(57)【要約】【課題】塩害に対する信頼性が向上された、半導体素子を被覆する封止材から外部電極が露出する半導体装置を提供する。【解決手段】アノード電極とカソード電極を有する半導体素子と、半導体素子を被覆する封止材と、カソード電極と電気的に接続され、少なくとも一部が封止材の外部に露出する第１の外部電極と、アノード電極と電気的に接続され、少なくとも一部が封止材の外部に露出する第２の外部電極と、第１の外部電極と直接に接触して、又は第１の外部電極と塩水により電気的に接続され得るようにして封止材の外部に配置された、第１の外部電極を構成するいずれの金属よりもイオン化傾向の大きい金属が含まれる犠牲金属体とを備える。【選択図】図１
2013004860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極とカソード電極を有する半導体素子と、
前記半導体素子を被覆する封止材と、
前記カソード電極と電気的に接続され、少なくとも一部が前記封止材の外部に露出する第１の外部電極と、
前記アノード電極と電気的に接続され、少なくとも一部が前記封止材の外部に露出する第２の外部電極と、
前記第１の外部電極と直接に接触して、又は前記第１の外部電極と塩水により電気的に接続され得るようにして前記封止材の外部に配置された、前記第１の外部電極を構成するいずれの金属よりもイオン化傾向の大きい金属が含まれる犠牲金属体と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の外部電極が前記封止材の外部に露出するピン形状の引き出し部を有し、
前記犠牲金属体が前記引き出し部を包囲するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記犠牲金属体が、前記第１の外部電極と前記封止材との接続部分に接して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記犠牲金属体が、前記第１の外部電極と前記半導体素子との接続部分の周囲を囲んで配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止材で被覆された半導体素子に接続された外部電極を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばオルタネータ用ダイオードなどの半導体素子を保護するために、半導体素子を樹脂などの封止材で被覆することが有効である。このとき、封止材で覆われた半導体素子の陰極及び陽極にそれぞれ接続したリード電極とベース電極などの外部電極が封止材の外部に露出される。
【０００３】
上記のような半導体装置において、リード電極を部分的に太くした構造の半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。塩害によってリード電極が腐食しても、リード電極の径が大きいために、塩害に対する耐量が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３０３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の信頼性を高めるために、塩害による外部電極の腐食に対する耐量を更に向上することが求められている。
【０００６】
上記要求に応えるために、本発明は、塩害に対する信頼性が向上された、半導体素子を被覆する封止材から外部電極が露出する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、（イ）アノード電極とカソード電極を有する半導体素子と、（ロ）半導体素子を被覆する封止材と、（ハ）カソード電極と電気的に接続され、少なくとも一部が封止材の外部に露出する第１の外部電極と、（ニ）アノード電極と電気的に接続され、少なくとも一部が封止材の外部に露出する第２の外部電極と、（ホ）第１の外部電極と直接に接触して、又は第１の外部電極と塩水により電気的に接続され得るようにして封止材の外部に配置された、第１の外部電極を構成するいずれの金属よりもイオン化傾向の大きい金属が含まれる犠牲金属体とを備える半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、塩害に対する信頼性が向上された、半導体素子を被覆する封止材から外部電極が露出する半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な外観図である。
【図３】比較例の半導体装置について塩水電圧試験を実施した例を示す模式図である。
【図４】実施形態の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図５】実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な外観図である。
