JP4271112B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置に関し、例えば、複数個の半導体素子を実装したモジュール型半導体装置に関する。
モジュール型半導体装置は、半導体チップが搭載された実装基板を固着した放熱用金属板と、放熱用金属板の外周に沿って設けられた外囲器である額縁部とを備え、封止樹脂によって封止されている。額縁部は放熱用金属板の外周に沿って接着剤によって接着される。
公知文献２に記載されているように、額縁部と放熱用金属板とを固着する際に、接着剤が実装基板の方へはみ出す場合がある。この接着剤が半導体チップや実装基板に達すると、接着剤は封止樹脂に比べて導電性がよく、絶縁耐性が悪いため、仕様に必要な絶縁耐性を維持することができないという問題があった。
また、この接着剤の実装基板側へのはみ出しは、放熱用金属板のコーナー部でのはみ出しのほうが、放熱用金属板でのはみ出しに比べて顕著であった。
また、実装基板方向に接着剤がはみ出すので、額縁部と半導体チップが搭載された実装基板との間隔を大きく取る必要があるため、モジュール型半導体装置の小型化の障壁となっていた。
特開平８−１６２５７２号公報 特開平１１−３０７６５８号公報
高い絶縁耐性を有する半導体装置を提供する。
本発明の一態様の半導体装置は、半導体チップを実装した実装基板と、前記実装基板を搭載したｎ角形（ｎは３以上の正数）の放熱用金属板と、前記放熱用金属板の外周に沿って設けられ、前記実装基板を取り囲む額縁部と、前記放熱用金属板と前記額縁部との間に供給され、前記放熱用金属板と前記額縁部とを接着する接着剤と、前記放熱用金属板および前記額縁部からなる箱内において前記半導体チップおよび前記実装基板を封止する封止樹脂とを備え、前記接着剤の供給量は、前記放熱用金属板のｎ角形の辺部よりもコーナー部において少ないことを特徴とする。
本発明の他の態様の半導体装置は、半導体チップを実装した実装基板と、前記実装基板を搭載し、ｎ角形（ｎは３以上の正数）の放熱用金属板と、前記放熱用金属板の外周に沿って設けられ、前記実装基板を取り囲む額縁部と、前記放熱用金属板と前記額縁部との間に供給され、前記放熱用金属板と前記額縁部とを接着する接着剤と、前記放熱用金属板および前記額縁部からなる箱内において前記半導体チップおよび前記実装基板を封止する封止樹脂とを備え、前記放熱用金属板のｎ角形のコーナー部に供給された前記接着剤は、前記放熱用金属板のｎ角形の辺部に供給された前記接着剤よりも前記放熱用金属板の外縁寄りにあることを特徴とする。
本発明に係るさらに他の態様の半導体装置は、半導体チップを実装した実装基板と、前記実装基板を搭載した放熱用金属板と、前記放熱用金属板の外周に沿って設けられ、前記実装基板を取り囲むように形成され、内壁に溝を有する額縁部と、前記放熱用金属板と前記額縁部との間に供給され、前記放熱用金属板と前記額縁部とを接着する接着剤と、前記放熱用金属板および前記額縁部からなる箱内において前記半導体チップおよび前記実装基板を封止する封止樹脂とを備え、
前記放熱金属板は、ｎ角形（ｎは３以上の整数）であり、
前記額縁部は、前記実装基板を取り囲むようにｎ角形に形成され、このｎ角形のコーナー部および該コーナー部の近傍の内壁に複数の溝が設けられていることを特徴とする。
本発明による半導体装置は、高い絶縁耐性を有することができる。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明による第１の実施形態に従ったモジュール型半導体装置１００（以下、単に、半導体装置１００という）の平面図である。半導体装置１００は、例えば、モータの電流制御に用いられ、代表的には、６ｋＶｒｍｓ／分以上の絶縁耐圧を有する。
半導体装置１００は、半導体チップ１０と、実装基板２０と、放熱用金属板３０（以下、単に、金属板３０という）と、額縁部４０とを備えている。半導体チップ１０は、実装基板２０上に実装されている。実装基板２０は、絶縁板２０ｂの表面に金属配線２０ａを印刷した構成を有する。実装基板２０は、絶縁板２０ｂの裏面に供給された金属２０ｃによって金属板３０の表面上に固着されている。実装基板２０からの放熱効率を上昇させるために、金属２０ｃによって固着されている。額縁部４０は、金属板３０の表面上に接着剤で接着されている。額縁部４０は、金属板３０の外周に沿って設けられ、実装基板２０を取り囲んでいる。これにより、金属板３０および額縁部４０は、金属板３０を底面とし、額縁部４０を側壁とした箱状に構成される。半導体チップ１０および実装基板２０を封止するために、絶縁樹脂６０（図２等参照）がこの箱内に充填される。上記の絶縁耐圧は、半導体チップ１０の電極と金属板３０との間の耐圧を示している。
