特許 5764443 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5764443

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/04 20060101AFI20150730BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/04 E

   H01L23/36 C

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2011-200498(P2011-200498)

(22)【出願日】2011年9月14日

(65)【公開番号】特開2013-62407(P2013-62407A)

(43)【公開日】2013年4月4日

【審査請求日】2014年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100107836

【弁理士】

【氏名又は名称】西 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100138759

【弁理士】

【氏名又は名称】大房 直樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 拓希

(72)【発明者】

【氏名】森永 雄司

(72)【発明者】

【氏名】村松 健太郎

【審査官】 松田 直也

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５６−０４０６７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−１８４３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−１４５１９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−１９１０９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／０４

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース基板と、
該ベース基板の上面側に形成された回路パターン部と、
該回路パターン部上に搭載された半導体チップと、
前記回路パターン部上に取り付けられ、該回路パターン部を介して前記半導体チップに電気接続された複数の端子部材と、
前記ベース基板の上面に成形され、前記回路パターン部、前記半導体チップ及び前記端子部材を内部に封入したモールド樹脂と、を備え、
前記複数の端子部材は、
それぞれ、上端面が前記モールド樹脂の外面に露出していると共に、前記上端面に開口したねじ孔を有する筒状に形成されており、
前記複数の端子部材のうち隣り合う端子部材には、
前記モールド樹脂の内部に配置され、前記隣り合う端子部材同士を連結し、該隣り合う端子部材それぞれの周方向への回転を規制する連結部材が取り付けられており、
該連結部材は、
前記隣り合う端子部材のそれぞれを径方向の外側から囲繞するリング部と、
該リング部同士を互いに接続する接続片と、を有する
ことを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体装置において、
前記ベース基板と前記回路パターン部との間には絶縁層が形成されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記端子部材には、径方向の外側に向けて突出した突起部が形成されていることを特徴とする半導体装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ベース基板の上面には収納凹部が形成され、
前記端子部材は、その一部が前記ベース基板の上面から突出するように、前記回路パターン部を介して前記収納凹部内に収納されていることを特徴とする半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の半導体装置としては、例えば図９に示すように、ヒートシンク１００上に基板１１０、半導体チップ１２０及び端子板１３０、１４０を適宜重ねたうえで、基板１１０、半導体チップ１２０、及び端子板１３０、１４０の長手方向の一端部１３１、１４１をモールド樹脂１５０で封止し、端子板１３０、１４０の他端部１３２、１４２をモールド樹脂１５０から外部へ突出させたものが知られている（特許文献１参照)。

【0003】

上記モールド樹脂１５０の上面には、図示しないナットが組み込まれる収納凹部１５１が形成されている。そしてこの半導体装置では、ナット及び端子板１３０、１４０の他端部１３２、１４２に形成されたねじ孔１３２ａ、１４２ａを利用して、端子板１３０、１４０の他端部１３２、１４２と図示しない外部電気配線とをねじ止めすることで、接続・固定がなされるように構成されている。

【0004】

具体的に説明すると、上記ねじ止めを行う際には、端子板１３０、１４０の他端部１３２、１４２をモールド樹脂１５０側に折り曲げ加工（略１８０度の折り曲げ加工）を施すことで、端子板１３０、１４０の他端部１３２、１４２に形成されたねじ孔１３２ａ、１４２ａをナットに対向させる。これにより、ねじ孔１３２ａ、１４２ａを通してナットにねじを螺着させることができ、このねじ止めによって上記した電気接続を行うことが可能とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２３８８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上記従来の半導体装置においては、ねじ止めを行う際のナットがモールド樹脂１５０の上面に形成された収納凹部１５１内に組み込まれる構成であるので、該ナットが基板１１０や半導体チップ１２０に対して上方に間隔を開けて配置されてしまう。そのため、厚みが生じてしまい、半導体装置全体の薄型化（低背化）を図り難いものであった。この種の半導体装置では、搭載される電子機器等の小型化等に伴ってさらなる薄型化が望まれているのが現状であるが、上記従来の半導体装置ではこのニーズに対応することが難しかった。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、薄型化を図ることができる半導体装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
（１）本発明に係る半導体装置は、ベース基板と、該ベース基板の上面側に形成された回路パターン部と、該回路パターン部上に搭載された半導体チップと、前記回路パターン部上に取り付けられ、該回路パターン部を介して前記半導体チップに電気接続された複数の端子部材と、前記ベース基板の上面に成形され、前記回路パターン部、前記半導体チップ及び前記端子部材を内部に封入したモールド樹脂と、を備え、前記複数の端子部材は、それぞれ、上端面が前記モールド樹脂の外面に露出していると共に、前記上端面に開口したねじ孔を有する筒状に形成されており、前記複数の端子部材のうち隣り合う端子部材には、前記モールド樹脂の内部に配置され、前記隣り合う端子部材同士を連結し、該隣り合う端子部材それぞれの周方向への回転を規制する連結部材が取り付けられており、該連結部材は、前記隣り合う端子部材のそれぞれを径方向の外側から囲繞するリング部と、該リング部同士を互いに接続する接続片と、を有することを特徴とする。

