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JP2012064855A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2012064855A
JP2012064855A JP2010209233A JP2010209233A JP2012064855A JP 2012064855 A JP2012064855 A JP 2012064855A JP 2010209233 A JP2010209233 A JP 2010209233A JP 2010209233 A JP2010209233 A JP 2010209233A JP 2012064855 A JP2012064855 A JP 2012064855A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
mounting portion
metal circuit
terminal
solder layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010209233A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobutaka Matsuoka
信孝 松岡
Noriyuki Higashi
則之 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2010209233A priority Critical patent/JP2012064855A/en
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    • H10W72/884

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置10では、回路基板30は、チップ載置部34と凹凸部35を有する端子載置部36a、36b、36cを有する金属回路32を備えている。半導体チップ11は、チップ載置部34に第1ハンダ層12を介して接続されている。電極端子16、20、24は、一端部が金属回路32の表面と略平行に対向し、凹凸部35を埋めるように盛られた第2ハンダ層17、21、25を介して端子載置部36a、36b、36cに接合され、半導体チップ11に電気的に接続されている。
【選択図】 図1
A highly reliable semiconductor device is provided.
In a semiconductor device, a circuit board includes a metal circuit having terminal mounting portions having a chip mounting portion and an uneven portion. The semiconductor chip 11 is connected to the chip mounting part 34 via the first solder layer 12. The electrode terminals 16, 20, and 24 are arranged on the terminal mounting portions via the second solder layers 17, 21, and 25, which have one end facing the surface of the metal circuit 32 substantially in parallel and buried so as to fill the uneven portion 35. It is joined to 36 a, 36 b and 36 c and is electrically connected to the semiconductor chip 11.
[Selection] Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.

電力用半導体装置では、金属回路を有する回路基板を用いて、電力用半導体素子を金属回路のチップ載置部にハンダ付けし、電力用半導体素子は金属回路の端子載置部にハンダ付けされた電極端子により外部に引き出されている。   In the power semiconductor device, the power semiconductor element is soldered to the chip mounting portion of the metal circuit using the circuit board having the metal circuit, and the power semiconductor element is soldered to the terminal mounting portion of the metal circuit. It is pulled out by the electrode terminal.

電力用半導体素子では、集積度の向上に伴い、通電時の発熱量が増大している。その結果、ハンダ接合部の疲労が増大し、半導体装置の信頼性が損なわれるという問題がある。   In power semiconductor devices, the amount of heat generated during energization is increasing as the degree of integration increases. As a result, there is a problem that fatigue of the solder joint portion increases and reliability of the semiconductor device is impaired.

この疲労寿命の検査方法として、TFT試験(Thermal Fatigue Test:繰り返し熱疲労試験)がある。通電により電力用半導体素子が発熱すると、電力用半導体素子の周りの金属回路、ハンダ接合部、電極端子などの温度が上昇する。   As a method for inspecting this fatigue life, there is a TFT test (Thermal Fatigue Test). When the power semiconductor element generates heat due to energization, the temperature of the metal circuit, solder joint, electrode terminal, etc. around the power semiconductor element rises.

特に、ハンダ接合部はその上面および下面が固定されているので、温度が上昇すると、熱膨張による圧縮応力が発生する。温度が低下すると、圧縮応力は開放される。   In particular, since the upper and lower surfaces of the solder joint are fixed, when the temperature rises, a compressive stress is generated due to thermal expansion. As the temperature decreases, the compressive stress is released.

この圧縮応力の発生と開放の繰り返しにより、ハンダ接合部が金属疲労し、脆化する。ハンダ接合部が脆化すると、ハンダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到る。   Due to the repeated generation and release of the compressive stress, the solder joint is fatigued and becomes brittle. When the solder joint becomes brittle, a solder crack is generated, resulting in an electrically open state.

特開2007−96004号公報JP 2007-96004 A

本発明は、信頼性の高い半導体装置を提供する。   The present invention provides a highly reliable semiconductor device.

一つの実施形態によれば、半導体装置では、回路基板は、チップ載置部と凹凸部を有する端子載置部を有する金属回路を備えている。半導体チップは、前記チップ載置部に第1ハンダ層を介して接続されている。電極端子は、一端部が前記金属回路の表面と略平行に対向し、前記凹凸部を埋めるように盛られた第2ハンダ層を介して前記端子載置部に接合され、前記半導体チップに電気的に接続されている。   According to one embodiment, in the semiconductor device, the circuit board includes a metal circuit having a chip mounting portion and a terminal mounting portion having an uneven portion. The semiconductor chip is connected to the chip mounting portion via a first solder layer. One end of the electrode terminal is opposed to the surface of the metal circuit substantially in parallel, and is joined to the terminal mounting portion via a second solder layer stacked so as to fill the uneven portion, and is electrically connected to the semiconductor chip. Connected.

