(57)【要約】【課題】  熱応力による半導体装置の破損を防止する。【解決手段】  回路基板５を盛り上げて形成した回路基板台座部７上に半導体素子２を載置し、回路基板台座部７の台座部側面６を半導体素子２の半導体素子側面３と同一面となるように形成する。これにより、基板接合面８と素子接合面９との接合面外周縁で熱応力が最大となるが、基板接合面８と素子接合面９との外周縁が整合しているので、熱応力が最大となる部分が基板接合面８または素子接合面９の面上に位置することがなく、基板接合面８と素子接合面９の外周に発生する熱応力を、それぞれ半導体素子側面３の全面と台座部側面６の全面で受け止めることができる。よって、半導体素子２や回路基板５の亀裂、半導体素子２と回路基板５の剥がれなどが生じることがなく、半導体装置１の破損を防ぐことができる。【選択図】              図１
2005203625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、該半導体素子を載置する回路基板とで構成された半導体装置において、
前記半導体素子と回路基板との接合面外周縁の一部または全周に沿って、前記回路基板に前記半導体素子の側面と同一面となる基板側面が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は長方形状であって、
前記基板側面は、前記半導体素子の短手側の前記接合面外周縁に沿った部分のみに形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基板側面は、前記半導体素子のコーナー部周辺の前記接合面外周縁に沿った部分のみに形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基板側面は、前記半導体素子の側面のコーナー部の辺の延長線が、前記基板側面の面上に位置するように形成され、他の前記基板側面は前記半導体素子の外周よりも外側に位置していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱応力による破損を防止した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板上に半導体素子を載置した半導体装置において、半導体装置を組み立てる際の半導体素子と回路基板とのろう付けや半田付け時、または半導体装置の使用中において半導体装置内に温度差が生じた時、熱膨張係数の異なる半導体素子と導電性材料で構成された回路基板とによって熱応力が発生する。
この熱応力によって半導体素子にクラックが入ったり、回路基板との剥がれが生じ、半導体装置の破損が生じていた。
【０００３】
これを解決するため、特開平７−１４２５１８号公報記載の半導体装置においては、回路基板上に凹凸を設けて半導体素子を該凹凸上に載置し、半導体素子と回路基板との接合部の面積を小さくして、熱応力を緩和させようとしていた。
【特許文献１】特開平７−１４２５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらこのような従来の半導体装置においては、半導体素子を回路基板に設けた凹凸で支持するので、半導体素子の回路基板側の面に回路基板と接合されない面が存在し、半導体素子と回路基板との接合面外周縁に熱応力が集中する。この集中した熱応力が半導体素子の回路基板側の面内に作用するので、半導体素子に亀裂が生じて半導体装置が破損するといった問題があった。
【０００５】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、熱応力による半導体装置の破損を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、半導体素子を載置する回路基板に、半導体素子と回路基板との接合面外周縁の一部または全周に沿って、半導体素子の側面と同一面となる基板側面を形成するものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体素子と回路基板との接合面外周縁で熱応力が最大となるが、熱応力が最大となる部分が半導体素子の回路基板との接合面の面上、および回路基板の半導体素子との接合面の面上に位置することがなく、半導体素子または回路基板の亀裂、半導体素子と回路基板の剥がれなど、半導体装置の破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１の（ａ）は、第１の実施例における半導体装置の上面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ部断面図である。
