JP5588766B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
この種の半導体装置においては、樹脂として、エポキシ樹脂等のような硬質樹脂を使用することが多いが、例えば特許文献1のように、シリコーン樹脂等のように流動性を有する柔らかい軟質樹脂を使用することもある。
ここで、半導体チップ等を封止する樹脂が硬質樹脂である場合、ワイヤが断線しても、硬質樹脂がワイヤの断線部分の離間を阻害して、この断線部分の接触状態が保持されてしまう、あるいは、断線部分の隙間が微小となる。その結果として、ワイヤの断線部分には、放電等によって電流が断続的に流れ続けてしまい、そのエネルギーによって断線部分周りの硬質樹脂が発火する場合がある。
また、軟質樹脂層をなす軟質樹脂材料は、常に流動性を有していなくてもよく、少なくともワイヤの断線時に流動性を有していればよい。言い換えれば、流動性を有する軟質樹脂材料とは、常に流動性を有する樹脂材料に限らず、ワイヤの断線時に生じる断線エネルギー等の外力を受けることで流動性を有する樹脂材料も含んでいる。
この状態においては、ワイヤの断線部分の隙間に軟質樹脂材料が入り込んでいることで、断線部分に放電が生じることが無い。したがって、ワイヤの断線部分周りの硬質樹脂層の、断線エネルギーや放電等による発火を防止することができる。
また、前記半導体装置においては、前記硬質樹脂層の側部が枠体によって覆われていてもよい。
これらの構成では、ワイヤの断線時に硬質樹脂層に生じる亀裂が硬質樹脂層の側部に到達したとしても、硬質樹脂層の側部が上側硬質樹脂層や枠体によって囲まれていることで、この亀裂によって生じる硬質樹脂層の破片が硬質樹脂層の側部から外方に飛び散ることを防止することができる。言い換えれば、硬質樹脂層の側部に到達する亀裂に基づいて発生する破片を、確実に軟質樹脂層に入り込ませることができる。
なお、ゲル状の樹脂材料自体は、所定値以上の外力を受けない限り、流動性を有さないが、上記構成では、ワイヤの断線時に生じる断線エネルギーに基づいて軟質樹脂層が細かな破片に細分化される等して、軟質樹脂層をなす軟質樹脂材料が流動性を有することになる。したがって、軟質樹脂材料がゲル状であっても、前述したように、ワイヤの断線時に、軟質樹脂材料が亀裂から硬質樹脂層側に入り込んで、ワイヤの断線部分の隙間に到達することは十分に可能である。
この構成では、半導体チップにおいて生じた熱を、熱伝導率の高い半田及びヒートシンクを介して効率よく放熱することができるため、半導体チップの温度上昇を抑えることができる。
また、配置板と半導体チップとを接合する接合剤にクラックが発生することも抑制できるため、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
以下、図1,2を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図1に示すように、この実施形態に係る半導体装置1は、上方に開口する箱状に形成された第一収容ケース2と、第一収容ケース2内に収容される半導体モジュール3と、第一収容ケース2内に充填されて半導体モジュール3を埋設する埋設樹脂層(上側硬質樹脂層)4とを備えて大略構成されている。
半導体モジュール3は、基板11の上面11aに板状のヒートシンク(配置板)12及び半導体チップ13を順番に積層した上で、半導体チップ13と接続端子14とをワイヤ15によって電気接続して大略構成されている。また、基板11の上面11aには、ヒートシンク12及び半導体チップ13を囲繞する枠体16が立設されており、これら基板11及び枠体16によって、上方に開口してヒートシンク12及び半導体チップ13を収容する第二収容ケース17が構成されている。なお、前述した接続端子14は枠体16に設けられている。
また、板状のヒートシンク12は、例えば、銅(Cu)、タングステン、モリブデン等の放熱性の高い材料によって板状に形成されている、あるいは、これに加えて例えばNiメッキを施して形成されている。このヒートシンク12は、接合剤(不図示)を介して基板11の上面11aに固定されている。
ワイヤ15は、その両端が半導体チップ13及び接続端子14の上面に接合され、半導体チップ13と接続端子14との間でこれらの上方側に膨らむアーチ状に形成されている。
硬質樹脂層21は、例えばエポキシ系樹脂等の硬質樹脂材料からなり、基板11の上面11a、ヒートシンク12の側部及び上面12a、半導体チップ13、接続端子14及びワイヤ15を封止している。ここで、硬質樹脂層21内に埋設されたワイヤ15から硬質樹脂層21と軟質樹脂層22との界面までの距離は、ワイヤ15の断線時に発生するエネルギー(断線エネルギー)に基づいて硬質樹脂層21に生じる亀裂が軟質樹脂層22との界面まで到達するように設定されている。
なお、軟質樹脂層22が流動性を有することは、常に流動性を有することを意味するものではなく、少なくともワイヤ15の断線時に流動性を有していればよい。例えば、シリコーン系樹脂をはじめとするゲル状の樹脂材料自体は、所定値以上の外力を受けない限り流動性を有さないが、ワイヤ15の断線時に生じる断線エネルギーに基づいて細かな破片に細分化される等して、流動性を有することになる。
なお、底壁板部25は、図示例のように単純な平板状に形成されていてもよいが、例えば、底壁板部25の下面側に放熱フィン等を形成して、当該下面側の表面積を増加させてもよい。この場合には、半導体モジュール3側から底壁板部25に伝達された熱をさらに効率よく外方に放熱することができる。
