(57)【要約】【課題】  金属板からの樹脂の剥離を抑制する技術を提供する。【解決手段】  提供される半導体装置は、第１金属板と、前記第１金属板上に積層されている半導体チップと、前記半導体チップ上に積層されている第２金属板と、前記第１金属板の上面と側面、前記半導体チップ、及び、前記第２金属板の下面と側面を封止する樹脂を有している。前記第１金属板の側面が、前記第１金属板の下面近傍に位置する下部側面と、前記下部側面の上側に配置されているとともに前記下部側面から突出する凸部を有している。前記凸部が、前記第１金属板を厚み方向に沿って見たときに、前記第１金属板の全周に形成されている。前記樹脂から前記凸部の下面に加わる圧縮応力が、前記樹脂から前記下部側面に加わるせん断応力よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
第１金属板と、
前記第１金属板上に積層されている半導体チップと、
前記半導体チップ上に積層されている第２金属板と、
前記第１金属板の上面と側面、前記半導体チップ、及び、前記第２金属板の下面と側面を封止する樹脂、
を有しており、
前記第１金属板の側面が、下部側面と、前記下部側面の上側に配置されているとともに前記下部側面から突出する凸部を有しており、
前記凸部が、前記第１金属板を厚み方向に沿って見たときに、前記第１金属板の全周に形成されており、
前記樹脂から前記凸部の下面に加わる圧縮応力が、前記樹脂から前記下部側面に加わるせん断応力よりも大きい、
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の半導体装置は、２つの金属板と、２つの金属板の間に配置された半導体チップを有している。２つの金属板と半導体チップは、樹脂によって封止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１２５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体装置では、金属板と樹脂とで線膨張係数が異なるため、温度上昇時に金属板と樹脂との間に応力が加わる。金属板の側面では、樹脂が金属板の側面に沿って熱膨張する。このため、金属板の側面と樹脂との間にはせん断応力が加わる。したがって、金属板の側面において樹脂が剥離しやすい。金属板の側面で樹脂が剥離すると、剥離領域が金属板の表面に沿って広がり、半導体チップまで達する場合がある。これによって、樹脂による半導体チップの保護機能が低下してしまう。したがって、本明細書では、金属板からの樹脂の剥離を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、第１金属板と、前記第１金属板上に積層されている半導体チップと、前記半導体チップ上に積層されている第２金属板と、前記第１金属板の上面と側面、前記半導体チップ、及び、前記第２金属板の下面と側面を封止する樹脂を有している。前記第１金属板の側面が、下部側面と、前記下部側面の上側に配置されているとともに前記下部側面から突出する凸部を有している。前記凸部は、前記第１金属板を厚み方向に沿って見たときに、前記第１金属板の全周に形成されている。前記樹脂から前記凸部の下面に加わる圧縮応力が、前記樹脂から前記下部側面に加わるせん断応力よりも大きい。
【０００６】
なお、第１金属板と半導体チップは直接接触していてもよいし、第１金属板と半導体チップの間に他の部材（例えば、はんだや金属ブロック）が介在していてもよい。また、第２金属板と半導体チップは直接接触していてもよいし、第２金属板と半導体チップの間に他の部材（例えば、はんだや金属ブロック）が介在していてもよい。
【０００７】
この半導体装置では、第１金属板の側面に、下部側面と凸部が形成されている。温度上昇時に、下部側面に接する樹脂は、下部側面に沿って熱膨張する。しかしながら、凸部が存在するため、下部側面に沿う樹脂の移動が阻害される。その結果、凸部の下面と樹脂の間で圧縮応力が生じるとともに、下部側面と樹脂の間で生じるせん断応力が低減される。樹脂から凸部の下面に加わる圧縮応力は、樹脂から下部側面に加わるせん断応力よりも大きくなる。このように、この半導体装置では、下部側面と樹脂の間に加わるせん断応力が低減されるので、下部側面から樹脂が剥離し難い。また、凸部には圧縮応力が加わるので、凸部からも樹脂が剥離し難い。したがって、この半導体装置では、第１金属板の側面で樹脂が剥離し難い。また、圧縮応力が加わる凸部の下面では、特に樹脂が剥離し難い。このため、仮に下部側面で樹脂が剥離したとしても、剥離領域が凸部側に拡大することが抑制される。凸部は下部側面よりも半導体チップ側に位置しているので、凸部によって剥離領域が半導体チップ側に拡大することが抑制される。これによって、半導体装置の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の半導体装置２の縦断面図。
