JP6673100B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本明細書に開示する技術は、半導体装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

ほぼ直方体の形状をしている半導体素子であり、表面と裏面の各々に電極が形成されており、半導体素子の内部に形成されている半導体構造によって、表面電極と裏面電極の間を低抵抗な状態と高抵抗な状態との間で切り換える半導体素子が知られている。上記の半導体素子の表面には、種々の電極が形成されており、例えば、抵抗状態を指示する電圧を入力する電極、温度対応電圧を出力する電極、電流値対応電圧を出力する電極等が用意されている。本明細書では、指示電圧入力電極、温度対応電圧出力電極、あるいは電流値対応電圧出力電極等を信号電極と総称する。また、信号電極が形成されている側を表面という。半導体素子の表面には、表面電極と信号電極群が形成されており、半導体素子の裏面には、裏面電極が形成されている。   A semiconductor element having a substantially rectangular parallelepiped shape, electrodes are formed on each of the front and rear surfaces, and a low resistance is formed between the front and rear electrodes by the semiconductor structure formed inside the semiconductor element. Semiconductor devices that switch between a state and a high resistance state are known. Various electrodes are formed on the surface of the semiconductor element. For example, an electrode for inputting a voltage indicating a resistance state, an electrode for outputting a voltage corresponding to a temperature, an electrode for outputting a voltage corresponding to a current value, and the like are prepared. Have been. In the present specification, a command voltage input electrode, a temperature-corresponding voltage output electrode, a current value-corresponding voltage output electrode, and the like are collectively referred to as signal electrodes. The side on which the signal electrode is formed is called a surface. A front electrode and a signal electrode group are formed on the front surface of the semiconductor element, and a back electrode is formed on the back surface of the semiconductor element.

表面電極は個々の信号電極に比して大面積となっている。平面視するとほぼ矩形をしている半導体素子の表面には、一辺に沿って信号電極群が配置されており、その他の範囲に表面電極が広く形成されている。表面電極と裏面電極は、はんだ層によって導電材に接合される。表面電極と裏面電極の少なくとも一方は、直接ないし導電部材を介して、導電板にはんだ接合される。その導電板は、半導体素子から長く延びて負荷ないし電源と半導体素子を接続するバスバーを備えている。   The surface electrode has a larger area than the individual signal electrodes. A signal electrode group is arranged along one side on the surface of the semiconductor element having a substantially rectangular shape in plan view, and the surface electrodes are formed widely in other areas. The front surface electrode and the back surface electrode are joined to the conductive material by the solder layer. At least one of the front surface electrode and the back surface electrode is soldered to the conductive plate directly or via a conductive member. The conductive plate includes a bus bar extending from the semiconductor element and connecting the load or power supply to the semiconductor element.

半導体素子が動作すると、表面電極と裏面電極の間に電流が流れる状態と流れない状態を切り換える。そのために半導体素子が動作すると半導体素子が発熱する。それにともなってはんだ層も加熱される。はんだ層は、半導体素子が動作すると加熱され、半導体素子が動作を終了すると冷却される。はんだ層は、熱応力のサイクルに晒される。はんだ層には熱応力のサイクルに耐える耐久性が必要とされる。   When the semiconductor element operates, a state where a current flows between the front surface electrode and the back surface electrode and a state where the current does not flow are switched. Therefore, when the semiconductor element operates, the semiconductor element generates heat. Accordingly, the solder layer is also heated. The solder layer is heated when the semiconductor device operates, and cooled when the semiconductor device ends operation. The solder layer is subjected to a cycle of thermal stress. The solder layer is required to have durability to withstand thermal stress cycles.

表面電極は、平面視するとほぼ矩形をしている表面に形成されており、その輪郭はほぼ矩形をしている。すなわち、四隅を備えている。半導体層に発達する熱応力は、隅部の近傍において大きな応力となる。このため、隅部の近傍に位置するはんだ層に生じる熱応力のピーク値を低減する技術が必要とされている。例えば、特許文献1の技術では、表面電極の四隅の全部で面取りし、隅部の近傍部で発達する熱応力の集中度を緩和する。   The surface electrode is formed on a substantially rectangular surface in plan view, and has a substantially rectangular outline. That is, it has four corners. Thermal stress that develops in the semiconductor layer becomes large near the corner. Therefore, there is a need for a technique for reducing the peak value of the thermal stress generated in the solder layer located near the corner. For example, in the technique of Patent Document 1, all four corners of the surface electrode are chamfered, and the degree of concentration of thermal stress developed near the corners is reduced.

