Moの7×10−6(1/K)からAlの24×10−6(1/K)あたりまでを選択することが可能となる。
One side of the metal base plate 5 is bonded to the insulating
封止樹脂6は、半導体素子1、リードフレーム8、絶縁基板4、金属ベース板5、ボンディングワイヤ7などを封止するようにトランスファーモールド成形により形成されている。封止樹脂6は、熱膨張係数の小さい溶融シリカ等の無機粉末、または熱伝導性が優れるアルミナなどが充填されたエポキシ樹脂により形成されている。エポキシ樹脂は、パワー半導体装置の放熱性、動作時の発熱量、および動作温度にもよるが、一般的なオルトクレゾールノボラック型またはジシクロペンタジエン型など特に限定されることはない。例えば、SiCなどを用いた半導体素子の動作温度の高温化によりナフタレン型または多官能型を用いた耐熱性の高い樹脂を用いることもできる。さらに、高温領域まで使用する半導体装置を想定した場合には、エポキシ樹脂以外の耐熱性の高いイミド系樹脂やイソシアネート系の樹脂などを単体もしくはエポキシ樹脂との混合系で用いてもよい。
The sealing
また、温度サイクルなどの信頼性試験で発生する熱応力を想定した場合、封止樹脂6の熱膨張係数は、環境温度を想定した範囲内において、半導体素子1の熱膨張係数以上であり、かつ、リードフレーム8の熱膨張係数以下に収めておくことが望ましい。熱膨張係数の違いにより、温度差が生じた場合には接触面でのひずみの違いが生じ、応力が発生する。したがって、リードフレーム8や半導体素子1との応力を想定した場合には、両者の熱膨張係数の間の封止樹脂6を採用することが望ましい。
In addition, when thermal stress generated in a reliability test such as a temperature cycle is assumed, the thermal expansion coefficient of the sealing
リードフレーム8と半導体素子1との電気的な接続は、ボンディングワイヤ7を用いてもよいし、半導体素子1が絶縁基板4と接合されている面とは反対側にはんだまたは銀によって接合してもよい。
For the electrical connection between the lead frame 8 and the
絶縁基板4や金属ベース板5を備えた半導体装置100に、このような熱膨張係数の範囲となる封止樹脂6を用いることにより、半導体素子1のゲート配線が存在する側の面の外周部に接触している封止樹脂6の実効の熱膨張係数が4〜12×10−6(1/K)となり、本効果が得られる。
By using the sealing
ここで、実効の熱膨張係数とは、封止樹脂のバルクとしての熱膨張係数ではなく、封止樹脂が被着体と接着しており拘束されている状態での、実効の熱膨張係数を指す。封止樹脂は、半導体装置の様々な部材と接着することで拘束されており、例えば、封止樹脂の熱膨張係数よりも熱膨張係数の小さい部材との接着面近傍では、実際には、バルクの熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さくなっていることとなる。接着界面近傍の封止樹脂の実効の熱膨張係数は、半導体装置の構造を模擬した構造シミュレーションで算出することや、半導体装置(モジュール)内部にひずみゲージを埋め込み、半導体装置に温度変化を与えたときの実際のひずみ測定することによって実効の熱膨張係数を測定することも可能である。 Here, the effective thermal expansion coefficient is not the thermal expansion coefficient as the bulk of the sealing resin, but the effective thermal expansion coefficient when the sealing resin is bonded to the adherend and restrained. Point to. The sealing resin is constrained by bonding with various members of the semiconductor device. For example, in the vicinity of the bonding surface with a member having a thermal expansion coefficient smaller than that of the sealing resin, the bulk is actually bulky. The thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient. The effective thermal expansion coefficient of the sealing resin in the vicinity of the bonding interface was calculated by a structural simulation simulating the structure of the semiconductor device, or a strain gauge was embedded inside the semiconductor device (module) to change the temperature of the semiconductor device. It is also possible to measure the effective thermal expansion coefficient by measuring the actual strain at times.