【図２】金属板１０の側面１６の拡大断面図。
【図３】金属板１０を下側からみた平面図。
【図４】変形例の半導体装置の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示す実施形態の半導体装置２は、金属板１０、半導体チップ３０、金属ブロック５０、及び、金属板７０を積層した構造を有している。以下では、これらが積層されている方向を積層方向という。また、積層方向に直交して半導体チップ３０から遠ざかる向きを、外周側という。
【００１０】
金属板１０は、積層方向に厚みを有する金属製の板により構成されている。図２に示すように、金属板１０の側面１６は、下部側面１２と凸部１４を有している。下部側面１２は、側面１６のうちの金属板１０の下面近傍の部分である。下部側面１２は、積層方向に沿って伸びている。凸部１４は、下部側面１２の上側に形成されており、下部側面１２から外周側に突出する凸形状を有している。凸部１４の上面１４ｂは、金属板１０の上面と略同一平面上に配置されている。図３に示すように、凸部１４は、金属板１０を厚み方向に沿って見たときに、金属板１０の全周に形成されている。すなわち、凸部１４は、金属板１０の外縁に沿って、環状に形成されている。
【００１１】
半導体チップ３０は、金属板１０上に積層されている。図示していないが、半導体チップ３０は、半導体基板と、下部電極と、上部電極を有している。半導体チップ３０と金属板１０の間には、はんだ２０が介在している。半導体チップ３０の下部電極は、はんだ２０を介して金属板１０の上面に接続されている。これによって、半導体チップ３０が金属板１０に固定されている。また、半導体チップ３０が金属板１０に対して電気的に接続されている。
【００１２】
金属ブロック５０は、半導体チップ３０上に積層されている。金属ブロック５０と半導体チップ３０の間には、はんだ４０が介在している。金属ブロック５０の下面は、はんだ４０を介して半導体チップ３０の上部電極に接続されている。これによって、金属ブロック５０が半導体チップ３０に固定されている。また、金属ブロック５０が半導体チップ３０に対して電気的に接続されている。
【００１３】
金属板７０は、積層方向に厚みを有する金属製の板により構成されている。金属板７０は、金属ブロック５０上に積層されている。金属板７０と金属ブロック５０の間には、はんだ６０が介在している。金属板７０の下面は、はんだ６０を介して金属ブロック５０の上面に接続されている。これによって、金属板７０が金属ブロック５０に固定されている。また、金属板７０が金属ブロック５０に対して電気的に接続されている。金属板７０は、金属板１０を上下逆さまにした形状を有している。すなわち、金属板７０の側面７６は、上部側面７２と凸部７４を有している。上部側面７２は、側面７６のうちの金属板７０の上面近傍の部分である。上部側面７２は、積層方向に沿って伸びている。凸部７４は、上部側面７２の下側に形成されており、上部側面７２から外周側に突出する凸形状を有している。凸部７４の下面は、金属板７０の下面と略同一平面上に配置されている。
【００１４】
はんだ２０、半導体チップ３０、はんだ４０、金属ブロック５０、及び、はんだ６０は、樹脂８０によって封止されている。また、樹脂８０は、金属板１０の側面１６と上面を封止しているとともに、金属板７０の側面７６と下面を封止している。金属板１０の下面と金属板７０の上面は、樹脂８０から露出している。
【００１５】
半導体チップ３０に通電すると、半導体装置２が昇温する。また、周囲の環境によって、半導体装置２が昇温する場合もある。半導体装置２が昇温すると、半導体装置２を構成する各部材が熱膨張する。金属板１０、７０の線膨張係数は、樹脂８０の線膨張係数よりも小さい。このため、樹脂８０と金属板１０、７０との界面において応力が発生する。図２の矢印９０に示すように、下部側面１２を覆う樹脂８０は、主に積層方向に沿って膨張する。このため、下部側面１２には、樹脂８０からせん断応力が加わる。しかしながら、本実施形態の半導体装置２では、下部側面１２の上側に凸部１４が形成されている。凸部１４によって、矢印９０に示す樹脂８０の熱膨張が抑制される。このため、下部側面１２に加わるせん断応力が抑制される。また、矢印９０に示すように樹脂８０が熱膨張するので、凸部１４の下面１４ａには、樹脂８０から圧縮応力が加わる。圧縮応力は、凸部１４の下面１４ａに樹脂８０を密着させるように作用する。したがって、凸部１４の下面１４ａでも樹脂８０の剥離が抑制される。また、図２の矢印９２に示すように、凸部１４の上面１４ｂを覆う樹脂８０は、主に積層方向に沿って膨張する。このため、凸部１４の上面１４ｂにも、樹脂８０から圧縮応力が加わる。このため、凸部１４の上面１４ｂでも、樹脂８０の剥離が抑制される。下面１４ａ及び上面１４ｂに加わる圧縮応力は、下部側面１２に加わるせん断応力よりも大きい。
