WO2025115059A1 - Circuit board, semiconductor device, method for manufacturing circuit board, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a circuit board, a semiconductor device, a method for manufacturing a circuit board, and a method for manufacturing a semiconductor device.
- the semiconductor elements inside power semiconductor devices used in inverters and the like are bonded to the surface of a metal substrate that is placed on a ceramic substrate.
- a resin such as epoxy resin.
- the resin may peel off from the metal plate due to thermal stress during the manufacturing process of the semiconductor device or when the semiconductor device is in operation.
- Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which multiple holes are formed in a conductive plate to which a power semiconductor chip is bonded. The holes create an anchor effect, improving adhesion between the molded resin and the conductive plate.
- the spacing between multiple semiconductor elements and the distance between the semiconductor elements and the edge of the metal plate tend to shrink. This also reduces the space available for forming recesses to improve adhesion between the resin and the metal plate, making it difficult to ensure sufficient adhesive strength between the resin and the metal plate.
- This disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a circuit board that improves the adhesive strength between the resin and the metal plate and enables the miniaturization of semiconductor devices.
- the circuit board according to the present disclosure includes an insulating plate and a metal plate.
- the metal plate is bonded to an upper surface of the insulating plate.
- the metal plate includes a plurality of recesses provided on the surface of the metal plate.
- the minimum distance between adjacent recesses is 0.2 mm or less.
- the width of each of the plurality of recesses is 0.2 mm or less.
- the depth of each of the plurality of recesses is less than 0.05 mm.
- This disclosure provides a circuit board that improves the adhesive strength between the resin and the metal plate and enables the miniaturization of semiconductor devices.
- FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a circuit board according to a first embodiment.
- 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a first embodiment.
- FIG. 4 is an enlarged plan view showing the configuration of a recess;
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a recess.
- FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the minimum distance between adjacent recesses and adhesive strength. 13 is a diagram showing the appearance of the metal plate and the resin part after a shear test.
- FIG. 13 is a diagram showing the appearance of the metal plate and the resin part after a shear test.
- FIG. FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a circuit board in a first modified example of the first embodiment.
- FIG. 4 is an enlarged plan view showing the configuration of a recess;
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a recess in a second modification of the first embodiment.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a recess in a second modification of the first embodiment.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a recess in a second modification of the first embodiment.
- 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a recessed portion of a circuit board according to a second embodiment.
- FIG. FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a circuit board in a third embodiment.
- 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a recess in a circuit board according to a fourth embodiment.
- FIG. FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a circuit board in a fifth embodiment.
- Fig. 1 is a plan view showing the configuration of a circuit board 101 in embodiment 1.
- Fig. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device 201 in embodiment 1.
- Fig. 2 shows a cut surface taken along line AA' in Fig. 1.
- the circuit board 101 includes an insulating plate 10, a metal plate 20, and a heat sink 30.
- the semiconductor device 201 includes a circuit board 101, a semiconductor element 40, and a resin part 50.
- the semiconductor device 201 is mounted on a power conversion device such as an inverter, for example.
- the insulating plate 10 is made of an inorganic material such as ceramic.
- the heat sink 30 is bonded to the bottom surface of the insulating plate 10.
- the metal plate 20 is bonded to the top surface of the insulating plate 10.
- the metal plate 20 is made of, for example, copper, aluminum, etc.
- the metal plate 20 includes a plurality of recesses 21.
- the plurality of recesses 21 are provided on the surface of the metal plate 20.
- the recesses 21 are provided so as to surround a semiconductor element mounting area 41.
- the semiconductor element mounting area 41 is a predetermined area on the surface of the metal plate 20, and corresponds to the area where the semiconductor element 40 described below is mounted.
- FIG. 3 is an enlarged plan view showing the configuration of the recess 21.
- FIG. 3 shows the planar configuration of the region P in FIG. 1.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the recess 21.
- FIG. 4 shows a cut surface along B-B' in FIG. 3.
- the recess 21 is a non-through hole.
- the planar shape of the recess 21 is circular.
- the minimum distance Ds between adjacent recesses 21 is 0.2 mm or less. When the adjacent recesses 21 are defined as the first recess 21A and the second recess 21B, the minimum distance Ds is not the distance between the center of the first recess 21A and the center of the second recess 21B.
- the minimum distance Ds corresponds to the distance between the sidewall of the first recess 21A and the sidewall of the second recess 21B at their closest points.
- the diameter of the recess 21, i.e., the width W of the recess 21, is 0.2 mm or less.
