(57)【要約】      （修正有）【課題】樹脂が可撓性回路基板を伝って基板よりも外側にはみ出すことを適切に防止する構造体を提供する。【解決手段】半導体装置１は、金属基板と、金属基板上に配置される半導体素子と、金属基板上に一端が配置され、半導体素子と電気的に接続される可撓性回路基板であって、金属基板の縁部を越えて金属基板の外側に延在する可撓性回路基板と、金属基板の外周縁部のうちの、少なくとも、可撓性回路基板が越えて延在する金属基板の縁部に配置され、該縁部では可撓性回路基板上に設けられる樹脂壁部７０と、樹脂壁部７０よりも内側で金属基板を覆うように設けられる樹脂封止部７２とを含む。【選択図】図２
2013098466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、
前記金属基板上に配置される半導体素子と、
前記金属基板上に一端が配置され、前記半導体素子と電気的に接続される可撓性回路基板であって、前記金属基板の縁部を越えて前記金属基板の外側に延在する可撓性回路基板と、
前記金属基板の外周縁部のうちの、少なくとも、前記可撓性回路基板が越えて延在する前記金属基板の縁部に配置され、該縁部では前記可撓性回路基板上に設けられる樹脂壁部と、
前記樹脂壁部よりも内側で前記金属基板を覆うように設けられる樹脂封止部とを含むことを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂壁部は、前記金属基板の外周縁部に全周に亘って設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記樹脂封止部は、前記樹脂壁部により囲まれる前記金属基板の領域全体を覆うように設けられる、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記可撓性回路基板は、前記金属基板上で前記半導体素子とボンディングワイヤにより接続され、
前記樹脂壁部の高さは、前記金属基板上で前記ボンディングワイヤの高さよりも高く、
前記樹脂封止部は、前記ボンディングワイヤを覆うように設けられる、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
金属基板上に半導体素子を配置するステップと、
可撓性回路基板の一端が前記金属基板の縁部を越えて前記金属基板の外側に延在する態様で前記金属基板上に前記可撓性回路基板の他端を取り付けると共に、前記可撓性回路基板を前記半導体素子に電気的に接続するステップと、
前記可撓性回路基板が取り付けられた前記金属基板の外周縁部に全周に亘って樹脂壁部を形成するステップと、
前記樹脂壁部により囲まれる前記金属基板の領域全体を覆うように樹脂封止部を形成するステップとを含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
可撓性回路基板を備える半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、放熱体に接しているセラミックス基板と、セラミックス基板に接している金属部材と、該金属部材の上に搭載された電子部品と、セラミックス基板より外側に配置され、電子部品とボンディングワイヤで電気的に接続され、外部に通じる電極（制御端子）と、を有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０８８２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術のように、制御端子を介して電子部品を外部と電気的に接続する構成では、基板より外側に制御端子が配置されるので、半導体装置のサイズが大きくなるという問題点がある。
【０００５】
この点、基板上に可撓性回路基板を直接取り付けることで、基板上の半導体素子と外部との電気的接続を実現する構成では、半導体装置のサイズを小さくできる点で有利である。しかしながら、かかる構成では、基板上を樹脂で封止する際に、樹脂が可撓性回路基板を伝って基板よりも外側にはみ出す虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、樹脂が可撓性回路基板を伝って基板よりも外側にはみ出すことを適切に防止することができる半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、金属基板と、
前記金属基板上に配置される半導体素子と、
前記金属基板上に一端が配置され、前記半導体素子と電気的に接続される可撓性回路基板であって、前記金属基板の縁部を越えて前記金属基板の外側に延在する可撓性回路基板と、
前記金属基板の外周縁部のうちの、少なくとも、前記可撓性回路基板が越えて延在する前記金属基板の縁部に配置され、該縁部では前記可撓性回路基板上に設けられる樹脂壁部と、
