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公開番号2020198351
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201210
出願番号2019103026
出願日20190531
発明の名称半導体装置
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 23/10 20060101AFI20201113BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体装置の製造に際し、タクトタイムの短縮が可能になる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置11aは、開口26を有する金属製の一体のケース12と、回路パターン14を有し、ケース12内に配置される基板13と、回路パターン14上に配置される半導体チップ15a,15bと、ケース12内の空間27の少なくとも一部を充填する充填材19と、開口26を覆う蓋部22と、を備える。ケース12の開口26を取り囲む端面24bには、凹部32a,32bが形成されている。ケース12は、凹部32a,32bを充填する樹脂製の第1部材33を含む。蓋部22は、端面24bに向かい合う位置に配置され、第1部材33と接合される樹脂製の第2部材30を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
開口を有する金属製の一体のケースと、
回路パターンを有し、前記ケース内に配置される基板と、
前記回路パターン上に配置される半導体チップと、
前記ケース内の空間の少なくとも一部を充填する充填材と、
前記開口を覆う蓋部と、を備え、
前記ケースの前記開口を取り囲む端面には、凹部が形成されており、
前記ケースは、前記凹部を充填する樹脂製の第1部材を含み、
前記蓋部は、前記端面に向かい合う位置に配置され、前記第1部材と接合される樹脂製の第2部材を含む、半導体装置。
続きを表示(約 540 文字)【請求項2】
前記ケースは、
前記基板を支持する平面状の第1面を有する底壁部と、
前記端面を有し、前記底壁部と連なって前記第1面と交差する方向に立ち上がる側壁部と、を含み、
前記第1面から前記充填材の表面までの高さは、前記第1面から前記端面までの高さよりも小さい、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記凹部を規定する空間は、
第1空間と、
前記凹部の深さ方向において前記第1空間よりも深い場所に位置する第2空間と、を含み、
前記凹部の深さ方向に見た平面視において、前記第2空間の外縁の少なくとも一部が、前記第1空間の外縁に取り囲まれる領域の外部に位置する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第1部材と前記第2部材とは、溶着されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記蓋部には、前記充填材の内部に至る突起が形成されている、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記凹部は、複数形成されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体装置に関するものである。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
絶縁基板、回路パターンおよび半導体チップを金属製の放熱板上に搭載した半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の半導体装置は、樹脂製のケースを備える。ケースは、基板を取り囲むように放熱板上に固定される。ケースは、接着剤によって放熱板上に固定される。ケースには、開口を覆うように蓋体が装着される。蓋体には係止爪が形成されている。蓋体は、係止爪をケースに嵌め込むこと(スナップフィット)により、ケースに装着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2011−54896号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1によると、樹脂製のケースは、接着剤により金属製の放熱板上に接合される。樹脂製のケースと金属製の放熱板との間の接着剤を硬化させるには、長時間にわたって高温状態を維持する必要がある。その結果、半導体装置を製造するために要する時間であるタクトタイムが増加することになる。
