JP5011562B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特にはんだを用いて半導体素子と接続される電極端子を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including an electrode terminal connected to a semiconductor element using solder and a manufacturing method thereof.
従来、はんだなどを介して電極パターンと電極端子とを接合させる技術は、たとえば特開平5−315517号公報(特許文献1)、特開平7−130937号公報(特許文献2)、特開2002−334964号公報(特許文献3)および特開平3−48452号公報(特許文献4)に開示されている。特許文献1〜4に開示されている半導体装置においては、電極端子の先端部は電極パターンの表面に沿うように折り曲げられており、その折り曲げられた部分で電極パターンと接合されている。
しかしながら、上記特許文献1〜4に開示の電極端子が半導体素子などの小さな部品と接合される場合には、その接合強度の低下を抑制しつつ、電極端子との接合面積をさらに小さくすることが望まれている。
However, when the electrode terminal disclosed in
それゆえ本発明の目的は、半導体素子において電極端子と接合されるために要する面積を縮小化し、かつ信頼性の低下を抑制する半導体装置およびその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that reduce an area required for bonding with an electrode terminal in a semiconductor element and suppress a decrease in reliability.
本発明の半導体装置は、半導体素子と、電極端子と、はんだとを備えている。電極端子は、延伸方向に沿って伸びる延伸部分を有し、かつ延伸部分の延伸方向の先端面を半導体素子の表面に対して突き合わせた状態で半導体素子と接合される。はんだは、半導体素子と電極端子とを接合する。電極端子は、電極端子のはんだで接合される領域に、延伸方向に交差する面であって、先端面と反対側に向いた面を有している。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element, an electrode terminal, and solder. The electrode terminal has an extended portion extending along the extending direction, and is joined to the semiconductor element in a state where the front end surface of the extended portion in the extending direction is abutted against the surface of the semiconductor element. The solder joins the semiconductor element and the electrode terminal. The electrode terminal has a surface that intersects the extending direction and is directed to the opposite side to the tip surface in a region where the electrode terminal is joined by solder.
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、半導体素子が準備される。そして、延伸方向に沿って伸びる延伸部分と、延伸部分の延伸方向の先端面と、延伸方向に交差する面であって先端面と反対側に向いた面とを有する電極端子が準備される。そして、半導体素子の表面と電極端子の先端面とを突き合わすように配置した状態で半導体素子と電極端子とがはんだを用いて接合される。接合する工程では、反対側に向いた面にはんだが付着するように接合される。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the following steps. First, a semiconductor element is prepared. And the electrode terminal which has the extending | stretching part extended along an extending | stretching direction, the front-end | tip surface of the extending | stretching direction of an extending | stretching part, and the surface which cross | intersects an extending | stretching direction and faces the other end surface is prepared. And the semiconductor element and the electrode terminal are joined using solder in the state arrange | positioned so that the surface of a semiconductor element and the front end surface of an electrode terminal may be faced | matched. In the bonding step, the bonding is performed so that the solder adheres to the opposite surface.
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、半導体素子の表面に対して先端面が突き合わされた状態で半導体素子と接合されることによって、半導体素子において電極端子と接合されるために要する面積を縮小化できる。また、反対側に向いた面に接合されるはんだにより、電極端子が外される方向に対してはんだが抵抗力として働くので、電極端子と半導体素子との接合強度の低下を抑制できる。そのため、信頼性の低下を抑制できる半導体装置が得られる。 