特開2004−134746号公報JP 2004-134746 A

上記したように、表面電極は、一辺に沿って形成されている信号電極群を避けた範囲に形成されている。この場合、表面電極の四隅のうち、信号電極群に近い二隅は冷却されやすいのに対して、信号電極群から遠い二隅は冷却されにくいという性質があり、近い二隅より遠い二隅に大きな熱応力が発達しやすい。過大な熱応力が発達するのを避けるのに必要な面取りの大きさは、近い二隅と遠い二隅で相違する。また、表面電極と裏面電極の少なくとも一方がはんだ接合される導電板は、バスバーを備えている。その場合、表面電極の四隅のうち、バスバーに近い二隅は冷却されやすいのに対して、バスバーから遠い二隅は冷却されにくいという性質があり、バスバーに近い二隅より遠い二隅に大きな熱応力が発達しやすい。過大な熱応力が発達するのを避けるのに必要な面取りの大きさは、バスバーに近い二隅と遠い二隅とでは相違する。   As described above, the surface electrode is formed in a range avoiding the signal electrode group formed along one side. In this case, of the four corners of the surface electrode, two corners close to the signal electrode group are easily cooled, while two corners far from the signal electrode group are hard to be cooled. Large thermal stress easily develops. The size of the chamfer required to avoid the development of excessive thermal stress differs between the near and far corners. The conductive plate to which at least one of the front surface electrode and the back surface electrode is soldered has a bus bar. In this case, of the four corners of the surface electrode, two corners near the bus bar are easily cooled, while two corners far from the bus bar are hard to cool. Stress easily develops. The size of the chamfer required to avoid the development of excessive thermal stress differs between the two corners near and far from the bus bar.

しかしながら、特許文献1の技術では、表面電極の四隅の全部を一様に面取りする。四隅の全部を一様に面取りすると、信号電極群から近い隅部やバスバーから近い隅部では、表面電極の面積を不必要に狭める。このため、はんだ層の面積を狭め、表面電極と導電材間の熱抵抗を上げることになる。   However, in the technique of Patent Document 1, all four corners of the surface electrode are chamfered uniformly. If all four corners are uniformly chamfered, the area of the surface electrode is unnecessarily reduced at the corners near the signal electrode group and at the corners near the bus bar. For this reason, the area of the solder layer is reduced, and the thermal resistance between the surface electrode and the conductive material is increased.

本明細書では、半導体素子を接合するはんだ層に生じる熱応力を低減する技術を開示する。   This specification discloses a technique for reducing thermal stress generated in a solder layer for joining semiconductor elements.

本明細書に開示する半導体装置は、半導体素子と導電板を備えている。半導体素子は、ほぼ矩形の表面を備えており、その表面の一辺に沿った位置に信号電極群が形成されており、その信号電極群を避けた位置に表面電極が形成されており、裏面に裏面電極が形成されている。導電板は、表面電極と裏面電極の少なくとも一方に導通しており、他の部材に向けて延びるバスバーを備えている。表面電極は、円弧上に面取りされた四隅を備えており、信号電極群からもバスバーからも遠い一隅と、その一隅よりも信号電極群またはバスバーに近い三隅に分類可能である。前記一隅の曲率半径は、前記三隅の曲率半径より大きい。表面電極を接合するはんだ層の輪郭は、表面電極の輪郭に対応している。すなわち、はんだ層も四隅を持ち、信号電極群からもバスバーからも遠い一隅の曲率半径は、信号電極群またはバスバーに近い三隅の曲率半径より大きい。   The semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor element and a conductive plate. The semiconductor device has a substantially rectangular surface, a signal electrode group is formed at a position along one side of the surface, a surface electrode is formed at a position avoiding the signal electrode group, and a back surface is formed. A back electrode is formed. The conductive plate is provided with a bus bar which is electrically connected to at least one of the front surface electrode and the back surface electrode and extends toward another member. The surface electrode has four corners chamfered on an arc and can be classified into one corner far from the signal electrode group and the bus bar, and three corners closer to the signal electrode group or the bus bar than the one corner. The radius of curvature at one corner is larger than the radius of curvature at the three corners. The outline of the solder layer that joins the surface electrodes corresponds to the outline of the surface electrodes. That is, the solder layer also has four corners, and the radius of curvature of one corner far from the signal electrode group and the bus bar is larger than the radius of curvature of the three corners near the signal electrode group or the bus bar.

