JP2021061379A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置が反ることを十分に抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】一面１０ａを有する被実装部材１０と、一面１０ａに配置された半導体チップ２０と、一面１０ａに配置され、一面１０ａからの高さが半導体チップ２０よりも高くされた複数の電子部品３０と、半導体チップ２０および複数の電子部品３０を封止するモールド樹脂７０とを備える。そして、複数の電子部品３０は、少なくとも一部が半導体チップ２０を挟むように配置されるようにし、半導体チップ２０上には、モールド樹脂７０よりも剛性の高い剛性体５０を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップおよび複数の電子部品がモールド樹脂で封止された半導体装置に関するものである。

従来より、半導体チップおよび複数の電子部品がモールド樹脂で封止された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この半導体装置では、被実装部材上に半導体チップおよび複数の電子部品が搭載されている。各電子部品は、例えば、インダクタ、コンデンサ、抵抗等で構成されており、一般的に半導体チップよりも高さが高くされている。

このような半導体装置では、モールド樹脂のうちの半導体チップ上に配置される部分の量が電子部品上に配置される部分の量よりも多くなる。このため、熱ストレスが印加された場合、モールド樹脂のうちの半導体チップ上に配置されている部分の変形量は、電子部品上に配置されている部分の変形量より大きくなり易い。

したがって、例えば、半導体チップの片側に複数の電子部品が纏めて配置されている場合には、モールド樹脂のうちの半導体チップ上に配置されている部分の変形量が大きいことにより、半導体装置の全体の反りが大きくなり易い。このため、上記半導体装置では、半導体チップを挟むように電子部品を配置するようにしている。これにより、半導体チップを挟まないように、例えば、半導体チップの片側にのみ電子部品を配置した場合と比較して、モールド樹脂の変形量が大きくなる部分を挟むようにモールド樹脂の変形量が小さい部分を配置することになるため、半導体装置の全体の反りが大きくなることを抑制できる。

特開２００８−２７０６７６号公報

しかしながら、上記のような半導体装置において、現状では、さらに半導体装置の反りを低減したいという要望がある。

本発明は上記点に鑑み、半導体装置が反ることを十分に抑制できる半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、半導体チップ（２０）および複数の電子部品（３０）がモールド樹脂（７０）で封止された半導体装置であって、一面（１０ａ、８０ａ、９０ａ）を有する被実装部材（１０、８０、９０）と、一面に配置された半導体チップと、一面に配置され、一面からの高さが半導体チップよりも高くなる複数の電子部品と、半導体チップおよび複数の電子部品を封止するモールド樹脂と、を備え、複数の電子部品は、少なくとも一部が半導体チップを挟むように配置されており、半導体チップ上には、モールド樹脂よりも剛性の高い剛性体（５０）が配置されている。

これによれば、半導体チップ上に、モールド樹脂より剛性の高い剛性体が配置されている。このため、半導体チップ上の部分が反り難くなるため、半導体装置が全体として反ることをさらに抑制できる。

また、半導体チップ上に剛性体を配置することにより、半導体チップ上に剛性体を配置しない場合と比較して、半導体チップ上に位置するモールド樹脂の総量を低減することができる。このため、半導体装置が全体として反ることをさらに抑制できる。

請求項４では、半導体チップ（２０）および複数の電子部品（３０）がモールド樹脂（７０）で封止された半導体装置であって、一面（１０ａ、８０ａ、９０ａ）を有する被実装部材（１０、８０、９０）と、一面に配置された半導体チップと、一面に配置され、一面からの高さが半導体チップよりも高くなる複数の電子部品と、半導体チップおよび複数の電子部品を封止するモールド樹脂と、を備え、複数の電子部品は、少なくとも一部が半導体チップを挟むように配置されており、モールド樹脂には、半導体チップ上となる部分に凹部（７１）が形成されている。

