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JP2010056354A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2010056354A
JP2010056354A JP2008220676A JP2008220676A JP2010056354A JP 2010056354 A JP2010056354 A JP 2010056354A JP 2008220676 A JP2008220676 A JP 2008220676A JP 2008220676 A JP2008220676 A JP 2008220676A JP 2010056354 A JP2010056354 A JP 2010056354A
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electrode
semiconductor device
stress buffer
bonding material
semiconductor chip
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JP2008220676A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Hiramitsu
真二 平光
Hiroyuki Ota
裕之 太田
Yasushi Ikeda
靖 池田
Satoshi Matsuyoshi
聡 松吉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Die Bonding (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】放熱性能を十分に確保し、かつ、接合材に発生する熱応力を低減することで、接合材の熱疲労を抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ1と、半導体チップの片面に第一の接合材2を介して接合された導電性を有する第一の電極3と、半導体チップのもう一方の面に第二の接合材4を介して接合された導電性を有する第二の電極5と、半導体チップと第一の電極の膨張量差に起因して発生する第一の接合材の応力を低減するための第一の応力緩衝材6とを備え、前記第一の接合材に第一の電極と第一の応力緩衝材が各々直接接触する領域を設け、前記第一の接合材と第一の電極の凸部3aが接する部分の面積を、半導体チップの面積の30%以下としたことを特徴とする。
【選択図】図1
A semiconductor device capable of suppressing thermal fatigue of a bonding material by ensuring sufficient heat dissipation performance and reducing thermal stress generated in the bonding material.
A semiconductor chip, a conductive first electrode bonded to one surface of the semiconductor chip via a first bonding material, and a second bonding material to the other surface of the semiconductor chip. A first electrode for reducing stress of the first bonding material generated due to the difference in expansion between the semiconductor chip and the first electrode. A stress buffer material 6, a region where the first electrode and the first stress buffer material are in direct contact with the first bonding material, respectively, and a convex portion 3 a of the first bonding material and the first electrode. The area of the portion in contact with the semiconductor chip is 30% or less of the area of the semiconductor chip.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は半導体装置に係り、特に、車両用回転発電機の整流装置に好適な半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for a rectifier of a vehicular rotary generator.

車両用回転発電機の整流装置は、一般的に、半導体チップと、導電性を有する第一の電極及び第二の電極と、これらを接合するはんだを積層し、半導体チップ周辺を封止樹脂で覆った構造となっている。   In general, a rectifier of a rotary generator for a vehicle is formed by laminating a semiconductor chip, a first electrode and a second electrode having conductivity, and a solder for joining them, and sealing the periphery of the semiconductor chip with a sealing resin. It has a covered structure.

車両用回転発電機が動作すると、本整流装置には大電流が流れるため半導体チップが発熱し、半導体チップと周辺のはんだ、第一の電極及び第二の電極は、最高で200℃以上の高温になる。車両用回転発電機が停止すると電流も停止し、本整流装置は周囲環境温度まで冷却される。車両用回転発電機は長期に渡って動作と停止を繰り返すため、本整流装置には加熱による膨張と冷却による収縮が繰り返される。このとき、半導体チップと第一の電極,第二の電極の線膨張係数が異なるため、これらを接合するはんだには熱応力が発生する。この熱応力が原因で、はんだに疲労き裂が発生,進展し、最終的には本半導体装置が破壊に至る不具合が生じ得る。   When the vehicular rotary generator is operated, a large current flows through the rectifier, so that the semiconductor chip generates heat. become. When the vehicular rotary generator stops, the current stops and the rectifier is cooled to the ambient temperature. Since the vehicular rotary generator repeatedly operates and stops for a long period of time, the rectifier is repeatedly expanded by heating and contracted by cooling. At this time, since the linear expansion coefficients of the semiconductor chip, the first electrode, and the second electrode are different, thermal stress is generated in the solder for joining them. Due to this thermal stress, a fatigue crack may be generated and propagated in the solder, and eventually the semiconductor device may be broken.

