JP6958026B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。
半導体装置は、例えば、IGBT(Insulted Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体素子を含んでいる。このような半導体装置は、例えば、電力変換装置として利用されている。
半導体装置は、絶縁板と絶縁板のおもて面に形成された複数の回路パターンとを有する基板を備えている。また、回路パターン上に半導体素子及び外部接続端子が配置されており、外部接続端子から印加された信号が回路パターンを経由して半導体素子に入力される。
この外部接続端子を回路パターンに取り付ける際には、筒状のコンタクト部品が用いられる。外部接続端子は、回路パターン上にはんだを介して接合されたコンタクト部品に圧入されて、コンタクト部品を経由して回路パターンに電気的に接続される(例えば、特許文献1参照)。
米国特許出願公開第2009/0194884号明細書
ところで、上記半導体装置では回路パターンの表面にニッケル等によるめっき処理が施されている。これにより、回路パターンからの腐食物の生成が抑制されて、当該腐食物の生成による回路パターン間の短絡が防止される。
しかし、このようなめっき処理が施された回路パターンは、はんだに対する濡れ性が低下して、また、はんだ内からボイドを取り除きにくくなる。このため、このようなめっき処理が施された回路パターンにはんだを介して、筒状のコンタクト部品、半導体素子等の構成部品を接合すると、回路パターンに対する構成部品の十分な接合強度が得られなくなってしまう。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、回路パターンに対する構成部品の接合強度の低下を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、絶縁板と前記絶縁板のおもて面に形成された複数の回路パターンとを含む基板と、前記複数の回路パターンのおもて面の接合領域を露出して、前記複数の回路パターンの少なくとも互いに対向する側部と共に前記側部に沿って、前記接合領域から離間して前記複数の回路パターンのおもて面の縁部にそれぞれ形成された複数の保護膜と、前記複数の回路パターンの前記接合領域にはんだを介して接合された複数の構成部品と、を有する半導体装置が提供される。
本発明の一観点によれば、絶縁板と前記絶縁板のおもて面に形成された複数の回路パターンとを含む基板と、前記複数の回路パターンのおもて面の接合領域を露出して、平面視で、前記複数の回路パターンの少なくとも互いに対向する側部にそれぞれ形成された複数の保護膜と、前記複数の回路パターンの前記接合領域にはんだを介して接合された複数の構成部品と、を有し、前記複数の保護膜は、平面視で、前記複数の回路パターンのそれぞれの側部のうち、前記複数の回路パターンの少なくとも互いに対向する側部以外には形成されていない、半導体装置が提供される。
開示の技術によれば、回路パターンに対する構成部品の接合強度の低下を抑制して、半導体装置の信頼性の低下を防止することができる。
第1の実施の形態の半導体装置の平面図である。 第1の実施の形態の半導体装置の断面図である。 第1の実施の形態の半導体装置の平面図(構成部品未記入時)である。 第1の実施の形態の変形例の半導体装置の基板の回路パターンを説明する図である。 第2の実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 第2の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 第3の実施の形態の半導体装置の要部平面図である。 第3の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その1)である。 第3の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その2)である。
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態の半導体装置について、図1〜図3を用いて説明する。
図1は、第1の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図2は、第1の実施の形態の半導体装置の断面図である。また、図3は、第1の実施の形態の半導体装置の平面図(構成部品未記入時)である。
なお、図1及び図3では、ケース21の蓋部21a及び金属基板20の図示を省略している。図2は、図1の一点鎖線X−Xにおける断面図である。さらに、図3は、図1において構成部品(半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c及びコンタクト部品16a〜16g並びにボンディングワイヤ17a〜17e)の図示を省略した場合を示している。
半導体装置10は、図1及び図2に示されるように、セラミック回路基板14(基板)とセラミック回路基板14のおもて面に接合された半導体素子15a,15b,15dと電子部品15cとコンタクト部品16a〜16gとコンタクト部品16a〜16gにそれぞれ取り付けられた外部接続端子19a〜19gとを有している。なお、セラミック回路基板14(後述する回路パターン12a〜12h)上に接合されている半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c、コンタクト部品16a〜16gの個数並びに接合位置は一例である。半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c、コンタクト部品16a〜16gは、セラミック回路基板14(回路パターン12a〜12h)上であれば、図1及び図2以外の場合でも構わない。
さらに、半導体装置10は、セラミック回路基板14が配置された金属基板20と、金属基板20上に設けられ、セラミック回路基板14を覆い、外部接続端子19a〜19gが延出されたケース21とを有している。
