JP3140466U - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース部を放熱体の嵌合孔に圧入する際に生じる半導体チップに対する応力を低減し、電気的特性の劣化を防止して信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置はベース部に半導体チップが固着されている。ベース部は外部放熱板に形成された嵌合孔に圧入により装着される。ベース部に形成された樹脂充填部の上方界面近辺の領域には円盤部が形成されている。これにより半導体チップの平行方向からかかる応力は円盤部によって効果的に低減され、半導体装置の放熱性も向上する。さらにベース部を銅等の安価な材料で形成できるため、安価で信頼性の高い半導体装置を提供する事を可能とする。
【選択図】図１

Description

本考案は半導体装置にかかり、特に半導体装置を放熱板に圧入する際に半導体チップに発生する応力が低減された半導体装置に関する。

半導体チップを固着したベース部が放熱体の嵌合孔に圧入して装着される半導体装置は、例えば下記特許文献１により公知の技術である。このような構造の半導体装置は、凹状のベース部と、ベース部の一方の主面に半田によって固着された半導体チップと、半導体チップの上面に半田によって固着された棒状のリードと、ベース部の開口部内に充填され半導体チップおよびリードの一部とを被覆して保護膜として機能する樹脂充填部を有する半導体装置である。

この半導体装置は、半導体チップの固着されたベース部が放熱体の嵌合孔に圧入されて使用される。すなわち、ベース部の底面を冶具により押圧して、半導体装置をリード側から放熱体の嵌合孔に圧入する。このとき、ベース部の外径を放熱体の嵌合孔の内径よりも大きくし、重なりしろを大きく取ることによって、ベース部を放熱体の嵌合孔に圧入したときに、ベース部が放熱体の嵌合孔の内壁面に掘削されて装着されるため、ベース部と放熱体との嵌合強度が十分に得られる。
特開 2002-261210号公報

上述のように、ベース部の外径を放熱体の嵌合孔の内径よりも大きくし、重なりしろを大きく取ることによってベース部と放熱体との嵌合強度が十分に得ることが出来た。しかし重なりしろを大きく取るほど、ベース部は放熱体から平面方向に比較的大きな押圧力を受け、この押圧力がベース部に固着された半導体チップおよび半田に伝達される。この応力は半導体チップの電気的特性を劣化させ、半田にクラックを生じさせる原因となり、結果として半導体装置の信頼性を劣化させるおそれがある。

これらの問題を解決するために、上記特許文献１においてはベース部の素材を銅合金、放熱体の素材を銅とし、ベース部の硬度を放熱体の硬度よりも高くした。これによりベース部は放熱体を掘削しながら圧入されるため、半導体チップや半田に伝達される応力が緩和され、信頼性の向上を図ることが出来た。

しかし同合金からなるベース部は、銅からなるベース部に対して比較的高価であるという点からコスト面での問題を抱えていた。よって本考案は、より安価な方法でベース部の圧入時に発生する応力の緩和を図ることを目的とする。

本考案においては、ベース部１の側壁の他方の端部側、即ちベース部１の開口面側に板状部材７を配置することによって上記の問題を解決する。板状部材７は、一方の端部が側壁の第１の内壁部分に接触し、他方の端部が側壁の第２の内壁部分に接触して、ベース部１の開口面側に橋渡し状に形成されている。この板状部材７は、ベース部１が放熱体から平面方向に押圧されたときに、平行方向からの圧縮応力を低減する効果を発揮する。このため、比較的大きな押圧力がベース部１に固着された半導体チップ２および半田５に伝達されることが抑制され、結果として、半導体チップ２の電気的特性の劣化、半田５へのクラック発生を防止することができる。

請求項２に記載の考案では、板状部材７がベース部１および樹脂充填部４よりも高い硬度を有しているため、板状部材７による圧縮応力低減効果がより効果的に発揮される。
請求項３に記載の考案では、板状部材７がリード３の貫通する孔を有し、孔とリード３との間に絶縁部材が形成されている。このため、リードと孔の内壁との隙間を介して水分等が浸入することが防止できる。
請求項４に記載の考案では、当該絶縁部材が樹脂充填部４の一部で形成されている。このため、絶縁部材を別個の部材で構成する場合に比較して半導体装置の製造が容易となる等の効果を有する。また、水分等の浸入防止効果もより効果的に発揮され得る。
更に、請求項５に記載の考案では、ベース部１の底壁の平均厚みと板状部材７の平均厚みとが実質的に等しくなっている。このため、底壁の主面に並行する方向にベース部１にかかる応力が板状部材７とベース部１の底壁に均等に分散され、板状部材７とベース部１の底壁との間に設けられている半導体チップ２に応力が伝達される事が効果的に防止される。

なお、板状部材７の素材としては銅若しくはアルミニウムが望ましい。ただし、板状部材７の厚さが底壁に比較して薄い場合には、より硬い材質の素材が強度の面で望ましい。また、放熱性を重視する場合には、熱伝導性の高い素材で形成することが好ましい。特に、銅を材質とした板状部材７は、半導体チップから発生した熱を効果的に放散できる点で好ましく、またコスト的にも望ましい。

