(57)【要約】【課題】応力を低減することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、銅を含む第１の電極端子と、銅を含む第２の電極端子と、第１の電極端子の上に設けられ、第１の電極端子の内側に設けられた半導体チップと、半導体チップの上に設けられ、少なくとも２方向で半導体チップの外側に突出し、第２の電極端子に電気的に接続され、銅を含む金属部材と、半導体チップを囲むモールド樹脂と、を備える。【選択図】図１
2019169610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む第１の電極端子と、
銅を含む第２の電極端子と、
前記第１の電極端子の上に設けられ、上方から見た場合に前記第１の電極端子の外周からはみ出さない半導体チップと、
前記半導体チップの上に設けられ、前記第１の電極端子の表面に平行な少なくとも２方向で前記半導体チップの外側に突出し、前記第２の電極端子に電気的に接続され、銅を含む金属部材と、
前記半導体チップを囲むモールド樹脂と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電極端子と前記半導体チップとの間に設けられた第１の接合層と、
前記半導体チップと前記金属部材との間に設けられた第２の接合層と、
前記第２の電極端子と前記金属部材との間に設けられた第３の接合層と、
を更に備えた請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属部材は、前記金属部材の前記半導体チップの外側に突出した領域の前記半導体チップに対向する面に設けられた溝を有する請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電極端子の厚さと前記金属部材の厚さは同一である請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属部材の一部が前記モールド樹脂の表面に露出した請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージ内には、例えば、金属のリード、半導体チップ、モールド樹脂、金属の放熱部材など、熱膨張係数の異なる部品が混在する。このため、例えば、はんだリフロー工程などの熱工程で、半導体パッケージ内に生ずる応力により、半導体パッケージ内でのクラック等が生じるおそれがある。
【０００３】
半導体パッケージ内でのクラック等の発生は、半導体パッケージの初期不良や信頼性不良の原因となる。このため、半導体パッケージ内に生ずる応力を低減することが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９６７４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、応力を低減することが可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の半導体装置は、銅を含む第１の電極端子と、銅を含む第２の電極端子と、前記第１の電極端子の上に設けられ、上方から見た場合に前記第１の電極端子の外周からはみ出さない半導体チップと、前記半導体チップの上に設けられ、前記第１の電極端子の表面に平行な少なくとも２方向で前記半導体チップの外側に突出し、前記第２の電極端子に電気的に接続され、銅を含む金属部材と、前記半導体チップを囲むモールド樹脂と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の模式図。
【図２】比較形態の半導体装置の模式図。
【図３】第２の実施形態の半導体装置の模式図。
【図４】第２の実施形態の半導体装置の一部の拡大模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【０００９】
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する場合がある。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体装置は、銅を含む第１の電極端子と、銅を含む第２の電極端子と、第１の電極端子の上に設けられ、上方から見た場合に第１の電極端子の外周からはみ出さない半導体チップと、半導体チップの上に設けられ、第１の電極端子の表面に平行な少なくとも２方向で半導体チップの外側に突出し、第２の電極端子に電気的に接続され、銅を含む金属部材と、前記半導体チップを囲むモールド樹脂と、を備える。
【００１１】
第１の実施形態の半導体装置は、リードの上の半導体チップがモールド樹脂により封止された半導体パッケージ１００である。
【００１２】
図１は、第１の実施形態の半導体装置の模式図である。図１（ａ）は、半導体パッケージ１００の上面図である。図１（ａ）は、モールド樹脂を透視した図である。図１（ｂ）は、半導体パッケージ１００の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ’断面図である。
