JP2017183656A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
半導体装置は、金属製の放熱部材(ヒートシンク)と、半導体素子及び基板を有するとともに放熱部材の面に搭載される半導体モジュールと、放熱部材に取り付けられるとともに複数の半導体モジュールを収容する樹脂製のケースとを備えている。ケースは、複数の基板の周囲を囲む周壁と、周壁の内側を複数の空間に区画する区画壁とを有している。空間には、半導体モジュールが少なくとも一つ収容されている。そして、例えば特許文献1のように、空間には、半導体モジュールを異物等から保護するために、半導体モジュールを覆う樹脂が封止されている。 The semiconductor device includes a metal heat dissipation member (heat sink), a semiconductor module having a semiconductor element and a substrate and mounted on the surface of the heat dissipation member, and a resin case attached to the heat dissipation member and accommodating a plurality of semiconductor modules And. The case has a peripheral wall that surrounds the periphery of the plurality of substrates, and a partition wall that partitions the inside of the peripheral wall into a plurality of spaces. At least one semiconductor module is accommodated in the space. For example, as in Patent Document 1, a resin that covers the semiconductor module is sealed in the space in order to protect the semiconductor module from foreign matter or the like.
半導体素子の発熱等によって放熱部材及び樹脂が膨脹すると、半導体装置において全体的に反りが生じる。すると、樹脂に応力が加わって樹脂に割れが生じてしまう虞がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、樹脂の割れを抑制することができる半導体装置を提供することにある。
When the heat dissipating member and the resin expand due to heat generation of the semiconductor element, the entire semiconductor device is warped. Then, stress may be applied to the resin and the resin may be cracked.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing resin cracking.
上記課題を解決する半導体装置は、金属製の放熱部材と、第1の半導体素子と第2の半導体素子と基板とを備え、前記第1の半導体素子の下面電極が前記基板のパターンにベアチップ実装されるとともに前記第2の半導体素子の下面電極が前記基板のパターンにベアチップ実装されてなり、前記放熱部材の面に搭載される半導体モジュールと、前記基板の周囲を囲む周壁と、前記周壁の内側において複数の空間に区画する第1の区画壁とを有し、前記放熱部材の面に固定される樹脂製のケースと、を有し、前記空間に前記半導体モジュールが少なくとも一つ収容されており、前記空間に前記半導体モジュールを覆う樹脂が封止されている半導体装置であって、前記第1の区画壁の上面には第1のスリットが設けられており、前記第1の半導体素子の上面電極と前記第2の半導体素子の上面電極とは板状の導電部材によって互いに電気的に接続されており、前記導電部材は前記第1の半導体素子の上面電極に接合される第1の接合部と、前記第2の半導体素子の上面電極に接合される第2の接合部と、前記第1の接合部から延設されて前記第1の半導体素子から離れる方向に屈曲する第1の屈曲部と、前記第2の接合部から延設されて前記第2の半導体素子から離れる方向に屈曲する第2の屈曲部と、前記第1の屈曲部から前記第2の屈曲部まで延設される平面状の平面部とを有するとともに、前記樹脂によって覆われており、前記樹脂の露出面から前記平面部までの上下方向の距離は前記露出面から前記第1のスリットの下端までの上下方向の距離よりも小さい。 A semiconductor device that solves the above-described problem includes a metal heat dissipating member, a first semiconductor element, a second semiconductor element, and a substrate, and the lower surface electrode of the first semiconductor element is bare-chip mounted on the pattern of the substrate In addition, the bottom electrode of the second semiconductor element is bare-chip mounted on the pattern of the substrate, the semiconductor module is mounted on the surface of the heat dissipation member, the peripheral wall surrounding the periphery of the substrate, the inner side of the peripheral wall And a resin case fixed to the surface of the heat dissipating member, and at least one of the semiconductor modules is accommodated in the space. A semiconductor device in which the resin covering the semiconductor module is sealed in the space, wherein a first slit is provided on an upper surface of the first partition wall, and the first semiconductor The upper electrode of the child and the upper electrode of the second semiconductor element are electrically connected to each other by a plate-like conductive member, and the conductive member is joined to the upper electrode of the first semiconductor element. , A second joint joined to the upper surface electrode of the second semiconductor element, and a first extension extending from the first joint and bending away from the first semiconductor element. A bent portion, a second bent portion extending from the second bonding portion and bent in a direction away from the second semiconductor element, and extending from the first bent portion to the second bent portion. And a flat plane portion provided and covered with the resin, and a vertical distance from the exposed surface of the resin to the planar portion is from the exposed surface to the lower end of the first slit. It is smaller than the distance in the vertical direction.