実施例1に係る半導体装置を示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a first embodiment. 実施例1に係る回路基板を示す図で、図2(a)はその平面図、図2(b)は図2(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。FIG. 2A is a plan view of the circuit board according to the first embodiment, FIG. 2A is a plan view thereof, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. . 実施例1に係る半導体装置の組み立て工程を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining an assembly process of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施例1に係る別の回路基板を示す図で、図4(a)はその平面図、図4(b)は図4(a)のB−B線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。FIG. 4A is a plan view of the circuit board according to the first embodiment, FIG. 4B is a plan view thereof, and FIG. 4B is cut along the line BB in FIG. Sectional drawing. 実施例1に係る別の回路基板を示す図で、図5(a)はその平面図、図5(b)は図5(a)のC−C線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。FIG. 5A is a plan view of the circuit board according to the first embodiment, FIG. 5B is a plan view thereof, and FIG. 5B is cut along the line CC in FIG. 5A and viewed in the direction of the arrow. Sectional drawing. 実施例2に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second embodiment. 実施例2に係る半導体装置の別の要部を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another main part of the semiconductor device according to the second embodiment. 実施例2に係る半導体装置の別の要部を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another main part of the semiconductor device according to the second embodiment. 実施例3に係る半導体装置の要部を示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the main parts of a semiconductor device according to Example 3;

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施例に係る半導体装置について図1および図2を用いて説明する。図1は本実施例の半導体装置を示す断面図、図2は回路基板を示す図で、図2(a)はその平面図、図2(b)は図2(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。   The semiconductor device according to this example will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device of this embodiment, FIG. 2 is a view showing a circuit board, FIG. 2 (a) is a plan view thereof, and FIG. 2 (b) is an AA line in FIG. 2 (a). It is sectional drawing which cut | disconnected along and was seen in the arrow direction.

本実施例の半導体装置10では、電力用半導体チップ、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSトランジスタと半導体チップに電気的に接続される電極端子が金属回路を有する回路基板に載置されている。半導体チップは金属回路のチップ載置部に載置され、電極端子は金属回路の端子載置部に載置されている。   In the semiconductor device 10 of the present embodiment, a power semiconductor chip, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS transistor, and an electrode terminal electrically connected to the semiconductor chip are placed on a circuit board having a metal circuit. Yes. The semiconductor chip is mounted on the chip mounting portion of the metal circuit, and the electrode terminals are mounted on the terminal mounting portion of the metal circuit.

初めに、回路基板について説明する。図2に示すように、回路基板30は、絶縁基板31の第1の面31aに金属回路32が形成され、第1の面31aに対向する第2の面31bに金属回路33が形成されている。   First, the circuit board will be described. As shown in FIG. 2, the circuit board 30 has a metal circuit 32 formed on the first surface 31a of the insulating substrate 31, and a metal circuit 33 formed on the second surface 31b opposite to the first surface 31a. Yes.

金属回路32は3つの部分に分かれている。絶縁基板31の中央部にはチップ載置部34と、凹凸部35を有する端子載置部36aを備えた金属回路32aが形成されている。絶縁基板31の両端には金属回路32aを挟むように凹凸部35を有する端子載置部36bを備えた金属回路32bと、凹凸部35を有する端子載置部36cを備えた金属回路32cが形成されている。   The metal circuit 32 is divided into three parts. A metal circuit 32 a including a chip mounting portion 34 and a terminal mounting portion 36 a having a concavo-convex portion 35 is formed in the central portion of the insulating substrate 31. Formed on both ends of the insulating substrate 31 are a metal circuit 32b having a terminal placement portion 36b having an uneven portion 35 so as to sandwich the metal circuit 32a, and a metal circuit 32c having a terminal placement portion 36c having an uneven portion 35. Has been.

金属回路33は、単一の金属膜であり、回路基板30を後述する放熱板にハンダ付けするために設けられている。   The metal circuit 33 is a single metal film, and is provided for soldering the circuit board 30 to a heat sink described later.

チップ載置部34には、半導体チップがハンダ付けされる。端子載置部36a、36b、36cには、半導体チップに電気的に接続される電極端子がハンダ付けされる。   A semiconductor chip is soldered to the chip mounting portion 34. Electrode terminals that are electrically connected to the semiconductor chip are soldered to the terminal mounting portions 36a, 36b, and 36c.

絶縁基板31は、例えばアルミナセラミックス基板である。金属回路32、33は、例えばアルミニウム箔である。   The insulating substrate 31 is an alumina ceramic substrate, for example. The metal circuits 32 and 33 are, for example, aluminum foil.