【0005】
そこで、半導体装置の製造に際し、タクトタイムの短縮が可能になる半導体装置を提供することを目的の1つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従った半導体装置は、開口を有する金属製の一体のケースと、回路パターンを有し、ケース内に配置される基板と、回路パターン上に配置される半導体チップと、ケース内の空間の少なくとも一部を充填する充填材と、開口を覆う蓋部と、を備える。ケースの開口を取り囲む端面には、凹部が形成されている。ケースは、凹部を充填する樹脂製の第1部材を含む。蓋部は、端面に向かい合う位置に配置され、第1部材と接合される樹脂製の第2部材を含む。
【発明の効果】
【0007】
上記半導体装置の製造に際し、タクトタイムの短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、実施の形態1における半導体装置を基板の板厚方向に見た場合の概略平面図である。
図2は、図1に示す半導体装置をII−IIで切断した場合の概略断面図である。
図3は、図1に示す半導体装置に含まれるケースの概略斜視図である。
図4は、図2に示す断面において、凹部を拡大した拡大断面図である。
図5は、図3に示すケースの第1の壁部の一部を、基板の板厚方向に見た図である。
図6は、実施の形態2における半導体装置に含まれる側壁部の一部を示す概略断面図である。
図7は、図6に示すケースの第1の壁部の一部を、基板の板厚方向に見た図である。
図8は、実施の形態3における半導体装置に含まれる側壁部の一部を示す概略断面図である。
図9は、図8に示すケースの第1の壁部の一部を、基板の板厚方向に見た図である。
図10は、実施の形態4における半導体装置に含まれるケースを示す概略斜視図である。
図11は、実施の形態5における半導体装置の概略断面図である。
図12は、実施の形態6における半導体装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に係る半導体装置は、開口を有する金属製の一体のケースと、回路パターンを有し、ケース内に配置される基板と、回路パターン上に配置される半導体チップと、ケース内の空間の少なくとも一部を充填する充填材と、開口を覆う蓋部と、を備える。ケースの開口を取り囲む端面には、凹部が形成されている。ケースは、凹部を充填する樹脂製の第1部材を含む。蓋部は、端面に向かい合う位置に配置され、第1部材と接合される樹脂製の第2部材を含む。
【0010】
本開示の半導体装置においては、一体のケース内に回路パターンを有する基板および半導体チップを配置している。よって、放熱板上に基板および半導体チップを配置し、基板を取り囲むように枠状のケースを放熱板上に固定する場合のように、放熱板と枠状のケースとを接着する必要がない。また、第1部材と第2部材との接合は、樹脂製の部材同士の接合であるため、樹脂製の部材と金属製の部材との接着に比べて、短時間で実施することができる。したがって、上記半導体装置の製造に際し、タクトタイムの短縮が可能になる。
【0011】
上記半導体装置において、ケースは、基板を支持する平面状の第1面を有する底壁部と、端面を有し、底壁部と連なって第1面と交差する方向に立ち上がる側壁部と、を含んでもよい。第1面から充填材の表面までの高さは、第1面から端面までの高さよりも低くてもよい。このようにすることにより、ケース内の空間に充填される充填材が硬化する前に、充填材が側壁部の端面を乗り越えて、蓋部と側壁部との間から流れ出るおそれを低減することができる。
【0012】
上記半導体装置において、凹部を規定する空間は、第1空間と、凹部の深さ方向において第1空間よりも深い場所に位置する第2空間と、を含んでもよい。凹部の深さ方向に見た平面視において、第2空間の外縁の少なくとも一部が、第1空間の外縁に取り囲まれる領域の外部に位置してもよい。このようにすることにより、凹部に充填された第1部材に凹部の深さ方向に離脱する力が働いた場合でも、第2空間を充填する第1部材が第1空間を通過できない。よって、第1部材が、凹部から外れるおそれを低減することができる。したがって、蓋部が半導体装置から外れるおそれを低減することができる。
【0013】
上記半導体装置において、第1部材と第2部材とは、溶着されてもよい。このようにすることにより、第1部材と第2部材とを短時間で接合することが容易になる。よって、タクトタイムの短縮を図ることが容易になる。
【0014】
上記半導体装置において、蓋部には、充填材の内部に至る突起が形成されていてもよい。このようにすることにより、ケース内の空間に充填される充填材が硬化した際に、充填材と突起とが連結される。よって、第1部材と第2部材との接合に加え、充填材と突起との連結により、蓋部を半導体装置に強固に固定することができる。したがって、蓋部が半導体装置から外れるおそれを低減することができる。
