WO2026004709A1 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- WO2026004709A1 WO2026004709A1 PCT/JP2025/021909 JP2025021909W WO2026004709A1 WO 2026004709 A1 WO2026004709 A1 WO 2026004709A1 JP 2025021909 W JP2025021909 W JP 2025021909W WO 2026004709 A1 WO2026004709 A1 WO 2026004709A1
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- semiconductor device
- semiconductor
- sealing member
- exposed
- sealing
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Definitions
- This disclosure relates to a semiconductor device.
- Patent Document 1 discloses a conventional semiconductor device.
- the semiconductor device described in Patent Document 1 includes a semiconductor element, a lead frame, solder, wire, and encapsulating resin.
- the semiconductor element is, for example, a diode chip or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) chip.
- the lead frame mounts the semiconductor element and is electrically connected to the semiconductor element via solder and wire.
- the solder and wire are conductive members that connect the lead frame and semiconductor element.
- the solder is located between the semiconductor element and lead frame, connecting them electrically.
- the wire is joined to the semiconductor element and lead frame, connecting them electrically.
- the encapsulating resin covers part of the lead frame, the semiconductor element, solder, and wire.
- An object of the present disclosure is to provide a semiconductor device that is an improvement over conventional devices.
- an object of the present disclosure is to provide a semiconductor device that can prevent the intrusion of liquids and gases from the outside.
- the semiconductor device provided by the present disclosure comprises a functional assembly including a semiconductor element, a sealing member covering the semiconductor element and in contact with the functional assembly, and a barrier member having lower permeability than the sealing member.
- the interface between the functional assembly and the sealing member has at least one exposed edge exposed to the outside.
- the barrier member covers at least a portion of the at least one exposed edge.
- FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor device according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a plan view of FIG. 2, in which the barrier member is omitted and the sealing member is shown by imaginary lines.
- FIG. 4 is a partially enlarged plan view of a part of FIG. 3, illustrating the covering portion of the sealing member compared to FIG.
- FIG. 5 is a partially enlarged plan view of a part of FIG. 3, illustrating the covering portion of the sealing member compared to FIG.
- FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
- FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
- FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
- FIG. 9 shows characteristic lines showing the relationship between stress and strain of a certain material.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
- FIG. 13 is a plan view showing a semiconductor device according to a first modification of the first embodiment.
- FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. FIG.
- FIG. 15 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second modification of the first embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 16 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 17 is an enlarged plan view of a main part of a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment, and corresponds to FIG.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fourth modification of the first embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 19 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fifth modification of the first embodiment, and corresponds to the cross section of FIG. FIG.
- FIG. 20 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 21 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 22 is a perspective view showing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
- FIG. 23 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 24 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 25 is a perspective view showing a semiconductor device according to the third embodiment.
- FIG. 26 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the third embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 27 is a plan view showing a semiconductor device according to a modification of the third embodiment.
- FIG. 28 is a perspective view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment.
- FIG. 29 is a plan view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment.
- 30 is a plan view of FIG. 29 in which the barrier member is omitted and the sealing member is shown by imaginary lines.
- FIG. 31 is a plan view of FIG. 30 in which the sealing member and one of the two conductive members are omitted.
- FIG. 32 is a front view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment.
- FIG. 33 is a bottom view showing the semiconductor device according to the fourth embodiment.
- FIG. 34 is a cross-sectional view taken along line XXXIV-XXXIV in FIG.
- FIG. 35 is a partially enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
- FIG. 36 is a partially enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
- FIG. 37 is a cross-sectional view taken along line XXXVII-XXXVII in FIG.
- FIG. 38 is a cross-sectional view taken along line XXVIII-XXXVIII in FIG.
- FIG. 39 is a cross-sectional view taken along line XXIX-XXXIX in FIG.
- FIG. 40 is a perspective view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment.
- FIG. 40 is a perspective view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment.
- FIG. 41 is a plan view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment, in which the barrier member is omitted and the sealing member is shown by imaginary lines.
- 42 is a partially enlarged plan view of a part of FIG. 41, illustrating the covering portion of the sealing member compared to FIG. 43 is a cross-sectional view taken along line XLIII-XLIII in FIG.
- FIG. 44 is a partially enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 45 is a cross-sectional view taken along the line XLV-XLV in FIG.
- FIG. 46 is a cross-sectional view taken along line XLVI-XLVI in FIG.
- FIG. 47 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first modification of the fifth embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 48 is a plan view showing a semiconductor device according to a second modification of the fifth embodiment, in which the barrier member is omitted and the sealing portion of the sealing member is shown by imaginary lines.
- FIG. 49 is a partially enlarged plan view of a part of FIG.
- FIG. 50 is a partially enlarged cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second modification of the fifth embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 51 is a plan view showing a semiconductor device according to a third modification of the fifth embodiment, in which the barrier member is omitted and the sealing portion of the sealing member is shown by imaginary lines.
- FIG. 52 is a partially enlarged plan view of a part of FIG.
- FIG. 53 is a partially enlarged cross-sectional view showing a semiconductor device according to a third modification of the fifth embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 54 is a partially enlarged cross-sectional view showing a semiconductor device according to another configuration example of the third modified example of the fifth embodiment, and corresponds to the cross section of FIG.
- FIG. 55 is an enlarged plan view of a main part of a semiconductor device according to a fourth modification of the fifth embodiment, in which the barrier member and the sealing portion of the sealing member are omitted.
- FIG. 56 is a partially enlarged cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fourth modification of the fifth embodiment, and corresponds to the cross section of FIG. FIG.
- FIG. 57 is an enlarged plan view of a main part of a semiconductor device according to a fifth modification of the fifth embodiment, in which the barrier member and the sealing portion of the sealing member are omitted.
- FIG. 58 is a cross-sectional view taken along line LVIII-LVIII in FIG.
- FIG. 59 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the sixth embodiment.
- an object A is formed on an object B" and “an object A is formed on (an object) B” include “an object A is formed directly on an object B” and “an object A is formed on an object B with another object interposed between the two objects.”
- an object A is disposed on an object B” and “an object A is disposed on (an object) B” include “an object A is disposed directly on an object B” and “an object A is disposed on an object B with another object interposed between the two objects.”
- an object A is located on (an object) B” includes “an object A is in contact with an object B and is located on (an object) B” and “an object A is located on (an object) B with another object interposed between the two objects.”
- object A overlaps object B when viewed in a certain direction includes “object A overlaps the entirety of object B” and “object A overlaps part of object B.”
- object A (its material) contains material C” includes
- First embodiment: 1 to 8 show a semiconductor device A10 according to a first embodiment.
- the semiconductor device A10 includes a functional assembly ASSY1, a sealing member 50, and a barrier member 70.
- the functional assembly ASSY1 includes a support member 10, three power terminals 14, 15, and 16, a plurality of signal terminals 171 to 174 and 178, a plurality of semiconductor elements 21 and 22, a plurality of conductive members 31 and 32, and a plurality of connecting members 41 to 44.
- the plurality of signal terminals 171 to 174 and 178 will be referred to as a plurality of signal terminals 17 unless otherwise distinguished.
- the thickness direction z corresponds to the thickness direction of the semiconductor device A10.
- plane view refers to the view in the thickness direction z.
- the first direction x is perpendicular to the thickness direction z.
- the second direction y is perpendicular to the thickness direction z and the first direction x.
- One side of the first direction x is referred to as the x1 side of the first direction x, and the other side of the first direction x is referred to as the x2 side of the first direction x.
- one side of the second direction y is referred to as the y1 side of the second direction y
- the other side of the second direction y is referred to as the y2 side of the second direction y
- one side of the thickness direction z is referred to as the z1 side of the thickness direction z
- the other side of the thickness direction z is referred to as the z2 side of the thickness direction z
- the z1 side of the thickness direction z is sometimes referred to as the upper side
- the z2 side of the thickness direction z is sometimes referred to as the lower side.
- terms such as “top,” “bottom,” “upper,” “lower,” “top surface,” and “bottom surface” indicate the relative positional relationship of each component in the thickness direction z, and do not necessarily define the relationship with the direction of gravity.
- Semiconductor device A10 is a power module that controls current and voltage using multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- Semiconductor device A10 converts the DC power supply voltage applied to two power terminals 14 and 15 into AC voltage using multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- the converted AC voltage is input from power terminal 16 to a power supply target such as a motor.
- the support member 10 supports multiple semiconductor elements 21, 22 in the thickness direction z.
- the support member 10 is, for example, a DCB (Direct Copper Bonding) substrate.
- the support member 10 may be an AMB (Active Metal Brazing) substrate.
- the support member 10 includes an insulating substrate 11, a main surface wiring layer 12, and a back surface wiring layer 13. As shown in Figures 6 to 8, the support member 10 is covered with a sealing member 50 except for a portion of the back surface wiring layer 13.
- the insulating substrate 11 is interposed between the main surface wiring layer 12 and the back surface wiring layer 13 in the thickness direction z.
- the insulating substrate 11 supports multiple semiconductor elements 21, 22 via the main surface wiring layer 12.
- the insulating substrate 11 includes a material with relatively high thermal conductivity.
- the insulating substrate 11 is made of ceramics containing aluminum nitride (AlN).
- AlN aluminum nitride
- the insulating substrate 11 may also include an insulating resin sheet.
- the insulating substrate 11 has a substrate main surface 11a and a substrate back surface 11b.
- the substrate main surface 11a and the substrate back surface 11b are spaced apart in the thickness direction z.
- the substrate main surface 11a and the substrate back surface 11b face opposite each other in the thickness direction z.
- the substrate main surface 11a faces upward in the thickness direction z, and the substrate back surface 11b faces downward in the thickness direction z.
- the substrate main surface 11a faces each of the multiple semiconductor elements 21, 22.
- the main surface wiring layer 12 is located above (on the z1 side of) the insulating substrate 11 in the thickness direction z.
- the main surface wiring layer 12 is in contact with and bonded to the substrate main surface 11a.
- the main surface wiring layer 12 contains copper (Cu), but may be made of other metals.
- the main surface wiring layer 12 is surrounded by the periphery of the insulating substrate 11.
- the main surface wiring layer 12 includes multiple conductor portions 121 to 127, 129. The multiple conductor portions 121 to 127, 129 are spaced apart from one another.
- a main current flows through the multiple conductor portions 121-123.
- the main current is a current corresponding to the power before it is converted by the switching operations of the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22, and a current corresponding to the power after it is converted.
- the switching operations of the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22 will be described later.
- the conductor portion 121 includes two pad portions 121a and 121b.
- the two pad portions 121a and 121b are integrally formed.
- Pad portion 121a is rectangular in plan view, but the shape of pad portion 121a in plan view is not limited in any way.
- Pad portion 121a extends in the first direction x in plan view.
- Power terminals 14 are bonded to pad portion 121b.
- pad portion 121b is rectangular in plan view, but the shape of pad portion 121b in plan view is not limited in any way.
- Pad portion 121b extends in the second direction y in plan view.
- Pad portion 121b is connected to the edge of pad portion 121a on the x1 side in the first direction x.
- the conductor portion 122 includes two pad portions 122a and 122b.
- the two pad portions 122a and 122b are integrally formed.
- a plurality of conductive members 32 are bonded to the pad portion 122a.
- the pad portion 122a is rectangular in plan view, but the shape of the pad portion 122a in plan view is not limited in any way.
- the pad portion 122a extends in the first direction x in plan view.
- a power terminal 15 is bonded to the pad portion 122b.
- the pad portion 122b is rectangular in plan view, but the shape of the pad portion 122b in plan view is not limited in any way.
- the pad portion 122b extends in the second direction y in plan view.
- the pad portion 122b is connected to the edge of the pad portion 122a on the x1 side in the first direction x.
- the conductor portion 123 includes two pad portions 123a and 123b.
- the two pad portions 123a and 123b are integrally formed.
- a plurality of semiconductor elements 22 are bonded to the pad portion 123a.
- a plurality of conductive members 31 are also bonded to the pad portion 123a.
- the pad portion 123a is rectangular in plan view, but the shape of the pad portion 123a in plan view is not limited in any way.
- the pad portion 123a extends in the first direction x in plan view.
- a power terminal 16 is bonded to the pad portion 123b.
- the pad portion 123b is rectangular in plan view, but the shape of the pad portion 123b in plan view is not limited in any way.
- the pad portion 123b extends in the second direction y in plan view.
- the pad portion 123b is connected to the edge of the pad portion 123a on the x2 side in the first direction x.
- the three pad portions 121a, 122a, and 123a are arranged along the second direction y.
- the three pad portions 121a, 122a, and 123a are arranged approximately parallel to one another.
- pad portion 123a is located between pad portion 121a and pad portion 122a.
- pad portion 121a is located on the y1 side of pad portion 123a in the second direction y
- pad portion 122a is located on the y2 side of pad portion 123a in the second direction y.
- the two pad portions 121b and 122b are arranged along the second direction y.
- Pad portion 121b is located on the y1 side of pad portion 122b in the second direction y.
- the two pad portions 121b and 122b are located on the x1 side of the first direction x with respect to the three pad portions 121a, 122a, and 123a.
- Pad portion 123b is located on the x2 side of the two pad portions 121a and 123a in the first direction x. Note that the shape and arrangement of each of the three conductor portions 121 to 123 are not limited to the example shown in the figure.
- Signals for controlling the switching operations of the multiple semiconductor elements 21 or the multiple semiconductor elements 22 are transmitted to the multiple conductor portions 124-127.
- a plurality of connection members 41 are each bonded to the conductor portion 124.
- the conductor portion 124 is electrically connected to each semiconductor element 21 (main surface electrode 213 described below) via the plurality of connection members 41.
- the conductor portion 124 is located on the opposite side of the pad portion 121a of the conductor portion 121 from the pad portion 123b of the conductor portion 123 in the second direction y. In a plan view, the conductor portion 124 is strip-shaped extending in the first direction x.
- a plurality of connection members 42 are bonded to the conductor portion 125.
- the conductor portion 125 is electrically connected to each semiconductor element 22 (main surface electrode 223 described below) via the plurality of connection members 42.
- the conductor portion 125 is located on the opposite side of the pad portion 122a of the conductor portion 122 from the pad portion 123b of the conductor portion 123 in the second direction y. In a plan view, the conductor portion 125 is strip-shaped extending in the first direction x.
- a plurality of connection members 43 are bonded to the conductor portion 126.
- the conductor portion 126 is electrically connected to each semiconductor element 21 (main surface electrode 212 described below) via the plurality of connection members 43.
- the conductor portion 126 is located on the opposite side of the conductor portion 124 from the pad portion 121a of the conductor portion 121 in the second direction y. In a plan view, the conductor portion 126 is strip-shaped and extends in the first direction x. The conductor portion 126 is parallel to the conductor portion 125. Note that the positional relationship between the conductor portion 124 and the conductor portion 126 may be reversed.
- a plurality of connection members 44 are bonded to the conductor portion 127.
- the conductor portion 127 is electrically connected to each semiconductor element 22 (main surface electrode 222 described below) via the plurality of connection members 44.
- the conductor portion 127 is located on the opposite side of the pad portion 122a of the conductor portion 122 in the second direction y, with the conductor portion 125 as the reference.
- the conductor portion 127 is strip-shaped and extends in the first direction x in a plan view.
- the conductor portion 127 is parallel to the conductor portion 126. Note that the positional relationship between the conductor portion 125 and the conductor portion 127 may be reversed.
- Each of the multiple conductor portions 129 is not electrically connected to either the multiple semiconductor elements 21 or the multiple semiconductor elements 22.
- the multiple conductor portions 129 include one arranged on the x1 side of the two conductor portions 124, 126 in the first direction x, and one arranged on the x2 side of the two conductor portions 125, 127 in the first direction x.
- the back surface wiring layer 13 is located below the insulating substrate 11 in the thickness direction z (on the z2 side).
- the back surface wiring layer 13 is in contact with and bonded to the substrate back surface 11b.
- the composition of the back surface wiring layer 13 includes copper (Cu), similar to the main surface wiring layer 12, but may be other metals. Unlike this example, the composition of the back surface wiring layer 13 may be different from that of the main surface wiring layer 12.
- the lower surface of the back surface wiring layer 13 (the surface facing downward in the thickness direction z) is exposed from the sealing member 50 (the resin back surface 52 described below).
- a heat dissipation member e.g., a heat sink
- the back surface wiring layer 13 is rectangular in plan view.
- the back surface wiring layer 13 is surrounded by the periphery of the insulating substrate 11 in plan view.
- the main surface wiring layer 12 and the back surface wiring layer 13 are metal bodies individually bonded to both sides of the insulating substrate 11 in the thickness direction z.
- the metal body is divided into multiple conductor portions (two conductor portions 121, 122) by patterning.
- the two conductor portions 121, 122 are patterns of metal bodies formed on the main surface 11a of the insulating substrate 11.
- the main surface wiring layer 12 may be bonded to the insulating substrate 11 after being patterned into the two conductor portions 121, 122.
- the support member 10 is a DCB substrate
- the main surface wiring layer 12 and the back surface wiring layer 13 are each bonded to the insulating substrate 11 by a direct bonding method.
- the main surface wiring layer 12 and the back surface wiring layer 13 are each bonded by an active metal bonding method.
- the plurality of semiconductor elements 21 and the plurality of semiconductor elements 22 are, for example, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors).
- MOSFETs Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
- the plurality of semiconductor elements 21 and the plurality of semiconductor elements 22 may be other transistors such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and bipolar transistors, or diodes.
- the plurality of semiconductor elements 21 and the plurality of semiconductor elements 22 are each n-channel, vertically structured MOSFETs.
- the plurality of semiconductor elements 21 and the plurality of semiconductor elements 22 each include a compound semiconductor substrate.
- the composition of the compound semiconductor substrate includes silicon (Si), a wide bandgap semiconductor with a wider bandgap than Si, or an ultra-wide bandgap semiconductor with an even wider bandgap than the wide bandgap semiconductor.
- Wide bandgap semiconductors include, but are not limited to, silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN).
- Ultra-wide bandgap semiconductors include, but are not limited to , gallium oxide ( Ga2O3 ), diamond, and aluminum nitride (AlN).
- the composition of each compound semiconductor substrate of the plurality of semiconductor elements 21 and the plurality of semiconductor elements 22 includes SiC. Note that the types and compositions of the plurality of semiconductor elements 21 and the plurality of semiconductor elements 22 are not limited to being the same, and may be different.
- the multiple semiconductor elements 21 are mounted on the conductor portion 121 (pad portion 121a).
- the multiple semiconductor elements 21 are arranged along the first direction x.
- each of the multiple semiconductor elements 21 has an element main surface 21a, an element back surface 21b, and multiple element side surfaces 21c.
- the element main surface 21a, element back surface 21b, and multiple element side surfaces 21c described below are common to each semiconductor element 21.
- the element main surface 21a and the element back surface 21b are spaced apart in the thickness direction z.
- the element main surface 21a and the element back surface 21b face opposite each other in the thickness direction z.
- the element main surface 21a faces upward in the thickness direction z, and the element back surface 21b faces downward in the thickness direction z.
- the element main surface 21a faces the same direction as the substrate main surface 11a in the thickness direction z.
- the element back surface 21b faces the support member 10.
- the semiconductor element 21 is rectangular in a planar view.
- the element main surface 21a and the element back surface 21b are each rectangular in a planar view.
- the planar shape of the semiconductor element 21 is not limited to a rectangle.
- Each of the multiple element side surfaces 21c is located between the element main surface 21a and the element back surface 21b in the thickness direction z and is connected to them.
- Each of the multiple element side surfaces 21c faces in a direction perpendicular to the thickness direction z.
- the semiconductor element 21 has four element side surfaces 21c, as shown in FIG. 4.
- Two of the four element side surfaces 21c are spaced apart in the first direction x and face opposite sides to each other in the first direction x, and the other two of the four element side surfaces 21c are spaced apart in the second direction y and face opposite sides to each other in the second direction y.
- Each of the multiple semiconductor elements 21 has a back surface electrode 211 and multiple main surface electrodes 212, 213. Unless otherwise specified, the back surface electrode 211 and multiple main surface electrodes 212, 213 described below are common to each semiconductor element 21.
- the back surface electrode 211 is disposed on the back surface 21b of the element and is exposed at the back surface 21b.
- the multiple principal surface electrodes 212, 213 are disposed on the main surface 21a of the element and are exposed at the main surface 21a.
- the main surface electrode 212 may be divided into multiple regions in a planar view. The area of the main surface electrode 213 in a planar view is smaller than the area of the main surface electrode 212 in a planar view.
- Each semiconductor element 21 switches between an on state and an off state in response to a drive signal input to the principal surface electrode 213.
- the operation of each semiconductor element 21 alternating between the on state and the off state is called switching operation.
- the back surface electrode 211 and the principal surface electrode 212 are conductive, and in the off state, the back surface electrode 211 and the principal surface electrode 212 are non-conductive.
- the back surface electrode 211 and the principal surface electrode 212 are conductive in response to a drive signal input to the principal surface electrode 213.
- the back surface electrode 211 is the drain electrode
- the principal surface electrode 212 is the source electrode
- the principal surface electrode 213 is the gate electrode.
- the functional assembly ASSY1 further includes a plurality of conductive bonding layers 219. As shown in Figures 6 and 8, each of the plurality of semiconductor elements 21 is bonded to the conductor portion 121 (pad portion 121a) by a corresponding one of the plurality of conductive bonding layers 219. Each of the plurality of conductive bonding layers 219 is interposed between the back electrode 211 of the corresponding semiconductor element 21 and the conductor portion 121, providing electrical continuity therebetween. Each conductive bonding layer 219 is, for example, solder. Alternatively, each conductive bonding layer 219 may include a sintered body of metal particles.
- the multiple semiconductor elements 22 are mounted on the conductor portion 123 (pad portion 123a).
- the multiple semiconductor elements 22 are arranged along the first direction x.
- each of the multiple semiconductor elements 22 has an element main surface 22a, an element back surface 22b, and multiple element side surfaces 22c.
- the element main surface 22a, element back surface 22b, and multiple element side surfaces 22c described below are common to each semiconductor element 22.
- the element main surface 22a and the element back surface 22b are spaced apart in the thickness direction z.
- the element main surface 22a and the element back surface 22b face opposite each other in the thickness direction z.
- the element main surface 22a faces upward in the thickness direction z, and the element back surface 22b faces downward in the thickness direction z.
- the element main surface 22a faces the same direction as the substrate main surface 11a in the thickness direction z.
- the element back surface 22b faces the support member 10.
- the semiconductor element 22 is rectangular in a planar view.
- the element main surface 22a and the element back surface 22b are each rectangular in a planar view.
- the planar shape of the semiconductor element 22 is not limited to a rectangle.
- Each of the multiple element side surfaces 22c is located between the element main surface 22a and the element back surface 22b in the thickness direction z and is connected to them.
- Each of the multiple element side surfaces 22c faces in a direction perpendicular to the thickness direction z.
- the semiconductor element 22 has four element side surfaces 22c, as shown in FIG. 5.
- Two of the four element side surfaces 22c are spaced apart in the first direction x and face opposite sides to each other in the first direction x, and the other two of the four element side surfaces 22c are spaced apart in the second direction y and face opposite sides to each other in the second direction y.
- each of the multiple semiconductor elements 22 has a back electrode 221 and multiple main surface electrodes 222, 223.
- the back electrode 211 and multiple main surface electrodes 222, 223 described below are common to each semiconductor element 22 unless otherwise specified.
- the back surface electrode 221 is disposed on the element back surface 22b and is exposed at the element back surface 22b.
- the multiple principal surface electrodes 222, 223 are each disposed on the element main surface 22a and are exposed at the element main surface 22a.
- the principal surface electrode 222 may be divided into multiple regions in a planar view. The area of the principal surface electrode 223 in a planar view is smaller than the area of the principal surface electrode 222 in a planar view.
- Each semiconductor element 22 switches between an on state and an off state in response to a drive signal input to the principal surface electrode 223.
- the operation of each semiconductor element 22 alternately switching between the on state and the off state is called a switching operation.
- the back surface electrode 221 and the principal surface electrode 222 are conductive, and in the off state, the back surface electrode 221 and the principal surface electrode 222 are non-conductive.
- the back surface electrode 221 and the principal surface electrode 222 are conductive in response to a drive signal input to the principal surface electrode 223.
- the back surface electrode 221 is the drain electrode
- the principal surface electrode 222 is the source electrode
- the principal surface electrode 223 is the gate electrode.
- the functional assembly ASSY1 further includes a plurality of conductive bonding layers 229. As shown in Figures 7 and 8, each of the plurality of semiconductor elements 22 is bonded to the conductor portion 123 (pad portion 123a) by a corresponding one of the plurality of conductive bonding layers 229. Each of the plurality of conductive bonding layers 229 is interposed between the back electrode 221 of the corresponding semiconductor element 22 and the conductor portion 123, providing electrical continuity therebetween. Each conductive bonding layer 229 is, for example, solder. Alternatively, each conductive bonding layer 229 may include a sintered body of metal particles.
- the back electrodes 211 (drain electrodes) of the multiple semiconductor elements 21 are electrically connected, and the main surface electrodes 212 (source electrodes) are electrically connected. That is, the multiple semiconductor elements 21 are electrically connected in parallel to one another.
- the back electrodes 221 (drain electrodes) of the multiple semiconductor elements 22 are electrically connected, and the main surface electrodes 222 (source electrodes) are electrically connected. That is, the multiple semiconductor elements 22 are electrically connected in parallel to one another.
- the back electrodes 211 (drain electrodes) of the multiple semiconductor elements 21 are electrically connected to the main surface electrodes 222 (source electrodes) of the multiple semiconductor elements 22. That is, the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22 are connected in series.
- the functional assembly ASSY1 forms a half-bridge circuit with the multiple semiconductor elements 21 as the upper arm circuit and the multiple semiconductor elements 22 as the lower arm circuit.
- Each of the multiple conductive members 31, 32 is a conductive path for the main current.
- Each of the multiple conductive members 31, 32 is a metal plate (metal clip).
- the composition of each of the multiple conductive members 31, 32 may include, for example, copper, but is not limited to this.
- the multiple conductive members 31 are individually bonded to the principal surface electrodes 212 and conductor portions 123 (pad portions 123a) of the multiple semiconductor elements 21.
- the principal surface electrodes 212 and conductor portions 123 of each semiconductor element 21 are electrically connected via the corresponding conductive member 31.
- a portion of each of the multiple conductive members 31 is bent in the thickness direction z.
- the multiple conductive members 32 are individually bonded to the main surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22 and the conductor portions 122 (pad portions 122a).
- the main surface electrodes 222 and conductor portions 122 of each semiconductor element 22 are electrically connected via the corresponding conductive member 32.
- a portion of each of the multiple conductive members 32 is bent in the thickness direction z.
- Each of the multiple power terminals 14, 15, 16 is electrically connected to one of the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22.
- Each of the multiple power terminals 14, 15, 16 is a metal plate.
- Each of the multiple power terminals 14, 15, 16 may include, for example, copper, but is not limited to this.
- a main current flows through each of the multiple power terminals 14, 15, 16. Note that in the semiconductor device A10, the number of multiple power terminals 14, 15, 16 is not limited to the example shown.
- the power terminal 14 is bonded to the conductor portion 121 (pad portion 121b). This bonding is not limited in any way and may be bonded using a conductive bonding material (such as solder or sintered metal), laser welding, or crimping. In the example shown in FIG. 6, the power terminal 14 is bonded to the pad portion 121b of the conductor portion 121 by a conductive bonding material 149. The power terminal 14 is supported by the conductor portion 121. The power terminal 14 is electrically connected to the back electrodes 211 (drain electrodes of the upper arm circuits) of the multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 121. The power terminal 14 is a P terminal (positive terminal) to which a DC power supply voltage to be converted into power is applied. The power terminal 14 extends from the conductor portion 121 toward the x1 side in the first direction x and protrudes from the sealing member 50 toward the x1 side in the first direction x.
- a conductive bonding material such as solder or sintered metal
- laser welding
- the power terminal 14 includes an exposed portion 141 and a covered portion 142.
- the exposed portion 141 is the portion of the power terminal 14 that is exposed from the sealing member 50.
- the exposed portion 141 is used as the P terminal described above.
- the covered portion 142 is the portion of the power terminal 14 that is covered by the sealing member 50.
- the covered portion 142 is joined to the conductor portion 121 (pad portion 121b).
- the covered portion 142 includes a portion that connects to the exposed portion 141, a portion that bends in the thickness direction z, and a portion that is joined to the conductor portion 121 (pad portion 121b).
- the power terminal 15 is bonded to the conductor portion 122 (pad portion 122b). This bonding is not limited in any way and may be bonded using a conductive bonding material (such as solder or sintered metal), laser welding, or crimping. In the example shown in FIG. 7, the power terminal 15 is bonded to the pad portion 122b of the conductor portion 122 by a conductive bonding material 159. The power terminal 15 is supported by the conductor portion 122. The power terminal 15 is electrically connected to the main surface electrodes 222 (source electrodes of the lower arm circuits) of the multiple semiconductor elements 22 via the conductor portion 122 and multiple conductive members 32. The power terminal 15 is an N-terminal (negative terminal) to which the DC power supply voltage to be converted is applied. The power terminal 15 extends from the conductor portion 122 toward the x1 side in the first direction x and protrudes from the sealing member 50 toward the x1 side in the first direction x.
- a conductive bonding material such as solder or sintered metal
- the power terminal 15 includes an exposed portion 151 and a covered portion 152.
- the exposed portion 151 is the portion of the power terminal 15 that is exposed from the sealing member 50. In the power terminal 15, the exposed portion 151 is used as the N terminal described above.
- the covered portion 152 is the portion of the power terminal 15 that is covered by the sealing member 50. In the power terminal 15, the covered portion 152 is joined to the conductor portion 122 (pad portion 122b). In the illustrated example, the covered portion 152 includes a portion that connects to the exposed portion 151, a portion that bends in the thickness direction z, and a portion that is joined to the conductor portion 122 (pad portion 122b).
- the power terminal 16 is joined to the conductor portion 123 (pad portion 123b). This joining is not limited in any way and may be done using a conductive bonding material (such as solder or sintered metal), laser welding, or crimping. In the example shown in Figure 7, the power terminal 16 is joined to the pad portion 123b of the conductor portion 123 by a conductive bonding material 169. The power terminal 16 is supported by the conductor portion 123.
- a conductive bonding material such as solder or sintered metal
- the power terminal 16 is electrically connected to the back electrodes 221 (drain electrodes of the lower arm circuit) of the multiple semiconductor elements 22 via the conductor portion 123, and is also electrically connected to the main surface electrodes 212 (source electrodes of the upper arm circuit) of the multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 123 and multiple conductive members 31.
- the power terminal 16 outputs AC power converted by the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22. In other words, the power terminal 16 is an output terminal for this AC power.
- the power terminal 16 extends from the conductor portion 123 toward the x2 side in the first direction x and protrudes from the sealing member 50 toward the x2 side in the first direction x.
- the power terminal 16 includes an exposed portion 161 and a covered portion 162.
- the exposed portion 161 is the portion of the power terminal 16 that is exposed from the sealing member 50. In the power terminal 16, the exposed portion 161 is used as the output terminal described above.
- the covered portion 162 is the portion of the power terminal 16 that is covered by the sealing member 50. In the power terminal 16, the covered portion 162 is joined to the conductor portion 123 (pad portion 123b). In the illustrated example, the covered portion 162 includes a portion that connects to the exposed portion 161, a portion that bends in the thickness direction z, and a portion that is joined to the conductor portion 123 (pad portion 123b).
- Each of the multiple connection members 41-44 provides electrical continuity between two separate portions.
- Each of the multiple connection members 41-44 is, for example, a bonding wire. Unlike this example, each of the multiple connection members 41-44 may be a metal plate.
- Each of the multiple connection members 41-44 contains gold (Au).
- Each of the multiple connection members 41-44 may also contain copper or aluminum. Note that the multiple connection members 41-44 are omitted from Figures 6 and 7.
- each of the multiple connection members 41 electrically connects the principal surface electrodes 213 of the multiple semiconductor elements 21 to the conductor portion 124.
- Each of the multiple connection members 41 is individually bonded to the principal surface electrodes 213 of the multiple semiconductor elements 21, while also being bonded to the conductor portion 124.
- each of the multiple connection members 42 electrically connects the principal surface electrodes 223 of the multiple semiconductor elements 22 to the conductor portion 125.
- Each of the multiple connection members 42 is individually bonded to the principal surface electrodes 223 of the multiple semiconductor elements 22, while also being bonded to the conductor portion 125.
- each of the multiple connection members 43 electrically connects the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 to the conductor portion 126.
- Each of the multiple connection members 43 is individually bonded to the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21, while also being bonded to the conductor portion 126.
- each of the multiple connection members 44 electrically connects the principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22 to the conductor portion 127.
- Each of the multiple connection members 44 is individually bonded to the principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22, while also being bonded to the conductor portion 127.
- each of the multiple signal terminals 17 includes a portion covered by the sealing member 50 and a portion protruding from the sealing member 50.
- Each of the multiple signal terminals 17 is bonded to the main surface wiring layer 12 inside the sealing member 50.
- each of the multiple signal terminals 17 is bonded to the main surface wiring layer 12 by a conductive bonding material 179.
- the conductive bonding material 179 may be, for example, solder, sintered metal, or an insert metal for solid-state diffusion bonding.
- the multiple signal terminals 17 may be formed, for example, from the same lead frame as the multiple power terminals 14, 15, and 16.
- Each of the multiple signal terminals 17 may be made of a metal plate material.
- Each of the multiple signal terminals 17 may include, for example, copper, but is not limited to this.
- the signal terminal 171 is joined to the conductor portion 124.