凹凸部35は、断面がV字状の溝である。溝の幅および深さは、例えば約0.3mmおよび約0.5mmである。凹凸部35は、例えば断面がV字状で、ストライプ状の凸部を有する金型を用いて、プレスすることにより形成する。   The uneven portion 35 is a groove having a V-shaped cross section. The width and depth of the groove are, for example, about 0.3 mm and about 0.5 mm. The concavo-convex portion 35 is formed, for example, by pressing using a mold having a V-shaped cross section and a stripe-shaped convex portion.

次に、図1に戻って、本実施例の半導体装置について説明する。図1に示すように、半導体装置10では、半導体チップ11は金属回路32aのチップ搭載部34に載置されている。半導体チップ11は、例えば縦型のIGBTで、コレクタ電極がハンダ層(第1ハンダ層)12を介して金属回路32aのチップ搭載部34に接合されている。   Next, returning to FIG. 1, the semiconductor device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, in the semiconductor device 10, the semiconductor chip 11 is mounted on the chip mounting portion 34 of the metal circuit 32a. The semiconductor chip 11 is, for example, a vertical IGBT, and the collector electrode is bonded to the chip mounting portion 34 of the metal circuit 32 a via the solder layer (first solder layer) 12.

半導体チップ11を搭載した回路基板30には、金属回路33にハンダ層13を介して放熱板14が接合されている。放熱板14には、更にフィン型の放熱板15が取り付けられている。2つの放熱板14、15により、通電時の半導体チップ11の発熱が大気中に放散される。   A heat sink 14 is bonded to a metal circuit 33 via a solder layer 13 on a circuit board 30 on which the semiconductor chip 11 is mounted. A fin-type heat dissipation plate 15 is further attached to the heat dissipation plate 14. The heat radiation of the semiconductor chip 11 when energized is dissipated into the atmosphere by the two heat sinks 14 and 15.

電極端子16の一端部は折り曲げられて金属回路32aの表面と略平行に対向し、凹凸部35を埋めるように盛られた図示されないハンダ層(第2ハンダ層)17を介して端子載置部36aに接合されている。電極端子16の他端部は、折り曲げられてボルト・ナット18によりブスバー19に固定されている。   One end portion of the electrode terminal 16 is bent to face the surface of the metal circuit 32a substantially in parallel with the terminal mounting portion via a solder layer (second solder layer) 17 (not shown) that is stacked so as to fill the uneven portion 35. It is joined to 36a. The other end of the electrode terminal 16 is bent and fixed to the bus bar 19 by a bolt / nut 18.

電極端子20の一端部は折り曲げられて金属回路32bの表面と略平行に対向し、凹凸部35を埋めるように盛られたハンダ層(第2ハンダ層)21を介して端子載置部36bに接合されている。電極端子20の他端部は、折り曲げられてボルト・ナット22によりブスバー23に固定されている。   One end of the electrode terminal 20 is bent to face the surface of the metal circuit 32b substantially parallel to the terminal mounting portion 36b via a solder layer (second solder layer) 21 that is stacked so as to fill the uneven portion 35. It is joined. The other end of the electrode terminal 20 is bent and fixed to the bus bar 23 with bolts and nuts 22.

電極端子24の一端部は折り曲げられて金属回路32cの表面と略平行に対向し、凹凸部35を埋めるように盛られたハンダ層(第2ハンダ層)25を介して端子載置部36cに接合されている。   One end of the electrode terminal 24 is bent so as to face the surface of the metal circuit 32c substantially parallel to the terminal mounting portion 36c via a solder layer (second solder layer) 25 stacked so as to fill the uneven portion 35. It is joined.

半導体チップ11のエミッタ電極は、複数のワイヤ28を介して金属回路32bに接続されている。半導体チップ11のベース電極は、ワイヤ29を介して金属回路32cに接続されている。   The emitter electrode of the semiconductor chip 11 is connected to the metal circuit 32 b via a plurality of wires 28. The base electrode of the semiconductor chip 11 is connected to the metal circuit 32 c through the wire 29.

回路基板30は、放熱板14を露出して合成樹脂性のケース40に収納されている。ケース40は合成樹脂性のターミナルホルダー41により気密封止されている。電極端子16、20、24はターミナルホルダー41を貫通している。   The circuit board 30 is housed in a synthetic resin case 40 with the heat sink 14 exposed. The case 40 is hermetically sealed by a synthetic resin terminal holder 41. The electrode terminals 16, 20, 24 pass through the terminal holder 41.

本実施例の半導体装置10では、電極端子16、20、24を端子載置部36a、36b、36cに接合するハンダ層17、21、25の実効的な厚さを増大させるように構成されている。   The semiconductor device 10 of the present embodiment is configured to increase the effective thickness of the solder layers 17, 21, and 25 that join the electrode terminals 16, 20, and 24 to the terminal mounting portions 36a, 36b, and 36c. Yes.

