JP2023170919A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】一方の面に第１の電極（表面電極１１）を有する半導体チップ１０と、第１の電極（１１）に導電性接合材３０を介して接合される第２の電極（外部電極４０）とを有する半導体装置１００において、第１の電極（１１）のうち第２の電極（４０）よりも外側の領域に、第２の電極（４０）の側面に接し、第２の電極（４０）の側面と第１の電極（１１）とを熱的に接続する熱伝導性材料８０を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置に関する。

自動車のオルタネータに用いられる整流素子として、例えば特許文献１には、ツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップと、ＭＯＳＦＥＴチップを制御する制御ＩＣチップと、ＭＯＳＦＥＴチップと制御ＩＣチップとに電源を供給するコンデンサとを有する半導体装置が記載されている。

図９は、従来の半導体装置の概略構成を説明する平面図であり、図１０は、図９のＡ－Ａ’断面図であり、図１１は、図９のＢ－Ｂ’断面図である。なお、図９では、説明の便宜のために図１０および図１１におけるリードフレーム５０と封止材６０の図示を省略している。

従来の半導体装置１０１は、基本的な構成は特許文献１とほぼ同じであり、半導体チップ１０を有している。半導体チップ１０は、ツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップであり、一方の面である表面側に、ゲート電極１３と、ソース電極である表面電極１１と、保護膜２０とを有し、他方の面である裏面側に、ドレイン電極である裏面電極１２を有している。半導体装置１０１は、導電性接合材３０を介して表面電極１１に接合された外部電極４０と、導電性接合材７０を介して裏面電極１２に接合されたリードフレーム５０と、外部電極４０およびリードフレーム５０の一部を露出させて全体を封止する封止材６０とを有している。

なお、半導体装置１０１は、整流素子として機能させるために、特許文献１と同様に、ＭＯＳＦＥＴチップを制御する制御ＩＣチップと、ＭＯＳＦＥＴチップと制御ＩＣチップとに電源を供給するコンデンサとを有するが、図示及び説明を省略する。また、外部電極４０は、外部電極となるリード電極に接続され、リードフレーム５０は外部電極となるベース電極に接続されるが、図示及び説明を省略する。

特開２０１９－３３１４４号公報

従来の半導体装置１０１によれば、サージ電圧がかかってもツェナーダイオードで受けることができるので、ＭＯＳＦＥＴが壊れないように保護することができる。

しかしながら、サージ電圧がかかったときにはツェナーダイオードが発熱するため、ＭＯＳＦＥＴチップにツェナーダイオードを内蔵した場合、ＭＯＳＦＥＴにも熱が伝わり、ツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップが壊れる可能性があるため、サージ耐量を大きくできないという問題があった。

放熱性を高めるために、外部電極４０の面積を大きくすることが考えられるが、ゲート電極１３が存在するためレイアウトの制限がある。そこで、ゲート電極１３を避けて平面視で凸型の外部電極４０とすることが考えられる。しかしながら、このような形状の外部電極４０を製造するのは難しいという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、放熱性の高い半導体装置を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明の半導体装置は、例えば、一方の面に第１の電極を有する半導体チップと、前記第１の電極に導電性接合材を介して接合される第２の電極とを有する半導体装置において、前記第１の電極のうち前記第２の電極よりも外側の領域に、前記第２の電極の側面に接し、前記第２の電極の側面と前記第１の電極とを熱的に接続する熱伝導性材料を有することを特徴とする。

本発明によれば、熱伝導性材料を介して第２の電極の側面からも放熱することができるので、放熱性の高い半導体装置を実現できる。

実施例１の半導体装置の概略構成を説明する平面図。 図１のＡ－Ａ’断面図。 図１のＢ－Ｂ’断面図。 図１のＣ－Ｃ’断面図。 実施例２の半導体装置の概略構成を説明する平面図。 図５のＢ－Ｂ’断面図。 図５のＣ－Ｃ’断面図。 実施例３の半導体装置の概略構成を説明する断面図。 従来の半導体装置の概略構成を説明する平面図。 図９のＡ－Ａ’断面図。 図９のＢ－Ｂ’断面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。各図、各実施例において、同一または類似の構成要素については同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