- the signal terminal 171 is electrically connected to the principal surface electrodes 213 of the multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 124 and multiple connection members 41.
- a drive signal for driving each semiconductor element 21 (for example, a gate voltage) is input to the signal terminal 171.
- the signal terminal 172 is joined to the conductor portion 125.
- the signal terminal 172 is electrically connected to the principal surface electrodes 223 of the multiple semiconductor elements 22 via the conductor portion 125 and multiple connection members 42.
- a drive signal for driving each semiconductor element 22 (for example, a gate voltage) is input to the signal terminal 172.
- the signal terminal 173 is joined to the conductor portion 126.
- the signal terminal 173 is electrically connected to the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 126 and multiple connection members 43.
- a voltage corresponding to the following current is applied to the signal terminal 173. This is the maximum current among the currents flowing through the respective principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21.
- the signal terminal 174 is joined to the conductor portion 127.
- the signal terminal 174 is electrically connected to the principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22 via the conductor portion 127 and multiple connection members 44.
- a voltage corresponding to the following current is applied to the signal terminal 174. This is the maximum current among the currents flowing through the respective principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22.
- the multiple signal terminals 178 are individually bonded to the multiple conductor portions 129. Each of the multiple signal terminals 178 is not electrically connected to either the multiple semiconductor elements 21 or the multiple semiconductor elements 22. Each of the multiple signal terminals 178 is a non-connect terminal.
- the sealing member 50 covers the multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- the sealing member 50 contacts the functional assembly ASSY1 described above.
- the sealing member 50 covers the support member 10 (excluding the underside of the back wiring layer 13), portions of the multiple power terminals 14, 15, and 16, portions of the multiple signal terminals 17, the multiple conductive members 31 and 32, and the multiple connection members 41 to 44.
- the sealing member 50 also covers the multiple conductive bonding layers 219 and 229 and the multiple conductive bonding materials 149, 159, and 169.
- the sealing member 50 is electrically insulating.
- the sealing member 50 has a resin main surface 51, a resin back surface 52, and multiple resin side surfaces 531 to 534.
- the resin principal surface 51 and the resin back surface 52 are spaced apart in the thickness direction z.
- the resin principal surface 51 and the resin back surface 52 face opposite each other in the thickness direction z.
- the resin principal surface 51 faces upward in the thickness direction z (z1 side), and the resin back surface 52 faces downward in the thickness direction z (z2 side).
- the resin principal surface 51 faces in the same direction in the thickness direction z as the substrate principal surface 11a, element principal surface 21a, and element principal surface 22a.
- Each of the multiple signal terminals 17 protrudes upward in the thickness direction z from the resin principal surface 51.
- the back surface wiring layer 13 of the support member 10 is exposed from the resin back surface 52.
- the multiple resin side surfaces 531 to 534 are each connected to the resin main surface 51 and the resin back surface 52. As shown in Figures 2 and 3, the pair of resin side surfaces 531, 532 are spaced apart in the first direction x. The resin side surface 531 faces the x1 side of the first direction x, and the resin side surface 532 faces the x2 side of the first direction x. The pair of resin side surfaces 531, 532 each extend in the second direction y. Two power terminals 14, 15 each protrude from the resin side surface 531. The power terminal 16 protrudes from the resin side surface 532. As shown in Figures 2 and 3, the pair of resin side surfaces 533, 534 are spaced apart in the second direction y.
- the resin side surface 533 faces the y1 side of the second direction y, and the resin side surface 534 faces the y2 side of the second direction y.
- Each of the pair of resin side surfaces 533, 534 extends in the first direction x.
- Two signal terminals 171, 173 protrude from the resin side surface 533.
- Two signal terminals 172, 174 protrude from the resin side surface 534.
- Some of the multiple signal terminals 178 protrude from the resin side surface 533, and the remaining signal terminals 178 protrude from the resin side surface 534. Note that each of the multiple signal terminals 17 may protrude from the resin main surface 51, rather than from either of the pair of resin side surfaces 533, 534.
- the sealing member 50 includes a covering portion 501 and a sealing portion 502.
- the covering portion 501 and the sealing portion 502 each include, for example, an insulating resin material.
- the insulating resin material is not limited to, but may be, for example, an epoxy resin.
- the insulating resin (for example, epoxy resin) in the sealing portion 502 contains silica filler, while the insulating resin (for example, epoxy resin) in the covering portion 501 does not contain silica filler.
- the silica filler content in the sealing portion 502 is 80% or more and 90% or less.
- the covering portion 501 may be made of a rubber material instead of a silica filler-free resin.
- the covering portion 501 covers the entire surface of the functional assembly ASSY1 that faces the sealing portion 502.
- “covering the entire surface” is not limited to strictly covering the entire surface, and may include portions that cannot be covered due to manufacturing precision, etc.
- the covering portion 501 covers each main surface 21a and each side surface 21c of the multiple semiconductor elements 21 and each main surface 22a and each side surface 22c of the multiple semiconductor elements 22.
- the covering portion 501 covers each top surface and side surface (surfaces parallel to the thickness direction z) of the multiple conductive members 31, 32.
- the covering portion 501 covers the covering portion 142 of the power terminal 14, the covering portion 152 of the power terminal 15, and the covering portion 162 of the power terminal 16.
- the covering portion 501 covers portions of the multiple signal terminals 17 that are located inside the sealing member 50.
- the covering portion 501 covers the multiple connecting members 41-44.
- the covering portion 501 covers the outer surfaces of the multiple connection members 41-44 (bonding wires). Note that the surfaces (bonding surfaces) of each connection member 41-44 that contact other members are not covered by the covering portion 501.
- the covering portion 501 covers the upper surface of the main surface wiring layer 12 and the portion of the main substrate surface 11a of the insulating substrate 11 that is exposed from the main surface wiring layer 12 on the support member 10.
- the covering portion 501 covers the entirety of each of the multiple conductive bonding layers 219 and the multiple conductive bonding layers 229. In a planar view, the covering portion 501 covers the portion of each conductive bonding layer 219 that protrudes from the corresponding semiconductor element 21. As shown in FIG. 4, the covering portion 501 covers the entire periphery 219a of each conductive bonding layer 219. Therefore, the covering portion 501 covers the four corners (four corners 219b) of each conductive bonding layer 219 in a planar view. Furthermore, the covering portion 501 covers the portion of each conductive bonding layer 229 that protrudes from the corresponding semiconductor element 22 in a planar view. As shown in FIG. 5, the covering portion 501 covers the entire periphery 229a of each conductive bonding layer 229. Therefore, the covering portion 501 covers the four corners (four corners 229b) of each conductive bonding layer 229 in a planar view.
- the covering portion 501 covers the multiple conductive bonding materials 149, 159, 169, and 179. In a plan view, the covering portion 501 covers the portion of the conductive bonding material 149 that protrudes from the power terminal 14 (covering portion 142). In a plan view, the covering portion 501 covers the portion of the conductive bonding material 159 that protrudes from the power terminal 15 (covering portion 152). In a plan view, the covering portion 501 covers the portion of the conductive bonding material 169 that protrudes from the power terminal 16 (covering portion 162).
- the sealing portion 502 can be formed on the covering portion 501.
- the sealing portion 502 covers the functional assembly ASSY1 via the covering portion 501.
- the sealing portion 502 is located outward from the covering portion 501.
- the sealing portion 502 contacts the covering portion 501.
- the thickness of the sealing portion 502 is greater than the thickness of the covering portion 501.
- the methods for forming the covering portion 501 and the sealing portion 502 are not limited in any way, but for example, the covering portion 501 is formed by compression molding, and the sealing portion 502 is formed by transfer molding. Alternatively, the covering portion 501 may be formed by other molding methods, potting, or coating. Also, alternatively, the sealing portion 502 may be formed by other molding methods.
- the covering portion 501 is formed before the sealing portion 502. Also, the covering portion 501 is formed after the two connecting members 41, 42 are joined.
- the plastic strain range of covering portion 501 is larger than the plastic strain range of sealing portion 502.
- the plastic strain ranges of covering portion 501 and sealing portion 502 are no restrictions on the values of the plastic strain ranges of covering portion 501 and sealing portion 502 as long as they satisfy the above-mentioned relationship, but for example, when the internal temperature of covering portion 501 is 100°C or higher, the plastic strain range of covering portion 501 is 5% or higher.
- the plastic strain range of sealing portion 502 is approximately 0%, regardless of the internal temperature of sealing portion 502.
- Figure 9 is a characteristic curve showing the relationship between stress and strain for a certain material.
- strain occurs in the material.
- the strain becomes zero due to the elasticity of the material.
- the yield point is passed, strain remains even when the stress is removed.
- the material breaks.
- the elastic region is from the base point to the yield point
- the plastic region is from the yield point to the breaking point.
- the plastic strain region is the proportion of the plastic region out of the total elastic and plastic region (the entire region from the base point to the breaking point). Note that the characteristic curve shown in Figure 9 is just an example; the elastic region, plastic region, yield point, and breaking point will vary depending on the material, temperature, etc.
- the difference (absolute value) between the thermal expansion coefficient of the sealing portion 502 and the linear expansion coefficient of the main surface wiring layer 12 is smaller than the difference (absolute value) between the thermal expansion coefficient of the covering portion 501 and the thermal expansion coefficient of the main surface wiring layer 12.
- the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the main surface wiring layer 12 is 2 ppm or more and 25 ppm or less
- the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the covering portion 501 is 30 ppm or more and 250 ppm or less
- the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the sealing portion 502 is, for example, 5 ppm or more and 20 ppm or less.
- the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50 has multiple exposed ends 80A-80D that are exposed to the outside.
- the exposed end 80A is the portion exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of the power terminal 14 of the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50.
- the exposed end 80A is located on the resin side surface 531.
- the exposed end 80B is the portion exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of the power terminal 15 of the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50.
- the exposed end 80B is located on the resin side surface 531.
- the exposed end 80C is the portion exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of the power terminal 16 of the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50.
- the exposed end 80C is located on the resin side surface 532.
- the multiple exposed end portions 80D are portions that are exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of the multiple signal terminals 17 of the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50.
- the exposed end portions 80D are located on either the resin side surface 533 or the resin side surface 534.
- the barrier member 70 is formed on the sealing member 50 and covers at least a portion of the surface of the sealing member 50 that is exposed to the outside.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the multiple exposed end portions 80A-80D.
- the permeability of the barrier member 70 is lower than that of the sealing member 50. In this disclosure, permeability is an indicator of the ease with which liquids (e.g., water) and gases (e.g., oxygen) can penetrate.
- the method for forming the barrier member 70 is not limited, but may be, for example, ion plating or sputtering.
- the barrier member 70 may include, but is not limited to, a material exhibiting the following properties: First, the Young's modulus of the barrier member 70 is higher than that of the sealing member 50. Second, the breaking strain of the barrier member 70 is lower than that of the sealing member 50. Third, the linear expansion coefficient of the barrier member 70 is lower than that of the sealing member 50.
- the sealing member 50 includes a covering portion 501 and a sealing portion 502, and the characteristic values of the sealing member 50 (Young's modulus, breaking strain, linear expansion coefficient) may be set to the intermediate or average values of the covering portion 501 and the sealing portion 502.
- the Young's modulus of the sealing portion 502 is higher than that of the covering portion 501 and lower than that of the barrier member 70.
- the Young's modulus of the covering portion 501 is 30 MPa or less
- the Young's modulus of the barrier member 70 is 70 GPa or more.
- the breaking strain of the sealing portion 502 is smaller than that of the covering portion 501 and larger than that of the barrier member 70.
- the breaking strain of the covering portion 501 is 400% or more, and the breaking strain of the barrier member 70 is 0.2% or less.
- the linear expansion coefficient of the sealing portion 502 is smaller than that of the covering portion 501 and larger than that of the barrier member 70.
- the linear expansion coefficient of the covering portion 501 is 20 ppm or more, and the linear expansion coefficient of the barrier member 70 is 7 ppm or less.
- a composition of the barrier member 70 that satisfies these properties is, for example, alumina.
- the barrier member 70 of this embodiment contains alumina.
- the barrier member 70 may also contain silica instead of alumina.
- the barrier member 70 includes multiple protective portions 71.
- the multiple protective portions 71 individually cover the multiple exposed end portions 80A-80D.
- the protective portion 71 covering the exposed end portion 80A covers the exposed end portion 80A and also covers a portion of the resin side surface 531 near the exposed end portion 80A.
- the protective portion 71 covering the exposed end portion 80B covers the exposed end portion 80B and also covers a portion of the resin side surface 531 near the exposed end portion 80B.
- the protective portion 71 covering the exposed end portion 80C covers the exposed end portion 80C and also covers a portion of the resin side surface 532 near the exposed end portion 80C.
- the protective portion 71 covering the multiple exposed end portions 80D covers the multiple exposed end portions 80D and also covers a portion of the resin side surface 533 near each exposed end portion 80D and a portion of the resin side surface 534 near each exposed end portion 80D.
- Figures 10 to 12 are cross-sectional views showing a step in the method for manufacturing semiconductor device A10, and correspond to the cross section of Figure 7.
- Manufacturing the functional assembly ASSY1 shown in Figure 10 includes, for example, the steps of preparing a support member 10, mounting multiple semiconductor elements 21, 22 on the support member 10, mounting multiple power terminals 14-15 and multiple signal terminals 17 on the support member 10, joining multiple conductive members 31, 32, and forming multiple connecting members 41-44.
- the support member 10 is prepared.
- a conductive bonding layer 219 is used to bond multiple semiconductor elements 21 to the conductor portions 121 (pad portions 121a) of the main surface wiring layer 12 of the support member 10.
- a conductive bonding layer 229 is used to bond multiple semiconductor elements 22 to the conductor portions 123 (pad portions 123a) of the main surface wiring layer 12 of the support member 10. Note that there are no limitations on the order in which the multiple semiconductor elements 21 are bonded and the multiple semiconductor elements 22 are bonded.
- the multiple power terminals 14, 15, and 16 are individually bonded to the conductor portion 121 (pad portion 121b), conductor portion 122 (122b), and conductor portion 123 (pad portion 123b) of the main surface wiring layer 12 of the support member 10.
- the multiple signal terminals 171-174 and 178 are individually bonded to the conductor portions 124-127 and 129 of the main surface wiring layer 12 of the support member 10.
- the order in which the multiple power terminals 14-16 and the multiple signal terminals 171-174 and 178 are bonded is not limited in any way.
- the multiple signal terminals 171-174 and 178 may be bonded to the corresponding conductor portions 124-127 and 129 in an unbent state, or may be bonded to the corresponding conductor portions 124-127 and 129 in a bent state.
- the multiple conductive members 31 are respectively bonded to the corresponding main surface electrodes 212 of the semiconductor elements 21 and the conductor portions 123 (pad portions 123a) of the main surface wiring layer 12 of the support member 10. Furthermore, the multiple conductive members 32 are respectively bonded to the corresponding main surface electrodes 222 of the semiconductor elements 22 and the conductor portions 122 (pad portions 122a) of the main surface wiring layer 12 of the support member 10. Note that there are no limitations on the order in which the multiple conductive members 31 and the multiple conductive members 32 are bonded.
- connection members 41-44 are each formed using a bonding tool (capillary or wedge tool).
- the multiple connection members 41-44 may be formed using either ball bonding or wedge bonding.
- the functional assembly ASSY1 can be manufactured through the above processes. Note that the manufacturing method of the functional assembly ASSY1 is not limited to the example described above and can be modified as appropriate. For example, there is no limitation on the order of joining the multiple semiconductor elements 21, 22, joining the multiple power terminals 14-16, and joining the signal terminals 171-174, 178. Furthermore, there is no limitation on the order of joining the multiple conductive members 31, 32, joining the multiple power terminals 14-16, joining the signal terminals 171-174, 178, and forming the multiple connecting members 42-44.
- the covering portion 501 is then formed as shown in Figure 11.
- the covering portion 501 is formed, for example, by compression molding. However, instead of this example, the covering portion 501 may also be formed by other molding methods, potting, or coating. The method for forming the covering portion 501 can be changed as appropriate depending on the material of the covering portion 501. As can be seen from Figure 11, the covering portion 501 is formed so as to cover the top surface of the functional assembly ASSY1 shown in Figure 10.
- the covering portion 501 covers the semiconductor elements 21, 22, a portion of each of the power terminals 14-16, a portion of each of the signal terminals 171-174, 178, the conductive bonding layer 219 that protrudes from each of the semiconductor elements 21, the conductive bonding layer 229 that protrudes from each of the semiconductor elements 22, the conductive members 31, 32, the connecting members 41-44, the portions of the main surface wiring layer 12 that are exposed from other members, and the portions of the insulating substrate 11 that are exposed from the main surface wiring layer 12.
- the sealing portion 502 is then formed as shown in FIG. 12.
- the sealing portion 502 is formed, for example, by transfer molding. However, unlike this example, the sealing portion 502 may also be formed by other molding methods. The method for forming the sealing portion 502 can be changed as appropriate depending on the material of the sealing portion 502. As shown in FIG. 12, the sealing portion 502 is formed on the covering portion 501 so as to cover the covering portion 501.
- the barrier member 70 is then formed.
- the barrier member 70 is formed by ion plating or sputtering on the portion of the interface between the sealing member 50 and the functional assembly ASSY1 that is exposed to the outside (the exposed ends 80A-80D described above).
- alumina is formed as the barrier member 70.
- the semiconductor device A10 shown in Figures 1 to 8 can be manufactured. Note that the above-described method for manufacturing the semiconductor device A10 is an example and is not limiting.
- semiconductor device A10 The functions and effects of semiconductor device A10 are as follows:
- the semiconductor device A10 comprises a functional assembly ASSY1 including semiconductor elements 21 and 22, a sealing member 50 covering the semiconductor elements 21 and 22 and in contact with the functional assembly ASSY1, and a barrier member 70 with lower permeability than the sealing member 50.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each exposed end 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50.
- the barrier member 70 can prevent the intrusion of liquids (e.g., water) and gases from each exposed end 80A-80D. This allows the semiconductor device A10 to suppress the intrusion of liquids and gases from outside. Therefore, the semiconductor device A10 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions.
- the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50 includes multiple exposed ends 80A-80D, and the barrier member 70 covers all of the multiple exposed ends 80A-80D.
- the barrier member 70 can enhance the effect of preventing the intrusion of liquids and gases from the outside.
- the semiconductor device A10 is preferable for preventing deterioration of the functional assembly ASSY1 and preventing operational malfunctions.
- sealing member 50 includes covering portion 501 and sealing portion 502.
- Covering portion 501 covers functional assembly ASSY1, which includes semiconductor element 21.
- Sealing portion 502 is formed on covering portion 501.
- the plastic strain range of covering portion 501 is larger than the plastic strain range of sealing portion 502. As can be seen from FIG. 9, the larger the plastic strain range, the greater the amount of strain until the material breaks. In other words, when the plastic strain range is large, strain may occur, but the material will have a higher resistance to breakage. Therefore, by making the plastic strain range of covering portion 501 larger than the plastic strain range of sealing portion 502, the fracture resistance of covering portion 501 is made higher than the fracture resistance of sealing portion 502. This configuration can prevent sealing member 50 from peeling off from functional assembly ASSY1 due to thermal load (thermal stress).
- the sealing portion 502 contains silica filler in the insulating resin (e.g., epoxy resin), while the covering portion 501 does not contain silica filler in the insulating resin (e.g., epoxy resin).
- the plastic strain range described above changes depending on the silica filler content (content rate) in the insulating resin (e.g., epoxy resin). Specifically, the inventors have found that the plastic strain range decreases when the silica filler content (content rate) in the insulating resin (e.g., epoxy resin) is high, while the plastic strain range increases when the silica filler content (content rate) in the insulating resin (e.g., epoxy resin) is low.
- the covering portion 501 does not contain silica filler in the insulating resin (e.g., epoxy resin), while the sealing portion 502 contains silica filler in the insulating resin (e.g., epoxy resin).
- the plastic strain range of the covering portion 501 can be made larger than the plastic strain range of the sealing portion 502.
- the plastic strain range of coating portion 501 is 5% or more when the internal temperature of coating portion 501 is 100°C or higher.
- This configuration ensures appropriate fracture resistance of coating portion 501.
- the stress at the yield point and the amount of strain from the yield point to the fracture point change depending on the internal temperature of the insulating resin (e.g., epoxy resin). Specifically, when the internal temperature of the insulating resin (e.g., epoxy resin) is low, the stress at the yield point is high and the amount of strain from the yield point to the fracture point is small.
- the internal temperature of the insulating resin e.g., epoxy resin
- the stress at the yield point is low and the amount of strain from the yield point to the fracture point is large. Therefore, when the internal temperature is lower than 100°C, the stress at the yield point is large, ensuring appropriate stress resistance. This prevents the covering portion 501 from exceeding its yield point in response to a thermal load (thermal stress), allowing the semiconductor device A10 to reduce breakage of the covering portion 501 and prevent peeling of the covering portion 501.
- the internal temperature is 100°C or higher, the amount of strain from the yield point to the breaking point increases, ensuring an appropriate amount of strain.
- thermal load thermal stress
- the difference (absolute value) between the thermal expansion coefficient of the sealing portion 502 and the linear expansion coefficient of the main surface wiring layer 12 is smaller than the difference (absolute value) between the thermal expansion coefficient of the covering portion 501 and the thermal expansion coefficient of the main surface wiring layer 12.
- This configuration reduces warpage of the main surface wiring layer 12 (support member 10) due to temperature changes in the semiconductor device A10, making it possible to maintain the shape of the semiconductor device A10.
- the thermal expansion coefficient of the sealing portion 502 is, for example, 5 ppm or more and 20 ppm or less. This configuration is preferable for reducing warpage due to temperature changes and maintaining the shape of the semiconductor device A10 when the main surface wiring layer 12 contains copper.
- covering portion 501 covers the four corners (four corners 219b) of conductive bonding layer 219 when viewed in thickness direction z.
- the aforementioned thermal load is greatest at the four corners of conductive bonding layer 219. Therefore, peeling of sealing member 50 can occur from the four corners of conductive bonding layer 219. Therefore, in semiconductor device A10, peeling of sealing member 50 can be suppressed by covering at least the four corners of conductive bonding layer 219 with covering portion 501.
- the covering portion 501 covers the periphery 219a of the conductive bonding layer 219 when viewed in the thickness direction z.
- the aforementioned thermal load is greatest at the periphery 219a of the conductive bonding layer 219, next to the four corners of the conductive bonding layer 219. Therefore, peeling of the sealing member 50 may occur from the periphery 219a of the conductive bonding layer 219, next to the four corners of the conductive bonding layer 219. Therefore, in the semiconductor device A10, covering at least the periphery 219a of the conductive bonding layer 219 with the covering portion 501 can enhance the effect of suppressing peeling of the sealing member 50.
- FIGS. 13 and 14 show a semiconductor device A11 according to a modified example of the first embodiment.
- the semiconductor device A11 differs from the semiconductor device A10 in the following respects.
- the functional assembly ASSY1 of the semiconductor device A11 includes a plurality of connecting members 401 instead of a plurality of conductive members 31.
- the functional assembly ASSY1 of the semiconductor device A11 includes a plurality of connecting members 402 instead of a plurality of conductive members 32.
- the multiple connection members 401, 402 are each bonding wires, similar to the multiple connection members 41-44. Unlike this example, the multiple connection members 401, 402 may each be bonding ribbons.
- the composition of each of the multiple connection members 401, 402 includes gold (Au).
- the composition of each of the multiple connection members 401, 402 may also include copper or aluminum.
- Each of the multiple connection members 401 electrically connects the principal surface electrodes 212 of one of the multiple semiconductor elements 21 to the conductor portion 123 (pad portion 123a).
- Each of the multiple connection members 401 is individually connected to the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 and bonded to the conductor portion 123 (pad portion 123a).
- multiple connection members 401 are bonded to one semiconductor element 21, but a single connection member 401 may also be bonded.
- the wire diameter of each of the multiple connection members 401 is the same as the wire diameter of each of the multiple connection members 41 to 44, but they may be different.
- each of the multiple connection members 401 is covered with a coating portion 501.
- Each of the multiple connection members 402 electrically connects the principal surface electrodes 222 of one of the multiple semiconductor elements 22 to the conductor portion 122 (pad portion 122a).
- Each of the multiple connection members 402 is individually connected to the principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22 and bonded to the conductor portion 122 (pad portion 122a).
- multiple connection members 402 are bonded to one semiconductor element 22, but a single connection member 402 may also be bonded.
- the wire diameter of each of the multiple connection members 402 is the same as the wire diameter of each of the multiple connection members 41 to 44, but they may be different.
- each of the multiple connection members 402 is covered with a coating portion 501.
- connection members 401, 402 are each covered with a covering portion 501.
- the portion of each connection member 401 that contacts the principal surface electrode 212 of the corresponding semiconductor element 21 and the portion that contacts the conductor portion 123 (pad portion 123a), and the portion of each connection member 402 that contacts the principal surface electrode 222 of the corresponding semiconductor element 22 and the portion that contacts the conductor portion 122 (pad portion 122a) are not covered with the covering portion 501.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A11 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A11 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and suppress operational malfunctions. In addition, the semiconductor device A11 achieves the same effects as the semiconductor device A10 due to the configuration it shares with the semiconductor device A10.
- liquid e.g., water
- the semiconductor device disclosed herein may be configured such that at least one connecting member 401, 402 is connected to the principal surface electrode 212 of each semiconductor element 21 and the principal surface electrode 222 of each semiconductor element 22, rather than a metal clip (each conductive member 31, 32).
- Figure 15 shows a semiconductor device A12 according to a second modified example of the first embodiment.
- the semiconductor device A12 differs from the semiconductor device A10 in the following respect: the covering portion 501 of the semiconductor device A12 is not exposed to the outside.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A12 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A12 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. In addition, the semiconductor device A12 has a common configuration with the other semiconductor devices A10 and A11, and therefore achieves the same effects as the semiconductor devices A10 and A11.
- liquid e.g., water
- the semiconductor device A12 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions.
- the semiconductor device A12 has a common configuration with the other semiconductor devices A10 and A11, and therefore achieves the same effects as the semiconductor devices A10 and A11.
- FIGS. 16 and 17 show a semiconductor device A13 according to a third modified example of the first embodiment. Compared to the semiconductor device A10, the semiconductor device A13 differs in the range in which the covering portion 501 is formed.
- the covering portion 501 is formed in a ring shape around each semiconductor element 21 in a plan view.
- the covering portion 501 is formed in a ring shape around each semiconductor element 22 in a plan view.
- the covering portion 501 of the semiconductor device A13 overlaps the entire periphery of the periphery 219a, 229a in a plan view.
- the outer periphery of the covering portion 501 is located outward from the periphery 219a, 229a of the conductive bonding layers 219, 229.
- the covering portion 501 is rectangular ring-shaped.
- the shape of the covering portion 501 is not limited to a rectangular ring, and may be a circular ring, an elliptical ring, or a polygonal ring, as long as it overlaps the entire periphery of the periphery 219a, 229a in a plan view.
- the covering portion 501 does not cover the conductive members 32.
- the covering portion 501 does not cover the conductive members 31 and the connecting members 41-44.
- the covering portion 501 does not cover the upper surfaces of the power terminals 14-16.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A13 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A13 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. Furthermore, the semiconductor device A13 has a common configuration with the other semiconductor devices A10-A12, and therefore achieves the same effects as the semiconductor devices A10-A12.
- Figure 18 shows a semiconductor device A14 according to a fourth modified example of the first embodiment.
- the semiconductor device A14 differs from the semiconductor device A10 in the following respect: the sealing member 50 of the semiconductor device A14 does not include a covering portion 501.
- the sealing member 50 does not include the covering portion 501, and therefore is composed of the sealing portion 502. Therefore, the functional assembly ASSY1 contacts the sealing portion 502.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A14 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A14 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. Furthermore, semiconductor device A14 has a common configuration with the other semiconductor devices A10-A13, and therefore achieves the same effects as those semiconductor devices A10-A13.
- liquid e.g., water
- semiconductor device A14 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions.
- semiconductor device A14 has a common configuration with the other semiconductor devices A10-A13, and therefore achieves the same effects as those semiconductor devices A10-A13.
- the sealing member 50 is not limited to a configuration including both the covering portion 501 and the sealing portion 502, but also includes cases where it is composed of the sealing portion 502 (i.e., epoxy resin).
- Figure 19 shows a semiconductor device A15 according to a fifth modified example of the first embodiment.
- the semiconductor device A15 differs from the semiconductor device A10 in the following respect: the barrier member 70 of the semiconductor device A15 includes a protective portion 72.
- the protective portion 72 is formed across the resin back surface 52 and the underside of the back surface wiring layer 13.
- the protective portion 72 covers the entire resin back surface 52 and the entire underside of the back surface wiring layer 13. As a result, the boundary between the resin back surface 52 and the back surface wiring layer 13 (the exposed end portion 80 in Figure 19) is covered by the barrier member 70 (protective portion 72).
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A15 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A15 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. Furthermore, the semiconductor device A15 has a common configuration with the other semiconductor devices A10-A14, and therefore achieves the same effects as the semiconductor devices A10-A14.
- liquid e.g., water
- barrier member 70 includes protective portion 72 in addition to multiple protective portions 71. Therefore, compared to semiconductor device A10, semiconductor device A15 can further prevent the intrusion of liquids (e.g., water) and gases from the outside by means of barrier member 70.
- liquids e.g., water
- Second embodiment 20 and 21 show a semiconductor device A20 according to the second embodiment.
- the semiconductor device A20 differs from the semiconductor device A10 in the following respects:
- the dimension of the sealing member 50 of the semiconductor device A20 in the thickness direction z is smaller than the dimension of the sealing member 50 of the semiconductor device A10 in the thickness direction z.
- the multiple power terminals 14-16 are not bent. Therefore, as mentioned above, the dimension in the thickness direction z of the sealing member 50 is smaller than the dimension in the thickness direction z of the sealing member 50 of the semiconductor device A10. In other words, in the semiconductor device A20, the distance from the resin main surface 51 to the functional assembly ASSY1 is shorter than in the semiconductor device A10. Therefore, the barrier member 70 of the semiconductor device A20 includes a protective portion 73 that covers the resin main surface 51.
- the protective portion 73 covers, for example, the portion of the sealing member 50 where the linear distance d31 from the surface exposed to the outside (e.g., the resin main surface 51 and multiple resin side surfaces 531-534) to the functional assembly ASSY1 is 150 ⁇ m or less.
- the linear distance d31 (see Figure 20) from each conductive member 31 to the resin main surface 51 along the thickness direction z is 150 ⁇ m or less.
- the linear distance d32 (see Figure 21) along the thickness direction z from each conductive member 32 to the resin main surface 51 is 150 ⁇ m or less.
- each protective portion 71 covers the corresponding resin side surface 531-534 from its edge on the z1 side in the thickness direction z to its edge on the z2 side in the thickness direction z.
- semiconductor device A20 The functions and effects of semiconductor device A20 are as follows:
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A20 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A20 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. In addition, the semiconductor device A20 achieves the same effects as the semiconductor device A10 due to the configuration it shares with the semiconductor device A10.
- liquid e.g., water
- the semiconductor device A20 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions.
- the semiconductor device A20 achieves the same effects as the semiconductor device A10 due to the configuration it shares with the semiconductor device A10.
- barrier member 70 includes protective portion 73.
- Protective portion 73 covers the portion of sealing member 50 where the linear distance d31 from the surface exposed to the outside (e.g., resin main surface 51 and multiple resin side surfaces 531-534) to functional assembly ASSY1 is 150 ⁇ m or less. Intrusion of liquids (e.g., water) or gases from the outside can proceed not only through the interface between functional assembly ASSY1 and sealing member 50, but also through sealing member 50 that has deteriorated due to thermal load.
- liquids e.g., water
- sealing member 50 where the linear distance d31 from the surface exposed to the outside (e.g., resin main surface 51 and multiple resin side surfaces 531-534) to functional assembly ASSY1 is 150 ⁇ m or less with barrier member 70 (protective portion 73), it is possible to prevent intrusion of liquids (e.g., water) or gases from the outside proceeding from the surface of sealing member 50, rather than from the aforementioned interface.
- liquids e.g., water
- Figures 22 to 24 show a semiconductor device A21 according to a modification of the second embodiment. Compared to semiconductor device A20, semiconductor device A21 differs in the range in which the protective portion 73 is formed.
- the protective portion 73 covers a portion of the resin main surface 51.
- the protective portion 73 of semiconductor device A21 covers the upper portions of each conductive member 31 and each conductive member 32 on the resin main surface 51.
- the protective portion 73 collectively covers the upper portions of each conductive member 31 and each conductive member 32, but it may cover them individually.
- the linear distance along the thickness direction z from the main surface wiring layer 12 to the resin main surface 51 is greater than 150 ⁇ m. Therefore, there is no need to cover the entire resin main surface 51 with the protective portion 73 (barrier member 70).
- semiconductor device A21 similar to semiconductor device A20, the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to semiconductor device A20, semiconductor device A21 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to semiconductor device A20, semiconductor device A21 can suppress deterioration of functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. In addition, semiconductor device A21 achieves the same effects as semiconductor device A20 due to the configuration it shares with semiconductor device A20.
- liquid e.g., water
- semiconductor device A21 can suppress deterioration of functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions.
- semiconductor device A21 achieves the same effects as semiconductor device A20 due to the configuration it shares with semiconductor device A20.
- the protective portion 73 covers a portion of the resin main surface 51. This configuration allows the area where the barrier member 70 is formed to be reduced.
