JP5518509B2

JP5518509B2 - Semiconductor device

Info

Publication number: JP5518509B2
Application number: JP2010015887A
Authority: JP
Inventors: 康亮池田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: JP2011155147A

Description

本発明は、半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device.

従来の半導体装置は、一部が開口した箱型のケース内に半導体チップを搭載したのち、通常はケース内部に絶縁性のゲル状樹脂（封止材）を充填して、収容する半導体チップを埋設している（例えば、特許文献１参照）。このような構造にすることによって、ケース内の収容物を物理的に、あるいは空気中の水分から保護している。 In a conventional semiconductor device, after mounting a semiconductor chip in a box-shaped case partly opened, an insulating gel resin (sealing material) is usually filled in the case, and the semiconductor chip to be accommodated It is buried (see, for example, Patent Document 1). By adopting such a structure, the contents in the case are protected physically or from moisture in the air.

また、封止材が絶縁性を備えることにより、半導体チップやこれに接続する配線等からの放電を防止し、装置の信頼性を高め破損を防ぐこととしている。 In addition, since the sealing material has an insulating property, discharge from the semiconductor chip or wiring connected to the semiconductor chip is prevented, and the reliability of the device is increased to prevent damage.

特開２００３−２１８２９８号公報JP 2003-218298 A

ところで、上記構成の半導体装置に対しては、信頼性試験として、急激な加熱冷却を繰り返す熱衝撃試験が実施される。この試験において半導体装置を急激に加熱すると、熱応力によって封止材表面に亀裂が生じやすかった。この結果は、半導体装置の使用により半導体チップが発熱すると、封止材に亀裂が生じるおそれがあることを示している。使用により生じる亀裂から半導体装置内部に水分の侵入を許すと、半導体装置の破損につながるため、装置に求められる高信頼性が得られないおそれがある。 By the way, a thermal shock test that repeats rapid heating and cooling is performed as a reliability test on the semiconductor device having the above configuration. In this test, when the semiconductor device was heated rapidly, the surface of the sealing material was likely to crack due to thermal stress. This result shows that when the semiconductor chip generates heat due to the use of the semiconductor device, the sealing material may be cracked. If moisture is allowed to enter the semiconductor device from cracks caused by use, the semiconductor device may be damaged, so that high reliability required for the device may not be obtained.

また、上記構成の半導体装置では、封止材を充填した上で、ケース開口部を閉じる蓋材を配設することがある。このような蓋材によって、ケース内への水分の侵入を防ぐとともに、封止材を外気に曝さないことにより封止材の劣化を防ぐ構成としている。 Further, in the semiconductor device having the above-described configuration, a lid member that closes the case opening may be disposed after the sealing material is filled. Such a lid material prevents moisture from entering the case and prevents the sealing material from deteriorating by not exposing the sealing material to outside air.

しかし、上述のように封止材が熱膨張すると、蓋材が押し上げられて変形し、蓋材の破損に繋がるおそれがある。すると、蓋材の破損部から装置内への水分侵入を許すこととなるため、装置の信頼性低下につながる。 However, when the sealing material is thermally expanded as described above, the lid material is pushed up and deformed, which may lead to damage to the lid material. As a result, moisture intrusion into the apparatus from the damaged portion of the lid material is allowed, leading to a decrease in the reliability of the apparatus.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、封止層の熱膨張による熱応力に起因した封止層の亀裂発生を抑制し、信頼性の向上を可能とする半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of cracks in the sealing layer due to thermal stress due to thermal expansion of the sealing layer and improving reliability. The purpose is to provide.

上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置は、半導体チップと、上方に開口部を有し前記半導体チップを内部に収容する収容ケースと、前記開口部を閉じる蓋材と、前記収容ケースの内部に充填されて前記半導体チップを埋設する封止層と、を有し、前記蓋材は、前記半導体チップと対向する面に、少なくとも前記半導体チップと平面的に重なり前記半導体チップ側に突出した凸状部が設けられており、前記凸状部は、前記半導体チップ側に円弧状に形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor chip, a housing case having an opening above and housing the semiconductor chip, a lid member for closing the opening, and the housing case A sealing layer embedded in the semiconductor chip and embedded in the semiconductor chip, and the lid member is at least planarly overlapped with the semiconductor chip on a surface facing the semiconductor chip and protrudes toward the semiconductor chip The protruding portion is formed in an arc shape on the semiconductor chip side .

この構成によれば、封止層に生じる熱応力に起因した封止層の亀裂発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。 According to this configuration, generation of cracks in the sealing layer due to thermal stress generated in the sealing layer can be suppressed, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

すなわち、封止層の半導体チップと平面的に重なる部分は、使用により半導体チップが発熱した場合に最も加熱されるため、相対的に最も熱膨張を生じる部分である。そのため、半導体チップと重なる封止層の表面が平坦であると、熱応力により大きな引張り力が生じ、当該引張り力によって封止層が裂け、表面から亀裂が生じると考えられる。 That is, the portion of the sealing layer that overlaps the semiconductor chip in a plane is the portion that generates the most thermal expansion because it is heated most when the semiconductor chip generates heat by use. Therefore, if the surface of the sealing layer overlapping the semiconductor chip is flat, it is considered that a large tensile force is generated due to thermal stress, the sealing layer is torn by the tensile force, and a crack is generated from the surface.