図１は、実施例１の半導体装置の概略構成を説明する平面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ’断面図であり、図３は、図１のＢ－Ｂ’断面図であり、図４は、図１のＣ－Ｃ’断面図である。なお、図１では、説明の便宜のために図２から図４におけるリードフレーム５０と封止材６０の図示を省略している。

実施例１の半導体装置１００は、半導体チップ１０を有している。半導体チップ１０は、例えばツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップであり、一方の面である表面側に、ゲート電極１３と、ソース電極である表面電極１１と、保護膜２０とを有し、他方の面である裏面側に、ドレイン電極である裏面電極１２を有している。半導体装置１００は、導電性接合材３０を介して表面電極１１（第１の電極）に接合された外部電極４０（第２の電極）と、導電性接合材７０を介して裏面電極１２に接合されたリードフレーム５０と、外部電極４０およびリードフレーム５０の一部を露出させて全体を封止する封止材６０とを有している。

外部電極４０は、ソースブロックとも呼ばれるブロック状の電極であり、放熱とスペーサの機能を有している。また、外部電極４０は、上側の外部電極として機能し、リードフレーム５０は、下側の外部電極として機能する。導電性接合材３０および導電性接合材７０としては、例えばはんだや銀ペーストなどを用いることができる。封止材６０としては、例えば樹脂を用いることができる。

なお、半導体装置１００は、整流素子として機能させるために、ＭＯＳＦＥＴチップを制御する制御ＩＣチップと、ＭＯＳＦＥＴチップと制御ＩＣチップとに電源を供給するコンデンサとを有するが、図示及び説明を省略する。

実施例１の半導体装置１００が従来の半導体装置１０１と異なっている点は、導電性接合材３０の形状と、新たに熱伝導性材料８０を有する点である。

表面電極１１は、平面視したときに外部電極４０よりも外側に突出した突出部を有し、導電性接合材３０も、この突出部の上にも設けられている。そして、半導体装置１００は、この突出部に重なるように、熱伝導性材料８０を有している。これにより、熱伝導性材料８０は、導電性接合材３０を介して表面電極１１と熱的に接続されている。

熱伝導性材料８０としては、例えば焼結銀や焼結銅などの焼結金属を用いることができるが、これに限定されるものではない。熱伝導性材料８０は、導電性接合材３０よりも熱伝導率が高いことが望ましい。

熱伝導性材料８０は、外部電極４０の側面に接し、外部電極４０の側面と表面電極１１とを熱的に接続する。したがって、熱伝導性材料８０を介して外部電極４０の側面からも放熱することができるので、放熱性の高い半導体装置１００を実現できる。

また、放熱性を高くできることに伴い、サージ電圧がかかったときにツェナーダイオードから発生する熱を効率的に放熱できるため、ツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップを用いた場合のサージ耐量を向上することができる。

以上説明したとおり、実施例１の半導体装置１００によれば、第１の電極（表面電極１１）を有する半導体チップ１０と、第１の電極に導電性接合材３０を介して接合される第２の電極（外部電極４０）とを有し、第１の電極のうち第２の電極よりも外側の領域に、第２の電極の側面に接し、第２の電極の側面と第１の電極とを熱的に接続する熱伝導性材料８０を有することで、熱伝導性材料８０を介して第２の電極の側面からも放熱することができるので、放熱性の高い半導体装置１００を実現できる。

実施例２は、実施例１の変形例である。

図５は、実施例２の半導体装置の概略構成を説明する平面図であり、図６は、図５のＢ－Ｂ’断面図であり、図７は、図５のＣ－Ｃ’断面図である。なお、図５では、説明の便宜のために図６および図７におけるリードフレーム５０と封止材６０の図示を省略している。

実施例２において、実施例１と異なる点は、図６に示すように、熱伝導性材料８０は、表面電極１１と直接熱的に接続されている点である。そのため、表面電極１１は突出部を有するが、導電性接合材３０は突出部には形成されておらず、熱伝導性材料８０は表面電極１１と直接接触している。