前記樹脂壁部よりも内側で前記金属基板を覆うように設けられる樹脂封止部とを含むことを特徴とする、半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、樹脂が可撓性回路基板を伝って基板よりも外側にはみ出すことを適切に防止することができる半導体装置及びその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例による半導体装置１の要部を示す斜視図である。
【図２】半導体装置１の主要断面図である。
【図３】図１に樹脂壁部７０が追加的に図示された図である。
【図４】図１に樹脂壁部７０及び樹脂封止部７２が追加的に図示された図である。
【図５】樹脂壁部７０を備えていない比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例による半導体装置１の要部を示す斜視図である。図２は、半導体装置１の主要断面図である。尚、図１においては、都合上、図２に示されている半導体装置１の絶縁層３０、ヒートシンク４０、樹脂壁部７０及び樹脂封止部７２についての図示が省略されている。
【００１２】
尚、半導体装置１の上下方向は、半導体装置１の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、半導体装置１のヒートスプレッダ２０に対して半導体チップ１０側を上方とする。また、用語の定義として、「外側」及び「内側」とは、ヒートスプレッダ２０の上面に垂直な面直視でヒートスプレッダ２０の中心を基準とする。即ち、「外側」とは、面直視でヒートスプレッダ２０の中心から離れる側を指し、「内側」とは、面直視でヒートスプレッダ２０の中心の向かう側を指す。尚、ヒートスプレッダ２０の中心は凡そであればよく、厳密に決定されるべき性質のものでない。
【００１３】
半導体装置１は、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用のインバータを構成するものであってよい。
【００１４】
半導体装置１は、図1及び図２に示すように、半導体チップ１０と、ヒートスプレッダ２０と、絶縁層３０と、ヒートシンク４０と、ＦＰＣ（flexible  printed  circuit）９０と、樹脂壁部７０と、樹脂封止部７２とを含む。
【００１５】
半導体チップ１０は、パワー半導体素子を含む。半導体チップ１０は、ヒートスプレッダ２０上に半田５０により接合される。図示の例では、半導体チップ１０は、１つのヒートスプレッダ２０に対して２つ設けられ、それぞれ、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）と、ＦＷＤ（Free  Wheeling  Diode）である。この場合、ＩＧＢＴは、上面にエミッタ電極を備え、下面にコレクタ電極を備える。また、ＦＷＤは、上面にアノード電極を備え、下面にカソード電極を備える。尚、半導体チップ１０が含むパワー半導体素子の種類や数は、任意である。また、半導体チップ１０は、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field-Effect  Transistor)のような他のスイッチング素子を含んでもよい。
【００１６】
半導体チップ１０の上面には、第１接続端子１２が半田５０により固着（接合）される。図示の例では、第１接続端子１２のそれぞれの脚部の下端は、それぞれ、ＩＧＢＴのエミッタ電極と、ＦＷＤのアノード電極に半田５０により接合される。第１接続端子１２の上部は、バスバー（図示せず）に例えばレーザ溶接により接合されてもよい。
【００１７】
ヒートスプレッダ２０は、半導体チップ１０で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ２０は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。本例では、一例として、ヒートスプレッダ２０は、銅により形成される。銅としては、伝導率が銅材の中で最も高い無酸素銅(C1020)が好適である。
【００１８】
ヒートスプレッダ２０の上面には、第２接続端子１４が半田等により接合される。尚、ヒートスプレッダ２０には、半導体チップ１０としてのＩＧＢＴのコレクタ電極（及び半導体チップ１０としてのＦＷＤのカソード電極）が接続されるので、第２接続端子１４は、ＩＧＢＴのコレクタ電極の取り出し部を構成する。第２接続端子１４は、第１接続端子１２と同様、バスバー（図示せず）に例えばレーザ溶接により接合されてもよい。
【００１９】
絶縁層３０は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層３０は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層３０は、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０の間に設けられ、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０に接合する。絶縁層３０は、ヒートスプレッダ２０とヒートシンク４０との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ２０からヒートシンク４０への高い熱伝導性を確保する。
