JP2018074059A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can inhibit deterioration in radiation performance and occurrence of a crack due to thermal stress.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor substrate 120 where a heat generation element is formed; a semiconductor chip 12 having a protection film 124 which is arranged on one surface of the semiconductor substrate and has an opening 124a and an upper electrode 126 which is electrically connected with the heat generation element and exposed outward via the opening; and a terminal 18 which is arranged opposite to the upper electrode and bonded to the upper electrode via solder. The upper electrode has a plurality of notches 126c formed on an outer peripheral edge 126a as solder unwet portions so as to surround the center 126b of the upper electrode. On the semiconductor substrate, a first region including portions directly under the notches and peripheral portions of the directly under portions is deemed as a region of less heat generation than a second region which is a portion directly under the electrode and a region different from the first region and a formation region of the heat generation element.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この明細書における開示は、発熱素子が形成された半導体チップの電極と放熱部材とがはんだを介して接合されてなる半導体装置に関する。   The disclosure in this specification relates to a semiconductor device in which an electrode of a semiconductor chip on which a heating element is formed and a heat radiating member are joined via solder.

特許文献１には、発熱素子が形成された半導体チップの電極と、放熱部材（放熱ブロック）とが、はんだを介して接合されてなる半導体装置が開示されている。電極（めっき電極）は、保護膜の開口部を介して外部に露出されており、はんだを介して放熱部材に接合されている。   Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which an electrode of a semiconductor chip on which a heating element is formed and a heat radiating member (heat radiating block) are joined via solder. The electrode (plating electrode) is exposed to the outside through the opening of the protective film, and is joined to the heat dissipation member via solder.

特開２００８−２４４０４５号公報JP 2008-244045 A

このような半導体装置では、電極に対して放熱部材の位置が偏ると、部分的にはんだ側面の傾きが急峻となる。このように、はんだ側面が急峻になると、実使用時の冷熱サイクルによる熱応力が保護膜の開口端（内側面）と電極との境界部分に集中し、この境界部分を起点として下方にクラックが生じる虞がある。たとえば、はんだと電極とのなす角度が略９０度又は鈍角になると、上記問題が生じる虞がある。   In such a semiconductor device, when the position of the heat radiating member is biased with respect to the electrode, the inclination of the solder side surface is partially steep. In this way, when the solder side surface becomes steep, thermal stress due to the cooling cycle during actual use is concentrated at the boundary between the opening end (inside surface) of the protective film and the electrode, and cracks appear downward from this boundary. May occur. For example, when the angle between the solder and the electrode is approximately 90 degrees or an obtuse angle, the above problem may occur.

上記問題を解決するために、枠状治具の枠内に放熱部材を配置させることで、放熱部材を電極に対して位置決めすることが考えられる。しかしながら、枠状部材と放熱部材との間には、部材の熱収縮を吸収するためのクリアランスが必要となる。したがって、クリアランスを確保するために、ひとまわり小さい放熱部材を用いなければならず、放熱性が低下してしまう。   In order to solve the above problem, it is conceivable to position the heat radiating member with respect to the electrode by arranging the heat radiating member in the frame of the frame-shaped jig. However, a clearance for absorbing thermal contraction of the member is required between the frame-shaped member and the heat dissipation member. Therefore, in order to ensure the clearance, a small heat radiating member must be used, and the heat radiating performance is lowered.

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、放熱性の低下を抑制しつつ、熱応力によるクラック発生を抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。   This indication is made in view of such a subject, and it aims at providing a semiconductor device which can control crack generation by thermal stress, suppressing a heat dissipation fall.

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。   The present disclosure employs the following technical means to achieve the above object. In addition, the code | symbol in parenthesis shows the corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect | mode, Comprising: The technical scope is not limited.

本開示のひとつである半導体装置は、発熱素子が形成された半導体基板（１２０）、半導体基板の一面側に配置され、開口部（１２４ａ）を有する保護膜（１２４）、及び発熱素子と電気的に接続され、開口部を介して外部に露出された電極（１２６）を有する半導体チップ（１２）と、
電極に対して対向配置され、はんだ（３０）を介して電極に接合された放熱部材（１８）と、
を備え、
電極は、はんだの不濡れ部分として、当該電極の中心を取り囲むように外周端に形成された複数の切り欠き（１２６ｃ）を有し、
半導体基板において、切り欠きの直下部分及び当該直下部分の周辺部分を含む第１領域（１２０ｃ）が、電極の直下部分であって第１領域とは別の領域であり、発熱素子の形成領域である第２領域（１２０ａ）よりも、発熱の小さな領域とされている。 A semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure includes a semiconductor substrate (120) on which a heating element is formed, a protective film (124) disposed on one surface side of the semiconductor substrate and having an opening (124a), and the heating element and A semiconductor chip (12) having an electrode (126) that is connected to and exposed to the outside through the opening;
A heat dissipating member (18) disposed opposite the electrode and joined to the electrode via a solder (30);
With
The electrode has a plurality of notches (126c) formed at the outer peripheral edge so as to surround the center of the electrode as a non-wetting part of the solder,
In the semiconductor substrate, the first region (120c) including the portion immediately below the notch and the peripheral portion of the portion directly below is a region directly below the electrode and different from the first region, and is a region where the heating element is formed. It is a region that generates less heat than a certain second region (120a).

この半導体装置において、電極に設けた複数の切り欠きは、はんだの不濡れ部分である。したがって、はんだ付けの際に、はんだの表面張力によるセルフアラインで、放熱部材が位置決めされる。これにより、切り欠きの周辺を除く部分において、はんだ側面が緩やかな形状になる。枠状部材を用いないため、クリアランス確保のために放熱部材を小さくしなくてもよい。よって、放熱性の低下を抑制しつつ、熱応力によるクラック発生を抑制することができる。   In this semiconductor device, the plurality of notches provided in the electrodes are solder non-wetting portions. Therefore, at the time of soldering, the heat radiating member is positioned by self-alignment due to the surface tension of the solder. Thereby, in the part except the periphery of a notch, a solder side surface becomes a gentle shape. Since the frame-shaped member is not used, it is not necessary to make the heat radiating member small in order to secure the clearance. Therefore, generation of cracks due to thermal stress can be suppressed while suppressing a decrease in heat dissipation.

なお、切り欠きを設けることで、切り欠き周辺において、はんだ側面が急峻となる。しかしながら、切り欠きの直下部分及び周辺部分を含む第１領域は、発熱素子の形成領域である第２領域に較べて発熱の小さな領域となっている。したがって、切り欠き周辺についても、熱応力によるクラック発生を抑制することができる。   In addition, by providing a notch, the solder side surface becomes steep around the notch. However, the first region including the portion immediately below the notch and the peripheral portion is a region that generates less heat than the second region, which is a region where the heat generating element is formed. Therefore, crack generation due to thermal stress can also be suppressed around the notch.

以上により、放熱性の低下を抑制しつつ、熱応力によるクラック発生を抑制することができる。   As described above, generation of cracks due to thermal stress can be suppressed while suppressing a decrease in heat dissipation.

本開示の他のひとつである半導体装置は、発熱素子が形成された半導体基板（１２０）、半導体基板の一面側に配置され、開口部（１２４ａ）を有する保護膜（１２４）、及び発熱素子と電気的に接続され、開口部を介して外部に露出された電極（１２６）を有する半導体チップ（１２）と、
電極に対して対向配置され、はんだ（３０）を介して電極に接合された放熱部材（１８）と、
を備え、
電極は、はんだの不濡れ部分として、半導体基板の板厚方向に直交する第１方向の両端と、板厚方向及び第１方向の両方向に直交する第２方向の両端と、にそれぞれ形成された切り欠き（１２６ｃ）を有し、
半導体基板において、切り欠きの直下部分及び当該直下部分の周辺部分を含む第１領域（１２０ｃ）が、電極の直下部分であって第１領域とは別の領域であり、発熱素子の形成領域である第２領域（１２０ａ）よりも、発熱の小さな領域とされている。 A semiconductor device according to another embodiment of the present disclosure includes a semiconductor substrate (120) on which a heating element is formed, a protective film (124) disposed on one surface side of the semiconductor substrate and having an opening (124a), and a heating element. A semiconductor chip (12) having an electrode (126) electrically connected and exposed to the outside through the opening;
A heat dissipating member (18) disposed opposite the electrode and joined to the electrode via a solder (30);
With
The electrodes were formed as non-wetting portions of solder on both ends in the first direction orthogonal to the plate thickness direction of the semiconductor substrate and on both ends in the second direction orthogonal to both the plate thickness direction and the first direction. Having a notch (126c),
In the semiconductor substrate, the first region (120c) including the portion immediately below the notch and the peripheral portion of the portion directly below is a region directly below the electrode and different from the first region, and is a region where the heating element is formed. It is a region that generates less heat than a certain second region (120a).

この半導体装置によっても、上記した別の半導体装置同様の効果を奏することができる。   This semiconductor device can also provide the same effects as those of the other semiconductor devices described above.

