JP3153466U

JP3153466U - 半導体装置

Info

Publication number: JP3153466U
Application number: JP2009001966U
Authority: JP
Inventors: 剛樹渡邉; 中井勇介; 山崎信哉
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2019-03-31

Abstract

【課題】ベースをフィン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】チップ搭載面とベース底面との間に連続的に設けられた領域であるｈ１の高さと溝底部とベース底面の間に連続的に設けられた領域であるｈ２の高さをｈ１の高さ１００％に対し９５％以下とする。これによりオルタネータに形成されたフィンに嵌合される際に半導体チップに平行方向から応力が印加される事が防止される。これにより半導体チップに対し平行方向からの応力と垂直方向からの応力の双方が軽減され半導体チップの破壊を効果的に防止する事が出来る。【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が放熱体の嵌合フィンに圧入して装着される半導体装置は、例えば下記実用新案文献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、凹状のベースと、ベースの一方の主面に導電性接着材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が放熱体のフィンに圧入されて使用される。すなわち、ベース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フィンに圧入する。このとき、半導体チップに対し応力が印加され、半導体チップが破壊される事が本技術分野における大きな課題となっている。下記実用新案文献１においては、リードを傘型に形成し半導体チップ上方から被せる様に配設することでチップ水平方向側面方向からの応力の印加を堰き止める事で課題を解決するものである。
特開 2007-27860号公報

しかし前記実用新案文献１においては、傘形状の折り曲がる部位に樹脂充填が不十分なため、水の内部への浸入による半導体チップの品質劣化という問題が起こりうるものであり、本考案はそのような問題を回避しつつ本来の目的である半導体チップへの応力印加を効果的に実現するものである。

本考案の半導体装置は、図１に示すようにチップ搭載面２及びチップ搭載面２の周囲に設けられた周辺部３を有するベース１と、第１の導電性接着剤２を介してベース１のチップ搭載面２に固定された一方の主面を有する半導体チップ１と、第２の導電性接着剤３を介して半導体チップ１の他方の主面に固着されたリード７とを有する。またベース底部８とは底壁の厚みでありｈ１の高さで表される領域である。また溝部１２が形成されている底壁の厚みの領域（＝ｈ２）を引いた領域であり、本考案の属する技術分野において半導体チップ５の周囲に円周状に設けられている領域である。

ベース１、つまりチップ載置面２と周辺部３、ベース底部８は、銅を主成分とする金属により一体に形成され、チップ搭載面２と周辺部３が形成する凹状の空間には樹脂が充填され、樹脂充填部９を形成する半導体装置である。また本考案の技術範囲において、半導体装置はオルタネータのフィン１０に形成されたフィンに嵌合される。フィン１０の高さｈ３は本考案の属する技術分野において3mmから4mmである。

本考案においては、チップ搭載面２とベース底面１１との間に連続的に設けられた領域であるｈ１と溝底部１３とベース底面１１の間に連続的に設けられた領域であるｈ２の高さを最適化することで上記の問題を解決する。フィン１０の高さに対し充分に硬度を持ったベース１は圧入時の応力に対し強固に反発することで半導体チップ５への応力緩和を防止する。

前記最適化の内容は以下の通りである。

請求項１に記載の考案におけるチップ搭載面２とベース底面１１との間に連続的に設けられた領域であるｈ１と溝底部１３とベース底面１１の間に連続的に設けられた領域であるｈ２の高さについては、本考案の実施例としてｈ２はｈ１の高さ１００％に対し９５％以下であることが好ましい。これによりオルタネータに形成されたフィンに嵌合される際に半導体チップ５に平行方向から応力が印加される事が防止される。これによりで半導体チップ５に対し水平方向からの応力と垂直方向からの応力の双方が軽減され半導体チップ５の破壊を効果的に防止する事が出来る。