- the depth Dp of the recess 21 is less than 0.05 mm.
- the semiconductor element 40 is bonded to the surface of the metal plate 20 via a bonding material 61.
- the semiconductor element 40 is mounted in a semiconductor element mounting area 41.
- the bonding material 61 is formed of a conductive material such as solder or a sintered material.
- the sintered material includes, for example, Ag or Cu.
- the semiconductor element 40 is formed of a semiconductor such as Si.
- the semiconductor is preferably a so-called wide band gap semiconductor such as SiC, GaN, Ga 2 O 3 , GeO 2 , or diamond.
- the semiconductor element 40 is a power semiconductor element, a control IC (Integrated Circuit) for controlling the power semiconductor element, or the like.
- the semiconductor element 40 includes, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a Schottky barrier diode, or the like.
- the semiconductor element 40 may include a reverse-conducting IGBT (RC-IGBT) in which an IGBT and a freewheeling diode are formed within a single semiconductor substrate.
- RC-IGBT reverse-conducting IGBT
- the resin part 50 seals the insulating plate 10, the metal plate 20, the multiple recesses 21, and the semiconductor element 40. In the first embodiment, the resin part 50 seals the circuit board 101 and the semiconductor element 40 so that the underside of the heat sink 30 is exposed.
- the resin part 50 is formed of a resin that is insulating and hardenable.
- the resin is, for example, a silicone resin, an epoxy resin, or the like.
- FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the minimum distance Ds between adjacent recesses 21 and the adhesive strength.
- the adhesive strength is the strength of adhesion between the metal plate 20 and the resin part 50.
- the adhesive strength is expressed by a standard ratio, that is, as a ratio to the adhesive strength when the reference recess 21 is not provided.
- the depth Dp of the recess 21 is 0.015 mm
- the width W of the recess 21 is 0.08 mm.
- the adhesive strength is about 3.6 times higher than when the recess 21 is not provided.
- the adhesive strength is about 3.9 times higher than when the recess 21 is not provided, and the adhesive strength is higher when the minimum distance Ds is smaller.
- FIGS. 6 and 7 are diagrams showing the appearance of the metal plate 20 and the resin part 50 after a shear test. The shear test was performed on the resin forming area 62 shown in FIG. 6 and FIG. 7, respectively.
- the minimum spacing Ds of the recesses 21 is 0.1 mm.
- the minimum spacing Ds of the recesses 21 is 0.2 mm.
- the depths Dp of the recesses 21 are both 0.015 mm.
- the widths W of the recesses 21 are both 0.08 mm.
- the circuit board 101 in embodiment 1 includes an insulating plate 10 and a metal plate 20.
- the metal plate 20 is joined to the upper surface of the insulating plate 10.
- the metal plate 20 includes a plurality of recesses 21 provided on the surface of the metal plate 20.
- the minimum distance Ds between adjacent recesses 21 is 0.2 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less.
- the width W of each of the plurality of recesses 21 is 0.2 mm or less.
- the depth Dp of each of the plurality of recesses 21 is less than 0.05 mm.
- the semiconductor device 201 in the first embodiment also includes a circuit board 101, a semiconductor element 40, and a resin part 50.
- the semiconductor element 40 is mounted on the surface of the metal plate 20.
- the resin part 50 seals the insulating plate 10, the multiple recesses 21 of the metal plate 20, and the semiconductor element 40.
- the multiple recesses 21 are provided to surround the semiconductor element 40.
- This configuration ensures sufficient adhesive strength between the resin part 50 and the metal plate 20 even when the formation area of the recess 21 is reduced.
- the recess 21 that provides sufficient adhesive strength is formed even in a small area with a width W of about 1 to 2 mm between the semiconductor element 40 and the end of the metal plate 20. This allows the semiconductor element 40 and other components to be mounted at a high density, resulting in a miniaturized semiconductor device 201.
- the width W of the recess 21 is small and the depth Dp is shallower than before, the time required to process the recess 21 is shortened. This reduces the cost of the semiconductor device 201.
- the recess 21 is formed by a laser, the energy of the laser for forming the recess 21 is also reduced.
- the area of the metal plate 20 that is oxidized by the laser irradiation is narrowed. This makes it possible to form the recess 21 closer to the semiconductor element mounting area 41. As a result, the semiconductor device 201 can be made smaller.