回路基板５の中央部を盛り上げて形成した回路基板台座部７上に、接合面方向の断面が正方形の半導体素子２が載置され、半導体装置１が形成される。
なお半導体素子２としては、たとえばパワー系インバータの主要部品であるシリコンからなるスイッチング素子ＩＧＢＴが用いられ、回路基板５としてはたとえば、セラミックス上にパターニングされた銅からなるセラミックス絶縁回路基板が用いられる。
【００１０】
回路基板台座部７の半導体素子２と接合する面を基板接合面８とし、半導体素子２の基板接合面８と接合する面を素子接合面９とする。
基板接合面８は素子接合面９と同一形状に形成され、また回路基板台座部７の側面である台座部側面６は、半導体素子２の側面である半導体素子側面３と同一面となるように形成されている。
【００１１】
なお、図２に示すように半導体素子２と回路基板台座部７との接合をろう材１０によって行う場合には、ろう材１０の側面についても半導体素子側面３および台座部側面６と略同一面となるように形成する。
本実施例において、台座部側面６が本発明における基板側面を構成する。
【００１２】
本実施例は以上のように構成され、回路基板５を盛り上げて形成した回路基板台座部７上に半導体素子２を載置し、台座部側面６を半導体素子側面３と同一面となるように形成する。
これにより、接合部外周に発生する熱応力は、台座部７のない回路基板と接合した場合に比べて接合部外側の回路基板を構成する材料による圧縮応力が発生しないぶん緩和される。その上で発生する熱応力は、基板接合面８と素子接合面９との接合面外周縁で最大となるが、基板接合面８と素子接合面９との外周縁が整合しているので、熱応力が最大となる部分が基板接合面８または素子接合面９の面上に位置することがなく、基板接合面８と素子接合面９との外周に発生する熱応力を、それぞれ半導体素子側面３の全面と台座部側面６の全面で受け止めることができる。
【００１３】
このように、素子接合面９の面上または基板接合面８の面上において熱応力が最大となる部分が位置することがないので、半導体素子２や回路基板５の亀裂、半導体素子２と回路基板５の剥がれなどが生じることがなく、半導体装置１の破損を防ぐことができる。
また半導体素子２の基板接合面８の全面を素子接合面９に接合させることにより、十分な放熱経路と電気伝導経路とを確保することができる。
【００１４】
さらに半導体素子２と回路基板５との接合時に、半導体素子２と回路基板５を接合するための熔解したろう材が、回路基板台座部７の素子接合面９に凹凸が無いので回路基板台座部７の面方向に流れることがない。
よって、半導体素子２の位置ずれを防ぐことができ、位置決めのための工程を簡略化してコストの低減が可能となる。
【００１５】
ここで、半導体素子２はＩＧＢＴに限らずＦＲＤやその他の素子を適宜用いることができ、半導体素子２の材料についてもガリウム砒素やシリコンカーバイトなど他の材料を用いることができる。
さらに回路基板５を構成する材料についても、銅に限らずアルミニウムやモリブデン等の導電性を有する他の材料を用いることができる。
また、ろう材１０は、半導体素子２と回路基板台座部７とを接合するものであれば、半田や接着剤、金属ペーストなど他の材料を用いることもできる。
【００１６】
次に、第１の実施例における変形例について説明する。
図３は、第１の変形例の断面図である。
半導体装置１Ａは、回路基板５Ａと、回路基板５Ａの中央部を盛り上げて形成した回路基板台座部７Ａ上に載置される半導体素子２とで構成される。
回路基板台座部７Ａは、回路基板５Ａ側を広がらせた台形形状に形成されている。
また回路基板台座部７Ａは、回路基板台座部７Ａの基板接合面８と半導体素子２の素子接合面９とが同一形状となるように形成される。
回路基板台座部７Ａの側面を台座部側面６Ａとする。
なお、台座部側面６Ａが本発明における基板側面を構成する。
【００１７】
図４の（ａ）は、第２の変形例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部断面図である。
半導体装置１Ｂは、半導体素子２と、半導体素子２との接合部外周縁に沿って溝１１が設けられた回路基板５Ｂとで構成される。