金属板３０の平面形状は、ｎ角形（ｎは３以上の正数）でよい。額縁部４０は、金属板３０の外周に沿って設けられるので、金属板３０と同様にｎ角形とする。本実施形態では、金属板３０は図１に示すように略長方形であり、額縁部４０は略長方形の枠である。金属板３０は、例えば、銅またはＭＭＣ（金属基複合材料）でよい。額縁部４０は、例えば、絶縁性の高いシリコーン系樹脂でよい。実装基板２０は、例えば、セラミックなどの絶縁板の表面および裏面に銅を印刷したプリント基板でよい。接着剤５０は、半導体チップ１０を封止する封止樹脂６０と比較し、導電性がよく、絶縁耐性が悪い。 額縁部４０と金属板３０とは、接着剤によって次のように接着される。半導体チップ１０等を実装した金属板３０の外周部に接着剤塗布マシーン（X−Yロボット）が接着剤５０を塗布する。次に、金属板３０上に額縁部４０を載せて、金属板３０と額縁部４０とを加圧する。これにより、額縁部４０および金属板３０は、接着剤５０によって接着される。この接着の際に、接着剤５０が、額縁部４０の内側の金属板３０上にはみ出る。このはみ出した接着剤５０が金属配線２０ａと金属配線２０ｃまたは金属板３０とにわたって付着すると、接着剤５０は封止樹脂６０に比べ導電性が良く、絶縁耐性が悪いので、半導体装置１００の絶縁耐性が悪化する。接着剤５０のはみ出しは、金属板３０のコーナー部で特に発生しやすい。
一般に、接着剤５０は機械によって塗布される。接着剤塗布マシーンは、通常、接着剤の供給口と金属板３０とを相対的に等速で移動させながら接着剤を等量ずつ供給する。これによると、金属板３０の四隅において、供給口と金属板３０との相対的な移動方向がＸ方向からＹ方向あるいはＹ方向からＸ方向へ９０度変更される。接着剤は等量ずつ供給されているため、額縁部４０を接着させたときに、接着剤は、金属板３０の四隅においてＸ方向およびＹ方向の両方向からのはみ出しが重複する。従って、従来の手法によれば、接着剤５０は、金属板３０の四つのコーナー部において実装基板２０に付着しやすい。
そこで、本実施形態では、図４に示すように、コーナー部の接着剤５０の塗布量を低減している。コーナー部の接着剤５０の塗布量を低減するためには、接着塗布マシーンの速度をコーナー部で速める方法、および、接着塗布マシーンの塗布圧力を下げる方法などの方法がある。
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図に相当する。即ち、図２は金属板３０の辺における断面図を示し、図３は金属板３０のコーナー部における断面図を示している。図３に示すように、本実施形態では、従来よりも金属板３０の四隅における接着剤５０のはみ出しが少ない。
図３は、第１の実施形態に従って接着剤５０を塗布した様子を示す図である。本実施形態では、金属板３０の辺における接着剤の供給量よりも、金属板３０の四隅における接着剤５０の供給量は少ない。金属板３０の四隅における接着剤５０の供給量を減少させるためには、供給口と金属板３０とを相対的に等速で移動させつつ、接着剤の供給量を金属板３０の四隅においてのみ減少させればよい。あるいは、接着剤を等量ずつ供給しつつ、供給口と金属板３０との相対速度を金属板３０の四隅においてのみ高速にしてもよい。これにより、金属板３０のコーナー部における接着剤のはみ出しが減少し、半導体チップ１０および実装基板２０に接着剤５０が到達しにくくなる。（図３参照）。
接着剤５０が額縁部４０の内側にはみ出し難くなるので、設計において半導体チップ１０と額縁部４０との間隔および実装基板２０と額縁部４０との間隔を狭くすることができる。これにより、半導体装置１００の小型化が可能となる。
このように、本実施形態によれば、金属板３０の四隅（コーナー部）での接着剤５０の塗布量が少ないので、金属板３０の四隅においてはみ出す接着剤５０が少なくなる。よって、接着剤５０は、金属板３０の四隅において実装基板２０に付着し難くなる。その結果、本実施形態による半導体装置１００は、小型化しても、高い絶縁耐性を維持することができる。
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に従って接着剤５０を金属板３０に塗布した様子を示す図である。第２の実施形態では、金属板３０の四隅に供給された接着剤は、金属板３０の辺に供給された接着剤よりも金属板３０の外縁寄りにある。これにより、金属板３０のコーナー部において、接着剤５０は金属板３０と額縁部４０との間からはみ出したとしても、額縁部４０の外側へはみ出す。尚、第２の実施形態による半導体装置の平面図は、図１と同様である。
