(57)【要約】【課題】ベース部をフィンの孔に圧入する際に生じる半導体チップに対する応力を低減し、電気的特性の劣化を防止して信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】フィン10に対するベース部１の硬度、及びフィン10の厚さFに対するベース底部８の厚さB、及びリード７の直径Wと半導体チップ５の幅Cを最適化することでベース部をフィンの孔に圧入する際に生じる半導体チップに対する応力を低減する。フィン10の高さに対し充分に硬度を持ったベース部１は圧入時の応力に対し強固に反発することで半導体チップ５への応力緩和を防止する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
板状の底壁と、一方の端部が前記底壁の主面又は側面に連結され且つ当該底面の縁部に沿って環状に形成された側壁とを有するベース部と、当該ベース部の前記底壁の主面に固着された半導体チップと、当該半導体チップに固着されたリードとを有し、前記ベース部が外部放熱板に形成されたフィンに圧入により装着される半導体装置において、前記ベース部の硬度が前記フィンよりも大きい事を特徴とした半導体装置。
【請求項２】
前記ベース部の高さは前記フィンの高さ以下である事を特徴とした請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記側壁と前記底壁に包囲された領域にエポキシ樹脂が充填されている事を特徴とした請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リードの径は前記半導体チップの径よりも大きいことを特徴とした請求項１に記載の半導体装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は半導体装置にかかり、特に半導体装置を放熱板に圧入する際に半導体チップに発生する応力が低減された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを固着したベース部が放熱体の嵌合孔に圧入して装着される半導体装置は、例えば下記特許文献１により公知の技術である。このような構造の半導体装置は、凹状のベース部と、ベース部の一方の主面に導電性接着材によって固着された半導体チップと、半導体チップの上面に半田によって固着された棒状のリードと、ベース部の開口部内に充填され半導体チップおよびリードの一部とを被覆して保護膜として機能する樹脂充填部を有する半導体装置である。
【０００３】
この半導体装置は、半導体チップの固着されたベース部が放熱体の孔に圧入されて使用される。すなわち、ベース部の底面を冶具により押圧して、半導体装置をリード側から放熱体の孔に圧入する。このとき、半導体チップ５に対し応力が印加され、半導体チップが破壊される事が本技術分野における大きな課題となっている。下記特許文献１においては、リードを傘型に形成し半導体チップ上方から被せる様に配設することでチップ側面方向からの応力の印加を堰き止める事で課題を解決するものである。
【特許文献１】特開 2007-27860号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし前記特許文献１においては、傘形状の折り曲がる部位に樹脂充填が不十分なため、リードと樹脂の剥離、それに伴う水の内部への浸入による半導体チップ５の品質劣化という問題が起こりうるものであり、本考案はそのような問題を回避しつつ本来の目的である半導体チップへの応力印加を効果的に実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案の半導体装置は、チップ搭載面２及びチップ搭載面の周囲に設けられた周辺部３を有するベース部１と、第１の導電性接着剤４を介してベース部１のチップ搭載面２に固定された 一方の主面を有する半導体チップ５と、第２の導電性接着剤６を介して半導体チップ５の他方の主面に固着されたリード７とを有する。またベース底部８とはチップ搭載面２とベース底面11との間に連続的に設けられた領域である。チップ載置部と周辺部３は、銅を主成分とする金属 により一体に形成され、チップ搭載面２と周辺部３が形成する凹状の空間には樹脂が充填され、樹脂充填部９を形成する半導体装置である。
【０００６】
本考案の技術範囲において、半導体装置はオルタネーターのフィン10に形成された孔に嵌合される。
【０００７】
本考案においては、フィン10に対するベース部１の硬度、及びフィン10の厚さFに対するベース底部８の厚さB、及びリード７の直径Wと半導体チップ５の幅Cを最適化することで上記の問題を解決する。フィン10の高さに対し充分に硬度を持ったベース部１は圧入時の応力に対し強固に反発することで半導体チップ５への応力緩和を防止する。
【０００８】
前記最適化の内容は以下の通りである。
【０００９】
請求項１に記載の考案におけるベース部１の硬度については、本考案の実施例としてフィン10硬度より６０％以上大きい事が好ましい。また所望の硬度を得るための手段としてはジルコン銅によりベース部１を構成する事を好適に用いる事が出来る。これによりオルタネータに形成された孔に嵌合される際に半導体チップ５に平行方向から応力が印加される事が防止される。
【００１０】
請求項２に記載の考案におけるベース底部８の厚みBについては、フィン10厚みFに対して４５％以上とする事が好ましい。本考案の実施例としてベース底部８の厚みBは1.8cmから2.5cmであり、フィン10の厚みFは3cmから4cmである。これによりオルタネータに形成された孔に嵌合される際にベース底部８が湾曲する事でチップ搭載面２に搭載されている半導体チップ５に垂直方向から応力が印加される事が防止される。