According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, the area required for bonding to the electrode terminal in the semiconductor element by bonding the semiconductor element with the front end face being in contact with the surface of the semiconductor element. Can be reduced. In addition, the solder bonded to the surface facing the opposite side acts as a resistance force in the direction in which the electrode terminal is removed, so that a decrease in bonding strength between the electrode terminal and the semiconductor element can be suppressed. Therefore, a semiconductor device that can suppress a decrease in reliability can be obtained.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を概略的に示す概略断面図である。図1に示すように、本実施の形態の半導体装置100aは、半導体素子110と、電極端子120と、電極端子130と、絶縁基板140と、はんだ151〜156と、ヒートシンク160と、封止部材170と、ケース180とを主に備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、半導体素子110は、たとえばIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などの大電力のスイッチング制御に用いられるパワー半導体素子(チップ)である。半導体素子110は、電極端子120、130と、はんだ151、152を用いて電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
電極端子120は、たとえば信号端子である。電極端子130は、たとえば主端子である。電極端子130において半導体素子110の表面に沿った一方端部の側面が半導体素子110と接合されている。電極端子130は、信号端子としての電極端子120よりも径が太く、電流容量が大きい主端子である。そのため、本実施の形態では、電極端子130と半導体素子110との接合をより高めるために、半導体素子110の表面に沿って電極端子130の一方端部(電極端子130の側面の一部)が接合されている。
The
絶縁基板140は、セラミック基板141と、表パターン電極142〜144と、裏パターン電極145とを含んでいる。表パターン電極142〜144はセラミック基板141の表面上に形成され、裏パターン電極145はセラミック基板141の裏面上に形成されている。表パターン電極142〜144は、はんだ153〜155を用いて半導体素子110および電極端子120、130とそれぞれ接続されている。具体的には、電極端子120の一方端部(本実施の形態では図2における先端面121)は半導体素子110と接続され、電極端子120の他方端部(本実施の形態では図2における先端面121と反対側の端面を含む部分)は封止部材170から露出されている。電極端子120の一方端部と他方端部との間の部分は、表パターン電極143と接続されるとともにはんだ154で保持されている。また、電極端子130の一方端部は半導体素子110と接続され、電極端子130の他方端部は封止部材170から露出されている。電極端子130の一方端部と他方端部との間の部分は表パターン電極144と接続されるとともにはんだ155で保持されている。
The
裏パターン電極145は、はんだ156を介してヒートシンク160と接続されている。ヒートシンク160は、半導体素子110が発生させる熱を取り除くために設けられている。
The
封止部材170は、半導体素子110を封止するためのモールドされた樹脂である。封止部材170は、ケース180の内部に充填されている。封止部材170は、半導体素子110、電極端子120、電極端子130および絶縁基板140を覆い、電極端子120の他方端部と、電極端子130の他方端部とを露出している。
The sealing
次に、図2〜図6を参照して、本実施の形態の電極端子120を説明する。図2〜図5は、図1における領域IIの拡大断面図である。図6は、本発明の実施の形態1における半導体装置の電極端子の構成を示す概略斜視図である。図2〜図6に示すように、電極端子120は、延伸方向に沿って伸びる延伸部分120aを有し、かつ延伸部分120aの延伸方向の先端面121を半導体素子110の表面110aに対して突き合わせた状態で半導体素子110と接合されている。電極端子120は、電極端子120のはんだ151で接合される領域120bに、延伸方向に交差する面であって、先端面121と反対側に向いた面122aを有している。
Next, the
図7は、本発明の実施の形態1における半導体装置100aにおいて反対側に向いた面122aを説明するための図である。図7中、P−P線は電極端子120の中心線を示す。「反対側に向いた面122a」は、図7に示すように、先端面121に平行な面であり、かつ先端面121の向く方向S1と反対の方向S2Aを向いた面(つまり図7中Q1−Q1線に沿う面)であってもよく、また、先端面121に対して傾斜した面であって、かつ先端面121の向く方向と反対方向の成分S2B1を有する方向S2Bを向いた面(つまり図7中Q2−Q2線に沿う面)であってもよい。また、「反対側に向いた面122a」は、直線状に限定されず曲線状(たとえば図36の反対側に向いた面123a参照)でもよい。曲線状の場合、任意の点における接線が上記Q1−Q1線やQ2−Q2線に対応する線であればよい。
FIG. 7 is a diagram for explaining a
また、反対側に向いた面122aは、電極端子120が外されるように作用する力(たとえば図2〜6において上向きの引張荷重)が加えられたときにはんだ151が抵抗力として働くように構成されている面であってもよい。はんだ151の抵抗力とは、電極端子120に外力が作用したときに発生するはんだ151のせん断力などである。
Further, the
また、図2に示すように、電極端子120の延伸方向に沿って伸びる側面123、124には、幅の広がる部分(本実施の形態では図2においてW3からW4に広がる部分)が形成されている。言い換えると、電極端子120は、はんだ151のせん断に対する抵抗力が発生するための切欠部としての凹部122が形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, on the
なお、図7に示すように、電極端子120の先端面121の伸びる方向と、電極端子の延伸方向S1とは交差している(本実施の形態では直交している)。
As shown in FIG. 7, the direction in which the
本実施の形態では、電極端子120は、延伸部分120aの側面123、124に凹部122が形成され、凹部122に反対側に向いた面122aが形成されている。詳細には、延伸部分120aは、互いに対向する2つの側面123、124を有し、2つの側面123、124の各々に凹部122が形成され、凹部122に反対側に向いた面122aが形成されている。
In the present embodiment, the
凹部122は、半円状を有している。また、図2に示すように、2つの側面123、124のうちの一方の側面123に形成された凹部122と先端面121との距離は、2つの側面123、124のうちの他方の側面124に形成された凹部122と先端面121との距離と異なっている。