この溝１１によって半導体素子２を載置する回路基板台座部７Ｂが形成され、半導体素子２の半導体素子側面３と、回路基板台座部７Ｂの側面である台座部側面６Ｂとが、同一面となる。
なお上記各変形例において、上記実施例と同一構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
また、台座部側面６Ｂが本発明における基板側面を構成する。
【００１８】
これらの第１、第２の変形例においても上記第１の実施例と同様に、熱応力が最大となる部分が基板接合面８または素子接合面９の面上に位置することがなく、基板接合面８と素子接合面９との外周に発生する熱応力を、それぞれ半導体素子側面３の全面と台座部側面６Ａ、６Ｂの全面で受け止めるので、半導体素子２や回路基板５Ａ、５Ｂの亀裂、半導体素子２と回路基板５Ａ、５Ｂの剥がれなどが生じることがなく、半導体装置１Ａ、１Ｂの破損を防ぐことができる。
【実施例２】
【００１９】
次に第２の実施例について説明する。
なお、上記実施例と同一の構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
図５の（ａ）は第２の実施例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。
回路基板５Ｃと、回路基板５Ｃ上に載置した接合面方向の断面が長方形の半導体素子２Ａとによって半導体装置１Ｃが構成される。
【００２０】
回路基板５Ｃが半導体素子２Ａと接合する接合面を基板接合面８Ｃとし、半導体素子２Ａが基板接合面８Ｃと接合する接合面を素子接合面９Ｃとする。
回路基板５Ｃの長手方向の一方の端部において、半導体素子２Ａにおける素子接合面９Ｃの短手側の辺１３および辺１３の延長線を境界線として、該境界線から回路基板５Ｃの一方の端部にかけて回路基板５Ｃの略半分の厚みの切欠き部１２が形成されている。
回路基板５Ｃの長手方向の他端にも同様に切欠き部１２が形成される。
【００２１】
これにより、半導体素子２Ａの短手側の半導体素子側面３Ｃと、切欠き部１２の切欠き部側面１４とが同一面となる。
本実施例において、切欠き部側面１４が本発明における基板側面を構成する。
【００２２】
本実施例は以上のように構成され、回路基板５Ｃに半導体素子２Ａにおける素子接合面９Ｃの短手側の辺１３および辺１３の延長線を境界線として切欠き部１２を形成し、半導体素子側面３Ｃと切欠き部側面１４とを同一面とする。
これにより、半導体素子２Ａを長方形とした場合に大きな熱応力が発生する基板接合面８Ｃおよび素子接合面９Ｃの短手側（辺１３側）の端部において、素子接合面９Ｃの面上または基板接合面８Ｃの面上において熱応力が集中することがない。よって上記と同様に半導体素子２Ａや回路基板５Ｃの亀裂、半導体素子２Ａと回路基板５Ｃの剥がれなどが生じることがなく、半導体装置１Ｃの破損を防ぐことができる。
【００２３】
次に第２の実施例の変形例について説明する。
なお、上記各実施例と同一の構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
図６の（ａ）は本変形例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ部断面図である。
回路基板５Ｄと、回路基板５Ｄ上に載置した接合面方向の断面が長方形の半導体素子２Ａとによって半導体装置１Ｄが構成される。
【００２４】
回路基板５Ｄの半導体素子２Ａと接合する面を基板接合面８Ｄとし、半導体素子２Ｄの基板接合面８Ｄと接合する面を素子接合面９Ｄとする。
回路基板５Ｄには、半導体素子２Ａにおける素子接合面９Ｄの短手側の辺１３に沿って、辺１３よりも長い溝１５が形成されている。
溝１５は、半導体素子２Ａの半導体素子側面３Ｃと溝１５の溝側面１９とが同一面となるように形成される。
なお、溝側面１９が本発明における基板側面を構成する。
【００２５】
これにより上記第２の実施例と同様に、半導体素子２Ａを長方形とした場合に大きな熱応力が発生する基板接合面８Ｄおよび素子接合面９Ｄの短手（辺１３側）の端部において、素子接合面９Ｄの面上または基板接合面８Ｄの面上に熱応力が集中することがなく、半導体装置１Ｄの破損を防ぐことができる。
【実施例３】
【００２６】
次に第３の実施例について説明する。
なお、上記各実施例と同一の構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