セラミック回路基板14は、絶縁板11と絶縁板11のおもて面に形成された回路パターン12a〜12hと絶縁板11の裏面に形成された金属板13とを有している。
回路パターン12a〜12hは、導電性並びにはんだに対する濡れ性に優れた材質により構成されている。このような材質として、例えば、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。このような回路パターン12a〜12hは、それぞれ、図1に示すような、所定の形状を成している。なお、回路パターン12a〜12hの個数、形状並びに絶縁板11に対する形成位置は一例であって、図1及び図2以外の場合でも構わない。
また、回路パターン12a〜12hには、互いに対向する側面に第1保護膜12a1,12a2,12b1〜12b3,12c1〜12c3,12d1,12d2,12e1〜12e4,12f1,12f2,12g1〜12g3,12h1,12h2がそれぞれ形成されている。
具体的には、回路パターン12aは、回路パターン12b,12eに対向する側面に第1保護膜12a1,12a2がそれぞれ形成されている。回路パターン12bは、回路パターン12c,12e,12aに対向する側面に第1保護膜12b1〜12b3がそれぞれ形成されている。回路パターン12cは、回路パターン12d,12e,12bに対向する側面に第1保護膜12c1〜12c3がそれぞれ形成されている。回路パターン12dは、回路パターン12c,12eに対向する側面に第1保護膜12d1,12d2がそれぞれ形成されている。
回路パターン12eは、回路パターン12d,12c,12b,12aに対向する側面に第1保護膜12e1〜12e3がそれぞれ形成されている。さらに、回路パターン12eは、回路パターン12f〜12hに対向する側面に第1保護膜12e4が形成されている。
回路パターン12fは、回路パターン12e,12gに対向する側面に第1保護膜12f1,12f2がそれぞれ形成されている。回路パターン12gは、回路パターン12f,12e,12hに対向する側面に第1保護膜12g1〜12g3がそれぞれ形成されている。回路パターン12hは、回路パターン12g,12eに対向する側面に第1保護膜12h1,12h2がそれぞれ形成されている。
なお、以下では、第1保護膜12a1,12a2,12b1〜12b3,12c1〜12c3,12d1,12d2,12e1〜12e4,12f1,12f2,12g1〜12g3,12h1,12h2を特に区別しない場合には、符号を一部省略することがある。
このような第1保護膜は、耐食性に優れた材質が用いられる。このような材質は、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン、バナジウム、ビスマス、ジルコニウム、ハフニウム、金、白金、パラジウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。
また、回路パターン12a〜12hのこのような側面に対する上記の第1保護膜は、例えば、無電解めっきにより形成することができる。この際、回路パターン12a〜12hの第1保護膜を形成しない領域には、予め、マスキング(レジスト)を形成しておき、無電解めっき後に当該レジストを除去することで、回路パターン12a〜12hの所望の側面にのみ第1保護膜をそれぞれ形成することができる。
したがって、回路パターン12a〜12hは、互いに対向する側面にのみ上記の第1保護膜がそれぞれ形成されて、それらの第1保護膜が形成された側面以外の領域にはめっき処理が施されておらず、めっき膜等が形成されていない。
このような構成を有するセラミック回路基板14として、例えば、DCB(Direct Copper Bonding)基板、AMB(Active Metal Blazed)基板を用いることができる。セラミック回路基板14は、半導体素子15a,15b,15d、電子部品15cで発生した熱を回路パターン12e,12f,12g,12h、絶縁板11及び金属板13を介して、金属基板20側に伝導させることができる。
金属板13は、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。
絶縁板11は、熱伝導性に優れた、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等の高熱伝導性のセラミックスにより構成されている。なお、絶縁板11は平面視で、例えば、矩形状を成している。また、金属板13は平面視で、絶縁板11よりも面積が小さな矩形状を成している。
半導体素子15a,15b,15dは、例えば、IGBT、パワーMOSFET等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体素子15a,15b,15dは、例えば、裏面に主電極としてドレイン電極(または、コレクタ電極)を、おもて面に、主電極としてゲート電極及びソース電極(または、エミッタ電極)をそれぞれ備えている。
また、半導体素子15a,15b,15dは、必要に応じて、SBD(Schottky Barrier Diode)、FWD(Free Wheeling Diode)等のダイオードを含んでいる。このような半導体素子15a,15b,15dは、裏面に主電極としてカソード電極を、おもて面に主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。上記の半導体素子15a,15b,15dは、その裏面側が所定の回路パターン12e,12f,12g,12h上に接合されている。
半導体素子15a,15b,15dは、シリコン半導体素子、及び、炭化シリコン等のワイドバンドギャップ素子を用いることができる。
なお、半導体素子15a,15bは、回路パターン12eの接合領域15a1,15b1上にはんだ18h,18iを介して接合されている。さらに、半導体素子15dは、回路パターン12hの接合領域15d1上にはんだ18lを介して接合されている。