これに対して、本願発明の封止層は、半導体チップ側に凸状に形成された蓋材の形状に応じ、封止層が半導体チップ側に凹状に形成されている。そのため、封止層が熱膨張する際、蓋材と接する封止層表面では、封止層表面の凹部を縮める方向（圧縮方向）に変形するため、亀裂の原因となる引張り力が生じない。 In contrast, in the sealing layer of the present invention, the sealing layer is formed in a concave shape on the semiconductor chip side according to the shape of the lid formed in a convex shape on the semiconductor chip side. Therefore, when the sealing layer is thermally expanded, the surface of the sealing layer in contact with the lid member is deformed in a direction (compression direction) in which the concave portion on the surface of the sealing layer is contracted, so that a tensile force that causes a crack does not occur.

また、半導体チップを熱源として封止層に熱が伝導されることから、封止層内には半導体チップ周辺が最も温度が高く、半導体チップから遠ざかると温度が低下するという分布を生じることとなる。そのため、封止層の半導体チップと重ならない部分は、半導体チップの直上の部分と比べると温度が低くなり、発生する熱応力が小さく亀裂が発生し難い。
また、封止層において熱膨張による応力が集中する箇所が無くなるため、封止層の破損を防ぐことが可能となる。
Further, since heat is conducted to the sealing layer using the semiconductor chip as a heat source, the temperature around the semiconductor chip is highest in the sealing layer, and the temperature decreases as the distance from the semiconductor chip decreases. . Therefore, the temperature of the portion of the sealing layer that does not overlap the semiconductor chip is lower than that of the portion immediately above the semiconductor chip, and the generated thermal stress is small, so that cracks are unlikely to occur.
Moreover, since the location where the stress due to thermal expansion concentrates in the sealing layer is eliminated, it is possible to prevent the sealing layer from being damaged.

したがって、内側が凸状に形成された蓋材を用いて封止層の表面形状を所望の形とすることにより、熱応力に起因した封止層の亀裂発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。 Therefore, by using a cover material with an inner convex shape, the surface shape of the sealing layer is made to a desired shape, thereby suppressing the occurrence of cracks in the sealing layer due to thermal stress and a highly reliable semiconductor. It can be a device.

本発明においては、前記凸状部は、前記半導体チップと平面的に重ならない部分と比べて厚く形成されていることが望ましい。
このような構成を有する蓋材では、半導体チップと平面的に重なる部分の熱容量が大きくなる。半導体チップで発生した熱は、封止層を介して蓋材に伝わり、外部に放熱されることとなるが、蓋材の熱容量が大きいと加熱される封止層から相対的に温度が低い蓋材への熱移動が継続して生じやすい。すると、封止層の熱膨張そのものが抑制されることとなるため封止層に亀裂が発生しにくくなり、信頼性の高い半導体装置とすることが可能となる。 In the present invention, it is desirable that the convex portion is formed thicker than a portion that does not overlap the semiconductor chip in plan view.
In the lid member having such a configuration, the heat capacity of the portion overlapping the semiconductor chip in a plane is increased. The heat generated in the semiconductor chip is transmitted to the lid material through the sealing layer and is radiated to the outside. However, when the thermal capacity of the lid material is large, the lid has a relatively low temperature from the heated sealing layer. Heat transfer to the material is likely to continue. Then, since the thermal expansion of the sealing layer itself is suppressed, the sealing layer is hardly cracked, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

本発明においては、前記蓋材は、前記半導体チップと対向しない面が平坦面として形成されていることが望ましい。
この構成によれば、蓋材の半導体チップと対向しない面（外側の面）において他の構成と密着させて接合することができるため、蓋材の外側の面に設けられた構成によっても封止層の熱膨張による蓋材の変形を抑制することができ、封止層の亀裂発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。また、放熱板のような放熱部材を蓋材の外側の面に設けて冷却効率を高める場合には、放熱部材と蓋材とが密着するため放熱効率を高めることができる。 In the present invention, it is desirable that the lid member has a flat surface that does not face the semiconductor chip.
According to this configuration, the surface (outer surface) of the lid material that does not face the semiconductor chip can be brought into intimate contact with another configuration, so that the sealing is also achieved by the configuration provided on the outer surface of the lid material. The deformation of the lid material due to the thermal expansion of the layer can be suppressed, the occurrence of cracks in the sealing layer can be suppressed, and a highly reliable semiconductor device can be obtained. Further, when a heat radiating member such as a heat radiating plate is provided on the outer surface of the lid member to increase the cooling efficiency, the heat radiating member and the lid member are in close contact with each other, so that the heat radiating efficiency can be increased.

本発明においては、前記半導体チップの上面に一端が接続された接続端子を有し、前記蓋材は、前記封止層の材料よりも高い伝熱性を有する材料を用いて設けられ、前記接続端子が、前記蓋材と熱的に接続していることが望ましい。 In the present invention, the semiconductor chip has a connection terminal having one end connected to the upper surface of the semiconductor chip, the lid member is provided using a material having higher heat conductivity than the material of the sealing layer, and the connection terminal However, it is desirable to be thermally connected to the lid member.

この構成によれば、半導体チップで発生した熱は、接続端子を介して蓋材に伝わることとなる。蓋材は封止層よりも高い熱伝導性を有しているため、半導体チップで発生した熱が封止層を介して放熱されていた従来の構造と比べ、封止層側からの効率的な放熱を可能とし、装置全体として放熱効率を向上させることができる。 According to this configuration, heat generated in the semiconductor chip is transmitted to the lid member via the connection terminal. Since the lid material has higher thermal conductivity than the sealing layer, it is more efficient from the sealing layer side than the conventional structure in which the heat generated in the semiconductor chip is dissipated through the sealing layer. Heat dissipation can be achieved, and the heat dissipation efficiency of the entire apparatus can be improved.