- the recess 21 and the metal oxide layer around it function as a solder barrier layer. The area of the solder layer that has poor adhesion to the resin part 50 is reduced, and the adhesive strength between the resin part 50 and the circuit board 101 is improved.
- Fig. 8 is a plan view showing the configuration of a circuit board 101A in a first modified example of the first embodiment.
- the recess 21 in the circuit board 101A is a non-through groove.
- Fig. 9 is an enlarged plan view showing the configuration of the recess 21.
- Fig. 9 shows the planar configuration of the region Q in Fig. 8.
- the planar shape of the recess 21 is a straight line, and the straight groove is provided so as to surround the semiconductor element mounting area 41.
- the minimum distance Ds between adjacent recesses 21 is 0.2 mm or less.
- the groove width, i.e., the width W of the recess 21, is 0.2 mm or less.
- the depth Dp of the recess 21 is less than 0.05 mm.
- the planar pattern of the recesses 21 may have a lattice shape or a slit shape.
- the lattice shape is formed by vertically extending grooves and horizontally extending grooves intersecting each other.
- the slit shape is formed by discretely arranging grooves that extend in one direction.
- (Modification 2 of the First Embodiment) 10 to 12 are cross-sectional views showing the configuration of the recess 21 in the second modification of the first embodiment.
- the cross-sectional shape of the recess 21 may be triangular.
- the recess 21 is a non-through hole having a conical shape.
- the bottom of the recess 21 may be rounded.
- a protrusion 22 may be formed on the edge of each of the multiple recesses 21.
- the cross-sectional shape of the protrusion 22 is not limited to a triangle.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of recesses 21 of a circuit board in embodiment 2.
- Metal plate 20 includes protrusions 22.
- Protrusions 22 are provided on the edges of each of the multiple recesses 21.
- Protrusions 22 correspond to burrs on recesses 21. Burrs are also called burrs.
- burrs are also called burrs.
- a portion of protrusion 22 of first recess 21A and a portion of protrusion 22 of second recess 21B overlap with each other.
- the minimum distance Ds is set so that protrusion 22 of first recess 21A and protrusion 22 of second recess 21B overlap with each other.
- the projections 22 of adjacent recesses 21 overlap, emphasizing the unevenness of the surface of the metal plate 20.
- the contact area between the resin part 50 and the metal plate 20 increases, improving the adhesive strength.
- the adhesive strength in embodiment 2 will be higher than that in embodiment 1, even though the processing time and processing area are approximately the same. The ease of assembly and reliability of the semiconductor device 201 are improved.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of a recess 21 of a circuit board in embodiment 3.
- the protrusions 22 of the metal plate 20 protrude outward from the edge of the recess 21.
- the protrusions 22 protrude in the direction of the non-laser irradiated portion. Even if the minimum distance Ds between adjacent recesses 21 is the same as in embodiment 1, the protrusions 22 increase the contact area between the resin part 50 and the metal plate 20. This improves the adhesive strength. Even when stress is applied in the shear direction, the metallic protrusions 22, which are stronger than the resin part 50, absorb the stress, improving the adhesive strength.
- FIG. 15 is a plan view showing the configuration of a circuit board 104 in embodiment 4.
- the metal plate 20 includes a high-density region 42 and a low-density region.
- the high-density region 42 is provided at the four corners of the metal plate 20.
- the low-density region corresponds to the region other than the high-density region 42.
- the density of the multiple recesses 21 in the low-density region is lower than the density of the multiple recesses 21 in the high-density region 42.
- the minimum distance Ds between adjacent recesses 21 and the width W of the recesses 21 are 0.2 mm or less.
- the areas where thermal stress is likely to concentrate are the four corners of the metal plate 20. In areas other than the four corners where thermal stress is small, the processing time for the recesses 21 can be shortened by reducing the density of the recesses 21.
- FIG. 16 is a plan view showing the configuration of a circuit board 105 in embodiment 5.
- the recess 21 in embodiment 5 is provided to surround not only the semiconductor element mounting area 41 but also the wiring bonding area 43.
- the wiring bonding area 43 is a predetermined area on the surface of the metal plate 20, and corresponds to the bonding portion where the metal plate 20 and the wiring 70 are bonded.
- the semiconductor device 201 in the fifth embodiment includes wiring 70 bonded to a wiring bonding area 43 on the surface of the metal plate 20.
- One end of the wiring 70 is bonded to the metal plate 20 via, for example, solder.
- the wiring 70 is electrically connected to the semiconductor element 40 via the solder and the metal plate 20.