絶縁基板4および金属ベース板5の組み合わせの基準を以下に示す。各部材を弾性体と仮定し、半導体素子1、絶縁基板4および配線パターン2、金属ベース板5の弾性率をE、厚さをtとして、全体の等価熱膨張係数(実効の熱膨張係数)をαeとしたときに、以下の式で表すことができる。
The standard of the combination of the insulating
図2は、この発明の実施の形態1の半導体装置の半導体素子端部近傍を拡大した断面構造模式図である。図2において、封止樹脂6で封止された半導体素子1の絶縁基板4と接する面の反対面にはポリイミド15が配置されている。封止樹脂6中の点線で囲った領域18近傍(絶縁基板4と接する面の反対面の外周部近傍)における封止樹脂6の実効の熱膨張係数が上述のような所定の値になるように構成部材を選定することで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができ、温度サイクル時における半導体素子1と封止樹脂6との剥離を抑制することが可能となる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram enlarging the vicinity of the semiconductor element end portion of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2,
図3は、この発明の実施の形態1の半導体装置の剥離防止対象箇所を示す断面構造模式図である。図3において、点線で囲った領域19の半導体素子1と封止樹脂6との界面で温度サイクル時に剥離が発生する可能性がある。しかし、本発明のように封止樹脂6の実効の熱膨張係数を4〜12×10−6(1/K)とすることで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができ、温度サイクル時における半導体素子1と封止樹脂6との剥離を抑制することが可能となる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a part to be prevented from peeling of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, there is a possibility that peeling occurs at the interface between the
図4は、この発明の実施の形態1の半導体装置の他の剥離防止対象箇所を示す断面構造模式図である。図3に示した領域19以外の剥離防止対象箇所として、図4に示した領域20での剥離も考えられる。図4において、配線パターン2には、ディンプル16が設けられている。この場合の温度サイクル時の封止樹脂6の剥離防止対象箇所は、図3の領域19以外に、半導体素子1と配線パターン2との接合部分である領域20が考えられる。図4に示したように、配線パターン2にディンプル16を設けることで半導体素子1と配線パターン2との接合部分である領域20での剥離を抑制することは可能である。さらに、図4に示すような配線パターン2にディンプル16を設けた場合においても、温度サイクル時の条件により封止樹脂6の剥離は発生するが、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を4〜12×10−6(1/K)とすることで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができ、温度サイクル時における半導体素子1と封止樹脂6との剥離を抑制に加えて半導体素子1と配線パターン2との接合部分での剥離を抑制することが可能となる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another delamination prevention target portion of the semiconductor device according to
図5は、この発明の実施の形態1の他の半導体装置の断面構造模式図である。図5において、半導体装置200は、半導体素子1、搭載部である絶縁基板4、封止樹脂6、ボンディングワイヤ7、ダイレクトリードボンディング(DLB:Direct Lead Bonding)9を備える。図1に示した半導体装置100から金属ベース板5をなくし、リードフレーム8をDLB9に変更した構成となっている。このような構成である半導体装置200においても、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を4〜12×10−6(1/K)とすることで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができ、温度サイクル時の半導体素子1と封止樹脂6との剥離が抑制できる。なお、図5においては、金属ベース板5をなくし、リードフレーム8をDLB9に変更した構成を示したが、いずれか一方のみの構成を変更した場合においても、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を4〜12×10−6(1/K)とすることで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができ、温度サイクル時の半導体素子1と封止樹脂6との剥離が抑制できる。
FIG. 5 is a schematic sectional view of another semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the
また、DLB9を用いることで、半導体装置200内部における配線インダクタンスを低減することが可能となり、さらに、DLB9を用いたことで配線に起因する信頼性が改善される。
Further, the use of DLB9 makes it possible to reduce the wiring inductance inside the
以上のように構成された半導体装置においては、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を
4〜12×10−6(1/K)としたので、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができる。その結果、半導体素子1と封止樹脂6との界面で生じる封止樹脂6の剥離を防止することができ、半導体装置の絶縁信頼性の向上が可能となる。
In the semiconductor device configured as described above, since the effective thermal expansion coefficient of the sealing
実施の形態2.
