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公開番号2021009970
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019124223
出願日20190703
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 23/28 20060101AFI20201225BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】信頼性の向上を図ることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置11aは、内部の空間30に第1部分41aおよび第1部分41aと離れて配置される第2部分42aを有するケース20と、回路パターン16a,16bを有し、ケース20内に配置される基板17a,17bと、半導体チップ21a〜21f,22a〜22fと、基板17a,17bおよび半導体チップ21a〜21f,22a〜22fを覆う充填剤40と、基板17a,17bの板厚方向に見て、第1部分41aから第2部分42aに至る流路43aを形成する仕切り部28a〜28dと、を備える。仕切り部28a〜28dは、第1部分41aから第2部分42aに至るように第1部分41aからケース20内の空間30に充填剤40を供給した場合に、流路43aを形成しない場合よりも第1部分41aから供給した充填剤40の流速が上がるように流路43aを形成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
内部の空間に第1部分および前記第1部分と離れて配置される第2部分を有するケースと、
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、
前記基板および前記半導体チップを覆う充填剤と、
前記基板の板厚方向に見て、前記第1部分から前記第2部分に至る流路を形成する仕切り部と、を備え、
前記仕切り部は、前記第1部分から前記第2部分に至るように前記第1部分から前記ケース内の空間に前記充填剤を供給した場合に、前記流路を形成しない場合よりも前記第1部分から供給した前記充填剤の流速が上がるように前記流路を形成する、半導体装置。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記流路は、前記基板を全域にわたって覆うように形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記流路は、前記第1部分から前記第2部分に至るまで、分岐することなく繋がっている、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記基板の板厚方向に見て、前記半導体チップは、前記流路上に配置される、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】
前記仕切り部は、平板状であって、前記基板に対して垂直に配置されている、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】
前記仕切り部は、前記ケースの内壁面に接続されている、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。
【請求項7】
前記基板の板厚方向に見て、前記ケースの内壁面は、長方形の形状を有し、
前記ケースの内壁面は、
第1内壁面と、
前記第1内壁面に対向する第2内壁面と、
前記第1内壁面および前記第2内壁面と連なる第3内壁面と、を含み、
前記半導体装置は、複数の前記仕切り部を備え、
前記複数の仕切り部は、
平板状の第1の仕切り部と、
平板状の第2の仕切り部と、を含み、
前記第1の仕切り部は、前記第1内壁面に対して垂直になるよう前記第1内壁面に接続され、
前記第2の仕切り部は、前記第2内壁面に対して垂直になるよう前記第2内壁面に接続される、請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記流路は、前記基板の板厚方向に見て、前記第1の仕切り部と前記第2の仕切り部とによって挟まれる第1領域を有し、
前記半導体チップは、前記第1領域に配置される、請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記基板の板厚方向に見て、
前記ケースの内壁面は、長方形の形状を有し、
前記ケースの内壁面は、
第1内壁面と、
前記第1内壁面に対向する第2内壁面と、
前記第1内壁面および前記第2内壁面と連なる第3内壁面と、
前記第1内壁面および前記第2内壁面と連なり、前記第3内壁面と対向する第4内壁面と、を含み、
前記仕切り部は、板状であって、