- the other end of the wiring 70 is configured to be connectable to an external circuit (not shown).
- the wiring 70 is, for example, a metal plate processed into a predetermined shape.
- the recesses 21 are formed by a laser. By forming the recesses 21 by a laser, the processing time is shortened and the processing accuracy is improved.
- the laser used to process the recesses 21 is a UV laser or a green laser. By using a wavelength with a high optical absorption rate for Cu, the processing time for the recesses 21 is shortened.
- the resin part 50 is formed by transfer molding. This improves the filling of the resin into the recess 21, and improves the assembly of the semiconductor device 201.
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本開示は、回路基板、半導体装置、回路基板の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。 This disclosure relates to a circuit board, a semiconductor device, a method for manufacturing a circuit board, and a method for manufacturing a semiconductor device.
インバーターなどに用いられる電力半導体装置内部の半導体素子は、セラミック基板上に設けられた金属基板の表面に接合されている。その金属基板の表面において、半導体素子、配線などの電子部品が実装されていない領域は、エポキシ樹脂等の樹脂で封止されている。半導体装置の製造工程または半導体装置の駆動時のサーマルストレスによって、その樹脂が金属板から剥離する場合がある。 The semiconductor elements inside power semiconductor devices used in inverters and the like are bonded to the surface of a metal substrate that is placed on a ceramic substrate. On the surface of the metal substrate, areas where electronic components such as semiconductor elements and wiring are not mounted are sealed with a resin such as epoxy resin. The resin may peel off from the metal plate due to thermal stress during the manufacturing process of the semiconductor device or when the semiconductor device is in operation.
特許文献1には、パワー半導体チップが接合された導電性板に、複数の孔が形成された半導体装置が開示されている。その孔によってアンカー効果が生じ、モールド樹脂と導電性板との密着性が向上している。
電力半導体装置の小型化の要求に伴い、複数の半導体素子の間隔および半導体素子と金属板の端部との距離は、縮小する傾向にある。樹脂と金属板との密着性を向上させるための凹部の形成スペースも減少するため、樹脂と金属板との接着強度が十分に確保できない。 As demand for miniaturized power semiconductor devices increases, the spacing between multiple semiconductor elements and the distance between the semiconductor elements and the edge of the metal plate tend to shrink. This also reduces the space available for forming recesses to improve adhesion between the resin and the metal plate, making it difficult to ensure sufficient adhesive strength between the resin and the metal plate.
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、樹脂と金属板との密着強度を向上させ、かつ半導体装置の小型化が可能な回路基板の提供を目的とする。 This disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a circuit board that improves the adhesive strength between the resin and the metal plate and enables the miniaturization of semiconductor devices.
本開示に係る回路基板は、絶縁板および金属板を備える。金属板は、絶縁板の上面に接合されている。金属板は、金属板の表面に設けられた複数の凹部を含む。互いに隣り合う凹部の最小間隔は、0.2mm以下である。複数の凹部の各々の幅は、0.2mm以下である。複数の凹部の各々の深さは、0.05mm未満である。 The circuit board according to the present disclosure includes an insulating plate and a metal plate. The metal plate is bonded to an upper surface of the insulating plate. The metal plate includes a plurality of recesses provided on the surface of the metal plate. The minimum distance between adjacent recesses is 0.2 mm or less. The width of each of the plurality of recesses is 0.2 mm or less. The depth of each of the plurality of recesses is less than 0.05 mm.
本開示によれば、樹脂と金属板との密着強度を向上させ、かつ半導体装置の小型化が可能な回路基板が提供される。 This disclosure provides a circuit board that improves the adhesive strength between the resin and the metal plate and enables the miniaturization of semiconductor devices.
この開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 Objectives, features, aspects, and advantages of this disclosure will become more apparent from the following detailed description and accompanying drawings.