ここで「熱的に接続」とは、接続端子が蓋材に接しており、両者の間で直接熱伝導を行う構成、または、接続端子と蓋材との間に封止層の材料よりも高い伝熱性を有する材料で形成された部材が配設され、当該部材を介して接続端子と蓋材との間で間接的に熱伝導を行う構成をさしている。 Here, “thermally connected” means that the connection terminal is in contact with the lid member and directly conducts heat between the two, or the material of the sealing layer between the connection terminal and the lid member. A member formed of a material having high heat conductivity is disposed, and a structure is provided in which heat conduction is indirectly performed between the connection terminal and the lid member via the member.

本発明においては、前記蓋材における第１の領域において前記蓋材と熱的に接続する第１の前記接続端子と、前記蓋材における前記第１の領域とは異なる第２の領域において、前記蓋材と熱的に接続する第２の前記接続端子とを有し、平面視において、前記第２の領域は前記第１の領域よりも前記半導体チップから離れており、前記第２の接続端子における高さ方向の頂点位置は、前記第１の接続端子における高さ方向の頂点位置よりも高く設けられ、各頂点位置において前記蓋材と熱的に接続していることが望ましい。 In the present invention, the first connection terminal that is thermally connected to the lid member in the first region of the lid member, and the second region different from the first region of the lid member, A second connecting terminal thermally connected to the lid member, and the second region is farther from the semiconductor chip than the first region in a plan view, and the second connecting terminal It is desirable that the apex position in the height direction is higher than the apex position in the height direction of the first connection terminal, and is thermally connected to the lid member at each apex position.

この構成によれば、複数の接合端子を介して放熱することができるため、放熱効率を高めることができる。 According to this configuration, since heat can be radiated through the plurality of junction terminals, the heat radiation efficiency can be increased.

また、蓋材に設けられる凸状部は、凸状部の半導体チップ側へ突出する高さは、凸状部の場所によって異なるが、半導体チップと平面的に重なって設けられるため、平面視で半導体チップに近いほど突出する高さが高くなっていることが想定される。この構成によれば、半導体チップから離れた位置の接続端子ほど頂点位置が高くなっているため、凸状部の高さが異なっていても、接続端子と蓋材との熱的な接続が確実となる。 In addition, the height of the convex portion provided on the cover material that protrudes toward the semiconductor chip side of the convex portion varies depending on the location of the convex portion, but is provided so as to overlap with the semiconductor chip in plan view. It is assumed that the closer to the semiconductor chip, the higher the protruding height. According to this configuration, since the apex position is higher as the connection terminal is located farther from the semiconductor chip, the thermal connection between the connection terminal and the lid is reliable even if the height of the convex portion is different. It becomes.

本発明においては、前記収容ケースは、前記半導体チップを配置する面の下側に放熱板を有することが望ましい。
この構成によれば、封止層側からの放熱に加え、半導体チップを配置する面からの放熱も容易となるため、封止層の熱膨張を抑制し、熱応力による亀裂発生を抑えた信頼性の高い半導体装置とすることができる。 In the present invention, it is desirable that the housing case has a heat radiating plate below a surface on which the semiconductor chip is arranged.
According to this configuration, in addition to the heat radiation from the sealing layer side, the heat radiation from the surface on which the semiconductor chip is arranged is facilitated, so that the thermal expansion of the sealing layer is suppressed, and the occurrence of cracks due to thermal stress is suppressed. A highly reliable semiconductor device can be obtained.

本発明の半導体装置によれば、封止層に生じる熱応力に起因した封止層の亀裂発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置とすることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the generation of cracks in the sealing layer due to the thermal stress generated in the sealing layer can be suppressed, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

本発明の実施形態に係る半導体装置の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the modification of embodiment of this invention.

以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の実施形態に係る半導体装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。 Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.

図１は、本実施形態の半導体装置１Ａの平面図であり、図２は、図１の線分Ａ−Ａにおける概略断面図である。 FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device 1A of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図１，２に示すように、本実施形態に係る半導体装置１Ａは、半導体チップ２および半導体チップ２が配置される基板３と、これらを内部に収容する収容ケース４と、半導体チップ２に一端が接続され、上方（高さ方向）に屈曲して設けられた接続端子６と、接続端子６の上部に設けられた熱伝導層７と、熱伝導層７に接して設けられた蓋材８と、収容ケース４の内壁と蓋材８とで囲まれた空間に充填され、半導体チップ２、セラミック基板３及び接続端子６を埋設する封止層９と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device 1 A according to the present embodiment includes a semiconductor chip 2, a substrate 3 on which the semiconductor chip 2 is disposed, a housing case 4 that houses them, and one end on the semiconductor chip 2. Are connected and bent upward (in the height direction), the connecting terminal 6, the heat conductive layer 7 provided on the upper part of the connecting terminal 6, and the lid 8 provided in contact with the heat conductive layer 7. And a sealing layer 9 filled in the space surrounded by the inner wall of the housing case 4 and the lid member 8 and embedding the semiconductor chip 2, the ceramic substrate 3 and the connection terminals 6.