【００１３】
半導体パッケージ１００は、ドレーンリード１１（第１の電極端子）、ソースリード１２（第２の電極端子）、ゲートリード１３、半導体チップ１５、第１の金属部材１６（金属部材）、第２の金属部材１８、第１の接合層２１、第２の接合層２２、第３の接合層２３、モールド樹脂３０を備える。
【００１４】
ドレーンリード１１は、板状の金属である。ドレーンリード１１は、例えば、銅を含む。ドレーンリード１１は、例えば、純銅又は銅合金である。ドレーンリード１１は、第１の電極端子の一例である。ドレーンリード１１の下面は、例えば、モールド樹脂の下面に露出する。
【００１５】
ソースリード１２は、金属である。ソースリード１２は、例えば、銅を含む。ソースリード１２は、例えば、純銅又は銅合金である。ソースリード１２は、第２の電極端子の一例である。
【００１６】
ゲートリード１３は、金属である。ゲートリード１３は、例えば、銅を含む。ゲートリード１３は、例えば、純銅又は銅合金である。
【００１７】
半導体チップ１５は、ドレーンリード１１の上に設けられる。半導体チップ１５は、上方から見た場合にドレーンリード１１の外周からはみ出さない。半導体チップ１５は、ドレーンリード１１の内側に設けられる。半導体チップ１５の端部はドレーンリード１１の上に位置する。図１（ａ）において、点線が、半導体チップ１５の端部の位置を表す。
【００１８】
ドレーンリード１１と半導体チップ１５の間には、第１の接合層２１が設けられる。第１の接合層２１によりドレーンリード１１と半導体チップ１５は、接合される。第１の接合層２１は、例えば、はんだである。
【００１９】
半導体チップ１５は、例えば、縦型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。半導体チップ１５は、例えば、その上面に図示しないソース電極、及び、ゲート電極を有する。また、半導体チップ１５は、例えば、その下面に図示しないドレイン電極を有する。
【００２０】
第１の接合層２１によりドレーンリード１１とドレイン電極が電気的に接続される。
【００２１】
第１の金属部材１６は、半導体チップ１５の上に設けられる。第１の金属部材１６は、ドレーンリード１１の表面に平行な少なくとも２方向で半導体チップ１５の外側に突出する。第１の金属部材１６の端部は、少なくとも２方向で半導体チップ１５の外側にある。例えば、図１（ａ）では、第１の金属部材１６は、第１の方向、第２の方向、第３の方向、第４の方向の４方向で、半導体チップ１５の外側に突出する。
【００２２】
第１の金属部材１６は、板状の金属である。第１の金属部材１６は、例えば、銅を含む。第１の金属部材１６は、例えば、純銅又は銅合金である。第１の金属部材１６は、金属部材の一例である。
【００２３】
第１の金属部材１６の厚さ（図１（ｂ）中のｔ２）は、ドレーンリード１１の厚さ（図１（ｂ）のｔ１）と同一である。第１の金属部材１６の厚さｔ２とドレーンリード１１の厚さｔ１は、それぞれの公差の範囲で同一である。第１の金属部材１６の厚さｔ２の公差は、例えば、厚さの±１０％である。ドレーンリード１１の厚さｔ１の公差は、例えば、厚さの±１０％である。
【００２４】
半導体チップ１５と第１の金属部材１６の間には、第２の接合層２２が設けられる。第２の接合層２２により半導体チップ１５と第１の金属部材１６は、接合される。第２の接合層２２は、例えば、はんだである。
【００２５】
第２の接合層２２により、ソース電極と第１の金属部材１６が電気的に接続される。
【００２６】
第１の金属部材１６は、ソースリード１２の上に設けられる。第１の金属部材１６とソースリード１２の間には、第３の接合層２３が設けられる。第３の接合層２３によりソースリード１２と第１の金属部材１６は、接合される。第３の接合層２３は、例えば、はんだである。
【００２７】
第３の接合層２３により、第１の金属部材１６とソースリード１２が電気的に接続される。ソース電極は、第２の接合層２２、第１の金属部材１６、第３の接合層２３を介して、ソースリード１２に電気的に接続される。
【００２８】
第１の金属部材１６の表面は、例えば、モールド樹脂３０の表面に露出する。第１の金属部材１６の表面は、例えば、モールド樹脂３０の上面に露出する。この場合、第１の金属部材１６は、半導体パッケージの放熱板として機能する。
【００２９】
第２の金属部材１８は、半導体チップ１５の上に設けられる。第２の金属部材１８は、板状の金属である。第２の金属部材１８は、例えば、銅を含む。第２の金属部材１８は、例えば、純銅又は銅合金である。  
【００３０】
半導体チップ１５と第２の金属部材１８の間には、図示しない第４の接合層が設けられる。第４の接合層により半導体チップ１５と第２の金属部材１８は、接合される。第４の接合層は、例えば、はんだである。
【００３１】
第４の接合層により、ゲート電極と第２の金属部材１８が電気的に接続される。
【００３２】