【００１１】
請求項３に記載の考案における樹脂充填部９を構成する部材としてはエポキシ樹脂が好適に用いられる。エポキシ樹脂を用いる事により本考案の属する技術分野における過酷なヒートサイクルに耐えうる半導体装置を得る事が出来る。
【００１２】
請求項４に記載の考案におけるリード７部直径Wについては半導体チップ５の幅Cよりも大きく形成する事が好ましい。本考案の実施例としてリード７部の直径Wは6.1mmから8.0mmであり、方形状半導体チップ５の1辺の長さは4.0mmから6.0mmである。また、半導体チップ５が円形状の場合は直径4.0mmから6.0mmである。これによりオルタネータに形成された孔に嵌合される際に半導体チップ５に平行方向から応力が印加される事が防止される。
【００１３】
これらの値を最適化する事で半導体チップ５に対し平行方向からの応力と垂直方向からの応力の双方が軽減され半導体チップ５の破壊を効果的に防止する事が出来る。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１４】
本考案の半導体装置は、図１に示すようにチップ搭載面２及びチップ搭載面の周囲に設けられた周辺部３を有するベース部１と、第１の導電性接着剤４を介してベース部１のチップ搭載面２に固定された 一方の主面を有する半導体チップ５と、第２の導電性接着剤６を介して半導体チップ５の他方の主面に固着されたリード７とを有する。またベース底部８とはチップ搭載面２とベース底面11との間に連続的に設けられた領域である。チップ載置部と周辺部３は、銅を主成分とする金属 により一体に形成され、チップ搭載面２と周辺部３が形成する凹状の空間には樹脂が充填され、樹脂充填部９を形成する半導体装置である。
【００１５】
ベース部１は円筒状の銅を主成分とした銅合金インゴット (図示しない)をプレス加工し凹部を成型する方法や、銅合金インゴットをドリルなどで刳り貫く事で形成される。
【００１６】
本考案の変形例として図２に示すようにチップ搭載面２と第１の導電性接着材４の間にプレート12を追加しても良い。この際は固定を実現するため、チップ搭載面２とプレート12の間に第３の導電性接着材13が設けられる。プレート12は半導体チップの放熱性を向上し、半導体チップ５に対し平行方向に印加される応力を低減する効果を持つ。プレート12を構成する部材としてはインバーによるCICクラッドプレートが好適に用いられる。またプレート12は導電性接着材４との密着性を向上させるため梨地加工されても良い。
【００１７】
周辺部３には高さ方向にスリットが設けられていても良い。周辺部にスリットが設けられる事でフィン10に対する半導体装置の嵌合の際に指向性を持って装着されるため比較的少量の力で圧入する事が出来、作業者の負担が軽減される。また、より強固な固着を求める場合には周辺部３にローレット加工を施しても良い。ローレット文様は菱、四角、丸など形状が限定される性格のものではなく、何れの形状においてもフィンへの嵌合時により良好にフィンを切除できるため、強固な固着を実現する事が出来る。
【００１８】
第１の導電性接着材４及び第２の導電性接着材６について本考案の属する技術分野においては、半導体装置は主に自動車用オルタネータ用ダイオードとして使用されるため、該半導体装置は高温下、例えば２２０℃の雰囲気下で使用される。そのため本考案においては高温の雰囲気下においても品質の劣化が進みにくい導電性接着材を選択する事が望ましい。
【００１９】
半導体チップ５は例えばＳｉにより形成されたダイオードであるが種類が限定されるのもではない。トランジスタ装置、サイリスタ装置、集積回路等種々の半導体装置にも本発明を同様に適用できることは明らかであり、Ｓｉに限らずＳｉＣ（シリコンカーバイト)やＧａＮ(窒化ガリウム)などにより構成されても良い。
【００２０】
リード７は銅などの導電性金属材料によって形成されており、樹脂充填部９は例えばエポキシ樹脂により形成されている。本考案の属する技術分野においては、半導体装置は主に自動車用オルタネータ用ダイオードとして使用されるため、該半導体装置は高温下で使用される。そのため樹脂充填部９は高温に耐える事が必要であり、本考案においても樹脂充填部９は高温の雰囲気下においても品質の劣化が進みにくい樹脂を選択する事が望ましい。フィン10は主にアルミニウムを素材として形成されているがこれは放熱性の面で好適である。
【００２１】
ベース底面11は図１において平面状に形成されているが、これに限定されるものではない。例えばスリットを設けることで放熱性を向上することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】は本考案による半導体装置の断面図である。
【図２】は本考案の変形例における断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、ベース部
２、チップ搭載面
３、周辺部
４、第１の導電性接着材
５、半導体チップ
６、第２の導電性接着材
７、リード
８、ベース底部
９、樹脂充填部
１０、フィン
１１、ベース底面
１２、プレート
１３、第３の導電性接着材
【図１】
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【図２】
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