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1における回路基板101の構成を示す平面図である。図2は、実施の形態1における半導体装置201の構成を示す断面図である。図2は、図1におけるA-A’に沿った切断面を示している。
<First embodiment>
Fig. 1 is a plan view showing the configuration of a
回路基板101は、絶縁板10、金属板20および放熱板30を含む。半導体装置201は、回路基板101、半導体素子40および樹脂部50を含む。半導体装置201は、例えば、インバーターなどの電力変換装置に搭載される。
The
絶縁板10は、例えば、セラミックなどの無機材料で形成されている。放熱板30は、絶縁板10の下面に接合されている。金属板20は、絶縁板10の上面に接合されている。金属板20は、例えば、銅、アルミニウムなどで形成されている。
The
金属板20は、複数の凹部21を含む。その複数の凹部21は、金属板20の表面に設けられている。実施の形態1における凹部21は、半導体素子実装エリア41を取り囲むように設けられている。半導体素子実装エリア41は、金属板20の表面における予め定められたエリアであって、後述する半導体素子40が実装されるエリアに対応する。
The
図3は、凹部21の構成を示す拡大平面図である。図3は、図1における領域Pの平面構成を示している。図4は、凹部21の構成を示す断面図である。図4は、図3におけるB-B’に沿った切断面を示している。実施の形態1において、凹部21は非貫通穴である。凹部21の平面形状は円形である。互いに隣り合う凹部21の最小間隔Dsは、0.2mm以下である。互いに隣り合う凹部21を第1凹部21Aおよび第2凹部21Bと定義した場合、その最小間隔Dsは、第1凹部21Aの中心と第2凹部21Bの中心との間の距離ではない。その最小間隔Dsとは、第1凹部21Aの側壁と第2凹部21Bの側壁とが最も近づいている部分の距離に対応している。凹部21の直径、すなわち凹部21の幅Wは、0.2mm以下である。凹部21の深さDpは、0.05mm未満である。
FIG. 3 is an enlarged plan view showing the configuration of the
半導体素子40は、接合材61を介して金属板20の表面に接合されている。その半導体素子40は、半導体素子実装エリア41に実装されている。接合材61は、例えば、はんだ、焼結材などの導電性材料で形成されている。焼結材は、例えば、AgまたはCuを含む。半導体素子40は、例えば、Si等の半導体によって形成されている。半導体は、SiC、GaN、Ga2O3、GeO2、ダイヤモンド等のいわゆるワイドバンドギャップ半導体であることが好ましい。半導体素子40は、パワー半導体素子、そのパワー半導体素子を制御するための制御IC(Integrated Circuit)等である。半導体素子40は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、ショットキーバリアダイオード等を含む。または、半導体素子40は、IGBTおよび還流ダイオードが1つの半導体基板内に形成されたRC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)を含んでいてもよい。
The
樹脂部50は、絶縁板10、金属板20、複数の凹部21および半導体素子40を封止している。実施の形態1における樹脂部50は、放熱板30の下面が露出するように回路基板101および半導体素子40を封止している。樹脂部50は、絶縁性および硬化性を有する樹脂で形成されている。その樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などである。
The
図5は、隣り合う凹部21の最小間隔Dsと接着強度との関係を示す図である。接着強度は、金属板20と樹脂部50との接着の強さである。図5において、接着強度は、基準比により、すなわち基準となる凹部21が設けられていない場合の接着強度に対する比で表されている。この試験において、凹部21の深さDpは0.015mmであり、凹部21の幅Wは0.08mmである。凹部21の最小間隔Dsが小さくなるほど、接着強度が向上している。例えば、最小間隔Dsが0.2mmである場合の接着強度は、凹部21が設けられていない場合の接着強度の約3.6倍に向上している。さらに、最小間隔Dsが0.1mmである場合の接着強度は、凹部21が設けられていない場合の接着強度の約3.9倍に向上しており、最小間隔Dsが小さいほど接着強度が向上する。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the minimum distance Ds between
図6および図7は、シェア試験後の金属板20および樹脂部50の外観を示す図である。シェア試験は、図6および図7にそれぞれ示される樹脂形成エリア62に対して行われた。図6において、凹部21の最小間隔Dsは、0.1mmである。図7において、凹部21の最小間隔Dsは0.2mmである。凹部21の深さDpは、ともに0.015mmである。凹部21の幅Wは、ともに0.08mmである。
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing the appearance of the
図6に示されるように、最小間隔Dsが0.1mmの場合、樹脂形成エリア62の全面で樹脂部50の凝集破壊が生じている。それに対し、図7に示されるように、最小間隔Dsが0.2mmの場合、その凹部21においてのみ樹脂部50の凝集破壊が生じている。凹部21が設けられていない部分つまり隣り合う凹部21の間の部分においては、金属板20と樹脂部50との界面破壊が生じている。図6および図7に示される破壊様相によれば、最小間隔Dsが広い場合、樹脂部と金属基板との接触面積が小さく、十分な接着効果が得られない。一方で、最小間隔Dsが縮小されると、接触面積が増加し樹脂部と金属基板との接着強度が向上する。
As shown in FIG. 6, when the minimum spacing Ds is 0.1 mm, cohesive failure of the