上記の半導体装置では、表面電極の四隅のうち、信号電極群からも遠くてバスバーからも遠い一隅の曲率半径が、その一隅よりも信号電極群またはバスバーのいずれかの一方に近い三隅の曲率半径より大きい。すなわち、表面電極の四隅のうち、最も冷却されにくい一隅の曲率半径が、他の三隅より大きい。このため、最も冷却されにくい一隅の近傍に位置するはんだ層に生じる応力集中を好適に緩和することができる。これに加えて、信号電極群からも遠くてバスバーからも遠い一隅の曲率半径より他の三隅の曲率半径が小さいため、他の三隅では表面電極の面積の減少を抑制することができる。このため、表面電極と導電材間の熱抵抗の増大を抑制することができる。したがって、はんだ層に生じる応力集中を緩和しつつ、表面電極と導電材間の熱抵抗の増大を抑制することができ、はんだ層に生じる熱応力を低減することができる。   In the above semiconductor device, of the four corners of the surface electrode, the radius of curvature of one corner far from the signal electrode group and far from the bus bar is the radius of curvature of the three corners closer to one of the signal electrode group or the bus bar than the one corner. Greater than. That is, of the four corners of the surface electrode, the radius of curvature of one corner that is most difficult to cool is larger than the other three corners. For this reason, stress concentration occurring in the solder layer located in the vicinity of one corner where cooling is most difficult can be suitably reduced. In addition, since the radius of curvature of the other three corners is smaller than the radius of curvature of one corner far from the signal electrode group and far from the bus bar, a decrease in the area of the surface electrode at the other three corners can be suppressed. Therefore, an increase in thermal resistance between the surface electrode and the conductive material can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the increase in thermal resistance between the surface electrode and the conductive material while reducing the stress concentration generated in the solder layer, and it is possible to reduce the thermal stress generated in the solder layer.

実施例1に係る半導体装置の概略構成を示す分解斜視図。FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施例1に係る半導体装置の一部分の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施例1に係る半導体装置が備えるリードフレームと半導体素子の概略構成を示す上面図。FIG. 2 is a top view illustrating a schematic configuration of a lead frame and a semiconductor element included in the semiconductor device according to the first embodiment. 実施例2に係る半導体装置の一部分の断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of the semiconductor device according to the second embodiment.

図1は、実施例1の半導体装置2の分解斜視図である。図2は、半導体装置2のyz平面における断面図である。図1に示すように、半導体装置2は、半導体素子10と、リードフレーム20a、20bと、金属ブロック30を備えている。半導体素子10と金属ブロック30は、リードフレーム20a、20bの間に挟まれている。すなわち、リードフレーム20aの上に半導体素子10が配置され、半導体素子10の上に金属ブロック30が配置され、金属ブロック30の上にリードフレーム20bが配置されている。   FIG. 1 is an exploded perspective view of the semiconductor device 2 according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor device 2 in the yz plane. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 2 includes a semiconductor element 10, lead frames 20a and 20b, and a metal block 30. The semiconductor element 10 and the metal block 30 are sandwiched between the lead frames 20a and 20b. That is, the semiconductor element 10 is arranged on the lead frame 20a, the metal block 30 is arranged on the semiconductor element 10, and the lead frame 20b is arranged on the metal block 30.

半導体素子10はほぼ直方体である。半導体素子10の表面(すなわち、+z方向側)には、表面電極(エミッタ電極)12と、5つの信号電極18が露出している。図2に示すように、半導体素子10の裏面(すなわち、−z方向側)には、裏面電極(コレクタ電極)16が露出している。エミッタ電極12及び信号電極18と、コレクタ電極16との間には、半導体層14が形成されている。半導体層14内に、エミッタ電極12とコレクタ電極16の間を低抵抗な状態とするか高抵抗な状態とするかを切り換える半導体構造が形成されている。エミッタ電極12及び信号電極18のいずれも露出していない半導体素子10の表面は、図示しない絶縁層で被覆されている。   The semiconductor element 10 is substantially a rectangular parallelepiped. A surface electrode (emitter electrode) 12 and five signal electrodes 18 are exposed on the surface of the semiconductor element 10 (that is, on the + z direction side). As shown in FIG. 2, a back surface electrode (collector electrode) 16 is exposed on the back surface of the semiconductor element 10 (that is, on the −z direction side). The semiconductor layer 14 is formed between the emitter electrode 12 and the signal electrode 18 and the collector electrode 16. In the semiconductor layer 14, a semiconductor structure for switching between a low resistance state and a high resistance state between the emitter electrode 12 and the collector electrode 16 is formed. The surface of the semiconductor element 10 where neither the emitter electrode 12 nor the signal electrode 18 is exposed is covered with an insulating layer (not shown).