これによれば、凹部が形成されていない場合と比較して、半導体チップ上に位置するモールド樹脂の総量を減らすことができる。このため、半導体チップ上の部分が反り難くなるため、半導体装置が全体として反ることをさらに抑制できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態における半導体装置の断面図である。 図１に示す半導体装置の平面図である。 第１実施形態における半導体装置の製造工程を示す平面図である。 第２実施形態における半導体装置の断面図である。 第３実施形態における半導体装置の平面図である。 第４実施形態における半導体装置の断面図である。 第４実施形態の変形例における半導体装置の断面図である。 第５実施形態における半導体装置の断面図である。 第６実施形態における半導体装置の断面図である。 第７実施形態における半導体装置の平面図である。 第８実施形態における半導体装置の断面図である。 第８実施形態における半導体装置の製造工程を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の半導体装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されると好適である。

本実施形態の半導体装置は、図１および図２に示されるように、リードフレーム１０、半導体チップ２０、電子部品３０、剛性体５０、モールド樹脂７０等を有する構成とされている。なお、図１は、図２中のI−I線に沿った断面図に相当している。

リードフレーム１０は、被実装部材に相当するものであり、一面１０ａおよび他面１０ｂを有する板状部材とされ、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、４２アロイ等の金属板がプレス成形等されることで構成されている。そして、リードフレーム１０は、搭載部１１を有している。

半導体チップ２０は、シリコン等の半導体基板を用いて構成され、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）素子、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistorの略）素子、ダイオード素子等の半導体素子（すなわち、能動部品）が形成されている。本実施形態では、半導体チップ２０は、リードフレーム１０の一面１０ａに対する法線方向（以下では、単に法線方向という）において、平面略矩形状とされ、外形を構成する一辺２０ａ〜２０ｄを有する構成とされている。なお、法線方向においてとは、法線方向から視たときということもできる。

電子部品３０は、複数備えられ、インダクタ、コンデンサ、抵抗等の受動部品が形成されたものが用いられる。なお、電子部品３０は、半導体チップ２０よりも高さが高くされている。

そして、半導体チップ２０および電子部品３０は、それぞれ接合部材４１、４２を介してリードフレーム１０（すなわち、搭載部１１）の一面１０ａ上に配置されている。具体的には、電子部品３０は、法線方向において、半導体チップ２０を挟むように配置されている。

本実施形態では、図１および図２に示されるように、電子部品３０は、４個備えられている。そして、４個の電子部品３０は、法線方向において、半導体チップ２０における各辺２０ａ〜２０ｄと対向するように配置されている。つまり、４個の電子部品３０は、法線方向において、半導体チップ２０を囲むように配置されている。

なお、接合部材４１、４２は、例えば、はんだ等が用いられ、半導体チップ２０は、搭載部１１に対してフリップチップ接合されている。また、本実施形態では、半導体チップ２０は、積層方向において、中心が半導体装置の中心と一致するように配置されている。さらに、電子部品３０は、半導体チップ２０よりも高さが高くされているが、言い換えると、搭載部１１からの高さが半導体チップ２０よりも高くされている。

剛性体５０は、モールド樹脂７０よりも剛性の高い材料で構成されている。また、本実施形態では、剛性体５０は、モールド樹脂７０よりも熱伝導率の高い材料で構成されている。このような剛性体５０は、例えば、銅等で構成される。

そして、剛性体５０は、半導体チップ２０上に接合部材６０を介して配置されている。接合部材６０は、本実施形態では、半導体チップ２０と剛性体５０とが熱的に接続されるように、熱伝導率の高いはんだ等が用いられる。これにより、剛性体５０は、半導体チップ２０と熱的に接続された状態となっている。

また、本実施形態では、剛性体５０は、法線方向において、半導体チップ２０上に配置される主部５１と、主部５１から突出すると共に電子部品３０の間に配置される枝部５２とを有する構成とされている。枝部５２は、剛性体５０を半導体チップ２０上に配置する際の搭載性等を向上させるために備えられているものであるが、備えられていなくてもよい。

モールド樹脂７０は、エポキシ樹脂等がトランスファーモールド法やコンプレッションモールド法等されることで形成されている。本実施形態では、モールド樹脂７０は、リードフレーム１０における他面１０ｂ側を露出させつつ、半導体チップ２０、電子部品３０、剛性体５０等を封止するように形成されている。

