JP6124440B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置に関し、詳しくは、電子部品のグランドラインの技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technology for a ground line of an electronic component.
従来の半導体装置、例えば車載用の電装装置の概要構成を図4に示す。図4に示す従来の半導体装置10は、導電性のヒートシンク11上に、絶縁層12を介して導電性のベース基板13が形成されている。そして、ベース基板13の一面13aに絶縁層14が形成され、この絶縁層14に重ねて複数の半導体素子15,15、および配線層16が所定のパターンで形成されている。絶縁層14には、ベース基板13の一面13aを露呈させる開口17が形成され、この開口17から導電性のベース基板13が露呈されている。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a conventional semiconductor device, for example, a vehicle-mounted electrical device. In the
そして、それぞれの半導体素子15のグランド端子は、接続配線18を介して導電性のベース基板13に接続されている。こうした構成の半導体装置10は、断面積の大きい導電性のベース基板13をグランド配線として利用することで、絶縁層14上に別途、専用のグランド配線パターンを形成する必要が無く、寄生インダクタンスや配線抵抗を低減し、かつ製造工程を簡略化することができる(例えば、特許文献1参照)。
The ground terminal of each
しかしながら、上述したような従来の半導体装置では、グランド配線を兼ねているベース基板13と導電性のヒートシンク11との間の絶縁性の確保が、必ずしも充分であるとは言えず、ベース基板13と導電性のヒートシンク11との間の絶縁性を更に向上させる構成が望まれていた。
However, in the conventional semiconductor device as described above, it cannot be said that the insulation between the
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、導電性のベース基板をグランド配線として利用する半導体装置において、ベース基板と、このベース基板に絶縁層を介して配された導電性のヒートシンクとの間の絶縁性を、より一層向上させることが可能な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 the above problems, and in a semiconductor device using a conductive base substrate as a ground wiring, a base substrate, and a conductive heat sink disposed on the base substrate via an insulating layer, An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of further improving the insulation between the two.
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような半導体装置を提供した。すなわち、本発明の半導体装置は、導電性材料からなるヒートシンクと、該ヒートシンクの一面に重ねて配された第一絶縁層と、該第一絶縁層に重ねて配され、導電性材料からなるベース基板と、該ベース基板の一面に重ねて配された第二絶縁層と、該第二絶縁層に重ねて配された配線層および半導体素子と、を備えた半導体装置であって、前記ベース基板の前記ヒートシンク側における周縁領域には、前記ヒートシンクと対向する他面および該他面に垂直な周面が交わる角部を面取りした形状を成す面取部と、前記第二絶縁層の一部を切り欠いて前記ベース基板の一面を露呈させる開口と、前記半導体素子のグランド端子を、前記開口によって露呈された前記ベース基板の一面に接続させる接続配線と、を備え、前記第一絶縁層は、前記面取部全体を覆うように形成され、かつ、前記半導体素子よりも上方の高さまで延長されており、前記ベース基板をグランド配線にしたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, some embodiments of the present invention provide the following semiconductor device. That is, the semiconductor device of the present invention includes a heat sink made of a conductive material, a first insulating layer arranged on one surface of the heat sink, and a base made of a conductive material arranged on the first insulating layer. A semiconductor device comprising: a substrate; a second insulating layer disposed on one surface of the base substrate; and a wiring layer and a semiconductor element disposed on the second insulating layer, wherein the base substrate In the peripheral region on the heat sink side, a chamfered portion formed by chamfering a corner portion where the other surface facing the heat sink and a peripheral surface perpendicular to the other surface intersect, and a part of the second insulating layer are provided. An opening that exposes one surface of the base substrate by notching, and a connection wiring that connects a ground terminal of the semiconductor element to the one surface of the base substrate exposed by the opening, and the first insulating layer includes: Said surface It is formed so as to cover the whole part, and the being extended to above the height than the semiconductor element, and characterized in that said base substrate to the ground line.
前記第一絶縁層には、該第一絶縁層と前記ヒートシンクとを機械的に係合させる係合部材を挿入する係合穴が更に形成されていることを特徴とする。 The first insulating layer further includes an engagement hole into which an engagement member for mechanically engaging the first insulating layer and the heat sink is inserted.
