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公開番号2021027089
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019142051
出願日20190801
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 23/36 20060101AFI20210125BHJP(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、製造コストの上昇が抑制された半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置11は、回路パターン14を有する基板13と、回路パターン13に接合される半導体チップ15cと、板状の電極17cと、を備える。電極17cは、本体部31と、本体部31の厚みよりも薄く、本体部31から第1の方向に突出し、基板13の厚み方向に撓むことが可能な板ばね部32と、を含む。板ばね部32は、回路パターン14または半導体チップ15cと接合された、平板状の形状を有する平坦部36を含む。本体部31および板ばね部32は、一つの金属板から構成される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
回路パターンを有する基板と、
前記回路パターンに接合される半導体チップと、
板状の電極と、を備え、
前記電極は、
本体部と、
前記本体部の厚みよりも薄く、前記本体部から第1の方向に突出し、前記基板の厚み方向に撓むことが可能な板ばね部と、を含み、
前記板ばね部は、前記回路パターンまたは前記半導体チップと接合された、平板状の形状を有する平坦部を含み、
前記本体部および前記板ばね部は、一つの金属板から構成される、半導体装置。
続きを表示(約 590 文字)【請求項2】
前記電極は、帯状の形状を有し、
前記板ばね部は、前記電極の幅方向の両端部を含んで前記電極の幅方向の全域にわたって形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記電極は、帯状の形状を有し、
前記板ばね部は、前記電極の幅方向の両端部から離れた位置に配置されており、
前記本体部は、
第1部分と、
前記電極の長手方向において前記第1部分との間に前記板ばね部を挟んで配置される第2部分と、
前記電極の幅方向において前記板ばね部を挟んで配置され、前記第1部分と前記第2部分とを連結する一対の連結部と、を含む、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記板ばね部は、前記第1部分と前記第2部分とを接続し、前記基板側に凸状となるように湾曲した形状を有し、
前記板ばね部は、前記一対の連結部のそれぞれと離れている、請求項3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記電極は、銅製である、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】
前記本体部の厚みは、1.0mm以上2.0mm以下であり、
前記板ばね部の厚みは、0.2mm以上0.5mm以下である、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 5,700 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放熱用の金属ベース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)。半導体装置は、半導体装置の外部と電気的に接続される電極を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
国際公開第2015/079600号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体装置には、温度が変化した場合でも安定して動作するという信頼性が求められる。また、製造コストの上昇を抑制することも求められる。
【0005】
そこで、信頼性の向上を図ることができ、製造コストの上昇が抑制された半導体装置を提供することを目的の一つとする。
【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、回路パターンを有する基板と、回路パターンに接合される半導体チップと、板状の電極と、を備える。電極は、本体部と、本体部の厚みよりも薄く、本体部から第1の方向に突出し、基板の厚み方向に撓むことが可能な板ばね部と、を含む。板ばね部は、回路パターンまたは半導体チップと接合された、平板状の形状を有する平坦部を含む。本体部および板ばね部は、一つの金属板から構成される。
【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、製造コストの上昇を抑制することができる。
【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に示す半導体装置をII−IIで切断した場合の概略断面図である。
図3は、電極に含まれる第1部分、板ばね部および第2部分の一部を示す概略側面図である。
図4は、実施の形態1における半導体装置に含まれる電極の材料である金属板の一部を厚み方向に見た概略平面図である。