【0009】

本発明に係る半導体装置によれば、モールド樹脂の外面に端子部材の上端面が露出していると共に、該上端面にねじ孔が開口しているので、このねじ孔にねじを螺着させることで、外部電気配線の機械的な取り付けを行うことができる。しかも、端子部材は回路パターン部上に取り付けられ、該回路パターン部を介して半導体チップに導通しているので、上記取り付けと同時に外部電気配線との電気接続を行うことができる。また、端子部材は単に回路パターン部上に取り付けられているだけでなく、モールド樹脂の内部に封入されているので、該モールド樹脂によって全体的に保持された状態とされている。そのため、ねじの螺着時に共回りする等の不具合が生じ難い。
また、連結部材によって隣り合う端子部材同士が連結されているので、各端子部材のそれぞれに対してねじを螺着する際に、端子部材が共回りしてしまうことを効果的に防止し易い。

【0010】

特に、回路パターン部上に取り付けられた端子部材は、従来の端子板及びナットの２つの機能を兼ねる部材であるので、端子部材とは別個にナットを配置するためのスペースを確保する必要がない。そのため、半導体装置の全体の厚みを抑えて薄型化を図ることができる。それに加え、部品点数を削減でき、構成の簡略化及び低コスト化を図り易い。

【0011】

（２）上記本発明に係る半導体装置において、前記ベース基板と前記回路パターン部との間には絶縁層が形成されていることが好ましい。

【0012】

この場合には、絶縁層上に回路パターン部が形成されているので、ベース基板を例えばアルミ等の導電性材料で形成することが可能である。従って、ベース基板の材料選択の自由度を向上することができ、形成容易の観点やコストの観点等に基づいて幅広い材料の中から最適なものを選択するといったことが可能となり、設計の自由度を向上できる。また、ベース基板を導電性材料で形成できるので放熱性を高めることができ、半導体チップが発する熱を効率良く逃がして、作動信頼性を向上できる。

【0015】

（４）上記本発明に係る半導体装置において、前記端子部材には、径方向の外側に向けて突出した突起部が形成されていることが好ましい。

【0016】

この場合には、端子部材の突起部をモールド樹脂に食い込ませることができるので、ねじを螺着させる際に、端子部材が共回りしてしまうことをより効果的に防止し易い。

【0017】

（５）上記本発明に係る半導体装置において、前記ベース基板の上面には収納凹部が形成され、前記端子部材は、その一部が前記ベース基板の上面から突出するように、前記回路パターン部を介して前記収納凹部内に収納されていることが好ましい。

【0018】

この場合には、端子部材がベース基板の収納凹部内に収納されているので、端子部材の厚みの一部を収納凹部の凹み量（深さ）で吸収することができる。従って、半導体装置の全体の厚みをより抑えることができ、さらなる薄型化を図ることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る半導体装置によれば、薄型化を図ることができるうえ、部品点数を削減して、構成の簡略化及び低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る半導体装置の実施形態を示す外観斜視図である。

【図2】図１に示す半導体装置の上面図である。但し、モールド樹脂を透過した状態の上面図である。

【図3】図２に示す半導体装置のＡ−Ａ断面図である。

【図4】端子部材の変形例を示す斜視図である。

【図5】本発明に係る半導体装置の変形例を示す上面図である。但し、モールド樹脂を透過した状態の上面図である。

【図6】図５に示す半導体装置の部分断面斜視図である。

【図7】図５に示す連結部材の変形例を示す斜視図である。

【図8】本発明に係る半導体装置の別の変形例を示す断面図である。

【図9】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係る半導体装置の実施形態について図面を参照して説明する。
（半導体装置の構成）
図１〜図３に示すように、本実施形態の半導体装置１は、ベース基板２と、該ベース基板２の上面側に形成された回路パターン部３、４と、これら回路パターン部３、４のうち一方の回路パターン部３上に搭載された半導体チップ５と、回路パターン部３、４上にそれぞれ取り付けられ、これら回路パターン部３、４を介して半導体チップ５に電気接続される端子部材６、７と、ベース基板２の上面に形成され、上記した回路パターン部３、４、半導体チップ５及び端子部材６、７を内部に封入したモールド樹脂８と、を備えている。

