JP2016111271A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、詳しくは、複数の半導体素子を並んで配置すると共に複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなる板状の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a plate-like semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are arranged side by side, the plurality of semiconductor elements are connected to each other by a connecting member, and these are molded with a resin.
従来、この種の半導体装置としては、半導体素子と、半導体素子の一方の面に接合されたヒートシンクと、ヒートシンクの表面を露出した状態で半導体素子とヒートシンクとを封止する樹脂と、ヒートシンクの露出面に圧接されたバスバ端子と、バスバ端子にろう付けされた絶縁板と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、ヒートシンクとバスバ端子とを別体で形成しているから、ヒートシンクとバスバ端子とを一体に形成するものと比較すると、バスバ端子の板厚を薄くすることができる。これにより、バスバ端子に絶縁板をろう付けする際にバスバ端子から絶縁板にかかる熱応力を緩和している。 Conventionally, this type of semiconductor device includes a semiconductor element, a heat sink bonded to one surface of the semiconductor element, a resin that seals the semiconductor element and the heat sink with the surface of the heat sink exposed, and exposure of the heat sink. There has been proposed one that includes a bus bar terminal that is press-contacted to a surface and an insulating plate that is brazed to the bus bar terminal (see, for example, Patent Document 1). In this apparatus, since the heat sink and the bus bar terminal are formed separately, the thickness of the bus bar terminal can be made thinner than that in which the heat sink and the bus bar terminal are integrally formed. Thereby, when the insulating plate is brazed to the bus bar terminal, thermal stress applied from the bus bar terminal to the insulating plate is relieved.
上述の半導体装置では、半導体素子の動作に伴う発熱により、樹脂に熱応力が発生する。こうした熱応力は、樹脂の形状によっては一部分に集中し、半導体素子の発熱とその後の冷却による樹脂の加熱・冷却サイクルの繰り返しによって熱応力が集中した部分を中心として装置全体が変形する場合がある。 In the semiconductor device described above, thermal stress is generated in the resin due to heat generated by the operation of the semiconductor element. Depending on the shape of the resin, such thermal stress may be concentrated on a portion, and the entire device may be deformed around the portion where the thermal stress is concentrated due to repeated heating and cooling cycles of the resin due to heat generation of the semiconductor element and subsequent cooling. .
本発明の半導体装置は、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる装置全体の変形を抑制する構成を提供することを主目的とする。 The main object of the semiconductor device of the present invention is to provide a configuration that suppresses deformation of the entire device due to repeated heating and cooling cycles.
本発明の半導体装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The semiconductor device of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の半導体装置は、
複数の半導体素子を並んで配置すると共に該複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなる板状の半導体装置であって、
前記接続部材は、板厚方向の一方側における体積が他方側における体積より大きくなるように配置されており、
前記樹脂の前記板厚方向の前記他方側で、且つ、前記複数の半導体素子のうち隣り合う2つの半導体素子の間のみに、凹部が形成されている
ことを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention is
A plate-like semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are arranged side by side, and the plurality of semiconductor elements are connected to each other by a connecting member, and these are molded with a resin,
The connecting member is arranged so that the volume on one side in the plate thickness direction is larger than the volume on the other side,
A recess is formed on the other side of the resin in the plate thickness direction and only between two adjacent semiconductor elements among the plurality of semiconductor elements.