電子部品15cは、例えば、抵抗、サーミスタ、コンデンサ、サージアブソーバ等である。このような、電子部品15cは、回路パターン12f,12gに跨って、回路パターン12f,12gの接合領域15c1,15c2上にはんだ18j,18kを介してそれぞれ接合されている。
図1及び図3に示されるように、この際、回路パターン12a〜12hは、既述の通り、第1保護膜が形成された側面以外にはめっき処理等が施されていない。このため、はんだ18h〜18lは回路パターン12e〜12hの半導体素子15a,15b,15d及び電子部品15cの接合領域に直接塗布され、はんだ18h〜18lの回路パターン12e〜12hに対する濡れ性の低下が抑制される。したがって、回路パターン12e〜12hに対する半導体素子15a,15b,15d及び電子部品15cの接合強度の低下が抑制される。
仮に、回路パターン12e,12hの半導体素子15a,15b,15dの接合領域15a1,15b1,15d1にめっき処理が施されている場合には、はんだ18h,18i,18lの回路パターン12e,12hに対する濡れ性が低下してしまう。これにより、半導体素子15a,15b,15dと回路パターン12e,12hとの間のはんだ接合部にボイド(空隙)が残存してしまう。そのため、半導体素子15a,15b,15dの接合強度が低下してしまう。また、半導体素子15a,15b,15dと金属基板20との間の熱抵抗が大きくなり、放熱性が低下してしまう。
また、仮に、回路パターン12f,12gの電子部品15cの接合領域15c1,15c2にめっき処理が施されている場合には、はんだ18j,18kの回路パターン12f,12gに対する濡れ性が低下してしまう。これにより、電子部品15cの電極面をはんだ18j,18kが這い上がってしまう。これにより、回路パターン12f,12gと電子部品15cとの間に形成されるはんだ18j,18kの量が減少し、電子部品15cの接合強度が低下してしまう。
コンタクト部品16a〜16gは、開口端部間を貫通する中空孔が内部に形成された筒形状を有する。一方の開口端部側がはんだ18a〜18gにより回路パターン12a〜12d,12f〜12hの接合領域16a1〜16g1上にそれぞれ接合される。また、コンタクト部品16a〜16gは、他方の開口端部から外部接続端子19a〜19gがそれぞれ圧入される。このようにして、コンタクト部品16a〜16gは、回路パターン12a〜12d,12f〜12hにはんだ18a〜18gを用いてそれぞれ接合されている。なお、図2では、コンタクト部品16a〜16gのうち、回路パターン12b,12h上に接合されているコンタクト部品16b,16fを示している。このようなコンタクト部品16a〜16gは、導電性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケルや金等の金属をめっき処理等によりコンタクト部品16a〜16gの表面にめっき膜を形成してもよい。このようなめっき膜の具体的な材質には、ニッケルや金の他に、ニッケル−リン合金や、ニッケル−ボロン合金等がある。
外部接続端子19a〜19gは、導電性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。外部接続端子19a〜19gは、棒状であって、その断面は、例えば、正方形を成している。外部接続端子19a〜19gは、コンタクト部品16a〜16gの中空孔にそれぞれ圧入されており、コンタクト部品16a〜16gを経由して回路パターン12a〜12d,12f〜12hに電気的に接続されている。
図1及び図3に示されるように、この際、回路パターン12a〜12hは、既述の通り、第1保護膜が形成された側面以外にはめっき処理等が施されていない。このため、はんだ18a〜18gは回路パターン12a〜12d,12f〜12hのコンタクト部品16a〜16gの接合領域に直接塗布され、はんだ18a〜18gの回路パターン12a〜12d,12f〜12hに対する濡れ性の低下が抑制される。したがって、回路パターン12a〜12d,12f〜12hに対するコンタクト部品16a〜16gの接合強度の低下が抑制される。このため、コンタクト部品16a〜16gに対して外部接続端子19a〜19gを確実に安定して圧入することができる。
仮に、回路パターン12a〜12d,12f〜12hのコンタクト部品16a〜16gの接合領域にめっき処理が施されている場合には、はんだ18a〜18gの回路パターン12a〜12d,12f〜12hに対する濡れ性が低下してしまう。この際、回路パターン12a〜12d,12f〜12hにはんだ18a〜18gを介してコンタクト部品16a〜16gを接合すると、はんだ18a〜18gがコンタクト部品16a〜16gの内部に這い上がってしまう。これにより、回路パターン12a〜12d,12f〜12hとコンタクト部品16a〜16gとの間に形成されるはんだ18a〜18gの量が減少し、コンタクト部品16a〜16gの接合強度が低下してしまう。また、コンタクト部品16a〜16gに外部接続端子19a〜19gを圧入することができなくなってしまう。または、コンタクト部品16a〜16gに外部接続端子19a〜19gを圧入しようとすると、コンタクト部品16a〜16gが曲がってしまうおそれもある。
このように回路パターン12a〜12hの半導体素子15a,15b,15dと電子部品15cとコンタクト部品16a〜16gとの接合領域にはめっき処理等を施していないために、回路パターン12a〜12hに対するはんだ18a〜18gの濡れ性の低下が抑制される。したがって、回路パターン12a〜12hに対する半導体素子15a,15b,15dと電子部品15cとコンタクト部品16a〜16gとの接合強度の低下が抑制される。
はんだ18a〜18lは、錫−銀−銅からなる合金、錫−亜鉛−ビスマスからなる合金、錫−銅からなる合金、錫−銀−インジウム−ビスマスからなる合金のうち、少なくともいずれかの合金を主成分とする鉛フリーはんだにより構成されている。また、このような主成分の他に、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコン等の添加物が含まれてもよい。