The
また、図2に示すように、電極端子120の先端面121における幅W1は、延伸部分120aの先端面121以外の他の部分の最大の幅W2以下である。本実施の形態では、電極端子120のはんだ151で接合される領域において先端面121に向けて徐々に幅が狭くなるように形成されている。言い換えると、電極端子120は、はんだ151で接合される領域における延伸方向に沿って伸びる両側面123、124の幅が、先端面121に向けて狭くなる、先細りの形状を有している。
As shown in FIG. 2, the width W1 of the
なお、本実施の形態では、図2〜図6に示すように、半導体素子110は、電極パターン(ボンディングパッド部)111と半導体基板112とを含んでいる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 to 6, the
図8は、本発明の実施の形態1の変形例1における半導体装置において電極端子と半導体素子とが接合されている領域近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。図9は、本発明の実施の形態1の変形例1における半導体装置の電極端子の構成を概略的に示す斜視図である。図8および図9に示すように、電極端子120は、電極端子120のはんだ151で接合される領域120bにおいて、延伸方向に沿って伸びる一方側面124が延伸方向から先端面121に傾斜した面であり、他方側面123は延伸方向に沿って延びる、片側先細りの形状を有している。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a region where the electrode terminal and the semiconductor element are joined in the semiconductor device according to
図10は、本発明の実施の形態1の変形例2における半導体装置において電極端子と半導体素子とが接合されている領域近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。図11は、本発明の実施の形態1の変形例2における半導体装置の電極端子を概略的に示す斜視図である。図10および図11に示すように、電極端子120は、電極端子120の先端面121の幅W1は、延伸方向に伸びる幅W2と同等である。言い換えると、電極端子120は、電極端子120のはんだ151で接合される領域における延伸方向に沿って伸びる両側面123、124が延伸方向に沿って伸びる、ストレート形状を有している。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a region where the electrode terminal and the semiconductor element are joined in the semiconductor device according to
次に、図1〜図12を参照して、本実施の形態における半導体装置100a、100b、100cの製造方法について説明する。図12は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
Next, with reference to FIGS. 1-12, the manufacturing method of the
まず、図12に示すように、半導体素子110を準備する(ステップS1)。半導体素子110としては、たとえば上述したIGBTチップを準備する。IGBTチップの表面には、エミッタ電極ボンディング領域とゲート電極ボンディング領域(本実施の形態における電極パターン111)とが形成され、その裏面にはコレクタ電極ボンディング領域が形成されている。そして、半導体素子110と電極端子120、130との接続のためにはんだ151、152を使用するため(後述するステップS5)、エミッタ電極ボンディング領域およびゲート電極ボンディング領域の表面にはたとえばニッケル層が形成されている。また、半導体素子110の裏面に形成されたコレクタ電極ボンディング領域と表パターン電極142との接続のためにはんだ153を使用するため(後述するステップS4)、コレクタ電極ボンディング領域の表面にはたとえばニッケル層が形成されている。
First, as shown in FIG. 12, the
次に、絶縁基板140を準備する(ステップS2)。絶縁基板140は、たとえばセラミック基板141を挟んでその表面上に表パターン電極142〜144が形成されるとともに、裏面上に裏パターン電極145が形成された構成となっている。表パターン電極142〜144および裏面パターン電極145は、たとえば銅やアルミニウムの板(箔)からなっている。表および裏パターン電極142〜145とセラミック基板141とは、活性金属などのロウ材により接合されている。また、ステップS2では、絶縁基板140の表パターン電極142における半導体素子110を搭載する部分に、クリームはんだなどのはんだ153をスクリーン印刷により塗布する。
Next, the insulating
次に、ヒートシンク160を準備する(ステップS3)。ヒートシンク160は、たとえば銅やアルミニウム、またはその合金からなるブロックを用いることができる。また、ステップS3では、ヒートシンク160の表面、すなわち絶縁基板140が搭載される部分に、クリームはんだなどのはんだ156をスクリーン印刷により塗布する。
Next, the
次に、はんだ153が塗布された絶縁基板140の表パターン電極142上に半導体素子110を載置する。次いで、この半導体素子110が載置された絶縁基板140を、はんだ156が塗布されたヒートシンク160の表面上に載置する(ステップS4)。
Next, the
次に、絶縁基板140上に載置された半導体素子110表面のエミッタ電極ボンディング領域およびゲート電極ボンディング領域(本実施の形態の電極パターン111に相当)上、および電極端子が接続される絶縁基板140の表パターン電極上143、144に、ディスペンサなどを使用して、はんだ151、152、154、155を適量塗布する(ステップS5)。
Next, the insulating
次に、電極端子120、130を準備する(ステップS6)。ここで、電極端子120は、図1に示すように信号端子として半導体素子110に接続させるもので、延伸方向に沿って伸びる延伸部分120aと、延伸部分120aの延伸方向の先端面121と、延伸方向に交差する面であって先端面121と反対側に向いた面122aとを有する。そして、半導体素子110における接続領域を小さくするため、先端面121の幅が延伸部分120aの最大の幅以下である電極端子120を準備することが好ましい。本実施の形態では、電極端子120は半導体素子110のゲート電極ボンディング領域に接続されている。また、電極端子130は、図1に示す主端子として半導体素子110のエミッタ電極ボンディング領域に接続されている。
Next,
たとえば、図6、図9または図11に示す信号端子としての電極端子120は、その材料として銅などの薄板の平板を、金型を用いて打抜くようにして成型する、いわゆる打抜き加工により形成され、電極端子130についても同様である。
For example, the