【0022】

ベース基板２は、半導体装置１を例えば冷却器、筐体や回路基板等に固定（実装）するための基板であり、一定の厚みで平面視長方形状に形成されている。ベース基板２の長手方向Ｌ１の一端部には、上記実装時に図示しない実装用ねじが挿通される挿通孔２ａが形成され、長手方向Ｌ１の他端部には実装時に位置決めを行うための切欠溝２ｂが形成されている。そして、半導体装置１は、これら挿通孔２ａ及び切欠溝２ｂを利用して位置決めがなされた状態で実装可能とされている。

【0023】

また、このベース基板２は、アルミニウム等からなる導電性基板とされており、半導体チップ５が発する熱を放熱するヒートシンクとしても機能する。なお、銅、タングステンやモリブデン等、より放熱性が高い材料でベース基板２を形成しても良い。さらには、ベース基板２の表面にＮｉメッキ等の各種の金属メッキを施しても良い。

【0024】

ベース基板２の上面のうち、上記した挿通孔２ａ及び切欠溝２ｂが形成された長手方向Ｌ１の両端部を除く部分には絶縁層１０が形成されている。この絶縁層１０としては、フィルム状又はシート状のものであっても良いし、絶縁性材料を蒸着等によって成膜させた膜体であっても良い。なお、この絶縁層１０はベース基板２の上面全体に亘って形成されていても良い。

【0025】

回路パターン部３、４は、例えばフォトリソグラフィ技術によって銅等の金属膜がパターニングされた薄膜パターンであり、上記した絶縁層１０上に形成されている。この際、回路パターン部３、４は、互いにベース基板２の長手方向Ｌ１に間隔を開けて形成され、電気的なショートが防止されている。なお、図示の例では、これら回路パターン部３、４を平面視長方形状又は正方形状としており、図示を簡略化している。
そして、これら回路パターン部３、４のうち、一方の回路パターン部３上に半導体チップ５及び端子部材６が取り付けられ、他方の回路パターン部４上に端子部材７が取り付けられている。

【0026】

半導体チップ５は、通電によって発熱するチップ状の半導体素子であり、その上面及び下面には図示しない電極パッドが設けられている。そして、この半導体チップ５は、例えば半田や導電性接着剤等を介して、上記したように一方の回路パターン部３上に取り付けられており、これにより電極パッドを通じて半導体チップ５と一方の回路パターン部３とが互いに導通している。
また、半導体チップ５の上面に形成された電極パッドには、ボンディングワイヤである接続子１１の一方が接続されている。この接続子１１の他方は、他方の回路パターン部４に接続されている。これにより、半導体チップ５と他方の回路パターン部４とは、電極パッド及び接続子１１を介して互いに導通している。
なお、図示の例では、接続子１１としてボンディングワイヤとしたが、端子板やフレキシブル基板等の他の接続子を採用して構わない。

【0027】

端子部材６、７は、上記したように一方の回路パターン部３上及び他方の回路パターン部４上に、半導体チップ５と同様に半田や導電性接着剤等を介してそれぞれ取り付けられている。これにより、一方の端子部材６は回路パターン部３を介して半導体チップ５に電気接続され、他方の端子部材７は回路パターン部４及び接続子１１を介して半導体チップ５に接続されている。

【0028】

これら端子部材６、７は、中心にねじ孔６ａ、７ａが形成された筒状の導電性部材であり、本実施形態ではナットを用いている。そして、これら端子部材６、７は、ねじ孔６ａ、７ａの中心を貫く軸線Ｏ（図３参照）がベース基板２の厚み方向Ｌ３に対して略平行となるように取り付けられている。これにより、端子部材６、７の上端面にねじ孔６ａ、７ａが開口した状態とされている。

【0029】

なお、本実施形態では、上記した半導体チップ５、一対の回路パターン部３、４、一対の端子部材６、７及び接続子１１からなる内部ユニットが二組形成され、これら二組の内部ユニットＵ１、Ｕ２によって半導体装置１が構成されている。なお、これら内部ユニットＵ１、Ｕ２は、ベース基板２の短手方向Ｌ２に間隔を開けて配置されている。