なお、セラミック回路基板14上では、回路パターン12a〜12hの間が適宜ボンディングワイヤ17a〜17eで電気的に接続されている。具体的には、図1及び図3に示されるように、回路パターン12bのボンディング領域12b4と回路パターン12eのボンディング領域12e5とをボンディングワイヤ17aで電気的に接続している。回路パターン12cのボンディング領域12c4と半導体素子15a(ソース電極)とがボンディングワイヤ17bで、回路パターン12dのボンディング領域12d4と半導体素子15a(ゲート電極)とがボンディングワイヤ17cで電気的にそれぞれ接続されている。さらに、半導体素子15a,15bとの間がボンディングワイヤ17dで、回路パターン12aのボンディング領域12a4と回路パターン12hのボンディング領域12h4とがボンディングワイヤ17eで電気的にそれぞれ接続されている。
なお、ボンディングワイヤ17a〜17eの回路パターン12a〜12e,12hのボンディング領域12a4,12b4,12c4,12d4,12e5,12h4に対する接合は、例えば、超音波接合により行われる。このような、ボンディングワイヤ17a〜17eは、導電性に優れたアルミニウム、銅、金、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。
図1及び図3に示されるように、この際、回路パターン12a〜12hは、既述の通り、所望の側面以外にはめっき処理等が施されていない。したがって、回路パターン12a〜12e,12hのボンディング領域12a4,12b4,12c4,12d4,12e5,12h4に対してボンディングワイヤ17a〜17eを接合強度を低下させることなく確実に接合することができる。
このように半導体装置10では、回路パターン12a〜12h、半導体素子15a,15b,15dの間を必要に応じてボンディングワイヤ17a〜17eで接続されている。さらに、回路パターン12a〜12d,12f〜12hに外部接続端子19a〜19gが電気的に接続されることで半導体素子15a,15b,15d及び電子部品15cを含む所定の回路が構成される。
金属基板20は、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等により金属基板20の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。
なお、この金属基板20の裏面側に冷却器(図示を省略)をはんだまたは銀ろう等を介して接合させ、または、サーマルペースト等を介して機械的に取り付けることで放熱性を向上させることも可能である。この場合の冷却器は、例えば、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。また、冷却器として、フィン、または、複数のフィンから構成されるヒートシンクまたは水冷による冷却装置等を適用することができる。また、金属基板20は、このような冷却器と一体的に構成されてもよい。その場合は、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成される。そして、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等により冷却器と一体化された金属基板20の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。
ケース21は、セラミック回路基板14を上方から覆う蓋部21aとセラミック回路基板14の外周に設けられ、セラミック回路基板14の側部を覆う側壁部21bとから構成される箱型を成している。このようなケース21は、熱可塑性樹脂により構成されている。当該樹脂として、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリブチレンサクシネート(PBS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂等がある。
また、このようなケース21は、ケース21の側壁部21bが接着剤(図示を省略)を介して金属基板20に接合される。なお、このような接着剤は、ケース21の側壁部21bの底部、または、金属基板20のケース21の設置領域上に塗布してもよい。接着剤の塗布は、マスクによるスクリーン印刷法やシリンジを用いたディスペンス法等の当該技術において知られている任意の方法を用いることができる。
ケース21の内部を封止部材(図示を省略)により封止させることも可能である。封止部材は、例えば、マレイミド変性エポキシ樹脂、マレイミド変性フェノール樹脂、マレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂で構成されている。また、封止部材は、ゲルにより構成されても構わない。このような封止部材は、ケース21に形成されている所定の注入口からケース21内に注入される。ケース21内に注入された封止部材は、金属基板20上における、セラミック回路基板14と、半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gと、ボンディングワイヤ17a〜17eと、外部接続端子19a〜19gの一部とを封止する。
この際、回路パターン12a〜12hは、既述の通り、第1保護膜が形成された側面以外にはめっき処理等が施されていない。このため、回路パターン12a〜12hに対する封止部材の密着力が向上する。したがって、封止部材によりケース21内のセラミック回路基板14、半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c等を適切に封止することができる。
以上により、半導体装置10が構成される。