- the semiconductor devices A20 and A21 may be configured with multiple connection members 401 and 402 instead of multiple conductive members 31 and 32, similar to the semiconductor device A11; may be configured with a different formation range for the covering portion 501, similar to the semiconductor devices A12 and A13; may be configured with the sealing member 50 not having the covering portion 501, similar to the semiconductor device A14; or may be configured with the barrier member 70 including the protective portion 72, similar to the semiconductor device A15.
- Third embodiment: 25 and 26 show a semiconductor device A30 according to the third embodiment.
- the semiconductor device A30 differs from the semiconductor device A10 in the following respect: the barrier member 70 of the semiconductor device A30 is conductive.
- the barrier member 70 was insulating, so the multiple protective portions 71 partially covered the exposed portion 141 of the power terminal 14, the exposed portion 151 of the power terminal 15, the exposed portion 161 of the power terminal 16, and the portions of the multiple signal terminals 17 exposed from the sealing member 50.
- the barrier member 70 is conductive, so the multiple protective portions 71 may cover substantially the entire surfaces of the exposed portion 141 of the power terminal 14, the exposed portion 151 of the power terminal 15, the exposed portion 161 of the power terminal 16, and the portions of the multiple signal terminals 17 exposed from the sealing member 50.
- each power terminal 14-16 and each signal terminal 17 do not have to be covered by the corresponding protective portion 71 (barrier member 70) due to the cutting process from the lead frame during manufacturing. Furthermore, in the semiconductor device A30, the protection portions 71 for each signal terminal 17 are spaced apart to prevent the signal terminals 17 from shorting out to each other.
- semiconductor device A30 The functions and effects of semiconductor device A30 are as follows:
- barrier member 70 covers at least a portion of each of exposed ends 80A-80D at the interface between functional assembly ASSY1 and sealing member 50. Therefore, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A30 can prevent liquid (e.g., water) and gas from entering through each of exposed ends 80A-80D using barrier member 70. In other words, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A30 can suppress deterioration of functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. Furthermore, semiconductor device A30 has a common configuration with semiconductor devices A10 and A20, and therefore achieves the same effects as semiconductor devices A10 and A20.
- the barrier member 70 may be conductive rather than insulating.
- Figure 27 shows a semiconductor device A31 according to a modification of the third embodiment.
- the semiconductor device A31 differs in the following respect: the sealing member 50 of the semiconductor device A31 has multiple recesses 541, 543, and 544 formed therein.
- recess 541 is recessed from resin side surface 531 in the first direction x.
- 541 is located between power terminal 14 and power terminal 15 in the second direction y.
- Multiple recesses 543 are recessed from resin side surface 533 in the second direction y.
- Multiple recesses 543 are each located individually between multiple signal terminals 17 protruding from resin side surface 533 in the first direction x.
- Multiple recesses 544 are recessed from resin side surface 534 in the second direction y.
- Multiple recesses 544 are each located individually between multiple signal terminals 17 protruding from resin side surface 534 in the first direction x.
- semiconductor device A31 similar to semiconductor device A30, the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY1 and the sealing member 50. Therefore, similar to semiconductor device A30, semiconductor device A31 can prevent liquid (e.g., water) and gas from entering through each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to semiconductor device A30, semiconductor device A31 can suppress deterioration of functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions. In addition, semiconductor device A31 achieves the same effects as semiconductor device A30 due to its common configuration with semiconductor device A30.
- liquid e.g., water
- semiconductor device A31 can suppress deterioration of functional assembly ASSY1 and prevent operational malfunctions.
- semiconductor device A31 achieves the same effects as semiconductor device A30 due to its common configuration with semiconductor device A30.
- the barrier member 70 is conductive. With this configuration, a short circuit may occur via the barrier member 70. Therefore, the recess 541 prevents unintended short circuits via the barrier member 70 between the power terminals 14 and 15. Similarly, the multiple recesses 543 prevent unintended short circuits via the barrier member 70 between the multiple signal terminals 17 (171, 173, 178) protruding from the resin side surface 533. Similarly, the multiple recesses 544 prevent unintended short circuits via the barrier member 70 between the multiple signal terminals 17 (172, 174, 178) protruding from the resin side surface 534.
- the semiconductor device A40 differs from the semiconductor device A10 in its package structure.
- the semiconductor device A40 includes a functional assembly ASSY4 instead of the functional assembly ASSY1.
- the semiconductor device A40 includes a functional assembly ASSY4, a sealing member 50, and a barrier member 70.
- the functional assembly ASSY4 includes a support member 10, a power terminal 14, two power terminals 15, two power terminals 16, a plurality of signal terminals 171 to 177, a plurality of semiconductor elements 21, a plurality of semiconductor elements 22, two thermistors 23 and 24, two conductive members 31 and 32, a plurality of connecting members 41 to 46, and two signal boards 601 and 602.
- the plurality of signal terminals 171 to 177 will be referred to as a plurality of signal terminals 17 unless otherwise specified.
- semiconductor device A40 converts the DC power supply voltage applied to power terminal 14 and two power terminals 15 into AC voltage using multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- the converted AC voltage is input from two power terminals 16 to a power supply target such as a motor.
- each of the multiple semiconductor elements 21 has two main surface electrodes 214 in addition to a back surface electrode 211 and multiple main surface electrodes 212, 213.
- the two main surface electrodes 214 are arranged on either side of the main surface electrode 213 in the second direction y.
- each semiconductor element 21 may include only one of the two main surface electrodes 214, or may include neither of the two main surface electrodes 214.
- the main surface electrode 214 is a source sense electrode.
- each of the multiple semiconductor elements 22 has two main surface electrodes 224 in addition to a back surface electrode 221 and multiple main surface electrodes 222, 223.
- the two main surface electrodes 224 are arranged on either side of the main surface electrode 223 in the second direction y.
- each semiconductor element 22 may include only one of the two main surface electrodes 224, or may include neither of the two main surface electrodes 224.
- the main surface electrode 224 is a source sense electrode.
- the main surface wiring layer 12 of the support member 10 has two conductor portions 121, 122.
- the two conductor portions 121, 122 are spaced apart in the first direction x.
- the two conductor portions 121, 122 are aligned in the first direction x.
- the dimensions of the two conductor portions 121, 122 in the thickness direction z are the same.
- the conductor portion 121 is located on the x1 side of the conductor portion 122 in the first direction x.
- the conductor portion 121 is located closer to the power terminal 14 and the two power terminals 15 than the conductor portion 122 in the first direction x.
- the conductor portion 121 has, for example, a rectangular shape in a plan view, but the shape of the conductor portion 121 in a plan view is not limited in any way.
- a plurality of semiconductor elements 21 and a signal board 601 are bonded to the conductor portion 121.
- the plurality of semiconductor elements 21 are arranged on the conductor portion 121 along the second direction y.
- the conductor portion 122 is located on the x2 side of the conductor portion 121 in the first direction x.
- the conductor portion 122 is located closer to the two power terminals 16 than the conductor portion 121 in the first direction x.
- the conductor portion 122 has, for example, a rectangular shape in a plan view, but the shape of the conductor portion 122 in a plan view is not limited in any way.
- a plurality of semiconductor elements 22 and a signal board 602 are bonded to the conductor portion 122.
- the plurality of semiconductor elements 22 are arranged on the conductor portion 122 along the second direction y.
- the power terminal 14 is joined to the conductor portion 121. This joining is not limited in any way and may be done using a conductive joining material (e.g., solder or sintered metal, etc.) not shown, laser welding, or crimping.
- the power terminal 14 is supported by the conductor portion 121.
- the power terminal 14 is electrically connected to the back electrodes 211 (drain electrodes of the upper arm circuit) of the multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 121.
- the power terminal 14 is a P terminal (positive terminal) to which the DC power supply voltage to be converted is applied. As shown in Figure 31 and other figures, the power terminal 14 is located on the opposite side of the conductor portion 122 in the first direction x, with the conductor portion 121 sandwiched between them.
- the power terminal 14 is located between the two power terminals 15 in the first direction x.
- the power terminal 14 extends from the conductor portion 121 to the x1 side in the first direction x and protrudes from the sealing member 50 to the x1 side in the first direction x.
- the power terminal 14 is flat, but may include a bent portion.
- the power terminal 14 includes an exposed portion 141 and a covered portion 142.
- the exposed portion 141 is the portion of the power terminal 14 that is exposed from the sealing member 50. In the power terminal 14, the exposed portion 141 is used as the P terminal described above.
- the covered portion 142 is the portion of the power terminal 14 that is covered by the sealing member 50. In the power terminal 14, the covered portion 142 is joined to the conductor portion 121.
- a conductive member 32 is joined to the two power terminals 15.
- the two power terminals 15 are electrically connected to the main surface electrodes 222 (source electrodes of the lower arm circuits) of the multiple semiconductor elements 22 via the conductive member 32.
- the two power terminals 15 are N terminals (negative terminals) to which the DC power supply voltage to be converted is applied.
- the two power terminals 15 are spaced apart from each other in the first direction x.
- the power terminal 14 is located between the two power terminals 15.
- the two power terminals 15 are each located on the same side of the support member 10 as the power terminal 14 in the second direction y.
- the two power terminals 15 are each spaced apart from the main surface wiring layer 12.
- the two power terminals 15 each extend in the first direction x and protrude from the sealing member 50 on the x1 side of the first direction x. In the illustrated example, each power terminal 15 is flat, but may also include a bent portion.
- each of the two power terminals 15 includes an exposed portion 151 and a covered portion 152.
- the exposed portion 151 is the portion of each power terminal 15 that is exposed from the sealing member 50.
- the exposed portion 151 is used as the N terminal described above.
- the covered portion 152 is the portion of each power terminal 15 that is covered by the sealing member 50.
- a conductive member 32 is joined to the covered portion 152 of each power terminal 15.
- the two power terminals 16 are each joined to the conductor portion 122. This joining is not limited in any way and may be done using a conductive joining material (e.g., solder or sintered metal, etc.) not shown, laser welding, or crimping.
- the two power terminals 16 are each supported by the conductor portion 122.
- the two power terminals 16 are each electrically connected to the back electrodes 221 (drain electrodes of the lower arm circuit) of the multiple semiconductor elements 22 via the conductor portion 122, and are also electrically connected to the main surface electrodes 212 (source electrodes of the upper arm circuit) of the multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 122 and the conductive member 31. AC power converted by the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22 is output from the two power terminals 16.
- the two power terminals 16 are each output terminals for the AC power.
- the two power terminals 16 are spaced apart from each other in the second direction y.
- the two power terminals 16 are located on opposite sides of the conductor portion 122 from the conductor portion 121 in the first direction x.
- Each of the two power terminals 16 protrudes from the conductor portion 122 toward the x2 side in the first direction x.
- each power terminal 16 is flat, but may include a bent portion.
- each of the two power terminals 16 includes an exposed portion 161 and a covered portion 162.
- the exposed portion 161 is the portion of each power terminal 16 that is exposed from the sealing member 50. In each power terminal 16, the exposed portion 161 is used as the output terminal described above.
- the covered portion 162 is the portion of each power terminal 16 that is covered by the sealing member 50. The covered portion 162 of each power terminal 16 is joined to the conductor portion 122.
- the pair of signal boards 601, 602 form part of the conductive paths between the multiple signal terminals 17 and the multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- the signal board 601 is located between the multiple semiconductor elements 21 and the power terminal 14 and two power terminals 15 in the first direction x.
- the signal board 601 is bonded to the conductor portion 121 as shown in Figure 37, etc.
- the signal board 602 is located between the multiple semiconductor elements 22 and two power terminals 16 in the first direction x.
- the signal board 602 is bonded to the conductor portion 122 as shown in Figure 37, etc.
- Each of the pair of signal boards 601, 602 is, for example, a DCB board or an AMB board. Unlike this example, each of the pair of signal boards 601, 602 may be a printed circuit board.
- the pair of signal boards 601, 602 each have an insulating layer 61, a wiring layer 62, a metal layer 63, and multiple sleeves 64.
- the pair of signal boards 601, 602 are each covered with a sealing member 50 except for a portion of each of the multiple sleeves 64.
- the insulating layer 61, wiring layer 62, metal layer 63, and multiple sleeves 64 described below are common to both of the pair of signal boards 601, 602.
- the insulating layer 61 is interposed between the wiring layer 62 and the metal layer 63 in the thickness direction z.
- the insulating layer 61 may be made of ceramics, for example.
- the insulating layer 61 may also be made of an insulating resin sheet instead of ceramics.
- the wiring layer 62 is located above the insulating layer 61 in the thickness direction z.
- the composition of the wiring layer 62 is not limited in any way, but may include copper.
- the wiring layer 62 includes multiple wiring portions 621-624. The multiple wiring portions 621-624 are spaced apart from one another. The planar shape, arrangement, size, etc. of each of the wiring portions 621-624 are not limited to the example shown.
- the metal layer 63 is located on the opposite side of the wiring layer 62 in the thickness direction z, with the insulating layer 61 sandwiched therebetween.
- the composition of the metal layer 63 is not limited in any way, but may include copper.
- the metal layer 63 of the signal substrate 601 is bonded to the conductor portion 121 by an adhesive layer (not shown).
- the metal layer 63 of the signal substrate 602 is bonded to the conductor portion 122 by an adhesive layer (not shown).
- These adhesive layers are made of a material that may or may not be conductive. These adhesive layers are, for example, solder.
- each of the multiple sleeves 64 is bonded to one of the multiple wiring layers 62 by a conductive bonding layer (e.g., solder) not shown.
- the multiple sleeves 64 are made of a conductive material such as metal.
- Each of the multiple sleeves 64 is tubular and extends along the thickness direction z.
- One end of each of the multiple sleeves 64 in the thickness direction z (the edge on the z2 side in the thickness direction z) is conductively bonded to one of the multiple wiring layers 62.
- the other end of each of the multiple sleeves 64 in the thickness direction z (the edge on the z1 side in the thickness direction z) is exposed from the sealing member 50.
- the thermistor 23 straddles and is conductively joined to two wiring sections 623 of the signal board 601.
- the thermistor 24 straddles and is conductively joined to two wiring sections 623 of the signal board 602.
- the two thermistors 23, 24 are, for example, NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistors. NTC thermistors have the characteristic that their resistance decreases gradually as the temperature rises.
- the two thermistors 23, 24 are used as temperature detection sensors for the semiconductor device A40.
- Each of the multiple signal terminals 17 (multiple signal terminals 171-174-177) is composed of a metal pin and extends in the thickness direction z, as shown in Figures 28 and 37.
- the multiple signal terminals 17 protrude from the sealing member 50 (the resin main surface 51 described below).
- the multiple signal terminals 17 (multiple signal terminals 171-177) are individually press-fitted into multiple sleeves 64 of the pair of signal boards 601, 602. As a result, each of the multiple signal terminals 17 is supported by one of the multiple sleeves 64 and is conductive to one of the wiring layers 62 of the pair of signal boards 601, 602.
- the multiple signal terminals 171-175 are each conductive to one of the multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- the multiple signal terminals 176, 177 are not conductive (non-conductive) to either of the multiple semiconductor elements 21 or multiple semiconductor elements 22.
- Two signal terminals 176 are electrically connected to thermistor 23, and two signal terminals 177 are electrically connected to thermistor 24.
- the signal terminal 171 is press-fit into a sleeve 64 joined to the wiring portion 621 of the signal board 601. As a result, the signal terminal 171 is supported by the sleeve 64 and is electrically connected to the wiring portion 621 of the signal board 601. The signal terminal 171 is electrically connected to each of the main surface electrodes 213 of the multiple semiconductor elements 21. A drive signal for driving each semiconductor element 21 is input to the signal terminal 171 (a gate voltage is applied).
- the signal terminal 172 is press-fit into a sleeve 64 joined to the wiring portion 621 of the signal board 602. As a result, the signal terminal 172 is supported by the sleeve 64 and is electrically connected to the wiring portion 621 of the signal board 602. The signal terminal 172 is electrically connected to each of the main surface electrodes 223 of the multiple semiconductor elements 22. A drive signal for driving each semiconductor element 22 is input to the signal terminal 172 (a gate voltage is applied).
- signal terminal 173 is located next to signal terminal 171 in the second direction y. As can be seen from Figure 31, signal terminal 173 is press-fit into sleeve 64 joined to wiring portion 622 of signal board 601. As a result, signal terminal 173 is supported by sleeve 64 and is electrically connected to wiring portion 622 of signal board 601. Signal terminal 173 is electrically connected to principal surface electrodes 214 of multiple semiconductor elements 21. A voltage corresponding to the maximum current among the currents flowing through the respective principal surface electrodes 214 of the multiple semiconductor elements 21 is applied to signal terminal 173.
- the signal terminal 174 is located next to the signal terminal 172 in the second direction y. As can be seen from Figure 31, the signal terminal 174 is press-fit into a sleeve 64 joined to the wiring portion 622 of the signal board 602. As a result, the signal terminal 174 is supported by the sleeve 64 and is electrically connected to the wiring portion 622 of the signal board 602. The signal terminal 174 is electrically connected to the main surface electrodes 224 of the multiple semiconductor elements 22. A voltage corresponding to the maximum current among the currents flowing through the main surface electrodes 224 of the multiple semiconductor elements 22 is applied to the signal terminal 174.
- signal terminal 175 is located on the opposite side of signal terminal 171 in the second direction y, with signal terminal 173 sandwiched between them.
- signal terminal 175 is press-fit into sleeve 64 joined to wiring portion 625 of signal board 601.
- signal terminal 175 is supported by sleeve 64 and is electrically connected to wiring portion 625 of signal board 601.
- Signal terminal 175 is electrically connected to back electrodes 211 of multiple semiconductor elements 21. A voltage corresponding to the maximum current among the currents flowing through the back electrodes 211 of each of the multiple semiconductor elements 21 is applied to signal terminal 175.
- the pair of signal terminals 176 are located on the opposite side of signal terminal 173 in the second direction y, with signal terminal 171 sandwiched between them.
- the pair of signal terminals 176 are adjacent to each other in the second direction y.
- the pair of signal terminals 176 are individually press-fitted into two sleeves 64 joined to two wiring portions 623 of the signal board 601, respectively.
- the pair of signal terminals 176 are individually supported by the two sleeves 64 and are individually conductive to the two wiring portions 623 of the signal board 601.
- the pair of signal terminals 176 are conductive to the thermistor 23.
- the pair of signal terminals 177 are located on the opposite side of signal terminal 174 in the second direction y, with signal terminal 172 sandwiched between them, and the pair of signal terminals 177 are adjacent to each other in the second direction y.
- the pair of signal terminals 177 are individually press-fitted into two sleeves 64 which are respectively joined to two wiring portions 623 of the signal board 602.
- the pair of signal terminals 177 are individually supported by the two sleeves 64 and are individually conductive to the two wiring portions 623 of the signal board 602.
- the pair of signal terminals 177 are conductive to the thermistor 24.
- Each of the multiple connection members 41-46 electrically connects parts that are spaced apart from one another.
- Each of the multiple connection members 41-46 is, for example, a bonding wire. Unlike this example, each of the multiple connection members 41-46 may be a metal plate.
- Each of the multiple connection members 41-46 contains gold (Au).
- Each of the multiple connection members 41-46 may also contain copper or aluminum. Note that the multiple connection members 41-46 are omitted from Figures 30 and 34-37.
- each of the multiple connection members 41 is conductively joined to the corresponding main surface electrode 213 of the semiconductor element 21 and the wiring portion 624 of the signal board 601.
- Each of the multiple connection members 45 is conductively joined to the wiring portion 624 of the signal board 601 and the wiring portion 621 of the signal board 601.
- the signal terminal 171 is conductively joined to each of the main surface electrodes 213 of the multiple semiconductor elements 21.
- each of the multiple connection members 42 is conductively joined to the corresponding main surface electrode 223 of the semiconductor element 22 and the wiring portion 624 of the signal board 602.
- Each of the multiple connection members 46 is conductively joined to the wiring portion 624 of the signal board 602 and the wiring portion 621 of the signal board 602.
- the signal terminal 172 is conductively joined to each of the main surface electrodes 223 of the multiple semiconductor elements 22.
- each of the multiple connection members 43 is conductively bonded to the main surface electrode 214 of the corresponding semiconductor element 21 and the wiring portion 622 of the signal substrate 601. This allows the signal terminal 173 to be conductively connected to each of the main surface electrodes 214 of the multiple semiconductor elements 21. Note that if each semiconductor element 21 does not include two main surface electrodes 214, each of the multiple connection members 43 is bonded to the main surface electrode 212 of the corresponding semiconductor element 21.
- each of the multiple connection members 44 is conductively bonded to the main surface electrode 224 of the corresponding semiconductor element 22 and the wiring portion 622 of the signal board 602. This allows the signal terminal 174 to be conductively connected to each of the main surface electrodes 224 of the multiple semiconductor elements 22. Note that if each semiconductor element 22 does not include two main surface electrodes 224, each of the multiple connection members 44 is bonded to the main surface electrode 222 of the corresponding semiconductor element 22.
- connection member 46 is conductively joined to the wiring portion 625 of the signal board 601 and the conductor portion 121.
- the signal terminal 175 is electrically connected to the back electrodes 211 of multiple semiconductor elements 21 via the conductor portion 121.
- the conductive member 31 is joined to each of the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 and the conductor portion 122 of the support member 10.
- the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 are electrically connected to the conductor portion 122 via the conductive member 31.
- the conductive member 31 is, for example, a metal plate (metal clip).
- the composition of the conductive member 31 may include, for example, copper, but is not limited to this.
- the conductive member 31 has a main body portion 311 and multiple joint portions 312, 313.
- the main body portion 311 forms the main part of the conductive member 31. As shown in FIG. 4, the main body portion 311 extends in the first direction x. As shown in FIG. 31 and other figures, the main body portion 311 straddles the two conductor portions 121, 122. As shown in FIG. 31 and other figures, a plurality of through holes 311a are formed in the main body portion 311. The plurality of through holes 311a penetrate the main body portion 311 in the thickness direction z. The plurality of through holes 311a overlap between the two conductor portions 121, 122 in a plan view. This allows the sealing member 50 to flow smoothly downward in the thickness direction z of the main body portion 311 when forming the sealing member 50.
- each joint 312 is individually bonded to the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21.
- Each of the multiple joints 312 faces one of the principal surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21.
- each joint 312 extends from the main body 311 toward the y2 side in the second direction y.
- the multiple joints 312 are bifurcated from the main body 311, but they do not have to be bifurcated.
- the tip of each joint 312 (the end opposite the side connected to the main body 311) is located below the main body 311 in the thickness direction z (on the z2 side in the thickness direction z).
- the base end of each joint 312 (the end connected to the main body 311) is bent in the thickness direction z so as to connect the tips of each joint 312, which are located at different positions in the thickness direction z, to the main body 311.
- each joint 313 extends from the main body portion 311 to the y1 side in the second direction y.
- the tip of each joint 313 (the end opposite to the side connected to the main body portion 311) is located below the main body portion 311 in the thickness direction z (on the z2 side in the thickness direction z).
- the base end of each joint 313 (the end connected to the main body portion 311) is bent in the thickness direction z so as to connect the tips of each joint 313, which are located at different positions in the thickness direction z, to the main body portion 311.
- the semiconductor device A40 may include, similar to the semiconductor device A10 (functional assembly ASSY1), a plurality of conductive members 31 each having a band shape in a plan view, and these conductive members 31 may electrically connect the main surface electrodes 212 of each semiconductor element 21 to the conductor portion 122.
- the functional assembly ASSY4 further includes a conductive bonding layer 33.
- the conductive bonding layer 33 is interposed between the main surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 and the multiple joints 312.
- the conductive bonding layer 33 conductively bonds the main surface electrodes 212 of the multiple semiconductor elements 21 to the multiple joints 312.
- the conductive bonding layer 33 is, for example, solder.
- the conductive bonding layer 33 may include a sintered body of metal particles.
- the functional assembly ASSY4 further includes a conductive bonding layer 34.
- the conductive bonding layer 34 is interposed between the conductor portion 122 and the joint portion 313.
- the conductive bonding layer 34 conductively bonds the conductor portion 122 and the joint portion 313.
- the conductive bonding layer 34 is, for example, solder.
- the conductive bonding layer 34 may include a sintered body of metal particles.
- the conductive member 32 is conductively bonded to the main surface electrodes 222 (source electrodes) of the multiple semiconductor elements 22 and the two power terminals 15. As a result, the main surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22 are electrically connected to the two power terminals 15 via the conductive member 32.
- the conductive member 32 is, for example, a metal plate (metal clip).
- the composition of the conductive member 32 may include, for example, copper, but is not limited to this.
- the conductive member 32 includes two main body portions 321, multiple joint portions 322, multiple joint portions 324, multiple intermediate portions 326, and cross beam portions 327.
- the two main body portions 321 are spaced apart from each other in the second direction y. Each of the two main body portions 321 extends in the first direction x. As shown in Figures 34 and 39, each of the two main body portions 321 is arranged parallel to the upper surface of the main surface wiring layer 12. In the thickness direction z, the two main body portions 321 are farther from the main surface wiring layer 12 (the two conductor portions 121, 122) than the main body portion 311 of the conductive member 31. Each of the two main body portions 321 intersects the conductor portion 121 in a planar view. That is, each of the two main body portions 321 extends from the edge of the conductor portion 121 on the x1 side in the first direction x to the edge on the x2 side in the first direction x in a planar view.
- the multiple intermediate portions 326 are spaced apart from each other in the second direction y and are located between the two main body portions 321 in the second direction y.
- the multiple intermediate portions 326 extend in the first direction x.
- the dimension of each of the multiple intermediate portions 326 in the first direction x is smaller than the dimension of each of the two main body portions 321 in the first direction x.
- the multiple bonding portions 322 are individually bonded to the principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22. Each of the multiple bonding portions 322 faces one of the principal surface electrodes 222 of the multiple semiconductor elements 22. In a plan view, the multiple bonding portions 322 extend in the second direction y from the multiple intermediate portions 326. The tip of each bonding portion 322 (the end opposite to the side connected to the intermediate portion 326) is located below the intermediate portion 326 in the thickness direction z (on the z2 side in the thickness direction z). The base end of each bonding portion 322 (the end connected to the intermediate portion 326) is bent in the thickness direction z so as to connect the tip of each bonding portion 322 and each intermediate portion 326, which are located at different positions in the thickness direction z.
- the pair of joints 324 are individually joined to the two power terminals 15.
- the joining is, for example, by soldering.
- joining may be by a joining material containing a sintered body of metal particles.
- Each of the pair of joints 324 faces a corresponding one of the two power terminals 15.
- the cross beam portion 327 is located between the two main body portions 321 in the second direction y.
- the cross beam portion 327 extends in the second direction y from each of the two main body portions 321.
- the cross beam portion 327 overlaps with the multiple joint portions 312 of the conductive member 31 in a planar view.
- the multiple intermediate portions 326 each extend from the cross beam portion 327 toward the x2 side in the first direction x.
- the functional assembly ASSY4 further includes a plurality of conductive bonding layers 35.
- the plurality of conductive bonding layers 35 are individually interposed between the main surface electrodes 222 of the plurality of semiconductor elements 22 and the plurality of bonding portions 322.
- the plurality of conductive bonding layers 35 conductively bond the main surface electrodes 222 of each semiconductor element 22 to each bonding portion 322.
- Each of the plurality of conductive bonding layers 35 is, for example, solder.
- each of the plurality of conductive bonding layers 35 may include a sintered body of metal particles.
- the functional assembly ASSY4 further includes two conductive bonding layers 36.
- the two conductive bonding layers 36 are individually interposed between the two main body portions 321 of the conductive member 32 and the two power terminals 15.
- the two conductive bonding layers 36 conductively bond each main body portion 321 to each power terminal 15.
- Each of the two conductive bonding layers 36 is, for example, solder.
- each of the two conductive bonding layers 36 may include a sintered body of metal particles.
- the sealing member 50 contacts the functional assembly ASSY4.
- the sealing member 50 partially covers the functional assembly ASSY4.
- the sealing member 50 covers the support member 10 (excluding the lower surface of the back surface wiring layer 13).
- the sealing member 50 covers the multiple semiconductor elements 21 and the multiple semiconductor elements 22.
- the sealing member 50 covers the two conductive members 31, 32.
- the sealing member 50 covers the multiple connection members 41-46.
- the sealing member 50 covers a portion of each of the multiple power terminals 14-16 and a portion of each of the multiple signal terminals 17 (multiple signal terminals 171-177).
- the sealing member 50 of semiconductor device A40 has a resin main surface 51, a resin back surface 52, and multiple resin side surfaces 531-534.
- the power terminal 14 and two power terminals 15 each protrude from the resin side surface 531, and the two power terminals 16 protrude from the resin side surface 532.
- Multiple signal terminals 17 protrude from the resin main surface 51.
- the lower surface of the back surface wiring layer 13 of the support member 10 is exposed from the resin back surface 52.
- the sealing member 50 of the semiconductor device A40 has two recesses 55.
- Each of the two recesses 55 is recessed from the resin side surface 531 in the first direction x.
- Each of the two recesses 55 extends from the resin main surface 51 to the resin back surface 52 in the thickness direction z.
- the two recesses 55 are located on both sides of the power terminal 14 in the second direction y.
- Each of the two recesses 55 is individually positioned between the power terminal 14 and the two power terminals 15.
- the two recesses 55 increase the creepage distance along the sealing member 50 (resin side surface 531) between each power terminal 15 and the power terminal 14, thereby improving the dielectric strength voltage between the power terminal 14 and each power terminal 15.
- the sealing member 50 does not necessarily have to have two recesses 55.
- the sealing member 50 of the semiconductor device A40 like the sealing member 50 of the semiconductor device A10, includes a covering portion 501 and a sealing portion 502.
- the covering portion 501 covers the entire surface of the functional assembly ASSY4 that faces the sealing portion 502. As shown in Figures 34 to 39, the covering portion 501 covers multiple semiconductor elements 21 and multiple semiconductor elements 22.
- the covering portion 501 covers a portion of the support member 10 (the area of the upper surface of the insulating substrate 11 that is exposed from the main surface wiring layer 12 and the area of the main surface wiring layer 12 to which no other members are bonded).
- the covering portion 501 covers the upper surfaces (surfaces facing upward in the thickness direction z) of each conductive member 31, 32.
- the covering portion 501 covers multiple connecting members 41 to 46.
- the covering portion 501 covers the upper surfaces (surfaces facing upward in the thickness direction z) of the two signal substrates 601, 602.
- each signal terminal 17 protrudes from the resin main surface 51, and the area of the resin main surface 51 from which each signal terminal 17 protrudes is covered by a barrier member 70 (protective portion 71). This is because the exposed end 80D at the interface between the functional assembly ASSY4 and each signal terminal 17 is located on the resin main surface 51.
- the barrier member 70 covers at least a portion of each of the exposed ends 80A-80D at the interface between the functional assembly ASSY4 and the sealing member 50. Therefore, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A40 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each of the exposed ends 80A-80D using the barrier member 70. In other words, similar to the semiconductor device A10, the semiconductor device A40 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY4 and prevent operational malfunctions. Furthermore, the semiconductor device A40 has a common configuration with the other semiconductor devices A10, A20, and A30, and therefore achieves the same effects as the semiconductor devices A10, A20, and A30.
- liquid e.g., water
- the semiconductor device A40 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY4 and prevent operational malfunctions.
- the semiconductor device A40 has a common configuration with the other semiconductor devices A10, A20, and A30, and therefore achieves the same effects as the semiconductor devices A10, A20, and
- the semiconductor device A50 differs from the semiconductor device A10 in the following respect: the semiconductor device A50 has a TO (Transistor Outline) type package structure.
- the semiconductor device A50 includes a functional assembly ASSY5 instead of the functional assembly ASSY1. That is, the semiconductor device A50 includes a functional assembly ASSY5, a sealing member 50, and a barrier member 70.
- the functional assembly ASSY5 includes a support member 90, a plurality of leads 91, 92, and 93, a semiconductor element 21, a conductive bonding layer 219, and two connecting members 41 and 42. In examples different from this configuration, the functional assembly ASSY5 may include two or more semiconductor elements 21, four or more leads, or three or more connecting members.
- the semiconductor device A50 is described as being in a TO-type package, but the package format of the semiconductor device A50 is not limited to the TO-type and can be applied to various package formats, such as the SOP (Small Outline Package) type, SOJ (Small Outline J-leaded package) type, SON (Small Outline Non-leaded package) type, QFP (Quad Flat Package) type, QFJ (Quad Flat J-leaded package) type, QFN (Quad Flat Non-leaded package) type, and BGA (Ball Grid Array) type.
- the semiconductor device A50 is used in a power conversion circuit such as an inverter, but examples of use of the semiconductor device A50 are not limited to power conversion circuits.
- the semiconductor element 21 is mounted on the support member 90.
- the support member 90 is a die pad that supports the semiconductor element 21.
- the support member 90, along with the three leads 91, 92, and 93, are obtained from the same lead frame.
- the lead frame is made of copper (Cu) or a copper alloy. Therefore, the composition of each of the three leads 91, 92, and 93 of the support member 90 includes copper.
- the support member 90 has a main surface 901 and a back surface 902.
- the main surface 901 faces the semiconductor element 21 in the thickness direction z.
- the main surface 901 is covered with the sealing member 50 except for a portion.
- the back surface 902 faces the opposite side to the main surface 901 in the thickness direction z.
- the back surface 902 is plated with, for example, tin (Sn) (not shown).
- the back surface 902 is exposed from the sealing member 50.
- the support member 90 has a first portion 90A and a second portion 90B connected to the first portion 90A.
- the second portion 90B When viewed in the thickness direction z, the second portion 90B is located on the y1 side of the first portion 90A in the second direction y (the side opposite to the side on which the leads 91 to 93 are located).