基板３は、セラミックスを形成材料とする基板本体３ａと、基板本体３ａの上面に設けられた配線パターン３ｂと、を有している。図では、２つの配線パターン３ｂが形成されているものとして示しており、これらは互いに離間して形成されている。 The substrate 3 has a substrate body 3a made of ceramics as a forming material, and a wiring pattern 3b provided on the upper surface of the substrate body 3a. In the drawing, two wiring patterns 3b are shown as being formed, and these are formed apart from each other.

収容ケース４は、上面４１ａに基板３及び半導体チップ２を順番に積層する平面視矩形板状の底壁板部４１と、底壁板部４１の上面４１ａの周縁から上方に延びて平面視矩形環状に形成された周壁部４２とを備えた箱型に形成されている。なお、収容ケース４の内部とは、底壁板部４１と周壁部１２とによって囲繞される空間部分を示している。 The housing case 4 has a rectangular plate-like bottom wall plate portion 41 in which the substrate 3 and the semiconductor chip 2 are sequentially stacked on the upper surface 41a, and a rectangular shape in a plan view extending upward from the periphery of the upper surface 41a of the bottom wall plate portion 41. It is formed in a box shape provided with a peripheral wall portion 42 formed in an annular shape. The inside of the housing case 4 indicates a space portion surrounded by the bottom wall plate portion 41 and the peripheral wall portion 12.

底壁板部４１は、半導体チップ２において生じる熱を外方に放熱させる放熱板としての機能を有している。底壁板部４１の形成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、タングステン、モリブデン等のように、放熱性（熱伝導性）の高い材料を用いることができ、更に表面にＮｉメッキを施したものでもよい。底壁板部４１の外側には、更に放熱用のヒートシンクを設けることもできる。もちろん、底壁板部４１に放熱機能を持たせない構成を採用することもできる。 The bottom wall plate portion 41 has a function as a heat radiating plate that radiates heat generated in the semiconductor chip 2 outward. As a material for forming the bottom wall plate portion 41, for example, a material having high heat dissipation (thermal conductivity) such as copper (Cu), tungsten, molybdenum or the like can be used, and the surface is plated with Ni. It may be a thing. A heat sink for heat dissipation can be further provided outside the bottom wall plate portion 41. Of course, the structure which does not give the heat-radiating function to the bottom wall board part 41 is also employable.

周壁部４２は、電気的な絶縁性、及び収容ケース４としての剛性を有しており、形成材料としては、例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。これらには、必要に応じてガラスフィラーやシリカ等の添加剤を加えることとしても良い。周壁部４２には、複数の外部接続端子５が封止されている。 The peripheral wall portion 42 has electrical insulation and rigidity as the housing case 4, and a resin material such as an epoxy resin or a urethane resin can be used as a forming material. It is good also as adding additives, such as a glass filler and a silica, to these as needed. A plurality of external connection terminals 5 are sealed on the peripheral wall portion 42.

外部接続端子５は、導電性部材を断面視Ｌ字状に屈曲させて形成されており、一端が周壁部４２内において上方に延びるように配されると共に、他端が収容ケース４の内部に露出するように配されている。 The external connection terminal 5 is formed by bending a conductive member in an L shape in cross section, and is arranged so that one end extends upward in the peripheral wall portion 42 and the other end is inside the housing case 4. It is arranged to be exposed.

接続端子６は、導電性材料を用いて帯状に形成されており、半導体チップ２、配線パターン３ｂ、外部接続端子５の表面とハンダなどの接合部材と介して接続されている。これにより、半導体チップ２の上面と配線パターン３ｂ、あるいは配線パターン３ｂと外部接続端子５を電気的に接続している。 The connection terminal 6 is formed in a strip shape using a conductive material, and is connected to the surface of the semiconductor chip 2, the wiring pattern 3 b, and the external connection terminal 5 via a bonding member such as solder. Thereby, the upper surface of the semiconductor chip 2 and the wiring pattern 3b, or the wiring pattern 3b and the external connection terminal 5 are electrically connected.

接続端子６の形成材料としては、通常の配線材料として用いるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）のような金属単体や、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）合金やＣｕ−Ｗ（タングステン）合金のような合金等の金属材料を用いることができる。また、帯状の接続端子６は半導体装置１Ａの高さ方向に屈曲しており、複数の接続端子６における高さ方向の頂点位置が、半導体チップ２に近いもの（符号６ａ）ほど低く、半導体チップ２から離れるもの（符号６ｂ）ほど高くなっている。もちろん、接続端子６は湾曲していても良く、半導体チップ２から離れた位置の接続端子６の頂点位置が、半導体チップ２に近接した接続端子６の頂点位置よりも低い構成であってもよい。 As a forming material of the connection terminal 6, a simple metal such as Cu (copper) or Al (aluminum) used as a normal wiring material, an alloy such as Cu-Mo (molybdenum) alloy or Cu-W (tungsten) alloy. A metal material such as can be used. Further, the strip-like connection terminals 6 are bent in the height direction of the semiconductor device 1A, and the apex positions in the height direction of the plurality of connection terminals 6 are lower as they are closer to the semiconductor chip 2 (reference numeral 6a). The distance from 2 (symbol 6b) is higher. Of course, the connection terminal 6 may be curved, and the apex position of the connection terminal 6 at a position away from the semiconductor chip 2 may be lower than the apex position of the connection terminal 6 close to the semiconductor chip 2. .