このような半導体装置10では、外部接続端子19a〜19gに対して、外部から入力信号が印加されて、出力信号を出力する。仮に、回路パターン12a〜12hの側面に第1保護膜が形成されていない場合には、腐食物の生成により回路パターン間の短絡が発生してしまう。具体的には、回路パターン12a〜12hにおいて互いに対向する側面に生じる電界等により、回路パターン12a〜12hの銅がイオン化され、回路パターン12a〜12h間で銅の腐食物が生成されてしまう(イオンマイグレーション)。このため、隣接する回路パターン間にその腐食物が生成されてしまうと、当該隣接する回路パターン間が短絡してしまう。
ところが、半導体装置10において、回路パターン12a〜12hのうち、隣接する回路パターンの対向する側面に第1保護膜がそれぞれ形成されている。このため、回路パターン12a〜12hのうちの隣接する回路パターンの対向する側面ではイオンマイグレーションによる腐食物の生成が抑制される。これにより、当該隣接する回路パターン間の短絡の発生を防止することができる。
上記半導体装置10は、絶縁板11と絶縁板11のおもて面に形成された複数の回路パターン12a〜12hとを含むセラミック回路基板14を有している。また、半導体装置10は、複数の回路パターン12a〜12hのおもて面の接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1にはんだ18a〜18iを介してそれぞれ配置された半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c及びコンタクト部品16a〜16g並びにボンディングワイヤ17a〜17eを有している。さらに、半導体装置10は、複数の回路パターン12a〜12hにおいて互いに対向する側面にそれぞれ形成された複数の第1保護膜を有している。
このような半導体装置10では、複数の回路パターン12a〜12hは、互いに対向する側面に複数の第1保護膜がそれぞれ形成されており、これらの側面以外はめっき処理等が施されていない。
このため、複数の回路パターン12a〜12hの接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1に直接はんだ18a〜18iを介して半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gとを接合すると、はんだ18a〜18iの複数の回路パターン12a〜12hに対する濡れ性の低下が抑制される。したがって、複数の回路パターン12a〜12hに対する半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gとの接合強度の低下が抑制される。
さらに、複数の回路パターン12a〜12hは、隣接する回路パターンの対向する側面に複数の第1保護膜がそれぞれ形成されているために、当該隣接する回路パターンの対向する側面にイオンマイグレーションによる腐食物の生成が抑制される。これにより、当該隣接する回路パターン間の短絡の発生を防止することができる。
したがって、半導体装置10の故障の発生が低減されて、信頼性の低下を防止することができるようになる。
なお、半導体装置10の構成部品としては、半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c、コンタクト部品16a〜16g、ボンディングワイヤ17a〜17eが含まれる。構成部品は、これらに限らず、回路パターン12a〜12hに(はんだを介して)接合されるもの、例えば、リードフレーム等も含めることができる。
また、半導体装置10のセラミック回路基板14の回路パターン12a〜12hは、絶縁板11上に、例えば、銅箔を形成して、所定のパターンにエッチングすることで得られる。第1の実施の形態の場合であれば、エッチングにより、回路パターン12a〜12hの側面が絶縁板11のおもて面に対して垂直となるように形成されている。しかし、エッチング並びに絶縁板11上の銅箔等の状況によっては、上記のように回路パターン12a〜12hの側面が絶縁板11のおもて面に対して垂直とならない場合がある。以下、その場合の一例として回路パターン12e,12hの場合を挙げて、図4を用いて説明する。
図4は、第1の実施の形態の変形例の半導体装置の基板の回路パターンを説明する図である。
なお、図4に示す範囲は、図2における断面の要部を拡大したものである。また、セラミック回路基板14上の半導体素子15a,15b,15d、電子部品15c及びコンタクト部品16a〜16g並びにボンディングワイヤ17a〜17eの記載は省略している。
図4に示されるように、エッチングによっては、回路パターン12e,12hの側面12es,12hsが絶縁板11のおもて面に対して垂直ではなく、傾斜して形成される場合がある。
このように回路パターン12e,12hの側面12es,12hsが絶縁板11のおもて面に対して傾斜した場合でも、上記と同様に、側面12es,12hsに、第1保護膜12e4,12h2が形成される。また、図示を省略する他の回路パターン12a〜12d,12f,12gの側面がこのように絶縁板11のおもて面に対して傾斜しても、同様に、第1保護膜が形成される。
そして、このように傾斜した側面に第1保護膜が形成された場合でも、上記半導体装置10と同様の効果が得られる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では、第1の実施の形態の第1保護膜に加えて、第2保護膜を形成する場合について説明する。
第2の実施の形態の半導体装置10aについて、図5及び図6を用いて説明する。
図5は、第2の実施の形態の半導体装置の要部平面図であり、図6は、第2の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
なお、図5及び図6に示す半導体装置10aにおいて、第1の実施の形態の半導体装置10(図1〜図3)と同じ符号のものは同じ構成を表している。
また、図5は、第1の実施の形態の図1の回路パターン12eの周辺における平面図に対応している。図6は、図5の一点鎖線X−Xにおける断面図を表している。