また、上記構成の半導体装置1では、ヒートシンク12の上面12a及び半導体チップ13が軟質樹脂材料よりも硬い硬質樹脂層21によって封止されているため、ヒートシンク12及び半導体チップ13の熱膨張係数に差があったとしても、半導体装置1が加熱冷却された際にこの熱膨張係数に基づく応力が、ヒートシンク12と硬質樹脂層21との間にもかかるため、結果として、接合剤18にかかる応力を緩和することができる。したがって、接合剤18にクラックが発生することを抑制して、半導体装置1の信頼性向上を図ることができる。
さらに、本実施形態の半導体装置1では、軟質樹脂層22がゲル状の樹脂材料によって構成されていることでその外形形状が保持されるため、軟質樹脂層22が外方に露出している状態で半導体モジュール3を第一収容ケース2に収容する際など半導体モジュール3を取り扱う際に、この取り扱いを容易に行うことができる。
次に、図3を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
図3に示すように、この実施形態に係る半導体装置31は、前述した第一実施形態の半導体装置1と同様の第一収容ケース2及び埋設樹脂層4を備えており、第一収容ケース2に収容された状態で埋設樹脂層4によって埋設される半導体モジュール32の構成のみについて、第一実施形態の半導体装置1と相違する。
この構成では、半導体チップ13において生じた熱を、接合剤18を介して基板33に効率よく放熱して、半導体チップ13の温度上昇を抑えることが可能である。
以上のように構成された半導体モジュール32では、埋設樹脂層4内に埋設されていない状態において、硬質樹脂層35及び軟質樹脂層36の側部が、第一実施形態のように覆われず、外方に露出する。
そして、第一収容ケース2に充填される埋設樹脂層4は、第一収容ケース2内に固定された半導体モジュール32のうち、基板33、硬質樹脂層35及び軟質樹脂層36の側部を覆うように、また、軟質樹脂層36上に積層されるように形成されている。
また、基板33と半導体チップ13とを接合する接合剤18にクラックが発生することを抑制して、半導体装置31の信頼性向上を図ることができる。
また、本実施形態の半導体装置31では、軟質樹脂層36がゲル状の樹脂材料によって構成されていることで、第一実施形態のように軟質樹脂層36の周囲が枠体16によって覆われていなくても、軟質樹脂層36の外形形状を保持することができ、半導体装置31を容易に製造することが可能となる。
例えば、第一実施形態の半導体装置1では、半導体チップ13と電気接続される接続端子14が、枠体16に形成されているが、例えば第二実施形態の場合と同様に、基板11の上面11aに形成されていてもよい。
また、第一実施形態の半導体装置1は枠体16を備えているが、例えば第二実施形態の場合と同様に、枠体16を備えていなくてもよい。逆に、第二実施形態の半導体装置31が、例えば第一実施形態と同様の枠体16を備えていてもよい。
なお、軟質樹脂層22,36の厚みを上記実施形態と同等に設定するためには、例えば上記実施形態の埋設樹脂層4と同様の硬質樹脂材料からなる上側硬質樹脂層を、軟質樹脂層22,36上のみに形成してもよい。この場合、上側硬質樹脂層の側部は、例えば第一実施形態の枠体16によって覆われてもよいが、特に覆われていなくてもよい。
4 埋設樹脂層(上側硬質樹脂層)
12 ヒートシンク(配置板)
12a 上面(主面)
13 半導体チップ
14 接続端子
15 ワイヤ
16 枠体
18 接合剤
21 硬質樹脂層
22 軟質樹脂層
31 半導体装置
33 基板(配置板)
33a 上面(主面)
34 接続端子
35 硬質樹脂層
36 軟質樹脂層
Claims (6)
- 接合剤を介して配置板の主面に半導体チップを固定した上で、当該半導体チップと接続端子とをワイヤにより電気接続した構成の半導体装置であって、
前記配置板の主面に積層されて、前記配置板の主面、前記半導体チップ、前記接続端子及び前記ワイヤを封止する硬質樹脂層と、流動性を有すると共に前記硬質樹脂層よりも柔らかい軟質樹脂材料からなり、前記硬質樹脂層上にさらに積層される軟質樹脂層と、を備え、
前記硬質樹脂層内に位置する前記ワイヤから前記軟質樹脂層までの距離が、前記ワイヤの断線時に発生するエネルギーに基づいて前記硬質樹脂層に生じる亀裂が前記軟質樹脂層まで到達し、該亀裂よりも前記軟質樹脂層側に位置する前記硬質樹脂層の破片が前記軟質樹脂層に入り込むと共に、前記軟質樹脂材料が前記硬質樹脂層側に入り込んで、前記ワイヤの断線部分の隙間に到達するように設定されていることを特徴とする半導体装置。
- 前記軟質樹脂層上に、前記軟質樹脂材料よりも硬い硬質樹脂材料からなる上側硬質樹脂層が積層されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記上側硬質樹脂層が、前記硬質樹脂層の側部を覆っていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
- 前記硬質樹脂層の側部が、枠体によって覆われていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
- 前記軟質樹脂材料が、ゲル状の樹脂材料であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記配置板が、前記半導体チップにおいて生じる熱を放熱するためのヒートシンクであり、
前記接合剤が、半田であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。
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