5つの信号電極18は、半導体素子10の表面の一辺11に沿って配置されている。辺11は、半導体素子10のほぼ矩形の表面の一辺であり、図1に示すように、x方向に平行で、かつ、−y方向側の辺である。5つの信号電極18は、それぞれ異なる種類の電圧を出入力する。本実施例では、半導体素子10の表面には5つの信号電極18が露出しているが、このような構成に限定されるものではなく、必要に応じてその種類や数を変更することができる。信号電極18の種類は、例えば、半導体素子10を低抵抗状態とするか高抵抗状態とするかを指示する指示電圧を入力する電極、半導体素子10の温度を示す温度対応電圧を出力する電極、半導体素子10を流れる電流値を示す電流値対応電圧を出力する電極等がある。信号電極18は、図示しないワイヤによって他の部材と接続されている。信号電極18とワイヤは、例えば、ワイヤボンディングによって接続されている。   The five signal electrodes 18 are arranged along one side 11 of the surface of the semiconductor element 10. The side 11 is one side of a substantially rectangular surface of the semiconductor element 10, and is a side parallel to the x direction and on the −y direction side as shown in FIG. The five signal electrodes 18 input and output different types of voltages, respectively. In the present embodiment, five signal electrodes 18 are exposed on the surface of the semiconductor element 10, but the present invention is not limited to such a configuration, and the type and number thereof can be changed as needed. . The type of the signal electrode 18 includes, for example, an electrode for inputting an instruction voltage for instructing the semiconductor element 10 to be in a low resistance state or a high resistance state, an electrode for outputting a temperature corresponding voltage indicating the temperature of the semiconductor element 10, There is an electrode that outputs a current value-corresponding voltage indicating a current value flowing through the semiconductor element 10. The signal electrode 18 is connected to another member by a wire (not shown). The signal electrode 18 and the wire are connected by, for example, wire bonding.

エミッタ電極12は、半導体素子10の表面のうち、信号電極18群が配置されている位置を避けて配置されている。すなわち、エミッタ電極12は、信号電極18が沿うように配置される一辺11から、信号電極18群より離れた位置に配置される。エミッタ電極12は、信号電極18より大きく形成される。なお、エミッタ電極12が半導体素子10の表面に露出している形状(z方向から見た形状)については後述する。図2に示すように、エミッタ電極12と信号電極18は、半導体素子10の表面に埋め込まれており、エミッタ電極12、信号電極18、それ以外の範囲を覆う絶縁部材によって形成される表面は、ほぼ平坦となっている。   The emitter electrode 12 is arranged on the surface of the semiconductor element 10 so as to avoid the position where the signal electrodes 18 are arranged. That is, the emitter electrode 12 is arranged at a position away from the group of signal electrodes 18 from one side 11 along which the signal electrodes 18 are arranged. The emitter electrode 12 is formed larger than the signal electrode 18. The shape in which the emitter electrode 12 is exposed on the surface of the semiconductor element 10 (the shape when viewed from the z direction) will be described later. As shown in FIG. 2, the emitter electrode 12 and the signal electrode 18 are embedded in the surface of the semiconductor element 10, and the surface formed by the insulating member covering the emitter electrode 12, the signal electrode 18, and other areas is It is almost flat.

リードフレーム20a、20bは、平板状の導電部材である。リードフレーム20aは、ほぼ矩形の本体部22aと、本体部22aと他の部材とを接続するバスバー24aを備えている。図1では、バスバー24aは、x方向と平行で、かつ、本体部22aの+y方向の一辺26aから延びている。また、バスバー24aは、辺26aの中心より−x方向側で本体部22aと接続している。バスバー24aは、半導体装置2から長く延びて、例えば、負荷や電源と接続される。リードフレーム20bは、リードフレーム20aとほぼ同一の形状であり、半導体装置2を平面視する(z方向から見る)と、リードフレーム20a、20bはほぼ一致する。なお、本実施例では、リードフレーム20a、20bがいずれもバスバーを備えているが、このような構成に限定されない。例えば、2枚のリードフレームのうちの一方がバスバーを備えており、他方はバスバーを備えていない構成であってもよい。   The lead frames 20a, 20b are flat conductive members. The lead frame 20a includes a substantially rectangular main body 22a and a bus bar 24a connecting the main body 22a to another member. In FIG. 1, the bus bar 24a is parallel to the x direction and extends from one side 26a of the main body 22a in the + y direction. Further, the bus bar 24a is connected to the main body 22a on the −x direction side from the center of the side 26a. The bus bar 24a extends from the semiconductor device 2 and is connected to, for example, a load or a power supply. The lead frame 20b has substantially the same shape as the lead frame 20a, and when the semiconductor device 2 is viewed in a plan view (when viewed from the z direction), the lead frames 20a and 20b substantially match. In this embodiment, each of the lead frames 20a and 20b has a bus bar, but the present invention is not limited to such a configuration. For example, one of the two lead frames may be provided with a bus bar, and the other may not be provided with a bus bar.