本考案によれば、ベース部１を放熱体の嵌合孔に圧入したときに、放熱体からの押圧力がベース部１に伝達されることが抑制される。この結果、半導体チップ２および半田５に発生する応力を低減でき、半導体チップ２の電気的特性等が劣化することが防止される。

また、本考案の属する技術分野においては、主な用途が自動車エンジンにおけるオルタネーターの整流ダイオードである点から高温に晒されることが一般に想定されている。この際、樹脂充填部４が高温により変形し、半導体装置の信頼性を損なう事が起こりうる。この点に対して、以下に説明する本考案の実施形態においては、樹脂充填部４が変形を開始する温度においても容易には変形しない板状部材７が樹脂充填部４の上端部に形成されているため、樹脂充填部４の変形を抑制する効果も得ることが出来る。

本考案による半導体装置では、図１に示すようにベース部１と、該ベース部１に半田５を介して固着された一方の電極面を有する半導体チップ２と、半導体チップ２の他方の電極面に半田を介して固着されたリード３とを有する。
ベース部１は、板状の底壁とその外周縁沿って環状に形成された側壁とを有しており、結果として皿状（断面が凹状）の形状を有している。本実施形態では、ベース部１が銅から形成されている。半導体チップ２は、ベース部１の底壁の主面に固着されている。ベース部１の凹部には、半導体チップ２およびリード３の保護膜として機能する樹脂充填部４が設けられている。

リード３は銅などの導電性金属材料によって形成されており、樹脂充填部４は例えばエポキシ樹脂により形成されている。本考案の属する技術分野においては、半導体装置は主に自動車用オルタネーター用ダイオードとして使用されるため、該半導体装置は高温下で使用される。そのため樹脂充填部４は高温に耐える事が必要であり、本考案においても樹脂充填部４は高温の雰囲気下においても品質の劣化が進みにくい樹脂を選択する事が望ましい。

ベース部１の開口側、即ち側壁の底壁側とは反対側の端部には、本考案の板状部材７として機能する円盤部７が形成されている。円盤部７は、ベース部１の側壁の内径と実質的に同じ外径を有し、その外周面は側壁の内周面に接触している。また、本実施形態では、底壁の厚みと円盤部７の厚みとを等しくしている。円盤部７の中央には孔が設けられており、リード３はこの孔を通じて円盤部７の外側に導出されている。なお、孔からの不純物の浸透を防止するために、リード３と孔との間には樹脂充填部４の一部が侵入している。また、リード３と孔の内壁との間に樹脂充填部４の一部が形成されることで、リード３と円盤部７との間の絶縁を良好に図ることができる。

円盤部７がベース部１の内周面に接触してベース部１の開口部側に配置されているため、圧入時にベース部１に加わる押圧力が円盤部７によって抑えられ、半導体チップ２および半田５に発生する応力を低減できる。この結果、半導体チップ２の電気的特性が劣化すること、および半田５にクラックが発生することが良好に防止される。

本考案において放熱性を重視する場合や、円盤部７の厚さがベース部１の側壁の高さに比較して相対的に厚い場合は、図２のようにベース部１の開口よりも上方に円盤部７が延伸するようにしても良い。

上記実施形態では、円盤状の板状部材７を示したが、帯状やスポーク形状等にしても良い。帯状やスポーク形状等にした場合でも、その一方の端部と他方の端部をそれぞれベース部１の側壁に接触させ、ベース部１の開口部に板状部材を橋渡しに配置することによって放熱体からの押圧力がベース部に伝達されることが抑制される。ただし、板状部材７が接触しない方向からの押圧力は良好に低減できない虞がある。このため、上記実施形態のように、円盤状の板状部材７とし、その外周面全体をベース部１の側壁に接触させるのが望ましい。

本考案の属する技術分野においては半導体チップが固着されている高さがベース部の高さよりも高いものが存在するが、そのような半導体装置においても本考案は半導体チップ２及び半田５の信頼性の向上に寄与する事が出来る。

は本考案による半導体装置の断面図である。 は本考案による半導体装置を断面図であり、円盤部がベース部の開口部から上方にまで設けられている図である。

符号の説明

１、ベース部
２、半導体チップ
３、リード
４、樹脂充填部
５、半田
６、底面
７、円盤部（板状部材）

Claims (5)

1. 板状の底壁と、一方の端部が前記底壁の主面又は側面に連結され且つ当該底面の縁部に沿って環状に形成された側壁とを有するベース部と、当該ベース部の前記底壁の主面に固着された半導体チップと、当該半導体チップに固着されたリードとを有し、前記ベース部が外部放熱板に形成された嵌合孔に圧入により装着される半導体装置において、
   一方の端部が前記側壁の第１の内壁部分に接触し、他方の端部が前記側壁の第２の内壁部分に接触し、前記一方の端部と他方の端部とが前記リードを介して連続する板状部材を有し、当該板状部材が前記側壁の他方の端部側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
2. 更に、前記半導体チップを被覆する樹脂充填部を有し、前記板状部材はベース部および樹脂充填部よりも高い硬度を有している事を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記板状部材は前記リードが貫通する孔を有し、前記孔と前記リードとの間に絶縁部材が形成されている事を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記絶縁部材は、前記樹脂充填部の一部で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記ベース部の底壁の平均厚みと前記板状部材の平均厚みとが実質的に等しいことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

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