この本発明の半導体装置では、複数の半導体素子を並んで配置すると共に複数の半導体素子を接続部材により互いに接続し、更に、これらを樹脂でモールドしてなり、板状に形成されている。接続部材は、板厚方向の一方側における体積が他方側における体積より大きくなるように配置されており、樹脂の板厚方向の他方側で、且つ、複数の半導体素子のうち隣り合う2つの半導体素子の間のみに、凹部が形成されている。樹脂の板厚方向の他方側における体積と一方側における体積との差が大きいと、半導体素子の動作に伴う発熱とその後の冷却とによる加熱・冷却サイクルの繰り返しによって、樹脂の一部に熱応力が集中して、装置全体に変形が生じる場合がある。特に、樹脂の体積に偏りがあると、樹脂の少ない側の変形量が大きくなる。また、半導体素子間に熱応力が集中しやすい。樹脂の板厚方向の他方側で、且つ、複数の半導体素子のうち隣り合う2つの半導体素子の間のみに、凹部を形成することがにより、樹脂の板厚方向の他方側における体積と一方側における体積との差を小さくしたり、樹脂の板厚方向の他方側における体積と一方側における体積とを同一にすることができ、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる樹脂への熱応力の集中を抑制することができる。これにより、装置全体の変形を抑制することができる。 In the semiconductor device of the present invention, a plurality of semiconductor elements are arranged side by side, the plurality of semiconductor elements are connected to each other by a connecting member, and these are molded with resin to form a plate. The connecting member is arranged such that the volume on one side in the plate thickness direction is larger than the volume on the other side, and the two adjacent semiconductors on the other side in the plate thickness direction of the resin and among the plurality of semiconductor elements Concave portions are formed only between the elements. If the difference between the volume on the other side of the resin in the plate thickness direction and the volume on the one side is large, thermal stress is applied to a part of the resin due to repeated heating / cooling cycles due to heat generated by the operation of the semiconductor element and subsequent cooling. In some cases, the entire apparatus is deformed. In particular, if the volume of the resin is uneven, the amount of deformation on the side with less resin increases. Also, thermal stress tends to concentrate between the semiconductor elements. By forming a recess on the other side in the resin thickness direction and only between two adjacent semiconductor elements among the plurality of semiconductor elements, the volume and one side on the other side in the resin thickness direction are formed. The volume on the other side in the plate thickness direction of the resin can be made the same as the volume on the one side, suppressing the concentration of thermal stress on the resin due to repeated heating and cooling cycles can do. Thereby, the deformation | transformation of the whole apparatus can be suppressed.
こうした本発明の半導体装置において、前記接続部材は、板状の部材であり、前記凹部は、開口の形状が前記接続部材の板厚方向に平行な断面の形状と略同一で、且つ、深さが前記半導体装置の板厚の20%以上40%以下の範囲内となるよう形成するものとしてもよいし、前記接続部材は、板状に形成され且つ前記板厚方向の一方側で前記板厚方向に対して垂直に延伸する延伸部を有する部材であり、前記凹部は、前記接続部材の前記延伸部の前記板厚方向の前記一方側における樹脂の厚さと前記接続部材の前記延伸部より前記板厚方向の他方側における樹脂の厚さとが同一になるよう形成されているものとすることもできる。 In such a semiconductor device of the present invention, the connection member is a plate-like member, and the recess has an opening whose shape is substantially the same as a cross-sectional shape parallel to the plate thickness direction of the connection member, and has a depth. May be formed to be within a range of 20% to 40% of the plate thickness of the semiconductor device, and the connection member is formed in a plate shape and the plate thickness on one side in the plate thickness direction. It is a member having an extending portion extending perpendicularly to the direction, and the concave portion is more than the thickness of the resin on the one side in the plate thickness direction of the extending portion of the connecting member and the extending portion of the connecting member. It can also be formed so that the thickness of the resin on the other side in the plate thickness direction is the same.