はんだの熱応力を低減する構造としては、例えば特許文献1に示されるような、半導体チップと第一の電極の間、半導体チップと第二の電極の間に、線膨張係数が半導体チップの線膨張係数より大きく、かつ、第一の電極,第二の電極材料の線膨張係数よりも小さい材料からなる応力緩衝板を設け、これら応力緩衝板をそれぞれはんだにより半導体チップと第一の電極,半導体チップと第二の電極に接合する整流装置が提案されている。   As a structure for reducing the thermal stress of the solder, for example, as shown in Patent Document 1, the linear expansion coefficient is between the semiconductor chip and the first electrode and between the semiconductor chip and the second electrode. A stress buffer plate made of a material that is larger than the expansion coefficient and smaller than the linear expansion coefficient of the first electrode and the second electrode material is provided, and the stress buffer plate is soldered to the semiconductor chip, the first electrode, and the semiconductor, respectively. A rectifier that joins the chip and the second electrode has been proposed.

米国特許第4349831号公報U.S. Pat. No. 4,349,831

近年の急速な自動車の電装化に伴い、車両用回転発電機の電力容量は増加傾向にある。それに伴い、本整流装置における半導体チップの発熱量が増加し、はんだ熱応力も増加すると予想される。   With the recent rapid electrification of automobiles, the power capacity of rotating generators for vehicles is increasing. Along with this, it is expected that the amount of heat generated by the semiconductor chip in this rectifier increases and the solder thermal stress also increases.

これに対し、今後も従来製品と同等以上の信頼性を確保していくには、これまで以上にはんだの熱応力を低減し、熱疲労を抑制する必要がある。   On the other hand, in order to ensure reliability equal to or higher than that of conventional products in the future, it is necessary to further reduce the thermal stress of the solder and suppress thermal fatigue.

はんだの熱応力を低減する手段としては、半導体チップで発生した熱を周囲へ逃がしやすい構造とし、はんだへ加わる温度振幅を小さくすること、または、大きな温度振幅下でも、はんだの熱応力が小さくなる構造にすることが考えられる。   As means for reducing the thermal stress of the solder, the structure is such that the heat generated in the semiconductor chip is easily released to the surroundings, and the temperature amplitude applied to the solder is reduced, or the thermal stress of the solder is reduced even under a large temperature amplitude. It can be considered to be a structure.

上記従来技術では、応力緩和の効果を得るために、半導体チップと第一の電極、および半導体チップと第二の電極の間にそれぞれ応力緩衝板を設けている。しかし、この構造の場合、応力緩衝板と、この応力緩衝板を第一の電極及び第二の電極へ接合するための接合材層が増えるため、放熱性能が低下してしまう。   In the above prior art, in order to obtain a stress relaxation effect, a stress buffer plate is provided between the semiconductor chip and the first electrode and between the semiconductor chip and the second electrode. However, in the case of this structure, since the stress buffer plate and the bonding material layer for bonding the stress buffer plate to the first electrode and the second electrode are increased, the heat dissipation performance is deteriorated.

本発明は、上記従来技術の課題を鑑みなされたもので、その目的とするところは、放熱性能を維持しつつ応力緩和性能を達成することは勿論、はんだの熱応力を低減し、熱疲労を抑制することのできる半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to reduce the thermal stress of solder and reduce thermal fatigue as well as to achieve stress relaxation performance while maintaining heat dissipation performance. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be suppressed.