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a schematic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 図１のII-II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line of FIG. 半導体チップの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of a semiconductor chip. 図３のIV-IV線に対応する半導体チップとターミナルとの接続構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection structure of the semiconductor chip and terminal corresponding to the IV-IV line of FIG. 図３のV-V線に対応する半導体チップとターミナルとの接続構造を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a connection structure between a semiconductor chip and a terminal corresponding to the V-V line in FIG. 3. 図３の領域VIを拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region VI of FIG. 第２実施形態に係る半導体装置において、半導体チップの概略構成を示す平面図であり、図３に対応している。In the semiconductor device concerning 2nd Embodiment, it is a top view which shows schematic structure of a semiconductor chip, and respond | corresponds to FIG. 第１変形例を示す平面図であり、図３に対応している。It is a top view which shows a 1st modification, and respond | corresponds to FIG. 第３実施形態に係る半導体装置の、切り欠きが形成されていない部分における、半導体チップとターミナルとの接続構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection structure of a semiconductor chip and a terminal in the part in which the notch is not formed of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 切り欠きが形成された部分における、半導体チップとターミナルとの接続構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection structure of a semiconductor chip and a terminal in the part in which the notch was formed. 第２変形例を示す平面図であり、図６に対応している。It is a top view which shows a 2nd modification, and respond | corresponds to FIG.

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。以下において、半導体基板の板厚方向をＺ方向と示す。Ｚ方向に直交し、且つ、複数のパッドの並び方向をＸ方向と示す。Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向をＹ方向と示す。特に断りのない限り、ＸＹ平面に沿う形状を平面形状とする。   A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and / or structurally corresponding parts are given the same reference numerals. In the following, the thickness direction of the semiconductor substrate is referred to as the Z direction. A direction orthogonal to the Z direction and a plurality of pads arranged is indicated as an X direction. A direction perpendicular to both the Z direction and the X direction is referred to as a Y direction. Unless otherwise specified, the shape along the XY plane is a planar shape.

（第１実施形態）
図１〜図３に基づき、半導体装置の概略構成について説明する。 (First embodiment)
A schematic configuration of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

図１及び図２に示すように、半導体装置１０は、半導体チップ１２、封止樹脂体１４、信号端子１６、ターミナル１８、ヒートシンク２０，２２、及び主端子２４，２６を備えている。このような半導体装置１０は、三相インバータを構成する６つのアームのうちの１つを構成する所謂１ｉｎ１パッケージとして知られており、たとえば車両のインバータ回路に組み入れられる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device 10 includes a semiconductor chip 12, a sealing resin body 14, a signal terminal 16, a terminal 18, heat sinks 20 and 22, and main terminals 24 and 26. Such a semiconductor device 10 is known as a so-called 1 in 1 package constituting one of six arms constituting a three-phase inverter, and is incorporated in, for example, an inverter circuit of a vehicle.

半導体チップ１２は、シリコン、シリコンカーバイドなどの半導体基板１２０に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタが形成されてなる。パワートランジスタが、発熱素子に相当する。半導体チップ１２は、平面略矩形状をなしている。   The semiconductor chip 12 is formed by forming a power transistor such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or MOSFET on a semiconductor substrate 120 such as silicon or silicon carbide. The power transistor corresponds to a heating element. The semiconductor chip 12 has a substantially rectangular planar shape.

ＩＧＢＴは、Ｚ方向に電流が流れるように所謂縦型構造をなしている。半導体チップ１２は、Ｚ方向の一面側にエミッタ電極１２１を有し、エミッタ電極１２１とは反対の裏面側にコレクタ電極１２２を有している。コレクタ電極１２２は、裏面のほぼ全面に形成されている。   The IGBT has a so-called vertical structure so that a current flows in the Z direction. The semiconductor chip 12 has an emitter electrode 121 on one surface side in the Z direction, and a collector electrode 122 on the back surface side opposite to the emitter electrode 121. The collector electrode 122 is formed on almost the entire back surface.

図２及び図３に示すように、半導体基板１２０の一面側には、パッド１２３も形成されている。パッド１２３は、信号用の電極である。半導体チップ１２は、２つのパッド１２３を有している。パッド１２３は、Ｙ方向において、エミッタ電極１２１の形成領域とは反対側の端部に形成されている。パッド１２３は、後述する保護膜１２４から露出されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a pad 123 is also formed on one surface side of the semiconductor substrate 120. The pad 123 is a signal electrode. The semiconductor chip 12 has two pads 123. The pad 123 is formed at the end opposite to the formation region of the emitter electrode 121 in the Y direction. The pad 123 is exposed from a protective film 124 described later.

詳しくは、２つのパッド１２３として、ゲート電極用、及び、エミッタ電極１２１の電位を検出するケルビンエミッタ用を有している。２つのパッド１２３は、平面略矩形状の半導体基板１２０において、Ｙ方向の一端側にまとめって形成されるとともに、Ｘ方向に並んで形成されている。   Specifically, the two pads 123 include a gate electrode and a Kelvin emitter that detects the potential of the emitter electrode 121. The two pads 123 are formed together on one end side in the Y direction and formed side by side in the X direction on the substantially rectangular planar semiconductor substrate 120.

封止樹脂体１４は、たとえばエポキシ系樹脂からなる。封止樹脂体１４は、平面略矩形状をなしており、Ｚ方向に直交する一面１４ａ、一面１４ａと反対の裏面１４ｂ、及び一面１４ａと裏面１４ｂをつなぐ側面１４ｃを有している。   The sealing resin body 14 is made of, for example, an epoxy resin. The sealing resin body 14 has a substantially planar shape, and has one surface 14a orthogonal to the Z direction, a back surface 14b opposite to the one surface 14a, and a side surface 14c connecting the one surface 14a and the back surface 14b.

半導体チップ１２のパッド１２３には、ボンディングワイヤ２８を介して、信号端子１６が電気的に接続されている。信号端子１６は、図１に示すように、Ｙ方向に延設されており、封止樹脂体１４の側面１４ｃのひとつから外部に突出している。   The signal terminal 16 is electrically connected to the pad 123 of the semiconductor chip 12 through the bonding wire 28. As shown in FIG. 1, the signal terminal 16 extends in the Y direction and protrudes from one of the side surfaces 14 c of the sealing resin body 14 to the outside.

半導体チップ１２のエミッタ電極１２１には、はんだ３０を介してターミナル１８が接合されている。ターミナル１８が放熱部材に相当し、はんだ３０が放熱部材と電極を接合するはんだに相当する。   A terminal 18 is joined to the emitter electrode 121 of the semiconductor chip 12 via a solder 30. The terminal 18 corresponds to a heat radiating member, and the solder 30 corresponds to solder for joining the heat radiating member and the electrode.

ターミナル１８は、半導体チップ１２とヒートシンク２０の間に介在する。ターミナル１８は、半導体チップ１２とヒートシンク２０との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、主に金属材料を用いて形成されている。本実施形態では、Ｃｕを用いて形成されている。ターミナル１８は、略角柱状、より詳しくは略四角柱状（換言すれば略直方体状）をなしている。   The terminal 18 is interposed between the semiconductor chip 12 and the heat sink 20. Since the terminal 18 is located in the middle of the heat conduction and electric conduction paths between the semiconductor chip 12 and the heat sink 20, the terminal 18 is mainly formed using a metal material in order to ensure heat conductivity and electric conductivity. In this embodiment, it is formed using Cu. The terminal 18 has a substantially prismatic shape, more specifically, a substantially quadrangular prism shape (in other words, a substantially rectangular parallelepiped shape).

ターミナル１８における半導体チップ１２と反対側の面には、はんだ３２を介してヒートシンク２０が接続されている。ヒートシンク２０は、半導体チップ１２、詳しくは半導体基板１２０に形成されたパワートランジスタの熱を、半導体チップ１２の外部に放熱する放熱機能と、エミッタ電極１２１と主端子２４とを電気的に中継する機能を果たす。ヒートシンク２０は、ターミナル１８同様、熱伝導性及び電気伝導性に優れる金属材料（たとえばＣｕ）を用いて形成されている。   A heat sink 20 is connected to the surface of the terminal 18 opposite to the semiconductor chip 12 via a solder 32. The heat sink 20 radiates the heat of the power transistor formed on the semiconductor chip 12, specifically, the semiconductor substrate 120, to the outside of the semiconductor chip 12, and electrically relays the emitter electrode 121 and the main terminal 24. Fulfill. Like the terminal 18, the heat sink 20 is formed using a metal material (for example, Cu) having excellent thermal conductivity and electrical conductivity.

ヒートシンク２０におけるターミナル１８と反対の面は、封止樹脂体１４の一面１４ａから露出され、放熱面２０ａとなっている。本実施形態では、一面１４ａ及び放熱面２０ａが略面一となっている。ヒートシンク２０において、ターミナル１８との対向面、及び、該対向面と放熱面２０ａをつなぐ側面は、封止樹脂体１４によって被覆されている。   The surface of the heat sink 20 opposite to the terminal 18 is exposed from the one surface 14a of the sealing resin body 14 and serves as a heat radiating surface 20a. In the present embodiment, the one surface 14a and the heat radiation surface 20a are substantially flush. In the heat sink 20, the surface facing the terminal 18 and the side surface connecting the facing surface and the heat radiating surface 20 a are covered with the sealing resin body 14.