前記仕切り部は、前記第1内壁面に接続され、前記第3内壁面と間隔をあけて前記第3内壁面に沿って配置され、前記第1内壁面に接続される端部から前記第2内壁面側に位置する端部までの長さが前記第1内壁面と第2内壁面との距離よりも短い領域である第1仕切り領域と、
前記第1仕切り領域の、前記第1内壁面と接続される端部と反対側の端部に接続され、前記第2内壁面と間隔をあけて前記第2内壁面に沿って配置され、前記第1仕切り領域と接続される端部から前記第4内壁面側に位置する端部までの長さが前記第1仕切り領域と第4内壁面との距離よりも短い領域である第2仕切り領域と、
前記第2仕切り領域の、前記第1仕切り領域と接続される端部と反対側の端部に接続され、前記第4内壁面と間隔をあけて前記第4内壁面に沿って配置され、前記第2仕切り領域と接続される端部から前記第1内壁面側に位置する端部までの長さが前記第1仕切り領域の長さよりも短い領域である第3仕切り領域と、
前記第3仕切り領域の、前記第2仕切り領域と接続される端部と反対側の端部に接続され、前記第1内壁面と間隔をあけて前記第1内壁面に沿って配置され、前記第3仕切り領域と接続される端部から前記第1仕切り領域側に位置する端部までの長さが前記第2仕切り領域の長さよりも短い領域である第4仕切り領域と、を含み、
前記第1部分および前記第2部分のうちの一方は、前記第1仕切り領域と前記第3内壁面との間に配置され、
前記第1部分および前記第2部分のうちの他方は、前記第2仕切り領域と前記第4仕切り領域との間に配置される、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。

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 7,900 文字)【背景技術】
【0002】
回路パターンが形成された基板上に半導体チップを実装した半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。半導体装置は、基板を取り囲むケースを含む。ケースによって取り囲まれた空間に樹脂(充填剤)が配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−183656号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ケース内の空間には、充填剤が充填される。充填剤の中に気泡が含まれると、半導体装置の絶縁破壊を引き起こすおそれがある。このような半導体装置は、安定した動作が確保できず、信頼性が損なわれることになる。
【0005】
そこで、信頼性の向上を図ることができ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、内部の空間に第1部分および第1部分と離れて配置される第2部分を有するケースと、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、基板および半導体チップを覆う充填剤と、第1部分から第2部分に至る流路を形成する仕切り部と、を備える。仕切り部は、第1部分から第2部分に至るように第1部分からケース内の空間に充填剤を供給した場合に、流路を形成しない場合よりも第1部分から供給した充填剤の流速が上がるように流路を形成する。
【発明の効果】
【0007】
上記半導体装置によれば、信頼性の向上を図ることができる。
【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放熱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に示す半導体装置の概略斜視図である。
図3は、図1に示す半導体装置の概略断面図である。
図4は、図1に示す半導体装置の製造に用いる治具を半導体装置に併せて図示した概略斜視図である。
図5は、図4に示す治具を半導体装置に取り付けた状態を示す概略斜視図である。
図6は、実施の形態2における半導体装置の概略斜視図である。
図7は、図6に示す半導体装置の製造に用いる治具を半導体装置に併せて図示した状態を示す概略斜視図である。
図8は、実施の形態3における半導体装置の概略斜視図である。
図9は、図8に示す半導体装置において、半導体装置に含まれる蓋部を破線で示した概略斜視図である。
図10は、実施の形態4における半導体装置の概略平面図である。
図11は、実施の形態5における半導体装置の概略斜視図である。
【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、内部の空間に第1部分および第1部分と離れて配置される第2部分を有するケースと、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、基板および半導体チップを覆う充填剤と、基板の板厚方向に見て、第1部分から第2部分に至る流路を形成する仕切り部と、を備える。仕切り部は、第1部分から第2部分に至るように第1部分からケース内の空間に充填剤を供給した場合に、流路を形成しない場合よりも第1部分から供給した充填剤の流速が上がるように流路を形成する。
