JP2017118058A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置において、絶縁基板とケース部との接着信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体チップを載置する絶縁基板と、絶縁基板と接着されるケース部とを備え、ケース部は、接着剤が設けられ、絶縁基板のおもて面側が挿入される窪部を有し、絶縁基板は、厚み方向に沿った側面において、おもて面側に形成されたおもて側切欠部と、うら面側に形成されたうら側切欠部とを有し、おもて側切欠部およびうら側切欠部の間の頂点と、おもて面との厚み方向における長さが、ケース部の窪部の厚み方向における長さの３０％以上、７０％以下である半導体装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置に関する。

従来、半導体チップ等を載置した絶縁基板を、樹脂等で形成されたケース部に組み込んだ半導体装置が知られている（例えば、特許文献１から３参照）。絶縁基板は、ケース部のうら面に設けられた孔部に嵌め込まれて接着される。
特許文献１ 特開２０１３−２５８３２１号公報
特許文献２ 特開２００４−６９０５号公報
特許文献３ 特開２０００−１３３７６９号公報

半導体装置においては、絶縁基板とケース部との接着信頼性は高いことが好ましい。

本発明の第１の態様においては、半導体チップを載置する絶縁基板と、絶縁基板と接着されるケース部とを備える半導体装置を提供する。ケース部は、接着剤が設けられ、絶縁基板のおもて面側が挿入される窪部を有してよい。絶縁基板は、厚み方向に沿った側面において、おもて面側に形成されたおもて側切欠部と、うら面側に形成されたうら側切欠部とを有してよい。おもて側切欠部およびうら側切欠部の間の頂点と、おもて面との厚み方向における長さが、ケース部の窪部の厚み方向における長さの３０％以上、７０％以下であってよい。

厚み方向において、おもて側切欠部は、うら側切欠部よりも短くてよい。厚み方向に対するおもて側切欠部の角度が、厚み方向に対するうら側切欠部の角度と同一であってよい。厚み方向に対するおもて側切欠部の角度が、厚み方向に対するうら側切欠部の角度より小さくてよい。

厚み方向に対するおもて側切欠部の角度が１５度以上、３０度以下であってよい。厚み方向に対するうら側切欠部の角度が２０度以上、５０度以下であってよい。

おもて側切欠部のおもて面における端部は、うら側切欠部のうら面における端部よりも、絶縁基板において外側に設けられてよい。おもて側切欠部のおもて面における幅は、うら側切欠部のうら面における幅の半分以下であってよい。

半導体装置は、絶縁基板のおもて面に設けられた導電パターンを更に備えてよい。おもて側切欠部のおもて面における幅は、おもて面におけるおもて側切欠部の端部と導電パターンとの距離よりも小さくてよい。おもて側切欠部のおもて面における幅は、おもて面におけるおもて側切欠部の端部と導電パターンとの距離の１／１０以下であってよい。

窪部において絶縁基板の側面と対向する側壁は、厚み方向に対しておもて側切欠部と同じ側に傾いていてよい。窪部の側壁は、おもて側切欠部と略平行であってよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の概要を示す斜視図である。 図１に示したＡ−Ａ断面の一例を示す図である。 第１の実施例に係る半導体装置１００の断面のうち、絶縁基板３０の側面近傍を拡大した図である。 絶縁基板３０の側面近傍を拡大した図である。 第２の実施例に係る半導体装置１００の断面のうち、絶縁基板３０の側面近傍を拡大した図である。 絶縁基板３０の加工方法の一例を示す図である。 絶縁基板３０のおもて面の他の例を示す図である。 第１の比較例を示す図である。 第２の比較例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の概要を示す斜視図である。半導体装置１００は、ケース部１０および蓋部１２を備える。ケース部１０は、内部に半導体チップ等の電子部品を収容する。ケース部１０は樹脂等で形成された枠構造を有してよい。ケース部１０が囲む空間内にはゲル等の封止材が充填される。蓋部１２は、ケース部１０が囲む空間の上部を覆って設けられる。蓋部１２は、接着剤でケース部１０に固定されてよい。

