(57)【要約】【課題】半導体装置において、信号端子と信号パッドとを接合するはんだが意図しない範囲まで過大に濡れ広がることを防止する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、一端が信号パッドにはんだ層を介して接合された信号端子とを備える。当該信号端子には、当該信号端子の他端側からはんだ層に隣接する凹部が設けられている。また、当該信号端子の凹部の底面には、当該信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている。【選択図】図２
2020113582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号パッドを有する半導体素子と、
一端が前記信号パッドにはんだ層を介して接合された信号端子と、
を備え、
前記信号端子には、前記信号端子の他端側から前記はんだ層に隣接する凹部が設けられており、
前記凹部の底面には、前記信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている、
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、信号端子と、半導体素子に接合された導体層が一方側に設けられた放熱部材とを備える。信号端子は、当該導体層にはんだ層を介して接合されることによって、半導体素子の信号パッドに電気的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９６５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した半導体装置では、信号端子の一端が、導体層を介して、半導体素子の信号パッドへ接続されている。これに対して、信号端子の一端を、半導体素子の信号パッドへ直接的に接合して、半導体装置の小型化を図ることが考えられる。しかしながら、信号端子は細長い部材であることから、信号端子の一端を半導体素子の信号パッドへ接合するときに、当該一端の位置が安定せず、信号パッドに対して意図せず近接することがある。信号端子の一端と信号パッドとの間が過度に近接すると、それら二つの部材の間からはんだが溢れるおそれがある。この場合、溢れ出たはんだが他の配線部分（例えば、隣接する他の信号パッド等）にまで濡れ広がることにより、半導体装置に短絡が生じるおそれがある。本明細書では、信号端子と信号パッドとを接合するはんだの過大な濡れ広がりを防止し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、一端が信号パッドにはんだ層を介して接合された信号端子とを備え、信号端子には、信号端子の他端側からはんだ層に隣接する凹部が設けられており、凹部の底面には、信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている。
【０００６】
上記した半導体装置の信号端子には、はんだ層に隣接する位置に、凹部が設けられている。このような構成によると、信号端子の一端と半導体素子との間から溢れたはんだを凹部によって収容し、はんだの過剰な濡れ広がりを抑制することができる。さらに、凹部の底面には、信号端子の長手方向に沿って溝が形成されている。このような構成によると、凹部へ流れ込んだ余剰のはんだが、信号端子の長手方向に沿って案内されることで、より多くのはんだを凹部によってスムーズに収容することができる。従って、はんだが意図しない範囲まで過大に濡れ広がり、例えば半導体装置を短絡させるといった問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例の半導体装置１０の内部構造を示す断面図。
【図２】信号端子１８の構造を説明する下面図。
【図３】信号端子１８の溝１８ｄのいくつかの実施形態を示す図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。
【図４】信号端子１８の一端１８ａに設けられた凸部のいくつかの実施形態を示す図であって、図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図。
【図５】信号端子１８の一端の１８ａの形状のいくつかの実施形態を示す下面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して、実施例の半導体装置１０について説明する。半導体装置１０は、電力制御装置に採用され、例えばインバータやコンバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。ここでいう電力制御装置は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車等に搭載される。