図２は本考案に関する技術分野においてｈ１とｈ２の比率を適時調整した実験結果を示すグラフである。ｈ２はｈ１の高さ１００％に対し５０％程度の場合は半導体チップ５に掛かる応力(単位はＭＰａ＝メガパスカルとする)は圧入条件などに左右されるが1〜10ＭＰａである。ｈ２がｈ１の高さ１００％に対し９０％程度の場合は応力の増加は微増を保っている事が実験結果から判読する事ができる。しかしｈ２がｈ１の高さ１００％に対し９０％を超えた事から応力の増加が顕著となり、１００％に対し９５％を超えたところで臨界点的に増大し、半導体チップ５に印加される応力は一気に数倍にまで達する。この応力はチップ搭載面２に第１の導電性接着材４を解して接着されている半導体チップ５を破壊するに十分な応力であり、半導体チップ５の破壊は整流機能の喪失、つまり本考案が属する技術分野において本半導体装置が搭載される自動車用オルタネータの初期不良を招く性格のものである。本実験結果に基き本考案者はｈ２がｈ１の高さ１００％に対し９５％以下、さらに好ましくは９０％以下とすることが半導体装置の信頼性の面から適切であるという結論に至った。

本考案の半導体装置は、図１に示すようにチップ搭載面２及びチップ搭載面２の周囲に設けられた周辺部３を有するベース１と、第１の導電性接着剤２を介してベース１のチップ搭載面２に固定された一方の主面を有する半導体チップ１と、第２の導電性接着剤３を介して半導体チップ１の他方の主面に固着されたリード７とを有する。またベース底部８とはチップ搭載面２とベース底面１１との間に連続的に設けられた領域でありｈ１の高さで表される領域である。また溝部１２とは前記ベース底部８の高さ(＝ｈ１)から溝底部１３とベース底面１１の間に連続的に設けられた領域であるｈ２を引いた領域であり、本考案の属する技術分野において半導体チップ５の周囲に円周状に設けられている溝領域である。

ベース１は円筒状の銅を主成分とした銅合金インゴット (図示しない)をプレス加工し凹部を成型する方法や、銅合金インゴットをドリルなどで刳り貫く事で形成される。溝部１２の形成についても同時に行われる事が工数の削減の観点から望ましい。

周辺部３のフィン１０と接する部位３Ａには高さ方向にスリットが設けられていても良い。周辺部にスリットが設けられる事でフィン１０に対する半導体装置の嵌合の際に指向性を持って装着されるため比較的少量の力で圧入する事が出来、作業者の負担が軽減される。また、よりフィン１０との強固な固着を求める場合には周辺部３のフィン１０と接する部位３Ａにローレット加工を施しても良い。ローレット文様は菱、四角、丸など形状が限定される性格のものではないが、何れの形状にせよフィンへの嵌合時により良好にフィンを切除できるため、強固な固着を実現する事が出来る。

第１の導電性接着材４及び第２の導電性接着材６について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、例えば２２０℃の雰囲気下で使用される。そのため本考案においては高温の雰囲気下においても品質の劣化が進みにくい導電性接着材を選択する事が望ましい。また、本考案の属する技術分野においては鉛を含有した半田が用いられるがそれ限定される性格のものではなく鉛を含有しない半田、いわゆる鉛フリー半田を用いても良い。その場合は鉛を含まないという点で環境に配慮した半導体装置という商品価値を創出する事が出来る。

半導体チップ５は例えばＳｉにより形成されたダイオードであるが種類が限定されるのもではない。トランジスタ装置、サイリスタ装置、集積回路等種々の半導体装置にも本考案を同様に適用できることは明らかであり、Ｓｉに限らずＳｉＣ（シリコンカーバイト)やＧａＮ(窒化ガリウム)などにより構成されても良い。

リード７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９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９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９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。当該技術分野において、フィン１０は放熱性の高いアルミニウムや銅の板材から形成される場合や、異形状が容易に形成できるアルミダイキャストを使われる場合が多い。またベース底面11は図１において平面状に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば凹凸を設けることで放熱性を向上することも可能である。