- the second portion 90B is covered by the sealing member 50.
- the first portion 90A includes a back surface 902.
- the second portion 90B has a through portion 903.
- the through portion 903 penetrates the second portion 90B in the thickness direction z.
- the through portion 903 has a circular shape when viewed in the thickness direction z.
- the first dimension t1 in the thickness direction z of the first portion 90A is greater than the second dimension t2 in the thickness direction z of the second portion 90B.
- the dimension in the second direction y of the second portion 90B is greater than the dimension in the second direction y of the back surface 902.
- the main surface 901 has a support surface 9010.
- the support surface 9010 faces the semiconductor element 21 in the thickness direction z.
- the semiconductor element 21 is mounted on the support surface 9010.
- the support surface 9010 corresponds to the main surface 901 of the first part 90A.
- the support surface 9010 has a contact region 9011 that contacts the conductive bonding layer 219, and a non-contact region 9012 that does not contact the conductive bonding layer 219. In a plan view, the non-contact region 9012 surrounds the contact region 9011.
- the lead 91 includes a portion extending in the second direction y and is connected to the support member 90. As a result, the lead 91 is electrically connected to the back electrode 211 of the semiconductor element 21. Therefore, the lead 91 corresponds to the drain terminal of the semiconductor device A50.
- the lead 91 is located on the opposite side of the second portion 90B from the first portion 90A in the second direction y.
- the lead 91 includes a covering portion 911 and an exposed portion 912.
- the covering portion 911 is connected to the first portion 90A of the support member 90 and is covered by the sealing member 50.
- the covering portion 911 is bent.
- the exposed portion 912 is connected to the covering portion 911 and is exposed from the sealing member 50.
- the exposed portion 912 protrudes from the sealing member 50 on the side opposite to the side on which the support member 90 is located in the second direction y.
- the exposed portion 912 extends straight, but may be partially bent.
- the surface of the exposed portion 912 is, for example, tin-plated.
- lead 92 is located away from support member 90. Lead 92 extends in the second direction y. In semiconductor device A50, lead 92 is a wiring portion that is located away from support member 90. Lead 92 is electrically connected to the main surface electrode 212 of the semiconductor element 21 via the connection member 41. Therefore, lead 92 corresponds to the source terminal of semiconductor device A50. Lead 92 is located next to lead 91 in the first direction x.
- the lead 92 has a covering portion 921, an exposed portion 922, and a bonding surface 923.
- the covering portion 921 is covered by the sealing member 50.
- the exposed portion 922 is connected to the covering portion 921 and is exposed from the sealing member 50.
- the exposed portion 922 protrudes from the sealing member 50 on the side opposite the side on which the support member 90 is located in the second direction y. In the illustrated example, the exposed portion 922 extends straight, but may be partially bent.
- the surface of the exposed portion 922 is, for example, tin-plated.
- the bonding surface 923 faces the same side as the main surface 901 of the support member 90 in the thickness direction z.
- the bonding surface 923 is included as part of the covering portion 921.
- the bonding surface 923 is located on the side on which the semiconductor element 21 is located relative to the main surface 901 in the thickness direction z.
- lead 93 is located away from support member 10.
- Lead 93 extends in the second direction y.
- lead 93 is a wiring portion that is located away from support member 10.
- Lead 93 is electrically connected to the main surface electrode 213 of the semiconductor element 21. Therefore, lead 93 corresponds to the gate terminal of semiconductor device A41.
- Lead 93 is located on the opposite side of lead 92 from lead 91 in the first direction x.
- the lead 93 has a covering portion 931, an exposed portion 932, and a bonding surface 933.
- the covering portion 931 is covered by the sealing member 50.
- the exposed portion 932 is connected to the covering portion 931 and is exposed from the sealing member 50.
- the exposed portion 932 protrudes from the sealing member 50 on the side opposite the side on which the support member 90 is located in the second direction y. In the illustrated example, the exposed portion 932 extends straight, but may be partially bent.
- the surface of the exposed portion 932 is, for example, tin-plated.
- the bonding surface 933 faces the same side as the main surface 901 of the support member 90 in the thickness direction z.
- the bonding surface 933 is included as part of the covering portion 931. In the thickness direction z, the position of the bonding surface 933 is the same as the position of the bonding surface 923 of the lead 92.
- leads 91, 92, and 93 are arranged along the first direction x.
- the exposed portion 912 of lead 91, the exposed portion 922 of lead 92, and the exposed portion 932 of lead 93 are all at the same height from the resin back surface 52 of the sealing member 50, which will be described later.
- the semiconductor element 21 is bonded to the support member 90 by a conductive bonding layer 219.
- the back electrode 211 of the semiconductor element 21 is conductively bonded to the support surface 9010 of the support member 90 via the conductive bonding layer 219.
- the entire conductive bonding layer 219 is located between the semiconductor element 21 and the support member 90 in the thickness direction z.
- a portion of the conductive bonding layer 219 may be configured to cover each element side surface 21c of the semiconductor element 21.
- the conductive bonding layer 219 has a first surface 2191, a second surface 2192, and a third surface 2193.
- the first surface 2191 faces upward in the thickness direction z and faces the semiconductor element 21.
- the first surface 2191 is in contact with the semiconductor element 21.
- the second surface 2192 faces downward in the thickness direction z and faces the support member 90.
- the second surface 2192 is in contact with the support member 90.
- the area of the second surface 2192 is larger than the area of the first surface 2191.
- the third surface 2193 faces upward in the thickness direction z and is connected to the first surface 2191 and the second surface 2192.
- the third surface 2193 is in contact with the sealing member 50 (in the semiconductor device A50, the covering portion 501 described below).
- the third surface 2193 is inclined with respect to both the first surface 2191 and the second surface 2192.
- the third surface 2193 is inclined so that the area of the cross section perpendicular to the thickness direction z increases from the side connected to the first surface 2191 toward the side connected to the second surface 2192.
- the conductive bonding layer 219 is, for example, rectangular in plan view.
- the peripheral edge 219a of the conductive bonding layer 219 has a shape in plan view.
- the conductive bonding layer 219 has four corners 219b.
- the four corners 219b correspond to the four corners of the conductive bonding layer 219 in plan view.
- Each of the four corners 219b may be curved in plan view.
- connection member 41 is conductively bonded to the principal surface electrode 212 of the semiconductor element 21 and the bonding surface 923 of the lead 92. This allows the lead 92 to be electrically connected to the principal surface electrode 212.
- the connection member 41 has two bonding portions 411, 412 and an intermediate portion 413.
- the bonding portion 411 is located at one end of the connection member 41 and is bonded to the principal surface electrode 212.
- the bonding portion 412 is located at the other end of the connection member 41 and is bonded to the bonding surface 923.
- the intermediate portion 413 is interposed between the two bonding portions 411, 412 and is connected to them.
- connection member 41 is a bonding wire
- the intermediate portion 413 is a loop portion.
- the thickness (wire diameter) of the connection member 41 is larger than the thickness (wire diameter) of the connection member 42, but this is not limited to this.
- connection member 42 is electrically connected to the principal surface electrode 213 of the semiconductor element 21 and the bonding surface 933 of the lead 93. This electrically connects the lead 93 to the principal surface electrode 213.
- the connection member 42 has two bonding portions 421, 422 and an intermediate portion 423.
- the bonding portion 421 is located at one end of the connection member 42 and is bonded to the principal surface electrode 213.
- the bonding portion 422 is located at the other end of the connection member 42 and is bonded to the bonding surface 933.
- the intermediate portion 423 is interposed between the two bonding portions 421, 422 and is connected to them. In an example in which the connection member 42 is a bonding wire, the intermediate portion 423 is a loop portion.
- the sealing member 50 of semiconductor device A50 has a resin main surface 51, a resin back surface 52, and multiple resin side surfaces 531-534. Three leads 91-93 each protrude from the resin side surface 534.
- the sealing member 50 of the semiconductor device A50 has two openings 57. As shown in Figure 41, the two openings 57 are spaced apart from each other in the first direction x. Each of the two openings 57 is recessed inward into the sealing member 50 from both the resin main surface 51 and one of the two resin side surfaces 533, 534. A portion of the main surface 901 of the second portion 90B of the support member 90 is exposed from each of the two openings 57.
- the sealing member 50 of the semiconductor device A50 has an attachment portion 58.
- the attachment portion 58 penetrates in the thickness direction z from the resin main surface 51 to the resin back surface 52.
- the attachment portion 58 is surrounded by the through portion 903 of the second part 90B of the support member 90. In other words, in plan view, the attachment portion 58 is enclosed within the through portion 903.
- the sealing member 50 of the semiconductor device A50 has an inner circumferential surface 581 that is connected to the resin main surface 51 and the resin back surface 52 and defines the mounting portion 58.
- the mounting portion 58 includes a first hole edge 58A that is the boundary between the inner circumferential surface 581 and the resin main surface 51, and a second hole edge 58B that is the boundary between the inner circumferential surface 581 and the resin back surface 52.
- the first hole edge 58A surrounds the second hole edge 58B.
- the second dimension t2 in the thickness direction z of the second portion 90B of the support member 90 and the third dimension t3 in the thickness direction z of the portion of the sealing member 50 extending from the resin back surface 52 to the second portion 90B are different from each other.
- the second dimension t2 is greater than the third dimension t3.
- the covering portion 501 of the semiconductor device A50 is located above the support surface 9010 in the thickness direction z.
- the covering portion 501 covers the non-contact region 9012 of the support surface 9010, the third surface 2193 of the conductive bonding layer 219, and the semiconductor element 21.
- the covering portion 501 covers the entire main surface 901 of the second portion 90B.
- “covering the entire surface” is not limited to strictly covering the entire surface, and may include portions that cannot be covered due to manufacturing precision, etc. For example, in the example shown in Figures 3 and 7, a portion of the main surface 901 slightly inward from the periphery of the opening 57 in a plan view is not covered by the covering portion 501.
- the covering portion 501 covers the entire conductive bonding layer 219. As shown in Figure 42, the covering portion 501 covers the entire periphery 219a of the conductive bonding layer 219. Therefore, the covering portion 501 covers the four corners (four corners 219b) of the conductive bonding layer 219 in a plan view. Furthermore, as shown in Figures 43 to 45, the covering portion 501 also covers a portion of the bonding portion 411 of the connecting member 41 and a portion of the bonding portion 421 of the connecting member 42.
- the sealing portion 502 is located above the covering portion 501 in the thickness direction z.
- the sealing portion 502 covers the support member 90 (excluding the back surface 902), a portion of each of the multiple leads 91-93 (each covering portion 911, 921, 931), the two connecting members 41, 42, the semiconductor element 21, and the conductive bonding layer 219.
- the thickness of the sealing portion 502 is greater than the thickness of the covering portion 501.
- the thickness t501 (dimension in the thickness direction z) of the covering portion 501 shown in FIG. 44 and the thickness t50 from the main surface 901 of the sealing member 50 to the resin main surface 51 shown in FIG. 44 are, for example, 1:40, but this ratio is not limited to any particular value.
- the thickness t501 of the covering portion 501 is, for example, 0.1 mm or more and 0.2 mm or less, and the thickness t50 from the main surface 901 of the sealing member 50 to the resin main surface 51 is, for example, approximately 4 mm.
- the thickness t501 and thickness t50 of the covering portion 501 are not limited to the above example.
- the thickness t501 (dimension in the thickness direction z) of the covering portion 501 is, for example, approximately the same as the thickness (dimension in the thickness direction z) of the conductive bonding layer 219. This may also be true for the semiconductor device A10 described above.
- exposed end 80A is the portion exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of lead 91 of functional assembly ASSY5 and sealing member 50.
- exposed end 80A is located on resin side surface 534.
- exposed end 80B is the portion exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of lead 92 of functional assembly ASSY5 and sealing member 50.
- exposed end 80B is located on resin side surface 534.
- exposed end 80C is the portion exposed to the outside at the interface between each surface (top, bottom, and side) of lead 93 of functional assembly ASSY5 and sealing member 50.
- exposed end 80C is located on resin side surface 534.
- the exposed end portion 80D is the portion of functional assembly ASSY5 that is exposed to the outside at the interface between the support member 90 (second part 90B) and the sealing member 50, as shown in FIG. 45.
- semiconductor device A50 The functions and effects of semiconductor device A50 are as follows:
- barrier member 70 covers at least a portion of each of exposed ends 80A-80D at the interface between functional assembly ASSY5 and sealing member 50. Therefore, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A50 can prevent liquid (e.g., water) and gas from entering through each of exposed ends 80A-80D using barrier member 70. In other words, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A50 can suppress deterioration of functional assembly ASSY5 and prevent operational malfunctions. Furthermore, semiconductor device A50 has a common configuration with other semiconductor devices A10, A20, A30, and A40, and therefore achieves the same effects as those semiconductor devices A10, A20, A30, and A40.
- the covering portion 501 covers the entire third surface 2193 of the conductive bonding layer 219. Peeling of the sealing member 50 can occur at the interface between the conductive bonding layer 219 and the sealing member 50. Therefore, in semiconductor device A10, the entire third surface 2193 of the conductive bonding layer 219 is covered with the covering portion 501, which further enhances the effect of suppressing peeling of the sealing member 50.
- the covering portion 501 covers the entire non-contact region 9012. Peeling of the sealing member 50 can occur at the interface between the sealing member 50 and the conductive bonding layer 219, and then at the interface between the sealing member 50 and the support member 90. Therefore, in semiconductor device A50, the entire non-contact region 9012 is covered with the covering portion 501, which further enhances the effect of suppressing peeling of the sealing member 50.
- Figure 47 shows a semiconductor device A51 according to a first modified example of the fifth embodiment.
- semiconductor device A51 differs in the range in which the covering portion 501 is formed.
- a portion of the support member 90 was exposed from each opening 57 of the sealing member 50, but in semiconductor device A51, this exposed portion is covered with the covering portion 501.
- the semiconductor device A51 configured as described above achieves the same effects as the semiconductor device A50. Furthermore, in the semiconductor device A51, the support member 90 is not exposed in each opening 57 of the sealing member 50. As a result, the semiconductor device A51 can more effectively prevent unintended short circuits than the semiconductor device A50.
- the covering portion 501 covers the entire main surface 901 of the support member 90 (the main surface 901 of the first portion 90A and the main surface 901 of the second portion 90B).
- the main surface 901 of the second portion 90B does not need to be covered by the covering portion 501 (it may be in contact with the sealing portion 502).
- the semiconductor element 21 is bonded to the first portion 90A, and the underside (back surface 902) of the first portion 90A is exposed from the sealing member 50. In this configuration, heat from the semiconductor element 21 is released from the underside (back surface 902) of the first portion 90A, and heat transfer to the second portion 90B is reduced.
- the thermal load on the sealing member 50 is reduced in the second portion 90B, thereby reducing peeling of the sealing member 50.
- the covering portion 501 does not need to cover the main surface 901 of the second portion 90B.
- the area in which the covering portion 501 is formed can be reduced, which is preferable for suppressing warpage of the support member 90 described above.
- Figures 48 to 50 show a semiconductor device A52 according to a second modified example of the fifth embodiment.
- the semiconductor device A52 differs in the following respect: the covering portion 501 does not cover the element principal surface 21a of the semiconductor element 21.
- the covering portion 501 has an opening 501A.
- the opening 501A penetrates in the thickness direction z from the upper surface of the covering portion 501 (the surface facing upward in the thickness direction z) to the lower surface of the covering portion 501 (the surface facing downward in the thickness direction z).
- the opening 501A is formed along each element side surface 21c of the semiconductor element 21, and a portion of each element side surface 21c (the portion on the lower side in the thickness direction z) is covered by the covering portion 501.
- the semiconductor element 21 (element main surface 21a) is exposed from the opening 501A.
- the covering portion 501 covers the entire non-contact region 9012 of the support surface 9010.
- the sealing member 50 includes a covering portion 501 and a sealing portion 502, and the plastic strain range of covering portion 501 is larger than the plastic strain range of sealing portion 502. Therefore, like semiconductor device A50, semiconductor device A52 can suppress peeling of sealing member 50 due to thermal load. Furthermore, semiconductor device A52 has a common configuration with semiconductor devices A50 and A51, and therefore achieves the same effects as semiconductor devices A50 and A51.
- Figures 51 to 53 show a semiconductor device A53 according to a third modified example of the fifth embodiment. Compared to the semiconductor device A52, the semiconductor device A53 differs in the following respect: a portion of the third surface 2193 of the conductive bonding layer 219 is exposed in the opening 501A.
- semiconductor device A53 in a plan view, the periphery of the semiconductor element 21 (multiple element side surfaces 21c) is enclosed within the opening 501A. As a result, a portion of the third surface 2193 (the portion closer to the semiconductor element 21) is exposed from the covering portion 501.
- semiconductor device A53 configured as described above achieves the same effects as semiconductor device A52.
- the covering portion 501 may or may not be in contact with the semiconductor element 21.
- semiconductor device A52 is preferable to semiconductor device A53.
- the thickness of the covering portion 501 may be uniform.
- Figures 55 and 56 show a semiconductor device A54 according to a fourth modified example of the fifth embodiment.
- the semiconductor device A54 differs in the following respect: the covering portion 501 is formed in a ring shape in a plan view.
- covering portion 501 overlaps the entire circumference of peripheral edge 219a in a planar view.
- the outer peripheral edge of covering portion 501 is located outward from peripheral edge 219a of conductive bonding layer 219.
- peripheral edge 219a is rectangular, so covering portion 501 is rectangular-annular.
- covering portion 501 is not limited to a rectangular annular shape, and may be a circular annular shape, an elliptical annular shape, or a polygonal annular shape, as long as it overlaps the entire circumference of peripheral edge 219a in a planar view.
- opening 501A corresponds to the inner peripheral edge of covering portion 501.
- semiconductor element 21 is located inside the inner peripheral edge of covering portion 501.
- the thickness of the covering portion 501 on the third surface 2193 gradually changes, as in Figure 53, but unlike this example, it may also be uniform, as in Figure 56.
- semiconductor device A54 configured as described above achieves the same effects as semiconductor device A52.
- the covering portion 501 is not limited to covering the entire non-contact region 9012 of the main surface 901.
- Figures 57 and 58 show a semiconductor device A55 according to a fifth modification of the fifth embodiment. Compared to semiconductor device A50, semiconductor device A55 differs in the following respect: the covering portion 501 is divided into multiple parts.
- the covering portion 501 includes multiple separating portions 5010. Each separating portion 5010 individually covers one of the four corners (four corner portions 219b) of the conductive bonding layer 219 in a planar view.
- the semiconductor device A55 configured as described above achieves the same effects as the semiconductor device A50.
- the semiconductor device A55 also includes a barrier member 70. Therefore, like the semiconductor device A50, the semiconductor device A55 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY5 and prevent operational malfunctions.
- the sealing member 50 in the semiconductor device A55 includes a covering portion 501 and a sealing portion 502, and the plastic strain range of the covering portion 501 is larger than the plastic strain range of the sealing portion 502. Therefore, like the semiconductor device A50, the semiconductor device A55 can suppress peeling of the sealing member 50 due to thermal load.
- the semiconductor device A50 has a common configuration with the other semiconductor devices A50 to A54, and achieves the same effects as the semiconductor devices A50 to A54.
- Sixth embodiment: 59 shows a semiconductor device A60 according to the sixth embodiment.
- the semiconductor device A60 differs from the semiconductor device A10 in the following respects.
- the semiconductor device A60 includes a functional assembly ASSY6 instead of the functional assembly ASSY1. That is, the semiconductor device A60 includes a functional assembly ASSY6, a sealing member 50, and a barrier member 70.
- the functional assembly ASSY6 includes an insulating substrate 95, a wiring pattern 96, a plurality of through-hole wires 971, and a plurality of external electrodes 972.
- the insulating substrate 95 supports the semiconductor element 21.
- the insulating substrate 95 may be, for example, an insulating semiconductor substrate, a ceramic substrate, or an insulating resin substrate.
- the sealing member 50 is formed on the insulating substrate 95.
- the wiring pattern 96 is formed on the upper surface (surface facing upward in the thickness direction z) of the insulating substrate 95.
- the wiring pattern 96 contains, for example, Cu or a Cu alloy, but may also contain other metals.
- the wiring pattern 96 includes a conductor portion 961 as a support member and multiple conductor portions 962 as wiring portions.
- the semiconductor element 21 (back electrode 211) is bonded to the conductor portion 961 via a conductive bonding layer 219. Note that if the semiconductor element 21 of the semiconductor device A60 has a back electrode 211 (not shown), it is electrically connected to the conductor portion 961 via the conductive bonding layer 219.
- an insulating bonding layer may be used instead of the conductive bonding layer 219.
- the semiconductor element 21 may not have a back electrode 211 if it is, for example, a horizontally structured transistor or integrated circuit (IC).
- a plurality of connection members 40 are individually bonded to the plurality of conductor portions 962.
- the plurality of connection members 40 are bonding wires, similar to the plurality of connection members 41, 42, etc.
- Each of the multiple through-wires 971 penetrates the insulating substrate 95 in the thickness direction z.
- the multiple through-wires 971 are individually connected to the multiple conductor portions 962.
- Each through-wire 971 contains, for example, Cu or a Cu alloy, but may also contain other metals.
- the multiple external electrodes 972 are each individually connected to the multiple through-wires 971.
- the multiple external electrodes 972 cover the lower surfaces (surfaces facing downward in the thickness direction z) of the multiple through-wires 971.
- Each of the multiple external electrodes 972 may be composed of a single metal layer, a laminate of multiple metal layers, or a bonding bump such as solder.
- the exposed end 80 is exposed to the outside at the interface between the conductor portion 962 of the wiring pattern 96 and the sealing member 50.
- the protective portion 71 of the barrier member 70 covers the exposed end 80.
- the barrier member 70 has a protective portion 73 that covers the resin main surface 51, but the protective portion 73 may not be included.
- an exposed end also exists at the interface between the insulating substrate 95 and the sealing member 50. Therefore, the protective portion 71 of the barrier member 70 covers the exposed end at the interface between the insulating substrate 95 and the sealing member 50.
- semiconductor device A60 similar to semiconductor device A10, the barrier member 70 covers at least a portion of each exposed end 80 at the interface between the functional assembly ASSY 6 and the sealing member 50. Therefore, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A60 can prevent the intrusion of liquid (e.g., water) or gas from each exposed end 80 using the barrier member 70. In other words, similar to semiconductor device A10, semiconductor device A60 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY 6 and prevent operational malfunctions. Furthermore, semiconductor device A60 has a common configuration with the other semiconductor devices A10, A20, A30, A40, and A50, and therefore achieves the same effects as those semiconductor devices A10, A20, A30, A40, and A50.
- liquid e.g., water
- semiconductor device A60 can suppress deterioration of the functional assembly ASSY 6 and prevent operational malfunctions.
- semiconductor device A60 has a common configuration with the other semiconductor devices A10, A20, A30, A40, and A50, and therefore achieves the same effects as
- the semiconductor device according to the present disclosure is not limited to the above-described embodiment.
- the specific configuration of each part of the semiconductor device according to the present disclosure can be freely designed in various ways.
- the semiconductor device according to the present disclosure includes the following embodiments. Note that, although examples of each component in the following embodiments are indicated in parentheses using the symbols in the above-described embodiment (including modified examples), the present disclosure is not limited to these. Appendix 1.
- a functional assembly including a semiconductor element (21); a sealing member (50) that covers the semiconductor element (21) and contacts the functional assembly (ASSY1); a barrier member (70) that is less permeable than the sealing member (50); Equipped with an interface between the functional assembly (ASSY1) and the sealing member (50) having at least one exposed end (80A-80D) exposed to the outside;
- the semiconductor device (A10) includes a barrier member (70) that covers at least a portion of the at least one exposed end portion (80A to 80D). Appendix 2.
- the at least one exposed end (80A-80D) includes a plurality of exposed end portions (80A-80D);
- Appendix 3. The semiconductor device (A20, A21) described in either Appendix 1 or Appendix 2, wherein the barrier member (70) covers not only the at least one exposed end (80A-80D) but also a portion of the sealing member (50) whose linear distance from the surface exposed to the outside to the functional assembly (ASSY1) is 150 ⁇ m or less.
- ASSY1 a portion of the sealing member
- Appendix 5. The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 1 to Supplementary Note 4, wherein the breaking strain of the barrier member (70) is smaller than the breaking strain of the sealing member (50).
- Appendix 6. The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 1 to Supplementary Note 5, wherein the coefficient of linear expansion of the barrier member (70) is smaller than the coefficient of linear expansion of the sealing member (50). Appendix 7.
- Appendix 7-1 The semiconductor device (A10) described in Appendix 7, wherein the support member (10) includes an insulating substrate (11) and a main surface wiring layer (12) and a back surface wiring layer (13) individually bonded to the top and bottom of the insulating substrate (11) in the thickness direction (z).
- Appendix 7-2 The semiconductor device (A10) according to Appendix 7-1, wherein the bonding layer (219) is conductive and electrically connects the main surface wiring layer (12) and the semiconductor element (21).
- Appendix 7-3 The semiconductor device (A10) according to Appendix 7-2, wherein the bonding layer (219) is any one of solder, sintered metal, and insert metal for solid-state diffusion bonding.
- Appendix 7-4 The semiconductor device (A50) according to Appendix 7, wherein the support member (90) is a die pad.
- Appendix 8. The semiconductor device (A50) described in Appendix 7, wherein the functional assembly (ASSY5) includes conductors (92, 93) spaced apart from the support member (90), and connection members (41, 42) that electrically connect the semiconductor element (21) and the conductors (92, 93). Appendix 8-1.
- Appendix 8-3 The semiconductor device (A10, A11) according to Appendix 8, wherein the connecting member (41, 42, 401) is a bonding wire.
- Appendix 10 The semiconductor device (A10) described in Appendix 9, wherein the covering portion (501) covers the entire surface of the functional assembly (ASSY1) that faces the sealing portion (502).
- Appendix 10-1 The functional assembly includes bonding wires (41, 42, 401);
- the semiconductor device (A10, A11) according to Supplementary Note 9 or Supplementary Note 10, wherein the covering portion (501) covers the outer peripheral surface of the bonding wire (41, 42, 401). Appendix 11.
- Appendix 12. A semiconductor device (A10) according to any one of Appendix 9 to Appendix 11, wherein the breaking strain of the sealing portion (502) is smaller than the breaking strain of the covering portion (501) and larger than the breaking strain of the barrier member (70).
- Appendix 13 The semiconductor device (A10) according to any one of Appendix 9 to Appendix 12, wherein the linear expansion coefficient of the sealing portion (502) is smaller than the linear expansion coefficient of the covering portion (501) and is larger than the linear expansion coefficient of the barrier member (70).
- Appendix 14 The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 9 to Supplementary Note 13, wherein the plastic strain range of the covering portion (501) is larger than the plastic strain range of the sealing portion (502). Appendix 14-1.
- the sealing portion (502) contains a silica filler,
- Appendix 15. The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 9 to Supplementary Note 14, wherein the covering portion (501) includes a rubber material or a resin material.
- Appendix 16 The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 9 to Supplementary Note 15, wherein the sealing portion (502) contains an epoxy resin.
- Appendix 17 The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 1 to Supplementary Note 16, wherein the barrier member (70) contains alumina. Appendix 17-1. The semiconductor device (A10) according to any one of Supplementary Note 1 to Supplementary Note 16, wherein the barrier member (70) includes an insulating material. Appendix 17-2.
- the functional assembly (ASSY1) includes a terminal (14) protruding from the sealing member (50), The terminal (14) is electrically connected to the semiconductor element (21), The semiconductor device (A10) described in any one of Appendix 1 to Appendix 17, wherein the at least one exposed end (80A to 80D) is an end exposed to the outside at the interface between the terminal (14) and the sealing member (50). Appendix 17-2.