以上をまとめると、実施の形態1における回路基板101は、絶縁板10および金属板20を含む。金属板20は、絶縁板10の上面に接合されている。金属板20は、その金属板20の表面に設けられた複数の凹部21を含む。互いに隣り合う凹部21の最小間隔Dsは、0.2mm以下であり、さらに好ましくは0.1mm以下である。複数の凹部21の各々の幅Wは、0.2mm以下である。複数の凹部21の各々の深さDpは、0.05mm未満である。
To summarise the above, the
また、実施の形態1における半導体装置201は、回路基板101、半導体素子40および樹脂部50を含む。半導体素子40は、金属板20の表面に実装されている。樹脂部50は、絶縁板10、金属板20の複数の凹部21および半導体素子40を封止している。複数の凹部21は、半導体素子40を取り囲むように設けられている。
The
このような構成により、凹部21の形成面積が縮小化した場合であっても、樹脂部50と金属板20との十分な接着強度が確保される。例えば、半導体素子40と金属板20の端部との間の幅W1~2mm程度の狭小エリアにも、十分な接着強度を実現する凹部21が形成される。そのため、半導体素子40などを高密度に実装することができ、その結果、半導体装置201が小型化される。
This configuration ensures sufficient adhesive strength between the
また、凹部21の幅Wが小さくおよび深さDpが従来よりも浅いため、凹部21の加工に要する時間が短縮される。そのため、半導体装置201のコストが低下する。凹部21がレーザーで形成される場合には、その凹部21を形成するためのレーザーのエネルギーも低下する。レーザー照射の影響を受けて金属板20が酸化する範囲が狭くなる。そのため、半導体素子実装エリア41に近づけた凹部21の形成が可能となる。その結果、半導体装置201の小型化が実現される。さらには、凹部21およびその周辺の金属酸化層は、はんだバリア層として機能する。樹脂部50との密着性の悪いはんだ層の面積が小さくなり、樹脂部50と回路基板101との接着強度が向上する。
In addition, since the width W of the
(実施の形態1の変形例1)
図8は、実施の形態1の変形例1における回路基板101Aの構成を示す平面図である。その回路基板101Aにおける凹部21は、非貫通溝である。図9は、凹部21の構成を示す拡大平面図である。図9は、図8における領域Qの平面構成を示している。凹部21の平面形状は直線であり、その直線の溝が半導体素子実装エリア41を取り囲むように設けられている。互いに隣り合う凹部21の最小間隔Dsは、0.2mm以下である。溝幅つまり凹部21の幅Wは、0.2mm以下である。凹部21の深さDpは、0.05mm未満である。
(First Modification of First Embodiment)
Fig. 8 is a plan view showing the configuration of a
凹部21の平面パターンは、格子形状を有していてもよいし、スリット形状を有していてもよい。格子形状は、縦方向に延伸する溝と横方向に延伸する溝とが互いに交差して形成される。スリット形状は、一方向に延伸する溝が離散的に配置されて形成される。
The planar pattern of the
(実施の形態1の変形例2)
図10から図12は、実施の形態1の変形例2における凹部21の構成を示す断面図である。図10に示されるように、凹部21の断面形状は、三角形であってもよい。例えば、凹部21は、円錐形状を有する非貫通穴である。図11に示されるように、凹部21の底部は、丸まっていてもよい。図12に示されるように、複数の凹部21の各々の縁に突起部22が形成されていてもよい。その突起部22の断面形状は、三角形に限定されるものではない。
(Modification 2 of the First Embodiment)
10 to 12 are cross-sectional views showing the configuration of the
<実施の形態2>
実施の形態2において、実施の形態1と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図13は、実施の形態2における回路基板の凹部21の構成を示す断面図である。金属板20は、突起部22を含む。突起部22は、複数の凹部21の各々の縁に設けられている。突起部22は、凹部21のバリに対応する。バリは、カエリともいう。互いに隣り合う第1凹部21Aと第2凹部21Bとについて、第1凹部21Aの突起部22の一部と第2凹部21Bの突起部22の一部とは互いに重なっている。言い換えると、第1凹部21Aの突起部22と第2凹部21Bの突起部22とが互いに重なるように、最小間隔Dsが設定されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of
互いに隣り合う凹部21の突起部22が重なりあうことで、金属板20の表面の凹凸が強調される。その結果、樹脂部50と金属板20との接触面積が増加し、接着強度が向上する。例えば、実施の形態2の凹部21の個数と実施の形態1の凹部21の個数とが同じである場合、それらの加工時間および加工面積は互いにほぼ同一でありながらも、実施の形態2の接着強度の方が実施の形態1よりも高くなる。半導体装置201の組立性および信頼性が向上する。
The
<実施の形態3>
実施の形態3において、実施の形態1または2と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
<Third embodiment>
In the third embodiment, the same components as those in the first or second embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図14は、実施の形態3における回路基板の凹部21の構成を示す断面図である。金属板20の突起部22は、凹部21の縁の外側に向けて突出している。凹部21がレーザーで形成される場合、その突起部22は、レーザーの未照射部の方向に突出している。隣り合う凹部21の最小間隔Dsが、実施の形態1と同一であっても、突起部22によって樹脂部50と金属板20との接触面積が増加する。そのため、接着強度が向上する。せん断方向の応力が加わった場合であっても、樹脂部50よりも強度の高い金属製の突起部22がその応力を受け止めるため、接着強度が向上する。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of a