図７の（ａ）は第３の実施例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ部断面図である。また（ｃ）は正面図である。
回路基板５Ｅと、回路基板５Ｅ上に載置した接合面方向の断面が正方形の半導体素子２によって半導体装置１Ｅが構成される。
【００２７】
回路基板５Ｅの半導体素子２側の面の四隅に、回路基板５Ｅの厚みの略半分の切欠き部１２Ｅを設ける。
また切欠き部１２Ｅにおける半導体素子２のコーナー部１６の近傍には、半導体素子２のコーナー部側面１７と同一面となる切欠き部側面１４Ｅが形成されている。
なお、回路基板５Ｅの半導体素子２と接合する面を基板接合面８Ｅとする。
また、切欠き部側面１４Ｅが本発明における基板側面を構成する。
【００２８】
本実施例は以上のように構成され、半導体素子２のコーナー部１６近傍において、切欠き部１２Ｅにコーナー部側面１７と同一面となる切欠き部側面１４Ｅを形成する。
これにより、大きな熱応力が発生する基板接合面８Ｅと素子接合面９の四隅において、素子接合面９の面上または基板接合面８Ｅの面上に熱応力が集中することがない。
よって上記と同様に半導体素子２や回路基板５Ｅの亀裂、半導体素子２と回路基板５Ｅの剥がれなどが生じることがなく、半導体装置１Ｅの破損を防ぐことができる。
【００２９】
次に第３の実施例の変形例について説明する。
なお、上記各実施例と同一の構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
図８の（ａ）は本変形例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ部断面図である。
回路基板５Ｆと、回路基板５Ｆ上に載置した接合面方向の断面が正方形の半導体素子２とによって半導体装置１Ｆが構成される。
【００３０】
回路基板５Ｆは、半導体素子２における各コーナー部１６の近傍のコーナー部側面１７に沿って溝１８が形成される。
なお溝１８は、溝１８の溝側面１９Ａとコーナー部側面１７とが同一面となるように回路基板５Ｆに形成される。
また回路基板５Ｆの半導体素子２と接合する面を基板接合面８Ｆとする。
なお、溝側面１９Ａが本発明における基板側面を構成する。
【００３１】
本変形例においても、上記第３の実施例と同様に、大きな熱応力が発生する基板接合面８Ｆと素子接合面９の四隅において、素子接合面９の面上または基板接合面８Ｆの面上に熱応力が集中することがない。
よって上記と同様に半導体装置１Ｆの破損を防ぐことができる。
【実施例４】
【００３２】
次に第４の実施例について説明する。
なお、上記各実施例と同一の構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
図９の（ａ）は第４の実施例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ部断面図である。
回路基板５Ｇと、回路基板５Ｇ上に載置した接合面方向の断面が正方形の半導体素子２とによって半導体装置１Ｇが構成される。
【００３３】
半導体素子２は、回路基板５Ｇの中央部分に形成された接合面方向の断面が８角形の回路基板台座部７Ｇ上に載置される。回路基板台座部７Ｇは、回路基板５Ｇの厚みの略半分に形成された切欠き部２０によって囲まれている。
半導体素子２の四隅の縦の辺を辺２１とする。
回路基板台座部７Ｇの側面である台座部側面２２は、半導体素子２の四隅において、台座部側面２２の面上に半導体素子２の辺２１の延長線が位置するように形成され、半導体素子２の四隅以外の部分については半導体素子２の外周よりも外側に位置している。
また、回路基板５Ｇの半導体素子２と接触する面を基板接合面８Ｇとする。
なお本実施例において、台座部側面２２が本発明における基板側面を構成する。
【００３４】
本実施例は以上のように構成され、半導体素子２の四隅において、半導体素子２を載置する回路基板台座部７Ｇの台座部側面２２の面上に半導体素子２の四隅の辺２１の延長線が位置するように台座部側面２２を形成する。
これにより、大きな熱応力が発生する基板接合面８Ｇと素子接合面９の四隅において、素子接合面９の面上または基板接合面８Ｇの面上に熱応力が集中することがない。
よって上記と同様に半導体素子２や回路基板５Ｇの亀裂、半導体素子２と回路基板５Ｇの剥がれなどが生じることがなく、半導体装置１Ｇの破損を防ぐことができる