金属ブロック30は、ほぼ直方体であり、銅(Cu)で形成されている。金属ブロック30のz方向に垂直な面は、後述するエミッタ電極12の露出している形状とほぼ同一となっている。金属ブロック30は、スペーサである。金属ブロック30を配置することによって信号電極18群とリードフレーム20bとの間に空間ができる。これにより、信号電極18群にワイヤを接続することができる。   The metal block 30 has a substantially rectangular parallelepiped shape and is formed of copper (Cu). The surface of the metal block 30 perpendicular to the z direction is substantially the same as the exposed shape of the emitter electrode 12 described later. The metal block 30 is a spacer. By arranging the metal block 30, a space is created between the signal electrodes 18 and the lead frame 20b. Thereby, a wire can be connected to the signal electrode 18 group.

半導体素子10と、リードフレーム20a、20bと、金属ブロック30の間は、それぞれはんだ接合されている。図2に示すように、コレクタ電極16は、はんだ層36を介してリードフレーム20aに接続されている。エミッタ電極12は、はんだ層34を介して金属ブロック30に接続されている。金属ブロック30は、はんだ層32を介してリードフレーム20bに接続されている。半導体素子10の表面のうち、エミッタ電極12が露出する部分のみが金属ブロック30と接合されている。はんだ層34の輪郭は、エミッタ電極12が露出する範囲の輪郭とほぼ一致する。また、はんだ層32の輪郭は、金属ブロック30のz方向に垂直な面の輪郭とほぼ一致する。   The semiconductor element 10, the lead frames 20a and 20b, and the metal block 30 are respectively soldered. As shown in FIG. 2, the collector electrode 16 is connected to the lead frame 20a via the solder layer 36. The emitter electrode 12 is connected to the metal block 30 via the solder layer 34. The metal block 30 is connected to the lead frame 20b via the solder layer 32. Only the part of the surface of the semiconductor element 10 where the emitter electrode 12 is exposed is joined to the metal block 30. The outline of the solder layer 34 substantially matches the outline of the area where the emitter electrode 12 is exposed. The outline of the solder layer 32 substantially matches the outline of a surface of the metal block 30 perpendicular to the z direction.

半導体素子10は、はんだ層34と金属ブロック30とはんだ層32を介してリードフレーム20bに接続されており、はんだ層36を介してリードフレーム20aに接続されている。半導体素子10の熱は、はんだ層34と金属ブロック30とはんだ層32を介してリードフレーム20bに伝達され、はんだ層36を介してリードフレーム20aに伝達される。リードフレーム20a、20bは、図示しない絶縁板を介して冷却器に接続している。冷却器によって、半導体素子10を冷却することができる。   The semiconductor element 10 is connected to the lead frame 20b via the solder layer 34, the metal block 30, and the solder layer 32, and is connected to the lead frame 20a via the solder layer 36. The heat of the semiconductor element 10 is transmitted to the lead frame 20b via the solder layer 34, the metal block 30, and the solder layer 32, and is transmitted to the lead frame 20a via the solder layer 36. The lead frames 20a and 20b are connected to a cooler via an insulating plate (not shown). The semiconductor device 10 can be cooled by the cooler.

エミッタ電極12の形状について説明する。図3は、リードフレーム20aと半導体素子10の上面図である。なお、説明の都合上、はんだ層34と金属ブロック30とはんだ層32とリードフレーム20bの図示は省略している。   The shape of the emitter electrode 12 will be described. FIG. 3 is a top view of the lead frame 20a and the semiconductor element 10. FIG. In addition, illustration of the solder layer 34, the metal block 30, the solder layer 32, and the lead frame 20b is omitted for convenience of explanation.

図3に示すように、エミッタ電極12が露出する範囲の輪郭は、ほぼ矩形状となっている。すなわち、エミッタ電極12の輪郭は、四隅41、42、43、44を備えている。隅41は、図3の右上の一隅であり、エミッタ電極12の+x方向で、かつ、+y方向に位置している。すなわち、隅41は、半導体素子10の一辺11の近傍に配置される信号電極18群から遠く、かつ、バスバー24aからも遠い。隅42は、図3の左上の一隅であり、エミッタ電極12の−x方向で、かつ、+y方向に位置している。すなわち、隅42は、信号電極18群からは遠いが、バスバー24aに近い。隅43は、図3の右下の一隅であり、エミッタ電極12の+x方向で、かつ、−y方向に位置している。すなわち、隅43は、バスバー24aからは遠いが、信号電極18群に近い。隅44は、図3の左下の一隅であり、エミッタ電極12の−x方向で、かつ、−y方向に位置している。すなわち、隅44は、信号電極18群に近く、かつ、バスバー24aにも近い。四隅41、42、43、44の各々は、面取りされており、円弧状になっている。隅41の曲率半径は、他の三隅42、43、44の曲率半径より大きくされている。   As shown in FIG. 3, the outline of the range where the emitter electrode 12 is exposed is substantially rectangular. That is, the contour of the emitter electrode 12 has four corners 41, 42, 43, 44. The corner 41 is an upper right corner in FIG. 3 and is located in the + x direction and the + y direction of the emitter electrode 12. That is, the corner 41 is far from the signal electrodes 18 arranged near the one side 11 of the semiconductor element 10 and far from the bus bar 24a. The corner 42 is an upper left corner of FIG. 3 and is located in the −x direction and the + y direction of the emitter electrode 12. That is, the corner 42 is far from the signal electrode 18 group but close to the bus bar 24a. The corner 43 is a lower right corner of FIG. 3 and is located in the + x direction and the −y direction of the emitter electrode 12. That is, the corner 43 is far from the bus bar 24a but close to the signal electrode 18 group. The corner 44 is a lower left corner in FIG. 3 and is located in the −x direction and the −y direction of the emitter electrode 12. That is, the corner 44 is close to the signal electrode group 18 and also close to the bus bar 24a. Each of the four corners 41, 42, 43, and 44 is chamfered and has an arc shape. The radius of curvature of the corner 41 is larger than the radius of curvature of the other three corners 42, 43, 44.

