JP2020113582A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.
特許文献1に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、信号端子と、半導体素子に接合された導体層が一方側に設けられた放熱部材とを備える。信号端子は、当該導体層にはんだ層を介して接合されることによって、半導体素子の信号パッドに電気的に接続されている。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device. This semiconductor device includes a signal terminal and a heat dissipation member having a conductor layer joined to a semiconductor element provided on one side. The signal terminal is electrically connected to the signal pad of the semiconductor element by being joined to the conductor layer via the solder layer.
上記した半導体装置では、信号端子の一端が、導体層を介して、半導体素子の信号パッドへ接続されている。これに対して、信号端子の一端を、半導体素子の信号パッドへ直接的に接合して、半導体装置の小型化を図ることが考えられる。しかしながら、信号端子は細長い部材であることから、信号端子の一端を半導体素子の信号パッドへ接合するときに、当該一端の位置が安定せず、信号パッドに対して意図せず近接することがある。信号端子の一端と信号パッドとの間が過度に近接すると、それら二つの部材の間からはんだが溢れるおそれがある。この場合、溢れ出たはんだが他の配線部分(例えば、隣接する他の信号パッド等)にまで濡れ広がることにより、半導体装置に短絡が生じるおそれがある。本明細書では、信号端子と信号パッドとを接合するはんだの過大な濡れ広がりを防止し得る技術を提供する。 In the above semiconductor device, one end of the signal terminal is connected to the signal pad of the semiconductor element via the conductor layer. On the other hand, it is conceivable to directly bond one end of the signal terminal to the signal pad of the semiconductor element to reduce the size of the semiconductor device. However, since the signal terminal is an elongated member, when one end of the signal terminal is joined to the signal pad of the semiconductor element, the position of the one end may not be stable and may unintentionally approach the signal pad. .. If the one end of the signal terminal and the signal pad are too close to each other, the solder may overflow between the two members. In this case, the overflowed solder may spread to other wiring portions (for example, other adjacent signal pads, etc.) so that a short circuit may occur in the semiconductor device. The present specification provides a technique capable of preventing excessive wetting and spreading of solder that joins a signal terminal and a signal pad.
本明細書が開示する半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、一端が信号パッドにはんだ層を介して接合された信号端子とを備え、信号端子には、信号端子の他端側からはんだ層に隣接する凹部が設けられており、凹部の底面には、信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている。 A semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor element having a signal pad and a signal terminal having one end joined to the signal pad via a solder layer, and the signal terminal is soldered from the other end side of the signal terminal. A recess is provided adjacent to the layer, and a groove is formed on the bottom surface of the recess along the longitudinal direction of the signal terminal.
上記した半導体装置の信号端子には、はんだ層に隣接する位置に、凹部が設けられている。このような構成によると、信号端子の一端と半導体素子との間から溢れたはんだを凹部によって収容し、はんだの過剰な濡れ広がりを抑制することができる。さらに、凹部の底面には、信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている。このような構成によると、凹部へ流れ込んだ余剰のはんだが、信号端子の長手方向に沿って案内されることで、より多くのはんだを凹部によってスムーズに収容することができる。従って、はんだが意図しない範囲まで過大に濡れ広がり、例えば半導体装置を短絡させるといった問題を防止することができる。 The signal terminal of the semiconductor device described above is provided with a recess at a position adjacent to the solder layer. With such a configuration, the solder overflowing from between the one end of the signal terminal and the semiconductor element can be accommodated in the recess, and excessive wetting and spreading of the solder can be suppressed. Further, a groove is formed on the bottom surface of the recess along the longitudinal direction of the signal terminal. With such a configuration, the excess solder that has flowed into the recess is guided along the longitudinal direction of the signal terminal, so that more solder can be smoothly accommodated in the recess. Therefore, it is possible to prevent the problem that the solder excessively spreads to an unintended range and short-circuits the semiconductor device, for example.