本発明の半導体装置は、上記目的を達成するために、第一の電極と、該第一の電極に第一の接合材を介して設置される半導体チップと、前記第一の電極と反対側に設置され、前記半導体チップと第二の接合材を介して接続される第二の電極と、前記第一の接合材の応力を低減する第一の応力緩衝材とを備え、前記第一の接合材の前記第一の電極側の面に、前記第一の電極と前記第一の応力緩衝材がそれぞれ直接接触し、前記第一の接合材と第一の電極との接合面の面内で、前記第一の電極の外側に前記第一の応力緩衝材が配置され、かつ、前記第一の接合材と前記第一の電極の接合面の面積が、前記半導体チップの面積に対し30%以下であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention includes a first electrode, a semiconductor chip installed on the first electrode via a first bonding material, and a side opposite to the first electrode. A second electrode that is connected to the semiconductor chip via a second bonding material, and a first stress buffer material that reduces the stress of the first bonding material. The first electrode and the first stress buffer material are in direct contact with the surface on the first electrode side of the bonding material, respectively, and in the plane of the bonding surface between the first bonding material and the first electrode Then, the first stress buffer material is disposed outside the first electrode, and the area of the bonding surface between the first bonding material and the first electrode is 30 with respect to the area of the semiconductor chip. % Or less.

本発明によれば、第一の電極と、半導体チップと第一の電極を接合する接合材の応力を低減する応力緩衝材とが、接合材の第一の電極側の面に直接接触する領域が形成され、かつ、前記第一の電極が接する部分の面積が、前記半導体チップの面積に対し30%以下であるため、放熱性能と応力緩和性能がうまくバランスし、はんだの熱応力の低減が達成可能となる。   According to the present invention, the region in which the first electrode and the stress buffer material that reduces the stress of the bonding material for bonding the semiconductor chip and the first electrode are in direct contact with the surface on the first electrode side of the bonding material. And the area of the portion in contact with the first electrode is 30% or less with respect to the area of the semiconductor chip, the heat dissipation performance and the stress relaxation performance are well balanced, and the thermal stress of the solder is reduced. Achievable.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第一の実施例における半導体装置の断面図である。図1に示す半導体装置は、半導体チップ1,第一の接合材2,凸部3aと壁部3bを有する第一の電極3,第二の接合材4,リード部5aを有する第二の電極5,第一の応力緩衝材6,第三の接合材7,応力緩衝板9,第四の接合材10等を含んで構成されている。   FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 1 includes a semiconductor chip 1, a first bonding material 2, a first electrode 3 having a convex portion 3a and a wall portion 3b, a second bonding material 4, and a second electrode having a lead portion 5a. 5, the first stress buffer material 6, the third bonding material 7, the stress buffer plate 9, the fourth bonding material 10, and the like.

第一の電極3の凸部3aと第一の応力緩衝材6は、半導体チップ1下側の第一の接合材2下面に各々直接接触するように接合されている。   The convex portion 3 a of the first electrode 3 and the first stress buffer material 6 are joined so as to be in direct contact with the lower surface of the first joining material 2 below the semiconductor chip 1.

図2は、図1に示した本発明の第一の実施例である半導体装置のI−I線断面図である。第一の電極3の凸部3aは、円柱形状を有しており、第一の応力緩衝材6は第一の電極3の凸部3aの外側に配置され、凸部3aの外周を覆うよう環状形状をなしている。凸部3a及び第一の応力緩衝材の断面形状は円である。   2 is a cross-sectional view taken along line II of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The convex part 3a of the first electrode 3 has a cylindrical shape, and the first stress buffer 6 is arranged outside the convex part 3a of the first electrode 3 so as to cover the outer periphery of the convex part 3a. It has an annular shape. The cross-sectional shape of the convex part 3a and the first stress buffer material is a circle.

第一の電極3の凸部3aと第一の接合材2が接合されている面積は、半導体チップ1の面積の約10%である。   The area where the protrusion 3 a of the first electrode 3 and the first bonding material 2 are bonded is about 10% of the area of the semiconductor chip 1.