本実施の形態2においては、実施の形態1で用いた半導体素子1を搭載した絶縁基板4をヒートスプレッダ10に変更した点が異なる。このように半導体素子1の搭載部として金属部材であるヒートスプレッダ10を用いて構成した場合においても、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を4〜12×10−6(1/K)とすることで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができる。その結果、半導体素子1と封止樹脂6との界面で生じる封止樹脂6の剥離を防止することができ、半導体装置の絶縁信頼性の向上が可能となる。
The second embodiment is different in that the insulating
本発明の実施の形態2について、図面を用いて以下に説明する。図6は、この発明の実施の形態2の半導体装置の断面構造模式図である。図6において、半導体装置300は、半導体素子1、封止樹脂6、ボンディングワイヤ7、リードフレーム8、金属部材であるヒートスプレッダ10、絶縁シート11、金属箔17を備える。
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 6 is a schematic sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the
上述したように、実施の形態1と異なる部分は、絶縁構造である。実施の形態1では、半導体装置の絶縁を絶縁基板4で確保していたのに対して、実施の形態2では、半導体素子1は熱拡散を目的としたヒートスプレッダ10に搭載されている。半導体装置に絶縁性が求められる場合は、図6に示すように絶縁シート11を設けることで絶縁を確保している。ただし、半導体装置に絶縁構造が求められない場合は、絶縁シート11(金属箔17を含む)を必ずしも設ける必要はない。
As described above, the difference from the first embodiment is the insulating structure. In the first embodiment, the insulation of the semiconductor device is ensured by the insulating
半導体素子1が搭載されるヒートスプレッダ10や絶縁シート11などの組み合わせは、基本的に実施の形態1の中に記載している考え方に基づいて基材を選定すれば良い。
The combination of the
ヒートスプレッダ10は、金属材料となるが、例えば、厚さ3mmの銅材料では、式1のαeが17×10−6(1/K)以上となるため、選択することができない。
Although the
半導体装置に絶縁が必要となる場合は、ヒートスプレッダ10の半導体素子1が搭載された面の反対側の面(下面)には、金属箔17である銅箔が貼り付けられた絶縁層として絶縁シート11が設けられている。絶縁シート11は、熱伝導性に優れるシリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の無機粉末が少なくとも1種以上充填されたエポキシ樹脂により形成され、無機粉末は単独材料でも複数材料の組合せでもよい。また、銅箔の下面は露出しており、放熱性を確保するだけでなく、絶縁シート11が外部からの接触により傷がつかないための保護層としての役目も果たしている。この目的を満たすものであれば、銅箔である必要もなく、アルミなどの金属箔でも、厚めの銅板でも構わない。
When insulation is required for the semiconductor device, an insulating sheet as an insulating layer in which a copper foil as a
ヒートスプレッダ10の材料としては、例えば銅よりも熱膨張係数の小さい合金材料を用いることが可能であり、例えば、銅モリブデン、銅と銅モリブデンのクラッド材料などの熱膨張係数の小さいものを用いることができる。
As the material of the
以上のように構成された半導体装置においては、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を
4〜12×10−6(1/K)としたので、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができる。その結果、半導体素子1と封止樹脂6との界面で生じる封止樹脂6の剥離を防止することができ、半導体装置の絶縁信頼性の向上が可能となる。
In the semiconductor device configured as described above, since the effective thermal expansion coefficient of the sealing
実施の形態3.