【0010】
ケースの外部からケース内の空間に充填剤を充填する際に、周囲にある空気を巻き込んでケース内に供給してしまうおそれがある。また、例えば半導体チップを回路パターン上に配置した基板の形状が複雑であると、充填剤が微細な部分に回り込みにくくなり、気泡が残存するおそれがある。充填剤が充填される空間内に気泡が存在すると、半導体装置の絶縁破壊を引き起こしやすくなる。よって、半導体装置の安定した動作を確保して半導体装置の信頼性を向上する観点から、充填剤が充填される空間内から気泡を取り除くことが求められる。
【0011】
本開示の半導体装置によると、上記仕切り部を含むため、第1部分から第2部分に至るように充填剤を供給した場合に、流路を形成しない場合よりも第1部分から供給した充填剤の流速を上げて、充填剤が充填される空間内に存在する気泡を下流側である第2部分側へ流しやすくすることができる。よって、充填剤が充填される空間内の気泡をケース外へ排出しやすくすることができる。その結果、半導体装置の安定した動作を確保して、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0012】
上記半導体装置において、流路は、基板を全域にわたって覆うように形成されていてもよい。このようにすることにより、気泡が残存するおそれを低減しながら、基板上を全て充填剤によって覆うようにすることができる。
【0013】
上記半導体装置において、流路は、第1部分から第2部分に至るまで、分岐することなく繋がっていてもよい。このようにすることにより、充填剤を供給する入り口を第1部分とし、充填剤が最後に到達する領域を第2部分として、第1部分から第2部分に至るまでの流路において確実に充填剤の流速を上げることができる。よって、気泡が残存するおそれをより低減することができる。
【0014】
上記半導体装置において、基板の板厚方向に見て、半導体チップは、流路上に配置されてもよい。半導体チップが配置される部分は充填剤が回り込みにくく、気泡が残存しやすい。このようにすることにより、半導体チップが配置される部分における流速を上げることができ、気泡が残存するおそれを確実に低減することができる。
【0015】
上記半導体装置において、仕切り部は、平板状であって、基板に対して垂直に配置されていてもよい。このようにすることにより、基板の板厚方向において、流路内の狭い部分と広い部分とが形成されるおそれを低減することができ、充填剤の流速が部分的に遅くなることを回避することができる。よって、気泡が残存するおそれをより確実に低減することができる。なお、基板に対して「垂直」とは幾何学的に厳密に基板に対して90度の角度をなすことに限らず、例えば基板に対する仕切り部の角度が85度以上95度以下のものも含むものである。
【0016】
上記半導体装置において、仕切り部は、ケースの内壁面に接続されていてもよい。このようにすることにより、仕切り部を容易に形成することができる。
【0017】
上記半導体装置において、基板の板厚方向に見て、ケースの内壁面は、長方形の形状を有してもよい。ケースの内壁面は、第1内壁面と、第1内壁面に対向する第2内壁面と、第1内壁面および第2内壁面と連なる第3内壁面と、を含んでもよい。半導体装置は、複数の仕切り部を備えてもよい。複数の仕切り部は、平板状の第1の仕切り部と、平板状の第2の仕切り部と、を含んでもよい。第1の仕切り部は、第1内壁面に対して垂直になるよう第1内壁面に接続されてもよい。第2の仕切り部は、第2内壁面に対して垂直になるよう第2内壁面に接続されてもよい。このようにすることにより、第1内壁面と第2内壁面との間の流路を折り返すようにして形成することができ、充填剤の流速を上げる流路を形成することが容易になる。なお、長方形の形状については、厳密に幾何学的に長方形の形状を有するもののみならず、長方形の四つの角部のうちの少なくとも一部が直角ではないものや丸みを帯びているもの、対向する辺同士が厳密に平行でないもの、直交する辺によって形成される角部の角度が厳密に90度でないものも含むものである。
【0018】
上記半導体装置において、流路は、基板の板厚方向に見て、第1の仕切り部と第2の仕切り部とによって挟まれる第1領域を有してもよい。半導体チップは、第1領域に配置されてもよい。このようにすることにより、半導体チップが配置される部分における流速を確実に上げて、気泡が残存するおそれを低減することができる。
【0019】