こうした本発明の半導体装置において、前記半導体素子は、前記板厚方向の一方側がエミッタとなり前記板厚方向の他方側がコレクタとなるよう配置されたバイポーラトランジスタであり、前記接続部材は、前記複数のうち隣の合う2つの半導体素子の一方のコレクタと他方のエミッタとを接続する部材であるものとすることもできる。 In such a semiconductor device of the present invention, the semiconductor element is a bipolar transistor arranged such that one side in the plate thickness direction is an emitter and the other side in the plate thickness direction is a collector, It can also be a member that connects one collector and the other emitter of two adjacent semiconductor elements.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の一実施例としてのパワーカード26が搭載された電力変換装置20の構成の概略を示す構成図である。電力変換装置20は、昇圧コンバータやインバータなどを構成する半導体素子22,23が内蔵されたパワーカード26と、パワーカード26の両面に放熱グリス28a,28bを介して接着された絶縁板30a,30bと、絶縁板30a,30bに放熱グリス32a,32bを介して接着され内部に冷却水が流通する冷却器34とを備える。電力変換装置20では、放熱グリス28a,28b,32a,32b,絶縁板30a,30bを介して冷却器34でパワーカード26を冷却している。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
図2は、パワーカード26の構成の概略を示す構成図である。パワーカード26は、板状に形成されており、図2における左右方向に並んで配置された半導体素子22,23と、半導体素子22と半導体素子23とを接続するためのバスバ22g,22hとを備えている。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of the
半導体素子22,23は、半導体チップ22a,23aと、スペーサ22c,23cと、エミッタ電極22e,23eと、コレクタ電極22f,23fとを備えている。
The
半導体チップ22a,23aは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が搭載されたチップとして構成されており、パワーカード26の図2における上側(板厚方向の一方側)がエミッタとなり図2における下側(板厚方向の他方側)がコレクタとなるよう配置されている。
The
スペーサ22c,23cは、銅(Cu)により形成されており、導電性はんだ22b,23bを介して半導体チップ22a,23aの図中上側のエミッタに取り付けられている。
The
エミッタ電極22e,23eは、導電性はんだ22d,23dを介してスペーサ22c,23cに取り付けられている。コレクタ電極22f,23fは、半導体チップ22a,23aの図中下側のコレクタに接続されている。
The
バスバ22gは、板状の部材として形成されており、エミッタ電極23eに接続されている。バスバ22gは、図2に示すように、エミッタ電極23eから図2における左方向へ延伸するよう形成されている。バスバ22hは、板状の部材として形成されており、コレクタ電極22fとバスバ22gとに接続されている。バスバ22hは、コレクタ電極22fからバスバ22gに向けてまっすぐ延伸して、バスバ22gの近傍で屈曲して、バスバ22gに平行に延伸するよう形成されている。バスバ22hは、コレクタ電極22f付近で曲げられることなくエミッタ電極23eに向けてまっすぐ延伸しているから、バスバをエミッタ電極23e,コレクタ電極22fの両方で屈曲させるものと比較すると、バスバ22hを製造する際の曲げ工程を減らすことができる。バスバ22h,22gは、図2においてパワーカード26を板厚TH2の2分の1の高さで2分割したときの上側となる上部26aにおける体積が下側となる下部26bにおける体積より大きくなっている。
The
パワーカード26は、半導体素子22,23のエミッタ電極22e,23e,コレクタ電極22f,23fを表面に露出させた状態で、樹脂24により面一となるよう半導体チップ22a,23aや導電性はんだ22b,23b,22d,23d,スペーサ22c,23c,バスバ22g,22hをモールドしている。
In the
パワーカード26には、図2における下側で、且つ、半導体素子22と半導体素子23との間のみに凹部26cが形成されている。凹部26cは、開口の形状がバスバ22gの板厚方向に平行な断面の形状と略同一で、深さDがパワーカード26の板厚TH2の20%以上40%以下の範囲内(例えば、板厚TH2の20%,30%,40%など)となるよう形成されている。
A
ここで、図2における下側で、且つ、半導体素子22と半導体素子23との間のみに凹部26cを形成した理由について説明する。図3は、凹部26cが形成されていない比較例のパワーカード126を備える電力変換装置120において加熱・冷却サイクルが繰り返される前後における様子の一例を示す説明図である。パワーカード126において、バスバ22h,22gは、上部26aにおける体積が下部26bにおける体積より大きくなっているから、樹脂24は下部26bにおける体積が上部26aにおける体積より大きくなっている。こうした電力変換装置120において、半導体チップ22a,23aの動作に伴う発熱とその後の冷却により樹脂24に対して加熱・冷却サイクルが繰り返されると、樹脂24の体積が大きいほう、すなわち、パワーカード26の下部26b、特に、半導体素子22,23の間に熱応力が集中し、パワーカード126全体に変形が生じてしまう。パワーカード126全体に変形が生じると、放熱グリス28a,28bがパワーカード126により押し出されてパワーカード126と絶縁板30a,30bとの間から抜けてしまう。一般に、放熱グリス28a,28bより絶縁板30a,30bの方が熱伝導性が低いから、冷却器34による冷却効率が低下してしまう。