【0015】
上記半導体装置において、凹部は、複数形成されてもよい。このようにすることにより、複数の箇所で蓋部に含まれる第2部分と凹部に充填される第1部材とを接合することができる。よって、蓋部のケースへの固定をより確実にして、蓋部がケースから外れるおそれを低減することができる。
【0016】
[本開示の実施形態の詳細]
次に、本開示の半導体装置の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
【0017】
(実施の形態1)
本開示の実施の形態1における半導体装置の構成について説明する。図1は、実施の形態1における半導体装置を基板の板厚方向に見た場合の概略平面図である。図2は、図1に示す半導体装置をII−IIで切断した場合の概略断面図である。図3は、図1に示す半導体装置に含まれるケースの概略斜視図である。
【0018】
図1〜図3を参照して、実施の形態1における半導体装置11aは、開口26を有する一体のケース12と、回路パターン14を有し、ケース内12に配置される基板13と、回路パターン14上に配置される半導体チップ15a,15bと、板状の電極(バスバー)17a,17b,17cと、複数のワイヤ18a,18b,18cと、ケース12内の空間27の少なくとも一部を充填する充填材19と、開口26を覆う蓋部22と、を備える。
【0019】
ケース12は、金属製である。ケース12は、例えば銅製である。ケース12の表面には、ニッケルめっき処理が施されてもよい。ケース12は、底壁部16aと、側壁部16bと、を含む。
【0020】
底壁部16aは、板状である。底壁部16aの平面形状は、長方形である。底壁部16aは、板厚方向の一方側に位置する平面状の第1面12aと、第1面12aと基板13の板厚方向(Z方向)の反対側に位置する平面状の第2面12bと、を有する。基板13は、第1面12a上に、図示しないはんだによって接合される。第1面12aは、基板13を支持する。第2面12bには、例えば、放熱を効率的に行う放熱フィン(図示しない)等が取り付けられる場合がある。
【0021】
側壁部16bは、底壁部16aと連なって第1面12aと交差する方向に立ち上がる。本実施形態においては、側壁部16bは、第1面12aと垂直な方向に立ち上がる。本実施形態において、側壁部16bは、四角筒状である。側壁部16bの外周面24aは、基板13の板厚方向に見て、長方形の形状を有する。側壁部16bは、第1の壁部23aと、第2の壁部23bと、第3の壁部23cと、第4の壁部23dと、を含む。第1の壁部23aと第2の壁部23bとは、基板13の板厚方向に見て側壁部16bの外周面24aの長辺に対応する方向(X方向)において対向して配置される。第3の壁部23cと第4の壁部23dとは、基板13の板厚方向に見て側壁部16bの外周面24aの短辺に対応する方向(Y方向)において対向して配置される。
【0022】
側壁部16bは、ケース12の開口26を取り囲む端面24bを有する。側壁部16bにおいて、端面24bは、基板13の板厚方向において底壁部16aが位置する側と反対側に配置される。端面24bの形状は、平面状である。ケース12の具体的な構成については、後に詳述する。
【0023】
基板13は、絶縁板21と、回路パターン14と、を有する。絶縁板21は、例えばセラミック製である。絶縁板21は、具体的にはAlN、SiNまたはAl



から構成される。絶縁板21は、ガラス製であってもよい。回路パターン14は、絶縁板21の上に配置される。基板13は、絶縁板21の上に回路パターン14を積層した構成である。回路パターン14は、第1回路板14aと、第2回路板14bと、第3回路板14cと、第4回路板14dと、を含む。本実施形態においては、回路パターン14は、銅配線である。
【0024】
半導体チップ15a,15bは、回路パターン14上に配置される。具体的には、半導体チップ15a,15bは、第2回路板14b上に配置される。半導体チップ15a,15bは、ワイドバンドギャップ半導体を含む。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、SiC、GaN等といった化合物半導体が挙げられる。半導体チップ15a、15bは、例えば電界効果トランジスタである。
【0025】