ケース部１０の上面には、ケース部１０が収容した電子部品に接続される複数の主端子１４および複数の副端子１６が設けられる。電子部品は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワーデバイスを含む。主端子１４は、例えばＩＧＢＴのエミッタ端子またはコレクタ端子のように、大電流が流れる端子に接続される。また、副端子１６は、例えばＩＧＢＴのゲート端子のように、大電流が流れない制御端子に接続される。

図２は、図１に示したＡ−Ａ断面の一例を示す図である。図２においては各部材を模式的に示しており、図２における各部材の縮尺は、図１に示した各部材の縮尺とは一致していない。また、図２においては、半導体装置１００のうら面近傍の断面を示しており、蓋部１２、主端子１４および副端子１６を省略している。

半導体装置１００は、ケース部１０に接着される絶縁基板３０を更に備える。絶縁基板３０のおもて面側は、ケース部１０のうら面に設けられた窪部２０の内部に挿入される。なお、本明細書においては、蓋部１２側の半導体装置１００の面をおもて面、絶縁基板３０側の面をうら面と称する。また、絶縁基板３０等の各部材においても、蓋部１２側の面をおもて面、逆側の面をうら面と称する。

窪部２０は、ケース部１０の内部空間１１と連続して形成される。窪部２０は、挿入される絶縁基板３０のおもて面の少なくとも一部を、内部空間１１に露出させる。内部空間１１に露出する絶縁基板３０のおもて面には、半導体チップ２２等の電子部品が載置される。ケース部１０の内部空間１１は、ゲル等の封止材１８で封止される。

絶縁基板３０は、金属板３２と、金属板３２のおもて面を覆って設けられた絶縁層３４とを有する。金属板３２は、アルミニウムまたは銅等の金属で形成される。金属板３２は、ケース部１０の内部に収容された半導体チップ２２等から発生した熱を放熱する。絶縁層３４は、導電性フィラー入りの有機絶縁材やアルミナ等のセラミックで形成されており、金属板３２のおもて面を絶縁する。

絶縁層３４のおもて面には、導電パターン３６が形成される。導電パターン３６は、銅等の金属で形成され、所定の配線パターンを有する。導電パターン３６のおもて面には、半導体チップ２２等の電子部品が載置される。導電パターン３６および電子部品は、図１に示した主端子１４および副端子１６に接続される端子を有してよい。

窪部２０に挿入された絶縁基板３０は、接着剤２４によりケース部１０に接着される。本例の接着剤２４は、絶縁基板３０の挿入前に予め窪部２０に設けられており、絶縁基板３０が窪部２０に挿入された後に、加熱等により硬化される。

絶縁基板３０は、厚み方向に沿った側面を有する。当該側面は、絶縁基板３０においておもて面とうら面との間の面を指す。絶縁基板３０の側面には、絶縁基板３０のおもて面側に形成されたおもて側切欠部４２と、絶縁基板３０のうら面側に形成されたうら側切欠部４０とが設けられる。

おもて側切欠部４２は、絶縁基板３０の側面において、おもて面から所定の範囲を切り欠いた形状を有する。おもて側切欠部４２における絶縁基板３０の側面は、絶縁基板３０の厚み方向に対して傾いて形成される。当該斜面は、絶縁基板３０のおもて面に近いほど、絶縁基板３０の内側に切り込むように設けられる。本例のおもて側切欠部４２は、絶縁層３４の全部と、金属板３２のおもて面側の一部の領域に渡って形成されている。

うら側切欠部４０は、絶縁基板３０の側面において、うら面から所定の範囲を切り欠いた形状を有する。うら側切欠部４０における絶縁基板３０の側面は、絶縁基板３０の厚み方向に対して傾いて形成される。当該斜面は、絶縁基板３０のうら面に近いほど、絶縁基板３０の内側に切り込むように設けられる。