前記半導体素子は、前記配線層に重ねて形成されていることを特徴とする。 The semiconductor element is formed so as to overlap the wiring layer.
前記面取部は、前記他面と前記周面との間で所定の角度で傾斜した傾斜面であることを特徴とする。 The chamfered portion is an inclined surface that is inclined at a predetermined angle between the other surface and the peripheral surface.
前記面取部は、前記他面と前記周面との間で断面円弧状に湾曲した湾曲面であることを特徴とする。 The chamfered portion is a curved surface curved in a circular arc shape between the other surface and the peripheral surface.
本発明の半導体装置によれば、導電性のベース基板の周縁領域に面取部を形成し、ベース基板がヒートシンクと対向する他面側の周縁領域を、導電性のヒートシンクの一面から遠ざかるように離間させた。これにより、ベース基板の周面とヒートシンクの一面との間には所定のギャップが形成されるため、ベース基板の周縁領域とヒートシンクの一面との間の絶縁性を、より一層向上させることが可能になる。よって、グランド配線(ベース基板)の絶縁性を高めた信頼性の高い半導体装置を実現することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the chamfered portion is formed in the peripheral region of the conductive base substrate, and the peripheral region on the other surface side where the base substrate faces the heat sink is moved away from one surface of the conductive heat sink. Separated. As a result, a predetermined gap is formed between the peripheral surface of the base substrate and one surface of the heat sink, so that the insulation between the peripheral region of the base substrate and one surface of the heat sink can be further improved. become. Therefore, a highly reliable semiconductor device with improved insulation of the ground wiring (base substrate) can be realized.
以下、図面を参照して、本発明に係る半導体装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.
(第一実施形態)
本発明の半導体装置の一実施形態を図1に示す。半導体装置20は、例えば、アルミニウムや銅などからなる導電性のヒートシンク21と、このヒートシンク21の一面21a上に、第一絶縁層22を介して配された導電性のベース基板23とを備えている。第一絶縁層22は、例えば、ヒートシンク21とベース基板23とを接合する接着性および絶縁性をもつ樹脂や、絶縁性セラミックスなどから構成されればよい。ベース基板23は、例えば、アルミニウムや銅などの導電体から構成されればよい。
(First embodiment)
One embodiment of the semiconductor device of the present invention is shown in FIG. The
ベース基板23の一面23aには第二絶縁層24が形成されている。第一絶縁層22は、例えば、フォトリソグラフィーによって所定の形状に形成した絶縁性のレジスト層などであればよい。そして、この第二絶縁層24に重ねて、複数の半導体素子25,25・・、および配線層26が所定のパターンで形成されている。
A second
第二絶縁層24には、ベース基板23の一面23aを露呈させる開口27が形成され、この開口27から導電性のベース基板23の一面23aが露呈されている。それぞれの半導体素子25のグランド端子は、接続配線28を介して、開口27によって露呈された導電性のベース基板23に接続されている。これにより、導電性のベース基板23は、複数の半導体素子25,25・・や、接続配線28を支持する支持体としての機能に加えて、グランド配線としても作用する。よって、それぞれの半導体素子25,25・・のグランド端子を接続するためのグランド配線を、第二絶縁層24上に形成する必要がない。
The second
ベース基板23のヒートシンク21側における周縁領域には、ヒートシンク21と対向する他面23bおよび他面23bに垂直な周面23cが交わる角部を面取りした形状を成す面取部29が形成されている。こうした面取部29は、本実施形態においては、ベース基板23の他面23bと周面23cとの間で所定の角度で傾斜した傾斜面として形成されている。
In the peripheral region on the
こうした傾斜面は、加工性を考慮して、ヒートシンク21の一面21aに対して、例えば40°〜50°の傾斜範囲で一律に傾斜していればよい。第一絶縁層22は、ベース基板23がヒートシンク21と対向する他面23b全体を少なくとも覆い、更にこうした面取部29までを覆うように延在していることがより好ましい。