ヒートシンク２０には、主端子２４が連なっている。主端子２４は、ターミナル１８及びヒートシンク２０を介して、半導体チップ１２のエミッタ電極１２１と電気的に接続されている。主端子２４は、ヒートシンク２０から、Ｙ方向であって信号端子１６とは反対側に延設されている。主端子２４は、封止樹脂体１４の側面１４ｃのうち、信号端子１６が突出する面と反対の面から外部に突出している。主端子２４は、リードフレームの一部として、ヒートシンク２０と一体的に形成されてもよいし、ヒートシンク２０とは別部材として構成されてもよい。   A main terminal 24 is connected to the heat sink 20. The main terminal 24 is electrically connected to the emitter electrode 121 of the semiconductor chip 12 via the terminal 18 and the heat sink 20. The main terminal 24 extends from the heat sink 20 in the Y direction and on the side opposite to the signal terminal 16. The main terminal 24 protrudes to the outside from a surface of the side surface 14c of the sealing resin body 14 opposite to the surface from which the signal terminal 16 protrudes. The main terminal 24 may be formed integrally with the heat sink 20 as a part of the lead frame, or may be configured as a separate member from the heat sink 20.

半導体装置１０のコレクタ電極１２２には、はんだ３４を介してヒートシンク２２が接続されている。ヒートシンク２２は、ヒートシンク２０同様、半導体チップ１２の生じた熱を放熱する放熱機能と、コレクタ電極１２２と主端子２６とを電気的に中継する機能を果たす。ヒートシンク２２も、熱伝導性及び電気伝導性に優れる金属材料（たとえばＣｕ）を用いて形成されている。   The heat sink 22 is connected to the collector electrode 122 of the semiconductor device 10 via the solder 34. Similar to the heat sink 20, the heat sink 22 has a heat radiating function for radiating heat generated by the semiconductor chip 12 and a function for electrically relaying the collector electrode 122 and the main terminal 26. The heat sink 22 is also formed using a metal material (for example, Cu) excellent in thermal conductivity and electrical conductivity.

ヒートシンク２２における半導体チップ１２と反対の面は、封止樹脂体１４の裏面１４ｂから露出され、放熱面２２ａとなっている。本実施形態では、裏面１４ｂ及び放熱面２２ａが略面一となっている。ヒートシンク２２において、半導体チップ１２との対向面、及び、該対向面と放熱面２２ａをつなぐ側面は、封止樹脂体１４によって被覆されている。   The surface of the heat sink 22 opposite to the semiconductor chip 12 is exposed from the back surface 14b of the sealing resin body 14 and serves as a heat radiating surface 22a. In the present embodiment, the back surface 14b and the heat radiating surface 22a are substantially flush. In the heat sink 22, the surface facing the semiconductor chip 12 and the side surface connecting the facing surface and the heat radiation surface 22 a are covered with the sealing resin body 14.

ヒートシンク２２には、主端子２６が連なっている。主端子２６は、ヒートシンク２２を介して、半導体チップ１２のコレクタ電極１２２と電気的に接続されている。主端子２６は、ヒートシンク２２から、Ｙ方向であって主端子２４と同じ側に延設されている。主端子２６は、封止樹脂体１４の側面１４ｃのうち、主端子２４と同じ面から外部に突出している。主端子２６は、リードフレームの一部として、ヒートシンク２２と一体的に形成されてもよいし、ヒートシンク２２とは別部材として構成されてもよい。主端子２４，２６は、図１に示すようにＸ方向に並んで配置されている。   A main terminal 26 is connected to the heat sink 22. The main terminal 26 is electrically connected to the collector electrode 122 of the semiconductor chip 12 through the heat sink 22. The main terminal 26 extends from the heat sink 22 in the Y direction and on the same side as the main terminal 24. The main terminal 26 protrudes from the same surface as the main terminal 24 in the side surface 14 c of the sealing resin body 14. The main terminal 26 may be formed integrally with the heat sink 22 as a part of the lead frame, or may be configured as a separate member from the heat sink 22. The main terminals 24 and 26 are arranged side by side in the X direction as shown in FIG.

このように構成される半導体装置１０では、半導体チップ１２、信号端子１６の一部、ターミナル１８、ヒートシンク２０の一部、ヒートシンク２２の一部、主端子２４の一部、主端子２６の一部、ボンディングワイヤ２８、及びはんだ３０，３２，３４が、封止樹脂体１４にて一体的に封止されている。   In the semiconductor device 10 configured as described above, the semiconductor chip 12, a part of the signal terminal 16, the terminal 18, a part of the heat sink 20, a part of the heat sink 22, a part of the main terminal 24, and a part of the main terminal 26. The bonding wire 28 and the solders 30, 32, and 34 are integrally sealed with the sealing resin body 14.

次に、図３〜図６に基づき、半導体チップ１２の詳細構造及びターミナル１８との接続構造について説明する。図３では、上地電極１２６の外周端１２６ａ、換言すれば保護膜１２４の開口端１２４ｂと、ターミナル１８との位置関係を明確にするために、ターミナル１８についても破線で示している。図５では、切り欠き１２６ｃが分かるように、外周端１２６ａを参考線（破線）で示している。   Next, the detailed structure of the semiconductor chip 12 and the connection structure with the terminal 18 will be described with reference to FIGS. In FIG. 3, the terminal 18 is also indicated by a broken line in order to clarify the positional relationship between the outer peripheral end 126 a of the upper electrode 126, in other words, the opening end 124 b of the protective film 124, and the terminal 18. In FIG. 5, the outer peripheral end 126a is indicated by a reference line (broken line) so that the notch 126c can be seen.

先ず、半導体チップ１２について説明する。図３〜図５に示すように、半導体チップ１２は、半導体基板１２０の一面側に配置された保護膜１２４をさらに有している。また、エミッタ電極１２１は、下地電極１２５及び上地電極１２６を有して構成されている。   First, the semiconductor chip 12 will be described. As shown in FIGS. 3 to 5, the semiconductor chip 12 further includes a protective film 124 disposed on one surface side of the semiconductor substrate 120. The emitter electrode 121 includes a base electrode 125 and an upper electrode 126.

図４及び図５に示すように、半導体基板１２０の一面上には、後述するアクティブ領域１２０ａを覆うように、下地電極１２５が形成されている。下地電極１２５は、アクティブ領域１２０ａに形成された素子（ＩＧＢＴ）と電気的に接続されている。下地電極１２５は、Ａｌ（アルミニウム）を主成分とする材料を用いて形成されている。本実施形態では、下地電極１２５が、ＡｌＳｉを材料とし、スパッタにより形成されている。下地電極１２５の厚みは、たとえば５μｍとなっている。   As shown in FIGS. 4 and 5, a base electrode 125 is formed on one surface of the semiconductor substrate 120 so as to cover an active region 120 a described later. The base electrode 125 is electrically connected to an element (IGBT) formed in the active region 120a. The base electrode 125 is formed using a material whose main component is Al (aluminum). In the present embodiment, the base electrode 125 is formed by sputtering using AlSi as a material. The thickness of the base electrode 125 is 5 μm, for example.

下地電極１２５上には、保護膜１２４が形成されている。保護膜１２４は、電気絶縁材料を用いて形成されている。本実施形態では、保護膜１２４がポリイミドからなる。このような保護膜１２４は、たとえばスピンコート法により成膜されている。保護膜１２４の厚みは、たとえば１０μｍとなっている。保護膜１２４は、下地電極１２５の表面の一部を開口させる開口部１２４ａを有している。   A protective film 124 is formed on the base electrode 125. The protective film 124 is formed using an electrically insulating material. In the present embodiment, the protective film 124 is made of polyimide. Such a protective film 124 is formed by, for example, a spin coating method. The thickness of the protective film 124 is, for example, 10 μm. The protective film 124 has an opening 124 a that opens a part of the surface of the base electrode 125.

上地電極１２６は、はんだ３０との接合強度向上、はんだ３０に対する濡れ性向上などを目的として形成された金属薄膜である。上地電極１２６は、開口部１２４ａから臨む下地電極１２５上に形成されている。上地電極１２６は、開口部１２４ａを介して外部に露出されている。エミッタ電極１２１のうち、上地電極１２６がはんだ接合される部分である。よって、上地電極１２６は、はんだ付け用電極とも称される。上地電極１２６が、開口部を介して外部に露出された電極に相当する。   The upper electrode 126 is a metal thin film formed for the purpose of improving the bonding strength with the solder 30 and improving the wettability with respect to the solder 30. The upper electrode 126 is formed on the lower electrode 125 facing the opening 124a. The upper electrode 126 is exposed to the outside through the opening 124a. Of the emitter electrode 121, the upper electrode 126 is a portion to be soldered. Therefore, the upper electrode 126 is also referred to as a soldering electrode. The upper electrode 126 corresponds to an electrode exposed to the outside through the opening.