【図６】実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な外観図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は平面図である。
【図７】実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な外観図である。
【図８】実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な外観図である。
【図９】実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な外観図である。
【図１０】実施形態の他の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１１】
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
本発明の実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、カソード電極１０１及びアノード電極１０２を有する半導体素子１０と、半導体素子１０を被覆する封止材２０と、カソード電極１０１と電気的に接続され、少なくとも一部が封止材２０の外部に露出する第１の外部電極３０と、アノード電極１０２と電気的に接続され、少なくとも一部が封止材２０の外部に露出する第２の外部電極４０と、第１の外部電極３０と接触して封止材２０の外部に配置された犠牲金属体５０とを備える。犠牲金属体５０は、第１の外部電極３０を構成するいずれの金属よりもイオン化傾向の大きい金属を含む。半導体素子１０の第１の外部電極３０と接する面にカソード電極１０１が形成され、第２の外部電極４０と接する面にアノード電極１０２が形成されている。
【００１３】
図１に示した例では、第２の外部電極４０は外径が５ｍｍ〜１５ｍｍ程度のカップ形状である。半導体素子１０が配置された第２の外部電極４０の内側は、レジンなどの封止材２０によって埋め込まれている。封止材２０に被覆されることによって、半導体素子１０は保護される。封止材２０には、例えばエポキシ樹脂やラバー膜などを採用可能である。
【００１４】
図１に示した第１の外部電極３０は、半導体素子１０に接続する接続部３０ｂと、封止材２０の外部に露出する引き出し部３０ａからなるリード電極である。図１に示すように、引き出し部３０ａの途中までが、封止材２０に埋まっている。このように、半導体素子１０と第１の外部電極３０との接続部分が封止材２０によって被覆されることが、半導体素子１０を保護する点から好ましい。第１の外部電極３０の引き出し部３０ａは、直径が０．９ｍｍ〜２．０ｍｍ、長さが５．０〜３０．０ｍｍのピン形状である。
【００１５】
半導体素子１０は、例えばオルタネータ用ダイオードである。半導体素子１０がダイオードである場合、半導体素子１０のカソード電極１０１に第１の外部電極３０が接続され、半導体素子１０のアノード電極１０２に第２の外部電極４０が接続される。第１の外部電極３０及び第２の外部電極４０は、例えば半田などの導電性接着剤によって半導体素子１０に接続される。
【００１６】
図２に半導体装置１の外観の例を示す。図２に示した半導体装置１はプレスフィット型の素子であり、第２の外部電極４０は、半導体素子１０の支持体であり、基板などのマウント穴に差し込まれるプラグとして機能する。第２の外部電極４０には、導電性のよい金属が使用されるが、第２の外部電極４０を放熱板としても機能させるために伝熱性のよい材料を使用することが好ましい。例えば、第２の外部電極４０に銅（Ｃｕ）を使用する。ただし、半導体装置１の製造プロセス上、Ｃｕ材の保護などのためにニッケル（Ｎｉ）メッキすることが好ましい。
【００１７】
ピン形状の第１の外部電極３０にも、Ｃｕ材にＮｉメッキした構造を採用可能である。
【００１８】
図１、２に示した犠牲金属体５０は、内径２．４ｃｍ、外径２．７ｍｍ、長さ５．０ｍｍの円筒形状のアルミニウム（Ａｌ）を用いた例である。
【００１９】
なお、犠牲金属体５０は、引き出し部３０ａを包囲するように円形又は方形の断面形状を有することが好ましく、犠牲金属体５０の一部が封止材２０の内部に埋め込まれていてもよい。また、犠牲金属体５０は、外径０．９ｍｍ〜１５ｍｍ（即ち、第１の外部電極３０の直径〜第２の外部電極４０の外径）であり、めっきの場合も考えると内径も同じくらいである。露出部分の長さは、０．５ｍｍ〜３０．０ｍｍ（即ち、最低限の長さ〜第１の外部電極３０の全体を覆う長さ）である。
【００２０】