ハンダ層21は、凹凸部35を埋めるように盛られて電極端子20を端子載置部36bに接合している。その結果、ハンダ層21の実効的な厚さt1は、見掛けの厚さt2より凹凸部35の深さに応じて厚くすることが可能である(t1>t2)。   The solder layer 21 is stacked so as to fill the uneven portion 35 and joins the electrode terminal 20 to the terminal mounting portion 36b. As a result, the effective thickness t1 of the solder layer 21 can be made larger than the apparent thickness t2 in accordance with the depth of the uneven portion 35 (t1> t2).

ここで、見掛けの厚さとは、電極端子20の折り曲げられた一端部の下面(第2の面)と金属回路32bの上面(第1の面)の間の距離である。実効的な厚さとは、見掛けの厚さに、凹凸部35の深さと凹凸部35の断面形状に応じた係数の積を加算したものである。   Here, the apparent thickness is a distance between the lower surface (second surface) of the bent one end of the electrode terminal 20 and the upper surface (first surface) of the metal circuit 32b. The effective thickness is obtained by adding the product of coefficients according to the depth of the uneven portion 35 and the cross-sectional shape of the uneven portion 35 to the apparent thickness.

更に、凹凸部35にハンダが貯留される構造のため、ハンダが端子載置部36bの外側に広がることが抑えられる。ハンダ層17、25についても同様である。   Furthermore, since the solder is stored in the concavo-convex portion 35, it is possible to prevent the solder from spreading outside the terminal placement portion 36b. The same applies to the solder layers 17 and 25.

その結果、回路基板30からの高さを増加することなく、ハンダ層17、21、25の厚さを実効的に厚くすることが可能である。例えば、金属疲労を抑制するために必要とされるハンダ層の厚が約100μmとする。ハンダ層17、21、25の見掛けの厚さを約30μmに設定しても、十分な実効的な厚さを確保することができる。   As a result, it is possible to effectively increase the thickness of the solder layers 17, 21, and 25 without increasing the height from the circuit board 30. For example, the thickness of the solder layer required for suppressing metal fatigue is about 100 μm. Even if the apparent thickness of the solder layers 17, 21 and 25 is set to about 30 μm, a sufficient effective thickness can be secured.

更に、ハンダ層17、21、25の見掛けの厚さがばらついた場合でも、十分なロバスト性を確保することができる。   Furthermore, even when the apparent thickness of the solder layers 17, 21 and 25 varies, sufficient robustness can be ensured.

ハンダ層17、21、25の厚さを実効的に厚くすることにより、通電時の半導体チップ11の発熱によるハンダ層17、21、25の金属疲労が低減される。ハンダ層17、21、25の金属疲労により、ハンダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到るのを防止することができる。   By effectively increasing the thickness of the solder layers 17, 21, 25, metal fatigue of the solder layers 17, 21, 25 due to heat generation of the semiconductor chip 11 during energization is reduced. It is possible to prevent solder cracks from being generated due to metal fatigue of the solder layers 17, 21, 25 and reaching an electrically open state.

次に、半導体装置10の組み立て工程を説明する。図3は半導体装置10の組み立て工程を説明するための図である。図3(a)は、放熱板14にケース40が搭載され状態を示す斜視図、図3(b)は、ターミナルホルダー41に固定された電極端子16、20、24を示す斜視図である。電極端子16は、ターミナルホルダー41に隠れているので、図4(b)には示されない。   Next, an assembly process of the semiconductor device 10 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining an assembly process of the semiconductor device 10. 3A is a perspective view showing a state in which the case 40 is mounted on the heat radiating plate 14, and FIG. 3B is a perspective view showing the electrode terminals 16, 20, 24 fixed to the terminal holder 41. Since the electrode terminal 16 is hidden behind the terminal holder 41, it is not shown in FIG.

まず、図3(c)に示すように、金属回路32a、32b、32cを有し、金属回路32aに半導体チップ11がハンダ付けされた回路基板30を、放熱板14に取付ける。   First, as shown in FIG. 3C, the circuit board 30 having the metal circuits 32 a, 32 b, and 32 c and having the semiconductor chip 11 soldered to the metal circuit 32 a is attached to the heat radiating plate 14.

次に、図3(d)に示すように、ターミナルホルダー41に取付けた電極端子16、20、24を回路基板30の金属回路32a、32b、32cにはんだ付けする。   Next, as shown in FIG. 3 (d), the electrode terminals 16, 20, 24 attached to the terminal holder 41 are soldered to the metal circuits 32 a, 32 b, 32 c of the circuit board 30.

その後、ケース40を放熱板14に取り付け、ケース40に回路基板30が収納されるように構成する。その後、樹脂(図示せず)をケース40に充填し、回路基板30及び半導体チップ11を樹脂で封止する。   Thereafter, the case 40 is attached to the heat sink 14 so that the circuit board 30 is accommodated in the case 40. Thereafter, a resin (not shown) is filled in the case 40, and the circuit board 30 and the semiconductor chip 11 are sealed with the resin.