以上が本実施形態における半導体装置の構成である。次に、上記半導体装置の製造方法について簡単に説明する。

まず、搭載部１１を有するリードフレーム１０を用意する。この場合、本実施形態では、複数の半導体装置の搭載部１１がタイバー等によって連結されたリードフレーム１０を用意する。つまり、複数の半導体装置の搭載部１１が一体化されたリードフレーム１０を用意する。

そして、搭載部１１上に、接合部材４１、４２を介して半導体チップ２０および電子部品３０を配置する。なお、半導体チップ２０および電子部品３０は、上記のように、半導体チップ２０を挟んで電子部品３０が位置するように配置される。

次に、半導体チップ２０上に、接合部材６０を介して剛性体５０を配置する。この際、本実施形態では、剛性体５０に枝部５２が備えらえていることにより、剛性体５０の傾きを調整し易くなるため、剛性体５０の搭載性を向上させることができる。

次に、これらを金型に配置し、トランスファーモールド成型等により、リードフレーム１０の他面１０ｂを露出させつつ、半導体チップ２０、電子部品３０、剛性体５０等を封止するモールド樹脂７０を形成する。これにより、図３に示されるように、複数の半導体装置が一体的に共通のモールド樹脂７０で封止された構成体１００が構成される。

その後、構成体１００をダイシングラインＤＬに沿って切断することにより、各半導体装置を分割する。これにより、上記半導体装置が形成される。

以上説明したように、本実施形態では、半導体チップ２０上に、モールド樹脂７０より剛性の高い剛性体５０が配置されている。このため、半導体チップ２０上の部分が反り難くなるため、半導体装置が全体として反り難くなる。そして、半導体装置が反り難くなるため、半導体チップ２０や電子部品３０とリードフレーム１０との間に配置される接合部材４１、４２に大きな応力が印加されることを抑制でき、接合部材４１、４２が破壊されることを抑制できる。

また、半導体チップ２０上に剛性体５０を配置することにより、半導体チップ２０上に剛性体５０を配置しない場合と比較して、半導体チップ２０上に位置するモールド樹脂７０の総量を低減することができる。このため、半導体装置が反ることをさらに抑制できる。

さらに、本実施形態では、剛性体５０は、モールド樹脂７０より熱伝導率の高い材料で構成されており、半導体チップ２０と熱的に接続されている。このため、半導体チップ２０から剛性体５０へ放熱し易くでき、半導体チップ２０が熱によって破壊されることを抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、剛性体５０がモールド樹脂７０から露出するようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図４に示されるように、剛性体５０のうちの半導体チップ２０側と反対側の部分がモールド樹脂７０から露出している。本実施形態では、剛性体５０は、高さが調整されることにより、剛性体５０のうちのリードフレーム１０と反対側の部分が、電子部品３０のうちのリードフレーム１０と反対側の部分より、リードフレーム１０の一面１０ａから離れた状態となるようにしている。そして、モールド樹脂７０は、剛性体５０のうちの半導体チップ２０側と反対側の部分のみが露出するように、厚さが調整されている。なお、図４は、図２中のI−I線に沿った断面に相当している。

これによれば、剛性体５０がモールド樹脂７０で封止されている場合と比較して、剛性体５０から外部への放熱を効率的に行うことができる。このため、半導体チップ２０からの放熱を効率的に行うことができ、さらに半導体チップ２０が熱によって破壊されることを抑制できる。

なお、本実施形態では、剛性体５０の高さおよびモールド樹脂７０の厚さを調整することによって剛性体５０がモールド樹脂７０から露出する構成について説明した。しかしながら、例えば、モールド樹脂７０に剛性体５０を露出させる凹部等を形成することにより、剛性体５０がモールド樹脂７０から露出するようにしてもよい。なお、このような構成とする場合、剛性体５０のうちのリードフレーム１０と反対側の部分は、電子部品３０のうちのリードフレーム１０と反対側の部分より、リードフレーム１０側に位置する構成とされていてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、半導体チップ２０と電子部品３０との位置関係を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図５に示されるように、各電子部品３０は、法線方向において、半導体チップ２０における各辺２０ａ〜２０ｄと対向するように配置されておらず、各辺２０ａ〜２０ｄの連結部である角部と対向するように配置されている。

