(57)【要約】【課題】モールド樹脂と半導体素子の剥離を抑制しつつ、モールド樹脂内に空気が取り込まれることを防止する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子の一方の面側に配置される第１の金属板１６と、他方の面側に配置される第２の金属板１８と、両金属板を封止するモールド樹脂２０を備えている。半導体素子は、平面視したとき、両金属板のそれぞれの外縁よりも内側に配置されている。モールド樹脂の側面には切欠き２８が形成されている。切欠きの先端は、半導体装置を平面視したとき、両金属板のそれぞれの外縁よりも内側に位置している。【選択図】図２
2016111212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の一方の面側に配置される第１の金属板と、
前記半導体素子の他方の面側に配置される第２の金属板と、
前記半導体素子と前記第１の金属板と前記第２の金属板とを封止するモールド樹脂と、を備える半導体装置であり、
前記半導体装置を平面視したときに、前記半導体素子は、前記第１の金属板と前記第２の金属板のそれぞれの外縁よりも内側に配置されており、
前記第１の金属板と前記第２の金属板の一方が下面となるように前記半導体装置を保持したときに、前記モールド樹脂の側面には切欠きが形成されており、
前記切欠きの先端は、前記半導体装置を平面視したときに、前記第１の金属板と前記第２の金属板のそれぞれの外縁よりも内側に位置している、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来技術に係る半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の一方の面側に配置される第１の金属板と、半導体素子の他方の面側に配置される第２の金属板と、半導体素子とこれら２つの金属板とを封止するモールド樹脂とを備えている。半導体素子は、第１の金属板と第２の金属板の間に配置され、第１の金属板と第２の金属板によって挟まれている。第１の金属板と第２の金属板の間にはモールド樹脂が充填され、半導体素子と第１の金属板と第２の金属板がモールド樹脂によって封止されている。第１の金属板の内面（第２の金属板に対向する面）には凸部が形成され、また、第２の金属板の内面（第１の金属板に対向する面）には凸部が形成されている。この半導体装置では、第１の金属板の内面と第２の金属板の内面のそれぞれに凸部が形成されることで、凸部が形成された部分におけるモールド樹脂の厚みが減少する。これにより、モールド樹脂の収縮量が低減し、モールド樹脂と金属板との剥離が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１０３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の半導体装置においては、金属板の内面に凸部が形成される。モールド樹脂と金属板との剥離を防止するためには、金属板の内面に形成する凸部は比較的大きなものとする必要がある。このため、第１の金属板と第２の金属板の間にモールド樹脂を充填する際に、金属板の内面に形成された凸部によって樹脂の流動性が悪化する。その結果、モールド樹脂内に空気を取り込んでしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、モールド樹脂と半導体素子の剥離を抑制しつつ、モールド樹脂内に空気が取り込まれることを防止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】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の一方の面側に配置される第１の金属板と、半導体素子の他方の面側に配置される第２の金属板と、半導体素子と両金属板とを封止するモールド樹脂とを備えている。半導体装置を平面視したときに、半導体素子は、第１の金属板と第２の金属板のそれぞれの外縁よりも内側に配置されている。第１の金属板と第２の金属板の一方が下面となるように半導体装置を保持したときに、モールド樹脂の側面には切欠きが形成されている。切欠きの先端は、半導体装置を平面視したときに、第１の金属板と第２の金属板のそれぞれの外縁よりも内側に位置している。
【０００７】
この半導体装置では、第１の金属板と第２の金属板の間に充填されるモールド樹脂に切欠きが形成され、その切欠きが第１の金属板と第２の金属板の間にまで伸びている。このため、第１の金属板と第２の金属板の間に充填されるモールド樹脂の量が低減される。その結果、モールド樹脂の収縮量が低減し、モールド樹脂と金属板との剥離が抑制される。