組み立て後、半導体装置10に対してTFT試験を10000サイクル実施した。TFT試験条件は、例えば室温から120℃である。TFT試験後、半導体装置10を分解し、ハンダ層17、21、25にハンダクラックが発生しているかを調査した。   After the assembly, the semiconductor device 10 was subjected to 10,000 cycles of the TFT test. The TFT test condition is, for example, room temperature to 120 ° C. After the TFT test, the semiconductor device 10 was disassembled to investigate whether or not solder cracks occurred in the solder layers 17, 21, and 25.

その結果、ハンダクラックの発生はほとんど見られず(略0/10000pcs)、金属疲労が抑制されていることが確かめられた。   As a result, almost no solder cracks were observed (approximately 0/10000 pcs), and it was confirmed that metal fatigue was suppressed.

以上説明したように、本実施例の半導体装置では、電極端子16、20、24が凹凸部35を埋めるように盛られたハンダ層17、21、25を介して端子載置部36a、36b、36cに接続されている。   As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the terminal mounting portions 36a, 36b, and the electrode mounting portions 36a, 36b, and the electrode layers 16, 20, and 25 are formed so as to fill the uneven portion 35. 36c.

その結果、ハンダ層17、21、25の実効的な厚さt1を厚くすることができる。通電時の半導体チップ11の発熱によるハンダ層17、21、25の金属疲労が低減され、ハンダ層17、21、25にハンダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到るのを防止することができる。従って、十分な信頼性を有する半導体装置10が得られる。   As a result, the effective thickness t1 of the solder layers 17, 21, 25 can be increased. Metal fatigue of the solder layers 17, 21, 25 due to heat generation of the semiconductor chip 11 during energization is reduced, and solder cracks are generated in the solder layers 17, 21, 25 to prevent an electrical open state from being reached. Can do. Therefore, the semiconductor device 10 having sufficient reliability can be obtained.

ここでは、凹凸部が溝である場合について説明したが、これに限定されることなく、その他の形状、例えばホール、貫通孔などでも構わない。   Here, the case where the concavo-convex portion is a groove has been described. However, the present invention is not limited to this, and other shapes such as holes and through holes may be used.

図4は凹凸部がホールである金属回路を備えた回路基板を示す図で、図4(a)はその平面図、図4(b)は図4(a)のB−B線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。図4に示すように、回路基板50は、凹凸部51がホールである金属回路32a、32b、32cを備えている。凹凸部がホールの場合、V字状よりも断面形状に応じた係数が大きくなるので、実効的な厚さが増大する利点がある。   4A and 4B are diagrams showing a circuit board provided with a metal circuit in which the concavo-convex portion is a hole. FIG. 4A is a plan view thereof, and FIG. 4B is along a line BB in FIG. It is sectional drawing which cut | disconnected and looked at the arrow direction. As shown in FIG. 4, the circuit board 50 includes metal circuits 32 a, 32 b, and 32 c in which the uneven portion 51 is a hole. When the concavo-convex portion is a hole, the coefficient corresponding to the cross-sectional shape is larger than the V-shape, so that there is an advantage that the effective thickness increases.

図5は凹凸部が貫通孔である金属回路を備えた回路基板を示す図で、図5(a)はその平面図、図5(b)は図5(a)のC−C線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。図5に示すように、回路基板55は、凹凸部56が貫通孔である金属回路32a、32b、32cを備えている。凹凸部が貫通孔の場合、V字状よりも断面形状に応じた係数が大きくなるので、更に実効的な厚さが増大する利点がある。   FIG. 5 is a diagram showing a circuit board provided with a metal circuit in which the concavo-convex portion is a through hole, FIG. 5 (a) is a plan view thereof, and FIG. 5 (b) is taken along line CC in FIG. It is sectional drawing which cut | disconnected and looked in the arrow direction. As shown in FIG. 5, the circuit board 55 includes metal circuits 32a, 32b, and 32c in which the concavo-convex portion 56 is a through hole. In the case where the concavo-convex portion is a through-hole, the coefficient corresponding to the cross-sectional shape is larger than the V-shape, and thus there is an advantage that the effective thickness is further increased.

本発明の実施例2に係る半導体装置について図6を用いて説明する。図6は本実施例の半導体装置を示す断面図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例1と異なる点は、電極端子に凹凸部を形成したことにある。   A semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of this example. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described. This embodiment differs from the first embodiment in that an uneven portion is formed on the electrode terminal.