上記半導体装置において、基板の板厚方向に見て、ケースの内壁面は、長方形の形状を有してもよい。ケースの内壁面は、第1内壁面と、第1内壁面に対向する第2内壁面と、第1内壁面および第2内壁面と連なる第3内壁面と、第1内壁面および第2内壁面と連なり、第3内壁面と対向する第4内壁面と、を含んでもよい。仕切り部は、板状であって、仕切り部は、第1内壁面に接続され、第3内壁面と間隔をあけて第3内壁面に沿って配置され、第1内壁面に接続される端部から第2内壁面側に位置する端部までの長さが第1内壁面と第2内壁面との距離よりも短い領域である第1仕切り領域と、第1仕切り領域の、第1内壁面と接続される端部と反対側の端部に接続され、第2内壁面と間隔をあけて第2内壁面に沿って配置され、第1仕切り領域と接続される端部から第4内壁面側に位置する端部までの長さが第1仕切り領域と第4内壁面との距離よりも短い領域である第2仕切り領域と、第2仕切り領域の、第1仕切り領域と接続される端部と反対側の端部に接続され、第4内壁面と間隔をあけて第4内壁面に沿って配置され、第2仕切り領域と接続される端部から第1内壁面側に位置する端部までの長さが第1仕切り領域の長さよりも短い領域である第3仕切り領域と、第3仕切り領域の、第2仕切り領域と接続される端部と反対側の端部に接続され、第1内壁面と間隔をあけて第1内壁面に沿って配置され、第3仕切り領域と接続される端部から第1仕切り領域側に位置する端部までの長さが第2仕切り領域の長さよりも短い領域である第4仕切り領域と、を含んでもよい。第1部分および第2部分のうちの一方は、第1仕切り領域と第3内壁面との間に配置されてもよい。第1部分および第2部分のうちの他方は、第2仕切り領域と第4仕切り領域との間に配置されてもよい。
【0020】
このようにすることにより、第1部分および第2部分のうちの一方を長方形の角部付近とし、第1部分および第2部分のうちの他方を長方形の中央部付近として、渦巻き状に充填剤を充填させることができる。このようにすることによっても、充填剤が充填される空間内に気泡が残存するおそれを低減することができる。
【0021】
[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。
【0022】
(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放熱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に示す半導体装置の概略斜視図である。図3は、図1に示す半導体装置の概略断面図である。図3は、半導体チップを含み、X−Z平面に平行な面で切断した場合の断面図である。図3において、後述する仕切り部の図示を省略している。
【0023】
図1、図2および図3を参照して、実施の形態1における半導体装置11aは、放熱板12と、放熱板12上に配置される枠体13と、放熱板12上に配置される基板17a,17bと、板状の電極(バスバー)19a,19b,19c,19dと、端子18a,18b,18c,18dと、半導体チップ21a,21b,21c,21d,21e,21f,22a,22b,22c,22d,22e,22fと、充填剤40と、を備える。放熱板12および枠体13によって、半導体装置11aに備えられるケース20が構成される。ケース20は、内部の空間30に第1部分41aおよび第1部分41aと離れて配置される第2部分42aを有する。図1中の一点鎖線で、第1部分41aを示す。図1中の二点鎖線で、第2部分42aを示す。第1部分41aおよび第2部分42aについては、後述する。
【0024】
放熱板12は、金属製である。放熱板12は、例えば銅製である。放熱板12の表面には、ニッケルめっき処理が施されてもよい。放熱板12は、板厚方向に見て、X方向に延びる辺を長辺とし、Y方向に延びる辺を短辺とした長方形である。基板17a,17bは、放熱板12の一方の主面12a上に図示しないはんだによって接合される。放熱板12の他方の主面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。放熱板12の板厚方向および基板17a,17bの板厚方向は、Z方向である。
【0025】
枠体13は、例えば絶縁性を有する樹脂製である。枠体13は、第1の壁部13aと、第2の壁部13bと、第3の壁部13cと、第4の壁部13dと、を含む。第1の壁部13aと第2の壁部13bとは、放熱板12の板厚方向に見て放熱板12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。第3の壁部13cと第4の壁部13dとは、放熱板12の板厚方向に見て放熱板12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。ケース20の内壁面27a,27b,27c,27dを構成する枠体13の内壁面27a,27b,27c,27dは、放熱板12の板厚方向に見て、長方形である。具体的には、枠体13は、第1内壁面27aと、第1内壁面27aに対向する第2内壁面27bと、第1内壁面27aおよび第2内壁面27bと連なる第3内壁面27cと、第1内壁面27aおよび第2内壁面27bと連なり、第3内壁面27cと対向する第4内壁面27dと、を含む。枠体13は、放熱板12の一方の主面12a上に配置される。枠体13は、例えば接着剤により放熱板12に固定される。