次に、表面にはんだ151、152、154、155が適量塗布された半導体素子110、および絶縁基板140の表パターン電極143、144上に、電極端子120、130を載置して、治具などを使用して動かない(位置ズレしない)ように固定する(ステップS7)。つまり、電極端子120においては、その先端面121とその反対側の端面との間の部分を表パターン電極143上に配置するとともに、先端面121は半導体素子110のゲート電極ボンディング領域に配置することで、電極端子120の先端面121と半導体素子110の表面110aとを突き合わすような状態とする。また電極端子130においては、一方端部と他方端部との間の部分を表パターン電極144上に配置するとともに、一方端部は半導体素子110のエミッタ電極ボンディング領域に配置して、その位置が保持されるようにする。
Next, the
次に、上述のようにしてはんだを介して組み立てられ、ヒートシンク160、絶縁基板140、半導体素子110、電極端子120、130を主要部品とした構成は、リフロー処理により、はんだ151〜156の溶融を経て、各主要部品を所定の位置に接合・固着する(ステップS8)。
Next, assembling via solder as described above, the configuration including the
なお、このステップS8において、少なくとも電極端子120における反対側に向いた面122aに、はんだ151が付着するように接合させることにより、電極端子120に延伸方向の上方(図2において上向き)から引張荷重が加えられたときに、反対側に向いた面122aに付着したはんだ151のせん断力を発生させることができる。そして、このような接合状態は、はんだ151の塗布量や濡れ性などの特性を調整して、最適化することによって得られる。
In this step S8, at least the
次に、内部に絶縁基板140、半導体素子110および電極端子120、130を収容するための樹脂からなるケース180をヒートシンク160に接続固定し、ケース180の内部に封止部材170を充填することにより封止する(ステップS9)。このとき、電極端子120の先端面121の反対側の端面、および電極端子130の他方端部はケース180の外に配置され、封止部材170からは露出している。
Next, a
なお、上述のようなケース180を接着して、これに封止樹脂を充填して封止する方法に代えて、インジェクションモールド法により、ケースを用いず、金型を使って直接封止樹脂によって封止する方法を採用してもよい。
In addition, instead of the method of adhering the
以上の工程(ステップS1〜ステップS9)を実施することによって、図1〜図5、図8および図10に示す半導体装置100a、100b、100cを製造することができる。
By performing the above steps (step S1 to step S9), the
次に、本実施の形態における半導体装置100a、100b、100cの効果について説明する。図37および図38は、上記特許文献1〜3に開示されている先端部がL字状に折り曲げられた電極端子を備えた半導体装置を概略的に示す拡大断面図である。まず、図1〜6、図37および図38を参照して、半導体素子110において電極端子120と接合されるために要する面積を縮小化する効果について説明する。
Next, effects of the
図37および図38に示す半導体装置200aは、半導体素子210と、上記特許文献1〜3に開示されている電極端子220と、はんだ251とを備えている。電極端子220は、L字状に折り曲げられた部分(半導体素子210の表面に沿った部分)で半導体素子210と接合されている。はんだ251は、半導体素子210と電極端子220とを接合している。なお、半導体素子210は、電極パターン211と半導体基板212とを含んでいる。
A
本実施の形態の変形例2の半導体装置100cでは、電極端子120がストレート形状であるので、電極端子120の正面125および背面126(図3〜図5参照)において半導体素子110へ接合される部分(幅)は図37および図38に示す電極端子220と同等であるが、電極端子120の側面123、124において半導体素子110へ接合される部分(長さ)は図37および図38示す電極端子220の約50%にできる。そのため、特許文献1〜3の電極端子220の半導体素子210への接触面積に対して、変形例2の電極端子120の半導体素子110への接触面積を約50%にまで低減できる。その結果、上記特許文献1〜3の半導体素子210においてはんだ251を用いて電極端子220を接合するために要する面積S200(図38参照)を100%とすると、変形例2の半導体装置100cの半導体素子110における電極端子120を接合するために要する面積(接合面積)は約50%まで縮小できる。
In the
さらに、本実施の形態の変形例1の半導体装置100bの電極端子120は片側先細り形状であるので、一方側面124の半導体素子110への接触位置により、上記特許文献1〜3の電極端子を備える場合と比較して、半導体素子110における電極端子120を接合するために要する面積を約44%にまで低減できる。
Furthermore, since the
さらには、本実施の形態の半導体装置100aの電極端子120は両側先細り形状であるので、両側面123、124の半導体素子110への接触位置により、上記特許文献1〜3の電極端子を備える場合と比較して、半導体素子110における電極端子120を接合するために要する面積を約30%にまで低減できる。
Furthermore, since the
続いて、図1〜10および図39を参照して、電極端子120に引張荷重(図2において上向きの力)が加えられたときの効果について説明する。図39は、比較例を示す半導体装置における電極端子近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。比較例の半導体装置200bは、反対側に向いた面が形成されていない先細り形状の電極端子220を備えている。具体的には、比較例の電極端子220は本実施の形態の電極端子120と同様の構成を備えているが、電極端子220において凹部122が形成されていない点においてのみ異なる。そのため、比較例の半導体装置200bの半導体素子210において電極端子220と接合するために要する面積は、本実施の形態の半導体素子110において電極端子120と接合するために要する面積と同じである。
Subsequently, an effect when a tensile load (upward force in FIG. 2) is applied to the
比較例の半導体装置200bにおいて、先端面の幅が0.7mm、厚み(両側面の厚み)が0.3mmの電極端子220とし、Sn(スズ)−Ag(銀)系の鉛フリーはんだをはんだ251とする。この場合、電極端子220に引張荷重(図39において上向きの力)を作用させると、約30Nの荷重で電極端子が抜け落ちる。
In the