Here, the reason why the
実施例のパワーカード26では、図2における下側で、且つ、半導体素子22と半導体素子23との間のみに凹部26cを形成することにより、パワーカード26の上部26aにおける樹脂24の体積と下部26bにおける樹脂24の体積との差を小さくすることができ、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる樹脂24への熱応力の集中を抑制することができる。これにより、パワーカード26全体に変形が生じるのを抑制することができる。また、パワーカード26全体に変形が生じるのを抑制するから、放熱グリス28a,28bの抜けを抑制することができ、冷却器34による冷却効率の低下を抑制することができる。
In the
以上説明した実施例の電力変換装置20によれば、バスバ22h,22gは、上部26a(板厚方向の一方側)における体積が下部26b(板厚方向の他方側)における体積より大きくなるよう配置されており、下側(板厚方向の他方側)で、且つ、半導体素子22と半導体素子23との間のみに凹部26cを形成することにより、樹脂24の上部26aにおける体積と下部26bにおける体積との差を小さくすることができる。これにより、加熱・冷却サイクルの繰り返しによる熱応力の集中を抑制して、パワーカード26全体の変形を抑制することができる。
According to the
実施例の電力変換装置20では、凹部26cを、開口の形状がバスバ22gの板厚方向に平行な断面の形状と略同一で、深さDがパワーカード26の板厚TH2の20%以上40%以下の範囲内となるよう形成するものとしたが、凹部26cを、バスバ22g,22hを一体の接続部材として考えて、接続部材の図2の左右方向に延伸する部分より図2における上側(板厚方向の一方側)における樹脂24の厚さと下側(板厚方向の他方側)における樹脂24の厚さとが同一になるよう形成するものとしてもよい。
In the
実施例の電力変換装置20では、パワーカード26において、エミッタ電極23eに接続されたバスバ22gと、コレクタ電極22fとバスバ22gとに接続されたバスバ22hとを備えるものとしたが、バスバ22g,22hを一体の部材であるものとしてもよい。
In the
実施例の電力変換装置20では、バスバ22gがエミッタ電極23eに接続され、バスバ22hがコレクタ電極22fとバスバ22gとに接続されているものとしたが、バスバ22gがコレクタ電極22fに接続され、バスバ22hがエミッタ電極23eとバスバ22gとに接続されているものとしてもよい。この場合、凹部26cは、図2における上側で、且つ、半導体素子22と半導体素子23との間のみに形成すればよい。
In the
実施例の電力変換装置では、凹部26cを、図2における下側で、且つ、半導体素子22と半導体素子23との間のみに形成することにより、樹脂24の下部26bにおける体積と上部26aにおける体積との差を小さくするものとしたが、凹部26cを樹脂24の上部26aにおける体積と下部26bにおける体積とが同一となるよう形成するものとしてもよい。
In the power conversion device of the embodiment, the
実施例の電力変換装置20では、2つの半導体素子22,23がエミッタ電極22e,コレクタ電極22fを露出した状態で樹脂24にモールドされているものとしたが、3つ以上の半導体素子が樹脂24にモールドされているものとしてもよい。この場合、凹部26cを、図2における下側で、且つ、3つ以上の半導体素子のうち隣り合う半導体素子の間に形成するものとすればよい。
In the
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、半導体素子22,23が「半導体素子」に相当し、バスバ22g,22hが「接続部材」に相当し、樹脂24が「樹脂」に相当し、凹部26cが「凹部」に相当する。
Here, the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、半導体装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the semiconductor device manufacturing industry.
10 パワーコントロールユニット、20,120 電力変換装置、22,23 半導体素子、22a,23a 半導体チップ、22b,22d,23b,23d 導電性はんだ、22c,23c スペーサ、22e,23e エミッタ電極、22f,23f コレクタ電極、22g,22h バスバ、24 樹脂、26,126 パワーカード、26a 上部、26b 下部、26c 凹部、28a,28b,32a,32b 放熱グリス、30a,30b 絶縁板、34 冷却器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (1)
前記接続部材は、板厚方向の一方側における体積が他方側における体積より大きくなるように配置されており、
前記樹脂の前記板厚方向の前記他方側で、且つ、前記複数の半導体素子のうち隣り合う2つの半導体素子の間のみに、凹部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 A plate-like semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are arranged side by side, and the plurality of semiconductor elements are connected to each other by a connecting member, and these are molded with a resin,
The connecting member is arranged so that the volume on one side in the plate thickness direction is larger than the volume on the other side,
A recess is formed only on the other side of the resin in the plate thickness direction and between two adjacent semiconductor elements among the plurality of semiconductor elements.
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