即ち、図6に示すように、本実施例の半導体装置60では、電力用半導体チップ61、例えばIGBTと半導体チップ61に電気的に接続された電極端子62、63と図示しない電極端子64が回路基板65に載置されている。回路基板65は、回路基板30と基本的に同じであるが、端子載置部に凹凸部が形成されていない点が異なっている。   That is, as shown in FIG. 6, in the semiconductor device 60 of the present embodiment, a power semiconductor chip 61, for example, an IGBT and electrode terminals 62 and 63 electrically connected to the semiconductor chip 61, and an electrode terminal 64 (not shown) are provided in the circuit. It is placed on the substrate 65. The circuit board 65 is basically the same as the circuit board 30 except that the unevenness is not formed on the terminal mounting portion.

回路基板65の絶縁基板31には、金属回路66a、66b、66cが形成されている。半導体チップ61は金属回路66aのチップ搭載部に載置されている。半導体チップ61は、裏面がハンダ層12を介して金属回路66aのチップ搭載部に接合されている。   Metal circuits 66a, 66b, and 66c are formed on the insulating substrate 31 of the circuit board 65. The semiconductor chip 61 is placed on the chip mounting portion of the metal circuit 66a. The back surface of the semiconductor chip 61 is bonded to the chip mounting portion of the metal circuit 66 a through the solder layer 12.

電極端子64の一端部は折り曲げられて金属回路66aの表面と略平行に対向し、凹凸部67を埋めるように一端部を被覆する図示されないハンダ層(第2ハンダ層)を介して金属回路66aの端子載置部に接合されている。図示しない電極端子64の他端部は、折り曲げられてボルト・ナット(図示せず)によりブスバー(図示せず)に接続されている。   One end of the electrode terminal 64 is bent to face the surface of the metal circuit 66a substantially parallel to the metal circuit 66a via a solder layer (second solder layer) (not shown) that covers the one end so as to fill the uneven portion 67. It is joined to the terminal mounting part. The other end of the electrode terminal 64 (not shown) is bent and connected to a bus bar (not shown) by bolts and nuts (not shown).

電極端子62の一端部は折り曲げられて金属回路66cの表面と略平行に対向し、凹凸部67を埋めるように一端部を被覆するハンダ層(第2ハンダ層)68を介して金属回路66cの端子載置部に接合されている。電極端子62の他端部は、折り曲げられてボルト・ナット69によりブスバー70に接続されている。   One end of the electrode terminal 62 is bent so as to face the surface of the metal circuit 66 c substantially parallel to the metal circuit 66 c via a solder layer (second solder layer) 68 covering the one end so as to fill the uneven portion 67. It is joined to the terminal mounting part. The other end of the electrode terminal 62 is bent and connected to the bus bar 70 by a bolt / nut 69.

電極端子63の一端部は折り曲げられて金属回路66bの表面と略平行に対向し、凹凸部67を埋めるように一端部を被覆するハンダ層(第2ハンダ層)71を介して金属回路66bの端子載置部に接合されている。電極端子63の他端部は、折り曲げられてボルト・ナット72によりブスバー73に接続されている。   One end of the electrode terminal 63 is bent so as to face the surface of the metal circuit 66b substantially parallel to the metal circuit 66b via a solder layer (second solder layer) 71 that covers the one end so as to fill the uneven portion 67. It is joined to the terminal mounting part. The other end of the electrode terminal 63 is bent and connected to the bus bar 73 by a bolt / nut 72.

半導体チップ61のコレクタ電極は、直接金属回路66aに接合されている。半導体チップ61のベース電極は、ワイヤ74を介して金属回路66cに接続されている。半導体チップ61のエミッタ電極は、ワイヤ75を介して金属回路66bに接続されている。   The collector electrode of the semiconductor chip 61 is directly bonded to the metal circuit 66a. The base electrode of the semiconductor chip 61 is connected to the metal circuit 66 c through the wire 74. The emitter electrode of the semiconductor chip 61 is connected to the metal circuit 66 b through the wire 75.

本実施例の半導体装置60では、電極端子62、63とハンダ層68、71の接合面積を増大さるように構成されている。   The semiconductor device 60 of this embodiment is configured to increase the bonding area between the electrode terminals 62 and 63 and the solder layers 68 and 71.

電極端子62、63は、例えば幅が5mm、厚さが6mmである。凹凸部67は、例えば金型を用いてプレスすることにより形成する。凹凸部67は、分散して形成することが望ましい。   The electrode terminals 62 and 63 have, for example, a width of 5 mm and a thickness of 6 mm. The uneven portion 67 is formed by pressing using, for example, a mold. The uneven portions 67 are desirably formed in a dispersed manner.

電極端子62、63とハンダ層68、71の接合面積を増やすことにより、通電時の半導体チップ11の発熱による電極端子62、63にかかる応力が緩和され、ハンダ層68、71にハンダダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到るのを防止することができる。凹凸部67に局所的に応力を集中させることにより、全体の応力が低減されるためである。図示しない電極端子64についても同様であり、その説明は省略する。   By increasing the bonding area between the electrode terminals 62 and 63 and the solder layers 68 and 71, the stress applied to the electrode terminals 62 and 63 due to heat generation of the semiconductor chip 11 during energization is relieved, and solder cracks are generated in the solder layers 68 and 71. It is possible to prevent the occurrence of an electrical open state. This is because the overall stress is reduced by locally concentrating the stress on the uneven portion 67. The same applies to the electrode terminal 64 (not shown), and the description thereof is omitted.