【0030】

モールド樹脂８は、絶縁性樹脂の成形体であり、絶縁層１０が形成されたベース基板２の上面に形成されていると共に、上記した各構成品を内部に封入している。これにより、各構成品はモールド樹脂８内に埋設されていると共に該モールド樹脂８によって強固に保持されている。
また、本実施形態のモールド樹脂８は、その外形が直方体形状となるように成形されていると共に、上面に端子部材６、７の上端面が面一状態で露出するように成形されている。そのため、各端子部材６、７のねじ孔６ａ、７ａは、モールド樹脂８の上面に開口している。

【0031】

（半導体装置の作用）
上述した半導体装置１によれば、図１に示すように、モールド樹脂８の上面に端子部材６、７の上端面が露出していると共にねじ孔６ａ、７ａが開口しているので、ベース基板２を介して実装した後又はその実装時に、ねじ孔６ａ、７ａに固定ねじ１５を螺着させることで、図示しない外部電気配線の機械的な取り付けを行うことができる。しかも、端子部材６、７は回路パターン部３、４上に取り付けられ、該回路パターン部３、４を介して半導体チップ５に導通しているので、上記取り付けと同時に外部電気配線との電気接続を行うことができる。

【0032】

また、端子部材６、７は単に回路パターン部３、４上に取り付けられているだけでなく、モールド樹脂８の内部に封入されているので該モールド樹脂８によって全体的に強固に保持されている。そのため、固定ねじ１５の螺着時に共回りする等の不具合が生じ難い。

【0033】

特に、回路パターン部３、４上に取り付けられた端子部材６、７は、従来の端子板及びナットの２つの機能を兼ねる部材であるので、これら端子部材６、７とは別個にナットを配置するためのスペースを確保する必要がない。そのため、半導体装置１の全体の厚みＴ（図３参照）を薄くでき、薄型化（低背化）を図ることができる。それに加え、部品点数を削減でき、構成の簡略化及び低コスト化を図り易い。

【0034】

加えて、本実施形態の半導体装置１によれば、ベース基板２がヒートシンクとして機能するので、半導体チップ５が発する熱を効率良く放熱することができ、半導体チップ５の作動信頼性を向上できる。

【0035】

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

【0036】

例えば、上記実施形態では、内部ユニットＵ１、Ｕ２を二組具備する構成としたが、いずれか一方の内部ユニットＵ１、Ｕ２だけを具備しても構わないし、三組以上の内部ユニットを具備しても構わない。また、ベース基板２を導電性基板とし、ヒートシンクとして機能させたが、この場合に限定されるものではなく絶縁性基板としても構わない。ベース基板２を絶縁性基板とした場合には、絶縁層１０が不要である。
但し、絶縁層１０を形成することで、ベース基板２を導電性基板にすることが可能であるので、ベース基板２の材料選択の自由度を向上することができ、形成容易の観点やコストの観点等に基づいて幅広い材料の中から最適なものを選択するといったことが可能となり、設計の自由度を向上することができる。

【0037】

また、上記実施形態では、端子部材６、７としてナットを採用した場合を例に挙げたが、中心にねじ孔６ａ、７ａが形成された筒状に形成されていれば良く、例えば円筒状に形成されていても構わない。
但し、上記実施形態のように端子部材６、７として例えばナットを採用する等してその形状を多角筒状にした場合には、角部の部分がモールド樹脂８に食い込み易くなるので、円筒状に形成する場合よりも固定ねじ１５の螺着時に端子部材６、７が共回りしてしまうことを抑制し易く、より好ましい。

【0038】

更に、図４に示すように、端子部材６、７の外周面に、径方向の外側に向けて突出した突起部２０を軸線Ｏを中心として放射状に複数形成しても良い。なお、この場合の突起部２０は、端子部材６、７の厚み方向の全長に亘って延びた縦リブとされている。
このようにすることで、複数の突起部２０をモールド樹脂８に対してより食い込ませることができるので、固定ねじ１５の螺着時に端子部材６、７が共回りしてしまうことをより効果的に防止し易い。

【0039】

なお、図示の例では、突起部２０を放射状に形成したが、１つだけ形成しても同様の作用効果を奏効することができる。また、複数の突起部２０を、径方向の外側に向かうにしたがって軸線Ｏを中心とした周方向に向けて漸次傾斜又は湾曲させるように形成し、固定ねじ１５の螺着時にモールド樹脂８に対してさらに食い込むように構成しても構わない。