図面を参照して、実施例の半導体装置10について説明する。半導体装置10は、電力制御装置に採用され、例えばインバータやコンバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。ここでいう電力制御装置は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車等に搭載される。
A
図1に示すように、半導体装置10は、半導体素子12、信号端子18及び封止体20を備える。半導体素子12は、封止体20の内部に封止されている。封止体20は、例えばエポキシ樹脂といった絶縁性を有する材料を用いて構成されている。信号端子18は、封止体20から外部に向かって突出して延びている。信号端子18は、封止体20の内部において、半導体素子12と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
半導体素子12は、パワー半導体素子であって、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。但し、半導体素子の数や種類については、特に限定されない。半導体素子12を構成する材料には、例えばケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)又は窒化ガリウム(GaN)又は他の種類の半導体材料を採用することができる。半導体素子12は、一対の主電極12a、12bと、信号端子18に接続される信号パッド12cを有する。一対の主電極12a、12bには、第1主電極12aと第2主電極12bとが含まれている。第1主電極12a及び信号パッド12cは、半導体素子12の一方の表面に位置しており、第2主電極12bは、半導体素子12の他方の表面に位置している。一対の主電極12a、12b及び信号パッド12cは、アルミニウム系又は他の金属といった導体材料を用いて構成されている。
The
半導体装置10は、下側放熱板14と上側放熱板16を備える。放熱板14、16は、概して直方体形状の部材であり、例えば、銅又は他の金属といった導体材料を用いて構成されている。下側放熱板14は、第1主表面14aと、第1主表面14aの反対側に位置する第2主表面14bを有する。下側放熱板14の第1主表面14aは、半導体素子12の第2主電極12bにはんだ層22を介して接合される。従って、下側放熱板14は、半導体素子12と電気的に接続される。下側放熱板14の第2主表面14bは、封止体20の一方の面において露出される。
The
上側放熱板16も、下側放熱板14と同様に、第1主表面16aと、第1主表面16aの反対側に位置する第2主表面16bを有する。上側放熱板16は、第2主表面16bから突出するスペーサ部16cを一体に有し、この点に関して、下側放熱板14とは異なる。但し、上側放熱板16の実施形態はこれに特に限定されず、別体の部材である導体スペーサを用いて構成されていてもよい。スペーサ部16cは、必ずしも必要としないが、これにより、信号端子18を信号パッド12cに接合するスペースを確保することができる。上側放熱板16の第2主表面16bは、半導体素子12の第1主電極12aにはんだ層24を介して接合される。従って、上側放熱板16は、半導体素子12と電気的に接続される。上側放熱板16の第1主表面16aは、封止体20の他方の面において露出される。以上より、下側放熱板14及び上側放熱板16は、半導体素子12で発生する熱を放出する放熱板として機能する。従って、半導体装置10は、放熱板14、16が封止体20の両面に露出する両面冷却構造を有している。
Like the lower
信号端子18は、概して細長い板形状の部材である。信号端子18は、一端18aと、信号端子18の長手方向において一端18aの反対側に位置する他端(図示省略)を有する。信号端子18は、信号パッド12cと部分的に対向している。信号端子18は、例えば銅又は他の金属といった導体材料を用いて構成されており、上述したように、信号端子18は、封止体20の内部において、半導体素子12と電気的に接続されている。詳しくは、信号端子18の一端18aが、半導体素子12の信号パッド12cとはんだ層26を介して接合されている。
The
上記したように信号端子18は細長い部材であることから、信号端子18の一端18aを半導体素子12の信号パッド12cへ接合するときに、一端18aの位置が安定せず、信号パッド12cに対して意図せず近接することがある。信号端子18の一端18aと信号パッド12cとの間が過度に近接すると、それら二つの部材の間からはんだが溢れるおそれがある。この場合、溢れ出たはんだが他の配線部分(例えば、隣接する他の信号パッド等)にまで濡れ広がることにより、半導体装置10に短絡が生じるおそれがある。
As described above, since the
上記の点に関して、図2に示すように、本実施例の半導体装置10の信号端子18には、信号端子18の他端側からはんだ層26に隣接する凹部18bが設けられている。このような構成によると、信号端子18の一端18aと半導体素子12との間から溢れたはんだを凹部18bによって収容し、はんだの過剰な濡れ広がりを抑制することができる。加えて、凹部18bの底面18cには、信号端子18の長手方向に沿って溝18dが形成されている。このような構成によると、凹部18bへ流れ込んだ余剰のはんだが、信号端子18の長手方向に沿って案内されることで、より多くのはんだを凹部18bによってスムーズに収容することができる。従って、はんだが意図しない範囲まで過大に濡れ広がり、例えば半導体装置10を短絡させるといった問題を防止することができる。
With respect to the above point, as shown in FIG. 2, the