以上説明したように、本実施例の半導体装置60では、電極端子62、63が凹凸部67を有しているので、ハンダ層68、71との接合面積が増大する。その結果、凹凸部67に局所的に応力が集中し、全体の応力が低減される。   As described above, in the semiconductor device 60 of the present embodiment, since the electrode terminals 62 and 63 have the concavo-convex portions 67, the bonding area with the solder layers 68 and 71 increases. As a result, stress concentrates locally on the concavo-convex portion 67 and the overall stress is reduced.

ハンダ層68、71にハンダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到るのを防止することができる。従って、十分な信頼性を有する半導体装置60が得られる。   It is possible to prevent solder cracks from occurring in the solder layers 68 and 71 and reaching an electrically open state. Therefore, the semiconductor device 60 having sufficient reliability can be obtained.

ここでは、凹凸部が矩形状である場合について説明したが、これに限定されることなく、その他の形態、例えば三角形状、ドーム状などでも構わない。   Here, the case where the concavo-convex portion is rectangular has been described, but the present invention is not limited to this, and other forms such as a triangular shape and a dome shape may be used.

図7は凹凸部が三角形状である電極端子をハンダ接合した場合を示す断面図である。図7に示すように、電極端子81には、三角形状の凹凸部82が形成されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a case where the electrode terminal having a triangular uneven portion is soldered. As shown in FIG. 7, the electrode terminal 81 has a triangular uneven portion 82.

図8は凹凸部がドーム状である電極端子をハンダ接合した場合を示す断面図である。図8に示すように、電極端子91には、ドーム状の凹凸部92が形成されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a case where an electrode terminal having an uneven portion having a dome shape is soldered. As shown in FIG. 8, the electrode terminal 91 is formed with a dome-shaped uneven portion 92.

本発明の実施例3に係る半導体装置について図9を用いて説明する。図9は本実施例の半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例は、上記実施例1および実施例2を組み合わせた例である。   A semiconductor device according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the main part of the semiconductor device of this embodiment. The present embodiment is an example in which the first embodiment and the second embodiment are combined.

即ち、図9に示すように、本実施例の半導体装置では、金属回路32cの端子載置部36cには凹凸部(第1の凹凸部)35が形成され、電極端子62には凹凸部(第2の凹凸部)67が形成されている。   That is, as shown in FIG. 9, in the semiconductor device of this example, the terminal mounting portion 36 c of the metal circuit 32 c is formed with the uneven portion (first uneven portion) 35, and the electrode terminal 62 is formed with the uneven portion ( A second concavo-convex portion 67 is formed.

凹凸部35により、ハンダ層68において金属回路32cの上面と電極端子62の下面の間の実効的な厚さが増大し、凹凸部67により電極端子62とハンダ層68の接触面積が増大する。   The uneven portion 35 increases the effective thickness of the solder layer 68 between the upper surface of the metal circuit 32 c and the lower surface of the electrode terminal 62, and the uneven portion 67 increases the contact area between the electrode terminal 62 and the solder layer 68.

凹凸部35と凹凸部67の相乗効果により、通電時の半導体チップ11の発熱によるハンダ層68にハンダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到るのを防止する効果を増大させることが可能である。   Due to the synergistic effect of the concavo-convex portion 35 and the concavo-convex portion 67, it is possible to increase the effect of preventing a solder crack from occurring in the solder layer 68 due to heat generation of the semiconductor chip 11 during energization and reaching an electrically open state. It is.

以上説明したように、本実施例の半導体装置では、金属回路32cの端子載置部36cには凹凸部35が形成され、電極端子62には凹凸部67が形成されている。その結果、凹凸部35と凹凸部67の相乗効果により、通電時の半導体チップ11の発熱によるハンダ層68にハンダダクラックが発生し、電気的なオープン状態に到るのを防止する効果が増大する。   As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the uneven portion 35 is formed in the terminal mounting portion 36 c of the metal circuit 32 c, and the uneven portion 67 is formed in the electrode terminal 62. As a result, the synergistic effect of the concavo-convex portion 35 and the concavo-convex portion 67 increases the effect of preventing solder cracks from occurring in the solder layer 68 due to heat generation of the semiconductor chip 11 during energization and reaching an electrically open state. To do.