Such an inclined surface should just incline in the inclination range of 40 degrees-50 degrees, for example with respect to the one
以上のような構成の半導体装置20の作用、効果を説明する。半導体装置20は、第二絶縁層24にベース基板23の一面23aを露呈させる開口27を形成して、接続配線28を介してベース基板23と半導体素子25のグランド端子とを接続した。これにより、導電性のベース基板23はグランド配線として作用する。
The operation and effect of the
ベース基板23をグランド配線として用いることで、複数の半導体素子25,25や配線層26の間の狭い空間を縫うようにグランド配線層を第二絶縁層24上に形成する必要がなく、半導体素子25,25や配線層26のレイアウト上の制約を少なくすることができる。また、ベース基板23は、従来のようなベース基板上にレイアウトされるグランド配線よりも、大幅にその断面積が大きいため、半導体装置のオン抵抗値や寄生インダクタンスの低減を実現することが可能になる。
By using the
本発明では、このようにベース基板23をグランド配線として作用させる際に、導電性のベース基板23の周縁領域に面取部29を形成することによって、ベース基板23の周縁領域とヒートシンク21の一面21aとの間での絶縁性をより一層向上させる。即ち、ベース基板23をグランド配線として利用する場合、上述したように寄生インダクタンスの低減などの効果を得ることができるが、一方で、従来のように、ベース基板の端部まで絶縁層を介してヒートシンクと接していると、この端部(周縁領域)において、グランド配線として作用するベース基板と、導電性のヒートシンクとの間で、絶縁性が高く保たれない懸念がある。
In the present invention, when the
そこで、本発明では、上述したように導電性のベース基板23の周縁領域に面取部29を形成し、ベース基板23がヒートシンク21と対向する他面23b側の周縁領域を、導電性のヒートシンク21の一面21aから遠ざかるように離間させた。こうした構成とすることにより、例えば、第一絶縁層22の厚みを薄く形成したとしても、ベース基板23の周面23cの下端とヒートシンク21の一面21aとの間には所定のギャップが形成されるため、絶縁性が低くなる懸念があるベース基板23の周縁領域とヒートシンク21の一面21aとの間の絶縁性を、より一層向上させることが可能になる。これにより、グランド配線(ベース基板30)の絶縁性を高めた信頼性の高い半導体装置20を実現することができる。
Therefore, in the present invention, as described above, the chamfered
導電性のベース基板23と、導電性のヒートシンク21との離間距離に応じた、絶縁耐圧の変化を図5に示す。このグラフによれば、導電体どうしの離間距離を0.1mm広げていくだけで、絶縁耐圧は数百Vづつ大幅に増加することが分かる。よって、ベース基板23がヒートシンク21と対向する他面23b側の周縁領域を、導電性のヒートシンク21の一面21aから遠ざかるように傾斜面を形成して離間させることで、ベース基板23のエッジ部分の絶縁性が大幅に向上する。
FIG. 5 shows changes in the withstand voltage according to the separation distance between the
なお、本実施形態においては、第一絶縁層22は、ベース基板23がヒートシンク21と対向する他面23b全体から面取部29までを覆うように形成されているが、更に、この面取部29から周面23cまで覆うようにすることも好ましい。また、第一絶縁層22は、ベース基板23がヒートシンク21と対向する他面23b全体を覆いつつ、面取部29を覆わない構成であってもよい。
In the present embodiment, the first insulating
(第二実施形態)
以下、本発明の第2実施形態について、図2を用いて説明する。図2は、第2実施形態の半導体装置を示す断面図である。なお、図2において、図1に示した第1実施形態の半導体装置20と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の半導体装置30では、ベース基板23のヒートシンク21側における周縁領域に、ヒートシンク21と対向する他面23bおよび他面23bに垂直な周面23cが交わる角部を面取りした形状を成す面取部39が形成されている。面取部39は、断面円弧状に湾曲した湾曲面となるように形成されている。なお、この実施形態では、第一絶縁層32は、ベース基板23がヒートシンク21と対向する他面23b全体を覆い、湾曲面を成す面取部39は覆わない構成となっているが、第一絶縁層22を更に延長してこの湾曲面を成す面取部39まで覆う構成とすることも好ましい。
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the second embodiment. In FIG. 2, the same components as those of the
In the
本実施形態のように、導電性のベース基板23の周縁領域に、断面円弧状に湾曲した湾曲面からなる面取部39を形成しても、ベース基板23の周面23cの下端とヒートシンク21の一面21aとの間には所定のギャップが形成されるため、絶縁性が低くなる懸念があるベース基板23の周縁領域とヒートシンク21の一面21aとの間の絶縁性を、より一層向上させることが可能になる。
Even if the chamfered
(第三実施形態)