<実施の形態4>
実施の形態4において、実施の形態1から3のうちいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, the same components as those in any of the first to third embodiments are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図15は、実施の形態4における回路基板104の構成を示す平面図である。金属板20は、高密度領域42と低密度領域とを含む。高密度領域42は、金属板20の四隅に設けられている。低密度領域は、その高密度領域42以外の領域に対応する。低密度領域における複数の凹部21の密度は、高密度領域42における複数の凹部21の密度よりも低い。隣り合う凹部21の最小間隔Dsおよび凹部21の幅Wは、0.2mm以下である。
FIG. 15 is a plan view showing the configuration of a
熱応力が集中しやすい領域は、金属板20の四隅である。その四隅以外の熱応力が小さい領域には、凹部21の密度を減らすことで、凹部21の加工時間が短縮される。
The areas where thermal stress is likely to concentrate are the four corners of the
<実施の形態5>
実施の形態5において、実施の形態1から4のうちいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
<Fifth embodiment>
In the fifth embodiment, the same components as those in any of the first to fourth embodiments are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図16は、実施の形態5における回路基板105の構成を示す平面図である。実施の形態5における凹部21は、半導体素子実装エリア41だけでなく、配線接合エリア43を取り囲むように設けられている。配線接合エリア43は、金属板20の表面における予め定められたエリアであって、金属板20と配線70とが接合される接合部に対応する。
FIG. 16 is a plan view showing the configuration of a
実施の形態5における半導体装置201は、その金属板20の表面の配線接合エリア43に接合された配線70を含む。配線70の一端は、例えば、はんだを介して金属板20に接合される。配線70は、そのはんだおよび金属板20を介して半導体素子40に電気的に接続されている。配線70の他端は、外部回路(図示せず)に接続可能に構成されている。配線70は、例えば、予め定められた形状に加工された板金である。
The
このような構成により、はんだバリア機能を有する凹部21が接合部の周辺に形成される。樹脂部50との密着性の悪いはんだ層の面積が減少するため、樹脂部50と金属板20との接着強度が向上する。
With this configuration, a
<実施の形態6>
実施の形態6において、実施の形態1から5のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
<Sixth embodiment>
In the sixth embodiment, components similar to those in any of the first to fifth embodiments are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.
実施の形態6における回路基板の製造方法においては、複数の凹部21はレーザーで形成される。凹部21がレーザーで形成されることによって、加工時間の短縮および加工精度の向上が実現される。
In the circuit board manufacturing method of the sixth embodiment, the
金属板20がCuで形成されている場合、凹部21を加工するためのレーザーは、UVレーザーまたはグリーンレーザーである。Cuの光吸収率が高い波長が用いられることにより、凹部21の加工時間が短縮される。
When the
<実施の形態7>
実施の形態7において、実施の形態1から6のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
<Seventh embodiment>
In the seventh embodiment, components similar to those in any of the first to sixth embodiments are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.
実施の形態7における半導体装置201の製造方法においては、樹脂部50はトランスファーモールド成形によって形成される。凹部21への樹脂の充填性が良好となり、半導体装置201の組立性が向上する。
In the manufacturing method of the
この開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。 Although this disclosure has been described in detail, the above description is illustrative in all respects and is not limiting. It is understood that countless variations not illustrated can be envisioned.