第一の応力緩衝材6は、第一の電極凸部3aに対し圧入により嵌められているため、半導体チップ1に対しおよそ垂直な面において、第一の電極凸部3aと直接接触している。即ち、円柱形状の凸部3aの外周面と、環状をなす第一の応力緩衝材6の内周面とは直接接触している。また、半導体チップ1に対しておよそ平行な面においては、第一の応力緩衝材6と第一の電極3は第三の接合材7を介して接合されている。即ち、第一の応力緩衝材6のうち半導体チップ1と反対側の面(第一の電極3側の面)と第一の電極3は第三の接合材7により接合されている。   Since the first stress buffer material 6 is press-fitted into the first electrode convex portion 3a, the first stress buffer material 6 is in direct contact with the first electrode convex portion 3a on a surface approximately perpendicular to the semiconductor chip 1. . That is, the outer peripheral surface of the cylindrical convex portion 3a and the inner peripheral surface of the annular first stress buffer material 6 are in direct contact. Further, the first stress buffer material 6 and the first electrode 3 are bonded via a third bonding material 7 on a plane approximately parallel to the semiconductor chip 1. That is, the surface of the first stress buffer material 6 opposite to the semiconductor chip 1 (the surface on the first electrode 3 side) and the first electrode 3 are joined by the third joining material 7.

半導体チップ1の第一の電極3と反対側には、半導体チップ1と第二の電極5の間の接合材の応力を緩和するための応力緩衝板9が第二の接合材4を介して接合され、さらに応力緩衝板9の上側には第四の接合材10を介して第二の電極5が接合されている。第一の電極3の壁部3bの内側は封止樹脂8で覆われている。   On the side opposite to the first electrode 3 of the semiconductor chip 1, a stress buffer plate 9 for relaxing the stress of the bonding material between the semiconductor chip 1 and the second electrode 5 is interposed via the second bonding material 4. Further, the second electrode 5 is bonded to the upper side of the stress buffer plate 9 via the fourth bonding material 10. The inside of the wall 3 b of the first electrode 3 is covered with a sealing resin 8.

第一の接合材2,第二の接合材4,第三の接合材7,第四の接合材10には、鉛フリーはんだであるSn−Cu系はんだを用いている。第一の応力緩衝材6と応力緩衝板9の線膨張係数は3×10-6/℃以上であり、かつ、12×10-6/℃以下であることが必要であり、ここでは、Mo(モリブデン,線膨張係数5.1×10-6/℃)を用いている。他にW(タングステン,線膨張係数4.5×10-6/℃),Fe−42%Ni合金(通称42アロイ,線膨張係数5×10-6/℃),CIC(Cu−Invar−Cuの積層材,Invar線膨張係数2.8×10-6/℃,Cu線膨張係数16.5×10-6/℃),CuとMoの複合材(等価線膨張係数 例えば7.0×10-6/℃)等を用いても同様の効果を得ることができる。また、第一の応力緩衝材6と応力緩衝板9の材質は同じである必要はない。 For the first bonding material 2, the second bonding material 4, the third bonding material 7, and the fourth bonding material 10, Sn—Cu based solder that is lead-free solder is used. The linear expansion coefficient of the first stress buffer material 6 and the stress buffer plate 9 needs to be 3 × 10 −6 / ° C. or more and 12 × 10 −6 / ° C. or less. (Molybdenum, linear expansion coefficient 5.1 × 10 −6 / ° C.) is used. In addition, W (tungsten, linear expansion coefficient 4.5 × 10 −6 / ° C.), Fe-42% Ni alloy (common name 42 alloy, linear expansion coefficient 5 × 10 −6 / ° C.), CIC (Cu-Invar-Cu Laminated material, Invar linear expansion coefficient 2.8 × 10 −6 / ° C., Cu linear expansion coefficient 16.5 × 10 −6 / ° C., Cu and Mo composite (equivalent linear expansion coefficient, for example 7.0 × 10 -6 / ° C) can be used to obtain the same effect. The materials of the first stress buffer material 6 and the stress buffer plate 9 need not be the same.