上地電極１２６は、たとえばＮｉ（ニッケル）を主成分とする材料を用いて形成されている。本実施形態では、上地電極１２６として、めっき膜を採用している。詳しくは、主成分であるＮｉに加えて、Ｐ（リン）を含む無電解Ｎｉめっき膜を採用している。上地電極１２６の厚みは、５μｍ〜１０μｍ程度となっている。上地電極１２６は、保護膜１２４をマスクとしてパターニングされ、開口部１２４ａ内に設けられている。なお、上地電極１２６として、多層構造を採用することもできる。たとえば、Ｎｉめっき膜上に、Ａｕを主成分とするめっき膜を有してもよい。また、Ｎｉめっき膜と下地電極１２５との間に、他の金属薄膜を有してもよい。   The upper electrode 126 is formed using a material mainly composed of Ni (nickel), for example. In the present embodiment, a plating film is employed as the upper electrode 126. Specifically, an electroless Ni plating film containing P (phosphorus) in addition to the main component Ni is employed. The thickness of the upper electrode 126 is about 5 μm to 10 μm. The upper electrode 126 is patterned using the protective film 124 as a mask and is provided in the opening 124a. A multi-layer structure can also be adopted as the upper electrode 126. For example, a plating film containing Au as a main component may be provided on the Ni plating film. Further, another metal thin film may be provided between the Ni plating film and the base electrode 125.

上地電極１２６の外周端１２６ａには、上地電極１２６の中心１２６ｂを取り囲むように複数の切り欠き１２６ｃが形成されている。切り欠き１２６ｃは、上地電極１２６の切り欠かれた部分（めっき膜の存在しない部分）である。よって、切り欠き１２６ｃは、はんだ３０が濡れ拡がらない不濡れ部分である。切り欠き１２６ｃは、Ｘ方向において上地電極１２６の両端に形成されるとともに、Ｙ方向において上地電極１２６の両端に形成されている。   A plurality of notches 126 c are formed at the outer peripheral end 126 a of the upper electrode 126 so as to surround the center 126 b of the upper electrode 126. The notch 126c is a portion where the upper electrode 126 is notched (a portion where no plating film is present). Therefore, the notch 126c is a non-wetting portion where the solder 30 does not spread out. The notches 126c are formed at both ends of the upper electrode 126 in the X direction and are formed at both ends of the upper electrode 126 in the Y direction.

上記したように、切り欠き１２６ｃは、はんだ３０の不濡れ部分である。よって、切り欠き１２６ｃの先端でターミナル１８の位置が決まる。切り欠き１２６ｃの形状、配置、幅、及び深さは、上地電極１２６に対してターミナル１８の位置の偏りを抑制できる範囲で、適宜選択が可能である。   As described above, the notch 126 c is a non-wetting part of the solder 30. Therefore, the position of the terminal 18 is determined by the tip of the notch 126c. The shape, arrangement, width, and depth of the notch 126 c can be appropriately selected within a range in which the deviation of the position of the terminal 18 with respect to the upper electrode 126 can be suppressed.

本実施形態では、上地電極１２６が平面略矩形状をなしており、切り欠き１２６ｃが上地電極の４辺のそれぞれに形成されている。より詳しくは、切り欠き１２６ｃが、各辺の中央付近に１つずつ形成されており、上地電極１２６は４つの切り欠き１２６ｃを有している。また、切り欠き１２６ｃが平面略矩形状をなしており、４つの切り欠き１２６ｃの幅及び深さが、互いに等しくなっている。そして、Ｘ方向に平行な２辺に形成された切り欠き１２６ｃの先端間の中央位置が、上地電極１２６の中心１２６ｂと略一致する。同じく、Ｙ方向に平行な２辺に形成された切り欠き１２６ｃの先端間の中央位置が、上地電極１２６の中心１２６ｂと略一致する。   In the present embodiment, the upper electrode 126 has a substantially rectangular plane shape, and the notches 126c are formed on each of the four sides of the upper electrode. More specifically, one notch 126c is formed near the center of each side, and the upper electrode 126 has four notches 126c. Moreover, the notch 126c has a substantially planar shape, and the width and depth of the four notches 126c are equal to each other. And the center position between the front-end | tips of the notch 126c formed in two sides parallel to a X direction substantially corresponds with the center 126b of the upper electrode 126. FIG. Similarly, the center position between the tips of the notches 126c formed on two sides parallel to the Y direction substantially coincides with the center 126b of the upper electrode 126.

また、上地電極１２６は、図４及び図５に示すように、保護膜１２４の開口部１２４ａ内に配置されている。換言すれば、開口部１２４ａを所定深さまで埋めるように配置されている。したがって、保護膜１２４の開口端１２４ｂに、上地電極１２６の外周端１２６ａが沿っている。図３では、便宜上、上地電極１２６の外周端１２６ａと保護膜１２４の開口端１２４ｂを一致させて図示している。保護膜１２４は、開口端１２４ｂにおける切り欠き１２６ｃに対応する位置に、開口部１２４ａの中心側に向けて突出する凸部１２４ｃを有している。開口端１２４ｂは平面略矩形状をなしており、４辺のそれぞれに凸部１２４ｃが形成されている。   Further, the upper electrode 126 is disposed in the opening 124 a of the protective film 124 as shown in FIGS. 4 and 5. In other words, it arrange | positions so that the opening part 124a may be filled to predetermined depth. Therefore, the outer peripheral end 126 a of the upper electrode 126 is along the opening end 124 b of the protective film 124. In FIG. 3, for convenience, the outer peripheral end 126 a of the upper electrode 126 and the opening end 124 b of the protective film 124 are shown to coincide with each other. The protective film 124 has a convex portion 124c that protrudes toward the center of the opening 124a at a position corresponding to the notch 126c at the opening end 124b. The open end 124b has a substantially rectangular plane shape, and a convex portion 124c is formed on each of the four sides.

図６は、図３の領域VIを拡大した図である。図６に示すように、半導体基板１２０は、発熱素子であるＩＧＢＴが形成された領域であるアクティブ領域１２０ａと、素子の形成されていない領域である非アクティブ領域１２０ｂを有している。図６に示す一点鎖線が、アクティブ領域１２０ａと非アクティブ領域１２０ｂの境界、すなわちアクティブ領域１２０ａの外周端を示している。アクティブ領域１２０ａが、発熱素子の形成領域である第２領域に相当する。半導体基板１２０の一面側の表層において、アクティブ領域１２０ａ（メイン領域）には、ＩＧＢＴのエミッタ領域、トレンチゲートなどが形成されている。非アクティブ領域１２０ｂは、アクティブ領域１２０ａを取り囲んでいる。非アクティブ領域１２０ｂには、トレンチゲートが配置されているがエミッタ領域が非配置でＩＧＢＴ動作しないセル、または、ガードリングなどの耐圧構造部が形成されている。   FIG. 6 is an enlarged view of region VI of FIG. As shown in FIG. 6, the semiconductor substrate 120 has an active region 120a that is a region where an IGBT that is a heat generating element is formed, and an inactive region 120b that is a region where no element is formed. 6 indicates the boundary between the active region 120a and the inactive region 120b, that is, the outer peripheral edge of the active region 120a. The active region 120a corresponds to a second region that is a heating element formation region. In the surface layer on one surface side of the semiconductor substrate 120, an IGBT emitter region, a trench gate, and the like are formed in the active region 120a (main region). The inactive area 120b surrounds the active area 120a. In the non-active region 120b, a cell in which a trench gate is disposed but an emitter region is not disposed and an IGBT does not operate, or a breakdown voltage structure portion such as a guard ring is formed.

また、半導体基板１２０において、切り欠き１２６ｃ（凸部１２４ｃ）の直下部分及び当該直下部分の周辺部分を含む領域１２０ｃは、アクティブ領域１２０ａよりも発熱の小さな領域となっている。以下、領域１２０ｃを、低発熱領域１２０ｃと示す。低発熱領域１２０ｃが第１領域に相当する。本実施形態では、非アクティブ領域１２０ｂの一部分が、低発熱領域１２０ｃとなっており、トレンチゲートが配置されているがエミッタ領域が非配置でＩＧＢＴ動作しないセルが形成されている。なお、アクティブ領域１２０ａよりもエミッタ領域を狭くして性能を落とした（すなわち通電性能を低くした）ＩＧＢＴが形成され、これによりアクティブ領域１２０ａよりも電流密度を下げて発熱量を減らしたアクティブ領域を、低発熱領域１２０ｃとしてもよい。なお、ＭＯＳＦＥＴの場合、ソース領域を狭くすることで、通電性能の低いアクティブ領域とすることができる。   Further, in the semiconductor substrate 120, a region 120c including a portion immediately below the notch 126c (projecting portion 124c) and a peripheral portion of the directly below portion is a region that generates less heat than the active region 120a. Hereinafter, the region 120c is referred to as a low heat generation region 120c. The low heat generation region 120c corresponds to the first region. In this embodiment, a part of the inactive region 120b is a low heat generation region 120c, and a cell in which the trench gate is disposed but the emitter region is not disposed and the IGBT does not operate is formed. Note that an IGBT having an emitter region narrower than that of the active region 120a and having a reduced performance (that is, a current-carrying performance reduced) is formed, thereby reducing the current density and reducing the amount of heat generated by the active region 120a. The low heat generation region 120c may be used. In the case of a MOSFET, an active region with low energization performance can be obtained by narrowing the source region.