一般的に、導電性接合材３０に用いられるはんだや銀ペーストよりも、熱伝導性材料８０に用いられる焼結金属の方が、熱伝導率が高いため、導電性接合材３０を介して熱伝導性材料８０によって放熱を行う実施例１に比べ、導電性接合材３０を介さず熱伝導性材料８０によって放熱を行う実施例２の方が、より放熱性の高い半導体装置１００を実現できる。

これ以外は実施例１と同様であるため、重複する説明は省略する。

実施例３は、実施例１または実施例２の半導体装置を用いて、プレスフィット型の半導体装置に適用した実施例である。

図８は、実施例３の半導体装置の概略構成を説明する断面図である。なお、図８では、説明の便宜のために表面電極１１と裏面電極１２の図示を省略している。

実施例３の半導体装置２００は、実施例１または実施例２の半導体装置１００と、導電性接合材１４０を介して外部電極４０に接合されたリード電極１２０と、導電性接合材１３０を介してリードフレーム５０に接合されたベース電極１１０と、ベース電極１１０およびリード電極１２０の一部を露出させて全体を封止する封止材１５０とを有している。

ベース電極１１０は台座１１１を有し、台座１１１の上に半導体装置１００が接合されている。リード電極１２０はリード１２１を有し、リード１２１が封止材１５０から露出している。

半導体装置２００は、ベース電極１１０を一方の外部電極、リード電極１２０を他方の外部電極とした整流素子として機能し、オルタネータに設けられた穴にベース電極１１０を圧入することで半導体装置２００をオルタネータに装着して使用する。

実施例４は、実施例１または実施例２の応用例である。

これまで説明した実施例では、半導体チップ１０としてツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップを用い、外部電極４０として、半導体チップ１０の表面電極１１に接合されたソースブロックを用いる場合を例として説明したが、これに限られるものではなく、放熱性の高い半導体装置を実現できるという観点からは、半導体チップの上に放熱用の電極を設けた半導体装置全般に応用することができる。

すなわち、一方の面に第１の電極を有する半導体チップと、第１の電極に導電性接合材を介して接合される第２の電極とを有する半導体装置に対して、これまで説明した熱伝導性材料８０を適用すればよい。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に記載された構成に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施例で説明した構成の一部または全部を組み合わせて適用してもよい。

１０ 半導体チップ
１１ 表面電極（第１の電極）
１２ 裏面電極
１３ ゲート電極
２０ 保護膜
３０ 導電性接合材
４０ 外部電極（第２の電極）
５０ リードフレーム
６０ 封止材
７０ 導電性接合材
８０ 熱伝導性材料
１００ 半導体装置
１０１ 半導体装置
１１０ ベース電極
１１１ 台座
１２０ リード電極
１２１ リード
１３０ 導電性接合材
１４０ 導電性接合材
１５０ 封止材
２００ 半導体装置

Claims (8)

1. 一方の面に第１の電極を有する半導体チップと、前記第１の電極に導電性接合材を介して接合される第２の電極とを有する半導体装置において、
   前記第１の電極のうち前記第２の電極よりも外側の領域に、前記第２の電極の側面に接し、前記第２の電極の側面と前記第１の電極とを熱的に接続する熱伝導性材料を有することを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１において、
   前記熱伝導性材料は、前記導電性接合材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１において、
   前記導電性接合材は、はんだまたは銀ペーストであることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１において、
   前記熱伝導性材料は、焼結金属であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１において、
   前記熱伝導性材料は、前記導電性接合材を介して前記第１の電極と熱的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１において、
   前記熱伝導性材料は、前記第１の電極と直接熱的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１において、
   前記第１の電極は、平面視したときに前記第２の電極よりも外側に突出した突出部を有し、前記突出部に前記熱伝導性材料が設けられていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項１において、
   前記半導体チップは、ツェナーダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴチップであることを特徴とする半導体装置。

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