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In addition, it is possible to freely combine each embodiment, and to modify or omit each embodiment as appropriate.
10 絶縁板、20 金属板、21 凹部、21A 第1凹部、21B 第2凹部、22 突起部、30 放熱板、40 半導体素子、41 半導体素子実装エリア、42 高密度領域、43 配線接合エリア、50 樹脂部、61 接合材、62 樹脂形成エリア、70 配線、101 回路基板、101A 回路基板、104 回路基板、105 回路基板、201 半導体装置、Dp 深さ、Ds 最小間隔。 10 insulating plate, 20 metal plate, 21 recess, 21A first recess, 21B second recess, 22 protrusion, 30 heat sink, 40 semiconductor element, 41 semiconductor element mounting area, 42 high density area, 43 wiring bonding area, 50 resin part, 61 bonding material, 62 resin forming area, 70 wiring, 101 circuit board, 101A circuit board, 104 circuit board, 105 circuit board, 201 semiconductor device, Dp depth, Ds minimum spacing.
Claims (9)
前記絶縁板の上面に接合された金属板と、を備え、
前記金属板は、前記金属板の表面に設けられた複数の凹部を含み、
互いに隣り合う凹部の最小間隔は、0.2mm以下であり、
前記複数の凹部の各々の幅は、0.2mm以下であり、
前記複数の凹部の各々の深さは、0.05mm未満である、回路基板。 An insulating plate;
a metal plate joined to an upper surface of the insulating plate,
the metal plate includes a plurality of recesses provided on a surface of the metal plate,
The minimum distance between adjacent recesses is 0.2 mm or less;
Each of the plurality of recesses has a width of 0.2 mm or less;
The circuit board, wherein each of the plurality of recesses has a depth of less than 0.05 mm.
前記金属板は、前記複数の凹部の各々の縁に形成された突起部を含み、
前記第1凹部の前記突起部の一部と前記第2凹部の前記突起部の一部とは互いに重なっている、請求項1に記載の回路基板。 The plurality of recesses include a first recess and a second recess adjacent to each other,
the metal plate includes a protrusion formed on an edge of each of the plurality of recesses,
The circuit board according to claim 1 , wherein a portion of the protrusion in the first recess and a portion of the protrusion in the second recess overlap each other.
前記突起部は、前記縁の外側に向けて突出している、請求項1に記載の回路基板。 the metal plate includes a protrusion formed on an edge of each of the plurality of recesses,
The circuit board according to claim 1 , wherein the protrusion protrudes outward from the edge.
前記低密度領域における前記複数の凹部の密度は、前記高密度領域における前記複数の凹部の密度よりも低い、請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の回路基板。 The metal plate includes high-density regions provided at four corners of the metal plate and low-density regions provided in regions other than the four corners,
The circuit board according to claim 1 , wherein a density of the plurality of recesses in the low-density region is lower than a density of the plurality of recesses in the high-density region.
前記金属板の前記表面に実装された半導体素子と、
前記絶縁板、前記金属板の前記複数の凹部および前記半導体素子を封止する樹脂部と、を備え、
前記複数の凹部は、前記半導体素子を取り囲むように設けられている、半導体装置。 A circuit board according to any one of claims 1 to 4;
a semiconductor element mounted on the surface of the metal plate;
a resin portion that seals the insulating plate, the recesses of the metal plate, and the semiconductor element,
The semiconductor device, wherein the plurality of recesses are provided to surround the semiconductor element.
前記複数の凹部は、前記配線と前記金属板との接合部を取り囲むように設けられている、請求項5に記載の半導体装置。 a wiring bonded to the surface of the metal plate and electrically connected to the semiconductor element;
The semiconductor device according to claim 5 , wherein the plurality of recesses are provided so as to surround a joint between the wiring and the metal plate.
前記複数の凹部をレーザーで形成する、回路基板の製造方法。 A method for manufacturing the circuit board according to any one of claims 1 to 4, comprising the steps of:
The method for manufacturing a circuit board further comprises forming the plurality of recesses using a laser.
前記レーザーは、UVレーザーまたはグリーンレーザーである、請求項7に記載の回路基板の製造方法。 The metal plate is made of Cu,
The method for manufacturing a circuit board according to claim 7 , wherein the laser is a UV laser or a green laser.
前記樹脂部をトランスファーモールド成形によって形成する、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing the semiconductor device according to claim 5 or 6, comprising the steps of:
The method for manufacturing a semiconductor device further comprises forming the resin portion by transfer molding.
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