接続端子６は、蓋材８の半導体チップ２に対向する面（内面）に、熱伝導層７を介して熱的に接続している。接続端子６が蓋材８に直接接する構成とすることもできるが、その場合には短絡を防ぐために蓋材８の材料を絶縁性の材料とする必要がある。 The connection terminal 6 is thermally connected to the surface (inner surface) facing the semiconductor chip 2 of the lid member 8 via the heat conductive layer 7. The connection terminal 6 may be in direct contact with the lid member 8, but in that case, the lid member 8 needs to be made of an insulating material in order to prevent a short circuit.

熱伝導層７は、複数の接続端子６の頂点位置にそれぞれ設けられている。本実施形態の半導体装置１Ａでは、各接続端子６の頂点位置がすべて等しいため、それぞれの熱伝導層７は同じ厚さに形成されている。接続端子６の頂点位置が異なる場合には、熱伝導層７の厚さを変えることにより、各接続端子６に設けられた熱伝導層７の上部での位置を良好に揃える構成とすると良い。 The heat conductive layer 7 is provided at each vertex position of the plurality of connection terminals 6. In the semiconductor device 1A of this embodiment, since the vertex positions of the connection terminals 6 are all equal, the heat conductive layers 7 are formed to have the same thickness. When the apex positions of the connection terminals 6 are different, it is preferable that the positions of the upper portions of the heat conduction layers 7 provided on the connection terminals 6 are well aligned by changing the thickness of the heat conduction layer 7.

熱伝導層７の形成材料としては、絶縁性を有し且つ高熱伝導性を有する材料を採用することができ、高い熱伝導性が付与された樹脂材料が好適である。熱伝導層７の熱伝導性は、封止層９の形成材料よりも高いことが好ましい。このような材料としては、例えば、日立化成工業株式会社製の「ハイセット」を採用することができる。 As a material for forming the heat conductive layer 7, a material having insulating properties and high heat conductivity can be employed, and a resin material imparted with high heat conductivity is preferable. The thermal conductivity of the heat conductive layer 7 is preferably higher than the material for forming the sealing layer 9. As such a material, for example, “High Set” manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. can be adopted.

蓋材８は、複数の熱伝導層７に接するように配置されている。蓋材８が配置されていることにより、半導体装置１Ａの内部構造が外部から視認できないように隠すことができ、装置のデザイン性を高めることができる。 The lid member 8 is disposed so as to be in contact with the plurality of heat conductive layers 7. By disposing the lid member 8, the internal structure of the semiconductor device 1A can be hidden so that it cannot be seen from the outside, and the design of the device can be improved.

蓋材８の内面（封止層９に接する面）には、半導体チップと平面的に重なる部分に、内側に突出する凸状部８Ａが設けられている。凸状部８Ａは、断面形状が階段状になるように設けられていても良く、断面形状が円弧状となるように設けられていても良い。図では、階段状の凸状部８Ａを有する蓋材８を採用している。 On the inner surface (the surface in contact with the sealing layer 9) of the lid member 8, a convex portion 8 A that protrudes inward is provided in a portion overlapping the semiconductor chip in a plan view. 8 A of convex parts may be provided so that cross-sectional shape may become step shape, and may be provided so that cross-sectional shape may become circular arc shape. In the figure, a lid member 8 having a stepped convex portion 8A is employed.

蓋材８の外面（半導体チップ２に対向しない面）は、平坦なものとして形成すると、たとえば、半導体装置１Ａを蓋材８側から他の部材に接合させるときに、容易に隙間なく密着させることができる。隙間が空いていると、隙間の分だけ蓋材８の変形を許容してしまうが、他の部材と密着させると、封止層９の熱膨張による蓋材８の変形を抑制することができ、封止層９の亀裂発生を抑制することができる。また、放熱部材を蓋材８の外面に設けて装置の冷却効率を高める場合には、放熱部材と蓋材８とが密着するため放熱効率を高めることができる。もちろん、蓋材８の外面が平坦ではない構成も採用可能である。 When the outer surface of the lid member 8 (the surface not facing the semiconductor chip 2) is formed to be flat, for example, when the semiconductor device 1A is joined to another member from the lid member 8 side, the lid member 8 is easily brought into close contact with no gap. Can do. If there is a gap, the deformation of the lid member 8 is allowed by the amount of the gap, but if it is in close contact with another member, the deformation of the lid member 8 due to the thermal expansion of the sealing layer 9 can be suppressed. In addition, generation of cracks in the sealing layer 9 can be suppressed. Further, when the heat dissipation member is provided on the outer surface of the lid member 8 to increase the cooling efficiency of the apparatus, the heat dissipation efficiency can be increased because the heat dissipation member and the lid member 8 are in close contact with each other. Of course, a configuration in which the outer surface of the lid member 8 is not flat may be employed.

さらに、凸状部８Ａは、半導体チップ２と平面的に重ならない部分と比べて厚く形成されていることが望ましい。蓋材８の熱容量が大きくなるため、半導体チップ２に加熱される封止層９から、相対的に温度が低い蓋材８への熱移動が継続して生じやすい。すると、封止層９の熱膨張そのものが抑制されることとなるため、封止層９に亀裂が発生しにくくなる。 Furthermore, it is desirable that the convex portion 8A is formed thicker than a portion that does not overlap the semiconductor chip 2 in plan view. Since the heat capacity of the lid member 8 is increased, heat transfer from the sealing layer 9 heated by the semiconductor chip 2 to the lid member 8 having a relatively low temperature tends to continue. Then, since the thermal expansion itself of the sealing layer 9 is suppressed, the sealing layer 9 is hardly cracked.