【００３５】
また、大きな熱応力が発生する半導体素子２の四隅についてのみ、熱応力の集中を緩和することにより、基板接合面８Ｇと素子接合面９との外周部全周において応力を均一にすることができる。
よって半導体素子２と回路基板５Ｇとの接合面において応力の集中が無くなり、より一層信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００３６】
次に第４の実施例の変形例について説明する。
なお、上記各実施例と同一の構成物については同じ番号を付して説明を省略する。
図１０の（ａ）は本変形例における上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＨ−Ｈ部断面図である。
これは、第４の実施例における８角形の回路基板台座部７Ｇの替わりに円形の回路基板台座部７Ｈを用いたものである。
回路基板５Ｈと、回路基板５Ｈ上に載置した接合面方向の断面が正方形の半導体素子２によって半導体装置１Ｈが構成される。
【００３７】
半導体素子２は、回路基板５Ｈの中央部に形成された接合面方向の断面が円形の回路基板台座部７Ｈ上に載置される。回路基板台座部７Ｈは、回路基板５Ｈの厚みの略半分に形成された切欠き部２３によって囲まれている。
回路基板台座部７Ｈの側面である台座部側面２２Ｈは、半導体素子２の四隅において、台座部側面２２Ｈの面上に半導体素子２の辺２１の延長線が位置するように形成され、半導体素子２の四隅以外の部分については半導体素子２の外周よりも外側に位置している。
また、回路基板５Ｈの半導体素子２と接触する面を基板接合面８Ｈとする。
なお、台座部側面２２Ｈが本発明における基板側面を構成する。
【００３８】
これにより第４の実施例と同様に、基板接合面８Ｈと素子接合面９との外周部全面において応力を均一にすることができる。
よって、より一層信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
なお、回路基板台座部７Ｈの形状を円形としたが、これに限定されず他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施例を示す図である。
【図２】半導体素子と回路基板とをろう材を用いて接合した図である。
【図３】第１の実施例における第１の変形例を示す図である。
【図４】第１の実施例における第２の変形例を示す図である。
【図５】第２の実施例を示す図である。
【図６】第２の実施例における変形例を示す図である。
【図７】第３の実施例を示す図である。
【図８】第３の実施例における変形例を示す図である。
【図９】第４の実施例を示す図である。
【図１０】第４の実施例における変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ    半導体装置
２、２Ａ    半導体素子
３、３Ｃ    半導体素子側面
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ    回路基板
６、６Ａ、６Ｂ、２２、２２Ｈ    台座部側面
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｇ、７Ｈ    回路基板台座部
８、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ、８Ｇ、８Ｈ    基板接合面
９、９Ｃ、９Ｄ    素子接合面
１０    ろう材
１１、１５、１８    溝
１２、１２Ｅ、２０、２３    切欠き部
１３、２１    辺
１４、１４Ｅ    切欠き部側面
１６    コーナー部
１７    コーナー部側面
１９、１９Ａ    溝側面
【図１】
2005203625.tif 000003
【図２】
2005203625.tif 000004
【図３】
2005203625.tif 000005
【図４】
2005203625.tif 000006
【図５】
2005203625.tif 000007
【図６】
2005203625.tif 000008
【図７】
2005203625.tif 000009
【図８】
2005203625.tif 000010
【図９】
2005203625.tif 000011
【図１０】
2005203625.tif 000012