一方、図1〜図6に示す本実施の形態の半導体装置100aの電極端子120の反対側に向いた面122aに付着しているはんだを投影させて、その面積を算出すると、せん断に対する抵抗力が発生するはんだ151の面積は、たとえば合計で0.2mm2となる。そのため、本実施の形態で比較例のはんだ251と同じ材料のはんだ151を用いると、はんだ151の引張強度が70MPa(70N/mm2)であるので、算出された面積に引張強度を乗じると、14Nの引張荷重が得られる。すなわち、本実施の形態では、比較例に比べて引張荷重が約40%増大する。したがって、本実施の形態の電極端子120に熱サイクル等により作用する引張荷重(図2において上向きの力)が加えられると、反対側に向いた面122aに付着しているはんだ151のせん断力により、半導体素子110の表面110a(はんだ151との接合界面)から電極端子120が抜け落ちることを抑制できる。
On the other hand, when solder is adhered to the
以上説明したように、本実施の形態における半導体装置100a、100b、100cによれば、半導体素子110と、延伸方向に沿って伸びる延伸部分120aを有し、かつ延伸部分120aの延伸方向の先端面121を半導体素子110の表面110aに対して突き合わせた状態で半導体素子110と接合される電極端子120と、半導体素子110と電極端子120とを接合するはんだ151とを備え、電極端子120は、電極端子120のはんだ151で接合される領域120bに、延伸方向に交差する面であって、先端面121と反対側に向いた面122aを有している。
As described above, according to the
本実施の形態における半導体装置100a、100b、100cは、半導体素子110の表面110aに対して電極端子120の先端面121が突き合わされた状態で電極端子120と半導体素子110とが接合されることによって、半導体素子110における電極端子120との接合面積を縮小化できる。本実施の形態では、電極端子120は信号端子として用いられ、主端子として用いられる電極端子130よりも電流容量が少ない。そのため、接合面積を縮小化した形状の電極端子120を用いることにより、性能を維持するとともに、半導体装置100a、100b、100cにおいて電極端子120を接合するために要する面積の縮小化を図ることができる。よって、半導体素子110などの小さな部品においてはんだ151を用いて電極端子120を接合する場合や、半導体素子110において電極端子120を接合する面積が限られている場合に、本実施の形態の電極端子120を用いることにより、接合するための面積を縮小化できる。
The
また、電極端子120に引張荷重が作用されたときに、反対側に向いた面122aに付着したはんだ151のせん断に対する抵抗力によって、電極端子120と半導体素子110との接合強度の低下を抑制できる。特に、上記特許文献1〜4は、電極端子を折り曲げてはんだとの接合面積を増加させることにより、半導体素子110と電極端子120との接合強度を高めている技術であるのに対して、本実施の形態では、電極端子120に引張荷重が作用した場合にはんだ151にせん断に対する抵抗力が発生するように半導体装置100a、100b、100cを構成している。また、半導体素子110において電極端子120を接合するために要する面積を縮小化するために、電極端子の先端部を半導体素子に沿うように接合した場合と比較して、反対側に向いた面122aに付着したはんだ151のせん断に対する抵抗力により、電極端子120と半導体素子110との接合強度を向上できる。よって、電極端子120がはんだ151との接合界面から抜け落ちることを抑制でき、信頼性の低下を抑制できる半導体装置100a、100b、100cが得られる。
In addition, when a tensile load is applied to the
上記半導体装置100a、100b、100cにおいて好ましくは、電極端子120の先端面121における幅W1は、延伸部分120aの先端面121以外の他の部分の最大の幅W2以下である。これにより、半導体素子110において電極端子120と接合されるために要する面積をより縮小化できる。
Preferably, in the
上記半導体装置100a、100b、100cにおいて好ましくは、延伸部分120aの側面123、124に凹部122が形成され、凹部122に反対側に向いた面122aが形成されている。これにより、電極端子120と半導体素子110との接合強度の低下を抑制できる構成が実現できる。
In the
上記半導体装置100a、100b、100cにおいて好ましくは、延伸部分120aは、互いに対向する2つの側面123、124を有し、2つの側面123、124の各々に凹部122が形成され、凹部122に反対側に向いた面122aが形成されている。これにより、電極端子120と半導体素子110との接合強度の低下をさらに抑制できる構成が実現できる。
Preferably, in the
上記半導体装置100a、100b、100cにおいて好ましくは、2つの側面123、124のうちの一方の側面123に形成された凹部122と先端面121との距離L123は、2つの側面123、124のうちの他方の側面124に形成された凹部122と先端面121との距離L124と異なっている。これにより、電極端子120の強度を維持するとともに、凹部122をより大きく設けることができるので、電極端子120と半導体素子110との接合強度の低下をより抑制できる。
Preferably, in the
上記半導体装置100a、100b、100cにおいて好ましくは、凹部122は、半円状である。これにより、電極端子120と半導体素子110との接合強度の低下を抑制できる構成が実現できる。
In the
本発明の半導体装置100a、100b、100cの製造方法によれば、半導体素子110を準備する工程(ステップS1)と、延伸方向に沿って伸びる延伸部分120aと、延伸部分120aの延伸方向の先端面121と、延伸方向に交差する面であって先端面121と反対側に向いた面122aとを有する電極端子120を準備する工程(ステップS6)と、半導体素子110の表面110aと電極端子120の先端面121とを突き合わすように配置した状態で半導体素子110と電極端子120とをはんだ151を用いて接合する工程(ステップS8)とを備え、接合する工程(ステップS8)では、反対側に向いた面122aにはんだ151が付着するように接合する。
According to the manufacturing method of the
本実施の形態における半導体装置100a、100b、100cの製造方法は、接合する工程(ステップS8)において半導体素子110の表面110aに対して電極端子120の先端面121が突き合わされた状態で電極端子120と半導体素子とを接合することによって、半導体素子110における電極端子120を接合するために要する面積を縮小化できる。特に、半導体素子110などの小さな部品においてはんだ151を用いて電極端子120を接合する場合や、半導体素子110において電極端子120を接合する面積が限られている場合に、本実施の形態の接合するための面積を縮小化できる電極端子120を好適に用いることができる。
In the manufacturing method of
また、接合する工程(ステップS8)において反対側に向いた面122aにはんだ151が付着するように接合することによって、反対側に向いた面122aに付着したはんだ151のせん断に対する抵抗力を利用できる。すなわち、電極端子120に熱ストレス等により引張荷重が作用されたときに、反対側に向いた面122aに付着したはんだ151のせん断に対する抵抗力によって、電極端子120と半導体素子110との接合強度の低下を抑制できる。特に、半導体素子110との接合部の面積を縮小化するために、電極端子の先端部を折り曲げずに用いた場合と比較して、電極端子120と半導体素子110との接合強度を向上できるので、電極端子120がはんだ151との接合界面から抜け落ちることを抑制できる。よって、信頼性の低下を抑制できる半導体装置100a、100b、100cが得られる。