このような蓋材８は、封止層９の形成材料よりも高い形成材料を用いて設けられており、例えば、セラミックスや金属材料を用いることができる。蓋材８の形成材料として金属材料を選択したとしても、蓋材８に接する周壁部４２や熱伝導層７の形成材料が絶縁性を有しているため、内部の配線パターン３ｂや接続端子６と導通することはない。また、蓋材８には、複数の貫通孔８ａ（図１では４つ）が設けられている。貫通孔８ａは、収容ケース４内に蓋材８を配置した場合に、接続端子６と平面的に重ならない位置に設けられている。 Such a lid member 8 is provided using a higher forming material than the forming material of the sealing layer 9, and for example, ceramics or a metal material can be used. Even if a metal material is selected as a material for forming the lid member 8, since the material for forming the peripheral wall portion 42 and the heat conductive layer 7 in contact with the lid member 8 has insulating properties, the internal wiring pattern 3 b and the connection terminal 6 are used. And do not conduct. The lid member 8 is provided with a plurality of through holes 8a (four in FIG. 1). The through hole 8 a is provided at a position that does not overlap the connection terminal 6 in a plan view when the lid member 8 is disposed in the housing case 4.

このような形状の蓋材８に対し、接続端子６は複数箇所で熱的に接続している。接続端子６のうち、半導体チップ２に近い位置に配設された接続端子６ａは、凸状部８Ａの頂部ＡＲ１で蓋材８と接続しており、半導体チップ２から遠い位置に配設された接続端子６ｂは、凸状部８Ａの周辺部ＡＲ２で蓋材８と接続している。すなわち、周辺部ＡＲ２は頂部ＡＲ１よりも半導体チップ２からの高さ方向の位置が高いため、蓋材の形状に合わせて接続端子６の頂点位置を変更することにより、接続端子６と蓋材８との確実な接続を実現している。 The connection terminal 6 is thermally connected to the lid member 8 having such a shape at a plurality of locations. Among the connection terminals 6, the connection terminal 6 a disposed near the semiconductor chip 2 is connected to the lid member 8 at the top AR 1 of the convex portion 8 A and disposed far from the semiconductor chip 2. The connection terminal 6b is connected to the lid member 8 at the peripheral portion AR2 of the convex portion 8A. That is, since the peripheral part AR2 is higher in the height direction from the semiconductor chip 2 than the top part AR1, the connection terminal 6 and the cover material 8 are changed by changing the apex position of the connection terminal 6 according to the shape of the cover material. A reliable connection is realized.

封止層９は、電気的な絶縁性を有する高分子ゲル（封止材）を形成材料として、収容ケース４と蓋材８とで囲繞された空間を充填している。封止層９の形成材料としては、例えばシリコーンゲルが挙げられる。 The sealing layer 9 is filled with a space surrounded by the housing case 4 and the lid member 8 by using a polymer gel (sealing material) having electrical insulation as a forming material. As a material for forming the sealing layer 9, for example, silicone gel is used.

このような構成の半導体装置１Ａでは、使用により半導体チップ２が発熱した場合における、封止層９の亀裂発生を抑制することができる。 In the semiconductor device 1A having such a configuration, the occurrence of cracks in the sealing layer 9 when the semiconductor chip 2 generates heat due to use can be suppressed.

すなわち、封止層９の半導体チップ２と平面的に重なる部分では、使用により半導体チップ２が発熱した場合に最も加熱されるため、相対的に最も熱膨張を生じる。そのため、半導体チップ２と重なる封止層９の表面が平坦であると、熱応力により大きな引張り力が生じ、当該引張り力によって封止層９が裂け、表面から亀裂が生じると考えられる。 That is, in the portion of the sealing layer 9 that overlaps the semiconductor chip 2 in a plane, the semiconductor chip 2 is heated most when it is used, so that the thermal expansion occurs relatively most. Therefore, if the surface of the sealing layer 9 that overlaps the semiconductor chip 2 is flat, it is considered that a large tensile force is generated by thermal stress, the sealing layer 9 is torn by the tensile force, and a crack is generated from the surface.

これに対して、本実施形態の封止層９は、半導体チップ２側に階段状に形成された蓋材８の凸状部８Ａの形状に応じ、封止層９が半導体チップ２側に凹状に形成されている。そのため、封止層９が熱膨張する際、蓋材８と接する封止層９表面では、封止層９表面の凹部を縮める方向（圧縮方向）に変形するため、亀裂の原因となる引張り力が生じにくい。 On the other hand, the sealing layer 9 of the present embodiment has a concave shape on the semiconductor chip 2 side in accordance with the shape of the convex portion 8A of the lid member 8 formed stepwise on the semiconductor chip 2 side. Is formed. Therefore, when the sealing layer 9 is thermally expanded, the surface of the sealing layer 9 in contact with the lid member 8 is deformed in a direction (compression direction) in which the concave portion on the surface of the sealing layer 9 is contracted, so that a tensile force that causes a crack is generated. Is unlikely to occur.