半導体装置10aは、半導体装置10と同様に、複数の回路パターン12a〜12hにおいて互いに対向する側面に第1保護膜がそれぞれ形成されている。さらに、半導体装置10aでは、回路パターン12a〜12hの側面に形成された第1保護膜に沿って、回路パターン12a〜12hのおもて面の縁部に第2保護膜が形成されている。
例えば、図5及び図6に示されるように、回路パターン12eは、回路パターン12b〜12d(図1を参照)に対向する側面に第1保護膜12e1が形成されていると共に、第1保護膜12e1に沿って、回路パターン12eのおもて面の縁部に第2保護膜12e6が形成されている。また、回路パターン12eは、回路パターン12a(図1を参照)に対向する側面に第1保護膜12e2,12e3が形成されていると共に、第1保護膜12e2,12e3に沿って、回路パターン12eのおもて面の縁部に第2保護膜12e7,12e8が形成されている。さらに、回路パターン12eは、回路パターン12f〜12(図1を参照)に対向する側面に第1保護膜12e4が形成されていると共に、第1保護膜12e4に沿って、回路パターン12eのおもて面の縁部に第2保護膜12e9が形成されている。
また、図5に示されるように、回路パターン12aは、回路パターン12b,12e(図1を参照)に対向する側面に第1保護膜12a1,12a2が形成されていると共に、第1保護膜12a1,12a2に沿って、回路パターン12aのおもて面の縁部に第2保護膜12a5,12a6が形成されている。なお、第2保護膜12a6,12a7,12e6〜12e9は、特に区別しない場合には、符号を一部省略することがある。
図示を省略するものの、回路パターン12a,12eと同様に、回路パターン12b〜12d,12f〜12hについても、互いに対向する側面に第1保護膜が形成されていると共に、第1保護膜に沿って、回路パターン12b〜12d,12f〜12hのおもて面の縁部に第2保護膜(図示を省略)が形成されている。
なお、第2保護膜は、第1保護膜と同様に、耐食性に優れた材質が用いられる。このような材質もまた、第1保護膜と同様に、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン、バナジウム、ビスマス、ジルコニウム、ハフニウム、金、白金、パラジウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。
また、このような第2保護膜は、第1の実施の形態の第1保護膜と同様に、無電解めっきにより形成することができる。この際、回路パターン12a〜12hの第1保護膜及び第2保護膜を形成しない領域には、予め、マスキング(レジスト)を形成しておき、無電解めっき後に当該レジストを除去することで、回路パターン12a〜12hに第1保護膜及び第2保護膜をそれぞれ形成することができる。
第1の実施の形態で説明したように、回路パターン12a〜12hにおいて、互いに対向する側面に形成された第1保護膜は、そのような側面における腐食物の生成を抑制することができる。
しかしながら、第1保護膜のみでは、隣接する回路パターンのそれぞれのおもて面の(第1保護膜に沿った)縁部における腐食物の生成を抑制することはできない。特に、隣接する回路パターン間の距離が短く、また、隣接する回路パターン間に大きな電界がかかる時には、隣接する回路パターンのおもて面の縁部に腐食物が生成され、場合によっては、当該回路パターン間を接続してしまうおそれがある。
そこで、第2の実施の形態では、側部に形成された第1保護膜と共に、おもて面の縁部の側部に形成された第1保護膜に沿って第2保護膜がさらに形成されている。これにより、回路パターン12a〜12hのうちの隣接する回路パターンの対向する側面及びおもて面の縁部にイオンマイグレーションによる腐食物の生成が抑制される。これにより、当該隣接する回路パターン間の短絡の発生を確実に防止することができる。
このように、半導体装置10aでは、複数の回路パターン12a〜12hは、隣接する回路パターンの対向する側面に複数の第1保護膜と、回路パターン12a〜12hのおもて面の縁部に第1保護膜に沿って第2保護膜とがそれぞれ形成されており、これらの側面及び縁部以外はめっき処理等が施されていない。
このため、複数の回路パターン12a〜12hの接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1に直接はんだ18a〜18iを介して半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gとを接合すると、はんだ18a〜18iの複数の回路パターン12a〜12hに対する濡れ性の低下が抑制される。したがって、複数の回路パターン12a〜12hに対する半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gとの接合強度の低下が抑制される。
さらに、複数の回路パターン12a〜12hは、隣接する回路パターンの対向する側面に複数の第1保護膜(符号省略)及び回路パターンのおもて面の縁部に第1保護膜に沿って第2保護膜がそれぞれ形成されているために、当該隣接する回路パターンの対向する側面にイオンマイグレーションによる腐食物の生成が抑制される。これにより、当該隣接する回路パターン間の短絡の発生を確実に防止することができる。
したがって、半導体装置10aの故障の発生が低減されて、信頼性の低下を防止することができるようになる。
[第3の実施の形態]
第2の実施の形態の半導体装置10aでは、回路パターン12a〜12hのうち、隣接する回路パターンの対向する側面及び当該側面に沿ったおもて面の縁部にイオンマイグレーションによる腐食物の生成を抑制するために、第1保護膜及び第2保護膜を形成している。
このようなイオンマイグレーションによる回路パターン12a〜12h間の腐食物の生成をより確実に抑制することができる半導体装置10bについて図7〜図9を用いて説明する。
図7は、第3の実施の形態の半導体装置の要部平面図であり、図8及び図9は、第3の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