- the sealing member (50) has a first surface (531) from which the terminal (14) protrudes,
Landscapes
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
半導体装置は、半導体素子を含む機能アセンブリと、前記半導体素子を覆い且つ前記機能アセンブリに接する封止部材と、前記封止部材よりも浸透性が低いバリア部材と、を備える。前記機能アセンブリと前記封止部材との界面は、少なくとも1つの露出端部を含む。前記少なくとも1つの露出端部は、外部に露出する。前記バリア部材は、前記少なくとも1つの露出端部の少なくとも一部を覆う。
Description
本開示は、半導体装置に関する。
従来、半導体素子を備える半導体装置では、外部から液体や気体が侵入することを防止するために、半導体素子が封止樹脂で覆われている。特許文献1には、従来の半導体装置が開示されている。特許文献1に記載の半導体装置は、半導体素子、リードフレーム、はんだ、ワイヤおよび封止樹脂を備えている。この半導体装置において、半導体素子は、たとえばダイオードチップやMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)チップである。リードフレームは、半導体素子を搭載するとともに、はんだやワイヤを介して半導体素子に導通する。はんだおよびワイヤは、リードフレームと半導体素子とを導通させるための導通部材である。はんだは、半導体素子とリードフレームとの間に介在し、これらを導通させている。ワイヤは、半導体素子とリードフレームとに接合され、これらを導通させている。封止樹脂は、リードフレームの一部、半導体素子、はんだおよびワイヤを覆っている。
[概要]
半導体装置は、たとえば、電子機器などの回路基板に実装するときのリフローや、稼働中の半導体素子からの発熱などにより、熱負荷がかかる。この熱負荷の繰り返しにより、封止樹脂の酸化が進行し、脆化しうる。封止樹脂が酸化すると、外部からの液体や気体の侵入を防止する効果が低減する。たとえば、封止樹脂が酸化すると、半導体素子、リードフレームおよびワイヤと、封止樹脂との界面において、封止樹脂の密着性が低下して、当該界面から液体や気体が侵入しうる。このような液体や気体の侵入は、半導体素子、リードフレームおよびワイヤなどが劣化する要因であり、半導体装置の動作不良の原因である。
半導体装置は、たとえば、電子機器などの回路基板に実装するときのリフローや、稼働中の半導体素子からの発熱などにより、熱負荷がかかる。この熱負荷の繰り返しにより、封止樹脂の酸化が進行し、脆化しうる。封止樹脂が酸化すると、外部からの液体や気体の侵入を防止する効果が低減する。たとえば、封止樹脂が酸化すると、半導体素子、リードフレームおよびワイヤと、封止樹脂との界面において、封止樹脂の密着性が低下して、当該界面から液体や気体が侵入しうる。このような液体や気体の侵入は、半導体素子、リードフレームおよびワイヤなどが劣化する要因であり、半導体装置の動作不良の原因である。
本開示は、従来より改良が施された半導体装置を提供することを一の課題とする。特に本開示は、上記事情に鑑み、外部からの液体や気体の侵入を抑制することが可能な半導体装置を提供することを一の課題とする。
本開示によって提供される半導体装置は、半導体素子を含む機能アセンブリと、前記半導体素子を覆い、前記機能アセンブリに接する封止部材と、前記封止部材よりも浸透性が低いバリア部材と、を備える。前記機能アセンブリと前記封止部材との界面は、外部に露出する少なくとも1つの露出端部を有する。前記バリア部材は、前記少なくとも1つの露出端部の少なくとも一部を覆う。
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
[詳細な説明]
本開示の半導体装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下では、同一あるいは類似の構成要素に、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本開示における「第1」、「第2」、「第3」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。
本開示の半導体装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下では、同一あるいは類似の構成要素に、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本開示における「第1」、「第2」、「第3」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。
本開示において、「ある物Aがある物Bに形成されている」および「ある物Aがある物B(の)上に形成されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bに直接形成されていること」、および、「ある物Aとある物Bとの間に他の物を介在させつつ、ある物Aがある物Bに形成されていること」を含む。同様に、「ある物Aがある物Bに配置されている」および「ある物Aがある物B(の)上に配置されている」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bに直接配置されていること」、および、「ある物Aとある物Bとの間に他の物を介在させつつ、ある物Aがある物Bに配置されていること」を含む。同様に、「ある物Aがある物B(の)上に位置している」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bに接して、ある物Aがある物B(の)上に位置していること」、および、「ある物Aとある物Bとの間に他の物が介在しつつ、ある物Aがある物B(の)上に位置していること」を含む。また、「ある方向に見てある物Aがある物Bに重なる」とは、特段の断りのない限り、「ある物Aがある物Bのすべてに重なること」、および、「ある物Aがある物Bの一部に重なること」を含む。また、「ある物A(の材料)がある材料Cを含む」とは、「ある物A(の材料)がある材料Cからなる場合」、および、「ある物A(の材料)の主成分がある材料Cである場合」を含む。また、「ある面Aがある方向B(の一方側または他方側)を向く」とは、特段の断りのない限り、面Aの方向Bに対する角度が90°である場合に限定されず、面Aが方向Bに対して傾いている場合を含む。また、「ある面Aがある面Bに直交する」とは、特段の断りのない限り、面Aの面Bに対する角度が90°である場合に限定されず、面Aが面Bに対して傾いている場合を含む。
第1実施形態:
図1~図8は、第1実施形態にかかる半導体装置A10を示している。半導体装置A10は、機能アセンブリASSY1、封止部材50およびバリア部材70を備える。機能アセンブリASSY1は、支持部材10、3つの電力端子14,15,16、複数の信号端子171~174,178、複数の半導体素子21、複数の半導体素子22、複数の導通部材31、複数の導通部材32および複数の接続部材41~44を備える。以下の説明では、複数の信号端子171~174,178を特に区別しない場合、複数の信号端子17という。
図1~図8は、第1実施形態にかかる半導体装置A10を示している。半導体装置A10は、機能アセンブリASSY1、封止部材50およびバリア部材70を備える。機能アセンブリASSY1は、支持部材10、3つの電力端子14,15,16、複数の信号端子171~174,178、複数の半導体素子21、複数の半導体素子22、複数の導通部材31、複数の導通部材32および複数の接続部材41~44を備える。以下の説明では、複数の信号端子171~174,178を特に区別しない場合、複数の信号端子17という。
説明の便宜上、互いに直交する厚さ方向z、第1方向xおよび第2方向yを参照する。厚さ方向zは、半導体装置A10の厚さ方向に相当する。また、「平面視」とは、厚さ方向zに見たときをいう。第1方向xは、厚さ方向zに直交する。第2方向yは、厚さ方向zおよび第1方向xに直交する。なお、第1方向xの一方側を第1方向xのx1側、第1方向xの他方側を第1方向xのx2側という。また、第2方向yの一方側を第2方向yのy1側、第2方向yの他方側を第2方向yのy2側という。また、厚さ方向zの一方側を厚さ方向zのz1側、厚さ方向zの他方側を厚さ方向zのz2側という。また、厚さ方向zのz1側を上方といい、厚さ方向zのz2側を下方ということがある。なお、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「上面」および「下面」などの記載は、厚さ方向zにおける各部品等の相対的位置関係を示すものであり、必ずしも重力方向との関係を規定する用語ではない。
半導体装置A10は、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22を使って電流や電圧を制御するパワーモジュールである。半導体装置A10は、2つの電力端子14,15に印加された直流の電源電圧を、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22により交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、電力端子16から、モータなどの電力供給対象に入力される。
支持部材10は、図3および図6~図8に示すように、厚さ方向zについて、複数の半導体素子21,22を支持する。支持部材10は、たとえばDCB(Direct Copper Bonding)基板である。この例と異なり、支持部材10は、AMB(Active Metal Brazing)基板でもよい。支持部材10は、絶縁基板11、主面配線層12および裏面配線層13を含む。図6~図8に示すように、支持部材10は、裏面配線層13の一部を除き封止部材50に覆われている。
図6~図8に示すように、絶縁基板11は、厚さ方向zについて、主面配線層12と裏面配線層13との間に介在する。絶縁基板11は、主面配線層12を介して、複数の半導体素子21,22を支持する。絶縁基板11は、熱伝導性が比較的高い材料を含む。絶縁基板11は、たとえば窒化アルミニウム(AlN)を含むセラミックスからなる。絶縁基板11は、セラミックスの他、絶縁樹脂シートを含む構成でもよい。
絶縁基板11は、図6~図8に示すように、基板主面11aおよび基板裏面11bを有する。基板主面11aおよび基板裏面11bは、厚さ方向zに離隔する。基板主面11aおよび基板裏面11bは、厚さ方向zについて互いに反対側を向く。基板主面11aは、厚さ方向z上方を向き、基板裏面11bは、厚さ方向z下方を向く。基板主面11aは、複数の半導体素子21,22の各々に対向する。
図6~図8などに示すように、主面配線層12は、絶縁基板11の厚さ方向zの上方(z1側)に位置する。主面配線層12は、基板主面11aに接し、基板主面11aに接合されている。主面配線層12の組成は、銅(Cu)を含むが、他の金属でもよい。主面配線層12は、平面視において、絶縁基板11の周縁に囲まれている。図3などに示すように、主面配線層12は、複数の導体部121~127,129を含む。複数の導体部121~127,129は、互いに離隔する。
複数の導体部121~123には、主電流が流れる。主電流とは、複数の半導体素子21の各スイッチング動作および複数の半導体素子22の各スイッチング動作によって変換される前の電力に対応する電流、および、変換された後の電力に対応する電流である。複数の半導体素子21の各スイッチング動作および複数の半導体素子22の各スイッチング動作については、後述する。
導体部121は、図3に示すように、2つのパッド部121a,121bを含む。2つのパッド部121a,121bは、一体的に形成されている。
パッド部121aには、複数の半導体素子21が接合されている。図示された例では、パッド部121aは、平面視矩形状であるが、パッド部121aの平面視形状は、何ら限定されない。パッド部121aは、平面視において、第1方向xに延びる。パッド部121bには、電力端子14が接合されている。図示された例では、パッド部121bは、平面視矩形状であるが、パッド部121bの平面視形状は、何ら限定されない。パッド部121bは、平面視において、第2方向yに延びる。パッド部121bは、パッド部121aの第1方向xのx1側の端縁に繋がる。
導体部122は、図3に示すように、2つのパッド部122a,122bを含む。2つのパッド部122a,122bは、一体的に形成されている。
パッド部122aには、複数の導通部材32が接合されている。図示された例では、パッド部122aは、平面視矩形状であるが、パッド部122aの平面視形状は、何ら限定されない。パッド部122aは、平面視において、第1方向xに延びる。パッド部122bには、電力端子15が接合されている。図示された例では、パッド部122bは、平面視矩形状であるが、パッド部122bの平面視形状は、何ら限定されない。パッド部122bは、平面視において、第2方向yに延びる。パッド部122bは、パッド部122aの第1方向xのx1側の端縁に繋がる。
導体部123は、図3に示すように、2つのパッド部123a,123bを含む。2つのパッド部123a,123bは、一体的に形成されている。
パッド部123aには、複数の半導体素子22が接合されている。また、パッド部123aには、複数の導通部材31が接合されている。図示された例では、パッド部123aは、平面視矩形状であるが、パッド部123aの平面視形状は、何ら限定されない。パッド部123aは、平面視において、第1方向xに延びる。パッド部123bには、電力端子16が接合されている。図示された例では、パッド部123bは、平面視矩形状であるが、パッド部123bの平面視形状は、何ら限定されない。パッド部123bは、平面視において、第2方向yに延びる。パッド部123bは、パッド部123aの第1方向xのx2側の端縁に繋がる。
図示された例では、3つのパッド部121a,122a,123aは、第2方向yに沿って配置されている。3つのパッド部121a,122a,123aは、略平行に配置されている。第2方向yについて、パッド部123aは、パッド部121aとパッド部122aとの間に位置する。第2方向yについて、パッド部121aは、パッド部123aに対して、第2方向yのy1側に位置し、パッド部122aは、パッド部123aに対して、第2方向yのy2側に位置する。また、2つのパッド部121b,122bは、第2方向yに沿って配置されている。パッド部121bは、パッド部122bに対して、第2方向yのy1側に位置する。2つのパッド部121b,122bは、3つのパッド部121a,122a,123aに対して、第1方向xのx1側に位置する。パッド部123bは、2つのパッド部121a,123aに対して、第1方向xのx2側に位置する。なお、3つの導体部121~123の各々の形状および配置は、図示された例に限定されない。
複数の導体部124~127には、複数の半導体素子21の各スイッチング動作または複数の半導体素子22の各スイッチング動作を制御するための信号が伝達される。
導体部124には、複数の接続部材41の各々が接合されている。導体部124は、複数の接続部材41を介して、各半導体素子21(後述の主面電極213)に電気的に接続されている。導体部124は、第2方向yについて、導体部121のパッド部121aを基準に、導体部123のパッド部123bと反対側に位置する。導体部124は、平面視において、第1方向xに延びる帯状である。
導体部125には、複数の接続部材42の各々が接合されている。導体部125は、複数の接続部材42を介して、各半導体素子22(後述の主面電極223)に電気的に接続されている。導体部125は、第2方向yについて、導体部122のパッド部122aを基準に、導体部123のパッド部123bと反対側に位置する。導体部125は、平面視において、第1方向xに延びる帯状である。
導体部126には、複数の接続部材43の各々が接合されている。導体部126は、複数の接続部材43を介して、各半導体素子21(後述の主面電極212)に電気的に接続されている。導体部126は、第2方向yについて、導体部124を基準に、導体部121のパッド部121aと反対側に位置する。導体部126は、平面視において、第1方向xに延びる帯状である。導体部126は、導体部125と平行である。なお、導体部124と導体部126との位置関係は、互いに反対でもよい。
導体部127には、複数の接続部材44の各々が接合されている。導体部127は、複数の接続部材44を介して、各半導体素子22(後述の主面電極222)に電気的に接続されている。導体部127は、第2方向yについて、導体部125を基準に、導体部122のパッド部122aと反対側に位置する。導体部127は、平面視において、第1方向xに延びる帯状である。導体部127は、導体部126と平行である。なお、導体部125と導体部127との位置関係は、互いに反対でもよい。
複数の導体部129はそれぞれ、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22のいずれにも導通していない。複数の導体部129は、2つの導体部124,126の第1方向xのx1側に配置されたものと、2つの導体部125,127の第1方向xのx2側に配置されたものとを含む。
図6~図8に示すように、裏面配線層13は、厚さ方向zについて、絶縁基板11の厚さ方向z下方(z2側)に位置する。裏面配線層13は、基板裏面11bに接し、基板裏面11bに接合されている。裏面配線層13の組成は、主面配線層12と同様に、銅(Cu)を含むが、他の金属でもよい。この例と異なり、裏面配線層13の組成は、主面配線層12と異なっていてもよい。図6~図8に示すように、裏面配線層13の下面(厚さ方向z下方を向く面)は、封止部材50(後述の樹脂裏面52)から露出する。この例において、裏面配線層13の下面には、図示しない放熱部材(たとえばヒートシンク)が接合されうる。図示された例では、裏面配線層13は、平面視矩形状である。裏面配線層13は、平面視において、絶縁基板11の周縁に囲まれている。
主面配線層12および裏面配線層13は、絶縁基板11の厚さ方向zの両面にそれぞれ個別に接合された金属体である。なお、主面配線層12においては、当該金属体が、パターニングによって、複数の導体部(2つの導体部121,122)に分割されている。つまり、2つの導体部121,122は、絶縁基板11の基板主面11aに形成された金属体のパターンである。なお、この例と異なり、主面配線層12はそれぞれ、2つの導体部121,122にパターニングされた後に、絶縁基板11に接合されてもよい。支持部材10がDCB基板である例において、主面配線層12および裏面配線層13はそれぞれ、直接接合法によって絶縁基板11に接合されている。この例と異なり、支持部材10がAMB基板である例において、主面配線層12および裏面配線層13はそれぞれ、活性金属接合法によって接合されている。
複数の半導体素子21および複数の半導体素子22はそれぞれ、たとえばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。この他、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22はそれぞれ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)およびバイポーラトランジスタなどの他のトランジスタ、あるいはダイオードでもよい。本実施形態では、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22はそれぞれ、nチャンネル型であり、かつ縦型構造のMOSFETを対象とする。
複数の半導体素子21および複数の半導体素子22はそれぞれ、化合物半導体基板を含む。当該化合物半導体基板の組成は、ケイ素(Si)、Siよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体、あるいは、ワイドバンドギャップ半導体よりもさらにバンドギャップが広いウルトラワイドバンドギャップ半導体のいずれかを含む。ワイドバンドギャップ半導体は、たとえば炭化ケイ素(SiC)および窒化ガリウム(GaN)などを含むが、これらに限定されない。ウルトラワイドバンドギャップ半導体は、たとえば酸化ガリウム(Ga2O3)、ダイヤモンドおよび窒化アルミニウム(AlN)などを含むが、これらに限定されない。本実施形態では、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22の各化合物半導体基板の組成は、SiCを含む。なお、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22の種類や組成は、互いに同じである構成に限定されず、異なる構成であってもよい。
複数の半導体素子21は、図3、図6および図8などに示すように、導体部121(パッド部121a)に搭載されている。複数の半導体素子21は、第1方向xに沿って配列されている。
図4、図6および図8に示すように、複数の半導体素子21はそれぞれ、素子主面21a、素子裏面21bおよび複数の素子側面21cを有する。以下で説明する素子主面21a、素子裏面21bおよび複数の素子側面21cは、特段の断りがない限り、各半導体素子21で共通する。素子主面21aおよび素子裏面21bは、厚さ方向zに離隔する。素子主面21aおよび素子裏面21bは、厚さ方向zについて互いに反対側を向く。素子主面21aは、厚さ方向z上方を向き、素子裏面21bは、厚さ方向z下方を向く。素子主面21aは、厚さ方向zについて、基板主面11aと同じ方向を向く。素子裏面21bは、支持部材10に対向する。図示された例では、半導体素子21は、平面視矩形状である。この例において、素子主面21aおよび素子裏面21bはそれぞれ、平面視矩形状である。なお、半導体素子21の平面視形状は、矩形に限定されない。複数の素子側面21cはそれぞれ、厚さ方向zについて、素子主面21aおよび素子裏面21bの間に位置し、これらに繋がる。複数の素子側面21cはそれぞれ、厚さ方向zに直交する方向を向く。半導体素子21の平面視形状が矩形である例において、半導体素子21は、図4に示すように、4つの素子側面21cを有する。4つの素子側面21cのうちの2つは、第1方向xに離隔し、第1方向xについて互いに反対側を向き、4つの素子側面21cのうちの他の2つは、第2方向yに離隔して、第2方向yについて互いに反対側を向く。
複数の半導体素子21はそれぞれ、裏面電極211および複数の主面電極212,213を有する。以下で説明する裏面電極211および複数の主面電極212,213は、特段の断りがない限り、各半導体素子21で共通する。
図6および図8に示すように、裏面電極211は、素子裏面21bに配置され、素子裏面21bにおいて露出する。図6および図8に示すように、複数の主面電極212,213はそれぞれ、素子主面21aに配置され、素子主面21aにおいて露出する。図示された例と異なり、主面電極212は、平面視において、複数の領域に分割されていてもよい。主面電極213の平面視における面積は、主面電極212の平面視における面積よりも小さい。
各半導体素子21は、主面電極213に入力される駆動信号により、オン状態とオフ状態とが切り替わる。各半導体素子21のオン状態とオフ状態とが交互に切り替わる動作をスイッチング動作という。オン状態では、裏面電極211と主面電極212とが導通し、オフ状態では、裏面電極211と主面電極212とが非導通となる。各半導体素子21は、主面電極213に入力される駆動信号に応じて、裏面電極211と主面電極212とが導通する。各半導体素子21がMOSFETである例において、裏面電極211は、ドレイン電極であり、主面電極212は、ソース電極であり、主面電極213は、ゲート電極である。
機能アセンブリASSY1は、複数の導電性接合層219をさらに備える。図6および図8に示すように、複数の半導体素子21はそれぞれ、複数の導電性接合層219のうちの対応する1つによって、導体部121(パッド部121a)に接合されている。複数の導電性接合層219はそれぞれ、対応する半導体素子21の裏面電極211と導体部121との間に介在し、これらを導通させる。各導電性接合層219は、たとえばはんだである。この他、各導電性接合層219は、金属粒子の焼結体を含むものでもよい。
複数の半導体素子22は、図7および図8などに示すように、導体部123(パッド部123a)に搭載されている。複数の半導体素子22は、第1方向xに沿って配列されている。
図5、図7および図8に示すように、複数の半導体素子22はそれぞれ、素子主面22a、素子裏面22bおよび複数の素子側面22cを有する。以下で説明する素子主面22a、素子裏面22bおよび複数の素子側面22cは、特段の断りがない限り、各半導体素子22で共通する。素子主面22aおよび素子裏面22bは、厚さ方向zに離隔する。素子主面22aおよび素子裏面22bは、厚さ方向zについて互いに反対側を向く。素子主面22aは、厚さ方向z上方を向き、素子裏面22bは、厚さ方向z下方を向く。素子主面22aは、厚さ方向zについて、基板主面11aと同じ方向を向く。素子裏面22bは、支持部材10に対向する。図示された例では、半導体素子22は、平面視矩形状である。この例において、素子主面22aおよび素子裏面22bはそれぞれ、平面視矩形状である。なお、半導体素子22の平面視形状は、矩形に限定されない。複数の素子側面22cはそれぞれ、厚さ方向zについて、素子主面22aおよび素子裏面22bの間に位置し、これらに繋がる。複数の素子側面22cはそれぞれ、厚さ方向zに直交する方向を向く。半導体素子22の平面視形状が矩形である例において、半導体素子22は、図5に示すように、4つの素子側面22cを有する。4つの素子側面22cのうちの2つは、第1方向xに離隔し、第1方向xについて互いに反対側を向き、4つの素子側面22cのうちの他の2つは、第2方向yに離隔して、第2方向yについて互いに反対側を向く。
複数の半導体素子22はそれぞれ、図7および図8に示すように、裏面電極221および複数の主面電極222,223を有する。以下で説明する裏面電極211および複数の主面電極222,223は、特段の断りがない限り、各半導体素子22で共通する。
図7および図8に示すように、裏面電極221は、素子裏面22bに配置され、素子裏面22bにおいて露出する。図7および図8に示すように、複数の主面電極222,223はそれぞれ、素子主面22aに配置され、素子主面22aにおいて露出する。図示された例と異なり、主面電極222は、平面視において、複数の領域に分割されていてもよい。主面電極223の平面視における面積は、主面電極222の平面視における面積よりも小さい。
各半導体素子22は、主面電極223に入力される駆動信号により、オン状態とオフ状態とが切り替わる。各半導体素子22のオン状態とオフ状態とが交互に切り替わる動作をスイッチング動作という。オン状態では、裏面電極221と主面電極222とが導通し、オフ状態では、裏面電極221と主面電極222とが非導通となる。各半導体素子22は、主面電極223に入力される駆動信号に応じて、裏面電極221と主面電極222とが導通する。各半導体素子22がMOSFETである例において、裏面電極221は、ドレイン電極であり、主面電極222は、ソース電極であり、主面電極223は、ゲート電極である。
機能アセンブリASSY1は、複数の導電性接合層229をさらに備える。図7および図8に示すように、複数の半導体素子22はそれぞれ、複数の導電性接合層229のうちの対応する1つによって、導体部123(パッド部123a)に接合されている。複数の導電性接合層229はそれぞれ、対応する半導体素子22の裏面電極221と導体部123との間に介在し、これらを導通させる。各導電性接合層229は、たとえばはんだである。この他、各導電性接合層229は、金属粒子の焼結体を含むものでもよい。
機能アセンブリASSY1では、複数の半導体素子21において、各裏面電極211(ドレイン電極)が電気的に接続され、且つ各主面電極212(ソース電極)が電気的に接続されている。つまり、複数の半導体素子21は、互いに電気的に並列に接続されている。複数の半導体素子22において、各裏面電極221(ドレイン電極)が電気的に接続され、且つ各主面電極222(ソース電極)が電気的に接続されている。つまり、複数の半導体素子22は、互いに電気的に並列に接続されている。また、機能アセンブリASSY1では、複数の半導体素子21の各裏面電極211(ドレイン電極)と、複数の半導体素子22の各主面電極222(ソース電極)とが、電気的に接続されている。つまり、複数の半導体素子21と複数の半導体素子22とは、直列に接続されている。機能アセンブリASSY1は、複数の半導体素子21を上アーム回路とし、複数の半導体素子22を下アーム回路としたハーフブリッジ回路を構成する。
複数の導通部材31,32はそれぞれ、主電流の導通路である。複数の導通部材31,32はそれぞれ、金属製の板材(金属クリップ)である。複数の導通部材31,32の各組成は、たとえば銅を含みうるが、これに限定されない。
複数の導通部材31は、図3および図8に示すように、複数の半導体素子21の主面電極212と、導体部123(パッド部123a)とにそれぞれ個別に接合されている。各半導体素子21の主面電極212と導体部123とは、対応する導通部材31を介して、電気的に接続されている。図示された例では、複数の導通部材31の各々の一部は、厚さ方向zに屈曲している。
複数の導通部材32は、図3および図8に示すように、複数の半導体素子22の主面電極222と、導体部122(パッド部122a)とにそれぞれ個別に接合されている。各半導体素子22の主面電極222と導体部122とは、対応する導通部材32を介して、電気的に接続されている。図示された例では、複数の導通部材32の各々の一部は、厚さ方向zに屈曲している。
複数の電力端子14,15,16はそれぞれ、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22のいずれかに導通する。複数の電力端子14,15,16はそれぞれ、金属製の板材である。複数の電力端子14,15,16はそれぞれ、たとえば銅を含みうるが、これに限定されない。複数の電力端子14,15,16にはそれぞれ、主電流が流れる。なお、半導体装置A10において、複数の電力端子14,15,16の数は、図示された例に限定されない。
電力端子14は、導体部121(パッド部121b)に接合されている。この接合は、何ら限定されず、導電性接合材(たとえばはんだまたは焼結金属など)による接合でもよいし、レーザ溶接による接合でもよいし、かしめ接合でもよい。図6に示す例では、電力端子14は、導電性接合材149によって、導体部121のパッド部121bに接合されている。電力端子14は、導体部121に支持される。電力端子14は、導体部121を介して、複数の半導体素子21の裏面電極211(上アーム回路のドレイン電極)に導通する。電力端子14は、電力変換対象となる直流の電源電圧が印加されるP端子(正極端子)である。電力端子14は、導体部121から第1方向xのx1側に延びており、封止部材50から第1方向xのx1側に突き出る。
図3および図6などに示すように、電力端子14は、露出部141および被覆部142を含む。露出部141は、電力端子14のうちの封止部材50から露出する部位である。電力端子14において、露出部141が先述のP端子として用いられる。被覆部142は、電力端子14のうちの封止部材50に覆われた部位である。電力端子14において、被覆部142が導体部121(パッド部121b)に接合される。図示された例では、被覆部142は、露出部141に繋がる部位、厚さ方向zに屈曲する部位、および、導体部121(パッド部121b)に接合される部位を含む。
電力端子15は、導体部122(パッド部122b)に接合されている。この接合は、何ら限定されず、導電性接合材(たとえばはんだまたは焼結金属など)による接合でもよいし、レーザ溶接による接合でもよいし、かしめ接合でもよい。図7に示す例では、電力端子15は、導電性接合材159によって、導体部122のパッド部122bに接合されている。電力端子15は、導体部122に支持される。電力端子15は、導体部122および複数の導通部材32を介して、複数の半導体素子22の主面電極222(下アーム回路のソース電極)に導通する。電力端子15は、電力変換対象となる直流の電源電圧が印加されるN端子(負極端子)である。電力端子15は、導体部122から第1方向xのx1側に延びており、封止部材50から第1方向xのx1側に突き出る。
図3および図7などに示すように、電力端子15は、露出部151および被覆部152を含む。露出部151は、電力端子15のうちの封止部材50から露出する部位である。電力端子15において、露出部151が先述のN端子として用いられる。被覆部152は、電力端子15のうちの封止部材50に覆われた部位である。電力端子15において、被覆部152が導体部122(パッド部122b)に接合される。図示された例では、被覆部152は、露出部151に繋がる部位、厚さ方向zに屈曲する部位、および、導体部122(パッド部122b)に接合される部位を含む。
電力端子16は、導体部123(パッド部123b)に接合されている。この接合は、何ら限定されず、導電性接合材(たとえばはんだまたは焼結金属など)による接合でもよいし、レーザ溶接による接合でもよいし、かしめ接合でもよい。図7に示す例では、電力端子16は、導電性接合材169によって、導体部123のパッド部123bに接合されている。電力端子16は、導体部123に支持される。電力端子16は、導体部123を介して、複数の半導体素子22の裏面電極221(下アーム回路のドレイン電極)に導通するとともに、導体部123および複数の導通部材31を介して、複数の半導体素子21の主面電極212(上アーム回路のソース電極)に導通する。電力端子16から、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22によって変換された交流電力が出力される。つまり、電力端子16は、当該交流電力の出力端子である。電力端子16は、導体部123から第1方向xのx2側に延びており、封止部材50から第1方向xのx2側に突き出る。
図7などに示すように、電力端子16は、露出部161および被覆部162を含む。露出部161は、電力端子16のうちの封止部材50から露出する部位である。電力端子16において、露出部161が先述の出力端子として用いられる。被覆部162は、電力端子16のうちの封止部材50に覆われた部位である。電力端子16において、被覆部162が導体部123(パッド部123b)に接合される。図示された例では、被覆部162は、露出部161に繋がる部位、厚さ方向zに屈曲する部位、および、導体部123(パッド部123b)に接合される部位を含む。
複数の接続部材41~44はそれぞれ、互いに離隔する2つの部位を導通させる。複数の接続部材41~44はそれぞれ、たとえばボンディングワイヤである。この例と異なり、複数の接続部材41~44はそれぞれ、金属製の板材でもよい。複数の接続部材41~44の各組成は、金(Au)を含む。複数の接続部材41~44の各組成は、銅を含む場合あるいはアルミニウムを含む場合でもよい。なお、図6および図7において、複数の接続部材41~44を省略する。
複数の接続部材41はそれぞれ、図3に示すように、複数の半導体素子21の主面電極213と、導体部124とを電気的に接続する。複数の接続部材41はそれぞれ、複数の半導体素子21の主面電極213にそれぞれ個別に接合されつつ、導体部124に接合されている。
複数の接続部材42はそれぞれ、図3に示すように、複数の半導体素子22の主面電極223と、導体部125とを電気的に接続する。複数の接続部材42はそれぞれ、複数の半導体素子22の主面電極223にそれぞれ個別に接合されつつ、導体部125に接合されている。
複数の接続部材43はそれぞれ、図3に示すように、複数の半導体素子21の主面電極212と、導体部126とを電気的に接続する。複数の接続部材43はそれぞれ、複数の半導体素子21の主面電極212にそれぞれ個別に接合されつつ、導体部126に接合されている。
複数の接続部材44はそれぞれ、図3に示すように、複数の半導体素子22の主面電極222と、導体部127とを電気的に接続する。複数の接続部材44はそれぞれ、複数の半導体素子22の主面電極222にそれぞれ個別に接合されつつ、導体部127に接合されている。
複数の信号端子17はそれぞれ、図3および図8に示すように、封止部材50に覆われた部分と、封止部材50から突き出た部分とを含む。複数の信号端子17はそれぞれ、封止部材50の内部において、主面配線層12に接合されている。図8に示すように、複数の信号端子17はそれぞれ、導電性接合材179によって、主面配線層12に接合されている。導電性接合材179は、たとえば、はんだ、焼結金属、または、固相拡散接合用のインサート金属のいずれでもよい。複数の信号端子17は、たとえば、複数の電力端子14,15,16と同一のリードフレームから形成されうる。複数の信号端子17はそれぞれ、金属製の板材で構成されうる。複数の信号端子17はそれぞれ、たとえば銅を含みうるが、これに限定されない。
信号端子171は、図3および図8に示すように、導体部124に接合されている。信号端子171は、導体部124および複数の接続部材41を介して、複数の半導体素子21の主面電極213に導通する。信号端子171には、各半導体素子21を駆動するための駆動信号が入力される(たとえばゲート電圧が印加される)。
信号端子172は、図3および図8に示すように、導体部125に接合されている。信号端子172は、導体部125および複数の接続部材42を介して、複数の半導体素子22の主面電極223に導通する。信号端子172には、各半導体素子22を駆動するための駆動信号が入力される(たとえばゲート電圧が印加される)。
信号端子173は、図3に示すように、導体部126に接合されている。信号端子173は、導体部126および複数の接続部材43を介して、複数の半導体素子21の主面電極212に導通する。信号端子173には、次の電流に対応した電圧が印加される。それは、複数の半導体素子21の各主面電極212に流れる電流のうちの最大となる電流である。
信号端子174は、図3に示すように、導体部127に接合されている。信号端子174は、導体部127および複数の接続部材44を介して、複数の半導体素子22の主面電極222に導通する。信号端子174には、次の電流に対応した電圧が印加される。それは、複数の半導体素子22の各主面電極222に流れる電流のうちの最大となる電流である。
複数の信号端子178は、図3に示すように、複数の導体部129にそれぞれ個別に接合されている。複数の信号端子178はそれぞれ、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22のいずれにも導通していない。複数の信号端子178はそれぞれ、ノンコネクト端子である。
封止部材50は、図6~図8に示すように、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22を覆う。封止部材50は、先述の機能アセンブリASSY1に接する。封止部材50は、支持部材10(裏面配線層13の下面を除く)、複数の電力端子14,15,16の一部ずつ、複数の信号端子17の一部ずつ、複数の導通部材31,32および複数の接続部材41~44を覆う。また、封止部材50は、複数の導電性接合層219,229、複数の導電性接合材149,159,169を覆う。封止部材50は、電気絶縁性を有する。封止部材50は、樹脂主面51、樹脂裏面52および複数の樹脂側面531~534を有する。
図6~図8に示すように、樹脂主面51および樹脂裏面52は、厚さ方向zに離隔する。樹脂主面51および樹脂裏面52は、厚さ方向zについて互いに反対側を向く。樹脂主面51は、厚さ方向z上方(z1側)を向き、樹脂裏面52は、厚さ方向z下方(z2側)を向く。樹脂主面51は、厚さ方向zについて、基板主面11a、素子主面21aおよび素子主面22aなどと同じ方向を向く。複数の信号端子17はそれぞれ、樹脂主面51から厚さ方向z上方に突き出る。図6~図8に示すように、樹脂裏面52から支持部材10の裏面配線層13が露出する。
複数の樹脂側面531~534はそれぞれ、樹脂主面51および樹脂裏面52に繋がる。図2および図3などに示すように、一対の樹脂側面531,532は、第1方向xについて離隔する。樹脂側面531は、第1方向xのx1側を向き、樹脂側面532は、第1方向xのx2側を向く。一対の樹脂側面531,532はそれぞれ、第2方向yに延びている。2つの電力端子14,15はそれぞれ、樹脂側面531から突き出る。電力端子16は、樹脂側面532から突き出る。図2および図3などに示すように、一対の樹脂側面533,534は、第2方向yについて離隔する。樹脂側面533は、第2方向yのy1側を向き、樹脂側面534は、第2方向yのy2側を向く。一対の樹脂側面533,534はそれぞれ、第1方向xに延びている。2つの信号端子171,173は、樹脂側面533から突き出る。2つの信号端子172,174は、樹脂側面534から突き出る。複数の信号端子178のいくつかは、樹脂側面533から突き出ており、残りの信号端子178は、樹脂側面534から突き出ている。なお、複数の信号端子17はそれぞれ、一対の樹脂側面533,534のいずれでもなく、樹脂主面51から突き出た構成でもよい。
図6~図8に示すように、封止部材50は、被覆部501および封止部502を含む。被覆部501および封止部502はそれぞれ、たとえば絶縁性樹脂材料を含む。当該絶縁性樹脂材料は、何ら限定されないが、たとえばエポキシ樹脂である。さらに、封止部502には、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)にシリカフィラーが含有されており、被覆部501には、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)にシリカフィラーが含有されていない。たとえば、封止部502におけるシリカフィラーの含有率は、80%以上90%以下である。なお、被覆部501は、シリカフィラーレスの樹脂ではなく、ゴム材でもよい。