本実施の形態3においては、実施の形態1で用いた半導体装置の形態をモールド型からケース型に変更した点が異なる。このように半導体装置の形態をケース型で構成した場合においても、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を4〜12×10−6(1/K)とすることで、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができる。その結果、半導体素子1と封止樹脂6との界面で生じる封止樹脂6の剥離を防止することができ、半導体装置の絶縁信頼性の向上が可能となる。
The third embodiment is different in that the form of the semiconductor device used in the first embodiment is changed from a mold type to a case type. As described above, even when the semiconductor device is configured as a case type, the effective thermal expansion coefficient of the sealing
本発明の実施の形態3について、図面を用いて以下に説明する。図7は、この発明の実施の形態3の半導体装置の断面構造模式図である。図7において、半導体装置400は、半導体素子1、絶縁基板4、金属ベース板5、封止樹脂14、ボンディングワイヤ7、端子12、ケース部材13を備える。
実施の形態1と異なる部分は、半導体装置の封止構造である。実施の形態1では、半導体装置100はトランスファー成形機を使って封止する、いわゆるモールド型の半導体装置となる。本実施の形態3では、半導体素子1のまわりを封止する封止樹脂14は、トランスファー成形による封止樹脂である必要はなく、いわゆるケース型と呼ばれる半導体装置でも構わない。ケース型半導体装置は、PPSなどのケース材料13の中に絶縁基板4や半導体素子1などが備えられており、ケースの中に封止樹脂14としてエポキシ樹脂などのポッティング樹脂で封止された構造となっている。
A difference from the first embodiment is the sealing structure of the semiconductor device. In the first embodiment, the
一般にトランスファー成形による封止樹脂よりもポッティングによる封止樹脂の方が、粘度の制約があり、樹脂の熱膨張係数を小さくする制御が難しいが、実施の形態1の中に記載の式(1)に則った考え方で示した条件を満たすことにより、SiC半導体素子を搭載した半導体装置での厳しい信頼性試験においても、温度サイクルなどの熱応力に対して、封止樹脂/SiC半導体素子の剥離や樹脂クラックの発生が抑制でき、高い信頼性を持つ半導体装置を得ることができる。 In general, the sealing resin by potting is more restricted in viscosity than the sealing resin by transfer molding, and it is difficult to control to reduce the thermal expansion coefficient of the resin, but the equation (1) described in the first embodiment is used. By satisfying the conditions shown in the concept based on the above, even in a strict reliability test in a semiconductor device equipped with an SiC semiconductor element, the sealing resin / SiC semiconductor element is peeled off against thermal stress such as a temperature cycle. Generation of resin cracks can be suppressed, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.
図7では、ケース材料13を金属ベース板5の外周に設けているが、金属ベース板5は、平板であることに限ったものではなく、凹凸を有したフィン構造を有する金属ベース板でもよい。
In FIG. 7, the
以上のように構成された半導体装置においては、封止樹脂6の実効の熱膨張係数を
4〜12×10−6(1/K)としたので、温度サイクルに起因して発生する応力を低減することができる。その結果、半導体素子1と封止樹脂6との界面で生じる封止樹脂6の剥離を防止することができ、半導体装置の絶縁信頼性の向上が可能となる。
In the semiconductor device configured as described above, since the effective thermal expansion coefficient of the sealing
[実施例]
実施の形態1における実施例、比較例を以下に示す。実施の形態1における図1に示した半導体装置100を用いて比較検討を行った。表1に試作・評価した各種半導体装置の信頼性試験結果を示す。
[Example]
Examples and comparative examples in the first embodiment will be described below. A comparative study was performed using the
[実施例1]
絶縁基板4の構成は、窒化珪素(Si3N4)の両面に銅の配線パターン2が設けられた窒化珪素基板3を用いた。厚さの構成は、窒化珪素が0.32mmに対して両面に銅の配線パターン2が0.3mmとした。銅の配線パターン2が設けられた一方の面にSiC製半導体素子1を接合した。SiC製半導体素子1を搭載しない銅の配線パターン2の部分(領域)には、封止樹脂6との密着性向上を目的としたディンプル16をエッチング処理によって設けている。リードフレーム8と絶縁基板4や半導体素子1をボンディングワイヤ8やはんだや銀を用いて接合を行った後、トランスファーモールド装置により半導体素子1を覆うように全体を樹脂封止6した。このとき、絶縁基板4の半導体素子1が搭載されている面とは反対の面に設けられている銅の配線パターン2は露出するように成形を行った。封止樹脂6は、無機粉末が約82重量%充填されているエポキシ樹脂を用いており、封止樹脂6の熱膨張係数は、室温で約12×10−6(1/K)であった。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面(絶縁基板4と接する面の反対面)の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、7.1×10−6(1/K)となる。
[Example 1]
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[実施例2]
本実施例2は、実施例1の内容に対して絶縁基板4の構成を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Example 2]
The second embodiment is a semiconductor device that has the same structure and process except that the configuration of the insulating