半導体素子の発熱等によって放熱部材及び樹脂が膨張すると、樹脂が第1の区画壁を押圧する。このとき、樹脂の露出面から平面部までの上下方向の距離は樹脂の露出面から第1のスリットの下端までの上下方向の距離よりも小さいため、第1の区画壁が、第1のスリットが形成された分だけ変形が許容され、この第1の区画壁の変形によって、樹脂に加わる応力が緩和される。よって、樹脂の割れを抑制することができる。 When the heat radiating member and the resin expand due to heat generated by the semiconductor element, the resin presses the first partition wall. At this time, since the distance in the vertical direction from the exposed surface of the resin to the flat portion is smaller than the distance in the vertical direction from the exposed surface of the resin to the lower end of the first slit, the first partition wall is the first slit. The deformation is allowed by the amount formed, and the stress applied to the resin is relieved by the deformation of the first partition wall. Therefore, cracking of the resin can be suppressed.
この発明によれば、樹脂の割れを抑制することができる。 According to this invention, cracking of the resin can be suppressed.
以下、半導体装置を具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
図1及び図2に示すように、半導体装置10は、金属製(本実施形態ではアルミニウム製)の放熱部材11(ヒートシンク)と、放熱部材11の面11aに搭載される半導体モジュール40と、半導体モジュール40が収容される樹脂製のケース20とを備えている。
Hereinafter, an embodiment embodying a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
半導体モジュール40は、例えばIGBTやダイオード等の半導体素子12と基板13と導電部材18とを備えている。半導体モジュール40は、4つの半導体素子12の下面電極12aが基板13のパターンにベアチップ実装されてなる。半導体素子12の上面電極12bには導電部材18が接続されている。
The
ケース20は、複数の基板13(本実施形態では6つ)の周囲を囲む平面視長方形状の周壁21と、周壁21の内側において周壁21の長手方向(図1に示す矢印X1の方向)に対して複数(本実施形態では三つ)の空間22に区画する第1の区画壁23とを有する。空間22は、平面視において、周壁21の短手方向(図1に示す矢印Y1の方向)を長手方向とする平面視長四角形状である。第1の区画壁23は、空間22の長手方向(周壁21の短手方向)に沿って延びている。各空間22には、半導体モジュール40が二つずつ空間22の長手方向に並んで収容されている。なお、空間22には半導体モジュール40が少なくとも一つ収容されていればよい。
The
図2において拡大して示すように、基板13は、放熱部材11の面11aに接合される金属層14と、金属層14における放熱部材11の面11aとは反対側に積層される絶縁層15と、絶縁層15における金属層14とは反対側に積層される配線層16とを有する。そして、配線層16における絶縁層15とは反対側の実装面16aに半導体素子12が実装されている。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the
また、基板13には、一端が基板13のパターンを含む配線層16に接続されるとともに他端が図示しない電源端子及び図示しない負荷に電気的に接続される板状の電極17が実装されている。電源端子は例えばバッテリの端子である。負荷は例えばモータである。電極17は、配線層16に接合される平板状の接合部17aと、接合部17aから接合部17aに対して直交する方向に屈曲して延びるとともに図示しない電源端子及び図示しない負荷に電気的に接続される平板状の端子部17bとを有する。端子部17bは、空間22から突出している。また、導電部材18は、4つの半導体素子12を電気的に接続する。導電部材18は、各半導体素子12の上面電極12bに接合されている。なお、導電部材18は板状である。
The
図3に示すように、導電部材18は、4つの半導体素子12のうちの第1の半導体素子121の上面電極12bに接合される第1の接合部18aと、4つの半導体素子12のうちの第2の半導体素子122の上面電極12bに接合される第2の接合部18bとを有する。また、導電部材18は、第1の接合部18aから延設されて第1の半導体素子121から離れる方向に屈曲する第1の屈曲部18cと、第2の接合部18bから延設されて第2の半導体素子122から離れる方向に屈曲する第2の屈曲部18dと、第1の屈曲部18cから第2の屈曲部18dまで延設される平面状の平面部18eとを有する。
As shown in FIG. 3, the
さらに、導電部材18は、4つの半導体素子12のうちの第3の半導体素子123の上面電極12bに接合される第3の接合部18fと、4つの半導体素子12のうちの第4の半導体素子124の上面電極12bに接合される第4の接合部18gとを有する。また、導電部材18は、第3の接合部18fから延設されて第3の半導体素子123から離れる方向に屈曲する第3の屈曲部18hと、第4の接合部18gから延設されて第4の半導体素子124から離れる方向に屈曲する第4の屈曲部18iとを有する。平面部18eは第3の屈曲部18h及び第4の屈曲部18iまで延設されている。すなわち、平面部18eは、第1の屈曲部18c、第2の屈曲部18d、第3の屈曲部18h及び第4の屈曲部18iそれぞれに連続している。
Further, the
図2に示すように、各空間22には、半導体モジュール40を覆う樹脂25が封止されている。詳細には、電極17の接合部17aを含む一部、導電部材18、基板13及び半導体素子12が、樹脂25に覆われている。電極17の端子部17bを含む他端は樹脂25から露出している。樹脂25は、基板13、半導体素子12及び導電部材18を異物等から保護する。樹脂25は、例えばエポキシ樹脂である。
As shown in FIG. 2, each