図６は、図５のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。尚、金属板３０の辺における断面図は、図２と同様であるので省略する。
このように、本実施形態によれば、金属板３０の四隅において接着剤５０が内側にはみ出さないので、接着剤５０は、金属板３０の四隅において実装基板２０に付着しない。その結果、本実施形態による半導体装置は、小型化しても、高い絶縁耐性を維持することができる。
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に従って接着剤５０を金属板３０に塗布した様子を示す図である。第３の実施形態では、接着剤は、金属板３０の四隅において供給されていない。これにより、本実施形態によれば、金属板３０の四隅において接着剤５０のはみ出しがない。第３の実施形態による半導体装置の平面図は、図１と同様である。
図８は、図７のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。尚、金属板３０の辺における断面図は、図２と同様であるので省略する。このように、本実施形態によれば、金属板３０の四隅において、接着剤５０がはみ出さないので、接着剤５０は実装基板２０に付着しない。その結果、本実施形態による半導体装置は、小型化しても、高い絶縁耐性を維持することができる。
（第４の実施形態）
図９は、本発明による第４の実施形態に従った半導体装置に用いられる額縁部４０のコーナー部Ｃ（図１参照）を示す図である。第４の実施形態では、額縁部４０のコーナー部およびその近傍の内壁に溝Ｄが設けられている。溝Ｄの一端は開放されており、その他端は額縁部４０の内壁の途中で閉じている。溝Ｄの開放端に金属板３０が面する。額縁部４０以外の構成要素は、他のいずれかの実施形態の構成要素と同様でよい。
金属板３０と額縁部４０とを張り合わせたときに、接着剤５０が額縁部４０の内側にはみ出す。このはみ出した接着剤５０は、額縁部４０の内壁に設けられた溝を伝って内壁に残る。よって、接着剤５０は、半導体チップ１０の方向へ金属板３０を伝って広がり難くなる。
溝Ｄは、金属板３０と額縁部４０とを接着する接着剤を毛細管現象により吸い上げることができる程度の幅を有する。これにより、溝Ｄは、金属板３０の四隅に供給された余分な接着剤を吸い上げることができるので、接着剤が、金属板３０の四隅においてはみ出さない。従って、本実施形態よれば、金属板３０のコーナー部において接着剤５０がはみ出さないので、接着剤５０は実装基板２０に付着しない。その結果、本実施形態による半導体装置は、小型化しても、高い絶縁耐性を維持することができる。
溝Ｄの長さは特に限定しない。また、溝Ｄの断面形状も特に限定しない。例えば、図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図は、図１０から図１２のいずれであってもよい。図１０では、溝Ｄの断面形状が方形である。図１１では、溝Ｄの断面形状が三角形（Ｖ字形）である。図１２では、溝Ｄの断面形状が半円形である。溝Ｄがこれらの形状を有しても、本実施形態の効果は失われない。
また、本実施例では、溝Ｄは、高さ方向には直線状に形成されているが、矩形状、自由曲線状になっていても接着剤５０を額縁部４０の内壁に残しておくことが可能である。 図１３は、第４の実施形態の変形例に従った額縁部４０のコーナー部Ｃ（図１参照）を示す図である。この変形例において、溝Ｄは、額縁部４０のコーナー部において比較的長く、コーナー部から離れるに従って比較的短く成形されている。コーナー部の溝を長く形成することにより、塗布される接着剤５０の量が多いコーナー部の接着剤５０を額縁部４０の内壁に残しやすくし、接着剤５０の半導体チップ１０方向へのはみ出し量を低減することが可能である。この変形例の他の構成要素は、上述の第４の実施形態と同様でよい。
溝Ｄは、金属板３０の四隅に供給された余分な接着剤を吸い上げることができるので、本変形例は、上記第４の実施形態と同様の効果を有する。さらに、額縁部４０のコーナー部から離れると溝Ｄの長さが短く成形されている。よって、本変形例は、額縁部４０の強度の劣化および額縁部４０の歪みを比較的小さくすることができる。
なお、本実施例においては、溝Ｄの下端が開放され、金属板３０と接しているが、溝Ｄの下端は、必ずしも開放されていなくてもよく、溝Ｄの下端と金属板３０との間隔は、額縁部４０と金属板３０を張り合わせたときに、接着剤５０が溝Ｄの下端に達する程度の間隔であればよい。 図１４に示すように、第４の実施形態においては、溝Ｄの上端は、金属板３０の表面に対してテーパーを有してもよい。これにより、溝Ｄが接着剤を吸い上げたときに、空気が溝Ｄ内から排出されやすくなり、接着剤５０を額縁部４０の内壁に残しやすくすることができる。また、このテーパーによって、封止樹脂６０が額縁部４０の内壁の溝に充填されやすくなる。
