JPWO2022044541A5

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Publication number: JPWO2022044541A5
Application number: JP2022545493A
Authority: JP
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2041-07-01

Description

半導体装置１は、絶縁回路基板２と半導体チップ６ａ，６ｂとを含んでいる。絶縁回路基板２は、回路パターン３とおもて面（樹脂おもて面）に回路パターン３が形成された樹脂層４とおもて面に樹脂層４が形成されたベース板５とを含んでいる。回路パターン３及びベース板５は、導電性を有する金属により構成されている。樹脂層４は、熱抵抗が低く、絶縁性が高い樹脂により構成されている。半導体チップ６ａ，６ｂは、平面視で矩形状を成すパワーデバイスである。半導体チップ６ａ，６ｂは、回路パターン３のおもて面（回路おもて面）に接合されている。さらに、半導体チップ６ａ，６ｂは、回路パターン３の外周端部から側端部が所定の距離Ｄ１以上、回路パターン３の内側に離間して接合されている。この際、所定の距離Ｄ１は回路パターン３の厚さＴに対応する。回路パターン３の厚さＴは、半導体チップ６ａ，６ｂの一辺の長さの０．１倍以上である。つまり、所定の距離Ｄ１及び回路パターン３の厚さＴは、共に半導体チップ６ａ，６ｂの一辺の長さの０．１倍以上である。半導体チップ６ａ，６ｂの側面視で互いに対向する側端部間の間隔Ｄ２は、所定の距離Ｄ１の２倍以上離間している。つまり、半導体チップ６ａ，６ｂの側面視で互いに対向する側端部間の間隔Ｄ２は、半導体チップ６ａ，６ｂの一辺の長さの０．２倍以上である。なお、ここで半導体チップ６ａ，６ｂの一辺の長さは、半導体チップ６ａ，６ｂが平面視で長方形状であればその短辺の長さでよい。

上記の半導体装置１は、絶縁回路基板２と半導体チップ６ａ，６ｂとを含む。絶縁回路基板２は、ベース板５とベース板５のおもて面に形成された樹脂層４と樹脂層４の樹脂おもて面に形成された回路パターン３とを含む。半導体チップ６ａ，６ｂは、回路パターン３の回路おもて面に、回路パターン３の外周端部から側端部が所定の距離Ｄ１以上、内側に離間して接合され、平面視で矩形状である。さらに、所定の距離Ｄ１は、それぞれ、半導体チップ６ａ，６ｂの一辺の長さ（長方形状であれば短辺の長さ）の０．１倍以上、より好ましくは、０．３倍以上であることを要する。

回路パターン２２ａ２及び回路パターン２２ｂ２上に、半導体チップ３０ａ，４０ａ及び半導体チップ３０ｂ，４０ｂがはんだを介して接合されている。なお、回路パターン２２ａ及び回路パターン２２ｂ上には、半導体チップ３０ａ，４０ａ及び半導体チップ３０ｂ，４０ｂの他に、必要に応じて、ワイヤ、リードフレーム及び接続端子等の配線部材並びに電子部品を、適宜配置することができる。なお、回路パターン２２ａ２，２２ａ３，２２ｂ２に記載されている四角はリードフレーム６２～６４の接合箇所を表している。このような回路パターン２２ａ，２２ｂに対して、耐食性に優れた材質によりめっき処理を行うことも可能である。このような材質は、例えば、ニッケル、または、ニッケルを含む合金等である。

ベース板２３は、熱伝導性に優れた材料により構成されている。この材料は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの１種を含む合金である。また、このような材料として、金属複合材でもよい。金属複合材は、例えば、アルミニウム－炭化珪素（Ａｌ－ＳｉＣ）、マグネシウム－炭化珪素（Ｍｇ－ＳｉＣ）が挙げられる。また、耐食性を向上させるために、ベース板２３の表面にめっき処理を行ってもよい。この際のめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金等がある。めっき膜の厚さは、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。さらに、後述するようにベース板２３の裏面に冷却ユニット（図示を省略）をはんだまたは銀ろう等を介して取り付けることができる。これにより、半導体装置１０の放熱性を向上させることができる。この場合の冷却ユニットは、例えば、熱伝導性に優れた金属により構成される。金属は、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの１種を含む合金等である。また、冷却ユニットは、１以上のフィンを備えるヒートシンクまたは水冷による冷却装置等である。また、ベース板２３は、このような冷却ユニットと一体化されてもよい。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１種を含む合金により構成される。そして、耐食性を向上させるために、例えば、冷却ユニットと一体化されたベース板２３の表面にめっき処理を行ってもよい。この際のめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル－リン合金、ニッケル－ボロン合金等がある。なお、ベース板２３の厚さは、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。

したがって、このような絶縁回路基板２０は、回路パターン２２ａ，２２ｂ及びベース板２３と樹脂層２１との熱膨張係数の差を小さくすることができる。このため、半導体チップ３０ａ，４０ａ，３０ｂ，４０ｂが発熱しても絶縁回路基板２０の反りの発生を小さくすることができる。