被覆部501は、機能アセンブリASSY1のうちの封止部502に対向する表面の全体を覆う。なお、本開示での「全面を覆う」とは、特段の断りがない限り、ある面の全体を厳密に覆っている場合に限定されず、製造上の精度などにより、覆いきれない部分を含んでいてもよい。たとえば、被覆部501は、複数の半導体素子21の各素子主面21aおよび各素子側面21cと、複数の半導体素子22の各素子主面22aおよび各素子側面22cとを覆う。被覆部501は、複数の導通部材31,32の各上面および側面(厚さ方向zに平行な面)を覆う。被覆部501は、電力端子14の被覆部142、電力端子15の被覆部152および電力端子16の被覆部162を覆う。被覆部501は、複数の信号端子17のうちの封止部材50内方に位置する部分を覆う。被覆部501は、複数の接続部材41~44を覆う。複数の接続部材41~44がそれぞれボンディングワイヤである例において、被覆部501は、複数の接続部材41~44(ボンディングワイヤ)の外周面を覆う。なお、各接続部材41~44が他の部材に接する面(接合面)は、被覆部501に覆われていない。被覆部501は、支持部材10に対して、主面配線層12の上面および絶縁基板11の基板主面11aのうちの主面配線層12から露出する部分を覆う。
また、被覆部501は、複数の導電性接合層219および複数の導電性接合層229の各々の全体を覆う。被覆部501は、平面視において、各導電性接合層219のうちの対応する半導体素子21からはみ出た部分を覆う。図4に示すように、被覆部501は、各導電性接合層219の周縁219aを全周に渡って覆っている。このため、被覆部501は、平面視における各導電性接合層219の四隅(4つの角部219b)を覆う。また、被覆部501は、平面視において、各導電性接合層229のうちの対応する半導体素子22からはみ出た部分を覆う。図5に示すように、被覆部501は、各導電性接合層229の周縁229aを全周に渡って覆っている。このため、被覆部501は、平面視における各導電性接合層229の四隅(4つの角部229b)を覆う。
また、被覆部501は、複数の導電性接合材149,159,169,179を覆う。被覆部501は、平面視において、導電性接合材149のうちの電力端子14(被覆部142)からはみ出た部分を覆う。被覆部501は、平面視において、導電性接合材159のうちの電力端子15(被覆部152)からはみ出た部分を覆う。被覆部501は、平面視において、導電性接合材169のうちの電力端子16(被覆部162)からはみ出た部分を覆う。
封止部502は、被覆部501上に形成されうる。封止部502は、被覆部501を介して、機能アセンブリASSY1を覆う。封止部502は、被覆部501よりも外方に位置する。本実施形態では、封止部502は、被覆部501に接する。封止部502の厚さは、被覆部501の厚さよりも大きい。
被覆部501と封止部502との各形成方法は、何ら限定されないが、たとえば、被覆部501は、コンプレッションモールドであり、封止部502は、トランスファーモールドである。この例と異なり、被覆部501は、たとえば、他のモールド成形、ポッティングあるいは塗布などにより形成されてよい。また、この例と異なり、封止部502は、たとえば他のモールド成形により形成されてよい。被覆部501は、封止部502よりも先に形成される。また、被覆部501は、2つの接続部材41,42の接合後に形成される。
半導体装置A10では、被覆部501の塑性ひずみ域は、封止部502の塑性ひずみ域よりも大きい。被覆部501および封止部502の各塑性ひずみ域の値は、上記した関係を満たせば、何ら限定されないが、たとえば、被覆部501の内部温度が100℃以上である時の、被覆部501の塑性ひずみ域は、5%以上である。封止部502の塑性ひずみ域は、封止部502の内部温度に関わらず、約0%である。
ここで、塑性ひずみ域について、図9を参照して説明する。図9は、ある材料の応力とひずみとの関係を示す特性曲線である。ある材料に応力を加えるとその材料にひずみが生じるが、降伏点までは、応力を取り除くと、材料の弾性により、ひずみは0(ゼロ)となる。一方で、降伏点を過ぎると、応力を取り除いても、ひずみが残る。そして、加えた応力により、破断点までのひずみの大きさが大きくなると、材料が破断する。このような特性曲線において、基点から降伏点までが弾性域であり、降伏点から破断点までが塑性域である。そして、塑性ひずみ域とは、弾性域と塑性域とを合わせた全体(基点から破断点までの全体)のうちの、塑性域が占める割合である。なお、図9に示す特性曲線は、一例であり、弾性域、塑性域、降伏点および破断点は、その材料および温度などにより適宜変化する。
また、封止部502の熱膨張率と主面配線層12との線膨張係数との差(絶対値)は、被覆部501の熱膨張率と主面配線層12の熱膨張率との差(絶対値)よりも小さい値である。たとえば、主面配線層12が銅である例において、主面配線層12の熱膨張率(線膨張係数)は、2ppm以上25ppm以下であり、被覆部501の熱膨張率(線膨張係数)は、30ppm以上250ppm以下であり、封止部502の熱膨張率(線膨張係数)は、たとえば5ppm以上20ppm以下である。
機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面は、外部に露出する複数の露出端部80A~80Dを有する。
露出端部80Aは、機能アセンブリASSY1のうちの電力端子14の各表面(上面、下面および側面)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。電力端子14が樹脂側面531から突き出る例において、露出端部80Aは、樹脂側面531に位置する。
露出端部80Bは、機能アセンブリASSY1のうちの電力端子15の各表面(上面、下面および側面)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。電力端子15が樹脂側面531から突き出る例において、露出端部80Bは、樹脂側面531に位置する。
露出端部80Cは、機能アセンブリASSY1のうちの電力端子16の各表面(上面、下面および側面)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。電力端子16が樹脂側面532から突き出る例において、露出端部80Cは、樹脂側面532に位置する。
複数の露出端部80Dは、機能アセンブリASSY1のうちの複数の信号端子17の各表面(上面、下面および側面)の各々と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。各信号端子17が樹脂側面533および樹脂側面534のいずれかから突き出る例において、露出端部80Dは、樹脂側面533および樹脂側面534のいずれかに位置する。
バリア部材70は、封止部材50上に形成され、封止部材50のうちの外部に露出する表面の少なくとも一部を覆う。バリア部材70は、複数の露出端部80A~80Dの各々の少なくとも一部を覆う。バリア部材70の浸透性は、封止部材50の浸透性よりも低い。本開示における浸透性は、液体(たとえば水)および気体(たとえば酸素)の浸みやすさを示す指標である。
バリア部材70の形成方法は、何ら限定されないが、たとえば、イオンプレーティングあるいはスパッタリングである。バリア部材70は、何ら限定されないが、たとえば次の特性を示す材料を含む。第1に、バリア部材70のヤング率は、封止部材50のヤング率よりも高い。第2に、バリア部材70の破断ひずみは、封止部材50の破断ひずみよりも小さい。第3に、バリア部材70の線膨張係数は、封止部材50の線膨張係数よりも小さい。本実施形態では、封止部材50は、被覆部501と封止部502とを含んでおり、封止部材50の特性値(ヤング率、破断ひずみ、線膨張係数)は、被覆部501と封止部502との中間値または平均値とすればよい。
本実施形態においては、封止部502のヤング率は、被覆部501のヤング率よりも高く、バリア部材70のヤング率よりも低い。たとえば、被覆部501のヤング率は、30MPa以下であり、バリア部材70のヤング率は、70GPa以上である。また、封止部502の破断ひずみは、被覆部501の破断ひずみよりも小さく、バリア部材70の破断ひずみよりも大きい。たとえば、被覆部501の破断ひずみは、400%以上であり、バリア部材70の破断ひずみは、0.2%以下である。また、封止部502の線膨張係数は、被覆部501の線膨張係数よりも小さく、バリア部材70の線膨張係数よりも大きい。たとえば、被覆部501の線膨張係数は、20ppm以上であり、バリア部材70の線膨張係数は、7ppm以下である。被覆部501がシリカフィラーレスのエポキシ樹脂またはゴム材であり、封止部502がシリカフィラー含有のエポキシ樹脂である例において、これらの特性を満たすバリア部材70の組成としては、たとえばアルミナがある。つまり、本実施形態のバリア部材70は、アルミナを含む。この例と異なり、バリア部材70は、アルミナではなく、シリカを含む構成でもよい。
バリア部材70は、複数の保護部71を含む。複数の保護部71は、複数の露出端部80A~80Dをそれぞれ個別に覆う。図1、図2および図6~図8に示すように、露出端部80Aを覆う保護部71は、露出端部80Aを覆うとともに、露出端部80A近辺の樹脂側面531の一部を覆う。露出端部80Bを覆う保護部71は、露出端部80Bを覆うとともに、露出端部80B近辺の樹脂側面531の一部を覆う。露出端部80Cを覆う保護部71は、露出端部80Cを覆うとともに、露出端部80C近辺の樹脂側面532の一部を覆う。複数の露出端部80Dを覆う保護部71は、複数の露出端部80Dを覆うとともに、各露出端部80D近辺の樹脂側面533の一部、および各露出端部80D近辺の樹脂側面534の一部を覆う。
次に、半導体装置A10の製造方法について、図10~図12を参照して、説明する。図10~図12は、半導体装置A10の製造方法の一工程を示す断面図であって、図7の断面に対応する。
まず、図10に示す機能アセンブリASSY1を製造する。機能アセンブリASSY1の製造は、たとえば、支持部材10を準備する工程、支持部材10に複数の半導体素子21,22を搭載する工程、支持部材10に複数の電力端子14~15および複数の信号端子17を搭載する工程、複数の導通部材31,32を接合する工程、および、複数の接続部材41~44を形成する工程を含む。
具体的には、まず、支持部材10を準備する。次いで、導電性接合層219を用いて、支持部材10の主面配線層12の導体部121(パッド部121a)に複数の半導体素子21を接合する。また、導電性接合層229を用いて、支持部材10の主面配線層12の導体部123(パッド部123a)に複数の半導体素子22を接合する。なお、複数の半導体素子21の各接合と複数の半導体素子22の各接合との順序は何ら限定されない。
次いで、支持部材10の主面配線層12の導体部121(パッド部121b)、導体部122(122b)および導体部123(パッド部123b)に、複数の電力端子14,15,16をそれぞれ個別に接合する。また、支持部材10の主面配線層12の導体部124~127,129に、複数の信号端子171~174,178をそれぞれ個別に接合する。複数の電力端子14~16の各接合および複数の信号端子171~174,178の各接合の順序は何ら限定されない。なお、複数の信号端子171~174,178は、屈曲していない状態で、対応する導体部124~127,129に接合してもよいし、屈曲させた状態で、対応する導体部124~127,129に接合してもよい。
次いで、複数の導通部材31をそれぞれ、対応する半導体素子21の主面電極212と、支持部材10の主面配線層12の導体部123(パッド部123a)とにそれぞれ接合する。また、複数の導通部材32をそれぞれ、対応する半導体素子22の主面電極222と、支持部材10の主面配線層12の導体部122(パッド部122a)とにそれぞれ接合する。なお、複数の導通部材31の接合と複数の導通部材32の接合との順序は何ら限定されない。
次いで、複数の接続部材41~44をそれぞれ、ボンディングツール(キャピラリまたはウェッジツール)を用いて形成する。複数の接続部材41~44の形成は、ボールボンディング法でもよいし、ウェッジボンディング法でもよい。
以上の処理により、機能アセンブリASSY1が製造されうる。なお、機能アセンブリASSY1の製造方法は、上記した例に限定されず、適宜変更されうる。たとえば、複数の半導体素子21,22の各接合と、複数の電力端子14~16の各接合と、各信号端子171~174,178の各接合との順序は、何ら限定されない。また、複数の導通部材31,32の各接合と、複数の電力端子14~16の各接合と、各信号端子171~174,178の各接合と、複数の接続部材42~44の各形成との順序は、何ら限定されない。
機能アセンブリASSY1を製造すると、次いで、図11に示すように、被覆部501を形成する。被覆部501の形成は、たとえば、コンプレッションモールドである。この例と異なり、被覆部501の形成は、他のモールド成形、ポッティングあるいは塗布などでもよい。被覆部501の形成方法は、被覆部501の素材に応じて適宜変更されうる。図11から理解されるように、被覆部501は、図10に示す機能アセンブリASSY1の上面を覆うように形成される。たとえば、被覆部501は、各半導体素子21,22と、各電力端子14~16の一部ずつと、各信号端子171~174,178の一部ずつと、各半導体素子21からはみ出る導電性接合層219と、各半導体素子22からはみ出る導電性接合層229と、各導通部材31,32と、各接続部材41~44と、主面配線層12のうちの他の部材から露出する部分と、絶縁基板11のうちの主面配線層12から露出する部分などを覆う。
被覆部501を形成すると、次いで、図12に示すように、封止部502を形成する。封止部502の形成は、たとえば、トランスファーモールドによる。この例と異なり、封止部502の形成は、他のモールド成形でもよい。封止部502の形成方法は、封止部502の素材に応じて適宜変更されうる。図12に示すように、封止部502は、被覆部501上であって、被覆部501を覆うように形成される。
封止部502を形成すると、次いで、バリア部材70を形成する。たとえば、封止部材50と機能アセンブリASSY1との界面のうち、外部に露出する部分(上記露出端部80A~80D)に、たとえば、イオンプレーティングあるいはスパッタリングにより、バリア部材70を形成する。本実施形態では、たとえば、バリア部材70として、アルミナを形成する。
以上の工程を経ることで、図1~図8に示す半導体装置A10が製造されうる。なお、上記した半導体装置A10の製造方法は、一例であって、これに限定されない。
半導体装置A10の作用および効果は、次の通りである。
半導体装置A10は、各半導体素子21,22を含む機能アセンブリASSY1と、各半導体素子21,22を覆い、機能アセンブリASSY1に接する封止部材50と、封止部材50よりも浸透性が低いバリア部材70とを備える。バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。この構成によれば、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。これにより、半導体装置A10は、外部からの液体や気体の侵入を抑制することができる。したがって、半導体装置A10は、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。
半導体装置A10では、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面は、複数の露出端部80A~80Dを含み、バリア部材70は、複数の露出端部80A~80Dの全てを覆う。この構成によれば、バリア部材70によって、外部からの液体や気体の侵入を抑制する効果を高めることができる。つまり、半導体装置A10は、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制する上で好ましい。
半導体装置A10では、封止部材50は、被覆部501および封止部502を含む。被覆部501は、半導体素子21を含む機能アセンブリASSY1を覆う。封止部502は、被覆部501上に形成されている。そして、被覆部501の塑性ひずみ域は、封止部502の塑性ひずみ域よりも大きい。図9から理解されるように、塑性ひずみ域が大きいと、その材料が破断するまでのひずみ量が大きくなる。つまり、塑性ひずみ域が大きいと、ひずみが生じうるが、破断までの耐性が高くなる。そこで、被覆部501の塑性ひずみ域を、封止部502の塑性ひずみ域よりも大きくすることで、被覆部501の破断耐性を、封止部502の破断耐性よりも高くしている。この構成によれば、熱負荷(熱応力)による封止部材50の機能アセンブリASSY1からの剥離を抑制できる。
半導体装置A10では、封止部502は、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)にシリカフィラーを含有しており、被覆部501は、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)にシリカフィラーを含有していない。本願の発明者の研究によれば、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)内のシリカフィラーの含有量(含有率)に応じて、上記塑性ひずみ域が変化するとの知見を得た。具体的には、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)内のシリカフィラーの含有量(含有率)が多いと、塑性ひずみ域が小さく、一方で、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)内のシリカフィラーの含有量(含有率)が少ないと、塑性ひずみ域が大きくなるとの知見を得た。そこで、半導体装置A10では、上記したように、被覆部501には、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)にシリカフィラーを含有させず、封止部502には、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)にシリカフィラーを含有させた。これにより、半導体装置A10では、被覆部501の塑性ひずみ域を、封止部502の塑性ひずみ域よりも大きくできる。
半導体装置A10では、被覆部501の内部温度が100℃以上であるときの被覆部501の塑性ひずみ域は、5%以上である。この構成によれば、被覆部501の破断耐性を、適度に確保できる。たとえば、本願発明者の研究によれば、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)の内部温度に応じて、降伏点における応力と、降伏点から破断点までのひずみ量が変化するとの知見を得た。具体的には、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)の内部温度が低いと、降伏点における応力が高く且つ降伏点から破断点までのひずみ量が小さい。一方、絶縁性樹脂(たとえばエポキシ樹脂)の内部温度が高いと、降伏点における応力が低く且つ降伏点から破断点までのひずみ量が大きいとの知見を得た。したがって、内部温度が100℃よりも小さい場合では、降伏点における応力が大きくなるので、適度な応力耐性を確保できる。これにより、被覆部501は、熱負荷(熱応力)に対して、降伏点を超えることが抑制されるので、半導体装置A10は、被覆部501の破断を低減して、被覆部501の剥離を抑制できる。一方で、内部温度が100℃以上であれば、降伏点から破断点までのひずみ量が大きくなるので、適度なひずみ量を確保できる。これにより、被覆部501は、熱負荷(熱応力)に対して、降伏点を超えてもひずみ続けることで、破断点を超えることが抑制されるので、半導体装置A10は、被覆部501の破断を低減して、被覆部501の剥離を抑制できる。
半導体装置A10では、封止部502の熱膨張率と主面配線層12との線膨張係数との差(絶対値)は、被覆部501の熱膨張率と主面配線層12の熱膨張率との差(絶対値)よりも小さい値である。この構成によれば、半導体装置A10の温度変化に対する主面配線層12(支持部材10)の反り変形を低減して、半導体装置A10の形状を保持することが可能となる。特に、封止部502の熱膨張率は、たとえば5ppm以上20ppm以下である。この構成は、主面配線層12が銅を含む構成において、温度変化に対する反り変形を低減して、半導体装置A10の形状を保持する上で好ましい。
半導体装置A10では、被覆部501は、厚さ方向zに見て、導電性接合層219の四隅(4つの角部219b)を覆う。先述の熱負荷は、導電性接合層219の四隅において、最も大きくなる。そのため、封止部材50の剥離は、導電性接合層219の四隅から発生しうる。したがって、半導体装置A10では、少なくとも導電性接合層219の四隅が被覆部501で覆われていることで、封止部材50の剥離を抑制できる。
半導体装置A10では、被覆部501は、厚さ方向zに見て導電性接合層219の周縁219aを覆う。先述の熱負荷は、導電性接合層219の四隅の次に、導電性接合層219の周縁219aにおいて、大きくなる。そのため、封止部材50の剥離は、導電性接合層219の四隅の次に、導電性接合層219の周縁219aから剥離が発生しうる。したがって、半導体装置A10では、少なくとも導電性接合層219の周縁219aが被覆部501で覆われていることで、封止部材50の剥離を抑制する効果を高めることができる。
以下に、本開示の半導体装置の他の実施形態および変形例について、説明する。各実施形態および各変形例における各部の構成は、技術的な矛盾が生じない範囲において相互に組み合わせ可能である。
図13および図14は、第1実施形態の変形例にかかる半導体装置A11を示している。半導体装置A11は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。第1に、半導体装置A11の機能アセンブリASSY1は、複数の導通部材31の代わりに、複数の接続部材401を備える。第2に、半導体装置A11の機能アセンブリASSY1は、複数の導通部材32の代わりに、複数の接続部材402を備える。
複数の接続部材401,402はそれぞれ、複数の接続部材41~44と同様に、ボンディングワイヤである。この例と異なり、複数の接続部材401,402はそれぞれ、ボンディングリボンでもよい。複数の接続部材401,402の各組成は、金(Au)を含む。複数の接続部材401,402の各組成は、銅を含む場合あるいはアルミニウムを含む場合でもよい。
複数の接続部材401はそれぞれ、複数の半導体素子21のいずれかの主面電極212と、導体部123(パッド部123a)とを電気的に接続する。複数の接続部材401はそれぞれ、複数の半導体素子21の主面電極212にそれぞれ個別に接続されつつ、導体部123(パッド部123a)に接合されている。図示された例では、1つの半導体素子21に対して、複数の接続部材401が接合されているが、1つの接続部材401が接合されていてもよい。図示された例では、複数の接続部材401の各ワイヤ径は、複数の接続部材41~44の各ワイヤ径と同じであるが、異なっていてもよい。なお、複数の接続部材401には、主電流が流れることから、複数の接続部材401の各ワイヤ径は、複数の接続部材41~44の各ワイヤ径よりも大きいことが好ましい。図14に示すように、複数の接続部材401はそれぞれ、被覆部501に覆われている。
複数の接続部材402はそれぞれ、複数の半導体素子22のいずれかの主面電極222と、導体部122(パッド部122a)とを電気的に接続する。複数の接続部材402はそれぞれ、複数の半導体素子22の主面電極222にそれぞれ個別に接続されつつ、導体部122(パッド部122a)に接合されている。図示された例では、1つの半導体素子22に対して、複数の接続部材402が接合されているが、1つの接続部材402が接合されていてもよい。図示された例では、複数の接続部材402の各ワイヤ径は、複数の接続部材41~44の各ワイヤ径と同じであるが、異なっていてもよい。なお、複数の接続部材402には、主電流が流れることから、複数の接続部材402の各ワイヤ径は、複数の接続部材41~44の各ワイヤ径よりも大きいことが好ましい。図14に示すように、複数の接続部材402はそれぞれ、被覆部501に覆われている。
図14に示すように、半導体装置A11では、複数の接続部材401,402はそれぞれ、被覆部501に覆われている。ただし、各接続部材401のうち、対応する半導体素子21の主面電極212に接する部分および導体部123(パッド部123a)に接する部分と、各接続部材402のうち、対応する半導体素子22の主面電極222に接する部分および導体部122(パッド部122a)に接する部分とは、被覆部501に覆われていない。
半導体装置A11では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A11は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A11は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A11は、半導体装置A10と共通する構成により、半導体装置A10と同様の効果を奏する。
本変形例から理解されるように、本開示の半導体装置は、各半導体素子21の主面電極212および各半導体素子22の主面電極222に、金属クリップ(各導通部材31,32)ではなく、少なくとも1つの接続部材401,402が接続される構成でもよい。
図15は、第1実施形態の第2変形例にかかる半導体装置A12を示している。半導体装置A12は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A12の被覆部501が、外部に露出していない点である。
半導体装置A12では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A12は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A12は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A12は、他の半導体装置A10,A11と共通する構成により、当該半導体装置A10,A11と同様の効果を奏する。
図16および図17は、第1実施形態の第3変形例にかかる半導体装置A13を示している。半導体装置A13は、半導体装置A10と比較して、被覆部501の形成範囲が異なる。
図17に示すように、半導体装置A13では、被覆部501は、平面視において、各半導体素子21の周囲に環状に形成されている。また、同様に、被覆部501は、平面視において、各半導体素子22の周囲に環状に形成されている。半導体装置A13の被覆部501は、平面視において、周縁219a,229aの全周に重なる。平面視において、被覆部501の外周縁は、導電性接合層219,229の周縁219a,229aよりも外方に位置する。本変形例では、周縁219a,229aは矩形であることから、被覆部501は、矩形環状である。なお、被覆部501は、平面視において周縁219a,229aの全周に重なる形状であれば、矩形環状に限定されず、円環状でもよいし、楕円環状でもよいし、多角形環状でもよい。
半導体装置A13では、各半導体素子21の素子主面21aおよび各半導体素子22の素子主面22aが、被覆部501に覆われていないことから、図16に示すように、被覆部501は、各導通部材32を覆っていない。同様に、半導体装置A13では、被覆部501は、各導通部材31および各接続部材41~44を覆っていない。また、被覆部501は、各電力端子14~16の上面を覆っていない。
半導体装置A13では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A13は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A13は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A13は、他の半導体装置A10~A12と共通する構成により、当該半導体装置A10~A12と同様の効果を奏する。
図18は、第1実施形態の第4変形例にかかる半導体装置A14を示している。半導体装置A14は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A14の封止部材50は、被覆部501を含んでいない点である。
本変形例では、封止部材50が被覆部501を含んでいないことから、封止部材50は、封止部502によって構成されている。よって、機能アセンブリASSY1は、封止部502に接する。
半導体装置A14では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A14は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A14は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A14は、他の半導体装置A10~A13と共通する構成により、当該半導体装置A10~A13と同様の効果を奏する。
本変形例から理解されるように、本開示の半導体装置において、封止部材50は、被覆部501および封止部502の両方を含む構成に限定されず、封止部502(つまりエポキシ樹脂)によって構成される場合を含む。
図19は、第1実施形態の第5変形例にかかる半導体装置A15を示している。半導体装置A15は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A15のバリア部材70が、保護部72を含む点である。
保護部72は、樹脂裏面52と裏面配線層13の下面とに跨って形成されている。保護部72は、樹脂裏面52の全体と裏面配線層13の下面の全体とを覆う。これにより、樹脂裏面52と裏面配線層13との境界部分(図19における露出端部80)が、バリア部材70(保護部72)で覆われる。
半導体装置A15では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A15は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A15は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A15は、他の半導体装置A10~A14と共通する構成により、当該半導体装置A10~A14と同様の効果を奏する。
半導体装置A15では、バリア部材70は、複数の保護部71に加え、保護部72を含む。したがって、半導体装置A15は、半導体装置A10と比較して、さらに、外部からの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。
第2実施形態:
図20および図21は、第2実施形態にかかる半導体装置A20を示している。半導体装置A20は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。半導体装置A20の封止部材50の厚さ方向zの寸法は、半導体装置A10の封止部材50の厚さ方向zの寸法よりも小さい。
図20および図21は、第2実施形態にかかる半導体装置A20を示している。半導体装置A20は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。半導体装置A20の封止部材50の厚さ方向zの寸法は、半導体装置A10の封止部材50の厚さ方向zの寸法よりも小さい。
半導体装置A20では、図20および図21に示すように、複数の電力端子14~16が屈曲していない。このため、先述の通り、封止部材50の厚さ方向zの寸法が、半導体装置A10の封止部材50の厚さ方向zの寸法よりも小さい。つまり、半導体装置A20では、半導体装置A10よりも、樹脂主面51から機能アセンブリASSY1までの距離が小さい。そこで、半導体装置A20のバリア部材70は、樹脂主面51を覆う保護部73を含む。保護部73は、たとえば、封止部材50のうちの外部に露出する表面(たとえば、樹脂主面51および複数の樹脂側面531~534)から機能アセンブリASSY1までの直線距離d31が150μm以下の部分を覆う。たとえば、半導体装置A20では、各導通部材31から樹脂主面51までの厚さ方向zに沿う直線距離d31(図20参照)が150μm以下である。また、各導通部材32から樹脂主面51までの厚さ方向zに沿う直線距離d32(図21参照)が150μm以下である。
また、半導体装置A20では、図20および図21から理解されるように、各保護部71は、対応する樹脂側面531~534の厚さ方向zのz1側の端縁から厚さ方向zのz2側の端縁まで覆っている。
半導体装置A20の作用および効果は、次の通りである。
半導体装置A20では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A20は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A20は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A20は、半導体装置A10と共通する構成により、半導体装置A10と同様の効果を奏する。
半導体装置A20では、バリア部材70は、保護部73を含む。保護部73は、封止部材50のうちの外部に露出する表面(たとえば、樹脂主面51および複数の樹脂側面531~534)から機能アセンブリASSY1までの直線距離d31が150μm以下の部分を覆う。外部から液体(たとえば水)や気体の侵入は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面だけでなく、熱負荷によって劣化した封止部材50からも進行しうる。そこで、封止部材50のうちの外部に露出する表面(たとえば、樹脂主面51および複数の樹脂側面531~534)から機能アセンブリASSY1までの直線距離d31が150μm以下の部分をバリア部材70(保護部73)で覆うことで、先述の界面ではなく、封止部材50の表面から進行する外部から液体(たとえば水)や気体の侵入を抑制することができる。
図22~図24は、第2実施形態の変形例にかかる半導体装置A21を示している。半導体装置A21は、半導体装置A20と比較して、保護部73の形成範囲が異なる。
半導体装置A21では、保護部73は、図22~図24に示すように、樹脂主面51の一部を覆っている。半導体装置A21の保護部73は、樹脂主面51のうち、各導通部材31の上方および各導通部材32の上方を覆っている。図示された例では、保護部73は、各導通部材31の上方および各導通部材32の上方を一括して覆っているが、個別に覆っていてもよい。半導体装置A21では、主面配線層12から樹脂主面51までの厚さ方向zに沿う直線距離が、150μmよりも大きい。そのため、樹脂主面51の全面を保護部73(バリア部材70)で覆う必要がない。
半導体装置A21では、半導体装置A20と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A21は、半導体装置A20と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A21は、半導体装置A20と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A21は、半導体装置A20と共通する構成により、半導体装置A20と同様の効果を奏する。
半導体装置A21では、保護部73は、樹脂主面51の一部を覆っている。この構成によれば、バリア部材70の形成範囲を小さくすることができる。
なお、上記半導体装置A20,A21は、半導体装置A11と同様に、複数の導通部材31,32の代わりに複数の接続部材401,402を備えた構成としてよいし、半導体装置A12,A13と同様に、被覆部501の形成範囲を変えた構成としてよいし、半導体装置A14と同様に、封止部材50が被覆部501を備えていない構成としてよいし、半導体装置A15と同様に、バリア部材70が保護部72を含む構成としてもよい。
第3実施形態:
図25および図26は、第3実施形態にかかる半導体装置A30を示している。半導体装置A30は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A30のバリア部材70は、導電性である点である。
図25および図26は、第3実施形態にかかる半導体装置A30を示している。半導体装置A30は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A30のバリア部材70は、導電性である点である。
半導体装置A10などでは、バリア部材70が絶縁性であったため、複数の保護部71は、電力端子14の露出部141と、電力端子15の露出部151と、電力端子16の露出部161と、複数の信号端子17の封止部材50から露出する部分とに、それぞれ、一部ずつ覆っていた。一方で、半導体装置A30では、バリア部材70は導電性であるため、複数の保護部71は、電力端子14の露出部141と、電力端子15の露出部151と、電力端子16の露出部161と、複数の信号端子17の封止部材50から露出する部分との略全面を覆っていてもよい。なお、各電力端子14~16および各信号端子17の先端面は、製造時において、リードフレームからの切り取り加工により、対応する保護部71(バリア部材70)で覆われていなくてもよい。また、半導体装置A30では、各信号端子17が互いに短絡しないように、各信号端子17に対する保護部71は、互いに離間している。
半導体装置A30の作用および効果は、次の通りである。
半導体装置A30では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A30は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A30は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A30は、他の半導体装置A10,A20と共通する構成により、当該半導体装置A10,A20と同様の効果を奏する。
本実施形態から理解されるように、本開示の半導体装置において、バリア部材70は、絶縁性ではなく、導電性であってもよい。
図27は、第3実施形態の変形例にかかる半導体装置A31を示している。半導体装置A31は、半導体装置A30と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A31の封止部材50には、複数の凹部541,543,544が形成されている点である。
図27に示すように、凹部541は、樹脂側面531から第1方向xに凹んでいる。541は、第2方向yについて、電力端子14と電力端子15との間に位置する。複数の凹部543は、樹脂側面533から第2方向yに凹んでいる。複数の凹部543は、第1方向xについて、樹脂側面533から突き出る複数の信号端子17の間に、それぞれ個別に位置する。複数の凹部544は、樹脂側面534から第2方向yに凹んでいる。複数の凹部544は、第1方向xについて、樹脂側面534から突き出る複数の信号端子17の間に、それぞれ個別に位置する。
半導体装置A31では、半導体装置A30と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY1と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A31は、半導体装置A30と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A31は、半導体装置A30と同様に、機能アセンブリASSY1の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A31は、半導体装置A30と共通する構成により、半導体装置A30と同様の効果を奏する。
半導体装置A31では、バリア部材70は、導電性である。この構成では、バリア部材70を介した短絡が生じうる。そこで、凹部541によって、電力端子14と、電力端子15とのバリア部材70を介した意図せぬ短絡を抑制できる。同様に、複数の凹部543によって、樹脂側面533から突き出る複数の信号端子17(171,173,178)のバリア部材70を介した意図せぬ短絡を抑制できる。同様に、複数の凹部544によって、樹脂側面534から突き出る複数の信号端子17(172,174,178)のバリア部材70を介した意図せぬ短絡を抑制できる。
第4実施形態:
図28~図39は、第4実施形態にかかる半導体装置A40を示している。半導体装置A40は、半導体装置A10と比較して、パッケージ構造が異なる。半導体装置A40は、機能アセンブリASSY1の代わりに、機能アセンブリASSY4を備える。つまり、半導体装置A40は、機能アセンブリASSY4、封止部材50およびバリア部材70を備える。機能アセンブリASSY4は、支持部材10、電力端子14、2つの電力端子15、2つの電力端子16、複数の信号端子171~177、複数の半導体素子21、複数の半導体素子22、2つのサーミスタ23,24、2つの導通部材31,32、複数の接続部材41~46および2つの信号基板601,602を備える。以下の説明では、複数の信号端子171~177を特に区別しない場合は、複数の信号端子17という。
図28~図39は、第4実施形態にかかる半導体装置A40を示している。半導体装置A40は、半導体装置A10と比較して、パッケージ構造が異なる。半導体装置A40は、機能アセンブリASSY1の代わりに、機能アセンブリASSY4を備える。つまり、半導体装置A40は、機能アセンブリASSY4、封止部材50およびバリア部材70を備える。機能アセンブリASSY4は、支持部材10、電力端子14、2つの電力端子15、2つの電力端子16、複数の信号端子171~177、複数の半導体素子21、複数の半導体素子22、2つのサーミスタ23,24、2つの導通部材31,32、複数の接続部材41~46および2つの信号基板601,602を備える。以下の説明では、複数の信号端子171~177を特に区別しない場合は、複数の信号端子17という。
半導体装置A40は、半導体装置A10と同様に、電力端子14と2つの電力端子15とに印加された直流の電源電圧を、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22により交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、2つの電力端子16から、モータなどの電力供給対象に入力される。
半導体装置A40では、複数の半導体素子21はそれぞれ、裏面電極211および複数の主面電極212,213に加えて、2つの主面電極214を有する。2つの主面電極214は、第2方向yについて、主面電極213を挟んで、主面電極213の両隣に配置される。図示された例と異なり、各半導体素子21は、2つの主面電極214のうちの一方のみを含んでもよいし、2つの主面電極214のいずれも含んでいなくてもよい。各半導体素子21がMOSFETである例において、主面電極214は、ソースセンス電極である。
