JP6252412B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の金属パターン上に実装した実装部品をエポキシ樹脂により封止した半導体装置に関する。
電力半導体装置の生産性と信頼性向上のため、フィラーを分散させたエポキシ樹脂により封止する技術が普及しつつある。しかし、はんだ及び金属パターンとエポキシ樹脂との密着性が悪く、それらの界面を起点とする剥離が生じる。このため、熱履歴が掛かる際にワイヤ、電子部品及び半導体チップにエポキシ樹脂の膨張収縮による応力がかかり、ワイヤ剥離や半導体チップの特性変動が生じていた。
これに対して、基板上の金属パターンにスリットを設けてアンカー効果を持たせることにより、ワイヤ及び半導体チップ周辺での樹脂すべりを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３２６１７号公報
従来の装置では基板の絶縁層としてセラミックを用いていたため、スリットにおいてセラミックとエポキシ樹脂が密着する。しかし、エポキシ樹脂とセラミックの線膨張係数の差は大きいため、それらの界面に応力が集中して装置の信頼性が低下する。従って、両者の間に被覆膜を塗布しなければならず、工程の追加により製造コストが上昇するという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は製造コストの上昇を抑えつつ信頼性を確保することができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂上に設けられた金属パターンとを有する基板と、前記金属パターン上に実装された実装部品と、前記金属パターン及び前記実装部品を封止するエポキシ樹脂とを備え、前記実装部品の周辺において前記金属パターンにスリットが設けられ、前記スリットにおいて前記金属パターンから露出した前記絶縁樹脂と前記エポキシ樹脂とが密着し、前記スリットは、前記実装部品の角部に沿って設けられたＬ字型スリットを有することを特徴とする。
本発明では、実装部品の周辺において金属パターンにスリットを設けている。このスリットのアンカー効果によりエポキシ樹脂の動きを抑制することで、応力を抑制することができる。また、基板の絶縁層として絶縁樹脂を使用し、封止材のエポキシ樹脂との線膨張係数の差を小さくする。これにより、被覆膜を用いることなく、それらの界面で発生する応力を抑制することができる。この結果、製造コストの上昇を抑えつつ信頼性を確保することができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。 図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態８に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態９に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。図２は図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
基板１は、絶縁樹脂２と、絶縁樹脂２上に設けられた金属パターン３と、絶縁樹脂２の裏面に設けられた裏面パターン４とを有する。実装部品５が金属パターン３上にはんだにより実装されている。実装部品５は例えば半導体チップである。実装部品５にはワイヤ６がボンディングされている。
フィラーを分散させたエポキシ樹脂７が金属パターン３、実装部品５、及びワイヤ６を封止する。実装部品５の周辺において金属パターン３にスリット８が設けられている。スリット８において金属パターン３から露出した絶縁樹脂２とエポキシ樹脂７とが密着する。
本実施の形態では、実装部品５の周辺において金属パターン３にスリット８を設けている。このスリット８のアンカー効果によりエポキシ樹脂７の動きを抑制することで、応力を抑制することができる。また、基板１の絶縁層として絶縁樹脂２を使用し、封止材のエポキシ樹脂７との線膨張係数の差を小さくする。これにより、被覆膜を用いることなく、それらの界面で発生する応力を抑制することができる。この結果、製造コストの上昇を抑えつつ信頼性を確保することができる。
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態では、直線型のスリット８が実装部品５の４つの角部に設けられている。これにより、実装部品５の角部で発生する応力を抑制することができる。また、応力を十分に抑制するためには、実装部品５とスリット８の間隔Ｄが５ｍｍ以下であり、スリット８の幅Ｗが金属パターン３の厚み以上であることが好ましい。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態では、Ｌ字型スリット８が実装部品５の４つの角部に沿って設けられている。これにより、実装部品５の角部で発生する応力を更に抑制することができる。また、実装部品５の実装時にＬ字型のスリット８が目印になるため、実装部品５の位置ズレを抑制することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態では、直線状スリット８が実装部品５の４つの辺に沿って設けられている。これにより、実装部品５の辺で発生する応力を抑制することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態では、Ｌ字型スリット８が実装部品５の４つの角部に沿って設けられ、かつ、直線状スリット８が実装部品５の４つの辺に沿って設けられている。これにより、実施の形態３，４の両方の効果を得ることができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態６．
図７は本発明の実施の形態６に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態ではスリット８が実装部品５の周りを囲んでいる。これにより、実装部品５の周り全体で発生する応力を抑制することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態７．
図８は本発明の実施の形態７に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態ではスリットとして実装部品５の周りを囲む複数のディンプル９が設けられている。これにより、実装部品５の周りで発生する応力を均一に抑制することができる。また、実施の形態６に比べて放熱性が高い。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態８．
図９は本発明の実施の形態８に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態ではスリット８は互いに離間した２つの実装部品５の間の一部に設けられている。これにより、隣り合う２つの実装部品５間の導通を維持しつつ、両者の間で発生する応力を抑制することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態９．
図１０は本発明の実施の形態９に係る半導体装置の主要部を拡大した平面図である。本実施の形態ではスリット８が楕円形である。これによりスリット８の開口面積を大きく確保できるため、応力の抑制効果が大きくなる。また、直線型スリット比べ放熱経路を大きく取れるため、放熱性も良い。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
なお、実施の形態１〜９において、実装部品５は、サーミスタのように２つの金属パターン３間をまたいで実装される電子部品でもよい。また、実施の形態１〜９に係る半導体装置はインバータシステムに適用することができる。
また、実装部品５は珪素によって形成された半導体チップに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は例えば炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体チップは、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体チップを用いることで、この半導体チップを組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、半導体チップの耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、半導体チップの電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。
１ 基板、２ 絶縁樹脂、３ 金属パターン、５ 実装部品、７ エポキシ樹脂、８ スリット、９ ディンプル（スリット）

Claims (5)

  1. 絶縁樹脂と、前記絶縁樹脂上に設けられた金属パターンとを有する基板と、
    前記金属パターン上に実装された実装部品と、
    前記金属パターン及び前記実装部品を封止するエポキシ樹脂とを備え、
    前記実装部品の周辺において前記金属パターンにスリットが設けられ、
    前記スリットにおいて前記金属パターンから露出した前記絶縁樹脂と前記エポキシ樹脂とが密着し、
    前記スリットは、前記実装部品の角部に沿って設けられたＬ字型スリットを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記スリットは、前記実装部品の辺に沿って設けられた直線状スリットを更に有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記実装部品と前記スリットの間隔は５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記スリットの幅は前記金属パターンの厚み以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記実装部品はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
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