絶縁基板３０の側面には、おもて側切欠部４２と、うら側切欠部４０との間に頂点３８が形成される。頂点３８は、例えば側面において最も外側に突出している点を指す。また、頂点３８は、おもて側切欠部４２およびうら側切欠部４０が交差する点を指してもよい。

おもて側切欠部４２は、絶縁基板３０のおもて面における端部が、頂点３８よりも絶縁基板３０の内側に設けられる。同様に、うら側切欠部４０は、絶縁基板３０のうら面における端部が、頂点３８よりも絶縁基板３０の内側に設けられる。

絶縁基板３０がうら側切欠部４０を有することで、頂点３８よりも下側において、絶縁基板３０とケース部１０との間の空間を広げることができる。また、絶縁基板３０がおもて側切欠部４２を有することで、頂点３８よりも上側において、絶縁基板３０とケース部１０との間の空間を広げることができる。

このため、絶縁基板３０とケース部１０との間に接着剤２４を多く設けることができ、絶縁基板３０とケース部１０の間の接着信頼性を向上させることができる。つまり、絶縁基板３０とケース部１０の接着面積が増大するので、熱ストレスが繰り返し印加された場合でも、接着剤２４におけるクラック発生を抑制できる。特に、絶縁基板３０の厚み方向における熱収縮応力に対する耐力を向上させることができる。また、頂点３８の上下方向に接着剤２４を形成して絶縁基板３０を支持できるので、絶縁基板３０が窪部２０から脱落することを抑制できる。

（第１の実施例）
図３は、第１の実施例に係る半導体装置１００の断面のうち、絶縁基板３０の側面近傍を拡大した図である。図３においては、接着剤２４および封止材１８を省略している。本例では、絶縁基板３０のおもて面およびうら面を最短距離で結ぶ方向を、厚み方向と称する。

厚み方向において、頂点３８と絶縁基板３０のおもて面との間の長さをｈ１、頂点３８と絶縁基板３０のうら面との間の長さをｈ２、窪部２０の長さをｈ３とする。窪部２０は、絶縁基板３０のおもて面と対向する対向面１３を有する。窪部２０の長さとは、ケース部１０のうら面から、対向面１３までの長さを指してよい。ｈ１は、ｈ３の３０％以上、７０％以下であることが好ましい。ｈ１は、ｈ３の４０％以上、６０％以下であってもよい。

なお、絶縁基板３０のおもて面と、ケース部１０との間の接着剤２４の厚みは、ｈ１およびｈ３に比べて十分小さい。このため、ｈ１がｈ３の３０％以上、７０％以下の場合、頂点３８が厚み方向における窪部２０の中央近傍に位置する。このような構成により、頂点３８よりも上側および下側の両方に、充分な接着剤２４を配置することができる。

また、厚み方向において、おもて側切欠部４２は、うら側切欠部４０よりも短くてよい。図３の例では、おもて側切欠部４２の長さはｈ１と等しく、うら側切欠部４０の長さはｈ２と等しい。これにより、絶縁基板３０のうら面側をケース部１０から突出させつつ、頂点３８を窪部２０の中央近傍に配置することができる。絶縁基板３０のうら面側を突出させることで、絶縁基板３０のうら面を、ヒートシンク等に容易に接触させることができる。

また、うら側切欠部４０は、半分以上が窪部２０の内部に挿入されることが好ましい。つまり、ｈ３−ｈ１≧ｈ２／２であることが好ましい。これにより、うら側切欠部４０と窪部２０との間の空間を確保することができる。