Further, by joining so that the
(実施の形態2)
図13は、本発明の実施の形態2の半導体装置において電極端子と半導体素子とが接合されている領域近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。図14は、本発明の実施の形態2における半導体装置の電極端子の構成を概略的に示す斜視図である。図13および図14を参照して、本実施の形態における半導体装置100dは、基本的には実施の形態1の半導体装置100aと同様の構成を備えているが、電極端子120が対向する側面123、124のうちの一方の側面123に形成された凹部122と先端面121との距離L123と、他方の側面124に形成された凹部122と先端面121との距離L124とが同等である点においてのみ異なる。
(Embodiment 2)
FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a region where the electrode terminal and the semiconductor element are joined in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is a perspective view schematically showing the configuration of the electrode terminal of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 13 and 14,
図15、17、19、21、23、25、27、29および31は、本発明の実施の形態2の変形例1〜9の半導体装置において電極端子と半導体素子とが接合されている領域近傍の構成を概略的に示す拡大断面図である。図16、18、20、22、24、26、28、30および32は、本発明の実施の形態2の変形例1〜9における半導体装置の電極端子の構成を概略的に示す斜視図である。
15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, and 31 show the vicinity of the region where the electrode terminal and the semiconductor element are joined in the semiconductor device of
図15および図16に示すように、電極端子120はストレート形状であってもよく、片側先細り形状であってもよい(図示せず)。
As shown in FIGS. 15 and 16, the
また図17および図18に示すように、電極端子120の凹部122は矩形状であってもよい。また、電極端子120の凹部122は、矩形状と半円状との両方が形成されていてもよい(図示せず)。
As shown in FIGS. 17 and 18, the
また図19および図20に示すように、電極端子120は、延伸方向に沿って伸びる対向する側面123、124のうちの一方の側面124のみに凹部122が形成されていてもよい。図21および図22に示すように、一方の側面123のみに凹部が形成されている構成において、片側先細り形状であってもよく、図23および図24に示すように、一方の側面124のみに凹部が形成されている構成において、ストレート形状であってもよい。また図25および図26に示すように、電極端子120は、矩形の凹部122が一方の側面124に形成された片側先細り形状であってもよい。なお、電極端子120の凹部122が形成される側面は、先細り形状を構成する側面であってもストレート形状を構成する側面であってもよい。
As shown in FIGS. 19 and 20, the
また図27および図28に示すように、電極端子120は、延伸方向に沿って伸びる対向する側面123、124の各々に凹部122が複数形成されていてもよい。この構成においても、片側先細り形状であってもよく(図示せず)、図29および図30に示すように、ストレート形状であってもよい。また、図31および図32に示すように、複数の凹部122が形成される側面は延伸方向に伸びる側面123、124の一方の側面124のみに形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 27 and 28, the
また電極端子120は、半円状および矩形状の両方の形状の凹部122が形成されていてもよい。さらに電極端子120に形成される凹部122は、半円状以外の円弧状や楕円形などの形状であってもよい。
Further, the
本実施の形態およびその変形例における半導体装置100d〜100mの製造方法は、実施の形態1の半導体装置100a、100b、100cの製造方法と基本的には同様の構成を備えているが、電極端子を準備する工程(ステップS6)において図13〜図32に示す電極端子120を準備する点においてのみ異なる。
The manufacturing method of the
以上説明したように、本実施の形態における半導体装置100d〜100mによれば、電極端子120の凹部122は、矩形状および半円状のいずれか一方の形状を有している。これにより、半導体素子110において電極端子120と接合されるために要する面積を縮小化し、かつ信頼性の低下を抑制する構成が実現できる。また、反対側に向いた面122aを容易に形成できる。
As described above, according to
(実施の形態3)
図33は、本発明の実施の形態3の半導体装置において電極端子と半導体素子とが接合されている領域近傍の構成を概略的に示す断面図である。図34は、本発明の実施の形態3における半導体装置の電極端子の構成を概略的に示す斜視図である。図33および図34に示すように、本実施の形態における100nは、基本的には実施の形態1の半導体装置100aと同様の構成を備えているが、延伸部分120aは、延伸部分120aを貫通する貫通孔127を有し、貫通孔127に反対側に向いた面127aが形成されている点においてのみ異なる。
(Embodiment 3)
FIG. 33 is a cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a region where the electrode terminal and the semiconductor element are joined in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 34 is a perspective view schematically showing a configuration of an electrode terminal of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 33 and 34, 100n in the present embodiment basically has the same configuration as that of
