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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024147171
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/48 20060101AFI20241008BHJP
【FI】
H01L23/48 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023060011
(22)【出願日】2023-04-03
(71)【出願人】
【識別番号】000233273
【氏名又は名称】ミネベアパワーデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 浩二
(57)【要約】
【課題】ボイドの発生を抑制でき、信頼性が高い半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置Hは、カソード側のベース3と、アノード側の電極4とを有する半導体素子1と、電極4が半田を介して接合される基板8とを備え、電極4は、基板8側に溝7が形成されている。電極4の溝7は、横断面V字状または横断面U字状に形成されることが好ましい。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
カソード側のベースと、アノード側の電極とを有する半導体素子と、
前記電極が半田を介して接合される基板とを備え、
前記電極は、前記基板側に溝が形成されている
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、
前記電極の前記溝は、横断面V字状または横断面U字状に形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記電極の前記溝は、略十字状に形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項4】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記電極の前記溝は、直線状に並んで複数形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の半導体装置において、
前記電極の前記溝内にらせん状のスパイラル溝が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項6】
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の半導体装置において、
前記電極の前記溝内に交差するらせん状のスパイラル溝が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項7】
請求項1に記載の半導体装置において、
前記半導体素子はダイオードである
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。
【背景技術】
【0002】
様々な機器の制御に使用される半導体装置は、半導体素子が基板に実装されている。
図16に、従来のダイオード100が基板108に実装されている状態の正面図を示す。
例えば、ダイオード100は電極104を半田フィレット106を用いて基板109に接着して実装している。
【0003】
図17Aに、従来のダイオード100をベース103側から見た平面図を示し、図17Bに、従来のダイオード100を電極104側から見た平面図を示す。
図18に、図17BのII-II断面図を示す。
ダイオード100は、ベース103と電極104とが、ペレット101、ペレット半田102を介して接合されている。また、ベース103と電極104との間には、絶縁体のシリコンゴム105が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6-188328号公報
【特許文献2】特開平6-151507号公報
【特許文献3】特開平6-151437号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図16に示すように、半導体素子のダイオ-ド100を基板108に実装する際、ダイオ-ド100の電極104と基板109とが半田で接着しづらい。具体的には、半田が電極104の面全体に回り込むまでに時間がかかる。また、半田フィレット106での接着後にボイド(空洞)が発生しやすい。なお、本願に係る先行技術文献として、特許文献1~3がある。
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、ボイドの発生を抑制でき、信頼性が高い半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、カソード側のベースと、アノード側の電極とを有する半導体素子と、前記電極が半田を介して接合される基板とを備え、前記電極は、前記基板側に溝が形成されている。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ボイドの発生を抑制でき、信頼性が高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明に係る実施形態1の半導体装置の正面図。