上述した実施形態は、単に例として示したもので、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、ここにおいて述べた新規な装置は、種々の他の形態に具体化されても良いし、さらに、本発明の主旨又はスピリットから逸脱することなくここにおいて述べた装置の形態における種々の省略、置き換えおよび変更を行っても良い。付随する請求項およびそれらの均等物または均等方法は、本発明の範囲および主旨又はスピリットに入るようにそのような形態若しくは変形を含むことを意図している。   The above-described embodiments are merely exemplary and are not intended to limit the scope of the invention. Indeed, the novel devices described herein may be embodied in a variety of other forms, and various omissions may be made in the form of devices described herein without departing from the spirit or spirit of the invention. Replacements and changes may be made. The appended claims and their equivalents or equivalent methods are intended to include such forms or modifications as would fall within the scope and spirit or spirit of the present invention.

10、60 半導体装置
11、61 半導チップ
12、13、17、21、25、68、71 ハンダ層
14、15 放熱板
16、20、24、62、63、81、91 電極端子
18、22、69、71 ボルト・ナット
19、23、70、73 ブスバー
28、29、74、75 ワイヤ
40 ケース
41 ターミナルホルダー
30、50、55、65 回路基板
31 絶縁基板
32、33、66 金属回路
34 チップ載置部
35、51、56、67、82、92 凹凸部
36a、36b、36c 端子載置部
10, 60 Semiconductor device 11, 61 Semiconductor chip 12, 13, 17, 21, 25, 68, 71 Solder layer 14, 15 Heat sink 16, 20, 24, 62, 63, 81, 91 Electrode terminals 18, 22, 69, 71 Bolt / Nut 19, 23, 70, 73 Busbar 28, 29, 74, 75 Wire 40 Case 41 Terminal holder 30, 50, 55, 65 Circuit board 31 Insulating board 32, 33, 66 Metal circuit 34 Chip placement Portions 35, 51, 56, 67, 82, 92 Uneven portion 36a, 36b, 36c Terminal mounting portion

Claims (5)

チップ載置部と凹凸部を有する端子載置部を有する金属回路を備えた回路基板と、
前記チップ載置部に第1ハンダ層を介して接続された半導体チップと、
一端部が前記金属回路の表面と略平行に対向し、前記凹凸部を埋めるように盛られた第2ハンダ層を介して前記端子載置部に接合され、前記半導体チップに電気的に接続された電極端子と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A circuit board including a metal circuit having a chip mounting portion and a terminal mounting portion having an uneven portion;
A semiconductor chip connected to the chip mounting portion via a first solder layer;
One end is opposed to the surface of the metal circuit substantially in parallel, and is joined to the terminal mounting portion via a second solder layer stacked so as to fill the uneven portion, and is electrically connected to the semiconductor chip. Electrode terminals,
A semiconductor device comprising:
チップ載置部と端子載置部を有する金属回路を備えた回路基板と、
前記チップ載置部に第1ハンダ層を介して接続された半導体チップと、
凹凸部を有し、一端部が前記金属回路の表面と略平行に対向し、前記凹凸部を埋めるように前記一端部を被覆する第2ハンダ層を介して前記端子載置部に接合され、前記半導体チップに電気的に接続された電極端子と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A circuit board including a metal circuit having a chip mounting portion and a terminal mounting portion;
A semiconductor chip connected to the chip mounting portion via a first solder layer;
Having a concavo-convex portion, one end facing the surface of the metal circuit substantially in parallel, and being joined to the terminal placement portion via a second solder layer covering the one end so as to fill the concavo-convex portion; An electrode terminal electrically connected to the semiconductor chip;
A semiconductor device comprising:
チップ載置部と第1の凹凸部を有する端子載置部を有する金属回路を備えた回路基板と、
前記チップ載置部に第1ハンダ層を介して接続された半導体チップと、
第2の凹凸部を有し、一端部が前記金属回路の表面と略平行に対向し、前記第1の凹凸部を埋めるように盛られるとともに前記第2の凹凸部を埋めるように前記一端部を被覆する第2ハンダ層を介して前記端子載置部に接合され、前記半導体チップに電気的に接続された電極端子と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A circuit board including a metal circuit having a chip mounting portion and a terminal mounting portion having a first uneven portion;
A semiconductor chip connected to the chip mounting portion via a first solder layer;
The one end portion has a second uneven portion, and the one end portion faces substantially parallel to the surface of the metal circuit, and is arranged so as to fill the first uneven portion, and fills the second uneven portion. An electrode terminal joined to the terminal mounting portion via a second solder layer covering the electrode and electrically connected to the semiconductor chip;
A semiconductor device comprising:
前記凹凸部又は前記第1の凹凸部は、溝、ホール、貫通孔のいずれかであることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the uneven portion or the first uneven portion is one of a groove, a hole, and a through hole. 前記凹凸部又は前記第2の凹凸部は、断面が矩形状、三角形状、ドーム状のいずれかであることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the concavo-convex portion or the second concavo-convex portion has any one of a rectangular shape, a triangular shape, and a dome shape in cross section.
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