以下、本発明の第3実施形態について、図3を用いて説明する。図3は、第3実施形態の半導体装置を示す要部断面図である。なお、図3において、図1に示した第1実施形態の半導体装置20と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。半導体装置40は、導電性のヒートシンク41と、このヒートシンク41の一面41a上に、第一絶縁層42を介して配された導電性のベース基板43とを備えている。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view showing the semiconductor device of the third embodiment. In FIG. 3, the same components as those of the
ベース基板43の一面43aには第二絶縁層44が形成され、この第二絶縁層44に重ねて、半導体素子25および配線層26が所定のパターンで形成されている。第二絶縁層44には、ベース基板43の一面43aを露呈させる開口47が形成され、ベース基板43の一面43aと半導体素子25のグランド端子とが、接続配線28を介して電気的に接続される。
A second insulating
ベース基板43のヒートシンク41側における周縁領域には、ヒートシンク41と対向する他面43bおよび他面43bに垂直な周面43cが交わる角部を面取りした傾斜面を成す面取部49が形成されている。
In the peripheral region on the
本実施形態においては、第一絶縁層42は、絶縁性ケースを構成している。即ち、第一絶縁層42は、ベース基板43がヒートシンク21と対向する他面43b全体を覆い、更に周縁領域で肉厚に形成され、傾斜面を成す面取部49から他面43bに垂直な周面43cまでを覆い、更に、半導体素子25よりも上方の高さまで延長されている。これにより、ベース基板43から半導体素子25や配線層26を封止する封止樹脂層51が形成される。
In the present embodiment, the first insulating
また、絶縁性ケースとして肉厚に形成された第一絶縁層42の周縁部には、ねじ穴52が形成されている。また、ヒートシンク41には、このねじ穴52と合致する位置に、ねじ受け53が形成されている。こうした構成によって、例えば、ボルト54をねじ穴52からねじ受け53まで挿入して締め付けることにより、半導体素子25や配線層26が実装されたベース基板43と、ヒートシンク41とを機械的に締結することができる。こうした構成において、ねじ穴52を絶縁性ケースである第一絶縁層42の肉厚な周縁部に形成することによって、ボルト54が金属など導電性材料であっても、ベース基板43と、ヒートシンク41との絶縁性を確実に確保することができる。
A
20…半導体装置、21…ヒートシンク、22…第一絶縁層、23…ベース基板、24…第二絶縁層、25…半導体素子、26…配線層、27…開口、29…面取部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ベース基板の前記ヒートシンク側における周縁領域には、前記ヒートシンクと対向する他面および該他面に垂直な周面が交わる角部を面取りした形状を成す面取部と、前記第二絶縁層の一部を切り欠いて前記ベース基板の一面を露呈させる開口と、前記半導体素子のグランド端子を、前記開口によって露呈された前記ベース基板の一面に接続させる接続配線と、を備え、
前記第一絶縁層は、前記面取部全体を覆うように形成され、かつ、前記半導体素子よりも上方の高さまで延長されており、
前記ベース基板をグランド配線にしたことを特徴とする半導体装置。 A heat sink made of a conductive material, a first insulating layer disposed on one surface of the heat sink, a base substrate disposed on the first insulating layer and made of a conductive material, and on one surface of the base substrate A semiconductor device comprising: a second insulating layer disposed to overlap; a wiring layer and a semiconductor element disposed to overlap the second insulating layer;
In the peripheral region on the heat sink side of the base substrate, a chamfered portion formed by chamfering a corner portion where the other surface facing the heat sink and a peripheral surface perpendicular to the other surface intersect, and the second insulating layer An opening that exposes one surface of the base substrate by cutting out a portion thereof, and a connection wiring that connects a ground terminal of the semiconductor element to the one surface of the base substrate exposed by the opening ,
The first insulating layer is formed so as to cover the entire chamfered portion, and is extended to a height above the semiconductor element,
A semiconductor device, wherein the base substrate is a ground wiring.
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