図2A】実施形態1のダイオードをベース側から見た平面図。
図2B】実施形態1のダイオードを電極側から見た平面図。
図3図2BのI-I断面図。
図4】実施形態1の変形例1のダイオードを電極側から見た平面図。
図5】実施形態1の変形例2のダイオードを電極側から見た平面図。
図6】本発明に係る実施形態2の半導体装置の正面図。
図7】実施形態2のダイオードを電極側から見た平面図。
図8】実施形態2の変形例1のダイオードを電極側から見た平面図。
図9】実施形態2の変形例2のダイオードを電極側から見た平面図。
図10】実施形態3のダイオードを電極側から見た平面図。
図11】実施形態3の変形例1のダイオードを電極側から見た平面図。
図12】実施形態3の変形例2のダイオードを電極側から見た平面図。
図13】実施形態4のダイオードを電極側から見た平面図。
図14】実施形態4の変形例1のダイオードを電極側から見た平面図。
図15】実施形態4の変形例2のダイオードを電極側から見た平面図。
図16】従来のダイオードが基板に実装されている状態の正面図
図17A】従来のダイオードをベース側から見た平面図。
図17B】従来のダイオードを電極側から見た平面図
図18図17BのII-II断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<<実施形態1>>
図1に、本発明に係る実施形態1の半導体装置Hの正面図を示す。
実施形態1の半導体装置Hは、ダイオード1が基板8に半田フィレット6を介して設置されている。
【0010】
図2Aに、実施形態1のダイオード1をベース3側から見た平面図を示す。
図2Bに、実施形態1のダイオード1を電極4側から見た平面図を示す。
図3に、図2AのI-I断面図を示す。
ダイオード1は、ベース3と電極4とが、ペレット9、ペレット半田2を介して設置されている。また、ベース3と電極4との間には、絶縁体のシリコンゴム5が設置されている。図2Aに示すように、ベース3にはベース側電極3dが設けられている。
【0011】
図1に示す半導体装置Hは、ダイオード1のアノ-ド端子である電極面4m(図2B参照)に横断面略V字状の溝7(図1参照)が設けられている。溝7(図1参照)は半田の流線を形成している。溝7(図1参照)を作ることで、半田が溝7を表面張力で迅速に流れる。これにより、半田が電極4全体に早くに回り込ませる構造としている。つまり、電極4の電極面4mに横断面略V字状の溝7を設け、毛細管現象で半田の流動を促進させる構造としている。
【0012】
電極4は、銅に銀メッキが施され作成されている。横断面略V字状の溝7は、電極4を作成する際に型で形成される。
ダイオード1の電極4と基板8との接合は下記のように行われる。
電極面4m(図2B参照)とほぼ同じ大きさの板半田を準備する。そして、当該板半田をダイオード1の電極4と基板8との間に挟む。続いて、熱を加え、板半田を電極4と基板8との間で溶融して電極面4mに広げる。これにより、図1に示すように、電極4と基板8との間に半田フィレット6を形成して、電極4と基板8とを接合する。
【0013】
この際、溶融した板半田は、前記したように、電極4の横断面略V字状の溝7を、毛細管現象により迅速に埋めて、電極面4mに広がる。
そのため、半田のボイドの発生が可及的に抑制されて半田フィレット6が形成される。これにより、ボイドがない状態で、電極4と基板8とが、半田を介して確実に接合される。
以上より、ダイオード1を基板8に実装する際の半田付けが容易に行える。また、ダイオード1の基板8への実装後も電極4の溝7に半田が食い込むことで、半田接着による接着強度が向上する。
【0014】
また、電極4に溝7の構造を設けることで毛細管現象となり、半田が溝7に導かれ迅速に電極4の先端全面(電極面4m)に流動する。これにより、半田接着面積が増加し、半田ヌレ性が改善する。そのため、半田の表面積が増加し、半導体装置Hの放熱性がより優れる。
【0015】
<変形例1>
図4に、実施形態1の変形例1のダイオード1Aを電極4側から見た平面図を示す。
変形例1のダイオード1Aは、電極4の横断面略V字状の溝7aを電極面4mに十字状に形成したものである。その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形例1によれば、板半田が溶融して十字状の横断面略V字状の溝7aを、毛細管現象に導かれ十字状に平面的に広がる。そのため、ボイドの発生が抑制され、ダイオード1Aと基板8とを半田フィレット6(図1参照)で確実に接合することができる。
【0016】
<変形例2>
図5に、実施形態1の変形例2のダイオード1Bを電極4側から見た平面図を示す。