図5は、図4に示す金属板の一部の概略側面図である。
図6は、加圧治具を接触させた状態を示す概略側面図である。
図7は、超音波ツールのヘッドを平坦部に接触させた状態を示す図である。
図8は、実施の形態2における半導体装置に含まれる半導体チップおよび電極の一部を示す概略側面図である。
図9は、実施の形態3における半導体装置に含まれる電極の一部を厚み方向に見た概略平面図である。
図10は、図9に示す電極の一部をX−Xで切断した場合の概略断面図である。
図11は、実施の形態3における半導体装置の電極の材料である金属板の一部を示す概略平面図である。
図12は、図11に示す金属板の一部をXII−XIIで切断した場合の概略断面図である。
図13は、実施の形態4における半導体装置に含まれる電極の一部を厚み方向に見た概略平面図である。
図14は、図13に示す電極の一部の概略側面図である。
図15は、実施の形態4における半導体装置に含まれる電極の材料である金属板の一部を示す概略平面図である。
図16は、図15に示す電極の材料をXVI−XVIで切断した場合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。本開示の半導体装置は、回路パターンを有する基板と、回路パターンに接合される半導体チップと、板状の電極と、を備える。電極は、本体部と、本体部の厚みよりも薄く、本体部から第1の方向に突出し、基板の厚み方向に撓むことが可能な板ばね部と、を含む。板ばね部は、回路パターンまたは半導体チップと接合された、平板状の形状を有する平坦部を含む。本体部および板ばね部は、一つの金属板から構成される。
【0010】
半導体装置において、大電流を効率的に流す観点から、ボンディングワイヤを用いずに、回路パターンまたは半導体チップと電極とをはんだで接合する場合がある。しかし、半導体チップまたは回路パターンが接合された電極と基板との間の線膨張係数の差に起因して、温度変化時にはんだで接合した部分にクラックが生じるおそれがある。そうすると、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
【0011】
本開示の半導体装置は、本体部と、本体部の厚みよりも薄く、本体部から第1の方向に突出し、厚み方向に撓むことが可能な板ばね部を含む板状の電極を備える。板ばね部は基板の厚み方向に撓むことができるため、温度変化時に基板と電極との間の線膨張係数の差に起因して生じる歪みを、板ばね部が厚み方向に撓んで吸収することができる。よって、半導体チップまたは回路パターンと電極とが接合された部分に生じる応力を緩和することができる。したがって、温度が変化した場合であっても、クラックが生じるおそれを低減することができる。その結果、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【0012】
本体部および板ばね部は、一つの金属板から構成される。よって、例えば電極に板ばね部を取り付ける作業を省略することができる。板ばね部は、回路パターンまたは半導体チップと接合された、平板状の形状を有する平坦部を含む。半導体装置の製造時には、例えば超音波ツールを用いた接合により、容易に板ばね部と回路パターンまたは半導体チップとを接合することができる。その結果、製造コストの上昇を抑制することができる。
【0013】
以上より、本開示の半導体装置によれば、信頼性の向上を図ることができ、製造コストの上昇を抑制することができる。
【0014】
上記半導体装置において、電極は、帯状の形状を有してもよい。板ばね部は、板ばね部は、電極の幅方向の両端部を含んで電極の幅方向の全域にわたって形成されてもよい。このようにすることにより、板ばね部が厚み方向に撓みやすくなるため、半導体チップまたは回路パターンと電極とが接合された部分に生じる応力を緩和することが容易になる。したがって、より半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【0015】
上記半導体装置において、電極は、帯状の形状を有してもよい。板ばね部は、電極の幅方向の両端部から離れた位置に配置されてもよい。本体部は、第1部分と、電極の長手方向において第1部分との間に板ばね部を挟んで配置される第2部分と、電極の幅方向において板ばね部を挟んで配置され、第1部分と第2部分とを連結する一対の連結部と、を含んでもよい。このように、厚みの薄い板ばね部を第1部分、第2部分および一対の連結部によって取り囲むことにより、本体部に十分な剛性を付与しつつ、板ばね部を有する電極を得ることが容易となる。
【0016】
上記半導体装置において、板ばね部は、第1部分と第2部分とを接続し、基板側に凸状となるように湾曲した形状を有してもよい。板ばね部は、一対の連結部のそれぞれと離れていてもよい。このようにすることにより、板ばね部を一層撓みやすくすることができる。
【0017】
上記半導体装置において、電極は、銅製であってもよい。銅製の電極は、導電性が良好であるため、半導体装置の電極として好適である。
【0018】
上記半導体装置において、本体部の厚みは、1.0mm以上2.0mm以下であってもよい。板ばね部の厚みは、0.2mm以上0.5mm以下であってもよい。本体部の厚みおよび板ばね部の厚みをこのような数値範囲とすることで、本体部の導電性および剛性を確保しつつ、厚み方向に撓むことが可能な板ばね部を有する電極を得ることが容易となる。