絶縁基板4の構成は、窒化珪素(Si3N4)の両面に銅の配線パターン2が設けられた窒化珪素基板3を用いた。厚さの構成は、実施例1と比較してSiC製半導体素子1の外周部近傍の熱膨張係数を小さくすることを目的として、窒化珪素が0.64mmに対して両面に銅の配線パターン2が0.3mmとした。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、5.9×10−6(1/K)となる。
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[実施例3]
本実施例3は、実施例1の内容に対して絶縁基板4の構成を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Example 3]
The third embodiment is a semiconductor device that has the same structure and process except that the configuration of the insulating
絶縁基板4の構成は、窒化アルミニウム(AlN)の両面に銅の配線パターン2が設けられた窒化珪素基板3を用いた。厚さの構成は、実施例1と比較して絶縁基板4の放熱性向上を目的として、窒化アルミニウムが0.64mmに対して両面に銅の配線パターン2が0.3mmとした。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、7.0×10−6(1/K)となる。
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from -40 ° C to 200 ° C was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[実施例4]
本実施例4は、実施例1の内容に対して絶縁基板4の構成を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Example 4]
The fourth embodiment is a semiconductor device that has the same structure and process except that the configuration of the insulating
絶縁基板4の構成は、窒化珪素(Si3N4)の両面に銅の配線パターン2が設けられた窒化珪素基板3を用いた。厚さの構成は、実施例1と比較して絶縁基板の放熱性向上を目的として、窒化珪素が0.32mmに対して両面に銅の配線パターン2が1.0mmとした。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、10.7×10−6(1/K)となる。
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[実施例5]
本実施例5は、実施例1の内容に対して絶縁基板4の構成を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Example 5]
The fifth embodiment is a semiconductor device that has the same structure and process except that the configuration of the insulating
絶縁基板4の構成は、窒化珪素(Si3N4)の両面に銅とアルミとを積層した配線パターン2が設けられた窒化珪素基板3を用いた。厚さの構成は、実施例1と比較して窒化珪素板3への熱応力の低減を目的として、窒化珪素が0.64mmに対して両面にアルミの配線層が0.4mm設けられ、さらに両面に銅の配線層が0.8mm設けられているものとした。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、9.9×10−6(1/K)となる。
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from -40 ° C to 200 ° C was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[比較例1]
本比較例1は、実施例1の内容に対して絶縁基板4の構成を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Comparative Example 1]
The present comparative example 1 is a semiconductor device that has the same structure and process except that the configuration of the insulating
絶縁基板4の構成は、窒化珪素(Si3N4)の両面に銅の配線パターン2が設けられた窒化珪素基板4を用いた。厚さの構成は、実施例1と比較して絶縁基板4の窒化珪素板3にかかる応力低減を目的として、窒化珪素が1.0mmに対して両面に銅の配線パターン2が0.1mmとした。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、3.9×10−6(1/K)となる。
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により各界面の剥離有無評価を実施した結果、半導体素子1と封止樹脂6との界面では剥離が発生していなかったが、配線パターン2と封止樹脂6との界面で剥離が発生していた。このため、該当部分の熱膨張係数が4×10−6(1/K)より小さくなるような、熱膨張係数の小さな絶縁基板4を適用すると、信頼性試験をクリアしなかった。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, the presence or absence of peeling at each interface was evaluated using an ultrasonic flaw detector. As a result, no peeling occurred at the interface between the
[比較例2]
本比較例2は、実施例1の内容に対して絶縁基板4の構成を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Comparative Example 2]
The present comparative example 2 is a semiconductor device that has the same structure and process except that the configuration of the insulating
絶縁基板4の構成は、窒化珪素(Si3N4)の両面に銅とアルミとを積層した配線パターン2が設けられた窒化珪素基板3を用いた。厚さの構成は、実施例1と比較して窒化珪素板3への熱応力の低減と放熱性向上を目的として、窒化珪素が0.32mmに対して両面にアルミの配線層が0.5mm設けられ、さらに両面に銅の配線層が1.0mm設けられているものとした。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、12.4×10−6(1/K)となる。