各第1の区画壁23の上面には、第1のスリット26が形成されている。第1のスリット26は、第1の区画壁23における放熱部材11とは反対側の端面23eから放熱部材11に向けて凹設されている。また、第1のスリット26は、平面視すると、空間22の長手方向に沿って延びている。本実施形態では、第1のスリット26の内側は空気層である。樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第1のスリット26の下端26eまでの上下方向の距離H2よりも小さい。
A
次に、本実施形態の作用について説明する。
半導体素子12の発熱等によって放熱部材11及び樹脂25が膨脹すると、半導体装置10において全体的に反りが生じる。そして、放熱部材11及び樹脂25が膨張して、樹脂25が第1の区画壁23を押圧する。このとき、樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第1のスリット26の下端26eまでの上下方向の距離H2よりも小さいため、第1の区画壁23が、第1のスリット26が形成された分だけ変形が許容され、この第1の区画壁23の変形によって、樹脂25に加わる応力が緩和される。よって、樹脂25の割れが抑制される。例えば、端子部17bの周辺の樹脂25を起点として樹脂25に割れが生じ易いが、端子部17bの周辺の樹脂25を起点とした樹脂25の割れが抑制される。また、平面部18eを覆う樹脂25の厚みが薄いため、割れが生じ易いが、この割れが抑制される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)第1の区画壁23に第1のスリット26を形成し、樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1を露出面25eから第1のスリット26の下端26eまでの上下方向の距離H2よりも小さくした。半導体素子12の発熱等によって放熱部材11及び樹脂25が膨張すると、樹脂25が第1の区画壁23を押圧する。このとき、樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第1のスリット26の下端26eまでの上下方向の距離H2よりも小さいため、第1の区画壁23が、第1のスリット26が形成された分だけ変形が許容され、この第1の区画壁23の変形によって、樹脂25に加わる応力が緩和される。よって、樹脂25の割れを抑制することができる。
In the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)平面部18eは第3の屈曲部18h及び第4の屈曲部18iまで延設している。これによれば、平面部18eの面積が大きくなり、平面部18eを覆う樹脂25の割れが発生し易いが、樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第1のスリット26の下端26eまでの上下方向の距離H2よりも小さいため、平面部18eを覆う樹脂25の割れを抑制することができる。
(2) The
(3)基板13には、一端が基板13のパターンに接続されるとともに、他端が樹脂25から露出する板状の電極17が実装されている。これによれば、他端が樹脂25から露出する板状の電極17が基板13に実装されていたとしても、露出する電極17の他端の樹脂25を起点とした樹脂25の割れを抑制することができる。特に、端子部17bの周辺の樹脂25を起点として樹脂25に割れが生じ易いが、端子部17bの周辺の樹脂25を起点とした樹脂25の割れを抑制することができる。
(3) The
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図4に示すように、第1の区画壁23における第1のスリット26とは異なる部位に、隣り合う空間22同士を連通する開口部23hが形成されており、開口部23hの少なくとも一部が樹脂25で覆われていてもよい。第1の区画壁23には、第1のスリット26が二つ形成されている。両第1のスリット26は、平面視すると、空間22の長手方向に沿って延びている。両第1のスリット26は、空間22の長手方向に沿って配置されている。開口部23hは、第1の区画壁23における両第1のスリット26の間に配置されるとともに、端面23eから凹設されている。これによれば、各空間22に封止される樹脂25が固化する前では、樹脂25が開口部23hを介して隣り合う空間22を行き来できるようになるため、各空間22に封止される樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1のばらつきを低減させることができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
As shown in FIG. 4, an
○ 図5に示すように、周壁21に、第2のスリット27を形成してもよい。第2のスリット27は、周壁21における放熱部材11とは反対側の端面21eから放熱部材11に向けて凹設されている。樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第2のスリット27の下端27eまでの上下方向の距離H3よりも小さい。半導体素子12の発熱等によって放熱部材11及び樹脂25が膨脹すると、樹脂25が周壁21を押圧する。このとき、樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第2のスリット27の下端27eまでの上下方向の距離H3よりも小さいため、周壁21が、第2のスリット27が形成された分だけ変形が許容され、この周壁21の変形によって、樹脂25に加わる応力が緩和される。よって、樹脂25の割れをさらに抑制することができる。
As shown in FIG. 5, the
○ 図6に示すように、周壁21の内側において周壁21の短手方向に対して複数(図6の実施形態では二つ)の空間32に区画する第2の区画壁33を備えてもよい。第2の区画壁33の外底面と放熱部材11の面11aとは離間している。そして、第2の区画壁33の外底面と放熱部材11の面11aとの間を、周壁21の短手方向で隣り合う半導体モジュール40同士を電気的に接続する接続端子19が通過している。周壁21の短手方向で隣り合う空間32に封止される樹脂25同士は、第2の区画壁33の外底面と放熱部材11の面11aとの間を介して繋がっている。なお、図6において、樹脂25の図示を説明の都合上省略している。第2の区画壁33には、第1の区画壁23と同様な第3のスリット28が形成されている。樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第3のスリット28の下端までの上下方向の距離よりも小さい。
As shown in FIG. 6, a
これによれば、樹脂25を小分けすることができる。そして、小分けされた樹脂25が膨張して、樹脂25が第2の区画壁33を押圧する。このとき、樹脂25の露出面25eから平面部18eまでの上下方向の距離H1は露出面25eから第3のスリット28の下端までの上下方向の距離よりも小さいため、第2の区画壁33が、第3のスリット28が形成された分だけ変形が許容され、この第2の区画壁33の変形によって、樹脂25に加わる応力が緩和される。