半導体装置１の製造方法を以下に説明する。まず、半導体素子１０のカソード電極１０１上に導電性接着剤を介して第１の外部電極３０が固着され、第２の外部電極４０の内側に導電性接着剤を介して半導体素子１０のアノード電極１０２が固着される。次に、半導体素子１０を封止するために第２の外部電極４０の内側に封止材２０を埋め込み、次に、犠牲金属体５０を第１の外部電極３０に接触するように配置することで、半導体装置１が完成する。
【００２１】
犠牲金属体５０は、半導体素子１０に第１の外部電極３０が固着される前、或いは第２の外部電極４０に封止材２０が埋め込まれる前に配置されてもよい。犠牲金属体５０の取り付け方法は、接着剤による接着、溶接、圧着、めっき、塗装及び蒸着などの周知のプロセスから選択できる。
【００２２】
ここで、図３に示した比較例の半導体装置１Ａを例にして塩害について説明する。半導体装置１Ａは、図１に示した半導体装置１と同様に、半導体素子１０に第１の外部電極３０と第２の外部電極４０が取り付けられた構造を有し、第２の外部電極４０の内側に埋め込まれた封止材２０によって半導体素子１０が被覆されている。ただし、半導体装置１Ａには犠牲金属体５０が配置されていない。
【００２３】
塩害は、封止材２０の上面に溜まった塩水によって、第１の外部電極３０と第２の外部電極４０とが電気的に接続することにより発生する。図３は、塩害試験である塩水電圧試験を半導体装置１Ａについて実施した例である。
【００２４】
塩水電圧試験において、半導体装置１Ａは、塩水が噴霧されると共に、第２の外部電極４０（アノード電極）と第１の外部電極３０（カソード電極）との間に数Ｖ〜数十Ｖの逆バイアスが印加される。
【００２５】
塩水電圧試験を実施すると、半導体装置１Ａに噴霧された塩水１００が、図３に示すように封止材２０の表面に溜まる。この溜まった塩水１００がカソード電極である第１の外部電極３０とアノード電極である第２の外部電極４０に接触した際、半導体素子１０に印加されている逆電圧によって塩水１００の電気分解が始まる。電気分解によって、プラス電位が印加されている第１の外部電極３０周囲には酸性の塩化水素（ＨＣｌ）が生成される。一方、マイナス電位が印加されている第２の外部電極４０周辺にはアルカリ性の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が生成される。
【００２６】
封止材２０は酸性液に対する耐蝕性が強く、第２の外部電極４０はアルカリ液に対する耐蝕性が強い。しかし、第１の外部電極３０周囲に発生したＨＣｌによって、第１の外部電極３０が腐食する。
【００２７】
これに対し、図１に示した半導体装置１では、第１の外部電極３０を構成する金属よりもイオン化傾向の大きい金属が含まれる犠牲金属体５０が、第１の外部電極３０と電気的に接触するように配置されている。このように、第１の外部電極３０を構成する金属より卑金属の犠牲金属体５０が第１の外部電極３０と電気的に接触しているため、犠牲金属体５０の腐食が第１の外部電極３０の腐食よりも先に始まる。犠牲金属体５０が腐食している間は、犠牲防食により第１の外部電極３０の腐食は発生しない。その結果、塩害に関して半導体装置１の寿命が向上する。
【００２８】
上記の条件により発明者が行った塩水電圧試験の結果、比較例の半導体装置１Ａは、１００時間未満で第１の外部電極３０（カソード電極）に腐食が発生した。一方、図１に示した半導体装置１は、２００時間以上経過しても、第１の外部電極３０に腐食は発生しなかった。
【００２９】
犠牲金属体５０の犠牲防食によって第１の外部電極３０の腐食を抑制する塩害対策のためには、半導体素子１０のカソード電極１０１に接続された第１の外部電極３０と犠牲金属体５０とが電気的に接触している必要がある。このため、図１に示した半導体装置１では、第１の外部電極３０の封止材２０と接触する根元部分で、犠牲金属体５０と第１の外部電極３０を接触させている。
【００３０】
例えば第１の外部電極３０がＣｕ材にＮｉメッキした構造である場合に、ＣｕよりもＮｉの方がイオン化傾向が大きい。このため、Ｎｉよりもイオン化傾向の大きい金属を犠牲金属体５０として使用する。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）などが含まれる金属を犠牲金属体５０に採用可能である。
【００３１】
図１に示した半導体装置１では、第１の外部電極３０の根元部分に配置された犠牲金属体５０が、第１の外部電極３０及び第１の外部電極３０の根元部分に溜まった塩水と電気的に接触することにより、犠牲防食の効果が生じる。
【００３２】
図１に示した半導体装置１の構造に限らず、第１の外部電極３０と第２の外部電極４０に接する塩水と、第１の外部電極３０より卑金属である犠牲金属体５０が電気的に接触する構造であれば、犠牲防食の効果により、半導体装置１の塩害に対する耐量を向上させることができる。即ち、犠牲金属体５０の形状や取り付け位置、半導体装置１が搭載されるパッケージに関係なく、上記に説明した犠牲防食の効果が得られる。