The configuration of the insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により各界面の剥離有無評価を実施した結果、銅の配線パターン2と封止樹脂6との界面では剥離が発生していなかったが、半導体素子1表面と封止樹脂6との界面で剥離が発生していた。このため、該当部分の熱膨張係数が12×10−6(1/K)より大きくなるような、熱膨張係数の大きな絶縁基板4を適用すると、信頼性試験をクリアしなかった。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, as a result of evaluating the presence or absence of peeling at each interface using an ultrasonic flaw detector, no peeling occurred at the interface between the
[実施例6]
本実施例6は、比較例2の内容に対して、絶縁基板4の半導体素子1を搭載していない面にさらに金属ベース板5を接合し、金属ベース板5の何も接合していない面を半導体装置外部に露出させた構造に変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Example 6]
In the sixth embodiment, the metal base plate 5 is further bonded to the surface of the insulating
追加した金属ベース板5は、銅モリブデン(CuMo)であり、組成割合として30重量%の銅と70重量%のモリブデンで構成されているものであり、金属ベース板5の熱膨張係数は、約7.0×10−6(1/K)となるものである。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、10.8×10−6(1/K)となる。この金属ベース板5を設けることにより、比較例2での適用目的とした熱応力低減と放熱性をある程度維持したまま、SiC製半導体素子1近傍の封止樹脂6の熱膨張係数を小さくすることもでき、信頼性を確保することができる。
The added metal base plate 5 is copper molybdenum (CuMo), and is composed of 30 wt% copper and 70 wt% molybdenum as a composition ratio. The thermal expansion coefficient of the metal base plate 5 is about 7.0 × 10 −6 (1 / K). The effective thermal expansion coefficient of the sealing
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from -40 ° C to 200 ° C was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[実施例7]
本実施例は、実施例2の内容に対して、絶縁基板4の半導体素子1を搭載していない面にさらに金属ベース板5を接合し、金属ベース板5の何も接合していない面を半導体装置外部に露出させた構造に変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Example 7]
In the present embodiment, the metal base plate 5 is further bonded to the surface of the insulating
追加した金属ベース板5は、銅モリブデン(CuMo)であり、組成割合として30重量%の銅と70重量%のモリブデンで構成されているものであり、金属ベース板5の熱膨張係数は、約7.0×10−6(1/K)となるものである。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、6.3×10−6(1/K)となる。この金属ベース板5設けることにより、実施例2での信頼性を確保したまま、半導体装置の反りを低減することも可能となる。
The added metal base plate 5 is copper molybdenum (CuMo), and is composed of 30 wt% copper and 70 wt% molybdenum as a composition ratio. The thermal expansion coefficient of the metal base plate 5 is about 7.0 × 10 −6 (1 / K). The effective thermal expansion coefficient of the sealing
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
実施例1から実施例7や比較例1から比較例2において、絶縁基板4および金属ベース板5の組み合わせにより、信頼性の結果が変わっている。実施例1から実施例7は、組み合わせ例であり、組み合わせにより、該当部の封止樹脂の熱膨張係数が4〜12×10−6(1/K)となるものであれば、組み合わせは限定されるものではない。
In Example 1 to Example 7 and Comparative Example 1 to Comparative Example 2, the reliability result varies depending on the combination of the insulating
実施の形態2における実施例および比較例を以下に示す。表2に試作・評価した各種半導体装置の信頼性試験結果を示す。
Examples and comparative examples in
[実施例8]
ヒートスプレッダ10は、組成割合として30重量%の銅と70重量%のモリブデンで構成されている銅モリブデン(CuMo)を用いた。ヒートスプレッダ10の熱膨張係数は、約7.0×10−6(1/K)となるものである。このヒートスプレッダ10の厚さを3mmとし、これに、片面に約100μmの銅箔17が設けられた厚さ200μmの絶縁シート11を銅箔が設けられていない面と貼り合わせた構成とした。ヒートスプレッダ10の絶縁シート11が設けられていない側の面には、半導体素子1が搭載されており、これら全体を銅箔17が露出するように、全体を封止樹脂6で覆うようにトランスファーモールド装置によって樹脂封止した。
[Example 8]
As the
絶縁シート11は、エポキシ樹脂に窒化硼素が約50〜60体積%充填されているものを用い、熱伝導率は約12W/(m・K)、戦膨張係数は、約14×10−6(1/K)であるものを用いた。封止樹脂6は、実施例1と同様に、無機粉末が約82重量%充填されているエポキシ樹脂を用いており、封止樹脂の熱膨張係数は、室温で約12×10−6(1/K)であった。この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、6.7×10−6(1/K)となる。
The insulating
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により半導体素子1と封止樹脂6との界面、配線パターン2と封止樹脂6との界面を観察した結果、いずれも剥離は発生しておらず、半導体素子1の電気特性も初期とほぼ変化なく良好であることを確認した。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, the interface between the
[比較例3]
本比較例3は、実施例8の内容に対してヒートスプレッダ10の材料を変更したこと以外は同様の構造やプロセスで成り立った半導体装置である。
[Comparative Example 3]
The third comparative example is a semiconductor device that has the same structure and process except that the material of the