【０００９】
図１に示すように、半導体装置１０は、半導体素子１２、信号端子１８及び封止体２０を備える。半導体素子１２は、封止体２０の内部に封止されている。封止体２０は、例えばエポキシ樹脂といった絶縁性を有する材料を用いて構成されている。信号端子１８は、封止体２０から外部に向かって突出して延びている。信号端子１８は、封止体２０の内部において、半導体素子１２と電気的に接続されている。
【００１０】
半導体素子１２は、パワー半導体素子であって、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。但し、半導体素子の数や種類については、特に限定されない。半導体素子１２を構成する材料には、例えばケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は他の種類の半導体材料を採用することができる。半導体素子１２は、一対の主電極１２ａ、１２ｂと、信号端子１８に接続される信号パッド１２ｃを有する。一対の主電極１２ａ、１２ｂには、第１主電極１２ａと第２主電極１２ｂとが含まれている。第１主電極１２ａ及び信号パッド１２ｃは、半導体素子１２の一方の表面に位置しており、第２主電極１２ｂは、半導体素子１２の他方の表面に位置している。一対の主電極１２ａ、１２ｂ及び信号パッド１２ｃは、アルミニウム系又は他の金属といった導体材料を用いて構成されている。
【００１１】
半導体装置１０は、下側放熱板１４と上側放熱板１６を備える。放熱板１４、１６は、概して直方体形状の部材であり、例えば、銅又は他の金属といった導体材料を用いて構成されている。下側放熱板１４は、第１主表面１４ａと、第１主表面１４ａの反対側に位置する第２主表面１４ｂを有する。下側放熱板１４の第１主表面１４ａは、半導体素子１２の第２主電極１２ｂにはんだ層２２を介して接合される。従って、下側放熱板１４は、半導体素子１２と電気的に接続される。下側放熱板１４の第２主表面１４ｂは、封止体２０の一方の面において露出される。
【００１２】
上側放熱板１６も、下側放熱板１４と同様に、第１主表面１６ａと、第１主表面１６ａの反対側に位置する第２主表面１６ｂを有する。上側放熱板１６は、第２主表面１６ｂから突出するスペーサ部１６ｃを一体に有し、この点に関して、下側放熱板１４とは異なる。但し、上側放熱板１６の実施形態はこれに特に限定されず、別体の部材である導体スペーサを用いて構成されていてもよい。スペーサ部１６ｃは、必ずしも必要としないが、これにより、信号端子１８を信号パッド１２ｃに接合するスペースを確保することができる。上側放熱板１６の第２主表面１６ｂは、半導体素子１２の第１主電極１２ａにはんだ層２４を介して接合される。従って、上側放熱板１６は、半導体素子１２と電気的に接続される。上側放熱板１６の第１主表面１６ａは、封止体２０の他方の面において露出される。以上より、下側放熱板１４及び上側放熱板１６は、半導体素子１２で発生する熱を放出する放熱板として機能する。従って、半導体装置１０は、放熱板１４、１６が封止体２０の両面に露出する両面冷却構造を有している。
【００１３】
信号端子１８は、概して細長い板形状の部材である。信号端子１８は、一端１８ａと、信号端子１８の長手方向において一端１８ａの反対側に位置する他端（図示省略）を有する。信号端子１８は、信号パッド１２ｃと部分的に対向している。信号端子１８は、例えば銅又は他の金属といった導体材料を用いて構成されており、上述したように、信号端子１８は、封止体２０の内部において、半導体素子１２と電気的に接続されている。詳しくは、信号端子１８の一端１８ａが、半導体素子１２の信号パッド１２ｃとはんだ層２６を介して接合されている。
【００１４】
上記したように信号端子１８は細長い部材であることから、信号端子１８の一端１８ａを半導体素子１２の信号パッド１２ｃへ接合するときに、一端１８ａの位置が安定せず、信号パッド１２ｃに対して意図せず近接することがある。信号端子１８の一端１８ａと信号パッド１２ｃとの間が過度に近接すると、それら二つの部材の間からはんだが溢れるおそれがある。この場合、溢れ出たはんだが他の配線部分（例えば、隣接する他の信号パッド等）にまで濡れ広がることにより、半導体装置１０に短絡が生じるおそれがある。
【００１５】