【0040】

また、図５及び図６に示すように連結部材３０を利用して、一方の内部ユニットＵ１の端子部材６、７と、他方の内部ユニットＵ２の端子部材６、７と、をそれぞれ連結し、各端子部材６、７がそれぞれ周方向に回転してしまうことを規制しても構わない。
より具体的には、一方の内部ユニットＵ１における一方の端子部材６と、他方の内部ユニットＵ２における一方の端子部材６と、を連結部材３０により連結すると共に、一方の内部ユニットＵ１における他方の端子部材７と、他方の内部ユニットＵ２における他方の端子部材７と、を連結部材３０により連結している。

【0041】

上記連結部材３０は、端子部材６、７を径方向の外側から囲繞するリング部３１と、これらリング部３１を互いに接続する接続片３２と、で構成されている。リング部３１には、端子部材６、７の外形形状に対応して多角形状に開口する貫通孔３１ａが形成され、該貫通孔３１ａ内に端子部材６、７が挿通されることでリング部３１と端子部材６、７とが組み合わされる。

【0042】

このように構成した場合には、連結部材３０によって両内部ユニットＵ１、Ｕ２の端子部材６、７同士を連結できるので、各端子部材６、７が各別に回転してしまうことを規制することができる。これにより、各端子部材６、７のそれぞれに対して固定ねじ１５を螺着する際に、各端子部材６、７が共回りしてしまうことを効果的に防止し易い。

【0043】

なお、上述した場合には、同電位の端子部材６、７同士を連結するので、連結部材３０を金属等の導電性材料で形成しても構わないし、樹脂等の絶縁性材料で形成しても構わない。
また、同じ内部ユニットＵ１、Ｕ２内において、一方の端子部材６と他方の端子部材７とを互いに連結しても構わない。この場合には、端子部材６、７間の電気的なショートを防ぐために絶縁性材料で連結部材３０を構成すれば良い。

【0044】

なお、連結部材３０としては、上述した場合に限定されるものではなく、各端子部材６、７の回転を各別に規制できるのであれば、自由に設計して構わない。
例えば、端子部材６、７に対して嵌め込むことで組み合わせるのではなく、図７に示すように、端子部材６、７に対して一体的に組み合わされた連結部材３０としても構わない。以下、詳細に説明する。

【0045】

まず、この場合の端子部材６、７は、ねじ孔４０ａが形成されたリング状の第１端子部材４０と、該第１端子部材４０のねじ孔４０ａに螺着可能な連結ねじ部４１ａを有し、且つ固定ねじ１５が螺着されるねじ孔６ａ、７ａが形成された第２端子部材４１と、それぞれを備え、ねじ孔４０ａに連結ねじ部４１ａを螺着させて第１端子部材４０と第２端子部材４１とを組み合わされることで構成されている。なお、図示の例では、端子部材６、７は円筒状としている。
また、この場合の連結部材３０は、リング部３１の貫通孔３１ａが第１端子部材４０の連結ねじ部４１ａを挿通可能とされており、第１端子部材４０と第２端子部材４１との間に挟みこまれることで、端子部材６、７に一体的に固定される。

【0046】

上述したように構成された場合であっても、やはり連結部材３０を利用して端子部材６、７同士を連結でき、各端子部材６、７が各別に回転してしまうことを規制することができる。従って、各端子部材６、７のそれぞれに対して固定ねじ１５を螺着する際に、端子部材６、７が共回りしてしまうことを効果的に防止し易い。

【0047】

また、上記実施形態において、図８に示すように、ベース基板２の上面に一段凹んだ収納凹部２ｃを形成し、端子部材６、７をその一部がベース基板２の上面から突出するように、回路パターン部３、４及び絶縁層１０を介して収納凹部２ｃ内に収納するように構成しても良い。
このように構成した場合には、端子部材６、７がベース基板２の収納凹部２ｃ内に収納されているので、端子部材６、７の厚みの一部を収納凹部２ｃの凹み量（深さ）で吸収することができる。従って、半導体装置１の全体の厚みＴをより抑えることができ、さらなる薄型化を図ることができる。

【0048】

なお、この場合には、絶縁層１０及び回路パターン部３、４を、例えば可撓性を有するフィルム等で形成しても構わない。また、ベース基板２に凹みではなく貫通孔を形成し、該貫通孔を収納凹部としても構わない。こうすることで、半導体装置１のさらなる薄型化を図ることができる。

【符号の説明】

【0049】

１ 半導体装置
２ ベース基板
２ｃ ベース基板の収納凹部
３、４ 回路パターン部
５ 半導体チップ
６、７ 端子部材
６ａ、７ａ 端子部材のねじ孔
８ モールド樹脂
１０ 絶縁層
２０ 突起部
３０ 連結部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】