また、切欠きによって、モールド樹脂の剥離を抑制するため、第１の金属板と第２の金属板の対向面の対向する領域内に、剥離防止用の大きな凸部を設ける必要はない。このため、第１の金属板と第２の金属板の間にモールド樹脂を充填する際に、モールド樹脂の流動
性が悪化することが抑制でき、モールド樹脂内に空気が取り込まれることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の半導体装置の平面図である。
【図２】図１の半導体装置のII−II線断面図である。
【図３】変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図４】他の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施例）  図面を参照して実施例の半導体装置１０を説明する。半導体装置１０は、電気自動車等に搭載されている電力変換装置（例えば、インバータ等）に用いられる。図１，２に示すように、半導体装置１０は、ＩＧＢＴ１２と、ダイオード１４と、エミッタヒートシンク１６と、コレクタヒートシンク１８と、これらをモールドするモールド樹脂２０とを備えている。
【００１０】
ＩＧＢＴ１２（半導体素子の一例）は、平面視矩形状のスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１２の下面（図２において下面）にはコレクタ電極が形成され、ＩＧＢＴ１２の上面（図２において上面）にはエミッタ電極と複数の小信号パッドが形成されている。また、ＩＧＢＴ１２にはゲート電極が形成され、ゲート電極は複数の小信号パッドの一つと接続されている。小信号パッドを介してゲート電極に印加される電位が制御されることで、ＩＧＢＴ１２は、導通状態と非導通状態とに切替えられる。ＩＧＢＴ１２のコレクタ電極は、ハンダ層３０ａを介してコレクタヒートシンク１８に接合されている。ＩＧＢＴ１２のエミッタ電極は、ハンダ層３０ｂを介してブロック電極３２に接合されている。ブロック電極３２は、ハンダ層３０ｃを介してエミッタヒートシンク１６に接合されている。ＩＧＢＴ１２の小信号パッドは、ボンディングワイヤ２４を介して小信号端子２２に接続されている。
【００１１】
図１に示すように、半導体装置１０を平面視すると、ＩＧＢＴ１２は、エミッタヒートシンク１６の外縁より内側で、かつ、コレクタヒートシンク１８の外縁より内側に配置されている。すなわち、ＩＧＢＴ１２は、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８に挟まれた状態で配置されている（図２参照）。図１に示すように、ＩＧＢＴ１２は、エミッタヒートシンク１６及びコレクタヒートシンク１８の中央に対してｘ方向（−）側に配置され、また、ｙ方向（＋）側に配置されている。これによって、ＩＧＢＴ１２のｘ方向（＋）側にダイオード１４が配置するスペースが確保される。また、ヒートシンク１６，１８のｙ方向（−）側の辺縁（図１の下側の辺）からＩＧＢＴ１２までの距離が、ヒートシンク１６，１８のｙ方向（＋）側の辺縁（図１の上側の辺）からＩＧＢＴ１２までの距離よりも長くなっている。なお、図１から明らかなように、小信号端子２２は、半導体装置１０の一つの側面（図１の下側（ｙ方向（−））に位置するｘ−ｚ側面）に配置され、その側面から外側（ｙ方向（−））に向かって突出している。
【００１２】
ダイオード１４は、整流作用を持つ平面視矩形状の半導体素子である。ダイオード１４の下面（図２の下面）にはカソード電極が形成され、ダイオード１４の上面にはアノード電極が形成されている。ダイオード１４のカソード電極は、ハンダ層３４ａを介してコレクタヒートシンク１８に接合されている。ダイオード１４のアノード電極は、ハンダ層３４ｂ、ブロック電極３６及びハンダ層３４ｃを介してエミッタヒートシンク１６に接合されている。したがって、ＩＧＢＴ１２のエミッタ電極とダイオード１４のアノード電極がエミッタヒートシンク１６を介して接続され、ＩＧＢＴ１２のコレクタ電極とダイオード１４のカソード電極がコレクタヒートシンク１８を介して接続されている。すなわち、ダイオード１４は、ＩＧＢＴ１２をサージ電流から保護する還流ダイオードである。
【００１３】
図１に示すように、半導体装置１０を平面視すると、ダイオード１４は、ヒートシンク１６、１８のそれぞれの外縁より内側に配置されている。また、ダイオード１４は、ＩＧＢＴ１２のｘ方向（＋）側に配置され、ヒートシンク１６，１８の中央に対してｙ方向（＋）側に配置されている。このため、ヒートシンク１６，１８のｙ方向（−）側の辺縁（図１の下側の辺）からダイオード１４までの距離は、ヒートシンク１６，１８のｙ方向（＋）側の辺縁（図１の上側の辺）からダイオード１４までの距離よりも長くなっている。
【００１４】