第４の実施形態では、長方形の金属板および額縁部を用いたが、これらは円形であってもよい。円形の額縁部の円周部分の内壁に溝を設けることで、円周部分での接着剤のはみ出しを抑制することができる。
また、本実施例では、従来の技術では接着剤のはみ出しが多く発生していた、額縁部のコーナー部の内壁に溝を設けたが、額縁部のコーナー部だけでなく、辺部の内壁に溝を設けることで、辺部での接着剤のはみ出しを抑制できる。もちろん、額縁部の内壁の辺部分にのみ溝を形成しても、辺部での接着剤のはみ出しを抑制できる。
第１の実施形態に従った半導体装置１００の平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面に相当する図。 第１の実施形態に従った図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 第１の実施形態に従って金属板３０上に接着剤５０を塗布した様子を示す図。 第２の実施形態に従って接着剤５０を塗布した様子を示す図。 第２の実施形態に従った図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 第３の実施形態に従って接着剤５０を塗布した様子を示す図。 第３の実施形態に従った図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 第４の実施形態に従った半導体装置に用いられる額縁部４０のコーナー部Ｃを示す図。 方形に成形された溝Ｄを有する額縁部４０の断面図。 三角形に成形された溝Ｄを有する額縁部４０の断面図。 半円形に成形された溝Ｄを有する額縁部４０の断面図。 第４の実施形態の変形例に従った半導体装置に用いられる額縁部４０のコーナー部Ｃを示す図。 上端にテーパーを有する溝Ｄの断面図。
符号の説明
１００ 半導体装置
１０ 半導体チップ
２０ 実装基板
３０ 放熱用金属板
４０ 額縁部
５０ 接着剤
６０ 封止樹脂

Claims (4)

  1. 半導体チップを実装した実装基板と、
    前記実装基板を搭載したｎ角形（ｎは３以上の正数）の放熱用金属板と、
    前記放熱用金属板の外周に沿って設けられ、前記実装基板を取り囲む額縁部と、
    前記放熱用金属板と前記額縁部との間に供給され、前記放熱用金属板と前記額縁部とを接着する接着剤と、
    前記放熱用金属板および前記額縁部からなる箱内において前記半導体チップおよび前記実装基板を封止する封止樹脂とを備え、
    前記接着剤の供給量は、前記放熱用金属板のｎ角形の辺部よりもコーナー部において少ないことを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体チップを実装した実装基板と、
    前記実装基板を搭載し、ｎ角形（ｎは３以上の正数）の放熱用金属板と、
    前記放熱用金属板の外周に沿って設けられ、前記実装基板を取り囲む額縁部と、
    前記放熱用金属板と前記額縁部との間に供給され、前記放熱用金属板と前記額縁部とを接着する接着剤と、
    前記放熱用金属板および前記額縁部からなる箱内において前記半導体チップおよび前記実装基板を封止する封止樹脂とを備え、
    前記放熱用金属板のｎ角形のコーナー部に供給された前記接着剤は、前記放熱用金属板のｎ角形の辺部に供給された前記接着剤よりも前記放熱用金属板の外縁寄りにあることを特徴とする半導体装置。
  3. 半導体チップを実装した実装基板と、
    前記実装基板を搭載した放熱用金属板と、
    前記放熱用金属板の外周に沿って設けられ、前記実装基板を取り囲むように形成され、内壁に溝を有する額縁部と、
    前記放熱用金属板と前記額縁部との間に供給され、前記放熱用金属板と前記額縁部とを接着する接着剤と、
    前記放熱用金属板および前記額縁部からなる箱内において前記半導体チップおよび前記実装基板を封止する封止樹脂とを備え、
    前記放熱金属板は、ｎ角形（ｎは３以上の整数）であり、
    前記額縁部は、前記実装基板を取り囲むようにｎ角形に形成され、このｎ角形のコーナー部および該コーナー部の近傍の内壁に複数の溝が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  4. 前記溝の一端は開放されており、前記放熱用金属板に面していることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
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