以下では、本実施例の効果を従来の半導体装置との比較において説明する。図7は、従来の半導体装置の断面図である。図中図1に示される本発明の一実施例と同等の部材には同一の符号を付している。従来の半導体装置は、第一の電極3に第三の接合材7を介して第一の応力緩衝板12を配し、この第一の応力緩衝板12上に第一の接合材2を介して半導体チップ1を配し、半導体チップ1上に第二の接合材4を介して第二の応力緩衝板13を配し、第二の応力緩衝板13上に第四の接合材10を介して第二の電極5を配し、封止樹脂8にて封止した構造を有している。   In the following, the effect of this embodiment will be described in comparison with a conventional semiconductor device. FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device. In the figure, members equivalent to those of the embodiment of the present invention shown in FIG. In the conventional semiconductor device, a first stress buffer plate 12 is disposed on the first electrode 3 via a third bonding material 7, and the first bonding material 2 is interposed on the first stress buffer plate 12. The semiconductor chip 1 is disposed, the second stress buffer plate 13 is disposed on the semiconductor chip 1 via the second bonding material 4, and the fourth bonding material 10 is disposed on the second stress buffer plate 13. The second electrode 5 is disposed and sealed with a sealing resin 8.

図8は、本発明の第一実施例における、半導体チップ1と第一の電極3の凸部3aの面積比と寿命との関係を、実験的に評価した結果を示す。評価は次の手順で行った。半導体装置へ通電負荷(ここでは35A)を与え、半導体チップ1の発熱を利用して第一の電極3の表面温度が50℃から180℃に変化させる。180℃になったら電流を止め、50℃になるまで半導体装置を冷却する。50℃になったら通電を再開し、前記作業を繰り返す。   FIG. 8 shows the result of experimental evaluation of the relationship between the area ratio of the protrusion 3a of the semiconductor chip 1 and the first electrode 3 and the lifetime in the first embodiment of the present invention. The evaluation was performed according to the following procedure. An energization load (35A in this case) is applied to the semiconductor device, and the surface temperature of the first electrode 3 is changed from 50 ° C. to 180 ° C. using the heat generated by the semiconductor chip 1. When the temperature reaches 180 ° C., the current is stopped and the semiconductor device is cooled to 50 ° C. When the temperature reaches 50 ° C., energization is resumed and the above operation is repeated.

この繰り返しの通電熱負荷により、半導体装置が機能しなくなる通電繰り返し数を寿命とし、評価を実施した。図において、横軸(第一の電極3凸部3aの面積/半導体チップ1の面積)が0%のデータは、従来の半導体装置の性能である。この値を基準として、第一の電極3の凸部3aの面積を変えた場合の寿命をプロットした。結果、従来技術の半導体装置と比較し、長寿命効果すなわち熱疲労抑制効果が得られるのは、半導体チップ1と第一の電極3の凸部3aの面積比の値が約30%以下からであることが分かる。   Evaluation was carried out with the number of repeated energizations at which the semiconductor device failed due to this repeated energization heat load as the lifetime. In the figure, data in which the horizontal axis (the area of the first electrode 3 convex portion 3a / the area of the semiconductor chip 1) is 0% is the performance of the conventional semiconductor device. Using this value as a reference, the lifetime when the area of the convex portion 3a of the first electrode 3 was changed was plotted. As a result, compared with the semiconductor device of the prior art, the long life effect, that is, the thermal fatigue suppression effect is obtained when the value of the area ratio of the convex portion 3a of the semiconductor chip 1 and the first electrode 3 is about 30% or less. I understand that there is.

上述の第一の実施例においては、図1で説明したとおり半導体チップ1の上側に応力緩衝板9を配しているが、必ずしも応力緩衝板9が必要であるとは限らない。   In the first embodiment described above, the stress buffer plate 9 is disposed on the upper side of the semiconductor chip 1 as described with reference to FIG. 1, but the stress buffer plate 9 is not necessarily required.

また、第一の実施例では、図1で説明したとおり第一の電極3が壁部3bを有しているが、必ずしも壁部3bが必要であるとは限らない。   In the first embodiment, the first electrode 3 has the wall portion 3b as described in FIG. 1, but the wall portion 3b is not necessarily required.

また、上記第一の実施例では、図1で示したとおり第一の応力緩衝材6が第一の電極壁部3bに接触していないが、第一の応力緩衝材6と第一の電極壁部3bが接触していてもよい。   In the first embodiment, the first stress buffer 6 is not in contact with the first electrode wall 3b as shown in FIG. 1, but the first stress buffer 6 and the first electrode The wall 3b may be in contact.