ヒートスプレッダ10としては、銅を用いた。ヒートスプレッダ10の熱膨張係数は、約17.0×10−6(1/K)となるものである。厚さは実施例8と同様に3mmとした。
Copper was used as the
この構成で作製された半導体装置のSiC製半導体素子1のゲート配線が設けられている面の外周部近傍(約0.1mm)での封止樹脂6の実効の熱膨張係数は、14.2×10−6(1/K)となる。
The effective thermal expansion coefficient of the sealing
この半導体装置を温度サイクル条件として−40℃から200℃まで1000サイクルの試験を実施した。温度サイクル試験後に、超音波探傷装置により各界面の剥離有無評価を実施した結果、銅の配線パターン2と封止樹脂6との界面では剥離が発生していなかったが、半導体素子1表面と封止樹脂6との界面で剥離が発生していた。このため、該当部分の熱膨張係数が12×10−6(1/K)より大きくなるような、熱膨張係数の大きな材料でヒートスプレッダ10として適用すると、信頼性試験をクリアしなかった。
Using this semiconductor device as a temperature cycle condition, a test of 1000 cycles from −40 ° C. to 200 ° C. was performed. After the temperature cycle test, as a result of evaluating the presence or absence of peeling at each interface using an ultrasonic flaw detector, no peeling occurred at the interface between the
1 半導体素子、2 配線パターン、3 セラミックス基板、4 絶縁基板、5 金属ベース板、6 封止樹脂、7 ボンディングワイヤ、8 リードフレーム、9 DLB、10 ヒートスプレッダ、11 絶縁シート、12 端子、13 ケース材料、14 封止樹脂(ゲル)、15 ポリイミド、16 ディンプル、17 金属箔、18 実効の熱膨張係数測定位置、19,20 剥離防止対象箇所、100,200,300,400 半導体装置。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記半導体素子を搭載する搭載部と、
前記半導体素子と前記搭載部とを封止する封止樹脂とを備え、
前記封止樹脂は、前記半導体素子の前記搭載部と接する面の反対面の外周部と接する領域における実効の熱膨張係数が4〜12x10−6(1/K)であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element;
A mounting portion for mounting the semiconductor element;
A sealing resin for sealing the semiconductor element and the mounting portion;
The semiconductor is characterized in that the sealing resin has an effective thermal expansion coefficient of 4 to 12 × 10 −6 (1 / K) in a region in contact with the outer peripheral portion of the surface opposite to the surface in contact with the mounting portion of the semiconductor element. apparatus.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018173511A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
JP2018160653A (en) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
JP7451638B2 (en) | 2017-03-23 | 2024-03-18 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing ceramic metal circuit board and method for manufacturing semiconductor device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009170947A (en) * | 2004-04-14 | 2009-07-30 | Denso Corp | Semiconductor device |
WO2013111276A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-01 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor device |
JP2013225556A (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-31 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
-
2015
- 2015-02-05 JP JP2015020883A patent/JP2016143846A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009170947A (en) * | 2004-04-14 | 2009-07-30 | Denso Corp | Semiconductor device |
WO2013111276A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-01 | 三菱電機株式会社 | Power semiconductor device |
JP2013225556A (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-31 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018173511A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
JP2018160653A (en) * | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
CN110383464A (en) * | 2017-03-22 | 2019-10-25 | 株式会社电装 | Semiconductor device |
CN110383464B (en) * | 2017-03-22 | 2023-06-30 | 株式会社电装 | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips |
JP7451638B2 (en) | 2017-03-23 | 2024-03-18 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing ceramic metal circuit board and method for manufacturing semiconductor device |
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