【００２０】
ヒートシンク４０は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成される。ヒートシンク４０は、図２に示すように、下面側にフィン４２を備える。フィン４２の数や配列態様は任意である。フィン４２は、図示のようなストレートフィンであってもよいし、その他、ピンフィンの千鳥配置等で実現されてもよい。半導体装置１の実装状態では、フィン４２は、冷却水や冷却空気のような冷却媒体と接触する。このようにして、半導体装置１の駆動時に生じる半導体チップ１０からの熱は、ヒートスプレッダ２０、絶縁層３０を介して、ヒートシンク４０のフィン４２から冷却媒体へと伝達され、半導体装置１の冷却が実現される。
【００２１】
ＦＰＣ９０は、上面（ヒートスプレッダ２０に接合される側とは逆側の表面）に、ボンディングワイヤ８０に接続される配線（図示せず）が形成（プリント）される。ＦＰＣ９０は、図１及び図２に示すように、ヒートスプレッダ２０上に一端が取り付けられる。ＦＰＣ９０は、ヒートスプレッダ２０上に例えば接着剤により接合されてもよい。図示の例では、ＦＰＣ９０は、ヒートスプレッダ２０側に、幅広の端部９０ａを有し、この端部９０ａがヒートスプレッダ２０上に接合される。図示の例では、ＦＰＣ９０の端部９０ａは、ヒートスプレッダ２０上における半導体チップ１０に隣接する領域に接合される。また、ＦＰＣ９０は、図１及び図２に示すように、端部９０ａから他端側へと延在する部位がヒートスプレッダ２０の縁部を越えてヒートスプレッダ２０の外側へと延出する態様で、配置される。
【００２２】
ＦＰＣ９０は、図１及び図２に示すように、ヒートスプレッダ２０上でボンディングワイヤ８０により半導体チップ１０に接続される。図示の例では、ＦＰＣ９０は、ボンディングワイヤ８０によりＩＧＢＴ（半導体チップ１０の一例）に電気的に接続される。ＦＰＣ９０は、複数個のボンディングワイヤ８０で半導体チップ１０に接続されてもよい。複数個のボンディングワイヤ８０は、例えば、ＩＧＢＴのスイッチング用の制御線（ゲート信号線、エミッタ信号線）や、チップ温度検出用の線、センス端子等を形成するものであってよい。
【００２３】
ここで、図２、図３及び図４を参照しつつ、樹脂壁部７０及び樹脂封止部７２について説明する。
【００２４】
図３は、図１に樹脂壁部７０が図示された図である。図４は、図１に樹脂壁部７０及び樹脂封止部７２が図示された図である。従って、図２は、図４に示す半導体装置１の主要断面図に相当する。
【００２５】
樹脂壁部７０は、図３に示すように、ヒートスプレッダ２０の周縁部の全周に亘って設けられる。従って、樹脂壁部７０は、図２に示すように、ＦＰＣ９０がヒートスプレッダ２０を越える縁部（ヒートスプレッダ２０におけるＦＰＣ９０が上を通過する縁部）においては、ＦＰＣ９０上に設けられる。樹脂壁部７０は、ヒートスプレッダ２０の周縁部の全周に沿って、樹脂材料を配置することにより形成されてよい。樹脂壁部７０は、いわゆるダム材として機能する粘度の高い任意の樹脂材料により形成されてもよい。具体的には、樹脂壁部７０は、施工時にヒートスプレッダ２０の縁部からヒートスプレッダ２０の側面へと垂れること（又はＦＰＣ９０におけるヒートスプレッダ２０の縁部よりも外側の領域へとはみ出ること）がないように形状を保持できる粘性の高い樹脂材料により形成される。典型的には、樹脂壁部７０は、少なくとも樹脂封止部７２を形成する樹脂材料よりも粘性が高い樹脂材料により形成される。例えば、樹脂壁部７０の樹脂材料は、液状エポキシ樹脂及び硬化剤としてカチオン系重合開始剤を含有するものであってもよい。
【００２６】
樹脂封止部７２は、ヒートスプレッダ２０の上面における樹脂壁部７０により囲繞された領域に設けられる。樹脂封止部７２は、ヒートスプレッダ２０の上面における樹脂壁部７０により囲繞された領域に、樹脂材料をモールドすることにより形成されてよい。樹脂材料は、封止に適した任意の材料であってよく、例えば、酸無水物系又はフェノール系硬化剤を使用した熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂等）やシリコンゲル等であってよい。
【００２７】
ここで、樹脂壁部７０を備えていない比較例では、図５に示すように、樹脂封止部７２’を形成する際に、比較的粘性が低い樹脂封止部７２’の樹脂材料は、ヒートスプレッダ２０の縁部を越えて外側へとＦＰＣ９０上を伝ってしまう場合がある。この場合、図５に示すように、樹脂封止部７２’で本来封止すべき要素（特にＦＰＣ９０の近傍に位置する要素であり、図示の例では、例えばボンディングワイヤ８０）が封止されない場合も生じうる。