本考案に関するｈ１とｈ２の比率は様々なベース１の形状に適用可能である。本考案に関する第２の実施例としては図３に示すようにチップ搭載面２及びチップ搭載面２の周囲に設けられた周辺部３を有するベース１と、第１の導電性接着剤２を介してベース１のチップ搭載面２に固定された一方の主面を有する半導体チップ１と、第２の導電性接着剤３を介して半導体チップ１の他方の主面に固着されたリード７とを有する半導体装置においてリード７の第２の導電性接着材６と接する面であるリード平面７Ａの幅７ｗが半導体チップ５の幅である５ｗよりも大である半導体装置である事を特徴とする半導体装置である。リード７が半導体チップよりも大である事により第２の導電性接着材６の固着面積が増加し半導体チップ５とリード７との接着を良好に行う事が出来る。

本考案に関する第３の実施例としては図４に示すようにチップ搭載面２及びチップ搭載面２の周囲に設けられた周辺部３を有するベース１と、第１の導電性接着剤２を介してベース１のチップ搭載面２に固定された一方の主面を有する半導体チップ１と、第２の導電性接着剤３を介して半導体チップ１の他方の主面に固着されたリード７とを有する半導体装置において、周辺部３がリード７の第２の導電性接着材６と接する面であるリード平面７Ａよりも高さ方向で小であり、周辺部３の外周部である３Ｂに樹脂リング１４が形成されている半導体装置である。樹脂リング１４を周辺部の主要部として使用することによりベース１を構成する部材の使用量を低減する事が可能となり、半導体装置のコスト競争力を増大させる事が可能である。また、樹脂リング１４を周辺部の主要部として使用することによりベース１を構成するための打ち抜き加工などが簡便であり、半導体装置を製作するにあたっての工数削減を実現する事が出来る。

本考案に関する第４の実施例としては図５に示すようにチップ搭載面２及びチップ搭載面２の周囲に設けられた周辺部３を有するベース１と、第１の導電性接着剤２を介してベース１のチップ搭載面２に固定された一方の主面を有する半導体チップ１と、第２の導電性接着剤３を介して半導体チップ１の他方の主面に固着されたリード７とを有する半導体装置において、ベース底面１１から樹脂封止部９の上端部までの高さｈ４がフィン１０の高さｈ３と略同一である半導体装置である。ベース底面１１から樹脂封止部９の上端部までの高さｈ４がフィン１０の高さｈ３と略同一とすることによりベース１を構成する部材の使用量を低減する事が可能となり、半導体装置のコスト競争力を増大させる事が可能である。

このように高さｈ２がｈ１の高さ１００％に対し９５％以下であることによりオルタネータに形成されたフィン１０に嵌合される際に半導体チップ５に水平方向から応力が印加される事が防止され半導体装置の信頼性の向上に寄与する事ができる。

は本考案による半導体装置の断面図である。は本考案におけるｈ１とｈ２の比率を適時調整した実験結果を示すグラフである。は本考案の第２の実施例による半導体装置の断面図である。は本考案の第３の実施例による半導体装置の断面図である。は本考案の第４の実施例による半導体装置の断面図である。

１、ベース
２、チップ搭載面
３、周辺部
４、第１の導電性接着材
５、半導体チップ
６、第２の導電性接着材
７、リード
８、ベース底部
９、樹脂充填部
１０、フィン
１１、ベース底面
１２、溝部
１３、溝底部
１４、樹脂リング

Claims

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周辺部とを有するベースと、当該ベースの前記底壁の主面に固着された半導体チップと、前記半導体チップを包囲するように形成された溝部と、前記半導体チップに導電性接着材を介し固着されたリードを有し、前記ベースがフィンに圧入により装着される半導体装置において、前記底壁の厚みとベース部の溝部が形成されている領域の厚みと連続して形成されている底壁の厚みの比率が20対19以下である事を特徴とした半導体装置。
前記リードの径が前記半導体チップの径よりも大である事を特徴とした請求項１に記載の半導体装置。