半導体装置A40では、複数の半導体素子22はそれぞれ、裏面電極221および複数の主面電極222,223に加えて、2つの主面電極224を有する。2つの主面電極224は、第2方向yについて、主面電極223を挟んで、主面電極223の両隣に配置される。図示された例と異なり、各半導体素子22は、2つの主面電極224のうちの一方のみを含んでもよいし、2つの主面電極224のいずれも含んでいなくてもよい。各半導体素子22がMOSFETである例において、主面電極224は、ソースセンス電極である。
半導体装置A40では、支持部材10の主面配線層12は、2つの導体部121,122を備える。2つの導体部121,122は、第1方向xに離隔する。2つの導体部121,122は、第1方向xに並んでいる。2つの導体部121,122の厚さ方向zの各寸法は、互いに同じである。
導体部121は、導体部122に対して、第1方向xのx1側に位置する。導体部121は、第1方向xについて、導体部122よりも、電力端子14および2つの電力端子15側に位置する。導体部121は、たとえば平面視矩形状であるが、導体部121の平面視形状は、何ら限定されない。導体部121には、複数の半導体素子21および信号基板601が接合されている。複数の半導体素子21は、導体部121上において、第2方向yに沿って配置されている。
導体部122は、導体部121に対して、第1方向xのx2側に位置する。導体部122は、第1方向xについて、導体部121よりも2つの電力端子16側に位置する。導体部122は、たとえば平面視矩形状であるが、導体部122の平面視形状は、何ら限定されない。導体部122には、複数の半導体素子22および信号基板602が接合されている。複数の半導体素子22は、導体部122上において、第2方向yに沿って配置されている。
電力端子14は、導体部121に接合される。この接合は、何ら限定されず、図示しない導電性接合材(たとえばはんだまたは焼結金属など)による接合でもよいし、レーザ溶接による接合でもよいし、かしめ接合でもよい。電力端子14は、導体部121に支持される。電力端子14は、導体部121を介して、複数の半導体素子21の裏面電極211(上アーム回路のドレイン電極)に導通する。電力端子14は、電力変換対象となる直流の電源電圧が印加されるP端子(正極端子)である。電力端子14は、図31などに示すように、第1方向xについて、導体部121を間に挟んで、導体部122とは反対側に位置する。電力端子14は、第1方向xについて、2つの電力端子15の間に位置する。電力端子14は、導体部121から第1方向xのx1側に延びており、封止部材50から第1方向xのx1側に突き出る。図示された例では、電力端子14は、平板状であるが、屈曲する部分を含んでもよい。
図30などに示すように、電力端子14は、露出部141および被覆部142を含む。露出部141は、電力端子14のうちの封止部材50から露出する部位である。電力端子14について、露出部141が先述のP端子として用いられる。被覆部142は、電力端子14のうちの封止部材50に覆われた部位である。電力端子14において、被覆部142が導体部121に接合される。
2つの電力端子15には、図30および図34などに示すように、導通部材32が接合される。2つの電力端子15は、導通部材32を介して、複数の半導体素子22の主面電極222(下アーム回路のソース電極)に導通する。2つの電力端子15には、電力変換対象となる直流の電源電圧が印加されるN端子(負極端子)である。2つの電力端子15は、第1方向xについて、互いに離隔する。2つの電力端子15の間には、電力端子14が位置する。2つの電力端子15はそれぞれ、図30に示すように、第2方向yについて、支持部材10に対して、電力端子14と同じ側に位置する。2つの電力端子15はそれぞれ、主面配線層12から離れている。2つの電力端子15はそれぞれ、第1方向xに延びており、封止部材50から第1方向xのx1側に突き出る。図示された例では、各電力端子15は、平板状であるが、屈曲する部分を含んでもよい。
図30などに示すように、2つの電力端子15はそれぞれ、露出部151および被覆部152を含む。露出部151は、各電力端子15のうち、封止部材50から露出する部位である。各電力端子15において、露出部151が、先述のN端子として用いられる。被覆部152は、各電力端子15のうち、封止部材50に覆われた部位である。各電力端子15の被覆部152に、導通部材32が接合される。
2つの電力端子16はそれぞれ、導体部122に接合される。この接合は、何ら限定されず、図示しない導電性接合材(たとえばはんだまたは焼結金属など)による接合でもよいし、レーザ溶接による接合でもよいし、かしめ接合でもよい。2つの電力端子16はそれぞれ、導体部122に支持される。2つの電力端子16はそれぞれ、導体部122を介して、複数の半導体素子22の裏面電極221(下アーム回路のドレイン電極)に導通するとともに、導体部122および導通部材31を介して、複数の半導体素子21の主面電極212(上アーム回路のソース電極)に導通する。2つの電力端子16から、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22によって変換された交流電力が出力される。つまり、2つの電力端子16はそれぞれ、当該交流電力の出力端子である。2つの電力端子16は、第2方向yについて、互いに離隔する。2つの電力端子16はそれぞれ、図30などに示すように、第1方向xについて、導体部122を挟んで、導体部121とは反対側に位置する。2つの電力端子16はそれぞれ、導体部122から第1方向xのx2側に突き出る。図示された例では、各電力端子16は、平板状であるが、屈曲する部分を含んでもよい。
図30などに示すように、2つの電力端子16はそれぞれ、露出部161および被覆部162を含む。露出部161は、各電力端子16のうち、封止部材50から露出する部位である。各電力端子16において、露出部161が、先述の出力端子として用いられる。被覆部162は、各電力端子16のうち、封止部材50に覆われた部位である。各電力端子16の被覆部162が、導体部122に接合される。
一対の信号基板601,602は、複数の信号端子17と、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22との導電経路の一部を構成している。図31および図37などに示すように、信号基板601は、第1方向xについて、複数の半導体素子21と、電力端子14および2つの電力端子15との間に位置する。信号基板601は、図37などに示すように、導体部121に接合されている。図31および図37などに示すように、信号基板602は、第1方向xについて、複数の半導体素子22と、2つの電力端子16との間に位置する。信号基板602は、図37などに示すように、導体部122に接合されている。一対の信号基板601,602はそれぞれ、たとえばDCB基板あるいはAMB基板である。この例と異なり、一対の信号基板601,602はそれぞれ、プリント基板でもよい。
一対の信号基板601,602はそれぞれ、絶縁層61、配線層62、金属層63および複数のスリーブ64を有する。一対の信号基板601,602はそれぞれ、複数のスリーブ64の各々の一部を除き封止部材50に覆われている。以下で説明する絶縁層61、配線層62、金属層63および複数のスリーブ64は、特段の断りがない限り、一対の信号基板601,602の各々で共通する。
絶縁層61は、厚さ方向zについて、配線層62と、金属層63との間に介在する。絶縁層61は、たとえばセラミックスで構成されうる。絶縁層61は、セラミックスの他、絶縁樹脂シートで構成されてもよい。
図37に示すように、配線層62は、絶縁層61の厚さ方向z上方に位置する。配線層62の組成は、何ら限定されないが、銅を含みうる。図31に示すように、配線層62は、複数の配線部621~624を含む。複数の配線部621~624は、互いに離隔する。各配線部621~624の平面視形状、配置および大きさなどは、図示された例に限定されない。
図37に示すように、金属層63は、厚さ方向zについて、絶縁層61を間に挟んで配線層62とは反対側に位置する。金属層63の組成は、何ら限定されないが、銅を含みうる。信号基板601の金属層63は、図示しない接着層により導体部121に接合されている。信号基板602の金属層63は、図示しない接着層により導体部122に接合されている。これらの接着層は、導電性の有無を問わない材料からなる。これらの接着層は、たとえば、はんだである。
図37に示すように、複数のスリーブ64の各々は、図示しない導電性接合層(たとえばはんだ)により複数の配線層62のいずれかに接合されている。複数のスリーブ64は、金属などの導電性材料からなる。複数のスリーブ64の各々は、厚さ方向zに沿って延びる筒状である。複数のスリーブ64の厚さ方向zについての一端(厚さ方向zのz2側の端縁)は、複数の配線層62のいずれかに導電接合されている。図37に示すように、複数のスリーブ64の厚さ方向zについての他端(厚さ方向zのz1側の端縁)は、封止部材50から露出している。
サーミスタ23は、図31に示すように、信号基板601の2つの配線部623に跨って、これらに導通接合されている。サーミスタ24は、図31に示すように、信号基板602の2つの配線部623に跨って、これらの導通接合されている。2つのサーミスタ23,24はそれぞれ、たとえばNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタである。NTCサーミスタは、温度上昇に対して緩やかに抵抗が低下する特性を有する。2つのサーミスタ23,24は、半導体装置A40の温度検出用センサとして用いられる。
複数の信号端子17(複数の信号端子171~174~177)はそれぞれ、金属ピンにより構成され、図28および図37などに示すように、厚さ方向zに延びる。複数の信号端子17は、封止部材50(後述の樹脂主面51)から突出している。複数の信号端子17(複数の信号端子171~177)は、一対の信号基板601,602の複数のスリーブ64に個別に圧入されている。これにより、複数の信号端子17の各々は、複数のスリーブ64のいずれかに支持され、且つ、一対の信号基板601,602の配線層62のいずれに導通する。複数の信号端子171~175はそれぞれ、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22のいずれかに導通する。複数の信号端子176,177はそれぞれ、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22のいずれにも導通していない(非導通である)。2つの信号端子176は、サーミスタ23に導通し、2つの信号端子177は、サーミスタ24に導通している。
信号端子171は、図31から理解されるように、信号基板601の配線部621に接合されたスリーブ64に圧入されている。これにより、信号端子171は、当該スリーブ64に支持されるとともに、信号基板601の配線部621に導通する。信号端子171は、複数の半導体素子21の各主面電極213に導通する。信号端子171には、各半導体素子21を駆動するための駆動信号が入力される(ゲート電圧が印加される)。
信号端子172は、図31から理解されるように、信号基板602の配線部621に接合されたスリーブ64に圧入されている。これにより、信号端子172は、当該スリーブ64に支持されるとともに、信号基板602の配線部621に導通する。信号端子172は、複数の半導体素子22の各主面電極223に導通する。信号端子172には、各半導体素子22を駆動するための駆動信号が入力される(ゲート電圧が印加される)。
信号端子173は、図31などに示すように、第2方向yについて信号端子171の隣に位置する。信号端子173は、図31から理解されるように、信号基板601の配線部622に接合されたスリーブ64に圧入されている。これにより、信号端子173は、当該スリーブ64に支持されるとともに、信号基板601の配線部622に導通する。信号端子173は、複数の半導体素子21の主面電極214に導通する。信号端子173には、複数の半導体素子21の各々の主面電極214に流れる電流のうち最大となる電流に対応した電圧が印加される。
信号端子174は、図31などに示すように、第2方向yについて信号端子172の隣に位置する。信号端子174は、図31から理解されるように、信号基板602の配線部622に接合されたスリーブ64に圧入されている。これにより、信号端子174は、当該スリーブ64に支持されるとともに、信号基板602の配線部622に導通する。信号端子174は、複数の半導体素子22の主面電極224に導通する。信号端子174には、複数の半導体素子22の各々の主面電極224に流れる電流のうち最大となる電流に対応した電圧が印加される。
信号端子175は、図31などに示すように、第2方向yについて、信号端子173を間に挟んで信号端子171とは反対側に位置する。信号端子175は、図31から理解されるように、信号基板601の配線部625に接合されたスリーブ64に圧入されている。これにより、信号端子175は、当該スリーブ64に支持されるとともに、信号基板601の配線部625に導通する。信号端子175は、複数の半導体素子21の裏面電極211に導通する。信号端子175には、複数の半導体素子21の各々の裏面電極211に流れる電流のうち最大となる電流に対応した電圧が印加される。
一対の信号端子176は、図31に示すように、第2方向yについて、信号端子171を間に挟んで信号端子173とは反対側に位置する。一対の信号端子176は、第2方向yについて、互いに隣り合っている。一対の信号端子176は、図31から理解されるように、信号基板601の2つの配線部623にそれぞれ接合された2つのスリーブ64に、それぞれ個別に圧入されている。これにより、一対の信号端子176は、当該2つのスリーブ64に個別に支持されるとともに、信号基板601の2つの配線部623に個別に導通する。一対の信号端子176は、サーミスタ23に導通する。
一対の信号端子177は、図31に示すように、第2方向yについて、信号端子172を間に挟んで信号端子174とは反対側に位置する、一対の信号端子177は、第2方向yについて、互いに隣り合っている。一対の信号端子177は、図31から理解されるように、信号基板602の2つの配線部623にそれぞれ接合された2つのスリーブ64に、それぞれ個別に圧入されている。これにより、一対の信号端子177は、当該2つのスリーブ64に個別に支持されるとともに、信号基板602の2つの配線部623に個別に導通する。一対の信号端子177は、サーミスタ24に導通する。
複数の接続部材41~46はそれぞれ、互いに離隔する部位間を電気的に接続する。複数の接続部材41~46はそれぞれ、たとえばボンディングワイヤである。この例と異なり、複数の接続部材41~46はそれぞれ、金属製の板材でもよい。複数の接続部材41~46の各組成は、金(Au)を含む。複数の接続部材41~46の各組成は、銅を含む場合あるいはアルミニウムを含む場合でもよい。なお、図30、図34~図37において、複数の接続部材41~46を省略する。
複数の接続部材41はそれぞれ、図31に示すように、対応する半導体素子21の主面電極213と、信号基板601の配線部624とに導通接合されている。複数の接続部材45はそれぞれ、信号基板601の配線部624と信号基板601の配線部621とに導通接合されている。これにより、信号端子171は、複数の半導体素子21の各主面電極213に導通する。
複数の接続部材42はそれぞれ、図31に示すように、対応する半導体素子22の主面電極223と、信号基板602の配線部624とに導通接合されている。複数の接続部材46はそれぞれ、信号基板602の配線部624と信号基板602の配線部621とに導通接合されている。これにより、信号端子172は、複数の半導体素子22の各主面電極223に導通する。
複数の接続部材43はそれぞれ、図31に示すように、対応する半導体素子21の主面電極214と、信号基板601の配線部622とに導通接合されている。これにより、信号端子173は、複数の半導体素子21の各主面電極214に導通する。なお、各半導体素子21が2つの主面電極214のいずれも含んでいない場合、複数の接続部材43はそれぞれ、対応する半導体素子21の主面電極212に接合される。
複数の接続部材44はそれぞれ、図31に示すように、対応する半導体素子22の主面電極224と、信号基板602の配線部622とに導通接合されている。これにより、信号端子174は、複数の半導体素子22の各主面電極224に導通する。なお、各半導体素子22が2つの主面電極224のいずれも含んでいない場合、複数の接続部材44はそれぞれ、対応する半導体素子22の主面電極222に接合される。
接続部材46は、図31に示すように、信号基板601の配線部625と、導体部121とに導通接合されている。これにより、信号端子175は、導体部121を介して、複数の半導体素子21の裏面電極211に導通する。
導通部材31は、図31などに示すように、複数の半導体素子21の各主面電極212と、支持部材10の導体部122とに接合されている。導通部材31を介して、複数の半導体素子21の各主面電極212は、導体部122に導通する。導通部材31は、たとえば金属製の板材(金属クリップ)である。導通部材31の組成は、たとえば銅を含みうるが、これに限定されない。図31などに示すように、導通部材31は、本体部311および複数の接合部312,313を有する。
本体部311は、導通部材31の主要部をなしている。図4に示すように、本体部311は、第1方向xに延びている。図31などに示すように、本体部311は、2つの導体部121,122の間を跨いでいる。図31などに示すように、本体部311には、複数の貫通孔311aが形成されている。複数の貫通孔311aは、本体部311を厚さ方向zに貫通する。複数の貫通孔311aは、平面視において、2つの導体部121,122の間に重なる。これにより、封止部材50の形成時において、本体部311の厚さ方向z下方への封止部材50の流入が良好となる。
図31などに示すように、複数の接合部312は、複数の半導体素子21の主面電極212にそれぞれ個別に接合されている。複数の接合部312の各々は、複数の半導体素子21のいずれかの主面電極212に対向する。平面視において、各接合部312は、本体部311から第2方向yのy2側に延びる。図示された例において、複数の接合部312は、本体部311から二股に分かれているが、二股に分かれていなくてもよい。各接合部312の先端(本体部311に繋がる側と反対側の端部)は、厚さ方向zについて、本体部311よりも厚さ方向z下方(厚さ方向zのz2側)に位置する。各接合部312の基端(本体部311に繋がる側の端部)は、互いに厚さ方向zの位置が異なる各接合部312の先端と本体部311とを繋ぐように、厚さ方向zに屈曲している。
図31などに示すように、複数の接合部313は、導体部122に接合されている。複数の接合部313は、導体部122に対向している。平面視において、各接合部313は、本体部311から第2方向yのy1側に延びる。各接合部313の先端(本体部311に繋がる側と反対側の端部)は、厚さ方向zについて、本体部311よりも厚さ方向z下方(厚さ方向zのz2側)に位置する。各接合部313の基端(本体部311に繋がる側の端部)は、互いに厚さ方向zの位置が異なる各接合部313の先端と本体部311とを繋ぐように、厚さ方向zに屈曲している。
図示された例と異なる構成において、半導体装置A40(機能アセンブリASSY4)は、半導体装置A10(機能アセンブリASSY1)と同様に、各々が平面視帯状の複数の導通部材31を備え、当該複数の導通部材31によって、各半導体素子21の主面電極212と導体部122とを電気的に接続してもよい。
機能アセンブリASSY4は、図35に示すように、導電性接合層33をさらに備える。導電性接合層33は、複数の半導体素子21の主面電極212と、複数の接合部312との間に介在している。導電性接合層33は、複数の半導体素子21の主面電極212と、複数の接合部312とを導電接合する。導電性接合層33は、たとえばはんだである。この他、導電性接合層33は、金属粒子の焼結体を含むものでもよい。
機能アセンブリASSY4は、図34に示すように、導電性接合層34をさらに備える。導電性接合層34は、導体部122と接合部313との間に介在している。導電性接合層34は、導体部122と接合部313とを導電接合する。導電性接合層34は、たとえばはんだである。この他、導電性接合層34は、金属粒子の焼結体を含むものでもよい。
導通部材32は、図30などに示すように、複数の半導体素子22の主面電極222(ソース電極)と、2つの電力端子15とに導電接合されている。これにより、導通部材32を介して、複数の半導体素子22の主面電極222は、2つの電力端子15に導通する。導通部材32は、たとえば金属製の板材(金属クリップ)である。導通部材32の組成は、たとえば銅を含みうるが、これに限定されない。図30などに示すように、導通部材32は、2つの本体部321、複数の接合部322、複数の接合部324、複数の中間部326および横梁部327を含む。
図30に示すように、2つの本体部321は、第2方向yについて互いに離隔する。2つの本体部321はそれぞれ、第1方向xに延びている。図34および図39などに示すように、2つの本体部321はそれぞれ、主面配線層12の上面に対して、平行に配置されている。厚さ方向zについて、2つの本体部321は、導通部材31の本体部311よりも、主面配線層12(2つの導体部121,122)から離れている。2つの本体部321はそれぞれ、平面視において、導体部121に交差する。つまり、2つの本体部321はそれぞれ、平面視において、導体部121の第1方向xのx1側の端縁から第1方向xのx2側の端縁まで延びる。
図30に示すように、複数の中間部326は、第2方向yについて、互いに離隔するとともに、第2方向yについて、2つの本体部321の間に位置する。複数の中間部326は、第1方向xに延びている。複数の中間部326の各々の第1方向xの寸法は、2つの本体部321の各々の第1方向xの寸法よりも小さい。
図30に示すように、複数の接合部322は、複数の半導体素子22の主面電極222に個別に接合されている。複数の接合部322の各々は、複数の半導体素子22のいずれかの主面電極222に対向している。平面視において、複数の接合部322は、複数の中間部326から第2方向yに延びる。各接合部322の先端(中間部326に繋がる側と反対側の端部)は、厚さ方向zについて、中間部326よりも厚さ方向z下方(厚さ方向zのz2側)に位置する。各接合部322の基端(中間部326に繋がる側の端部)は、互いに厚さ方向zの位置が異なる各接合部322の先端と各中間部326とを繋ぐように、厚さ方向zに屈曲している。
図30および図34に示すように、一対の接合部324は、2つの電力端子15にそれぞれ個別に接合されている。当該接合は、たとえばはんだ接合である。この他、金属粒子の焼結体を含む接合材による接合でもよい。一対の接合部324はそれぞれ、2つの電力端子15の対応する1つに対向する。
図30に示すように、横梁部327は、第2方向yについて、2つの本体部321の間に位置する。横梁部327は、2つの本体部321の各々から第2方向yに延びる。横梁部327は、図30から理解されるように、平面視において、導通部材31の複数の接合部312に重なる。複数の中間部326はそれぞれ、横梁部327から第1方向xのx2側に向かって延びる。
機能アセンブリASSY4は、図36に示すように、複数の導電性接合層35をさらに備える。複数の導電性接合層35は、複数の半導体素子22の主面電極222と、複数の接合部322との間にそれぞれ個別に介在している。複数の導電性接合層35は、各半導体素子22の主面電極222と、各接合部322とを導電接合する。複数の導電性接合層35はそれぞれ、たとえばはんだである。この他、複数の導電性接合層35はそれぞれ、金属粒子の焼結体を含むものでもよい。
機能アセンブリASSY4は、図34に示すように、2つの導電性接合層36をさらに備える。2つの導電性接合層36は、導通部材32の2つの本体部321と、2つの電力端子15との間にそれぞれ個別に介在している。2つの導電性接合層36は、各本体部321と各電力端子15とを導電接合する。2つの導電性接合層36はそれぞれ、たとえばはんだである。この他、2つの導電性接合層35はそれぞれ、金属粒子の焼結体を含むものでもよい。
封止部材50は、機能アセンブリASSY4に接する。封止部材50は、機能アセンブリASSY4を部分的に覆う。封止部材50は、支持部材10(裏面配線層13の下面を除く)を覆う。封止部材50は、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22を覆う。封止部材50は、2つの導通部材31,32を覆う。封止部材50は、複数の接続部材41~46を覆う。封止部材50は、複数の電力端子14~16の各々の一部と、複数の信号端子17(複数の信号端子171~177)の各々の一部とを覆う。
半導体装置A40の封止部材50は、半導体装置A10の封止部材50と同様に、樹脂主面51、樹脂裏面52および複数の樹脂側面531~534を有する。電力端子14および2つの電力端子15はそれぞれ、樹脂側面531から突き出ており、2つの電力端子16は、樹脂側面532から突き出ている。複数の信号端子17(複数の信号端子171~177)は、樹脂主面51から突き出ている。支持部材10の裏面配線層13の下面は、樹脂裏面52から露出する。
図29などに示すように、半導体装置A40の封止部材50は、2つの凹部55を有する。2つの凹部55はそれぞれ、樹脂側面531から第1方向xに向けて凹んでいる。2つの凹部55はそれぞれ、厚さ方向zについて、樹脂主面51から樹脂裏面52に至る。図29などに示すように、2つの凹部55は、電力端子14の第2方向yの両側に位置する。2つの凹部55はそれぞれ、電力端子14と2つの電力端子15との間にそれぞれ個別に配置される。2つの凹部55により、各電力端子15と電力端子14との封止部材50(樹脂側面531)に沿う沿面距離を大きくできるので、電力端子14と各電力端子15との絶縁耐圧を向上できる。なお、封止部材50は、2つの凹部55を有していなくてもよい。
半導体装置A40の封止部材50は、半導体装置A10の封止部材50と同様に、被覆部501および封止部502を含む。被覆部501は、機能アセンブリASSY4のうちの封止部502に対向する表面の全体を覆う。図34~図39に示すように、被覆部501は、複数の半導体素子21および複数の半導体素子22を覆う。被覆部501は、支持部材10の一部(絶縁基板11の上面のうちの主面配線層12から露出する領域および主面配線層12のうち他の部材が接合されていない領域)を覆う。被覆部501は、各導通部材31,32の上面(厚さ方向z上方を向く面)を覆う。被覆部501は、複数の接続部材41~46を覆う。被覆部501は、2つの信号基板601,602の上面(厚さ方向z上方を向く面)を覆う。
半導体装置A40では、図37から理解されるように、各信号端子17(各信号端子171~177)が、樹脂主面51から突き出ており、当該樹脂主面51のうち、各信号端子17が突き出た領域を、バリア部材70(保護部71)が覆っている。これは、機能アセンブリASSY4と各信号端子17との界面における露出端部80Dが、樹脂主面51に配置されているからである。
半導体装置A40では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY4と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A40は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A40は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY4の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A40は、他の半導体装置A10,A20,A30と共通する構成により、当該半導体装置A10,A20,A30と同様の効果を奏する。
第5実施形態:
図40~図46は、第5実施形態にかかる半導体装置A50を示している。半導体装置A50は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A50は、TO(Transistor Outline)型のパッケージ構造である点である。半導体装置A50は、機能アセンブリASSY1の代わりに、機能アセンブリASSY5を備える。つまり、半導体装置A50は、機能アセンブリASSY5、封止部材50およびバリア部材70を備える。機能アセンブリASSY5は、支持部材90、複数のリード91,92,93、半導体素子21、導電性接合層219および2つの接続部材41,42を備える。この構成と異なる例において、機能アセンブリASSY5は、2つ以上の半導体素子21を備えていてもよいし、4つ以上のリードを備えていてもよいし、3つ以上の接続部材を備えていてもよい。
図40~図46は、第5実施形態にかかる半導体装置A50を示している。半導体装置A50は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。それは、半導体装置A50は、TO(Transistor Outline)型のパッケージ構造である点である。半導体装置A50は、機能アセンブリASSY1の代わりに、機能アセンブリASSY5を備える。つまり、半導体装置A50は、機能アセンブリASSY5、封止部材50およびバリア部材70を備える。機能アセンブリASSY5は、支持部材90、複数のリード91,92,93、半導体素子21、導電性接合層219および2つの接続部材41,42を備える。この構成と異なる例において、機能アセンブリASSY5は、2つ以上の半導体素子21を備えていてもよいし、4つ以上のリードを備えていてもよいし、3つ以上の接続部材を備えていてもよい。
本実施形態では、半導体装置A50がTO型のパッケージ形式である場合について、説明するが、半導体装置A50のパッケージ形式は、TO型に限定されず、たとえば、SOP(Small Outline Package)型、SOJ(Small Outline J-leaded package)型、SON(Small Outline Non-leaded package)型、QFP(Quad Flat Package)型、QFJ(Quad Flat J-leaded package)型、QFN(Quad Flat Non-leaded package)型、および、BGA(Ball Grid Array)型など、様々なパッケージ形式に適用されうる。半導体装置A50は、たとえばインバータなどの電力変換回路に用いられるが、半導体装置A50の使用例は、電力変換回路に限定されない。
支持部材90には、図41および図43~図46に示すように、半導体素子21が搭載される。支持部材90は、半導体素子21を支持するダイパッドである。支持部材90は、3つのリード91,92,93とともに、同一のリードフレームから得られる。当該リードフレームは、銅(Cu)、または銅合金である。このため、支持部材90は、3つのリード91,92,93の各々の組成は、銅を含む。
図43~図46に示すように、支持部材90は、主面901および裏面902を有する。主面901は、厚さ方向zについて、半導体素子21に対向する側を向く。主面901は、一部を除き、封止部材50に覆われている。裏面902は、厚さ方向zについて主面901とは反対側を向く。裏面902には、たとえば錫(Sn)めっき(図示略)が施されている。裏面902は、封止部材50から露出している。
図41などに示すように、支持部材90は、第1部90Aと、第1部90Aにつながる第2部90Bとを有する。厚さ方向zに見て、第2部90Bは、第1部90Aよりも第2方向yのy1側(各リード91~93が位置する側と反対側)に位置する。第2部90Bは、封止部材50に覆われている。第1部90Aは、裏面902を含む。第2部90Bには、貫通部903が設けられている。貫通部903は、厚さ方向zに第2部90Bを貫通している。貫通部903は、厚さ方向zに見て円形状である。半導体装置A50においては、第1部90Aの厚さ方向zについての第1寸法t1は、第2部90Bの厚さ方向zについての第2寸法t2よりも大きい。半導体装置A50においては、第2部90Bの第2方向yの寸法は、裏面902の第2方向yの寸法よりも大きい。
主面901は、支持面9010を有する。支持面9010は、厚さ方向zについて半導体素子21に対向する。半導体素子21は、支持面9010に搭載される。支持面9010は、第1部90Aの主面901に相当する。図9および図10に示すように、支持面9010は、導電性接合層219に接する当接領域9011と、導電性接合層219に接していない非当接領域9012とを有する。平面視において、非当接領域9012は、当接領域9011を囲む。
リード91は、図41などに示すように、第2方向yに延びる部分を含むとともに、支持部材90に繋がっている。これにより、リード91は、半導体素子21の裏面電極211に導通している。したがって、リード91は、半導体装置A50のドレイン端子に相当する。リード91は、第2方向yについて第1部90Aを基準としての第2部90Bとは反対側に位置する。
図41などに示すように、リード91は、被覆部911および露出部912を含む。被覆部911は、支持部材90の第1部90Aにつながり、かつ封止部材50に覆われている。第2方向yに見て、被覆部911は、屈曲している。露出部912は、被覆部911につながり、かつ封止部材50から露出している。露出部912は、第2方向yについて支持部材90が位置する側とは反対側に封止部材50から突出している。図示された例では露出部932は、真っ直ぐに延びているが、一部が屈曲していてもよい。露出部912の表面には、たとえば錫めっきが施されている。
リード92は、図41などに示すように、支持部材90から離れて位置する。リード92は、第2方向yに延びている。半導体装置A50において、リード92は、支持部材90から離隔する配線部である。リード92は、接続部材41を介して、半導体素子21の主面電極212に導通している。したがって、リード92は、半導体装置A50のソース端子に相当する。リード92は、第1方向xについてリード91の隣に位置する。
図41などに示すように、リード92は、被覆部921、露出部922および接合面923を有する。被覆部921は、封止部材50に覆われている。露出部922は、被覆部921につながり、かつ封止部材50から露出している。露出部922は、第2方向yについて支持部材90が位置する側とは反対側に封止部材50から突出している。図示された例では露出部922は、真っ直ぐに延びているが、一部が屈曲していてもよい。露出部922の表面には、たとえば錫めっきが施されている。接合面923は、厚さ方向zについて支持部材90の主面901と同じ側を向く。接合面923は、被覆部921の一部に含まれる。接合面923は、主面901よりも厚さ方向zについて半導体素子21が位置する側に位置する。
リード93は、図41などに示すように、支持部材10から離れて位置する。リード93は、第2方向yに延びている。半導体装置A41において、リード93は、支持部材10から離隔する配線部である。リード93は、半導体素子21の主面電極213に導通している。したがって、リード93は、半導体装置A41のゲート端子に相当する。リード93は、第1方向xについてリード91を基準としてリード92とは反対側に位置する。
図41などに示すように、リード93は、被覆部931、露出部932および接合面933を有する。被覆部931は、封止部材50に覆われている。露出部932は、被覆部931につながり、かつ封止部材50から露出している。露出部932は、第2方向yについて支持部材90が位置する側とは反対側に封止部材50から突出している。図示された例では露出部932は、真っ直ぐに延びているが、一部が屈曲していてもよい。露出部932の表面には、たとえば錫めっきが施されている。接合面933は、厚さ方向zについて支持部材90の主面901と同じ側を向く。接合面933は、被覆部931の一部に含まれる。厚さ方向zについて、接合面933の位置は、リード92の接合面923の位置と同一である。
図41などに示すように、リード91、リード92およびリード93は、第1方向xに沿って配列されている。リード91の露出部912、リード92の露出部922、および、リード93の露出部932は、後述する封止部材50の樹脂裏面52からの高さはいずれも等しい。
半導体装置A50では、半導体素子21は、導電性接合層219により、支持部材90に接合されている。半導体素子21の裏面電極211は、導電性接合層219を介して、支持部材90の支持面9010に導通接合されている。図示された例では、導電性接合層219の全体が、厚さ方向zについて、半導体素子21と支持部材90との間に位置する。この例と異なり、導電性接合層219の一部は、半導体素子21の各素子側面21cを覆うように構成されていてもよい。
図44に示すように、導電性接合層219は、第1面2191、第2面2192および第3面2193を有する。第1面2191は、厚さ方向z上方を向き、半導体素子21に対向する。第1面2191は、半導体素子21に接する。第2面2192は、厚さ方向z下方を向き、支持部材90に対向する。第2面2192は、支持部材90に接する。平面視において、第2面2192の面積は、第1面2191の面積よりも大である。第3面2193は、厚さ方向z上方を向き、第1面2191と第2面2192とに繋がる。第3面2193は、封止部材50(半導体装置A50では後述の被覆部501)に接する。本実施形態では、第3面2193は、第1面2191および第2面2192の各々に対して傾斜する。第3面2193は、第1面2191に繋がる側から第2面2192に繋がる側に向けて、厚さ方向zに直交する断面の面積が大きくなるように傾斜する。
図42に示すように、導電性接合層219は、たとえば平面視矩形状である。この例において、導電性接合層219の周縁219aは、平面視形状である。また、平面視において、導電性接合層219は、4つの角部219bを有する。4つの角部219bは、平面視における導電性接合層219の四隅に相当する。4つの角部219bはそれぞれ、平面視において湾曲していてよい。
半導体装置A50では、接続部材41は、図41などに示すように、半導体素子21の主面電極212とリード92の接合面923とに導電接合されている。これにより、リード92は、主面電極212に導通している。図43に示すように、接続部材41は、2つの接合部411,412および中間部413を有する。接合部411は、接続部材41の一端に位置するとともに、主面電極212に接合されている。接合部412は、接続部材41の他端に位置するとともに、接合面923に接合されている。中間部413は、2つの接合部411,412の間に介在し、2つの接合部411,412に繋がる。接続部材41がボンディングワイヤである例において、中間部413は、ループ部である。図示された例では、接続部材41の太さ(ワイヤ径)は、接続部材42の太さ(ワイヤ径)よりも大きいが、これに限定されない。
半導体装置A50では、接続部材42は、図41に示すように、半導体素子21の主面電極213と、リード93の接合面933とに導通接合されている。これにより、リード93は、主面電極213に導通している。図7に示すように、接続部材42は、2つの接合部421,422および中間部423を有する。接合部421は、接続部材42の一端に位置するとともに、主面電極213に接合されている。接合部422は、接続部材42の他端に位置するとともに、接合面933に接合されている。中間部423は、2つの接合部421,422の間に介在し、2つの接合部421,422に繋がる。接続部材42がボンディングワイヤである例において、中間部423は、ループ部である。
半導体装置A50の封止部材50は、半導体装置A10の封止部材50と同様に、樹脂主面51、樹脂裏面52および複数の樹脂側面531~534を有する。3つのリード91~93はそれぞれ、樹脂側面534から突き出ている。
図40および図41などに示すように、半導体装置A50の封止部材50は、2つの開口57を有する。図41に示すように、2つの開口57は、第1方向xについて互いに離れている。2つの開口57の各々は、樹脂主面51と、2つの樹脂側面533,534のいずれかとの双方から封止部材50の内方に向けて凹んでいる。2つの開口57の各々から、支持部材90の第2部90Bにおける主面901の一部が露出している。
図40、図41および図46に示すように、半導体装置A50の封止部材50は、取付部58を有する。取付部58は、樹脂主面51から樹脂裏面52に至って厚さ方向zに貫通する。図41に示すように、平面視において、取付部58は、支持部材90の第2部90Bの貫通部903に囲まれている。すなわち、平面視において、取付部58は、貫通部903に内包されている。
図46に示すように、半導体装置A50の封止部材50は、樹脂主面51および樹脂裏面52に繋がり、且つ、取付部58を規定する内周面581を有する。取付部58は、内周面581と樹脂主面51との境界である第1孔縁58Aと、内周面581と樹脂裏面52との境界である第2孔縁58Bとを含む。図46に示すように、平面視において、第1孔縁58Aは、第2孔縁58Bを囲んでいる。
図43、図45および図46に示すように、支持部材90の第2部90Bの厚さ方向zについての第2寸法t2と、樹脂裏面52から第2部90Bまでに至る封止部材50の部分の厚さ方向zについての第3寸法t3とは、互いに異なる。第2寸法t2は、第3寸法t3よりも大きい。
半導体装置A50の被覆部501は、支持面9010の厚さ方向z上方に位置する。本実施形態では、被覆部501は、支持面9010の非当接領域9012、導電性接合層219の第3面2193、および、半導体素子21を覆う。特に、被覆部501は、第2部90Bにおける主面901の全体を覆う。なお、先述の通り、本開示での「全面を覆う」とは、特段の断りがない限り、ある面の全体を厳密に覆っている場合に限定されず、製造上の精度などにより、覆いきれない部分を含んでいてもよい。たとえば、図3および図7に示す例では、主面901のうちの、平面視における開口57の周縁より少し内方の部分は、被覆部501に覆われていない。また、被覆部501は、導電性接合層219の全体を覆う。図42に示すように、被覆部501は、導電性接合層219の周縁219aを全周に渡って覆っている。このため、被覆部501は、平面視における導電性接合層219の四隅(4つの角部219b)を覆う。また、被覆部501は、図43~図45に示すように、接続部材41の接合部411の一部および接続部材42の接合部421の一部をそれぞれ覆う。