エミッタ電極12の四隅は、面取りされていることにより、エミッタ電極12に隣接するはんだ層34の隅部の熱応力の集中を緩和することができる。上述したように、エミッタ電極12はほぼ矩形となっている。エミッタ電極12の隅部が面取りされていないと、はんだ層34に発達する熱応力は、隅部(頂点)の近傍で大きくなる。本実施例のエミッタ電極12では、四隅41、42、43、44が面取りされているため、隅部の熱応力の集中を緩和することができる。   Since the four corners of the emitter electrode 12 are chamfered, the concentration of thermal stress at the corner of the solder layer 34 adjacent to the emitter electrode 12 can be reduced. As described above, the emitter electrode 12 is substantially rectangular. If the corner of the emitter electrode 12 is not chamfered, the thermal stress developed in the solder layer 34 increases near the corner (apex). In the emitter electrode 12 of this embodiment, since the four corners 41, 42, 43, and 44 are chamfered, the concentration of thermal stress at the corners can be reduced.

また、エミッタ電極12の四隅41、42、43、44のうち、隅41の曲率半径が他の三隅42、43、44の曲率半径より大きくされている。上述したように、隅41は、信号電極18群からも遠く、かつ、バスバー24aからも遠くなっている。エミッタ電極12と半導体素子10の一辺11の間に信号電極18群が配置されていることにより、信号電極18群に近い隅43、44は、信号電極18群から遠い隅41、42より熱が拡散されやすい。また、バスバー24aに近い隅42、44は、バスバー24aから遠い隅41、43より熱が拡散されやすい。したがって、辺11から遠く、かつ、バスバー24aからも遠い隅41は、4つの隅41、42、43、44のうちでは、最も熱が拡散されにくい。すなわち、最も熱応力が集中しやすい。本実施例のエミッタ電極12は、隅41の曲率半径が他の三隅42、43、44の曲率半径より大きくされているため、熱応力の集中を効果的に緩和することができる。   Further, among the four corners 41, 42, 43, 44 of the emitter electrode 12, the radius of curvature of the corner 41 is larger than the radius of curvature of the other three corners 42, 43, 44. As described above, the corner 41 is far from the signal electrode group 18 and far from the bus bar 24a. Since the group of signal electrodes 18 is arranged between the emitter electrode 12 and one side 11 of the semiconductor element 10, the corners 43 and 44 closer to the group of signal electrodes 18 generate more heat than the corners 41 and 42 farther from the group of signal electrodes 18. Easy to spread. Further, heat is more easily diffused at the corners 42 and 44 near the bus bar 24a than at the corners 41 and 43 far from the bus bar 24a. Therefore, in the corner 41 far from the side 11 and far from the bus bar 24a, heat is least diffused among the four corners 41, 42, 43, and 44. That is, thermal stress is most likely to be concentrated. In the emitter electrode 12 of this embodiment, the radius of curvature of the corner 41 is larger than the radius of curvature of the other three corners 42, 43, and 44, so that the concentration of thermal stress can be effectively reduced.