このような半導体装置としても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、被実装部材の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図６に示されるように、被実装部材は、プリント基板８０で構成されており、一面８０ａおよび他面８０ｂに、配線パターン８１が適宜形成されている。そして、半導体チップ２０および電子部品３０は、一面８０ａに形成された配線パターン８１と電気的、機械的に接続されるように、接合部材４１、４２を介して配置されている。なお、一面８０ａに形成された配線パターン８１と他面８０ｂに形成された配線パターン８１とは、接続ビア８２等を通じて適宜電気的に接続されている。また、図６は、図２中のI−I線に沿った断面に相当している。

このように、被実装部材としてプリント基板８０を用いても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態の変形例について説明する。第４実施形態において、被実装部材は、プリント基板８０ではなく、図７に示されるように、一面９０ａおよび他面９０ｂを有すると共に、内部にも配線パターン８１等を有する多層配線基板９０とされていてもよい。このような半導体装置としても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図７は、図２中のI−I線に沿った断面に相当している。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、リードフレーム１０に端子部を備えたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図８に示されるように、リードフレーム１０は、搭載部１１と共に端子部１２を有している。本実施形態では、端子部１２は、半導体チップ２０が配置される搭載部１１の周囲に配置されている。そして、半導体チップ２０は、端子部１２とボンディングワイヤ４３を介して電気的に接続されている。

なお、本実施形態では、半導体チップ２０は、端子部１２とボンディングワイヤ４３を介して電気的に接続されるため、搭載部１１とは電気的に接続されていなくてもよく、例えば、接合部材４１が接着剤等で構成されていてもよい。また、図８は、図２中のI−I線に沿った断面に相当している。

このように、半導体チップ２０がリードフレーム１０の端子部１２とボンディングワイヤ４３を介して電気的に接続されるようにしても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、電子部品３０の高さを変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図９に示されるように、各電子部品３０は、高さが異なるものが含まれていてもよい。但し、各電子部品３０は、半導体チップ２０よりも高さが高くされている。なお、図９は、図２中のI−I線に沿った断面に相当している。

このように、各電子部品３０に高さが異なるものが含まれていても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、半導体チップ２０と電子部品３０との位置関係を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図１０に示されるように、半導体チップ２０は、中心が半導体装置の中心と異なる位置に形成されている。そして、各電子部品３０は、法線方向において、大きさが異なるものを有している。

このように、半導体チップ２０の中心が半導体装置の中心と異なっていても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、半導体チップ２０の中心が半導体装置の中心と異なっていてもよいため、電子部品３０における大きさを適宜変更でき、汎用性の向上を図ることができる。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、モールド樹脂７０に凹部を形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の半導体装置では、図１１に示されるように、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていない。そして、モールド樹脂７０には、半導体チップ２０上に位置する部分に凹部７１が形成されている。凹部７１は、本実施形態では、開口部が矩形状とされている。但し、これに限定されるものではなく、凹部７１は、開口部が円形状とされていてもよいし、五角形以上の多角形状とされていてもよい。

次に、上記半導体装置の製造方法について、簡単に説明する。

上記半導体装置は、基本的には第１実施形態と同様の製造方法によって製造されるが、半導体チップ２０上には、剛性体５０を配置しない。そして、凹部７１を形成するための凸部が形成された金型を用意し、リードフレーム１０上に半導体チップ２０や電子部品３０が配置されたものを金型内に配置してモールド樹脂７０を形成する。これにより、図１２に示されるように、複数の半導体装置が一体的に共通のモールド樹脂７０で封止された構成体１００が構成される。なお、本実施形態では、上記のように、モールド樹脂７０には、半導体チップ２０上に位置する部分に凹部７１が形成されている。