【0026】
基板17aは、絶縁性を有する絶縁板14aと、回路パターン16aと、を有する。絶縁板14aは、例えばセラミック製である。絶縁板14aは、具体的にはAlN、SiNまたはAl



から構成される。絶縁板14aは、ガラス製であってもよい。回路パターン16aは、絶縁板14aの上に配置される。基板17aは、絶縁板14aの上に回路パターン16aを積層した構成である。回路パターン16aは、複数の回路板から構成される。本実施形態においては、回路パターン16aは、第1回路板15aと、第2回路板15bと、第3回路板15cと、第4回路板15dと、を含む。本実施形態においては、回路パターン16aは、銅配線である。同様に基板17bは、絶縁性を有する絶縁板14bと、銅配線である回路パターン16bと、を有する。回路パターン16bは、絶縁板14bの上に配置される。回路パターン16bは、第5回路板15eと、第6回路板15fと、第7回路板15gと、を含む。
【0027】
半導体チップ21a,21b,21c,22a,22b,22cは、回路パターン16aの第1回路板15a上に配置される。半導体チップ21d,21e,21f,22d,22e,22fは、回路パターン16bの第5回路板15e上に配置される。半導体チップ21a,21b,21c,21d,21e,21f,22a,22b,22c,22d,22e,22f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21a,21b,21c,21d,21e,21fは、例えばショットキーバリアダイオード(SBD)である。半導体チップ22a,22b,22c,22d,22e,22fは、例えば金属−酸化物−半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)である。
【0028】
電極19a,19b,19c,19dはそれぞれ、板状であって、金属製である。電極19a,19bは、第3の壁部13cに取り付けられている。電極19c,19dは、第4の壁部13dに取り付けられている。電極19a〜19d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19a〜19dは、それぞれ例えば、帯状の銅板を折り曲げて形成される。半導体装置11aは、電極19a〜19dによって外部との電気的な接続を確保する。なお、端子18a,18b,18c,18dも外部との電気的な接続を確保するために設けられている。端子18a,18bは、第4の壁部13dに取り付けられている。端子18c,18dは、第3の壁部13cに取り付けられている。
【0029】
電極19aと第1回路板15aとは、ワイヤ23aで接続されている。電極19bと第2回路板15bとは、ワイヤ23bで接続されている。電極19cと第5回路板15eとは、ワイヤ23cで接続されている。電極19dと第5回路板15eとは、ワイヤ23dで接続されている。半導体チップ21aと半導体チップ22aとは、ワイヤ24aで接続されている。半導体チップ21bと半導体チップ22bとは、ワイヤ24bで接続されている。半導体チップ21cと半導体チップ22cとは、ワイヤ24cで接続されている。半導体チップ21dと半導体チップ22dとは、ワイヤ24dで接続されている。半導体チップ21eと半導体チップ22eとは、ワイヤ24eで接続されている。半導体チップ21fと半導体チップ22fとは、ワイヤ24fで接続されている。半導体チップ22aと第4回路板15dとは、ワイヤ25aで接続されている。半導体チップ22bと第4回路板15dとは、ワイヤ25bで接続されている。半導体チップ22cと第4回路板15dとは、ワイヤ25cで接続されている。半導体チップ22dと第6回路板15fとは、ワイヤ25dで接続されている。半導体チップ22eと第6回路板15fとは、ワイヤ25eで接続されている。半導体チップ22fと第6回路板15fとは、ワイヤ25fで接続されている。
【0030】
第2回路板15bと第6回路板15fとは、ワイヤ29aで接続されている。第4回路板15dと第5回路板15eとは、ワイヤ29bで接続されている。端子18aと第3回路板15cとは、ワイヤ26aで接続されている。端子18bと第4回路板15dとは、ワイヤ26bで接続されている。端子18cと第6回路板15fとはワイヤ26cで接続されている。端子18dと第7回路板15gとは、ワイヤ26dで接続されている。また、半導体チップ22a,22b,22cと第3回路板15cとは、それぞれワイヤで接続されており、半導体チップ22d,22e,22fと第7回路板15gとは、それぞれワイヤで接続されている。ワイヤには、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。
(【0031】以降は省略されています)

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