また、第一の実施例では、図1で説明したとおり半導体チップ1に水平方向においては、第一の電極3と第一の応力緩衝材6が第三の接合材7を介して接合されているが、第一の電極3と第一の応力緩衝材6が接合材を介することなく直接接触するよう構成してもよい。また、第一の電極3と第一の応力緩衝材6が接触していなくても一定の効果は得られる。   In the first embodiment, as described with reference to FIG. 1, the first electrode 3 and the first stress buffer material 6 are bonded to the semiconductor chip 1 through the third bonding material 7 in the horizontal direction. However, you may comprise so that the 1st electrode 3 and the 1st stress buffer material 6 may contact directly, without interposing a joining material. Even if the first electrode 3 and the first stress buffer material 6 are not in contact with each other, a certain effect can be obtained.

図3,図4は、本発明の第一の実施例である半導体装置の第一の電極凸部と応力緩衝材の変形例を示すI−I線断面図である第一の電極凸部3aおよび第一の応力緩衝材6の断面形状は必ずしも円である必要はない。図3,図4に示す構造を用いても、上記と同様の効果を得ることができる。   3 and 4 are first electrode protrusions 3a, which are cross-sectional views taken along the line I-I showing a modification of the first electrode protrusion and the stress buffer material of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The cross-sectional shape of the first stress buffer material 6 is not necessarily a circle. Even if the structure shown in FIGS. 3 and 4 is used, the same effect as described above can be obtained.

図5は、本発明の第二の実施例における半導体装置の断面図である。図1との相違点は、半導体チップ1の第一の電極3と反対側に、応力緩衝板9ではなく第二の応力緩衝材11を配置し、第二の電極5と第二の応力緩衝材11は、第二の接合材4の半導体チップ1と反対側の面に各々直接接触するように接合されており、第二の電極5と第二の接合材4が接合されている面積は、半導体チップ1の面積の約10%となっている点である。これにより、半導体チップ1に直接接合している第一の接合材2,第二の接合材4の応力緩和性能を確保しながら、第一の電極3側の熱疲労抑制効果だけでなく、第二の電極5側の熱疲労抑制効果をも得ることができる。   FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 1 differs from the first electrode 3 of the semiconductor chip 1 in that a second stress buffer material 11 is arranged instead of the stress buffer plate 9, and the second electrode 5 and the second stress buffer are arranged. The material 11 is bonded so as to be in direct contact with the surface opposite to the semiconductor chip 1 of the second bonding material 4, and the area where the second electrode 5 and the second bonding material 4 are bonded is as follows. The area of the semiconductor chip 1 is about 10%. Thereby, while ensuring the stress relaxation performance of the first bonding material 2 and the second bonding material 4 directly bonded to the semiconductor chip 1, not only the thermal fatigue suppressing effect on the first electrode 3 side but also the first The effect of suppressing thermal fatigue on the second electrode 5 side can also be obtained.

図6は、本発明の第二の実施例である半導体装置の第一の電極の変形例を示す断面図である。第一の電極3は必ずしも凸部3と壁部3bを有する必要はない。   FIG. 6 is a sectional view showing a modification of the first electrode of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The first electrode 3 does not necessarily have to have the convex part 3 and the wall part 3b.