また、厚み方向において、おもて側切欠部４２がうら側切欠部４０よりも短い場合、厚み方向に対するおもて側切欠部４２の角度θ１が、厚み方向に対するうら側切欠部４０の角度θ２と同一であってよい。これにより、絶縁基板３０のおもて面における、おもて側切欠部４２の幅ｗ１を、絶縁基板３０のうら面における、うら側切欠部４０の幅ｗ２よりも小さくできる。これにより、絶縁基板３０の接着信頼性を向上させつつ、絶縁基板３０のおもて面における、おもて側切欠部４２の端部と導電パターン３６の端部との沿面距離ｗ３を大きくすることができる。従って、導電パターン３６と金属板３２との間の耐圧を大きくすることができる。

また、厚み方向に対するおもて側切欠部４２の角度θ１は、厚み方向に対するうら側切欠部４０の角度θ２より小さくてもよい。この場合、おもて側切欠部４２の幅ｗ１を、うら側切欠部４０の幅ｗ２より更に小さくして、沿面距離ｗ３を更に大きくすることができる。

より具体的には、厚み方向に対するおもて側切欠部４２の角度θ１は、１５度以上、３０度以下であってよい。また、厚み方向に対するうら側切欠部４０の角度θ２は、２０度以上、５０度以下であってよい。ただし、上述したように、θ１は、θ２以下であることが好ましい。

また、おもて側切欠部４２のおもて面における端部３１は、うら側切欠部４０のうら面における端部３３よりも、絶縁基板３０において外側に設けられる。絶縁基板３０における外側とは、絶縁基板３０の厚み方向とは垂直な面内において、絶縁基板３０の中心との距離がより増加する側を指す。

なお、おもて側切欠部４２の、絶縁基板３０のおもて面における幅ｗ１は、うら側切欠部４０の、絶縁基板３０のうら面における幅ｗ２の半分以下であってよい。これにより、絶縁基板３０とケース部１０との接着信頼性を向上させつつ、沿面距離ｗ３を大きくすることができる。

おもて側切欠部４２のおもて面における幅ｗ１は、絶縁基板３０のおもて面におけるおもて側切欠部４２の端部３１と、導電パターン３６との沿面距離ｗ３よりも十分に小さい。これにより、おもて側切欠部４２を設けたことによる、沿面距離ｗ３の減少を抑制できる。例えば、おもて側切欠部の幅ｗ１は、上述した沿面距離ｗ３の１／１０以下であることが好ましい。

図４は、絶縁基板３０の側面近傍を拡大した図である。本例の絶縁基板３０は、側面において、おもて側切欠部４２とうら側切欠部４０との間の中間部４４を有する。中間部４４は、絶縁基板３０の厚み方向に対する角度が、おもて側切欠部４２およびうら側切欠部４０のいずれとも異なる。中間部４４の少なくとも一部は、絶縁基板３０の厚み方向と略平行である。

この場合、絶縁基板３０の側面における頂点３８とは、おもて側切欠部４２を延長した面と、うら側切欠部４０を延長した面とが交差する点を指す。なお、それぞれの切欠部における絶縁基板３０の側面は平面形状を有するが、切欠部の加工精度によっては、それぞれの切欠部の端部において、絶縁基板３０の側面が平面形状にならない場合も考えられる。この場合、おもて側切欠部４２を延長するときの傾きは、絶縁基板３０のおもて面５０からおもて側切欠部４２を見た場合に、最初に検出される第１の直線部分の傾きを用いてよい。同様に、うら側切欠部４０を延長するときの傾きは、絶縁基板３０のうら面５２からうら側切欠部４０を見た場合に、最初に検出される第２の直線部分の傾きを用いてよい。頂点３８は、第１の直線部分と、第２の直線部分の交点であってよい。

本例において、絶縁基板３０の厚み方向の、おもて側切欠部４２の長さをｈａ、中間部４４の長さをｈｂ、うら側切欠部４０の長さをｈｃとする。ｈｃは、ｈａよりも大きくてよい。ｈｃは、ｈａとｈｂの和よりも大きくてよい。ｈａは、ｈｂと等しくてよい。

一例として、絶縁基板３０の厚みは１ｍｍ以上、２．２ｍｍ以下である。絶縁層３４の厚みは、８０μｍ以上、１６０μｍ以下である。ｈｃは、０．６ｍｍ以上、１．４ｍｍ以下である。ｈａおよびｈｂは、ともに０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下である。