ケース６０は、枠体部６１と枠体部６１の開口上部に設けられた蓋部６５とを有している。枠体部６１は、中央部におもて面から裏面に貫通された開口部が形成されて、平面視で枠型を成している。また、枠体部６１は、リードフレーム６２～６４を含んでいる。枠体部６１は、インサート成形によりリードフレーム６２～６４と一体的に構成されている。インサート成形では、リードフレーム６２～６４に接合可能な熱可塑性樹脂が用いられる。なお、このような樹脂として、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリアミド樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂がある。なお、蓋部６５もまた枠体部６１と同様の材質により構成されている。

この場合、絶縁回路基板２０において、回路パターン２２ａ２，２２ａ３のおもて面が樹脂層２１のおもて面と同一平面を成すように、回路パターン２２ａ２，２２ａ３が樹脂層２１に埋設されている。第２の実施の形態で説明したように、絶縁回路基板２０は、樹脂層２１に回路パターン２２ａ，２２ｂを圧着することで得られる。この圧着の際に、回路パターン２２ａ，２２ｂを樹脂層２１に対してより大きな圧力で押圧する。これにより、回路パターン２２ａ，２２ｂが樹脂層２１に埋設される。この際、回路パターン２２ａ，２２ｂに押圧された樹脂層２１の一部が、例えば、図８に示されるように、回路パターン２２ａ２，２２ａ３の隙間から突出する。そして、回路パターン２２ａ２，２２ａ３の間の樹脂層２１が封止部材６６に封止され、ベース板２３側に押圧される。このため、第３の実施の形態と同様に回路パターン２２ａ２，２２ａ３の樹脂層２１に対する剥離が防止され、絶縁回路基板２０の放熱性の低下を防止できる。また、回路パターン２２ａ２，２２ａ３の間から樹脂層２１が突出している。このため、封止部材６６と樹脂層２１との界面の長さ（沿面距離）が長くなり、回路パターン２２ａ２，２２ａ３とベース板２３との絶縁性が向上する。これは、回路パターン２２ａ２，２２ａ３に限らず、他の回路パターン２２ａ，２２ｂでも同様である。したがって、半導体装置１０の放熱性の低下と共に長期信頼性の低下を抑制することができる。

［第５の実施の形態］
第５の実施の形態では、第２の実施の形態の半導体装置１０に含まれる絶縁回路基板２０において、回路パターン２２ａ，２２ｂの角部が面取りされている場合である。以下、この場合について、図１０を用いて説明する。図１０は、第５の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図１０は、図３に示した半導体装置１０の一点鎖線Ｘ－Ｘにおける断面図に対応しており、この断面図の半導体チップ４０ａの周辺を示している。

Claims

ベース板と前記ベース板のおもて面に形成された樹脂層と前記樹脂層の樹脂おもて面に形成された回路パターンとを含む絶縁回路基板と、
前記回路パターンの回路おもて面に、前記回路パターンの外周端部から側端部が所定の距離以上、内側に離間して接合され、平面視で矩形状の半導体チップと、
を含み、
前記所定の距離及び前記回路パターンの厚さは、それぞれ、前記半導体チップの一辺の長さの０．１倍以上である、
半導体装置。
前記半導体チップが接合された１の前記回路パターンの前記回路おもて面に側面視で前記半導体チップに隣接して接合された別の半導体チップをさらに有し、
前記半導体チップ及び前記別の半導体チップの側面視で互いに対向する側端部間の間隔は、前記所定の距離の２倍以上離間している、
請求項１に記載の半導体装置。
前記間隔における前記回路パターンの前記回路おもて面に接合された配線部材、
をさらに有する請求項２に記載の半導体装置。
前記間隔における前記回路パターンの前記回路おもて面に、平面視で、前記半導体チップ及び前記別の半導体チップに平行に形成された溝部、
をさらに有する請求項２に記載の半導体装置。
前記溝部の深さは、前記半導体チップからの発熱が前記回路パターンを側面視で前記樹脂層に進むに連れて最外領域が４５°で広がるように拡散する前記回路パターン中の熱拡散部の最外領域に達しないように形成されている、
請求項４に記載の半導体装置。
前記回路パターンの回路裏面は前記樹脂層の前記樹脂おもて面よりも前記ベース板側に位置している、
請求項１に記載の半導体装置。
前記回路パターンは、前記回路おもて面が前記樹脂層の前記樹脂おもて面と略同一平面を成して、前記樹脂層に埋設されている、
請求項６に記載の半導体装置。
前記回路パターンは、側面視で、前記半導体チップからの発熱が前記回路パターンを前記樹脂層に進むに連れて最外領域が４５°で広がるように拡散する前記回路パターンにおける熱拡散部の最外領域に及ばないように面取りされている、
請求項１に記載の半導体装置。
前記回路パターンは前記樹脂層側にダレが形成されており、前記回路おもて面側にバリが形成されている、
請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
前記樹脂層の前記樹脂おもて面に前記回路パターンと共に、前記半導体チップが配置されない非配置回路パターンが形成され、
前記非配置回路パターンの厚さは、前記回路パターンの厚さよりも薄い、
請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
前記非配置回路パターンは、前記半導体チップの制御電極に電気的に接続される制御回路パターンである、
請求項１０に記載の半導体装置。
前記半導体チップの前記一辺の長さは５．５ｍｍ以下である、
請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置。