エミッタヒートシンク１６（第１の金属板の一例）は、金属製の板材であり、平面視するとｘ方向の辺の長さがｙ方向の辺の長さより長い長方形状に形成されている。エミッタヒートシンク１６は、導電性及び放熱性を有し、ＩＧＢＴ１２とダイオード１４の電極及び放熱部材として機能する。図１に示すように、エミッタヒートシンク１６の平面サイズは、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４の平面サイズよりも大きくされている。図２に示すように、エミッタヒートシンク１６の下面（図２の下面）には、ＩＧＢＴ１２とダイオード１４がそれぞれ接合されている。エミッタヒートシンク１６の下面及び上面は平坦な平面であり、両面に凸部は形成されていない。このため、エミッタヒートシンク１６の下面のうち、コレクタヒートシンク１８と対向する領域（本実施例では、エミッタヒートシンク１６の下面の全面）には、コレクタヒートシンク１８に向かって突出する凸部は形成されていない。なお、エミッタヒートシンク１６には、パワー端子２６ａが設けられている。パワー端子２６ａは、半導体装置１０の一つの側面（図１の上側（ｙ方向（＋））に位置するｘ−ｚ側面）に配置され、その側面から外側（ｙ方向（＋））に向かって突出している。このため、パワー端子２６ａは、小信号端子２２が配置される側面とは反対側となる側面に配置される。パワー端子２６ａは、図示しないグランドに接続される。
【００１５】
コレクタヒートシンク１８（第２の金属板の一例）は、ｘ方向の辺の長さがｙ方向の辺の長さより長い長方形状の金属製の板材である。コレクタヒートシンク１８は、導電性及び放熱性を有し、ＩＧＢＴ１２とダイオード１４の電極及び放熱部材として機能する。すなわち、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４はその両面より冷却される。コレクタヒートシンク１８の平面サイズは、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４の平面サイズよりも大きく、また、エミッタヒートシンク１６の平面サイズより大きくされている。具体的には、図１に示すように、コレクタヒートシンク１８のｙ方向の辺の長さは、エミッタヒートシンク１６のｙ方向の辺の長さと同一とされる一方、コレクタヒートシンク１８のｘ方向の辺の長さは、エミッタヒートシンク１６のｘ方向の辺の長さより長くされている。したがって、半導体装置１０を平面視すると、コレクタヒートシンク１８は、エミッタヒートシンク１６よりｘ方向（＋）側及びｘ方向（−）側に突出している。図２に示すように、コレクタヒートシンク１８の上面（図２の上面）には、ＩＧＢＴ１２とダイオード１４がそれぞれ接合されている。コレクタヒートシンク１８の下面及び上面は平坦な平面であり、両者に凸部は形成されていない。このため、コレクタヒートシンク１８の上面のうち、エミッタヒートシンク１６と対向する領域には、エミッタヒートシンク１６に向かって突出する凸部は形成されていない。なお、コレクタヒートシンク１８には、パワー端子２６ｂが設けられている。パワー端子２６ｂは、半導体装置１０の側面（パワー端子２６ａが配置された側面）に配置され、その側面から外側（ｙ方向（＋））に向かって突出している。パワー端子２６ｂは、パワー端子２６ａに対してｘ方向及びｚ方向にシフトして配置されており、図示しない外部電源に接続される。
【００１６】
モールド樹脂２０は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなるもので、ＩＧＢＴ１２、ダイオード１４、エミッタヒートシンク１６、およびコレクタヒートシンク１８を包み込むように封止している。エミッタヒートシンク１６の上面及びコレクタヒートシンク１８の下面は、モールド樹脂２０で覆われていない。このため、エミッタヒートシンク１６の上面及びコレクタヒートシンク１８の下面は外部に露出しており、これらの面は直接的に冷却可能となっている。エミッタヒートシンク１６の他の面及びコレクタヒートシンク１８の他の面はモールド樹脂２０で覆われており、また、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８の間にもモールド樹脂２０が充填されている。
【００１７】