具体的には、延伸方向に沿って伸びる面としての正面125および背面126に貫通孔127が形成されている。本実施の形態では、正面125および背面126に貫通するように円形状の貫通孔127が形成されているが、側面123、124に貫通孔127が形成されていてもよい。また、貫通孔127の形状は、円形状に特に限定されない。また、貫通孔127は、複数形成されていてもよい。また、貫通孔127は、図33および図34に示すように、延伸方向に沿って伸びる面の略中央部に形成されていてもよいし、中央部から離れた側部に形成されていてもよい。
Specifically, through
なお、電極端子120に貫通孔127が形成されている場合であっても、図33および図34に示すストレート形状に特に限定されず、片側先細り形状または先細り形状であってもよい。また、実施の形態1または2のように、延伸方向に沿って伸びる側面123、124に凹部122がさらに形成されていてもよい。
Even when the through-
本実施の形態における半導体装置100nの製造方法は、実施の形態1の半導体装置100a、100b、100cの製造方法と基本的に同様の構成を備えているが、電極端子を準備する工程(ステップS6)において、図34に示す電極端子120を準備する点においてのみ異なる。
The manufacturing method of the
以上説明したように、本実施の形態の半導体装置100nによれば、延伸部分120aは、延伸部分120aを貫通する貫通孔127を有し、貫通孔127に反対側に向いた面127aが形成されている。これにより、半導体素子110において電極端子120と接合されるために要する面積を縮小化し、かつ信頼性の低下を抑制する構成が実現できる。
As described above, according to the
(実施の形態4)
図35は、本発明の実施の形態4の半導体装置において電極端子と半導体装置とが接合されている領域近傍の構成を概略的に示す斜視図である。図36は、本発明の実施の形態4における電極端子の構成を概略的に示し、(A)は正面図であり、(B)は(A)において矢印Bから見たときの側面図であり、(C)は斜視図である。図35および図36(A)〜(C)に示すように、本実施の形態における半導体装置100oは、基本的には実施の形態1の半導体装置100aと同様の構成を備えているが、延伸方向に沿って伸びる面としての側面123が波打つように湾曲している点においてのみ異なる。
(Embodiment 4)
FIG. 35 is a perspective view schematically showing a configuration in the vicinity of a region where the electrode terminal and the semiconductor device are joined in the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 36 schematically shows a configuration of an electrode terminal according to
具体的には、図35(B)の矢印で表わされるように、電極端子120において、延伸方向に対して互いに対向する両側面123、124が同じ方向に突き出すように湾曲している。波打つように湾曲している面としての側面123に、先端面121と反対側に向いた面123aを有している。電極端子120に引張荷重(図33において上向きの力)が作用すると、反対側に向いた面123aに付着したはんだ151のせん断に対する抵抗力により、電極端子120が半導体素子110の表面110aから向け落ちることを抑制できる。
Specifically, as represented by an arrow in FIG. 35B, in the
なお、半導体装置100oは、実施の形態1または2のように延伸方向に沿って伸びる側面123、124に凹部がさらに形成されていてもよいし、実施の形態2のように湾曲している面としての側面123に貫通孔127がさらに形成されていてもよい。
Note that the semiconductor device 100o may further have recesses formed on the side surfaces 123 and 124 extending in the extending direction as in the first or second embodiment, or a curved surface as in the second embodiment. A through
本実施の形態における半導体装置100oの製造方法は、実施の形態1の半導体装置100a、100b、100cの製造方法と基本的に同様の構成を備えているが、電極端子を準備する工程(ステップS6)において、図35および図36(A)〜(C)に示す電極端子120を準備する点においてのみ異なる。
The manufacturing method of the semiconductor device 100o in the present embodiment has basically the same configuration as the manufacturing method of the
以上説明したように、本実施の形態における半導体装置100oによれば、電極端子120は延伸方向に沿って伸びる面としての側面123、124が波打つように湾曲し、湾曲した面としての側面123、124に反対側に向いた面123aが形成されている。これにより、半導体素子110において電極端子120と接合されるために要する面積を縮小化し、かつ信頼性の低下を抑制する構成が実現できる。
As described above, according to the semiconductor device 100o in the present embodiment, the
また、上述した本発明の実施の形態1〜3の半導体装置100a〜100oにおいて、電極端子120のはんだ151と接合する領域には、切欠部(凹部122)、貫通孔127、および凹凸(湾曲している面としての側面123、124)のうちの少なくともいずれかが形成されていることが好ましい。これにより、本発明の効果を有する構成が実現できる。
Further, in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、半導体素子において電極端子と接合されるために要する面積を縮小化し、かつ信頼性の低下を抑制することができる。そのため、半導体素子への電極端子の接合部分が限られている場合等に、好適に用いることができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, it is possible to reduce the area required for bonding with the electrode terminal in the semiconductor element, and to suppress the decrease in reliability. Therefore, it can be suitably used when the bonding portion of the electrode terminal to the semiconductor element is limited.