According to this, the
○ 実施形態において、半導体装置10が電極17を備えていない構成であってもよい。
○ 実施形態において、第1のスリット26内に液体や固体等が入れられていてもよい。例えば、固体の場合、低弾性のスポンジやゴム等が好ましい。
In the embodiment, the
In the embodiment, a liquid, a solid, or the like may be placed in the
○ 実施形態において、例えば、第1のスリット26ではなく、第1の区画壁23の内部に中空部を形成してもよい。
○ 実施形態において、樹脂25の露出面25eが、第1の区画壁23の端面23eと同じ高さに位置していてもよい。
In the embodiment, for example, a hollow portion may be formed inside the
In the embodiment, the exposed
○ 実施形態において、半導体素子12は樹脂によってモールドされたものであってもよい。
○ 実施形態において、半導体モジュール40の数は特に限定されるものではない。
In the embodiment, the
In the embodiment, the number of
○ 実施形態において、空間22の数は、二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。
○ 実施形態において、半導体モジュール40における半導体素子12は、2枚の基板13にそれぞれ2個ずつ実装されているものであってもよいし、4枚の基板13にそれぞれ1個ずつ実装されているものであってもよい。
In the embodiment, the number of
In the embodiment, two
10…半導体装置、11…放熱部材、11a…面、12…半導体素子、12a…下面電極、12b…上面電極、13…基板、17…電極、18…導電部材、18a…第1の接合部、18b…第2の接合部、18c…第1の屈曲部、18d…第2の屈曲部、18e…平面部、18f…第3の接合部、18g…第4の接合部、18h…第3の屈曲部、18i…第4の屈曲部、20…ケース、21…周壁、22,32…空間、23…第1の区画壁、23h…開口部、25…樹脂、25e…露出面、26…第1のスリット、26e,27e…下端、27…第2のスリット、28…第3のスリット、33…第2の区画壁、40…半導体モジュール、121…第1の半導体素子、122…第2の半導体素子、123…第3の半導体素子、124…第4の半導体素子。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第1の半導体素子と第2の半導体素子と基板とを備え、前記第1の半導体素子の下面電極が前記基板のパターンにベアチップ実装されるとともに前記第2の半導体素子の下面電極が前記基板のパターンにベアチップ実装されてなり、前記放熱部材の面に搭載される半導体モジュールと、
前記基板の周囲を囲む周壁と、前記周壁の内側において複数の空間に区画する第1の区画壁とを有し、前記放熱部材の面に固定される樹脂製のケースと、を有し、
前記空間に前記半導体モジュールが少なくとも一つ収容されており、
前記空間に前記半導体モジュールを覆う樹脂が封止されている半導体装置であって、
前記第1の区画壁の上面には第1のスリットが設けられており、
前記第1の半導体素子の上面電極と前記第2の半導体素子の上面電極とは板状の導電部材によって互いに電気的に接続されており、
前記導電部材は前記第1の半導体素子の上面電極に接合される第1の接合部と、前記第2の半導体素子の上面電極に接合される第2の接合部と、前記第1の接合部から延設されて前記第1の半導体素子から離れる方向に屈曲する第1の屈曲部と、前記第2の接合部から延設されて前記第2の半導体素子から離れる方向に屈曲する第2の屈曲部と、前記第1の屈曲部から前記第2の屈曲部まで延設される平面状の平面部とを有するとともに、前記樹脂によって覆われており、
前記樹脂の露出面から前記平面部までの上下方向の距離は前記露出面から前記第1のスリットの下端までの上下方向の距離よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 A metal heat dissipating member;
A first semiconductor element, a second semiconductor element, and a substrate, wherein the lower surface electrode of the first semiconductor element is bare-chip mounted on the pattern of the substrate, and the lower surface electrode of the second semiconductor element is formed on the substrate; A semiconductor module that is mounted on a pattern on a bare chip and is mounted on the surface of the heat dissipation member;
A peripheral wall that surrounds the periphery of the substrate, a first partition wall that is partitioned into a plurality of spaces inside the peripheral wall, and a resin case that is fixed to the surface of the heat dissipation member,
At least one of the semiconductor modules is accommodated in the space;
A semiconductor device in which a resin covering the semiconductor module is sealed in the space,
A first slit is provided on the upper surface of the first partition wall;
The upper surface electrode of the first semiconductor element and the upper surface electrode of the second semiconductor element are electrically connected to each other by a plate-like conductive member,