変形例2のダイオード1Bは、電極4の横断面略V字状の溝7bを電極面4mに三つ並べて形成している。その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形例2によれば、板半田が溶融して毛細管現象により三つ並んだの断面略V字状の溝7bに導かれ三列状に迅速に広がる。そのため、半田内のボイドの発生が抑制され、ダイオード1Bと基板8とを半田フィレット6(図1参照)で確実に接合することができる。
【0017】
<<実施形態2>>
図6に、本発明に係る実施形態2の半導体装置2Hの正面図を示す。
図7に、実施形態2のダイオード21を電極24側から見た平面図を示す。
実施形態2は、実施形態1の横断面略V字状の溝7に代えて、横断面略U字状の溝27としたものである。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
【0018】
実施形態2の半導体装置2Hは、ダイオード21のアノ-ド端子である電極面24mに横断面略U字状の溝27(図6参照)を設けている。溝27により、半田の流線を作り毛細管現象によって、半田を電極24全体に早く回り込ませる構造としている。つまり、実施形態2では、電極24に横断面略U字状の溝27を設け、毛細管現象で半田の流動を促進させている。
【0019】
図6に示す半導体装置2Hは、実施形態1と同様、ダイオード21のアノード側の電極24が基板8に半田フィレット6を介して設置されている。
図6図7に示すように、ダイオード21のアノード側の電極24には、横断面略U字状(図6参照)の溝27が設けられている。
電極24は、銅で形成され銀メッキが施されている。横断面略U字状の溝27は、電極24を作成する際に型で形成される。
【0020】
板半田を電極24と基板8との間で溶融することで、電極24と基板8との間に半田フィレット6が形成され、電極24と基板8とが接合されている。
この際、溶融した板半田は、電極24の横断面略U字状の溝27を、毛細管現象により迅速に埋めつつ、電極面24mに広がる。
そのため、半田でのボイドの発生が抑制され、半田フィレット6が形成される。そのため、電極24と基板8とが、確実に接合される。
【0021】
したがって、ダイオード21の基板8への実装時の半田付けを容易にできる。また、ダイオード21の基板8への実装後も電極24の横断面略U字状の溝27に半田が食い込むことで半田接着による接着強度が向上する。
また、電極24の溝27構造により毛細管現象が生じ、半田が溝27に導かれ迅速に電極24の先端全面(電極面24m)に流動する。これにより、半田接着の面積が増え、半田ヌレ性が改善できる。そのため、半導体装置2Hの放熱性が従来より優れる。
【0022】
<実施形態2の変形例1>
図8に、実施形態2の変形例1のダイオード21Aを電極24側から見た平面図を示す。
変形例1のダイオード21Aは、電極24の横断面略字状の溝27aを電極面24mに十字状に形成したものである。その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【0023】
変形例1によれば、板半田が溶融して、十字状の横断面略U字状の溝27aを毛細管現象により、十字状に広がる。そのため、ボイドの発生が抑制され、ダイオード21Aと基板8とを半田フィレット6(図6参照)で確実に接合することができる。
【0024】
<実施形態2の変形例2>
図9に、実施形態2の変形例2のダイオード21Bを電極24側から見た平面図を示す。
変形例2のダイオード21Bは、電極24の横断面略U字状の溝27bを電極面24mに三つ並べて形成したものである。その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【0025】
変形例2によれば、板半田が溶融して、三つ並んだ横断面略U字状の溝27bに、毛細管現象により三列に広がり、電極面24m全体に広がる。そのため、半田内のボイドの発生が抑制され、ダイオード21Bと基板8とを半田フィレット6(図6参照)で確実に接合することができる。
【0026】
<<実施形態3>>
図10に、実施形態3のダイオード31を電極34側から見た平面図を示す。
実施形態3は、ダイオード31のアノ-ド端子である電極面34mに横断面略U字状の溝37と、溝37内にスパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38とを設けて半田の流線を作っている。溝37とスパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38とで、電極34の全体に半田を早く回り込ませる構造としている。
【0027】
電極34に、横断面略U字状の溝37と、溝37内にスパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38を設けることで、溶融半田が、毛細管現象で半田の流動をさらに促進させることができる。
【0028】
<実施形態3の変形例1>
図11に、実施形態3の変形例1のダイオード31Aを電極34側から見た平面図を示す。
変形例1のダイオード31Aは、電極34の横断面略U字状の溝37aを電極面34mに十字状に形成している。加えて、横断面略U字状の溝37a内にスパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38aが設けられる。