また、半導体チップ２を熱源として封止層９に熱が伝導されることから、封止層９内には半導体チップ２周辺が最も温度が高く、半導体チップ２から遠ざかると温度が低下するという分布を生じる。そのため、封止層９の半導体チップ２と重ならない部分では、半導体チップ２の直上の部分と比べると温度が低くなり、発生する熱応力が小さい。したがって、封止層９の表面に凹部を形成しなくても亀裂が発生し難くなっている。 In addition, since heat is conducted to the sealing layer 9 using the semiconductor chip 2 as a heat source, the temperature around the semiconductor chip 2 is highest in the sealing layer 9, and the temperature decreases as the distance from the semiconductor chip 2 increases. Produce. Therefore, the temperature of the portion of the sealing layer 9 that does not overlap the semiconductor chip 2 is lower than that of the portion immediately above the semiconductor chip 2 and the generated thermal stress is small. Therefore, it is difficult for cracks to occur even if a recess is not formed on the surface of the sealing layer 9.

以上のことから、内側が凸状に形成された蓋材８を用いて封止層９の表面形状を凹状に形成することにより、熱応力に起因した封止層９の亀裂発生を抑制することができる。 From the above, the formation of a surface of the sealing layer 9 in a concave shape by using the lid member 8 formed with a convex inside prevents the occurrence of cracks in the sealing layer 9 due to thermal stress. Can do.

また、半導体チップ２で発生した熱は、直接または配線パターン３ｂを介して接続端子６に伝わり、熱伝導層７を介して蓋材８に伝わることとなる。接続端子６、熱伝導層７および蓋材８は、封止層９よりも高い熱伝導性を有しているため、半導体チップ２で発生した熱が封止層９を介して放熱されていた従来の構造と比べ、効率的に放熱されることとなる。すると、封止層９側からの放熱が促進され、半導体装置１Ａ全体として放熱効率が向上することとなる。すると、封止層９の熱膨張による体積変化自体を抑制することができるため、封止層９の亀裂発生を抑えることができる。 Further, the heat generated in the semiconductor chip 2 is transmitted to the connection terminal 6 directly or via the wiring pattern 3 b and is transmitted to the lid member 8 via the heat conductive layer 7. Since the connection terminal 6, the heat conductive layer 7, and the lid member 8 have higher thermal conductivity than the sealing layer 9, the heat generated in the semiconductor chip 2 was dissipated through the sealing layer 9. As compared with the conventional structure, the heat is efficiently radiated. Then, heat dissipation from the sealing layer 9 side is promoted, and the heat dissipation efficiency is improved as a whole of the semiconductor device 1A. Then, since the volume change itself due to the thermal expansion of the sealing layer 9 can be suppressed, the generation of cracks in the sealing layer 9 can be suppressed.

図３は、本実施形態の半導体装置１Ａの製造方法を示す工程図であり、図２に対応する図である。 FIG. 3 is a process diagram showing the method for manufacturing the semiconductor device 1A of the present embodiment, and corresponds to FIG.

まず、図３（ａ）に示すように、収容ケース４内に基板３および基板３上に実装された半導体チップ２を収容し、接続端子６を高さ方向に湾曲させて半導体チップ２と配線パターン３ｂ、配線パターン３ｂと外部接続端子５との電気的導通を行う。そして、接続端子６の頂上部付近に熱伝導層７を設ける。接続端子６ａと接続端子６ｂとは頂点位置が異なっており、後の工程で配置する蓋材の内面の高さ位置よりも高くなっている。 First, as shown in FIG. 3A, the substrate 3 and the semiconductor chip 2 mounted on the substrate 3 are housed in the housing case 4, and the connection terminals 6 are bent in the height direction to connect the semiconductor chip 2 and the wiring. The pattern 3b, the wiring pattern 3b, and the external connection terminal 5 are electrically connected. A heat conductive layer 7 is provided near the top of the connection terminal 6. The connection terminal 6a and the connection terminal 6b have different apex positions and are higher than the height position of the inner surface of the lid member to be arranged in a later step.

次いで、図３（ｂ）に示すように、収容ケース４の開口部４Ａを覆うように蓋材８を配置する。蓋材８を配置する際には、蓋材８が熱伝導層７に当接しながら接続端子６を押し下げるため、自然に蓋材８と熱伝導層７とが密着した状態となる。 Next, as illustrated in FIG. 3B, the lid member 8 is disposed so as to cover the opening 4 A of the housing case 4. When the lid member 8 is arranged, the lid member 8 pushes down the connection terminal 6 while being in contact with the heat conduction layer 7, so that the lid member 8 and the heat conduction layer 7 are naturally in close contact with each other.

次いで、図３（ｃ）に示すように、蓋材８に設けられた不図示の貫通孔から、シリコーンゲルを注入し、封止層９を形成する。貫通孔は複数もうけられているため、少なくとも一つの貫通孔からはシリコーンゲルの注入を行わないようにして、シリコーンゲルの注入を行わない貫通孔から注入部分の空気を抜きながらシリコーンゲルの注入を行う。 Next, as shown in FIG. 3C, silicone gel is injected from a through hole (not shown) provided in the lid member 8 to form a sealing layer 9. Since there are a plurality of through-holes, do not inject silicone gel from at least one through-hole, and inject silicone gel while venting air from the through-hole not injecting silicone gel. Do.