【００３３】
例えば図４に示すように、犠牲金属体５０の一部が封止材２０の内部に埋め込まれるように設けられてもよい。或いは、図５に示すように、犠牲金属体５０が第１の外部電極３０の根元部分を覆わずに、封止材２０から離間した位置で犠牲金属体５０が第１の外部電極３０に接触してもよい。
【００３４】
また、犠牲金属体５０が第１の外部電極３０と直接に接触していなくても、例えば犠牲金属体５０と第１の外部電極３０の隙間に浸入した塩水によって犠牲金属体５０と第１の外部電極３０が電気的に接触するならば、犠牲防食の効果が得られる。つまり、塩水により第１の外部電極３０と電気的に接続され得るようにして、犠牲金属体５０を封止材２０の外部に配置してもよい。
【００３５】
したがって、第１の外部電極３０の形状が第１の外部電極３０の根元部分に犠牲金属体５０を接触させ難い形状である場合には、リング形状の犠牲金属体５０を採用したり、犠牲金属体５０を第１の外部電極３０にコーティングすることも有効である。
【００３６】
例えば、図６に示した半導体装置１のように、第１の外部電極３０の根元部分の周囲を囲むようにして封止材２０上にリング形状の犠牲金属体５０を配置してもよい。なお、図６（ａ）では、犠牲金属体５０を透過して第１の外部電極３０を表示している。また、製法上の理由により、図６（ｂ）において破線で示すようなスリットＳを犠牲金属体５０に設けてもよい。また、図７に示した半導体装置１のように、第１の外部電極３０に犠牲金属体５０をめっきなどのプロセスによりコーティングしてもよい。
【００３７】
また、図８に示すように、封止材２０が凸形状の第２の外部電極４０の上部を被覆して形成されている半導体装置１においても、犠牲金属体５０を第１の外部電極３０に電気的に接触させることにより、犠牲防食の効果が得られる。図８に示した半導体装置１では、第２の外部電極４０の凸形状部分の上に半導体素子１０及び第１の外部電極３０が配置されている。なお、図８では封止材２０によって被覆された領域の半導体素子１０及び第１の外部電極３０、及び第２の外部電極４０の凸形状部分を破線で示している。
【００３８】
なお、図８に示した半導体装置１の場合においても、図１に示した半導体装置１の図４〜図７に示した変形例と同様に、種々の形態で半導体装置１に犠牲金属体５０を配置できることはもちろんである。
【００３９】
更に、第１の外部電極３０がベンド部を含むピン形状を有する半導体装置１について、例えば図９に示すように犠牲金属体５０を配置してもよい。図９は、第１の外部電極３０の根元部分の周囲を囲むようにして封止材２０上にリング形状の犠牲金属体５０を配置した例である。図９では、犠牲金属体５０を透過して第１の外部電極３０を表示している。図９に示した半導体装置１においても、犠牲防食の効果を得られる。
【００４０】
したがって、半導体装置１のリードベンドの機能を保持したままで、塩害に対して信頼性を向上できる。
【００４１】
更に、図１に示す半導体装置１と逆の極性を有する半導体装置について、例えば図１０に示すように犠牲金属体５０を配置してもよい。図１０は、第１の外部電極３０が半導体素子１０のアノード電極１０２と電気的に接続され、第２の外部電極４０が半導体素子１０のカソード電極１０１と電気的に接続され、第２の外部電極４０と封止材２０との接続部分で犠牲金属体５０を第２の外部電極４０に接触させた例である。図１０に示した半導体装置１においても、犠牲防食の効果を得られる。
【００４２】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置１によれば、第１の外部電極３０の材料よりもイオン化傾向が大きい卑金属の犠牲金属体５０を第１の外部電極３０と電気的に接触させることにより、塩害による第１の外部電極３０の腐食を抑制できる。その結果、半導体装置１の塩害に対する信頼性を向上することができる。
【００４３】
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１…半導体装置
１０…半導体素子
２０…封止材
３０…第１の外部電極
４０…第２の外部電極
５０…犠牲金属体
１００…塩水
１０１…カソード電極
１０２…アノード電極
【図１】
2013004860.tif 000003
【図２】
2013004860.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013004860.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013004860.tif 000011
【図１０】
2013004860.tif 000012