その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【0029】
変形例1によれば、板半田が溶融して、十字状の横断面略U字状の溝37aを、毛細管現象により、半田が十字状に広がる。さらに、スパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38aで半田の流れが促進される。そのため、ボイドの発生をさらに抑制して、ダイオード31Aと基板8とを半田フィレット6(図6参照)でより確実に接合することができる。
【0030】
<実施形態3の変形例2>
図12に、実施形態3の変形例2のダイオード31Bを電極34側から見た平面図を示す。
変形例2のダイオード31Bは、電極34の横断面略U字状の溝37bを電極面34mに三つ並べて形成している。加えて、横断面略U字状の溝37b内にスパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38bが設けられる。
【0031】
その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形例2によれば、板半田が溶融して、横断面略U字状の溝37bとスパイラル(螺旋状)の横断面略U字状の溝38bとに毛細管現象により、三列に広がり、電極面34m全体に広がる。そのため、半田内のボイドの発生が抑制され、ダイオード31Bと基板8とを半田フィレット6(図6参照)で、より確実に接合することができる。
【0032】
<<実施形態4>>
図13に、実施形態4のダイオード41を電極44側から見た平面図を示す。
実施形態4は、ダイオード41のアノ-ド端子である電極面44mに横断面略U字状の溝47と、溝47内にクロススパイラル(交差した螺旋状)の横断面略U字状の溝48を設けて半田の流線を作っている。溝47とクロススパイラルの横断面略U字状の溝48とで表面張力を利用して、電極44の全体に半田を早く回り込ませる構造としている。
【0033】
電極44に、横断面略U字状の溝47と、溝47内にクロススパイラル(交差した螺旋状)の横断面略U字状の溝48を設けることで、溶融半田が毛細管現象でさらに半田流動を促進させることができる。
【0034】
<実施形態4の変形例1>
図14に、実施形態4の変形例1のダイオード41Aを電極44側から見た平面図を示す。
変形例1のダイオード41Aは、電極44の横断面略U字状の溝47aを電極面44mに十字状に形成している。加えて、横断面略U字状の溝47a内にクロススパイラル(交差した螺旋状)の横断面略U字状の溝48aが設けられる。
【0035】
その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形例1によれば、板半田が溶融して、十字状の横断面略U字状の溝47aに、毛細管現象により十字状に広がる。さらに、クロスススパイラル(交差した螺旋状)の横断面略U字状の溝48aで半田の流れがより促進される。そのため、ボイドの発生をさらに抑制して、ダイオード41Aと基板8とを半田フィレット6(図6参照)でより確実に接合することができる。
【0036】
<実施形態4の変形例2>
図15に、実施形態4の変形例2のダイオード41Bを電極44側から見た平面図を示す。
変形例2のダイオード41Bは、電極44の横断面略U字状の溝47bを電極面44mに三つ並べて形成している。加えて、横断面略U字状の溝47b内にクロススパイラル(交差した螺旋状)の横断面略U字状の溝48bが設けられる。
【0037】
その他の構成は、実施形態1と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
変形例2によれば、板半田が溶融して、三つ並んだ横断面略U字状の溝47bとクロススパイラル(交差した螺旋状)の横断面略U字状の溝48bに、毛細管現象により、三つの横断面略U字状の溝47bに広がり、電極面44m全体に広がる。そのため、半田内のボイドの発生が抑制され、ダイオード41Bと基板8とを半田フィレット6(図6参照)でより確実に接合することができる。
【0038】
<<その他の実施形態>>
1.本発明は、前記した実施形態、変形例の構成に限られることなく、添付の特許請求の範囲内で様々な変形形態、具体的形態が可能である。
【符号の説明】
【0039】
1、1A、1B、21、21A、21B、31、31A、31B、41、41A、41B ダイオード(半導体素子)
3 ベース
4、24、34、44 電極
7、27、37、47 溝
7a、27a、37a、47a 略十字状の溝(溝)
7b、27b、37b、47b 溝(直線状に並んで形成されている溝)
8 基板
38a、38a スパイラルの横断面略U字状の溝(スパイラル溝)
38b、38b クロススパイラルの横断面略U字状の溝(交差するスパイラル溝)
H、2H 半導体装置
図1
図2A
図2B
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17A
図17B
図18