（第２の実施例）
図５は、第２の実施例に係る半導体装置１００の断面のうち、絶縁基板３０の側面近傍を拡大した図である。第１の実施例においては、ケース部１０の窪部２０において、絶縁基板３０の側面と対向する側壁は、絶縁基板３０の厚み方向と平行に設けられていた。第２の実施例においては、窪部２０の側壁２６は、絶縁基板３０の厚み方向に対して、おもて側切欠部４２と同じ側に傾いている。

つまり、ケース部１０のうら面側に向かうに従って窪部２０の開口面積が大きくなるように、側壁２６が傾いている。一例として、窪部２０の側壁が、おもて側切欠部４２と略平行に傾いている。ここで略平行とは、傾きの差が±１０度以内の状態を指す。

このような構成により、絶縁基板３０を窪部２０の所定の位置に容易に挿入することができる。また、うら側切欠部４０と対向する領域には、接着剤２４を多く配置できるので、接着信頼性も向上させることができる。

図６は、絶縁基板３０の加工方法の一例を示す図である。図６の上段は絶縁基板３０の断面を示し、下段は絶縁基板３０のおもて面を示す。まず、絶縁基板３０の複数個分の面積を有するベース基板を準備する。図６では、２つの絶縁基板３０のみを示しているが、一つのベース基板から、より多数の絶縁基板３０を製造してよい。

ベース基板は、金属板と絶縁層を有する。ベース基板の所定の位置に、導電パターン３６を形成する。また、絶縁基板３０と対応する領域を囲んで、ベース基板のおもて面におもて側切欠部４２を形成し、うら面にうら側切欠部４０を形成する。

このとき、おもて側切欠部４２およびうら側切欠部４０がベース基板を貫通しないように、おもて側切欠部４２とうら側切欠部４０の間に残存部５６を設ける。残存部５６が、図４に示した中間部４４に対応する。そして、おもて側切欠部４２およびうら側切欠部４０に沿ってベース基板を分割することで、複数の絶縁基板３０を製造する。

図７は、絶縁基板３０のおもて面の他の例を示す図である。本例の絶縁基板３０は、矩形形状を有する。ただし、絶縁基板３０は、矩形の縁部に複数の貫通部５４を有する。それぞれの貫通部５４は、絶縁基板３０の縁部を、おもて面からうら面まで貫通して切り欠いている。

貫通部５４を設けることで、絶縁基板３０をケース部１０の窪部２０に挿入する場合に、窪部２０の内部に予め配置した接着剤２４を、うら側切欠部４０と対向する領域に容易に回り込ませることができる。これにより、絶縁基板３０とケース部１０との接着信頼性を更に向上させることができる。

（第１の比較例）
図８は、第１の比較例を示す図である。第１の比較例は、ケース部１１０および絶縁基板１３０を有する。ケース部１１０のうら面には窪部１２０が設けられる。窪部１２０の内部には接着剤１２４が設けられる。

絶縁基板１３０は、金属板１３２および絶縁層１３４を有する。絶縁層１３４上には導電パターン１３６が形成される。なお、本例の絶縁基板１３０の側面は、絶縁基板１３０の厚み方向と平行である。このため、接着剤１２４の量を増大させることが困難である。

窪部１２０の開口面積を絶縁基板１３０の外形よりも大きくすることで、接着剤１２４の量を増大させることも考えられるが、この場合、窪部１２０における絶縁基板１３０の位置バラツキが増大してしまう。また、絶縁基板１３０の側面が頂点を有さないので、絶縁基板１３０が窪部１２０から脱落しやすくなる。

（第２の比較例）
図９は、第２の比較例を示す図である。本例では、絶縁基板１３０の側面には、おもて側切欠部１４２、頂点１３８およびうら側切欠部１４０を有する。ただし、頂点１３８は、窪部１２０のほぼ下端に位置している。