また、三隅42、43、44の曲率半径は、隅41の曲率半径より小さくされている。隅部を面取りすると、熱応力の集中を緩和できる一方、エミッタ電極12の面積が減るため、半導体素子10とリードフレーム20aの間の熱抵抗が増大する。本実施例のエミッタ電極12は、最も熱応力が集中しやすい隅41の曲率半径を大きくしつつ、隅41と比較して熱応力が集中しにくい三隅42、43、44の曲率半径を小さくしている。これによって、面取りすることで生じる電極面積の減少量を抑えることができる。すなわち、エミッタ電極12の面積の減少を抑えることができる。このため、熱応力の集中を効果的に緩和すると共に、半導体素子10とリードフレーム20aの間の熱抵抗の増大を抑制することができる。したがって、はんだ層34に生じる熱応力を低減することができる。   Further, the radii of curvature of the three corners 42, 43, 44 are smaller than the radii of curvature of the corner 41. If the corner is chamfered, the concentration of thermal stress can be reduced, but the area of the emitter electrode 12 decreases, so that the thermal resistance between the semiconductor element 10 and the lead frame 20a increases. In the emitter electrode 12 of the present embodiment, the curvature radii of the corners 41 where the thermal stress is most likely to be concentrated are increased, and the curvature radii of the three corners 42, 43 and 44 where the thermal stress is less likely to be concentrated as compared with the corner 41 are reduced. ing. As a result, the amount of decrease in the electrode area caused by chamfering can be suppressed. That is, a decrease in the area of the emitter electrode 12 can be suppressed. Therefore, it is possible to effectively reduce the concentration of the thermal stress and to suppress an increase in the thermal resistance between the semiconductor element 10 and the lead frame 20a. Therefore, thermal stress generated in the solder layer 34 can be reduced.

上述したように、本実施例の金属ブロック30のz方向に垂直な面の形状は、エミッタ電極12の形状とほぼ一致している。このため、はんだ層32においても、熱応力の集中を効果的に緩和すると共に、半導体素子10とリードフレーム20aの間の熱抵抗の増大を抑制することができる。   As described above, the shape of the surface of the metal block 30 of the present embodiment perpendicular to the z direction substantially matches the shape of the emitter electrode 12. Therefore, also in the solder layer 32, the concentration of the thermal stress can be effectively reduced, and the increase in the thermal resistance between the semiconductor element 10 and the lead frame 20a can be suppressed.

なお、本実施例では、隅41以外の三隅42、43、44の間の曲率半径の差については言及していないが、例えば、隅44の曲率半径が、隅42、43の曲率半径より小さくてもよい。上述したように、隅44は、信号電極18群に近く、かつ、バスバー24aに近い。このため、隅44は、信号電極18群から遠い隅42、あるいはバスバー24aから遠い隅43より冷却されやすい。したがって、隅44の曲率半径を隅42、43の曲率半径より小さくすることができる。   In this embodiment, the difference in the radius of curvature between the three corners 42, 43, and 44 other than the corner 41 is not described. For example, the radius of curvature of the corner 44 is smaller than the radius of curvature of the corners 42 and 43. You may. As described above, the corner 44 is close to the group of signal electrodes 18 and close to the bus bar 24a. Therefore, the corner 44 is more likely to be cooled than the corner 42 far from the signal electrode 18 group or the corner 43 far from the bus bar 24a. Therefore, the radius of curvature of the corner 44 can be made smaller than the radius of curvature of the corners 42 and 43.

図4を参照して、半導体装置102を説明する。図4に示すように、半導体装置102は、リードフレーム120を備えており、リードフレーム120がはんだ層132を介してエミッタ電極12に接続している。なお、半導体装置102は、実施例1の半導体装置2の金属ブロック30を備えておらず、金属ブロック30を介することなくリードフレーム120とエミッタ電極12が接続したものであり、その他の構成は略同一となっている。そこで、実施例1の半導体装置2と同一の構成については、その説明を省略する。   The semiconductor device 102 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the semiconductor device 102 includes a lead frame 120, and the lead frame 120 is connected to the emitter electrode 12 via a solder layer 132. Note that the semiconductor device 102 does not include the metal block 30 of the semiconductor device 2 of the first embodiment, and the lead frame 120 and the emitter electrode 12 are connected without the metal block 30 therebetween. It is the same. Therefore, the description of the same configuration as the semiconductor device 2 of the first embodiment is omitted.

リードフレーム120は、本体部122と、本体部122の中央に配置される凹部121を備えている。凹部121は、平面視した(z方向から見た)とき、エミッタ電極12とほぼ一致する位置に形成される。凹部121は、半導体装置102の外部から半導体素子10に向かって突出している。凹部121の底部は、エミッタ電極12の形状とほぼ一致した形状となっている。なお、本体部122は、凹部121が設けられている部分以外については、実施例1の本体部22と同一の形状である。   The lead frame 120 includes a main body 122 and a concave portion 121 arranged at the center of the main body 122. The concave portion 121 is formed at a position substantially coincident with the emitter electrode 12 when viewed in plan (when viewed from the z direction). The recess 121 projects from the outside of the semiconductor device 102 toward the semiconductor element 10. The bottom of the recess 121 has a shape substantially matching the shape of the emitter electrode 12. The main body 122 has the same shape as the main body 22 of the first embodiment except for the portion where the concave portion 121 is provided.