電極17a,17b,17cはそれぞれ、板状であって、金属製である。電極17a〜17cは、それぞれ屈曲した帯状の形状を有する。本実施形態においては、電極17a〜17cは、それぞれ例えば、帯状の銅板を折り曲げて形成される。電極17aは、X−Y平面に平行であって回路パターン14に接合される接合部28aと、接合部28aに連なり、Y−Z平面に平行な本体部29aと、を含む。電極17bは、X−Y平面に平行であって回路パターン14に接合される接合部28bと、接合部28bに連なり、Y−Z平面に平行な本体部29bと、を含む。電極17cは、X−Y平面に平行であって回路パターン14に接合される接合部28cと、接合部28cに連なり、Y−Z平面に平行な本体部29cと、を含む。半導体装置11aは、電極17a〜17cによって外部との電気的な接続を確保する。
【0026】
電極17aと回路パターン14とは、接合部28aと第1回路板14aとが直接接合されることにより電気的に接続される。電極17bと回路パターン14とは、接合部28bと第3回路板14cとが直接接合されることにより電気的に接続される。半導体チップ15a,15bのゲート電極と回路パターン14の第3回路板14cとは、それぞれワイヤ18aで電気的に接続される。半導体チップ15a,15bのソース電極と回路パターン14の第4回路板14dとは、それぞれワイヤ18bで電気的に接続される。半導体チップ15a,15bのゲート電極およびソース電極が配置される側とは反対側の面に位置するそれぞれのドレイン電極と回路パターン14の第2回路板14bとは、図示しないはんだで電気的に接続される。回路パターン14の第1回路板14aと回路パターン14の第2回路板14bとは、ワイヤ18cで接続される。ワイヤ18a〜18cには、アルミニウム太線を採用してもよいし、リボンワイヤを採用してもよい。
【0027】
充填材19は、ケース12内の空間27の少なくとも一部を充填する。充填材19は、回路パターン14を有する基板13と、半導体チップ15a,15bと、電極17aの接合部28aおよび本体部29aの一部と、電極17bの接合部28bおよび本体部29bの一部と、電極17cの接合部28cおよび本体部29cの一部と、を覆うように配置される。底壁部16aの第1面12aから充填材19の表面19aまでの高さH

が、第1面12aから端面24bまでの高さH

よりも小さい。本実施形態においては、充填材19は、ケース12内の空間27において、蓋部22との間に隙間を有するように充填される。充填材19の材質としては、例えば、絶縁性および耐熱性が高い樹脂が採用される。具体的には、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂やフェノール樹脂等が採用される。
【0028】
蓋部22は、平板状である。蓋部22は、開口26を覆う。蓋部22は、板厚方向の一方側に位置する平面状の第1面22aと、第1面22aと板厚方向の反対側に位置する平面状の第2面22bと、外周面22eと、を有する。蓋部22は、第1面22aが外部に露出するようにケース12に取り付けられる。蓋部22は、第2面22bと充填材19の表面19aとが対向するように配置される。蓋部22には、板厚方向に貫通する2つの貫通孔22c,22dが形成されている。電極17aは、本体部29aが貫通孔22cを貫通するように配置される。電極17bは、本体部29bが貫通孔22dを貫通するように配置される。蓋部22は、端面24bに向かい合う位置に配置され、後述する第1部材33と接合される樹脂製の第2部材30を含む。第2部材30は、蓋部22の外周面22cに沿って連なるように配置される。第2部材30の材質としては、具体的には例えばPPS(Polyphenylenesulfide)樹脂が採用される。
【0029】
ケース12には、複数、本実施形態においては2つの凹部32a,32bが形成されている。凹部32a,32bはそれぞれ、ケース12の開口26を取り囲む端面24bに形成されている。本実施形態においては、凹部32aは、第1の壁部23aの端面24bに形成されている。凹部32bは、第2の壁部23bの端面24bに形成されている。ケース12は、凹部32a,32bを充填する樹脂製の第1部材33を含む。第1部材33の材質としては、例えばPPS樹脂が採用される。
【0030】
第1部材33と第2部材30とは、接合されている。本実施形態においては、第1部材33と第2部材30とは、溶着されている。具体的には、例えば第1部材33と第2部材30とを接触させた状態で接触させた部分にレーザー光を照射することにより、第1部材33と第2部材30とが溶着されている(レーザー溶着)。なお、第1部材33と第2部材30を接触させた状態で超音波による振動のエネルギーを接触させた部分に付与することにより、第1部材33と第2部材30とが溶着されていてもよい(超音波溶着)。
(【0031】以降は省略されています)

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