本例では、うら側切欠部１４０の大部分が、窪部１２０から突出してしまう。このため、うら側切欠部１４０と対向する領域には接着剤１２４を設けることが困難であり、絶縁基板１３０とケース部１１０との接着信頼性が劣化してしまう。

また、おもて側切欠部１４２と、うら側切欠部１４０との大きさがほぼ同一である。このため、導電パターン１３６と、金属板１３２との沿面距離が小さくなってしまい、耐圧が劣化する。

これらの比較例に対して、第１および第２の実施例に係る半導体装置１００によれば、絶縁基板３０とケース部１０との接着信頼性を向上させることができる。また、導電パターン３６と金属板３２との沿面距離の減少を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・・ケース部、１１・・・内部空間、１２・・・蓋部、１３・・・対向面、１４・・・主端子、１６・・・副端子、１８・・・封止材、２０・・・窪部、２２・・・半導体チップ、２４・・・接着剤、２６・・・側壁、３０・・・絶縁基板、３１・・・端部、３２・・・金属板、３３・・・端部、３４・・・絶縁層、３６・・・導電パターン、３８・・・頂点、４０・・・うら側切欠部、４２・・・おもて側切欠部、４４・・・中間部、５０・・・おもて面、５２・・・うら面、５４・・・貫通部、５６・・・残存部、１００・・・半導体装置、１１０・・・ケース部、１２０・・・窪部、１２４・・・接着剤、１３０・・・絶縁基板、１３２・・・金属板、１３４・・・絶縁層、１３６・・・導電パターン、１３８・・・頂点、１４０・・・うら側切欠部、１４２・・・おもて側切欠部

Claims (12)

1. 半導体チップを載置する絶縁基板と、
   前記絶縁基板と接着されるケース部と
   を備え、
   前記ケース部は、接着剤が設けられ、前記絶縁基板のおもて面側が挿入される窪部を有し、
   前記絶縁基板は、厚み方向に沿った側面において、
   前記おもて面側に形成されたおもて側切欠部と、
   うら面側に形成されたうら側切欠部と
   を有し、
   前記おもて側切欠部および前記うら側切欠部の間の頂点と、前記おもて面との前記厚み方向における長さが、前記ケース部の前記窪部の前記厚み方向における長さの３０％以上、７０％以下である半導体装置。
2. 前記厚み方向において、前記おもて側切欠部は、前記うら側切欠部よりも短い
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記厚み方向に対する前記おもて側切欠部の角度が、前記厚み方向に対する前記うら側切欠部の角度と同一である
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記厚み方向に対する前記おもて側切欠部の角度が、前記厚み方向に対する前記うら側切欠部の角度より小さい
   請求項１または２に記載の半導体装置。
5. 前記厚み方向に対する前記おもて側切欠部の角度が１５度以上、３０度以下である
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記厚み方向に対する前記うら側切欠部の角度が２０度以上、５０度以下である
   請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記おもて側切欠部の前記おもて面における端部は、前記うら側切欠部の前記うら面における端部よりも、前記絶縁基板において外側に設けられる
   請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記おもて側切欠部の前記おもて面における幅は、前記うら側切欠部の前記うら面における幅の半分以下である
   請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記絶縁基板の前記おもて面に設けられた導電パターンを更に備え、
   前記おもて側切欠部の前記おもて面における幅は、前記おもて面における前記おもて側切欠部の端部と前記導電パターンとの距離よりも小さい
   請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記おもて側切欠部の前記おもて面における幅は、前記おもて面における前記おもて側切欠部の端部と前記導電パターンとの距離の１／１０以下である
    請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記窪部において前記絶縁基板の側面と対向する側壁は、前記厚み方向に対して前記おもて側切欠部と同じ側に傾いている
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
12. 前記窪部の前記側壁は、前記おもて側切欠部と略平行である
    請求項１１に記載の半導体装置。

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