図2に示すように、溝18dは信号端子18の長手方向に沿って、例えば直線状に設けられている。但し、これに限定されず、溝18dが例えば波線状に設けられていてもよい。溝18dの本数についても特に限定されない。また、本技術における信号端子18の実施形態は、様々に変更可能であり、以下に信号端子18のいくつかの実施形態について説明する。
As shown in FIG. 2, the
図3(A)に示す例では、信号端子18に設けられた溝18dが、矩形状の断面形状を有している。なお、本明細書において、溝18dの断面形状とは、溝18dの長手方向に垂直な断面の形状、即ち、信号端子18の長手方向に垂直な断面の形状を意味する。図3(B)に示す例では、溝18dの断面形状が台形形状を有しており、図3(C)に示す例では、溝18dの断面形状が三角形状を有している。これらの実施形態において、溝18dの深さ寸法や幅寸法は、特に限定されない。一例ではあるが、図3(D)に示すように、溝18dは、底面18cから底面18cとは反対側の面に向かって、貫通していてもよい。即ち、溝18dは、有底のものに限定されない。また、溝18dは、信号端子18の長手方向に沿って複数設けられていてもよい。
In the example shown in FIG. 3A, the
上述したが、信号端子18の一端18aは、はんだ層26を介して信号パッド12cに接合されており、信号端子18には、はんだ層26に隣接する凹部18bが設けられている。言い換えると、信号端子18の一端18aは、凹部18bから見ると、信号パッド12cに対向して延びる凸部となっている。図4(A)に示すように、本実施例の信号端子18の凸部は、円錐台や多角錐台といった錐台状に設けられている。但し、この凸部の形態についても、特に限定されず、様々に変更することができる。凸部は、図4(B)に示すように、円錐や多角推といった錐体状であってもよいし、図4(C)に示すように、柱状であってもよい。ここで、この信号端子18の凸部が柱状である場合については、凸部の周囲に存在する平坦部のうち、凸部の一方側(即ち、信号端子18の他端側)に位置する部分が、凹部18bに相当する。
As described above, the one
また、図5(A)に示すように、信号端子18の一端18aに設けられた凸部は、矩形状の断面形状を有してもよいし、図5(B)に示すように、円形状の断面形状を有してもよい。なお、ここでいう凸部の断面形状とは、凸部の高さ方向に垂直な断面の形状を意味する。
Further, as shown in FIG. 5A, the convex portion provided at one
本実施例では、信号端子18の一端18aに設けられた凸部の側面(言い換えると、凹部18bの側面)は、テーパ形状を有している。このような構成によると、余剰のはんだが信号端子18の凹部18bに流れ込みやすく、溝18dとの相乗効果によって、信号端子18の凹部18bにより多くのはんだをスムーズに吸収することができる。なお、凸部の側面は、その全体がテーパ形状を有さなくてよく、少なくとも凹部18bの底面18cに接続する範囲(例えば、凹部18b側に位置する部分)において、テーパ形状を有するとよい。加えて、又は代えて、凸部の側面(即ち、凹部18bの側面)にも、凹部18bの底面18cに向けて延びる溝が設けられてもよく、これが底面18cの溝18dと接続されていてもよい。
In this embodiment, the side surface of the convex portion provided on the one
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。 Although some specific examples have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations.
10:半導体装置
12:半導体素子
12a、12b:主電極
12c:信号パッド
14、16:放熱板
18:信号端子
18a:一端
18b:凹部
18c:底面
18d:溝
20:封止体
22、24、26:はんだ層
10: semiconductor device 12:
Claims (1)
一端が前記信号パッドにはんだ層を介して接合された信号端子と、
を備え、
前記信号端子には、前記信号端子の他端側から前記はんだ層に隣接する凹部が設けられており、
前記凹部の底面には、前記信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている、
半導体装置。
A semiconductor device having a signal pad;
A signal terminal, one end of which is joined to the signal pad via a solder layer,
Equipped with
The signal terminal is provided with a recess adjacent to the solder layer from the other end side of the signal terminal,
A groove is formed on the bottom surface of the recess along the longitudinal direction of the signal terminal,
Semiconductor device.
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