図１，２に示すように、モールド樹脂２０の３つの側面には切欠き２８が形成されている。すなわち、モールド樹脂２０の２つのｙ−ｚ平面と、パワー端子２６ａ，２６ｂが配置されたｘ−ｚ平面のそれぞれには、切欠き２８が形成されている。具体的には、モールド樹脂２０のｙ−ｚ平面（ｘ方向（−））には、ｘ方向（＋）に伸びる切欠きが形成され、その先端２８ａは、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８のそれぞれの外縁よりも内側に位置している。モールド樹脂２０のｙ−ｚ平面（ｘ方向（＋））には、ｘ方向（−）に伸びる切欠きが形成され、その先端２８ｃは、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８のそれぞれの外縁よりも内側に位置している。モールド樹脂２０のｘ−ｚ平面（ｙ方向（＋））には、ｙ方向（−）に伸びる切欠きが形成され、その先端２８ｂは、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８のそれぞれの外縁よりも内側に位置している。したがって、切欠き２８の各先端２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８とが対向する領域内にまで伸びている。なお、先端２８ａ，２８ｃはｙ方向に直線状に伸びており、先端２８ｂはｘ方向に直線状に伸びている。図１より明らかなように、切欠き２８は、小信号端子２２が配置された側面（ｘ−ｚ側面（ｙ方向（−）））には形成されていない。
【００１８】
なお、図２に示すように、切欠き２８の形状は、モールド樹脂２０の外側から内側に向かって、ｚ方向の寸法（厚み）が減少するテーパ状となっている。切欠き２８は、モールド樹脂２０を切削加工することによって形成される。このため、切欠き２８は、切欠き２８の先端２８ａ，２８ｂ，２８ｃが伸びる方向（切削方向）に連続して形成されている。図１から明らかなように、ｙ−ｚ平面（ｘ方向（−）及びｘ方向（＋）の２面）に形成される切欠き２８の先端２８ａ，２８ｃの深さは、ｘ−ｚ平面（ｙ方向（＋））に形成される切欠き２８の先端２８ｂの深さよりも深くされている。
【００１９】
上述した半導体装置１０を製造するには、まず、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４の下面にコレクタヒートシンク１８をハンダ接合すると共に、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４の上面にブロック電極３２，３６を介してエミッタヒートシンク１６をハンダ接合する。これによって、ＩＧＢＴ１２、ダイオード、コレクタヒートシンク１８及びエミッタヒートシンク１８が一体化される。次に、一体化されたＩＧＢＴ１２、ダイオード、コレクタヒートシンク１８及びエミッタヒートシンク１６を成形型の内部に配置し、成形型の内部に樹脂を充填する。これによって、ＩＧＢＴ１２、ダイオード、コレクタヒートシンク１８及びエミッタヒートシンク１８がモールド樹脂２０で封止される。次に、成形型より成形品を取出し、成形品の３つの側面（小信号端子２２が配置されていない３側面）を切削加工する。これによって、モールド樹脂２０に切欠き２８が形成され、半導体装置１０が製造される。
【００２０】
上述した実施例の半導体装置１０では、モールド樹脂２０の３つの側面から切欠き２８が形成され、その切欠き２８の先端２８ａ，２８ｂ，２８ｃがエミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８とが対向する領域内にまで伸びている。このため、エミッタヒートシンク１６とコレクタヒートシンク１８とが対向する領域内に充填されるモールド樹脂２０の樹脂量を少なくすることができ、ヒートシンク１６，１８の間に充填されているモールド樹脂２０の収縮量が小さくなる。その結果、モールド樹脂２０の収縮により発生する応力を低下させることができ、モールド樹脂２０とヒートシンク１６，１８の剥離を抑制することができる。また、モールド樹脂２０の収縮により発生する応力が低下するため、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４に作用する応力も低下し、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４にクラックが入る等の事態を防止することができる。
【００２１】
なお、本実施例では、半導体装置１０の小信号端子２２が配置された側面（ｘ−ｚ平面（ｙ方向（−）））には切欠き２８が形成されていない。しかしながら、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４は、ヒートシンク１６，１８に対してｙ方向（＋）側にシフトした位置に配置されている。このため、ヒートシンク１６，１８の小信号端子２２側の辺からＩＧＢＴ１２及びダイオード１４までの距離が長くされている。これによって、モールド樹脂２０とヒートシンク１６，１８の剥離に対して大きなマージンが確保され、半導体装置１０の信頼性が確保されている。
【００２２】