半導体装置102は、実施例1でスペーサとして用いられた金属ブロック30を備えていない。しかし、リードフレーム120が凹部121を備えることによって、信号電極18とリードフレーム120の間に空間を確保することができる。このため、信号電極18にワイヤを接続することができる。   The semiconductor device 102 does not include the metal block 30 used as the spacer in the first embodiment. However, since the lead frame 120 includes the concave portion 121, a space can be secured between the signal electrode 18 and the lead frame 120. Therefore, a wire can be connected to the signal electrode 18.

半導体装置102においても、エミッタ電極12の一隅41の曲率半径は、他の三隅42、43、44の曲率半径より大きくされている。さらに、エミッタ電極12にはんだ層132を介して接続される凹部121の底部の形状は、エミッタ電極12の形状とほぼ一致している。このため、半導体装置102においても、熱応力の集中を効果的に緩和すると共に、半導体素子10とリードフレーム120の間の熱抵抗の増大を抑制することができる。したがって、はんだ層132に生じる熱応力を低減することができる。   In the semiconductor device 102 as well, the radius of curvature of one corner 41 of the emitter electrode 12 is larger than the radius of curvature of the other three corners 42, 43, 44. Further, the shape of the bottom of the concave portion 121 connected to the emitter electrode 12 via the solder layer 132 substantially matches the shape of the emitter electrode 12. Therefore, also in the semiconductor device 102, the concentration of the thermal stress can be effectively reduced, and the increase in the thermal resistance between the semiconductor element 10 and the lead frame 120 can be suppressed. Therefore, thermal stress generated in the solder layer 132 can be reduced.

実施例で説明した半導体装置に関する留意点を述べる。実施例のエミッタ電極12が、請求項の「表面電極」の一例であり、実施例のコレクタ電極16が、請求項の「裏面電極」の一例であり、実施例のリードフレーム20a、20b、120が、請求項の「導電板」の一例であり、実施例の隅41が、請求項の「一隅」の一例であり、実施例の隅42、43、44が、請求項の「三隅」の一例である。   Points to keep in mind regarding the semiconductor device described in the embodiment will be described. The emitter electrode 12 of the embodiment is an example of the “front surface electrode” of the claims, and the collector electrode 16 of the embodiment is an example of the “back surface electrode” of the claims, and the lead frames 20a, 20b, and 120 of the embodiment are described. Is an example of the “conductive plate” of the claims, the corner 41 of the embodiment is an example of the “one corner” of the claims, and the corners 42, 43, 44 of the embodiment are the “three corners” of the claims. This is an example.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   As described above, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples, and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.

2:半導体装置
10:半導体素子
12:エミッタ電極
14:半導体層
16:コレクタ電極
18:信号電極
20a、20b:リードフレーム
22a:本体部
24a:バスバー
30:金属ブロック
32、34、36:はんだ層
41、42、43、44:エミッタ電極の隅部
2: semiconductor device 10: semiconductor element 12: emitter electrode 14: semiconductor layer 16: collector electrode 18: signal electrode 20a, 20b: lead frame 22a: main body 24a: bus bar 30: metal block 32, 34, 36: solder layer 41 , 42, 43, 44: corners of emitter electrode

Claims (1)

ほぼ矩形の表面を備えており、その表面の一辺に沿った位置に信号電極群が形成されており、その信号電極群を避けた位置に表面電極が形成されており、裏面に裏面電極が形成されている半導体素子と、
前記表面電極と前記裏面電極の少なくとも一方に導通しており、他の部材に向けて延びるバスバーを備えている導電板を備えており、
前記表面電極は円弧上に面取りされた四隅を備えており、前記四隅は、前記信号電極群からも遠くて前記バスバーからも遠い一隅と、前記一隅よりも前記信号電極群または前記バスバーに近い三隅に分類可能であり、
前記一隅の曲率半径が前記三隅の曲率半径より大きく、
前記表面電極を接合するはんだ層の輪郭が前記表面電極の輪郭に対応していることを特徴とする半導体装置。

It has a substantially rectangular surface, a signal electrode group is formed at a position along one side of the surface, a front electrode is formed at a position avoiding the signal electrode group, and a back electrode is formed on the back surface Semiconductor element,
A conductive plate having a bus bar that is electrically connected to at least one of the front surface electrode and the back surface electrode and that extends toward another member is provided.
The surface electrode has four corners chamfered on an arc, the four corners are one corner far from the signal electrode group and far from the bus bar, and three corners closer to the signal electrode group or the bus bar than the one corner. Can be classified into
The radius of curvature of the one corner is larger than the radius of curvature of the three corners,
A semiconductor device, wherein an outline of a solder layer joining the surface electrodes corresponds to an outline of the surface electrodes.

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