上記の点に関して、図２に示すように、本実施例の半導体装置１０の信号端子１８には、信号端子１８の他端側からはんだ層２６に隣接する凹部１８ｂが設けられている。このような構成によると、信号端子１８の一端１８ａと半導体素子１２との間から溢れたはんだを凹部１８ｂによって収容し、はんだの過剰な濡れ広がりを抑制することができる。加えて、凹部１８ｂの底面１８ｃには、信号端子１８の長手方向に沿って溝１８ｄが形成されている。このような構成によると、凹部１８ｂへ流れ込んだ余剰のはんだが、信号端子１８の長手方向に沿って案内されることで、より多くのはんだを凹部１８ｂによってスムーズに収容することができる。従って、はんだが意図しない範囲まで過大に濡れ広がり、例えば半導体装置１０を短絡させるといった問題を防止することができる。
【００１６】
図２に示すように、溝１８ｄは信号端子１８の長手方向に沿って、例えば直線状に設けられている。但し、これに限定されず、溝１８ｄが例えば波線状に設けられていてもよい。溝１８ｄの本数についても特に限定されない。また、本技術における信号端子１８の実施形態は、様々に変更可能であり、以下に信号端子１８のいくつかの実施形態について説明する。
【００１７】
図３（Ａ）に示す例では、信号端子１８に設けられた溝１８ｄが、矩形状の断面形状を有している。なお、本明細書において、溝１８ｄの断面形状とは、溝１８ｄの長手方向に垂直な断面の形状、即ち、信号端子１８の長手方向に垂直な断面の形状を意味する。図３（Ｂ）に示す例では、溝１８ｄの断面形状が台形形状を有しており、図３（Ｃ）に示す例では、溝１８ｄの断面形状が三角形状を有している。これらの実施形態において、溝１８ｄの深さ寸法や幅寸法は、特に限定されない。一例ではあるが、図３（Ｄ）に示すように、溝１８ｄは、底面１８ｃから底面１８ｃとは反対側の面に向かって、貫通していてもよい。即ち、溝１８ｄは、有底のものに限定されない。また、溝１８ｄは、信号端子１８の長手方向に沿って複数設けられていてもよい。
【００１８】
上述したが、信号端子１８の一端１８ａは、はんだ層２６を介して信号パッド１２ｃに接合されており、信号端子１８には、はんだ層２６に隣接する凹部１８ｂが設けられている。言い換えると、信号端子１８の一端１８ａは、凹部１８ｂから見ると、信号パッド１２ｃに対向して延びる凸部となっている。図４（Ａ）に示すように、本実施例の信号端子１８の凸部は、円錐台や多角錐台といった錐台状に設けられている。但し、この凸部の形態についても、特に限定されず、様々に変更することができる。凸部は、図４（Ｂ）に示すように、円錐や多角推といった錐体状であってもよいし、図４（Ｃ）に示すように、柱状であってもよい。ここで、この信号端子１８の凸部が柱状である場合については、凸部の周囲に存在する平坦部のうち、凸部の一方側（即ち、信号端子１８の他端側）に位置する部分が、凹部１８ｂに相当する。
【００１９】
また、図５（Ａ）に示すように、信号端子１８の一端１８ａに設けられた凸部は、矩形状の断面形状を有してもよいし、図５（Ｂ）に示すように、円形状の断面形状を有してもよい。なお、ここでいう凸部の断面形状とは、凸部の高さ方向に垂直な断面の形状を意味する。
【００２０】
本実施例では、信号端子１８の一端１８ａに設けられた凸部の側面（言い換えると、凹部１８ｂの側面）は、テーパ形状を有している。このような構成によると、余剰のはんだが信号端子１８の凹部１８ｂに流れ込みやすく、溝１８ｄとの相乗効果によって、信号端子１８の凹部１８ｂにより多くのはんだをスムーズに吸収することができる。なお、凸部の側面は、その全体がテーパ形状を有さなくてよく、少なくとも凹部１８ｂの底面１８ｃに接続する範囲（例えば、凹部１８ｂ側に位置する部分）において、テーパ形状を有するとよい。加えて、又は代えて、凸部の側面（即ち、凹部１８ｂの側面）にも、凹部１８ｂの底面１８ｃに向けて延びる溝が設けられてもよく、これが底面１８ｃの溝１８ｄと接続されていてもよい。
【００２１】
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【符号の説明】
【００２２】
１０：半導体装置
１２：半導体素子
１２ａ、１２ｂ：主電極
１２ｃ：信号パッド
１４、１６：放熱板
１８：信号端子
１８ａ：一端
１８ｂ：凹部
１８ｃ：底面
１８ｄ：溝
２０：封止体
２２、２４、２６：はんだ層
【図１】
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【図２】
2020113582.tif 000004
【図３】
2020113582.tif 000005
【図４】
2020113582.tif 000006
【図５】
2020113582.tif 000007