本発明の第一の実施例における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the 1st Example of this invention. 図1に示した本発明の第一の実施例である半導体装置のI−I線断面図である。It is the II sectional view taken on the line of the semiconductor device which is the 1st Example of this invention shown in FIG. 本発明の第一の実施例である半導体装置の第一の電極凸部と応力緩衝材の変形例を示すI−I線断面図である。It is the II sectional view taken on the line which shows the 1st electrode convex part of the semiconductor device which is a 1st Example of this invention, and the modification of a stress buffer material. 本発明の第一の実施例である半導体装置の第一の電極凸部と応力緩衝材の他の変形例を示すI−I線断面図である。It is the II sectional view taken on the line which shows the other modification of the 1st electrode convex part and stress buffer material of the semiconductor device which is a 1st Example of this invention. 本発明の第二の実施例における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the 2nd Example of this invention. 本発明の第二の実施例である半導体装置の第一の電極の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the 1st electrode of the semiconductor device which is a 2nd Example of this invention. 従来の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional semiconductor device. 本発明の第一実施例における、半導体チップ1と第一の電極3の凸部3aの面積比と寿命との関係を、実験的に評価した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having evaluated experimentally the relationship between the area ratio of the convex part 3a of the semiconductor chip 1 and the 1st electrode 3, and lifetime in the 1st Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体チップ
2 第一の接合材
3 第一の電極
3a 凸部
3b 壁部
4 第二の接合材
5 第二の電極
5a リード部
6 第一の応力緩衝材
7 第三の接合材
8 封止樹脂
9 応力緩衝板
10 第四の接合材
11 第二の応力緩衝材
13 第二の応力緩衝板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor chip 2 1st joining material 3 1st electrode 3a Protruding part 3b Wall part 4 2nd joining material 5 2nd electrode 5a Lead part 6 1st stress buffering material 7 3rd joining material 8 Sealing Resin 9 Stress buffer plate 10 Fourth bonding material 11 Second stress buffer material 13 Second stress buffer plate

Claims (12)