第２の金属部材１８は、ゲートリード１３の上に設けられる。第２の金属部材１８とゲートリード１３の間には、図示しない第５の接合層が設けられる。第５の接合層によりゲートリード１３と第２の金属部材１８は、接合される。第５の接合層は、例えば、はんだである。
【００３３】
第５の接合層により、第２の金属部材１８とゲートリード１３が電気的に接続される。ゲート電極は、第４の接合層、第２の金属部材１８、第５の接合層を介して、ゲートリード１３に電気的に接続される。
【００３４】
モールド樹脂３０は、半導体チップ１５を囲む。モールド樹脂３０は、例えば、エポキシ樹脂である。
【００３５】
次に、第１の実施形態の半導体装置の作用及び効果について説明する。
【００３６】
半導体パッケージ内には、例えば、金属のリード、半導体チップ、モールド樹脂、金属の放熱部材など、熱膨張係数の異なる部品が混在する。このため、例えば、はんだリフロー工程などの熱工程を得ると、半導体パッケージ内に生ずる応力により、半導体パッケージ内でのクラック等が生じるおそれがある。
【００３７】
半導体パッケージ内でのクラック等の発生は、半導体パッケージの初期不良や信頼性不良の原因となる。このため、半導体パッケージ内に生ずる応力を低減することが要求される。
【００３８】
図２は、比較形態の半導体装置の模式図である。図２（ａ）は、半導体パッケージ９００の上面図である。図２（ａ）は、モールド樹脂を透視した図である。図２（ｂ）は、半導体パッケージ９００の断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ’断面図である。
【００３９】
比較形態の半導体パッケージ９００は、第１の金属部材１６の形状と厚さが、第１の実施形態の半導体パッケージ１００と異なる。以下、第１の実施形態の半導体パッケージ１００と重複する内容については記述を省略する。
【００４０】
半導体パッケージ９００は、ドレーンリード１１、ソースリード１２、ゲートリード１３、半導体チップ１５、第１の金属部材１６、第２の金属部材１８、第１の接合層２１、第２の接合層２２、第３の接合層２３、モールド樹脂３０を備える。
【００４１】
半導体パッケージ９００の第１の金属部材１６は、半導体チップ１５の上に設けられる。第１の金属部材１６は、１方向でのみ半導体チップ１５の外側に突出する。第１の金属部材１６の端部は、少なくとも３方向で半導体チップ１５の内側にある。例えば、図２（ａ）では、第１の金属部材１６は、第２の方向の１方向でのみ、半導体チップ１５の外側に突出する。
【００４２】
また、半導体パッケージ９００の第１の金属部材１６の厚さ（図２（ｂ）中のｔ４）は、ドレーンリード１１の厚さ（図２（ｂ）のｔ３）よりも厚い。第１の金属部材１６の厚さｔ４とドレーンリード１１の厚さｔ３は、それぞれの公差の範囲を超えて異なる。例えば、第１の金属部材１６の厚さｔ４は、ドレーンリード１１の厚さｔ３の２倍以上である。
【００４３】
比較形態の半導体パッケージ９００の場合、半導体パッケージ９００内の部材の形状や厚さの非対称性が大きい。例えば、半導体チップ１５の重心に対する対称性を見ると、上下では、第１の金属部材１６の厚さｔ４とドレーンリード１１の厚さｔ３が異なる。また、左右では、ドレーンリード１１の端部は、半導体チップ１５の両端の外側にある。これに対し、第１の金属部材１６の端部は、半導体チップ１５の一方の端部の内側に位置し、他方の端部の外側に位置する。
【００４４】
このように、半導体パッケージ９００では、半導体チップ１５の重心に対し、上下左右ともに部品の形状や厚さの非対称性が存在する。それぞれの部品は、熱膨張係数が異なる。したがって、部品の形状や厚さの非対称性が存在することにより、半導体パッケージ９００が加熱された際の部品の変位が大きくなる。よって、半導体パッケージ９００内に生ずる応力が大きくなる。
【００４５】
第１の実施形態の半導体パッケージ１００では、第１の金属部材１６は、少なくとも２方向で半導体チップ１５の外側に突出する。また、第１の金属部材１６の厚さ（図１（ｂ）中のｔ２）は、ドレーンリード１１の厚さ（図１（ｂ）のｔ１）と同一である。
【００４６】
したがって、半導体パッケージ１００では、半導体チップ１５の重心に対し、上下左右ともに部品の形状や厚さの対称性が高くなる。部品の形状や厚さの対称性が高くなることにより、半導体パッケージ１００が加熱された際に、半導体パッケージ１００内に生ずる応力が低減する。
【００４７】
以上、第１の実施形態によれば、応力を低減することが可能な半導体パッケージ１００が実現できる。
【００４８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の半導体装置は、金属部材は、金属部材の半導体チップの外側に突出した領域の半導体チップに対向する面に設けられた溝を有する点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００４９】
第２の実施形態の半導体装置は、リードの上の半導体チップがモールド樹脂により封止された半導体パッケージ２００である。
