JP5665786B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、板状の絶縁部材において対向する第1主面及び第2主面に導体パターンを有し第1主面の導体パターンに半導体素子を接合した基板と、対向する第3主面及び第4主面を有するヒートスプレッダとを備え、上記基板の第2主面と上記ヒートスプレッダの第3主面とを対向させてはんだで接合して形成される半導体装置において、上記はんだの接合部の外周に沿って交互に配置される、はんだの濡れ部と不濡れ部とをさらに備えたことを特徴とする。
図1から図7を参照して、本実施の形態1における電力半導体装置101について説明する。
電力半導体装置101は、電力半導体素子1を有する絶縁基板4と、この絶縁基板4を接合するヒートスプレッダ5とを備える。このような本実施の形態における電力半導体装置101は、リフローはんだ付け動作によって、絶縁基板4と電力半導体素子1との間に設けたはんだ6、及び絶縁基板4とヒートスプレッダ5との間に設けたはんだ6によって、絶縁基板4と電力半導体素子1とが、絶縁基板4とヒートスプレッダ5とがそれぞれ接合され、電力半導体装置101が形成される。以下にさらに詳しく説明する。
このような絶縁基板4の一実施例として、絶縁部材3は、厚さ0.635mm、面積54mm×54mmの窒化アルミニウムにてなり、その第1主面3a及び第2主面3bには、導体2として0.25mm厚のCuパターンが貼り付けられている。
このようなソルダレジスト110は、一実施例として、直径0.6mmの円形レジストを1.2mm間隔で配置している。
リフローはんだ付け動作において、電力半導体装置101の全体が加熱されはんだ6が溶融した状態では、絶縁基板4の第2主面3bにおける導体2と、ヒートスプレッダ5の第3主面5aとの間のはんだ6は、図1から図3に示すように、ソルダレジスト110部分に不濡れ部111を形成しつつも、はんだ6のフィレット6bがソルダレジスト110よりも外側に位置する。尚、図1は、図2に示すA−A’部における断面を示し、図3は、図2に示すB−B’部における断面を示している。
このように、本実施形態の電力半導体装置101は、従来に比べて、良好な放熱特性を有し、かつ生産性の良い半導体装置である。
ここで、円形ソルダレジスト110の直径をD、ヒートスプレッダ5の第3主面5aにおける外周縁部に位置するソルダレジスト8の内端8aと、ソルダレジスト110の外周との距離をL、及び、ソルダレジスト110の中心間ピッチをPとする。
また、本実施形態では、円形のソルダレジスト110を例に説明したが、不濡れ部111と濡れ部112とが交互に配置されていればよいことから、円形に限定されず、多角形等、その形状は問わない。
ここで、Sn−Ag系はんだ、Sn−Cu系はんだ、Sn−Bi系はんだ、Sn−In系はんだ、Sn−Sb系はんだなどの非共晶系はんだを用いた電力半導体装置では、既に上述したようにSn−Pb系はんだなどの共晶系はんだを用いた電力半導体装置に比べて、はんだの体積収縮率が大きいことから、上述した実施の形態で説明したソルダレジスト110による「引け巣抑制効果」を顕著に得ることができるという効果がある。
図8を参照して、本発明の実施の形態2における電力半導体装置102について説明する。
上述の電力半導体装置101では、ヒートスプレッダ5の第3主面5aにソルダレジスト110を形成する形態を示したが、本実施の形態2の電力半導体装置102では、ソルダレジスト110を、基板4の第2主面3bにおける導体2に形成する。この点でのみ、電力半導体装置102は、電力半導体装置101と相違する。電力半導体装置102におけるその他の構成は、電力半導体装置101の構成に同じであることから、以下では、この相違点のみについて説明する。
また、基板4の第2主面3bに形成された導体2に円形ソルダレジスト110を配置する方法は、導体2のパターンをエッチングする方法に比べて、安価で設計自由度が高いまま、引け巣抑制効果が得られるという効果がある。
次に、図9及び図10を参照して、本発明の実施の形態3における電力半導体装置103について説明を行う。
本実施の形態3における電力半導体装置103は、上述した実施形態1の電力半導体装置101に備わるヒートスプレッダ5に代えて、ヒートスプレッダ125を備えた点で相違する。電力半導体装置103におけるその他の構成は、電力半導体装置101の構成に同じであり、以下では、この相違点についてのみ説明を行う。
よって、ヒートスプレッダ125の第3主面125aには、実施の形態1で説明した構成にて、ソルダレジスト110が形成される。
さらにまた、上記最終凝固点を任意に配置するためには、熱風による局所加熱や冷風による局所冷却を用いることもできる。
4 基板、5 ヒートスプレッダ、5a 第3主面、5b 第4主面、6 はんだ、
101〜103 電力半導体装置、110 ソルダレジスト、
111 不濡れ部、112 濡れ部、125 ヒートスプレッダ。
Claims (7)
- 板状の絶縁部材において対向する第1主面及び第2主面に導体パターンを有し第1主面の導体パターンに半導体素子を接合した基板と、対向する第3主面及び第4主面を有するヒートスプレッダとを備え、上記基板の第2主面と上記ヒートスプレッダの第3主面とを対向させてはんだで接合して形成される半導体装置において、
上記はんだの接合部の外周に沿って交互に配置される、はんだの濡れ部と不濡れ部とをさらに備え、
上記不濡れ部は、上記はんだの接合部内に配置されかつ上記半導体素子の直下に配置されない、
ことを特徴とする半導体装置。 - 上記はんだの濡れ部及び不濡れ部は、ヒートスプレッダの第3主面に備わる、請求項1記載の半導体装置。
- 上記はんだの濡れ部及び不濡れ部は、基板の第2主面における導体パターンに備わる、請求項1記載の半導体装置。
- 上記ヒートスプレッダは、当該半導体装置の厚み方向において、対向する上記基板とは反対側へ凸状に湾曲した形状を有する、請求項1又は2記載の半導体装置。
- 上記ヒートスプレッダは、長方形の平面形状を有する、請求項4記載の半導体装置。
- 上記はんだの不濡れ部は、エポキシ樹脂を主成分としたソルダレジストにて形成される、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 上記はんだは、Sn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Bi系、Sn−In系、Sn−Sb系のいずれかを主成分とする非共晶系はんだである、請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
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