なお、図7〜図9に示す半導体装置10bにおいて、第1の実施の形態の半導体装置10(図1〜図3)と同じ符号のものは同じ構成を表している。
また、図7は、第2の実施の形態と同様に、第1の実施の形態の図1の回路パターン12eの周辺における平面図に対応している。図8は、図7の一点鎖線X1−X1における断面図を表している。図9は、図7の一点鎖線X2−X2における断面図を表している。
半導体装置10bは、半導体装置10と同様に、複数の回路パターン12a〜12hにおいて互いに対向する側面に第1保護膜がそれぞれ形成されている。さらに、半導体装置10bでは、複数の回路パターン12a〜12hの互いに対向する側面以外の側面にも第1保護膜がそれぞれ形成されている。また、半導体装置10bでは、回路パターン12a〜12hの側面に形成された第1保護膜に沿って、回路パターン12a〜12hのおもて面の縁部に第2保護膜が形成されている。さらに、半導体装置10bでは、複数の回路パターン12a〜12hの互いに対向する側面以外の側面に形成された第1保護膜に沿って、回路パターン12a〜12hのおもて面の縁部にも第2保護膜がそれぞれ形成されている。そして、半導体装置10bでは、回路パターン12a〜12hのおもて面上に接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1を露出して第3保護膜が形成されている。
すなわち、半導体装置10bの複数の回路パターン12a〜12hは、そのおもて面上の接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1を露出して全体が第1保護膜、第2保護膜、第3保護膜で覆われている。
例えば、図7〜図9に示されるように、回路パターン12eは、第2の実施の形態と同様に、回路パターン12a〜12d,12f〜12h(図1を参照)に対向する側面に第1保護膜12e1〜12e4が形成されている。さらに、回路パターン12aの残りの側面に第1保護膜12e11,12e12が形成されている。また、回路パターン12eは、第1保護膜12e1〜12e4に沿って、おもて面の縁部に第2保護膜12e6〜12e9が形成されている。さらに、回路パターン12eは、保護膜12e11,12e12に沿って、おもて面の縁部に第2保護膜12e13,12e14が形成されている。
さらに、回路パターン12eは、おもて面上に接合領域15a1,15b1を露出して第3保護膜12e10が形成されている。
また、図7に示されるように、回路パターン12aは、回路パターン12b,12e(図1を参照)に対向する側面に第1保護膜12a1,12a2が形成されていると共に、第1保護膜12a1,12a2に沿って、回路パターン12aのおもて面の縁部に第2保護膜12a5,12a6が形成されている。
また、回路パターン12aは、残りの側面に第1保護膜12a7が形成されていると共に、第1保護膜12a7に沿って、回路パターン12aのおもて面の縁部に第2保護膜12a8が形成されている。但し、半導体装置10bの回路パターン12aでは、第1保護膜12a2及び第2保護膜12a6は、半導体装置10aの場合に対して回路パターン12aの辺に沿って延伸して形成されている。
さらに、回路パターン12aは、おもて面上に接合領域16a1(図1を参照、図7では省略)を露出して第3保護膜12a10が形成されている。なお、第3保護膜12a10,12e10は、特に区別しない場合には、符号を一部省略することがある。
図示を省略するものの、回路パターン12a,12eと同様に、回路パターン12b〜12d,12f〜12hについても、周囲の全ての側面及び当該側面に沿ったおもて面の縁部に第1保護膜及び第2保護膜がそれぞれ形成されていると共に、回路パターン12b〜12d,12f〜12hのおもて面上に接合領域12b1,12c2,12d1,12f1,12g1,12h1,16a1〜16g1を露出して第3保護膜(図示を省略)が形成されている。
なお、第3保護膜は、第1保護膜及び第2保護膜と同様に、耐食性に優れた材質が用いられる。このような材質もまた、第1保護膜と同様に、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン、バナジウム、ビスマス、ジルコニウム、ハフニウム、金、白金、パラジウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。
また、このような第3保護膜は、第1,第2の実施の形態の第1,第2保護膜と同様に、無電解めっきにより形成することができる。この際、回路パターン12a〜12hの接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1には、予め、マスキング(レジスト)を形成しておき、無電解めっき後に当該レジストを除去することで、回路パターン12a〜12hに第1保護膜、第2保護膜及び第3保護膜をそれぞれ形成することができる。したがって、第1保護膜、第2保護膜及び第3保護膜は、一体的に構成されている。すなわち、半導体装置10bにおける複数の回路パターン12a〜12hに対して形成する第1保護膜、第2保護膜及び第3保護膜は、接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1に対応するマスキング(レジスト)のみを形成すればよい。このため、第1,第2の実施の形態の場合に比べて、第1保護膜、第2保護膜及び第3保護膜の形成が容易となる。
このように上記半導体装置10bでは、複数の回路パターン12a〜12hは、回路パターンの周囲の側面に複数の第1保護膜と、回路パターン12a〜12hのおもて面の縁部に第1保護膜に沿って第2保護膜とがそれぞれ形成されている。さらに、複数の回路パターン12a〜12hは、そのおもて面上に接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1を露出して第3保護膜がそれぞれ形成されている。