【００５０】
図３は、第２の実施形態の半導体装置の模式図である。図３（ａ）は、半導体パッケージ２００の上面図である。図３（ａ）は、モールド樹脂を透視した図である。図３（ｂ）は、半導体パッケージ２００の断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣＣ’断面図である。
【００５１】
半導体パッケージ２００は、ドレーンリード１１（第１の電極端子）、ソースリード１２（第２の電極端子）、ゲートリード１３、半導体チップ１５、第１の金属部材１６（金属部材）、第２の金属部材１８、第１の接合層２１、第２の接合層２２、第３の接合層２３、モールド樹脂３０を備える。
【００５２】
第１の金属部材１６は、第１の金属部材１６の半導体チップ１５の外側に突出した領域に設けられた溝４０を備える。溝４０は、半導体チップ１５の外側に半導体チップ１５の端部に沿って設けられる。
【００５３】
溝４０は、第１の金属部材１６の半導体チップ１５に対向する面に設けられる。溝４０は、第１の金属部材１６の下面に設けられる。
【００５４】
溝４０の第１の金属部材１６の下面における位置を、図３（ａ）に点線で表す。図３（ａ）において、溝４０の内側に位置する点線が、半導体チップ１５の端部の位置を表す。
【００５５】
図４は、第２の実施形態の半導体装置の一部の拡大模式図である。図４は、図３（ｂ）の領域Ｘの拡大図である。
【００５６】
溝４０は、半導体チップ１５の端部から所定の距離（図４中のｄ１）だけ離れて設けられる。所定の距離ｄ１は、例えば、０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
【００５７】
溝４０の幅（図４中のｄ２）は、例えば、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である。溝４０の深さ（図４中のｄ３）は、例えば、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である。
【００５８】
溝４０の形状は、例えば、Ｖ字形状、又は、Ｕ字形状である。
【００５９】
溝４０は、連続的に設けられても、断続的に設けられても構わない。
【００６０】
第１の金属部材１６を半導体チップ１５の上に、第２の接合層２２用いて接合する場合、半導体チップ１５上の第１の金属部材１６の位置が、安定しないことが予想される。例えば、第２の接合層２２がはんだである場合、はんだが固化するまでに流動して半導体チップ１５の上を第１の金属部材１６がすべり、所望の位置に第１の金属部材１６が固定できないおそれがある。
【００６１】
所望の位置に第１の金属部材１６が固定できないと、部品の形状や厚さの対称性が半導体パッケージ内で低下し、半導体パッケージ内に生ずる応力が大きくなるおそれがある。また、極端な場合は、第１の金属部材１６とソースリード１２との接続不良が生じたりするおそれもある。
【００６２】
第２の実施形態の半導体パッケージ２００は、第１の金属部材１６が溝４０を備える。これにより、第１の金属部材１６を半導体チップ１５の上に接合する際に、溝４０を超えるような、はんだの流動が抑制される。したがって、半導体チップ１５上の第１の金属部材１６の位置が、安定する。よって、部品の形状や厚さの対称性の低下が抑制され、半導体パッケージ２００内に生ずる応力の増加が抑制される。また、接続不良等の問題も解消される。
【００６３】
以上、第２の実施形態によれば、安定して、応力を低減することが可能な半導体パッケージ２００が実現できる。
【００６４】
第１及び第２の実施形態では、半導体チップとしてＭＯＳＦＥＴを用いる場合を例に説明したが、半導体チップはこれらに限定されるものではない。例えば、半導体チップの上下間に電流が流れる半導体チップであれば、ＩＧＢＴ、ＳＢＤ（Ｓｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＰＩＮダイオードなど、その他のトランジスタやダイオードを適用することも可能である。
【００６５】
第１及び第２の実施形態では、第１の金属部材１６の一部がモールド樹脂３０の表面に露出する場合を例に説明したが、第１の金属部材１６がすべてモールド樹脂３０で覆われる構成とすることも可能である。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１１      ドレーンリード（第１の電極端子）
１２      ソースリード（第２の電極端子）
１５      半導体チップ
１６      第１の金属部材（金属部材）
２１      第１の接合層
２２      第２の接合層
２３      第３の接合層
３０      モールド樹脂
４０      溝
１００    半導体パッケージ（半導体装置）
【図１】
2019169610.tif 000003
【図２】
2019169610.tif 000004
【図３】
2019169610.tif 000005
【図４】
2019169610.tif 000006