【００２８】
これに対して、本実施例によれば、樹脂封止部７２を形成する際に、樹脂壁部７０がダム枠（堤防）として機能するので、ヒートスプレッダ２０の縁部を越えて外側へとＦＰＣ９０上を伝いうる樹脂材料の流れが堰止めされる。これにより、樹脂封止部７２のはみ出しを防止し、樹脂封止部７２により封止すべき要素を確実に封止することができる。
【００２９】
樹脂壁部７０の高さは、好ましくは、ヒートスプレッダ２０上に配置される各種要素のうち、樹脂封止部７２により封止すべき最も高い要素を基準として設定される。図示の例では、樹脂封止部７２により封止すべき最も高い要素は、ボンディングワイヤ８０である。この場合、ヒートスプレッダ２０の上面を基準として、樹脂壁部７０の高さは、ボンディングワイヤ８０よりも高く設定される。これにより、図２に示すように、樹脂封止部７２によりボンディングワイヤ８０を確実に封止することができる。
【００３０】
尚、図２及び図４に示す例では、樹脂封止部７２は、ヒートスプレッダ２０上の半導体チップ１０及びボンディングワイヤ８０を覆うように形成される。これにより、半導体チップ１０を保護すると共に、半田５０によるヒートスプレッダ２０と半導体チップ１０との間の接合部の信頼性や、ボンディングワイヤ８０とＦＰＣ９０及び半導体チップ１０との接合信頼性を高めることができる。尚、樹脂封止部７２による半導体チップ１０を覆うことにより、第１接続端子１２や第２接続端子１４をレーザ溶接する際のスパッタに起因して半導体チップ１０に耐圧不良が生じるのを防止することができる。
【００３１】
次に、本実施例の半導体装置１の製造方法について説明する。
【００３２】
先ず、図１に示すように、ヒートスプレッダ２０上に、半導体チップ１０が接合され、半導体チップ１０及びヒートスプレッダ２０にそれぞれ第１接続端子１２及び第２接続端子１４が接合される。また、ヒートスプレッダ２０上に、ＦＰＣ９０が接合される。次いで、ＦＰＣ９０と半導体チップ１０とがヒートスプレッダ２０上でボンディングワイヤ８０により電気的に接続される。
【００３３】
次いで、図３に示すように、ヒートスプレッダ２０の周縁部の全周に亘って粘性の高い樹脂材料（ダム材）が塗布され、樹脂壁部７０が形成される。尚、この際、ヒートスプレッダ２０の周縁部の一部には、ＦＰＣ９０が配置されているので、その部分については、ＦＰＣ９０上に、粘性の高い樹脂材料が塗布され、樹脂壁部７０が形成される。尚、図３に示す例では、ヒートスプレッダ２０の周縁部の一部上に配置されるＦＰＣ９０の端部９０ａ上に樹脂壁部７０が形成されることになる。
【００３４】
次いで、図４に示すように、ヒートスプレッダ２０の上面における樹脂壁部７０により囲繞された領域に樹脂材料が注入され、樹脂封止部７２が形成される。
【００３５】
尚、以上の実施例においては、ヒートスプレッダ２０が特許請求の範囲の「金属基板」に対応し、ＦＰＣ９０が特許請求の範囲の「可撓性回路基板」に対応している。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３７】
例えば、上述では、好ましい実施例として、ヒートスプレッダ２０の周縁部の全周に亘って樹脂壁部７０が形成されるが、ヒートスプレッダ２０の周縁部の一部であるＦＰＣ９０が配置されている部分に対してのみ、又は、ＦＰＣ９０が配置されている部分を含むヒートスプレッダ２０の周縁部の一部のみに、樹脂壁部７０が形成されてもよい。この場合も、ヒートスプレッダ２０の縁部を越えて外側へとＦＰＣ９０上を伝いうる樹脂材料の流れが堰止めされるので、樹脂封止部７２のはみ出しを防止することができる。
【００３８】
また、上述した実施例において、ＦＰＣ９０におけるヒートスプレッダ２０の縁部上に位置する部位（図例では、ヒートスプレッダ２０の縁部上に配置されるＦＰＣ９０の端部９０ａ）に補強材が設けられてもよい。補強材は、例えば、ＦＰＣ９０と同一の材料（例えばポリイミド）から形成されてよい。これにより、ヒートスプレッダ２０の縁部から受ける力に起因したＦＰＣ９０における応力集中が低減され、ＦＰＣ９０上の配線を適切に保護することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    半導体装置
１０    半導体チップ
１２    第１接続端子
１４    第２接続端子
２０    ヒートスプレッダ
２２    基板
３０    絶縁層
４０    ヒートシンク
４２    フィン
５０    半田
７０    樹脂壁部
７２    樹脂封止部
８０    ボンディングワイヤ
９０    ＦＰＣ
９０ａ    端部
【図１】
2013098466.tif 000003
【図２】
2013098466.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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