100a〜100o 半導体装置、110 半導体素子、110a 表面、111 電極パターン、112 半導体基板、120,130 電極端子、120a 延伸部分、120b 領域、121 先端面、122 凹部、122a,123a,127a 反対側に向いた面、123,124 側面、125 正面、126 側面、127 貫通孔、140 絶縁基板、141 セラミック基板、142〜144 表パターン電極、145 裏パターン電極、151〜156 はんだ、160 ヒートシンク、170 封止部材、180 ケース。
100a to 100o semiconductor device, 110 semiconductor element, 110a surface, 111 electrode pattern, 112 semiconductor substrate, 120, 130 electrode terminal, 120a extended portion, 120b region, 121 tip surface, 122 recess, 122a, 123a, 127a Surface, 123, 124 side surface, 125 front surface, 126 side surface, 127 through-hole, 140 insulating substrate, 141 ceramic substrate, 142-144 surface pattern electrode, 145 back pattern electrode, 151-156 solder, 160 heat sink, 170 sealing
Claims (8)
延伸方向に沿って伸びる延伸部分を有し、かつ前記延伸部分の前記延伸方向の先端面を前記半導体素子の表面に対して突き合わせた状態で前記半導体素子と接合される電極端子と、
前記半導体素子と前記電極端子とを接合するはんだとを備え、
前記電極端子は、前記電極端子の前記はんだで接合される領域に、前記延伸方向に交差する面であって、前記先端面と反対側に向いた面を有する、半導体装置。 A semiconductor element;
An electrode terminal joined to the semiconductor element in a state of having a stretched part extending along the stretched direction, and abutting the front end surface of the stretched part in the stretched direction against the surface of the semiconductor element;
A solder for joining the semiconductor element and the electrode terminal;
The said electrode terminal is a semiconductor device which has a surface which cross | intersected the said extending | stretching direction in the area | region joined by the said solder of the said electrode terminal, and was suitable for the said other end side.
前記凹部に前記反対側に向いた面が形成されている、請求項1または2に記載の半導体装置。 A recess is formed on the side surface of the stretched portion,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface facing the opposite side is formed in the recess.
前記2つの側面の各々に凹部が形成され、
前記凹部に前記反対側に向いた面が形成されている、請求項1または2に記載の半導体装置。 The stretched portion has two side surfaces facing each other,
A recess is formed on each of the two side surfaces,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface facing the opposite side is formed in the recess.
前記貫通孔に前記反対側に向いた面が形成されている、請求項1または2に記載の半導体装置。 The stretched portion has a through-hole penetrating the stretched portion,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface facing the opposite side is formed in the through hole.
延伸方向に沿って伸びる延伸部分と、前記延伸部分の前記延伸方向の先端面と、前記延伸方向に交差する面であって前記先端面と反対側に向いた面とを有する電極端子を準備する工程と、
前記半導体素子の表面と前記電極端子の前記先端面とを突き合わすように配置した状態で前記半導体素子と前記電極端子とをはんだを用いて接合する工程とを備え、
前記接合する工程では、前記反対側に向いた面に前記はんだが付着するように接合する、半導体装置の製造方法。 Preparing a semiconductor element;
An electrode terminal having a stretched portion extending along the stretch direction, a tip surface in the stretch direction of the stretched portion, and a surface that intersects the stretch direction and faces away from the tip surface is prepared. Process,
A step of joining the semiconductor element and the electrode terminal using solder in a state where the surface of the semiconductor element and the tip surface of the electrode terminal are in contact with each other, and
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein, in the bonding step, bonding is performed so that the solder adheres to a surface facing the opposite side.
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