このため、複数の回路パターン12a〜12hの接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1に直接はんだ18a〜18iを介して半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gとを接合すると、はんだ18a〜18iの複数の回路パターン12a〜12hに対する濡れ性の低下が抑制される。したがって、複数の回路パターン12a〜12hに対する半導体素子15a,15b,15dと、電子部品15cと、コンタクト部品16a〜16gとの接合強度の低下が抑制される。
さらに、複数の回路パターン12a〜12hは、回路パターンの周囲の側面に複数の第1保護膜、回路パターンのおもて面の縁部に第1保護膜に沿って第2保護膜、回路パターンのおもて面上に接合領域を露出して第3保護膜がそれぞれ形成されている。このため、当該回路パターン間にイオンマイグレーションによる腐食物の生成が確実に抑制される。これにより、当該回路パターン間の短絡の発生をより確実に防止することができる。
したがって、半導体装置10bの故障の発生が低減されて、信頼性の低下を防止することができるようになる。
なお、第3の実施の形態の半導体装置10bの第1保護膜、第2保護膜及び第3保護膜を鑑みると、半導体装置10は、複数の回路パターン12a〜12hにおいて、複数の回路パターン12a〜12hの接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1が露出されていれば、少なくとも、隣接する回路パターンの対向する側面に複数の第1保護膜が形成されることを要する。
同様に、半導体装置10bは、複数の回路パターン12a〜12hにおいて、複数の回路パターン12a〜12hの接合領域15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1〜16g1が露出されていれば、少なくとも、隣接する回路パターンの対向する側面に複数の第1保護膜と、回路パターン12a〜12hのおもて面の縁部に第1保護膜に沿って第2保護膜とが形成されることを要する。
10,10a,10b 半導体装置
11 絶縁板
12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h 回路パターン
12a1,12a2,12a7,12b1,12b2,12b3,12c1,12c2,12c3,12d1,12d2,12e1,12e2,12e3,12e4,12e11,12e12,12f1,12f2,12g1,12g2,12g3,12h1,12h2 第1保護膜
12a4,12b4,12c4,12d4,12h4,12e5 ボンディング領域
12a5,12a6,12a8,12e6,12e7,12e8,12e9,12e13,12e14 第2保護膜
12a10,12e10 第3保護膜
13 金属板
14 セラミック回路基板
15a,15b,15d 半導体素子
15c 電子部品
15a1,15b1,15d1,15c1,15c2,16a1,16b1,16c1,16d1,16e1,16f1,16g1 接合領域
16a,16b,16c,16d,16e,16f,16g コンタクト部品
17a,17b,17c,17d,17e ボンディングワイヤ
18a,18b,18c,18d,18e,18f,18g,18h,18i,18j,18k,18l はんだ
19a,19b,19c,19d,19e,19f,19g 外部接続端子
20 金属基板
21 ケース
21a 蓋部
21b 側壁部

Claims (9)

  1. 絶縁板と前記絶縁板のおもて面に形成された複数の回路パターンとを含む基板と、
    前記複数の回路パターンのおもて面の接合領域を露出して、前記複数の回路パターンの少なくとも互いに対向する側部と共に前記側部に沿って、前記接合領域から離間して前記複数の回路パターンのおもて面の縁部にそれぞれ形成された複数の保護膜と、
    前記複数の回路パターンの前記接合領域にはんだを介して接合された複数の構成部品と、
    を有する半導体装置。
  2. 絶縁板と前記絶縁板のおもて面に形成された複数の回路パターンとを含む基板と、
    前記複数の回路パターンのおもて面の接合領域を露出して、平面視で、前記複数の回路パターンの少なくとも互いに対向する側部にそれぞれ形成された複数の保護膜と、
    前記複数の回路パターンの前記接合領域にはんだを介して接合された複数の構成部品と、
    を有し、
    前記複数の保護膜は、平面視で、前記複数の回路パターンのそれぞれの側部のうち、前記複数の回路パターンの少なくとも互いに対向する側部以外には形成されていない、
    半導体装置。
  3. 前記複数の構成部品のいずれかが、前記複数の回路パターンのうち、隣接する回路パターンに跨って接合されている、
    請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記複数の構成部品は、半導体素子またはコンタクト部品の少なくともいずれか一方である、
    請求項1または2に記載の半導体装置。
  5. 前記複数の構成部品は、電子部品である、
    請求項に記載の半導体装置。
  6. 前記複数の回路パターンは、銅または銅合金により構成されている、
    請求項1または2に記載の半導体装置。
  7. 前記複数の保護膜は、ニッケルまたはニッケル合金により構成されている、
    請求項1または2に記載の半導体装置。
  8. 前記はんだは、錫−銀−銅を含む合金、錫−亜鉛−ビスマスを含む合金、錫−銅を含む合金、または錫−銀−インジウム−ビスマスを含む合金のうち、少なくともいずれかの合金を主成分とする鉛フリーはんだである、
    請求項1または2に記載の半導体装置。
  9. 前記はんだは、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンが添加されている、
    請求項に記載の半導体装置。
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