シリコーンゲルを蓋材８に密着するまで注入することにより、形成される封止層９は、蓋材８の内面形状と相補的な形状である凹形状となる。シリコーンゲルの注入が終了すると、必要に応じて貫通孔を別部材で閉じ、封止層９が外気に触れないようにすることとしても良い。
本実施形態の半導体装置１Ａは、以上のようにして製造する。 By injecting the silicone gel into close contact with the lid member 8, the formed sealing layer 9 has a concave shape that is complementary to the inner surface shape of the lid member 8. When the injection of the silicone gel is completed, the through hole may be closed with another member as necessary so that the sealing layer 9 does not touch the outside air.
The semiconductor device 1A of the present embodiment is manufactured as described above.

以上のような構成の本実施形態の半導体装置１Ａでは、封止層９に生じる熱応力に起因した封止層９の亀裂発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置１Ａとすることができる。 In the semiconductor device 1A of the present embodiment configured as described above, the generation of cracks in the sealing layer 9 due to the thermal stress generated in the sealing layer 9 can be suppressed, and a highly reliable semiconductor device 1A can be obtained.

なお、本実施形態の半導体装置１Ａでは、収容ケース４から装置上方に向けて外部接続端子５が配設されている構成としたが、本発明はこのような構成の半導体装置に限るものではない。 In the semiconductor device 1A of the present embodiment, the external connection terminal 5 is disposed from the housing case 4 toward the upper side of the device, but the present invention is not limited to the semiconductor device having such a configuration. .

図４は、本発明の変形例に係る半導体装置１Ｂの断面図である。本実施形態の半導体装置１Ｂは、第１実施形態の半導体装置１Ａと一部共通しており、異なるのは、半導体装置１Ｂが、半導体装置１Ａの外部接続端子５に代えて、基板３から底壁板部４１を貫通して装置下方に向けて外部接続端子５０が配設されている面実装タイプの半導体装置であることである。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device 1B according to a modification of the present invention. The semiconductor device 1B of the present embodiment is partially in common with the semiconductor device 1A of the first embodiment. The difference is that the semiconductor device 1B replaces the external connection terminal 5 of the semiconductor device 1A from the substrate 3 with the bottom. That is, the semiconductor device is a surface mount type semiconductor device in which the external connection terminals 50 are disposed through the wall plate portion 41 toward the lower side of the device.

半導体装置１Ｂは、複数の外部接続端子５０を有しており、各外部接続端子５０は、基板本体３ａを介して配線パターン３ｂと接続されている。このような外部接続端子５０を有する半導体装置１Ｂでは、装置下方（底壁板部４１側）で他のプリント基板等と接続する面実装が可能となっている。 The semiconductor device 1B has a plurality of external connection terminals 50, and each external connection terminal 50 is connected to the wiring pattern 3b via the substrate body 3a. In the semiconductor device 1 B having such external connection terminals 50, surface mounting that can be connected to another printed circuit board or the like below the device (on the bottom wall plate portion 41 side) is possible.

このような構成の半導体装置１Ｂであっても、蓋材８の内面に設けられた凸状部８Ａにより、封止層９の上面が凹状に形成されているため、封止層９に生じる熱応力に起因した封止層９の亀裂発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置１Ｂとすることができる。 Even in the semiconductor device 1 B having such a configuration, since the upper surface of the sealing layer 9 is formed in a concave shape by the convex portion 8 A provided on the inner surface of the lid member 8, the heat generated in the sealing layer 9. Generation of cracks in the sealing layer 9 due to stress can be suppressed, and a highly reliable semiconductor device 1B can be obtained.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

１Ａ，１Ｂ…半導体装置、２…半導体チップ、４…収容ケース、４Ａ…開口部、４１…放熱板（底壁板部）、４３…凹部、６，６ａ，６ｂ…接続端子、７…熱伝導層、８…蓋材、８Ａ…凸状部、８ａ…貫通孔、９…封止層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Semiconductor device, 2 ... Semiconductor chip, 4 ... Housing case, 4A ... Opening part, 41 ... Heat sink (bottom wall board part), 43 ... Recessed part, 6, 6a, 6b ... Connection terminal, 7 ... Heat conduction Layer, 8 ... cover material, 8A ... convex portion, 8a ... through hole, 9 ... sealing layer

Claims

A semiconductor chip;
A housing case having an opening above and housing the semiconductor chip therein;
A lid that closes the opening;
A sealing layer filled in the housing case and embedded in the semiconductor chip,
The lid member is provided with a convex portion that overlaps at least the semiconductor chip in a plane and protrudes toward the semiconductor chip on the surface facing the semiconductor chip ,
The convex portion is formed in an arc shape on the semiconductor chip side .

The semiconductor device according to claim 1, wherein the convex portion is formed thicker than a portion that does not overlap the semiconductor chip in a planar manner.

3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lid member has a flat surface that does not face the semiconductor chip. 4.

A connection terminal having one end connected to the upper surface of the semiconductor chip;
The lid member is provided using a material having higher heat conductivity than the material of the sealing layer,
The connection terminal is a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that connected to the cover member and the thermal.

The first connection terminal thermally connected to the lid member in the first region of the lid member;
In the second region different from the first region in the lid member, the second connection terminal thermally connected to the lid member,
In plan view, the second region is farther from the semiconductor chip than the first region,
The vertex position in the height direction of the second connection terminal is provided higher than the vertex position in the height direction of the first connection terminal, and is thermally connected to the lid member at each vertex position. The semiconductor device according to claim 4 .

The accommodating case, the semiconductor device according to any one of claims 1 5, characterized in that it comprises a heat sink for heat radiation on the lower surface of placing said semiconductor chip.