The conductive member includes a first bonding portion bonded to the upper surface electrode of the first semiconductor element, a second bonding portion bonded to the upper surface electrode of the second semiconductor element, and the first bonding portion. A first bent portion extending from the first semiconductor element and bent in a direction away from the first semiconductor element; and a second bent portion extending from the second joint portion and bent in a direction away from the second semiconductor element. And having a bent portion and a flat planar portion extending from the first bent portion to the second bent portion, and is covered with the resin,
The vertical distance from the exposed surface of the resin to the flat portion is smaller than the vertical distance from the exposed surface to the lower end of the first slit.
前記平面部は前記第3の屈曲部及び前記第4の屈曲部まで延設されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The bottom electrode of the third semiconductor element is bare-chip mounted on the pattern of the substrate, the bottom electrode of the fourth semiconductor element is bare-chip mounted, and the conductive member is joined to the top electrode of the third semiconductor element. A third joint, a fourth joint joined to the upper surface electrode of the fourth semiconductor element, and a bent portion extending from the third joint and away from the third semiconductor element. A third bent portion, and a fourth bent portion extending from the fourth bonding portion and bending in a direction away from the fourth semiconductor element,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the planar portion extends to the third bent portion and the fourth bent portion.
一端が前記基板のパターンに接続されるとともに、他端が前記樹脂から露出する板状の電極が実装されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。 The substrate includes
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plate-like electrode having one end connected to the pattern of the substrate and the other end exposed from the resin is mounted. 4.
前記樹脂の露出面から前記平面部までの上下方向の距離は前記露出面から前記第2のスリットの下端までの上下方向の距離よりも小さいことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。 A second slit is formed in the peripheral wall,
The distance in the up-down direction from the exposed surface of the resin to the flat portion is smaller than the distance in the up-down direction from the exposed surface to the lower end of the second slit. The semiconductor device according to claim 1.
前記第2の区画壁には、第3のスリットが形成されており、
前記樹脂の露出面から前記平面部までの上下方向の距離は前記露出面から前記第3のスリットの下端までの上下方向の距離よりも小さいことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置。 A second partition wall that partitions into a plurality of spaces with respect to a short direction of the peripheral wall inside the peripheral wall;
A third slit is formed in the second partition wall,
The vertical distance from the exposed surface of the resin to the flat portion is smaller than the vertical distance from the exposed surface to the lower end of the third slit. The semiconductor device according to claim 1.
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