封止部502は、被覆部501の厚さ方向z上方に位置する。封止部502は、支持部材90(裏面902を除く)と、複数のリード91~93の各々の一部(各被覆部911,921,931)と、2つの接続部材41,42と、半導体素子21と、導電性接合層219とを覆う。封止部502の厚さは、被覆部501の厚さよりも大きい。
図44に示す被覆部501の厚さt501(厚さ方向zの寸法)と、図44に示す封止部材50の主面901から樹脂主面51までの厚さt50とは、たとえば1:40であるが、この比率は、何ら限定されない。本実施形態では、被覆部501の厚さt501は、たとえば0.1mm以上0.2mm以下であり、封止部材50の主面901から樹脂主面51までの厚さt50は、たとえば4mm程度である。被覆部501の厚さt501と、厚さt50とは、上記した例に限定されない。この被覆部501の厚さt501(厚さ方向zの寸法)は、たとえば、導電性接合層219の厚さ(厚さ方向zの寸法)と同程度である。このことは、先述の半導体装置A10においても同様であってもよい。
半導体装置A50では、露出端部80Aは、図41および図46に示すように、機能アセンブリASSY5のうちのリード91の各表面(上面、下面および側面)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。リード91が、樹脂側面534から突き出る例において、露出端部80Aは、樹脂側面534に位置する。
半導体装置A50では、露出端部80Bは、図41および図43に示すように、機能アセンブリASSY5のうちのリード92の各表面(上面、下面および側面)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。リード92が樹脂側面534から突き出る例において、露出端部80Bは、樹脂側面534に位置する。
半導体装置A50では、露出端部80Cは、図41および図45に示すように、機能アセンブリASSY5のうちのリード93の各表面(上面、下面および側面)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。リード93が樹脂側面534から突き出る例において、露出端部80Cは、樹脂側面534に位置する。
半導体装置A50では、露出端部80Dは、図45に示すように、機能アセンブリASSY5のうちの支持部材90(第2部90B)と、封止部材50との界面において外部に露出する部分である。
半導体装置A50の作用および効果は、次の通りである。
半導体装置A50では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY5と封止部材50との界面のうちの各露出端部80A~80Dの少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A50は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80A~80Dからの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A50は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY5の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A50は、他の半導体装置A10,A20,A30,A40と共通する構成により、当該半導体装置A10,A20,A30,A40と同様の効果を奏する。
半導体装置A50では、被覆部501は、導電性接合層219の第3面2193の全体を覆う。封止部材50の剥離は、導電性接合層219と封止部材50との界面において発生しうる。したがって、半導体装置A10では、導電性接合層219の第3面2193の全体が被覆部501で覆われていることで、封止部材50の剥離を抑制する効果をさらに高めることができる。
半導体装置A50では、被覆部501は、非当接領域9012の全体を覆う。封止部材50の剥離は、封止部材50と導電性接合層219との界面の次に、封止部材50と支持部材90との界面において発生しうる。したがって、半導体装置A50では、非当接領域9012の全体が被覆部501で覆われていることで、封止部材50の剥離を抑制する効果をさらに高めることができる。
図47は、第5実施形態の第1変形例にかかる半導体装置A51を示している。半導体装置A51は、半導体装置A50と比較して、被覆部501の形成範囲で異なる。半導体装置A51では、封止部材50の各開口57から支持部材90の一部が露出していたが、半導体装置A51では、この露出していた部分が、被覆部501で覆われている。
以上のように構成された半導体装置A51であっても、半導体装置A50と同様の効果を奏する。さらに、半導体装置A51では、封止部材50の各開口57において、支持部材90が露出していない。これにより、半導体装置A51は、半導体装置A50よりも意図せぬ短絡を抑制できる。
上記第1実施形態では、被覆部501は、支持部材90の主面901全体(第1部90Aにおける主面901および第2部90Bにおける主面901)を覆う例を示したが、この例と異なり、第2部90Bにおける主面901は、被覆部501に覆われていなくてよい(封止部502に接していてよい)。半導体素子21は、第1部90Aに接合されており、第1部90Aの下面(裏面902)は、封止部材50から露出している。この構成では、半導体素子21からの熱は、第1部90Aの下面(裏面902)から放出され、第2部90Bへの熱の伝達は、低減される。つまり、第2部90Bにおいて、封止部材50への熱負荷が小さくなるので、封止部材50の剥離は低減される。このような観点から、被覆部501は、第2部90Bにおける主面901を覆っていなくてよい。この場合、被覆部501の形成範囲を小さくできるので、先述の支持部材90の反り変形を抑制する上で好ましい。
図48~図50は、第5実施形態の第2変形例にかかる半導体装置A52を示している。半導体装置A52は、半導体装置A50と比較して、次の点で異なる。それは、被覆部501は、半導体素子21の素子主面21aを覆っていない点である。
半導体装置A52では、被覆部501は、開口501Aを有する。開口501Aは、被覆部501の上面(厚さ方向z上方を向く面)から被覆部501の下面(厚さ方向z下方を向く面)に至って厚さ方向zに貫通する。半導体装置A52では、開口501Aは、半導体素子21の各素子側面21cに沿って形成されており、各素子側面21cの一部ずつ(厚さ方向z下方側の部分)は、被覆部501に覆われている。半導体素子21(素子主面21a)は、当該開口501Aから露出する。このように、半導体素子21の素子主面21aが、被覆部501から露出していることから、半導体装置A52では、被覆部501の形成後に、2つの接続部材41,42を接続することが可能である。なお、半導体装置A52においても、半導体装置A50と同様に、被覆部501は、支持面9010の非当接領域9012の全面を覆う。
半導体装置A52においても、半導体装置A50と同様に、封止部材50は、被覆部501および封止部502を含み、被覆部501の塑性ひずみ域は、封止部502の塑性ひずみ域よりも大きい。したがって、半導体装置A52は、半導体装置A50と同様に、熱負荷による封止部材50の剥離を抑制できる。その他、半導体装置A52は、他の半導体装置A50,A51と共通する構成により、当該半導体装置A50,A51と同様の効果を奏する。
図51~図53は、第5実施形態の第3変形例にかかる半導体装置A53を示している。半導体装置A53は、半導体装置A52と比較して、次の点で異なる。それは、開口501Aにおいて、導電性接合層219の第3面2193の一部が露出する点である。
半導体装置A53では、平面視において、半導体素子21の周縁(複数の素子側面21c)は、開口501Aに内包されている。これにより、第3面2193の一部(半導体素子21寄りの部分)は、被覆部501から露出する。
以上のように構成された半導体装置A53であっても、半導体装置A52と同様の効果を奏する。半導体装置A53から理解されるように、本開示の半導体装置において、被覆部501は、半導体素子21に接していてもよいし、接していなくてもよい。ただし、封止部502と導電性接合層219との接触面積を小さくする上では、半導体装置A53よりも半導体装置A52の方が好ましい。
半導体装置A53では、図53に示すように、被覆部501は、第3面2193に沿って、徐々に厚さが変わる例を示したが、この例と異なり、図54に示すように、被覆部501の厚さは、一様であってもよい。
図55および図56は、第5実施形態の第4変形例にかかる半導体装置A54を示している。半導体装置A54は、半導体装置A53と比較して、次の点で異なる。それは、被覆部501は、平面視において環状に形成されている点である。
半導体装置A54では、被覆部501は、平面視において、周縁219aの全周に重なる。平面視において、被覆部501の外周縁は、導電性接合層219の周縁219aよりも外方に位置する。図示された例では、周縁219aは矩形であることから、被覆部501は、矩形環状である。なお、被覆部501は、平面視において周縁219aの全周に重なる形状であれば、矩形環状に限定されず、円環状でもよいし、楕円環状でもよいし、多角形環状でもよい。半導体装置A54では、開口501Aは、被覆部501の内周縁に相当する。つまり、平面視において、半導体装置A53と同様に半導体素子21の周縁(複数の素子側面21c)が開口501Aに内包されている半導体装置A54では、半導体素子21は、被覆部501の内周縁の内方に位置する。図56に示す例では、第3面2193上の被覆部501の厚さは、図53と同様に、徐々に変わっているが、この例と異なり、図56と同様に、一様であってもよい。
以上のように構成された半導体装置A54であっても、半導体装置A52と同様の効果を奏する。半導体装置A54から理解されるように、本開示の半導体装置において、被覆部501は、主面901の非当接領域9012の全面を覆うものに限定されない。
図57および図58は、第5実施形態の第5変形例にかかる半導体装置A55を示している。半導体装置A55は、半導体装置A50と比較して、次の点で異なる。それは、被覆部501が複数の部位に分割されている点である。
半導体装置A55では、被覆部501は、複数の分離部5010を含む。各分離部5010は、平面視における導電性接合層219の四隅(4つの角部219b)をそれぞれ個別に覆っている。
以上のように構成された半導体装置A55であっても、半導体装置A50と同様の効果を奏する。たとえば、半導体装置A55においても、半導体装置A50と同様に、バリア部材70を備える。したがって、半導体装置A55は、A50と同様に、機能アセンブリASSY5の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。また、半導体装置A55においても、半導体装置A50と同様に、封止部材50は、被覆部501および封止部502を含み、被覆部501の塑性ひずみ域は、封止部502の塑性ひずみ域よりも大きい。したがって、半導体装置A55は、半導体装置A50と同様に、熱負荷による封止部材50の剥離を抑制できる。その他、半導体装置A50は、他の半導体装置A50~A54と共通する構成により、当該半導体装置A50~A54と同様の効果を奏する。
第6実施形態:
図59は、第6実施形態にかかる半導体装置A60を示している。半導体装置A60は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。半導体装置A60は、機能アセンブリASSY1の代わりに、機能アセンブリASSY6を備える。つまり、半導体装置A60は、機能アセンブリASSY6、封止部材50およびバリア部材70を備える。
図59は、第6実施形態にかかる半導体装置A60を示している。半導体装置A60は、半導体装置A10と比較して、次の点で異なる。半導体装置A60は、機能アセンブリASSY1の代わりに、機能アセンブリASSY6を備える。つまり、半導体装置A60は、機能アセンブリASSY6、封止部材50およびバリア部材70を備える。
機能アセンブリASSY6は、絶縁基板95、配線パターン96、複数の貫通配線971および複数の外部電極972を備える。
絶縁基板95は、半導体素子21を支持する。絶縁基板95としては、たとえば絶縁性の半導体基板、セラミック基板、あるいは、絶縁性の樹脂基板などが採用されうる。封止部材50は、絶縁基板95上に形成されている。
配線パターン96は、絶縁基板95の上面(厚さ方向z上方を向く面)に形成されている。配線パターン96は、たとえばCuまたはCu合金を含むが、他の金属を含んでもよい。配線パターン96は、支持部材としての導体部961と、配線部としての複数の導体部962を含む。導体部961には、導電性接合層219を介して、半導体素子21(裏面電極211)が接合される。なお、半導体装置A60の半導体素子21が、図示しない裏面電極211を有する場合には、導電性接合層219を介して、導体部961に導通する。一方で、半導体装置A60の半導体素子21が裏面電極211を有しない場合には、導電性接合層219の代わりに、絶縁性の接合層を用いてもよい。たとえば、半導体素子21は、たとえば、横型構造のトランジスタおよび集積回路(IC:Integrated Circuit)などである場合に、裏面電極211を有しないことがある。複数の導体部962には、複数の接続部材40がそれぞれ個別に接合される。複数の接続部材40は、複数の接続部材41,42などと同様に、ボンディングワイヤである。
複数の貫通配線971はそれぞれ、絶縁基板95を厚さ方向zに貫通する。複数の貫通配線971は、複数の導体部962にそれぞれ個別に接続される。各貫通配線971は、たとえばCuまたはCu合金を含むが、他の金属を含んでもよい。
複数の外部電極972はそれぞれ、複数の貫通配線971にそれぞれ個別に接続される。複数の外部電極972は、複数の貫通配線971の下面(厚さ方向z下方を向く面)を覆う。複数の外部電極972はそれぞれ、単層の金属層で構成されてもよいし、複数の金属層の積層体で構成されてもよいし、はんだなどの接合用バンプでもよい。
半導体装置A60では、図59に示すように、露出端部80は、配線パターン96の導体部962と、封止部材50との界面において外部に露出する。そして、バリア部材70の保護部71は、当該露出端部80を覆う。また、図示された例では、バリア部材70は、樹脂主面51を覆う保護部73を有するが、保護部73を有していなくてもよい。また、半導体装置A60において、絶縁基板95と、封止部材50との界面にも、露出端部が存在する。よって、バリア部材70の保護部71は、この絶縁基板95と封止部材50との界面における露出端部を覆う。
半導体装置A60では、半導体装置A10と同様に、バリア部材70は、機能アセンブリASSY6と封止部材50との界面のうちの各露出端部80の少なくとも一部を覆う。したがって、半導体装置A60は、半導体装置A10と同様に、各露出端部80からの液体(たとえば水)や気体の侵入を、バリア部材70によって防ぐことができる。つまり、半導体装置A60は、半導体装置A10と同様に、機能アセンブリASSY6の劣化を抑制して、動作不良を抑制できる。その他、半導体装置A60は、他の半導体装置A10,A20,A30,A40,A50と共通する構成により、当該半導体装置A10,A20,A30,A40,A50と同様の効果を奏する。
本開示にかかる半導体装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、本開示の半導体装置は、以下の付記に関する実施形態を含む。なお、以下の付記における各構成要素の一例を、上記した実施形態(変形例を含む)での符号を用いて括弧書きで示すが、これに限定されるものではない。
付記1.
半導体素子(21)を含む機能アセンブリ(ASSY1)と、
前記半導体素子(21)を覆い、前記機能アセンブリ(ASSY1)に接する封止部材(50)と、
前記封止部材(50)よりも浸透性が低いバリア部材(70)と、
を備え、
前記機能アセンブリ(ASSY1)と前記封止部材(50)との界面は、外部に露出する少なくとも1つの露出端部(80A~80D)を有し、
前記バリア部材(70)は、前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)の少なくとも一部を覆う、半導体装置(A10)。
付記2.
前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)は、複数の露出端部(80A~80D)を含み、
前記バリア部材(70)は、前記複数の露出端部(80A~80D)の全てを覆う、付記1に記載の半導体装置(A10)。
付記3.
前記バリア部材(70)は、前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)に加え、前記封止部材(50)のうちの外部に露出する表面から前記機能アセンブリ(ASSY1)までの直線距離が150μm以下の部分を覆う、付記1または付記2のいずれかに記載の半導体装置(A20,A21)。
付記4.
前記バリア部材(70)のヤング率は、前記封止部材(50)のヤング率よりも高い、付記1ないし付記3のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記5.
前記バリア部材(70)の破断ひずみは、前記封止部材(50)の破断ひずみよりも小さい、付記1ないし付記4のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記6.
前記バリア部材(70)の線膨張係数は、前記封止部材(50)の線膨張係数よりも小さい、付記1ないし付記5のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記7.
前記機能アセンブリ(ASSY1)は、前記半導体素子(21)を支持する支持部材(10)と、前記半導体素子(21)を前記支持部材(10)に接合する接合層(219)とを、含む、付記1ないし付記6のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記7-1.
前記支持部材(10)は、絶縁基板(11)と、前記絶縁基板(11)の厚さ方向(z)の上下にそれぞれ個別に接合された主面配線層(12)および裏面配線層(13)とを含む、付記7に記載の半導体装置(A10)。
付記7-2.
前記接合層(219)は、導電性であって、前記主面配線層(12)と前記半導体素子(21)とを導通接合する、付記7-1に記載の半導体装置(A10)。
付記7-3.
前記接合層(219)は、はんだ、焼結金属または固相拡散接合用のインサート金属のいずれかである、付記7-2に記載の半導体装置(A10)。
付記7-4.
前記支持部材(90)は、ダイパッドである、付記7に記載の半導体装置(A50)。
付記8.
前記機能アセンブリ(ASSY5)は、前記支持部材(90)から離隔する導体(92,93)と、前記半導体素子(21)と前記導体(92,93)とを電気的に接続する接続部材(41,42)と、を含む、付記7に記載の半導体装置(A50)。
付記8-1.
前記半導体素子(21)は、前記半導体素子(21)の厚さ方向について互いに反対側を向く素子主面(21a)および素子裏面(21b)と、前記素子主面(21a)に配置された主面電極(212,213)と、前記素子裏面(21b)に配置された裏面電極(211)とを有する、付記8に記載の半導体装置(A10)。
付記8-2.
前記接続部材(41,42,401)は、前記主面電極(212,213)に導通接合されている、付記8-1に記載の半導体装置(A10,A11)。
付記8-3.
前記接続部材(41,42,401)は、ボンディングワイヤである、付記8に記載の半導体装置(A10,A11)。
付記9.
前記封止部材(50)は、前記機能アセンブリ(ASSY1)上に形成された被覆部(501)と、前記被覆部(501)上に形成された封止部(502)とを含む、付記7または付記8に記載の半導体装置(A10)。
付記10.
前記被覆部(501)は、前記機能アセンブリ(ASSY1)のうちの前記封止部(502)に対向する面の全体を覆う、付記9に記載の半導体装置(A10)。
付記10-1.
前記機能アセンブリは、ボンディングワイヤ(41,42,401)を含み、
前記被覆部(501)は、ボンディングワイヤ(41,42,401)の外周面を覆う、付記9または付記10に記載の半導体装置(A10,A11)。
付記11.
前記封止部(502)のヤング率は、前記被覆部(501)のヤング率よりも高く、前記バリア部材(70)のヤング率よりも低い、付記9または付記10に記載の半導体装置(A10)。
付記12.
前記封止部(502)の破断ひずみは、前記被覆部(501)の破断ひずみよりも小さく、且つ、前記バリア部材(70)の破断ひずみよりも大きい、付記9ないし付記11のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記13.
前記封止部(502)の線膨張係数は、前記被覆部(501)の線膨張係数よりも小さく、且つ、前記バリア部材(70)の線膨張係数よりも大きい、付記9ないし付記12のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記14.
前記被覆部(501)の塑性ひずみ域は、前記封止部(502)の塑性ひずみ域よりも大きい、付記9ないし付記13のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記14-1.
前記封止部(502)は、シリカフィラーを含有しており、
前記被覆部(501)は、シリカフィラーを含有していない、付記9なし付記14のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記15.
前記被覆部(501)は、ゴム材または樹脂材料を含む、付記9ないし付記14のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記16.
前記封止部(502)は、エポキシ樹脂を含む、付記9ないし付記15のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17.
前記バリア部材(70)は、アルミナを含む、付記1ないし付記16のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17-1.
前記バリア部材(70)は、絶縁性材料を含む、付記1ないし付記16のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17-2.
前記機能アセンブリ(ASSY1)は、前記封止部材(50)から突き出る端子(14)を備え、
前記端子(14)は、前記半導体素子(21)に導通しており、
前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)は、前記端子(14)と前記封止部材(50)との界面のうちの外部に露出する端部である、付記1ないし付記17のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17-2.
前記封止部材(50)は、前記端子(14)が突き出る第1面(531)を有し、
前記バリア部材(70)は、前記端子(14)の少なくとも一部を覆いつつ前記第1面(531)の少なくとも一部を覆う、付記17-1に記載の半導体装置(A10)。
付記1.
半導体素子(21)を含む機能アセンブリ(ASSY1)と、
前記半導体素子(21)を覆い、前記機能アセンブリ(ASSY1)に接する封止部材(50)と、
前記封止部材(50)よりも浸透性が低いバリア部材(70)と、
を備え、
前記機能アセンブリ(ASSY1)と前記封止部材(50)との界面は、外部に露出する少なくとも1つの露出端部(80A~80D)を有し、
前記バリア部材(70)は、前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)の少なくとも一部を覆う、半導体装置(A10)。
付記2.
前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)は、複数の露出端部(80A~80D)を含み、
前記バリア部材(70)は、前記複数の露出端部(80A~80D)の全てを覆う、付記1に記載の半導体装置(A10)。
付記3.
前記バリア部材(70)は、前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)に加え、前記封止部材(50)のうちの外部に露出する表面から前記機能アセンブリ(ASSY1)までの直線距離が150μm以下の部分を覆う、付記1または付記2のいずれかに記載の半導体装置(A20,A21)。
付記4.
前記バリア部材(70)のヤング率は、前記封止部材(50)のヤング率よりも高い、付記1ないし付記3のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記5.
前記バリア部材(70)の破断ひずみは、前記封止部材(50)の破断ひずみよりも小さい、付記1ないし付記4のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記6.
前記バリア部材(70)の線膨張係数は、前記封止部材(50)の線膨張係数よりも小さい、付記1ないし付記5のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記7.
前記機能アセンブリ(ASSY1)は、前記半導体素子(21)を支持する支持部材(10)と、前記半導体素子(21)を前記支持部材(10)に接合する接合層(219)とを、含む、付記1ないし付記6のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記7-1.
前記支持部材(10)は、絶縁基板(11)と、前記絶縁基板(11)の厚さ方向(z)の上下にそれぞれ個別に接合された主面配線層(12)および裏面配線層(13)とを含む、付記7に記載の半導体装置(A10)。
付記7-2.
前記接合層(219)は、導電性であって、前記主面配線層(12)と前記半導体素子(21)とを導通接合する、付記7-1に記載の半導体装置(A10)。
付記7-3.
前記接合層(219)は、はんだ、焼結金属または固相拡散接合用のインサート金属のいずれかである、付記7-2に記載の半導体装置(A10)。
付記7-4.
前記支持部材(90)は、ダイパッドである、付記7に記載の半導体装置(A50)。
付記8.
前記機能アセンブリ(ASSY5)は、前記支持部材(90)から離隔する導体(92,93)と、前記半導体素子(21)と前記導体(92,93)とを電気的に接続する接続部材(41,42)と、を含む、付記7に記載の半導体装置(A50)。
付記8-1.
前記半導体素子(21)は、前記半導体素子(21)の厚さ方向について互いに反対側を向く素子主面(21a)および素子裏面(21b)と、前記素子主面(21a)に配置された主面電極(212,213)と、前記素子裏面(21b)に配置された裏面電極(211)とを有する、付記8に記載の半導体装置(A10)。
付記8-2.
前記接続部材(41,42,401)は、前記主面電極(212,213)に導通接合されている、付記8-1に記載の半導体装置(A10,A11)。
付記8-3.
前記接続部材(41,42,401)は、ボンディングワイヤである、付記8に記載の半導体装置(A10,A11)。
付記9.
前記封止部材(50)は、前記機能アセンブリ(ASSY1)上に形成された被覆部(501)と、前記被覆部(501)上に形成された封止部(502)とを含む、付記7または付記8に記載の半導体装置(A10)。
付記10.
前記被覆部(501)は、前記機能アセンブリ(ASSY1)のうちの前記封止部(502)に対向する面の全体を覆う、付記9に記載の半導体装置(A10)。
付記10-1.
前記機能アセンブリは、ボンディングワイヤ(41,42,401)を含み、
前記被覆部(501)は、ボンディングワイヤ(41,42,401)の外周面を覆う、付記9または付記10に記載の半導体装置(A10,A11)。
付記11.
前記封止部(502)のヤング率は、前記被覆部(501)のヤング率よりも高く、前記バリア部材(70)のヤング率よりも低い、付記9または付記10に記載の半導体装置(A10)。
付記12.
前記封止部(502)の破断ひずみは、前記被覆部(501)の破断ひずみよりも小さく、且つ、前記バリア部材(70)の破断ひずみよりも大きい、付記9ないし付記11のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記13.
前記封止部(502)の線膨張係数は、前記被覆部(501)の線膨張係数よりも小さく、且つ、前記バリア部材(70)の線膨張係数よりも大きい、付記9ないし付記12のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記14.
前記被覆部(501)の塑性ひずみ域は、前記封止部(502)の塑性ひずみ域よりも大きい、付記9ないし付記13のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記14-1.
前記封止部(502)は、シリカフィラーを含有しており、
前記被覆部(501)は、シリカフィラーを含有していない、付記9なし付記14のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記15.
前記被覆部(501)は、ゴム材または樹脂材料を含む、付記9ないし付記14のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記16.
前記封止部(502)は、エポキシ樹脂を含む、付記9ないし付記15のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17.
前記バリア部材(70)は、アルミナを含む、付記1ないし付記16のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17-1.
前記バリア部材(70)は、絶縁性材料を含む、付記1ないし付記16のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17-2.
前記機能アセンブリ(ASSY1)は、前記封止部材(50)から突き出る端子(14)を備え、
前記端子(14)は、前記半導体素子(21)に導通しており、
前記少なくとも1つの露出端部(80A~80D)は、前記端子(14)と前記封止部材(50)との界面のうちの外部に露出する端部である、付記1ないし付記17のいずれかに記載の半導体装置(A10)。
付記17-2.
前記封止部材(50)は、前記端子(14)が突き出る第1面(531)を有し、
前記バリア部材(70)は、前記端子(14)の少なくとも一部を覆いつつ前記第1面(531)の少なくとも一部を覆う、付記17-1に記載の半導体装置(A10)。
A10~A15,A20,A21,A30,A31:半導体装置
A40,A41,A50~A55,A60:半導体装置
ASSY1,ASSY4,ASSY5,ASSY6:機能アセンブリ
10:支持部材 11:絶縁基板 11a:基板主面
11b:基板裏面 12:主面配線層
121~127,129:導体部
121a,122a,123a:パッド部
121b,122b,123b:パッド部
13:裏面配線層 14,15,16:電力端子
141,151,161:露出部 142,152,162:被覆部
149,159,169:導電性接合材
17,171~178:信号端子 179:導電性接合材
21,22:半導体素子 21a,22a:素子主面
21b,22b:素子裏面 21c,22c:素子側面
211,221:裏面電極
212,213,214,222,223,224:主面電極
219,229:導電性接合層 219a,229a:周縁
219b,229b:角部 2191:第1面
2192:第2面 2193:第3面
23,24:サーミスタ 31:導通部材
311:本体部 311a:貫通孔
312:接合部 313:接合部
32:導通部材 321:本体部 322:接合部
324:接合部 326:中間部 327:横梁部
33~36:導電性接合層 40~46,401,402:接続部材
411,412,421,422:接合部 413,423:中間部
50:封止部材 501:被覆部 501A:開口
5010:分離部 502:封止部 51:樹脂主面
52:樹脂裏面 531~534:樹脂側面
541,534,544:凹部 55:凹部 57:開口
58:取付部 581:内周面
58A:第1孔縁 58B:第2孔縁
601,602:信号基板 61:絶縁層 62:配線層
621~625:配線部 63:金属層 64:スリーブ
70:バリア部材 71,72,73:保護部
80,80A~80D:露出端部 90:支持部材
90A:第1部 90B:第2部 901:主面
9010:支持面 9011:当接領域
9012:非当接領域 902:裏面 903:貫通部
91,92,93:リード 911,921,931:被覆部
912,922,932:露出部 923,33:接合面
95:絶縁基板 96:配線パターン 961,962:導体部
971:貫通配線 972:外部電極
A40,A41,A50~A55,A60:半導体装置
ASSY1,ASSY4,ASSY5,ASSY6:機能アセンブリ
10:支持部材 11:絶縁基板 11a:基板主面
11b:基板裏面 12:主面配線層
121~127,129:導体部
121a,122a,123a:パッド部
121b,122b,123b:パッド部
13:裏面配線層 14,15,16:電力端子
141,151,161:露出部 142,152,162:被覆部
149,159,169:導電性接合材
17,171~178:信号端子 179:導電性接合材
21,22:半導体素子 21a,22a:素子主面
21b,22b:素子裏面 21c,22c:素子側面
211,221:裏面電極
212,213,214,222,223,224:主面電極
219,229:導電性接合層 219a,229a:周縁
219b,229b:角部 2191:第1面
2192:第2面 2193:第3面
23,24:サーミスタ 31:導通部材
311:本体部 311a:貫通孔
312:接合部 313:接合部
32:導通部材 321:本体部 322:接合部
324:接合部 326:中間部 327:横梁部
33~36:導電性接合層 40~46,401,402:接続部材
411,412,421,422:接合部 413,423:中間部
50:封止部材 501:被覆部 501A:開口
5010:分離部 502:封止部 51:樹脂主面
52:樹脂裏面 531~534:樹脂側面
541,534,544:凹部 55:凹部 57:開口
58:取付部 581:内周面
58A:第1孔縁 58B:第2孔縁
601,602:信号基板 61:絶縁層 62:配線層
621~625:配線部 63:金属層 64:スリーブ
70:バリア部材 71,72,73:保護部
80,80A~80D:露出端部 90:支持部材
90A:第1部 90B:第2部 901:主面
9010:支持面 9011:当接領域
9012:非当接領域 902:裏面 903:貫通部
91,92,93:リード 911,921,931:被覆部
912,922,932:露出部 923,33:接合面
95:絶縁基板 96:配線パターン 961,962:導体部
971:貫通配線 972:外部電極
Claims (17)
- 半導体素子を含む機能アセンブリと、
前記半導体素子を覆い、前記機能アセンブリに接する封止部材と、
前記封止部材よりも浸透性が低いバリア部材と、
を備え、
前記機能アセンブリと前記封止部材との界面は、外部に露出する少なくとも1つの露出端部を有し、
前記バリア部材は、前記少なくとも1つの露出端部の少なくとも一部を覆う、半導体装置。 - 前記少なくとも1つの露出端部は、複数の露出端部を含み、
前記バリア部材は、前記複数の露出端部の全てを覆う、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記バリア部材は、前記少なくとも1つの露出端部に加え、前記封止部材のうちの外部に露出する表面から前記機能アセンブリまでの直線距離が150μm以下の部分を覆う、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記バリア部材のヤング率は、前記封止部材のヤング率よりも高い、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記バリア部材の破断ひずみは、前記封止部材の破断ひずみよりも小さい、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記バリア部材の線膨張係数は、前記封止部材の線膨張係数よりも小さい、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記機能アセンブリは、前記半導体素子を支持する支持部材と、前記半導体素子を前記支持部材に接合する接合層とを、含む、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記機能アセンブリは、前記支持部材から離隔する導体と、前記半導体素子と前記導体とを電気的に接続する接続部材と、を含む、請求項7に記載の半導体装置。
- 前記封止部材は、前記機能アセンブリ上に形成された被覆部と、前記被覆部上に形成された封止部とを含む、請求項7または8に記載の半導体装置。
- 前記被覆部は、前記機能アセンブリのうちの前記封止部に対向する面の全体を覆う、請求項9に記載の半導体装置。
- 前記封止部のヤング率は、前記被覆部のヤング率よりも高く、前記バリア部材のヤング率よりも低い、請求項9または10に記載の半導体装置。
- 前記封止部の破断ひずみは、前記被覆部の破断ひずみよりも小さく、且つ、前記バリア部材の破断ひずみよりも大きい、請求項9ないし請求項11のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記封止部の線膨張係数は、前記被覆部の線膨張係数よりも小さく、且つ、前記バリア部材の線膨張係数よりも大きい、請求項9ないし請求項12のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記被覆部の塑性ひずみ域は、前記封止部の塑性ひずみ域よりも大きい、請求項9ないし請求項13のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記被覆部は、ゴム材または樹脂材料を含む、請求項9ないし請求項14のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記封止部は、エポキシ樹脂を含む、請求項9ないし請求項15のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記バリア部材は、アルミナを含む、請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024101687 | 2024-06-25 | ||
| JP2024-101687 | 2024-06-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2026004709A1 true WO2026004709A1 (ja) | 2026-01-02 |
Family
ID=98221859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2025/021909 Pending WO2026004709A1 (ja) | 2024-06-25 | 2025-06-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2026004709A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49114363A (ja) * | 1973-02-28 | 1974-10-31 | ||
| JPS51141351A (en) * | 1975-05-30 | 1976-12-06 | Hitachi Ltd | Electronic parts |
| JPS5372570A (en) * | 1976-12-10 | 1978-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPS58182252A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-25 | Nec Corp | 半導体装置 |
| WO2022239695A1 (ja) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
-
2025
- 2025-06-18 WO PCT/JP2025/021909 patent/WO2026004709A1/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49114363A (ja) * | 1973-02-28 | 1974-10-31 | ||
| JPS51141351A (en) * | 1975-05-30 | 1976-12-06 | Hitachi Ltd | Electronic parts |
| JPS5372570A (en) * | 1976-12-10 | 1978-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPS58182252A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-25 | Nec Corp | 半導体装置 |
| WO2022239695A1 (ja) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
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