なお、切り欠き１２６ｃの直下部分とは、Ｚ方向からの投影視において、切り欠き１２６ｃと重なる部分である。周辺部分とは、切り欠き１２６ｃを設けたことで、はんだ３０の側面が急峻となる部分である。本実施形態では、上地電極１２６の外周端１２６ａの内側にアクティブ領域１２０ａの外周端が位置している。このため、図６に破線で示すように、切り欠き１２６ｃの直下部分を含みつつ外周端１２６ａに沿って、外周端１２６ａの内側に平面略矩形状の低発熱領域１２０ｃが設定されている。なお、はんだ３０の側面が急峻とは、上地電極１２６とはんだ３０とのなす角度が、略９０度や鈍角の状態を含む。   Note that the portion immediately below the notch 126c is a portion overlapping the notch 126c in the projection view from the Z direction. The peripheral portion is a portion where the side surface of the solder 30 becomes steep by providing the notch 126c. In the present embodiment, the outer peripheral end of the active region 120a is located inside the outer peripheral end 126a of the upper electrode 126. For this reason, as indicated by a broken line in FIG. 6, a low heat generation area 120c having a substantially rectangular plane is set inside the outer peripheral end 126a along the outer peripheral end 126a while including a portion directly below the notch 126c. The steep side surface of the solder 30 includes a state where the angle formed by the upper electrode 126 and the solder 30 is approximately 90 degrees or an obtuse angle.

ここで、半導体チップ１２の外周端１２ａからアクティブ領域１２０ａの外周端までの最短距離をＬ１、切り欠き１２６ｃの先端からアクティブ領域１２０ａの外周端までの最短距離をＬ２、外周端１２ａからの切り欠き１２６ｃの深さ（外周端１２ａから切り欠き１２６ｃの先端までの最短距離）をＬ３とすると、Ｌ１≦Ｌ２＋Ｌ３を満たすように、低発熱領域１２０ｃが設定されている。本実施形態では、Ｌ１＜Ｌ２＋Ｌ３となっている。このため、アクティブ領域１２０ａの外周端が、切り欠き１２６ｃに対応する凹部１２０ｄを有している。   Here, the shortest distance from the outer peripheral edge 12a of the semiconductor chip 12 to the outer peripheral edge of the active region 120a is L1, the shortest distance from the tip of the notch 126c to the outer peripheral edge of the active region 120a is L2, and the notch from the outer peripheral edge 12a. When the depth of 126c (the shortest distance from the outer peripheral end 12a to the tip of the notch 126c) is L3, the low heat generation region 120c is set so as to satisfy L1 ≦ L2 + L3. In the present embodiment, L1 <L2 + L3. For this reason, the outer peripheral end of the active region 120a has a recess 120d corresponding to the notch 126c.

次に、上記した半導体チップ１２とターミナル１８との接続構造について説明する。ターミナル１８のＺ方向に直交する断面積が大きいほど、半導体チップ１２の熱を、ターミナル１８を介して効率よく放熱させることができる。しかしながら、ターミナル１８を、たとえば上地電極１２６と一致させる、若しくは、上地電極１２６よりも大きくすると、上地電極１２６に対してターミナル１８を位置決めしたとしても、外周端１２６ａの全周で、はんだ３０が急峻となる。このため、ターミナル１８は、上地電極１２６よりも小さい。   Next, a connection structure between the semiconductor chip 12 and the terminal 18 will be described. The larger the cross-sectional area perpendicular to the Z direction of the terminal 18, the more efficiently the heat of the semiconductor chip 12 can be radiated through the terminal 18. However, if the terminal 18 is made to coincide with the upper electrode 126 or larger than the upper electrode 126, for example, even if the terminal 18 is positioned with respect to the upper electrode 126, soldering is performed on the entire circumference of the outer peripheral end 126a. 30 becomes steep. For this reason, the terminal 18 is smaller than the upper electrode 126.

また、切り欠き１２６ｃは、はんだ３０の不濡れ部分である。したがって、ターミナル１８は、はんだ３０の表面張力により、切り欠き１２６ｃと重ならないように移動し、切り欠き１２６ｃの先端で位置決めされる。ターミナル１８は、Ｘ方向両端に位置する切り欠き１２６ｃにより位置決めされ、Ｙ方向両端に位置する切り欠き１２６ｃにより位置決めされる。このように、はんだ３０の表面張力により、ターミナル１８は位置決めされる。図３に破線で示すように、ターミナル１８は、上地電極１２６に対して、Ｘ方向及びＹ方向において偏りなく配置される。   The notch 126 c is an unwetting part of the solder 30. Accordingly, the terminal 18 is moved by the surface tension of the solder 30 so as not to overlap the notch 126c, and is positioned at the tip of the notch 126c. The terminal 18 is positioned by notches 126c located at both ends in the X direction, and is positioned by notches 126c located at both ends in the Y direction. Thus, the terminal 18 is positioned by the surface tension of the solder 30. As shown by a broken line in FIG. 3, the terminal 18 is arranged without deviation in the X direction and the Y direction with respect to the upper electrode 126.

したがって、切り欠き１２６ｃが形成されていない部分では、ＸＹ平面において、上地電極１２６の外周端１２６ａとターミナル１８との間に、所定の間隔を有することとなる。これにより、図４に示すように、はんだ３０の側面が緩やかになる。換言すれば、上地電極１２６とはんだ３０とのなす角度が鋭角となる。このようにはんだ３０のフィレット形状を、所望のテーパ形状（緩やかなテーパ）とすることができる。   Therefore, in a portion where the notch 126c is not formed, there is a predetermined interval between the outer peripheral end 126a of the upper electrode 126 and the terminal 18 in the XY plane. Thereby, as shown in FIG. 4, the side surface of the solder 30 becomes loose. In other words, the angle formed by the upper electrode 126 and the solder 30 is an acute angle. In this way, the fillet shape of the solder 30 can be a desired taper shape (gradual taper).

一方、切り欠き１２６ｃが形成されている部分では、ＸＹ平面において、上地電極１２６の外周端１２６ａとターミナル１８の外周端がほぼ一致することとなる。これにより、図５に示すように、はんだ３０の側面が急峻になる。換言すれば、上地電極１２６とはんだ３０とのなす角度が略９０度となる。このように、はんだ３０のフィレット形状が、局所的に所望のテーパ形状よりもきつくなる。しかしながら、上記したように、非アクティブ領域１２０ｂの一部分が、切り欠き１２６ｃの直下部分及びその周辺部分を含む低発熱領域１２０ｃとなっている。   On the other hand, in the portion where the notch 126c is formed, the outer peripheral end 126a of the upper electrode 126 and the outer peripheral end of the terminal 18 substantially coincide with each other in the XY plane. Thereby, as shown in FIG. 5, the side surface of the solder 30 becomes steep. In other words, the angle formed by the upper electrode 126 and the solder 30 is approximately 90 degrees. Thus, the fillet shape of the solder 30 is locally tighter than the desired taper shape. However, as described above, a part of the inactive region 120b is a low heat generation region 120c including a portion directly below the notch 126c and its peripheral portion.

次に、本実施形態に係る半導体装置１０の効果について説明する。   Next, effects of the semiconductor device 10 according to the present embodiment will be described.

上地電極１２６に対してターミナル１８の位置が偏ると、部分的にはんだ３０の側面の傾きが急峻となる。このように、はんだ３０の側面が急峻になると、実使用時の冷熱サイクルによる熱応力が、保護膜１２４の開口端１２４ｂ（内側面）と上地電極１２６との境界部分に集中し、この境界部分を起点として下方にクラックが生じる虞がある。たとえば、上記境界部分を起点として下地電極１２５、ひいては半導体基板１２０にクラックが生じる虞がある。   If the position of the terminal 18 is biased with respect to the upper electrode 126, the inclination of the side surface of the solder 30 becomes partially steep. As described above, when the side surface of the solder 30 becomes steep, thermal stress due to the cooling cycle during actual use is concentrated on the boundary portion between the opening end 124b (inner side surface) of the protective film 124 and the upper electrode 126, and this boundary There is a possibility that a crack may be generated downward from the portion. For example, the base electrode 125 and thus the semiconductor substrate 120 may be cracked starting from the boundary portion.