【0019】
[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。
【0020】
(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11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11をII−IIで切断した場合の概略断面図である。
【0021】
図1および図2を参照して、実施の形態1における半導体装置11は、放熱板12と、回路パターン14を有し、放熱板12上にはんだ部19によって接合される基板13と、回路パターン14にはんだ部20によって接合される複数の半導体チップ15a,15b,15cと、枠体16と、複数の板状の電極(バスバー)17a,17b,17cと、複数のワイヤ18a,18b,18cとを備える。本実施形態では、半導体装置11は、3つの半導体チップ15a〜15c、3つの電極17a〜17cおよび8本のワイヤ18a〜18cを備える。
【0022】
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いる。放熱板12の平面形状は、長方形である。基板13は、放熱板12の一方の主面12a上にはんだ部19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。
【0023】
基板13は、金属板21と、絶縁板22と、回路パターン14と、を含む。金属板21は、例えば銅製である。絶縁板22は、例えばセラミック製である。絶縁板22は、具体的にはAlN、SiNまたはAl



から構成される。絶縁板22は、ガラス製であってもよい。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】
金属板21と絶縁板22とは接合されている。回路パターン14と絶縁板22とは接合されている。基板13は、厚み方向において金属板21と回路パターン14によって絶縁板22を挟むようにして、金属板21と絶縁板22と回路パターン14とが積層された構造を有する。
【0025】
回路パターン14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。
【0026】
半導体チップ15a〜15cは、はんだ部20によって回路パターン14にそれぞれ接合される。具体的には、半導体チップ15a,15bは、第3回路板14cに接合される。半導体チップ15cは、第4回路板14dに接合される。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。
【0027】
枠体16は、例えば絶縁性を有する樹脂製である。本実施形態において、枠体16は、四角筒状である。枠体16の外周面16cは、基板13の板厚方向(Z方向)に見て、長方形の形状を有する。枠体16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とから構成される。第1の壁部23aと第2の壁部23bとは、基板13の板厚方向に見て枠体16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の板厚方向に見て枠体16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。
【0028】
枠体16は、放熱板12上に配置される。具体的には、枠体16のうちの放熱板12側に位置する第1の面16aと放熱板12の一方の主面12aとが接触して配置される。面16aは、平面である。枠体16の外周面16cと放熱板12の外周面12cとが同一平面を構成するように配置される。枠体16は、例えば接着剤により放熱板12に固定される。
【0029】
枠体16は、外周面16cに連なり、一方の面16aと放熱板12の板厚方向において間隔をあけて形成される面16bを含む。面16bは、平面である。面16aと面16bとは平行である。枠体16は、面16bに連なり、外周面16cと間隔をあけて外周面16cと平行となるよう形成される第1の内周面16dを含む。枠体16は、第1の内周面16dと連なり、面16a,16bとそれぞれ平行となるよう形成される面16eを含む。枠体16は、面16a,16eと連なり、外周面16cおよび第1の内周面16dと平行となるように形成される第2の内周面16fを含む。放熱板12の厚み方向に見て、内周面16fは、内周面16dよりも基板13の中央側に配置される。なお、面16a,16b,16eはそれぞれ、X−Y平面に平行である。面16c,16d,16fはそれぞれ、Y−Z平面に平行である。
【0030】
電極17a〜17cは、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、帯状の金属の部材を折り曲げて形成される。半導体装置11は、電極17a〜17cによって外部との電気的な接続を確保する。3つの電極17a〜17cは、それぞれ枠体16に取り付けられている。具体的には、電極17aおよび電極17bは、Y方向に間隔をあけて枠体16の第1の壁部23aに取り付けられる。電極17cは、第2の壁部23bに取り付けられる。
(【0031】以降は省略されています)

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