また、本実施例の半導体装置１０では、ヒートシンク１６、１８の下面及び上面は平坦な平面であって、ヒートシンク１６，１８の内側の面（ＩＧＢＴ１２とダイオード１４が配置される面）に凸部が形成されていない。このため、ヒートシンク１６，１８の間にモールド樹脂を充填する際に、モールド樹脂を滑らかに充填することができる。特に、モールド樹脂２０に形成される切欠き２８は、モールド樹脂２０を切削加工することによって形成される。すなわち、ＩＧＢＴ１２、ダイオード１４及びヒートシンク１６，１８をモールド樹脂２０でモールドする際は、切欠き２８は形成されておらず、モールド樹脂２０をモールド成形した後に切欠き２８が形成される。このため、切欠き２８がモールド樹脂２０の流動性を阻害することはない。モールド樹脂２０の流動性を良好に保つことができるため、モールド樹脂２０内に気泡が巻き込まれることを抑制することができる。
【００２３】
以上、本実施例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２４】
例えば、上述した実施例の半導体装置１０では、モールド樹脂２０に形成した切欠き２８の形状は、モールド樹脂２０の外側から内側に向かって、ｚ方向の寸法が減少するテーパ状とされていた。しかしながら、モールド樹脂２０に形成する切欠きの形状は、このような形状に限られない。例えば、図３に示す半導体装置４０のように、モールド樹脂２０の外側から内側に向かって、ｚ方向の寸法が略一定となる切欠き３８としてもよい。このような構成によっても、上述した実施例と同様に、モールド樹脂２０とヒートシンク１６，１８との剥離を抑制することができる。なお、モールド樹脂２０に形成する切欠きは、その先端の位置を深くするほど応力低減効果は大きくなり、また、切欠きの厚さ（ｚ方向の寸法）が大きいほど応力低減効果は大きくなる。このため、モールド樹脂２０に求められるシールド能力が確保される範囲内で、モールド樹脂２０に形成される切欠きの大きさを適宜決定すればよい。
【００２５】
また、図４に示す半導体装置４２のように、エミッタヒートシンク４４は小信号端子２２が配置された側で縮小してもよい。すなわち、エミッタヒートシンク４４は、ＩＧＢＴ１２がハンダ接合された位置から小信号端子２２側に突出することはなく、その面積が小さくされている。これによって、小信号端子２２が配置された側において、ヒートシンク１８，４４の間に充填されるモールド樹脂２０の樹脂量を減らすことができる。このため、切欠き４６が形成されない小信号端子２２側に発生する応力を低減し、モールド樹脂２０とヒートシンク１８，４４との剥離を抑制することができる。なお、ヒートシンク４４は、小信号端子２２が配置された側で縮小されるが、小信号端子２２側のみが縮小されるだけなので、ヒートシンク４４の冷却能力が問題となることはない。
【００２６】
また、上述した実施例では、モールド樹脂２０を切削加工することによって切欠き２８を形成していたが、切欠きを形成する方法は、このような方法に限られない。例えば、ＩＧＢＴ１２、ダイオード１４及びヒートシンク１６，１８をモールド成形する際に、ピンを成形型内に押し出すことで、モールド樹脂に切欠きを形成してもよい。なお、成形型内にピンを押し出すタイミングは、成形型内に樹脂を充填した直後（すなわち、樹脂が流動可能な状態となっているとき）に行えばよい。
【００２７】
上述した実施例では、コレクタヒートシンク１８のエミッタヒートシンク１６との対向面の全面において、エミッタヒートシンク１６に向かって突出する凸部が形成されていなかったが、このような形態に限られない。２つのヒートシンクの平面サイズが異なり、一方のヒートシンクの対向面に他方のヒートシンクと対向しない領域が存在する場合には、そのような領域には他方のヒートシンクに向かって突出する凸部が形成されていてもよい。対向しない領域に凸部が形成されても、モールド樹脂の流動性を阻害する影響が小さいためである。さらには、剥離防止用の大きな凸部でなければ、一方のヒートシンクの対向面の対向領域（他方のヒートシンクに対向している領域）に凸部を形成してもよい。剥離防止用の凸部でなければ、モールド樹脂の流動性を阻害する影響が小さいためである。
【００２８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２９】
１０：半導体装置
１２：ＩＧＢＴ
１４：ダイオード
１６：エミッタヒートシンク
１８：コレクタヒートシンク
２０：モールド樹脂
【図１】
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【図２】
2016111212.tif 000004
【図３】
2016111212.tif 000005
【図４】
2016111212.tif 000006