これに対し、本実施形態の半導体装置１０では、上地電極１２６の外周端１２６ａに複数の切り欠き１２６ｃが形成されている。複数の切り欠き１２６ｃは、上地電極１２６の中心１２６ｂを取り囲むように、互いに離間して形成されている。複数の切り欠き１２６ｃは、Ｘ方向両端にそれぞれ形成されるとともに、Ｙ方向両端にそれぞれ形成されている。複数の切り欠き１２６ｃは、上地電極１２６の外周端１２６ａの４辺それぞれに形成されている。はんだ付けの際、切り欠き１２６ｃ上には、はんだ３０が濡れ拡がらない。したがって、ターミナル１８は、はんだ３０の表面張力により、切り欠き１２６ｃと重なる面積が小さくなるように移動し、切り欠き１２６ｃの先端で位置決めされる。   On the other hand, in the semiconductor device 10 of the present embodiment, a plurality of notches 126 c are formed at the outer peripheral end 126 a of the upper electrode 126. The plurality of notches 126c are formed to be separated from each other so as to surround the center 126b of the upper electrode 126. The plurality of notches 126c are formed at both ends in the X direction and are formed at both ends in the Y direction. The plurality of notches 126 c are formed on each of the four sides of the outer peripheral edge 126 a of the upper electrode 126. During soldering, the solder 30 does not spread over the notches 126c. Accordingly, the terminal 18 is moved by the surface tension of the solder 30 so that the area overlapping the notch 126c is reduced, and is positioned at the tip of the notch 126c.

このように、ターミナル１８が、はんだ３０の表面張力によるセルフアラインによって位置決めされるため、切り欠き１２６ｃの周辺を除く部分において、はんだ３０の側面が緩やかな形状になる。枠状部材を用いないため、クリアランス確保のためにターミナル１８を小さくしなくてもよい。よって、放熱性の低下を抑制しつつ、熱応力によるクラック発生を抑制することができる。   Thus, since the terminal 18 is positioned by self-alignment due to the surface tension of the solder 30, the side surface of the solder 30 has a gentle shape in a portion other than the periphery of the notch 126c. Since the frame-shaped member is not used, the terminal 18 does not have to be small in order to secure the clearance. Therefore, generation of cracks due to thermal stress can be suppressed while suppressing a decrease in heat dissipation.

なお、切り欠き１２６ｃを設けることで、切り欠き１２６ｃの周辺において、はんだ３０の側面が急峻となる。しかしながら、切り欠き１２６ｃの直下部分及び周辺部分を含む低発熱領域１２０ｃは、ＩＧＢＴの形成領域であるアクティブ領域１２０ａに較べて発熱の小さな領域となっている。したがって、切り欠き１２６ｃの周辺についても、熱応力によるクラック発生を抑制することができる。   By providing the notch 126c, the side surface of the solder 30 becomes steep around the notch 126c. However, the low heat generation region 120c including the portion directly under the notch 126c and the peripheral portion is a region that generates less heat than the active region 120a that is the formation region of the IGBT. Therefore, the generation of cracks due to thermal stress can also be suppressed around the notch 126c.

以上により、本実施形態の半導体装置１０によれば、放熱性の低下を抑制しつつ、熱応力によるクラック発生を抑制することができる。   As described above, according to the semiconductor device 10 of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of cracks due to thermal stress while suppressing a decrease in heat dissipation.

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。 (Second Embodiment)
This embodiment can refer to the preceding embodiment. For this reason, the description of the parts common to the semiconductor device 10 shown in the previous embodiment is omitted.

本実施形態の半導体装置１０では、図７に示すように、上地電極１２６の外周端１２６ａに、２つの切り欠き１２６ｃを有している。対をなす切り欠き１２６ｃの一方は、平面略矩形状をなす上地電極１２６の４隅のひとつである第１隅部１２６ｄを介し、隣り合う２辺にわたって形成されている。対をなす切り欠き１２６ｃの他方は、第１隅部１２６ｄの対角に位置する第２隅部１２６ｅを介し、隣り合う２辺にわたって形成されている。切り欠き１２６ｃは、ともに平面略Ｌ字状をなしている。   In the semiconductor device 10 of this embodiment, as shown in FIG. 7, the outer peripheral end 126a of the upper electrode 126 has two notches 126c. One of the pair of cutouts 126c is formed over two adjacent sides via a first corner 126d, which is one of the four corners of the upper electrode 126 having a substantially rectangular planar shape. The other of the pair of cutouts 126c is formed over two adjacent sides via a second corner 126e located at the opposite corner of the first corner 126d. The notches 126c are both substantially L-shaped in plan view.

このように、平面略Ｌ字状をなす切り欠き１２６ｃを採用すると、少ない数の切り欠き１２６ｃにより、ターミナル１８を上地電極１２６に対して位置決めすることができる。   As described above, when the cutout 126c having a substantially L-shape in a plane is employed, the terminal 18 can be positioned with respect to the upper electrode 126 by a small number of cutouts 126c.

ところで、上地電極１２６の中心１２６ｂに近いほど、温度が高くなる。本実施形態では、切り欠き１２６ｃを上地電極１２６の隅（角）に設けるため、中心１２６ｂと切り欠き１２６ｃとの距離が、切り欠き１２６ｃを辺に設けるより長くなる。これにより、上地電極１２６からターミナル１８に熱が伝わりやすくなるため、放熱性をより向上することができる。   By the way, the closer to the center 126b of the upper electrode 126, the higher the temperature. In this embodiment, since the notch 126c is provided at the corner (corner) of the upper electrode 126, the distance between the center 126b and the notch 126c is longer than that provided in the side of the notch 126c. Thereby, since heat is easily transmitted from the upper electrode 126 to the terminal 18, heat dissipation can be further improved.

なお、本実施形態に示す切り欠き１２６ｃと、第１実施形態に示した切り欠き１２６ｃを組み合わせることもできる。たとえば図８に示す第１変形例では、平面略矩形状をなす４隅のそれぞれに切り欠き１２６ｃが形成されるとともに、４辺の中央付近にも切り欠き１２６ｃがそれぞれ形成されている。すなわち、上地電極１２６に、８つの切り欠き１２６ｃが形成されている。   Note that the notch 126c shown in the present embodiment and the notch 126c shown in the first embodiment can be combined. For example, in the first modified example shown in FIG. 8, notches 126c are formed at each of four corners forming a substantially rectangular plane, and notches 126c are also formed near the center of the four sides. That is, eight notches 126 c are formed in the upper electrode 126.

（第３実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は省略する。 (Third embodiment)
This embodiment can refer to the preceding embodiment. For this reason, the description of the parts common to the semiconductor device 10 shown in the previous embodiment is omitted.

先行実施形態では、上地電極１２６として、保護膜１２４をマスクにして形成されるめっき膜の例を示した。すなわち、上地電極１２６が、保護膜１２４の開口部１２４ａ内に配置される例を示した。これに対し、本実施形態では、上地電極１２６が、開口部１２４ａ内に配置されるとともに、開口部１２４ａの周辺上にも配置されている。すなわち、上地電極１２６の周縁部は、保護膜１２４を覆っている。このような上地電極１２６は、スパッタ等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）により、形成することができる。ＰＶＤの場合、上地電極１２６のパターンと保護膜１２４のパターンとを個別に設定することができるので、以下に示す構成とすることで、さらに有利な効果を奏することもできる。   In the preceding embodiment, the example of the plating film formed using the protective film 124 as a mask as the upper electrode 126 has been shown. That is, the example in which the upper electrode 126 is disposed in the opening 124 a of the protective film 124 is shown. On the other hand, in the present embodiment, the upper electrode 126 is disposed in the opening 124a and also on the periphery of the opening 124a. That is, the peripheral edge portion of the upper electrode 126 covers the protective film 124. Such an upper electrode 126 can be formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. In the case of PVD, since the pattern of the upper electrode 126 and the pattern of the protective film 124 can be individually set, the configuration shown below can provide more advantageous effects.

ここで、上地電極１２６により保護膜１２４を覆っている部分の長さ、すなわちオーバーラップ長さは、下記の通りとなっている。切り欠き１２６ｃが形成されていない部分では、図９に示すように、保護膜１２４における開口端１２４ｂの下端１２４ｄと、上地電極１２６の外周端１２６ａとの最短距離が、オーバーラップ長さＬ４となっている。また、切り欠き１２６ｃが形成されている部分では、図１０に示すように、保護膜１２４における開口端１２４ｂの下端１２４ｄと、上地電極１２６の外周端１２６ａとの最短距離が、オーバーラップ長さＬ５となっている。   Here, the length of the portion covering the protective film 124 with the upper electrode 126, that is, the overlap length is as follows. In the portion where the notch 126c is not formed, as shown in FIG. 9, the shortest distance between the lower end 124d of the opening end 124b in the protective film 124 and the outer peripheral end 126a of the upper electrode 126 is the overlap length L4. It has become. In the portion where the notch 126c is formed, as shown in FIG. 10, the shortest distance between the lower end 124d of the opening end 124b in the protective film 124 and the outer peripheral end 126a of the upper electrode 126 is the overlap length. L5.