【００１６】
なお、圧縮応力が加わる凸部１４の下面１４ａと上面１４ｂでは、特に樹脂８０が剥離し難い。このため、仮に下部側面１２で樹脂８０が剥離したとしても、その剥離領域が凸部１４側に広がることが抑制される。凸部１４は下部側面１２に対して半導体チップ３０側に位置している。このため、凸部１４によって、金属板１０の表面に沿って下部側面１２から半導体チップ３０まで剥離領域が進展することが抑制される。
【００１７】
また、金属板７０の側面７６でも、金属板１０の側面１６と同様にして、樹脂８０の剥離が抑制される。すなわち、凸部７４によって、上部側面７２に加わるせん断応力が低減される。これによって、上部側面７２における樹脂８０の剥離が抑制される。また、凸部７４の上面と下面には圧縮応力が加わるので、これらの表面でも樹脂８０が剥離することが抑制される。凸部７４の上面及び下面に加わる圧縮応力は、上部側面７２に加わるせん断応力よりも大きい。また、圧縮応力が加わる凸部７４の上面と下面では樹脂８０が特に剥離し難い。このため、仮に上部側面７２で樹脂８０が剥離したとしても、金属板７０の表面に沿って剥離領域が半導体チップ３０近傍まで伸展することが抑制される。
【００１８】
以上に説明したように、この半導体装置２では、金属板１０、７０の側面１６、７６で樹脂８０が剥離し難くなっている。さらに、仮にせん断応力が加わる下部側面１２及び上部側面７２で樹脂８０が剥離したとしても、剥離領域が半導体チップ３０側に進展し難くなっている。このため、この半導体装置２は、従来に比べてより高い耐久性を有する。
【００１９】
なお、高温高湿加速試験によって側面１６から樹脂８０を強制的に剥離させたところ、下部側面１２と樹脂８０との間には約５μｍの幅の隙間が形成された。これに対し、凸部１４の下面１４ａと樹脂８０との間に形成された隙間の幅は、１μｍ以下であった。凸部１４の上面１ｂａと樹脂８０との間に形成された隙間の幅も、１μｍ以下であった。この試験結果からも、凸部１４の下面１４ａ及び上面１４ｂでは樹脂８０がより剥離し難いことが分かった。すなわち、下部側面１２で樹脂８０の剥離が発生したとしても、剥離領域の伸展が凸部１４の下面１４ａ及び上面１４ｂで抑制されることが確認された。また、凸部１４、７４が形成されていない従来の半導体装置と本実施形態の半導体装置２を高温高湿加速試験に投入した結果、本実施形態の半導体装置２は、従来の半導体装置に比べて、約２．４倍の耐久性（寿命）を有することが確認された。
【００２０】
上述した実施形態の構成要素と請求項の構成要素の関係について説明する。実施例の金属板１０は、請求項の第１金属板の一例である。実施例の半導体チップ３０は、請求項の半導体チップの一例である。実施例の金属板７０は、請求項の第２金属板の一例である。実施例の樹脂８０は、請求項の樹脂の一例である。実施例の下部側面１２は、請求項の下部側面の一例である。実施例の凸部１４は、請求項の凸部の一例である。
【００２１】
また、実施形態の半導体装置２を上下逆さまに見た場合には、以下のように実施形態の構成要素と請求項の構成要素の関係を認めることができる。実施例の金属板７０は、請求項の第１金属板の一例である。実施例の半導体チップ３０は、請求項の半導体チップの一例である。実施例の金属板１０は、請求項の第２金属板の一例である。実施例の樹脂８０は、請求項の樹脂の一例である。実施例の上部側面７２は、請求項の下部側面の一例である。実施例の凸部７４は、請求項の凸部の一例である。
【００２２】
なお、上述した実施例では、凸部１４の上面１４ｂが金属板１０の上面と同一平面上に位置していた。また、凸部７４の下面が金属板７０の下面と同一平面上に位置していた。しかしながら、図３に示すように、凸部１４の上側に、凸部１４よりも内周側に位置する上部側面１８が形成されていてもよい。また、凸部７４の下側に、凸部７４よりも内周側に位置する下部側面７８が形成されていてもよい。
【００２３】
以上、実施形態について詳細に説明したが、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２４】
２      ：半導体装置
１０    ：金属板
１２    ：下部側面
１４    ：凸部
１６    ：側面
２０    ：はんだ
３０    ：半導体チップ
４０    ：はんだ
５０    ：金属ブロック
６０    ：はんだ
７０    ：金属板
７２    ：上部側面
７４    ：凸部
７６    ：側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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