その後、構成体１００をダイシングラインＤＬに沿って切断することにより、各半導体装置を分割する。これにより、上記半導体装置が形成される。

これによれば、凹部７１が形成されていない場合と比較して、半導体チップ２０上に位置するモールド樹脂７０の総量を減らすことができる。このため、半導体チップ２０上の部分が反り難くなるため、半導体装置が全体として反り難くなる。そして、半導体装置が反り難くなるため、半導体チップ２０や電子部品３０とリードフレーム１０との間に配置される接合部材４１、４２にも大きな応力が印加されることを抑制でき、接合部材４１、４２が破壊されることを抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１〜第７実施形態において、剛性体５０は、熱伝導率がモールド樹脂７０より低いものであってもよい。このような半導体装置としても、半導体チップ２０上に剛性体５０が配置されていることにより、半導体装置を反り難くできる。

そして、上記各実施形態では、電子部品３０が４個配置されている例を説明したが、電子部品３０は、２個以上が配置されると共に半導体チップ２０を挟むように配置されていればよい。また、電子部品３０が３個以上配置される場合には、少なくとも一部（すなわち、２個）の電子部品３０が半導体チップを挟むように配置されればよい。

さらに、上記各実施形態を適宜組み合わせることができる。例えば、上記第２実施形態を上記第３〜第７実施形態に組み合わせ、剛性体５０がモールド樹脂７０から露出するようにしてもよい。また、上記第３実施形態を上記第４〜第８実施形態に組み合わせ、電子部品３０を配置する場所を変更するようにしてもよい。上記第４実施形態を上記第５〜第８実施形態に組み合わせ、被実装部材をプリント基板８０や多層配線基板９０で構成してもよい。上記第５実施形態を上記第６〜第８実施形態に組み合わせ、半導体チップ２０を端子部１２とボンディングワイヤ４３を介して電気的に接続されるようにしてもよい。上記第６実施形態を上記第７、第８実施形態に組み合わせ、複数の電子部品３０は、高さが異なるものが含まれていてもよい。上記第７実施形態を上記第８実施形態に組み合わせ、法線方向において、半導体チップ２０の中心が半導体装置の中心と一致するように配置されていなくてもよい。そして、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。

１０ プリント基板（被実装部材）
１０ａ 一面
２０ 半導体チップ
３０ 電子部品
５０ 剛性体
７０ モールド樹脂

Claims (4)

1. 半導体チップ（２０）および複数の電子部品（３０）がモールド樹脂（７０）で封止された半導体装置であって、
   一面（１０ａ、８０ａ、９０ａ）を有する被実装部材（１０、８０、９０）と、
   前記一面に配置された前記半導体チップと、
   前記一面に配置され、前記一面からの高さが前記半導体チップよりも高くなる前記複数の電子部品と、
   前記半導体チップおよび前記複数の電子部品を封止する前記モールド樹脂と、を備え、
   前記複数の電子部品は、少なくとも一部が前記半導体チップを挟むように配置されており、
   前記半導体チップ上には、前記モールド樹脂よりも剛性の高い剛性体（５０）が配置されている半導体装置。
2. 前記剛性体は、前記モールド樹脂よりも熱伝導率の高い材料で構成され、前記半導体チップと熱的に接続されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記剛性体は、前記モールド樹脂から露出している請求項２に記載の半導体装置。
4. 半導体チップ（２０）および複数の電子部品（３０）がモールド樹脂（７０）で封止された半導体装置であって、
   一面（１０ａ、８０ａ、９０ａ）を有する被実装部材（１０、８０、９０）と、
   前記一面に配置された前記半導体チップと、
   前記一面に配置され、前記一面からの高さが前記半導体チップよりも高くなる前記複数の電子部品と、
   前記半導体チップおよび前記複数の電子部品を封止する前記モールド樹脂と、を備え、
   前記複数の電子部品は、少なくとも一部が前記半導体チップを挟むように配置されており、
   前記モールド樹脂には、前記半導体チップ上となる部分に凹部（７１）が形成されている半導体装置。

Images