そして、本実施形態では、切り欠き１２６ｃが形成されている部分におけるオーバーラップ長さＬ５が、切り欠き１２６ｃが形成されていない部分におけるオーバーラップ長さＬ４よりも長くなっている。なお、図１０では、切り欠き１２６ｃを、参考線（一点鎖線）で示している。   In this embodiment, the overlap length L5 in the portion where the notch 126c is formed is longer than the overlap length L4 in the portion where the notch 126c is not formed. In FIG. 10, the notch 126c is indicated by a reference line (dashed line).

上記したように、実使用時の冷熱サイクルによる熱応力は、保護膜１２４の開口端１２４ｂの下端１２４ｄと上地電極１２６との境界部分に集中する。本実施形態では、熱応力が、下地電極１２５の表面における下端１２４ｄに対応する部分に集中する。   As described above, the thermal stress due to the cooling cycle during actual use is concentrated at the boundary portion between the lower end 124 d of the opening end 124 b of the protective film 124 and the upper electrode 126. In the present embodiment, thermal stress is concentrated on a portion corresponding to the lower end 124 d on the surface of the base electrode 125.

図９に示すように、切り欠き１２６ｃが形成されていない部分のオーバーラップ長さＬ４は、オーバーラップ長さＬ５より短くなっている。しかしながら、はんだ３０の側面が緩やかなので、下地電極１２５の表面における下端１２４ｄに対応する部分に集中する応力を低減できる。これにより、下地電極１２５にクラックが生じるのを抑制することができる。   As shown in FIG. 9, the overlap length L4 of the portion where the notch 126c is not formed is shorter than the overlap length L5. However, since the side surface of the solder 30 is gentle, the stress concentrated on the portion corresponding to the lower end 124d on the surface of the base electrode 125 can be reduced. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the base electrode 125.

一方、図１０に示すように、切り欠き１２６ｃが形成されている部分のオーバーラップ長さＬ５は、オーバーラップ長さＬ４より長くなっている。このように、下端１２４ｄ、すなわち下地電極１２５における応力集中部分が、図９に較べて、外周端１２６ａから離れた位置となっている。言い換えれば、図１０に示す下端１２４ｄの位置が、図９に示す下端１２４ｄの位置よりも、上地電極１２６の中心１２６ｂに近い位置となっている。さらに言い換えれば、切り欠き１２６ｃの深さよりも、保護膜１２４における凸部１２４ｃの突起長さが長くなっている。このため、はんだ３０の側面が急峻であるものの、下地電極１２５に作用する応力を低減することができる。これにより、下地電極１２５の表面における下端１２４ｄに対応する部分に、クラックが生じるのを抑制することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 10, the overlap length L5 of the portion where the notch 126c is formed is longer than the overlap length L4. Thus, the lower end 124d, that is, the stress concentration portion in the base electrode 125 is located farther from the outer peripheral end 126a than in FIG. In other words, the position of the lower end 124d shown in FIG. 10 is closer to the center 126b of the upper electrode 126 than the position of the lower end 124d shown in FIG. In other words, the protrusion length of the protrusion 124c in the protective film 124 is longer than the depth of the notch 126c. For this reason, although the side surface of the solder 30 is steep, the stress acting on the base electrode 125 can be reduced. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the portion corresponding to the lower end 124d on the surface of the base electrode 125.

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。   The disclosure of this specification is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure encompasses the illustrated embodiments and variations by those skilled in the art based thereon. For example, the disclosure is not limited to the combination of elements shown in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. The several technical scopes disclosed are indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. .

上記実施形態では、半導体装置１０が、半導体チップ１２を１つ備える１ｉｎ１パッケージに適用される例を示したが、これに限定されるものではない。半導体チップ１２を２つ備え、一相分の上下アームを構成する２ｉｎ１パッケージ、６つの半導体チップ１２を備え、三相分の上下アームを構成する６ｉｎ１パッケージなどにも適用できる。   In the said embodiment, although the semiconductor device 10 showed the example applied to 1 in1 package provided with one semiconductor chip 12, it is not limited to this. The present invention can also be applied to a 2-in-1 package that includes two semiconductor chips 12 and constitutes an upper and lower arm for one phase, and a 6-in1 package that includes six semiconductor chips 12 and constitutes an upper- and lower-arm for three phases.

半導体装置１０が封止樹脂体１４を備える例を示したが、封止樹脂体１４を備えない構成にも適用できる。   Although the example in which the semiconductor device 10 includes the sealing resin body 14 has been shown, the present invention can be applied to a configuration that does not include the sealing resin body 14.

各ヒートシンク２０，２２の放熱面２０ａ，２２ａが、封止樹脂体１４から露出される例を示したが、封止樹脂体１４から露出されない構成にも適用できる。   Although the example in which the heat radiating surfaces 20a and 22a of the heat sinks 20 and 22 are exposed from the sealing resin body 14 is shown, the present invention can also be applied to a configuration where the heat sinks 20 and 22 are not exposed from the sealing resin body 14.

半導体チップ１２が両面にそれぞれ電極（エミッタ電極１２１及びコレクタ電極１２２）を有し、半導体チップ１２の両側にヒートシンク２０，２２が配置される両面放熱構造の半導体装置１０を示したが、これに限定されない。発熱素子が形成された半導体基板、半導体基板の一面側に配置され、開口部を有する保護膜、及び発熱素子と電気的に接続され、開口部を介して外部に露出された電極を有する半導体チップと、電極に対して対向配置され、はんだを介して電極に接合された放熱部材と、を備える半導体装置であれば適用できる。   Although the semiconductor chip 12 has electrodes (emitter electrode 121 and collector electrode 122) on both sides and the heat sinks 20 and 22 are disposed on both sides of the semiconductor chip 12, the semiconductor device 10 has a double-sided heat dissipation structure. Not. A semiconductor chip having a heating element formed thereon, a protective film disposed on one side of the semiconductor substrate and having an opening, and an electrode electrically connected to the heating element and exposed to the outside through the opening And a heat dissipating member that is disposed opposite to the electrode and joined to the electrode via solder can be applied.

上地電極１２６が、はんだ３０を介してターミナル１８（放熱部材）と接合される電極の例を示した。すなわち、上地電極１２６（電極）の下に下地電極１２５を有し、熱応力が、下地電極１２５の表面に作用する例を示した。しかしながら、下地電極１２５を有さない構成にも適用できる。   An example in which the upper electrode 126 is joined to the terminal 18 (heat radiating member) via the solder 30 is shown. That is, an example is shown in which the base electrode 125 is provided under the top electrode 126 (electrode), and thermal stress acts on the surface of the base electrode 125. However, the present invention can also be applied to a configuration without the base electrode 125.

上地電極１２６の中心１２６ｂが取り囲まれるように、複数の切り欠き１２６ｃが形成される例として、上地電極１２６が平面略形状をなし、上地電極１２６の外周端１２６ａの４辺それぞれに切り欠き１２６ｃが形成される構成を示したが、これに限定されない。また、上地電極１２６における第１方向（たとえばＸ方向）の両端と、第１方向に直交する第２方向（たとえばＹ方向）の両端と、にそれぞれ切り欠き１２６ｃが形成される例として、上地電極１２６の外周端１２６ａの４辺それぞれに切り欠き１２６ｃが形成される構成を示したが、これに限定されない。上地電極１２６の平面形状としては、矩形に限定されず、矩形以外の多角形状や円形状を採用することもできる。平面略円形状の上地電極１２６に対し、中心角１２０度ごとに切り欠き１２６ｃが形成された構成、すなわち３つの切り欠き１２６ｃが形成された構成としてもよい。また、平面略正八角形の上地電極１２６において、互いに平行な一対の第１辺にそれぞれ切り欠き１２６ｃが形成され、互いに平行な一対の辺であって、第１辺に対して直交する第２辺にそれぞれ切り欠き１２６ｃが形成された構成としてもよい。   As an example in which a plurality of notches 126c are formed so that the center 126b of the upper electrode 126 is surrounded, the upper electrode 126 has a substantially planar shape and is cut into each of the four sides of the outer peripheral edge 126a of the upper electrode 126. Although the structure in which the notch 126c is formed is shown, the present invention is not limited to this. Further, as an example in which notches 126c are formed at both ends of the upper electrode 126 in the first direction (for example, the X direction) and both ends of the second direction (for example, the Y direction) orthogonal to the first direction, Although the configuration in which the notches 126c are formed in each of the four sides of the outer peripheral end 126a of the ground electrode 126 is shown, the present invention is not limited to this. The planar shape of the upper electrode 126 is not limited to a rectangular shape, and a polygonal shape or a circular shape other than a rectangular shape may be employed. A configuration in which notches 126c are formed every 120 degrees of the central angle with respect to the planar electrode 126 having a substantially circular shape, that is, a configuration in which three notches 126c are formed may be employed. In addition, in the upper electrode 126 having a substantially regular octagonal shape, notches 126c are formed in a pair of first sides parallel to each other, and a pair of sides parallel to each other, which is a second orthogonal to the first side. It is good also as a structure by which the notch 126c was formed in the edge | side, respectively.