第一の電極と、該第一の電極に第一の接合材を介して設置される半導体チップと、前記第一の電極と反対側に設置され、前記半導体チップと第二の接合材を介して接続される第二の電極と、前記第一の接合材の応力を低減する第一の応力緩衝材とを備え、
前記第一の接合材の前記第一の電極側の面に、前記第一の電極と前記第一の応力緩衝材がそれぞれ直接接触し、前記第一の接合材と第一の電極との接合面の面内で、前記第一の電極の外側に前記第一の応力緩衝材が配置され、かつ、前記第一の接合材と前記第一の電極の接合面の面積が、前記半導体チップの面積に対し30%以下であることを特徴とする半導体装置。
A first electrode, a semiconductor chip installed on the first electrode via a first bonding material, and installed on the opposite side of the first electrode, via the semiconductor chip and a second bonding material A second electrode connected to each other, and a first stress buffer material that reduces the stress of the first bonding material,
The first electrode and the first stress buffer material are in direct contact with the first electrode side surface of the first bonding material, respectively, and the first bonding material and the first electrode are bonded. In the plane of the surface, the first stress buffer material is disposed outside the first electrode, and the area of the bonding surface between the first bonding material and the first electrode is equal to that of the semiconductor chip. A semiconductor device characterized by being 30% or less of the area.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第一の電極の前記半導体チップ搭載側の面に凸部を設け、該凸部が前記第一の接合材の前記第一の電極側の面と直接接触することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a convex portion is provided on a surface of the first electrode on the semiconductor chip mounting side, and the convex portion is in direct contact with a surface of the first bonding material on the first electrode side.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第一の電極の凸部は円柱形状をなし、前記第一の応力緩衝材は前記凸部の周囲を覆うよう同心円状に配置される環状形状を有し、前記凸部の外周面と前記第一の応力緩衝材の内周面は直接接触していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The convex portion of the first electrode has a cylindrical shape, and the first stress buffer material has an annular shape arranged concentrically so as to cover the periphery of the convex portion, and the outer peripheral surface of the convex portion and the A semiconductor device characterized in that the inner peripheral surface of the first stress buffer material is in direct contact.
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の応力緩衝材の線膨張係数は、3×10-6/℃以上であり、かつ、12×10-6/℃以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A linear expansion coefficient of the first stress buffer material is 3 × 10 −6 / ° C. or more and 12 × 10 −6 / ° C. or less.
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の応力緩衝材は、Mo,W、あるいはFe−Ni合金であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress buffer material is Mo, W, or an Fe-Ni alloy.
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の応力緩衝材は、Mo,W,Fe−Ni合金のいずれかとCuからなる複合材であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress buffer material is a composite material made of any one of Mo, W, and Fe-Ni alloys and Cu.
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の接合材は、鉛を含まず錫と銅を主要構成元素とする合金材料で、銅の重量比が7%以下で構成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first bonding material is an alloy material that does not contain lead and contains tin and copper as main constituent elements, and the weight ratio of copper is 7% or less.
周辺部に壁部を有する第一の電極と、該第一の電極に第一の接合材を介して設置される整流機能を有する半導体チップと、該半導体チップの上側に第二の接合材を介して接続される第二の電極と、前記第一の接合材の応力を低減する第一の応力緩衝材と、前記第二の接合材の応力を低減する第二の応力緩衝材とを備え、
前記第一の接合材の前記第一の電極側の面に、前記第一の電極と前記第一の応力緩衝材がそれぞれ直接接触し、前記第二の接合材の前記第二の電極側の面に、前記第二の電極と前記第二の応力緩衝材がそれぞれ直接接触し、前記第一の接合材と前記第一の電極との接合面の面内で、前記第一の電極の外側に前記第一の応力緩衝材が配置され、前記第二の接合材と前記第二の電極との接合面の面内で、前記第二の電極の外側に前記第二の応力緩衝材が配置され、かつ、前記第一の接合材と前記第一の電極の接合面の面積および、前記第二の接合材と前記第二の電極の面積がそれぞれ、前記半導体チップの面積に対し30%以下であることを特徴とする半導体装置。
A first electrode having a wall at the periphery, a semiconductor chip having a rectifying function installed on the first electrode via a first bonding material, and a second bonding material on the upper side of the semiconductor chip. A second electrode connected via the first electrode, a first stress buffer material that reduces the stress of the first bonding material, and a second stress buffer material that reduces the stress of the second bonding material. ,
The first electrode and the first stress buffer material are in direct contact with the first electrode side surface of the first bonding material, respectively, and the second electrode side of the second bonding material is on the second electrode side. The second electrode and the second stress buffer material are in direct contact with the surface, respectively, and within the surface of the bonding surface between the first bonding material and the first electrode, outside the first electrode. And the second stress buffer material is disposed outside the second electrode within the surface of the joint surface between the second bond material and the second electrode. And the area of the bonding surface between the first bonding material and the first electrode and the area of the second bonding material and the second electrode are 30% or less of the area of the semiconductor chip, respectively. A semiconductor device characterized by the above.
請求項8に記載の半導体装置において、
前記第一の応力緩衝材及び前記第二の応力緩衝材の線膨張係数は、3×10-6/℃以上であり、かつ、12×10-6/℃以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8,
The first stress buffer material and the second stress buffer material have a linear expansion coefficient of 3 × 10 −6 / ° C. or more and 12 × 10 −6 / ° C. or less. apparatus.
請求項8又は9に記載の半導体装置において、
前記第一の応力緩衝材及び前記第二の応力緩衝材は、Mo,W、あるいはFe−Ni合金であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8 or 9,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress buffer material and the second stress buffer material are Mo, W, or an Fe-Ni alloy.
請求項8又は9に記載の半導体装置において、
前記第一の応力緩衝材及び前記第二の応力緩衝材は、Mo,W,Fe−Ni合金のいずれかとCuからなる複合材であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8 or 9,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress buffer material and the second stress buffer material are composite materials made of any one of Mo, W, Fe-Ni alloys and Cu.
請求項8又は9に記載の半導体装置において、
前記第一の接合材及び前記第二の接合材は、鉛を含まず錫と銅を主要構成元素とする合金材料で、銅の重量比が7%以下で構成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8 or 9,
The first bonding material and the second bonding material are alloy materials that do not contain lead and contain tin and copper as main constituent elements, and the weight ratio of copper is 7% or less. Semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011176065A (en) * 2010-02-24 2011-09-08 Toyota Central R&D Labs Inc Semiconductor module
JP2013098266A (en) * 2011-10-31 2013-05-20 Hitachi Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof

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