非アクティブ領域１２０ｂの一部を、低発熱領域１２０ｃ（第１領域）とする例を示したが、これに限定されない、低発熱領域１２０ｃは、ＩＧＢＴ（発熱素子）の形成領域であるアクティブ領域１２０ａよりも発熱の小さい領域であればよい。たとえば、図１１に示す第２変形例では、半導体基板１２０に、発熱素子であるＩＧＢＴと当該ＩＧＢＴと逆並列に接続される還流用のダイオード、すなわちＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）が形成されている。そして、ダイオードの形成領域であるアクティブ領域１２０ｅの一部を、低発熱領域１２０ｃとしている。図１１では、アクティブ領域１２０ａ，１２０ｅが、Ｙ方向においてストライプ状に並んでいる。この構造を活かし、Ｘ方向に延設されるアクティブ領域１２０ｅの一部を、低発熱領域１２０ｃとしている。この構成以外にも、低発熱領域１２０ｃに対応してダイオードが形成された構成としてもよい。   Although an example in which a part of the non-active region 120b is the low heat generation region 120c (first region) has been shown, the low heat generation region 120c is not limited to this, and the active region 120a is a region where an IGBT (heat generation element) is formed. As long as the region generates less heat than the other region. For example, in the second modification shown in FIG. 11, an IGBT as a heating element and a reflux diode connected in reverse parallel to the IGBT, that is, an RC-IGBT (Reverse Conducting IGBT) are formed on the semiconductor substrate 120. Yes. A part of the active region 120e, which is a diode formation region, is a low heat generation region 120c. In FIG. 11, the active regions 120a and 120e are arranged in a stripe shape in the Y direction. Taking advantage of this structure, a part of the active region 120e extending in the X direction is a low heat generation region 120c. Besides this configuration, a diode may be formed corresponding to the low heat generation region 120c.

１０…半導体装置、１２…半導体チップ、１２ａ…外周端、１２０…半導体基板、１２０ａ…アクティブ領域、１２０ｂ…非アクティブ領域、１２０ｃ…低発熱領域、１２０ｄ…凹部、１２０ｅ…アクティブ領域、１２１…エミッタ電極、１２２…コレクタ電極、１２３…パッド、１２４…保護膜、１２４…開口部、１２４ｂ…開口端、１２４ｃ…凸部、１２４ｄ…下端、１２５…下地電極、１２６…上地電極、１２６ａ…外周端、１２６ｂ…中心、１２６ｃ…切り欠き、１２６ｄ…第１隅部、１２６ｅ…第２隅部、１４…封止樹脂体、１４ａ…一面、１４ｂ…裏面、１４ｃ…側面、１６…信号端子、１８…ターミナル、２０，２２…ヒートシンク、２０ａ，２２ａ…放熱面、２４，２６…主端子、２８…ボンディングワイヤ、３０，３２，３４…はんだ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device, 12 ... Semiconductor chip, 12a ... Outer peripheral edge, 120 ... Semiconductor substrate, 120a ... Active region, 120b ... Inactive region, 120c ... Low heat generation region, 120d ... Recess, 120e ... Active region, 121 ... Emitter electrode 122 ... collector electrode, 123 ... pad, 124 ... protective film, 124 ... opening, 124b ... opening end, 124c ... convex part, 124d ... lower end, 125 ... base electrode, 126 ... upper electrode, 126a ... outer periphery end, 126b ... center, 126c ... notch, 126d ... first corner, 126e ... second corner, 14 ... sealing resin body, 14a ... one side, 14b ... back, 14c ... side, 16 ... signal terminal, 18 ... terminal 20, 22 ... heat sink, 20a, 22a ... heat dissipation surface, 24, 26 ... main terminal, 28 ... bonding wire, 30, 32, 4 ... solder

Claims (8)

発熱素子が形成された半導体基板（１２０）、前記半導体基板の一面側に配置され、開口部（１２４ａ）を有する保護膜（１２４）、及び前記発熱素子と電気的に接続され、前記開口部を介して外部に露出された電極（１２６）を有する半導体チップ（１２）と、
前記電極に対して対向配置され、はんだ（３０）を介して前記電極に接合された放熱部材（１８）と、
を備え、
前記電極は、前記はんだの不濡れ部分として、当該電極の中心を取り囲むように外周端に形成された複数の切り欠き（１２６ｃ）を有し、
前記半導体基板において、前記切り欠きの直下部分及び当該直下部分の周辺部分を含む第１領域（１２０ｃ）が、前記電極の直下部分であって前記第１領域とは別の領域であり、前記発熱素子の形成領域である第２領域（１２０ａ）よりも、発熱の小さな領域とされている半導体装置。 A semiconductor substrate (120) on which a heating element is formed, a protective film (124) disposed on one side of the semiconductor substrate and having an opening (124a), and electrically connected to the heating element, A semiconductor chip (12) having an electrode (126) exposed to the outside via
A heat dissipating member (18) disposed opposite to the electrode and joined to the electrode via a solder (30);
With
The electrode has a plurality of notches (126c) formed at the outer peripheral edge so as to surround the center of the electrode as an unwetting part of the solder,
In the semiconductor substrate, a first region (120c) including a portion immediately below the notch and a peripheral portion of the portion directly below is a region directly below the electrode and different from the first region, and the heat generation A semiconductor device in which heat generation is smaller than that in the second region (120a) which is an element formation region. 発熱素子が形成された半導体基板（１２０）、前記半導体基板の一面側に配置され、開口部（１２４ａ）を有する保護膜（１２４）、及び前記発熱素子と電気的に接続され、前記開口部を介して外部に露出された電極（１２６）を有する半導体チップ（１２）と、
前記電極に対して対向配置され、はんだ（３０）を介して前記電極に接合された放熱部材（１８）と、
を備え、
前記電極は、前記はんだの不濡れ部分として、前記半導体基板の板厚方向に直交する第１方向の両端と、前記板厚方向及び前記第１方向の両方向に直交する第２方向の両端と、にそれぞれ形成された切り欠き（１２６ｃ）を有し、
前記半導体基板において、前記切り欠きの直下部分及び当該直下部分の周辺部分を含む第１領域（１２０ｃ）が、前記電極の直下部分であって前記第１領域とは別の領域であり、前記発熱素子の形成領域である第２領域（１２０ａ）よりも、発熱の小さな領域とされている半導体装置。 A semiconductor substrate (120) on which a heating element is formed, a protective film (124) disposed on one side of the semiconductor substrate and having an opening (124a), and electrically connected to the heating element, A semiconductor chip (12) having an electrode (126) exposed to the outside via
A heat dissipating member (18) disposed opposite to the electrode and joined to the electrode via a solder (30);
With
The electrodes, as non-wetting portions of the solder, both ends in a first direction orthogonal to the plate thickness direction of the semiconductor substrate, both ends in a second direction orthogonal to both the plate thickness direction and the first direction, Each having a notch (126c) formed therein,
In the semiconductor substrate, a first region (120c) including a portion immediately below the notch and a peripheral portion of the portion directly below is a region directly below the electrode and different from the first region, and the heat generation A semiconductor device in which heat generation is smaller than that in the second region (120a) which is an element formation region. 前記電極は、平面矩形状をなしており、
前記切り欠きは、前記電極の４辺のそれぞれに形成されている請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。 The electrode has a planar rectangular shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the notch is formed on each of the four sides of the electrode. 前記電極には、２つの前記切り欠きが形成されており、
一方の前記切り欠きは、前記電極の４隅のひとつである第１隅部（１２６ｄ）を介して隣り合う２辺にわたって形成され、他方の前記切り欠きは、前記第１隅部の対角に位置する第２隅部（１２６ｅ）を介して隣り合う２辺にわたって形成されている請求項３に記載の半導体装置。 Two notches are formed in the electrode,
One notch is formed over two adjacent sides via a first corner (126d) which is one of the four corners of the electrode, and the other notch is diagonal to the first corner. The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is formed across two adjacent sides via a second corner portion (126 e) positioned. 前記第１領域は、素子の形成されない非アクティブ領域とされている請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region is an inactive region where no element is formed. 6. 前記第１領域は、前記第２領域よりも通電性能の低いアクティブ領域とされている請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region is an active region having a lower current-carrying performance than the second region. 前記発熱素子は，ＩＧＢＴであり、
前記第１領域には、前記ＩＧＢＴに対して逆並列に接続される還流用のダイオードが形成されている請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体装置。 The heating element is an IGBT,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a reflux diode connected in reverse parallel to the IGBT is formed in the first region. 6. 前記電極は、前記開口部内に配置されるとともに、前記保護膜における開口部周辺上に配置されており、
前記電極の外周端から前記保護膜の開口端までの前記電極のオーバーラップ長さが、前記切り欠きの周辺部分において、前記切り欠きから離れた前記周辺部分とは異なる部分よりも長くされている請求項１〜７いずれか１項に記載の半導体装置。 The electrode is disposed in the opening, and is disposed on the periphery of the opening in the protective film,
The overlap length of the electrode from the outer peripheral end of the electrode to the opening end of the protective film is longer in the peripheral part of the notch than in the part different from the peripheral part away from the notch. The semiconductor device according to claim 1.
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