JP4984750B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子が熱拡散部材上に設置される半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is installed on a heat diffusion member.
従来より、半導体素子が熱拡散部材上に設置される半導体装置が知られている。この種の半導体装置で熱拡散部材上に設置される半導体素子は、通電時に多量の熱を発生する、いわゆるパワー半導体である。パワー半導体には、例えばパワートランジスタやＩＧＢＴなどがある。この種の半導体装置の一例が特許文献１に開示されている。 Conventionally, a semiconductor device in which a semiconductor element is installed on a heat diffusion member is known. A semiconductor element installed on a heat diffusing member in this type of semiconductor device is a so-called power semiconductor that generates a large amount of heat when energized. Examples of power semiconductors include power transistors and IGBTs. An example of this type of semiconductor device is disclosed in Patent Document 1.
具体的に、特許文献１には、半導体素子とヒートシンクとアイランドとが上から順番に積層された半導体素子が記載されている。ヒートシンクは、熱拡散部材を構成しており、半導体素子が発する熱を拡散させてアイランドへ伝達させる。ヒートシンクは、半導体素子よりも平面形状が大きくなっている。半導体素子は、接合部材であるダイマウント材を介してヒートシンク上に固定されている。ダイマウント材には、半導体素子とアイランドとを電気的に接続するためにハンダや導電性接着剤などの導電性の部材が用いられる。
ところで、従来の半導体装置では、半導体素子を熱拡散部材上に固定する接合部材が融解しないように半導体装置を動作させていた。つまり、半導体素子の温度が接合部材の融点を下回るように半導体素子の電流値が制限されていた。このため、従来の半導体装置では、半導体素子の出力電力が制限されるという問題があった。 By the way, in the conventional semiconductor device, the semiconductor device is operated so that the bonding member for fixing the semiconductor element on the heat diffusion member does not melt. That is, the current value of the semiconductor element is limited so that the temperature of the semiconductor element is lower than the melting point of the bonding member. For this reason, the conventional semiconductor device has a problem that the output power of the semiconductor element is limited.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子が接合部材によって熱拡散部材上に固定される半導体装置の出力電力を増加させることである。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to increase the output electric power of the semiconductor device by which a semiconductor element is fixed on a heat-diffusion member by a joining member.
第１の発明は、半導体素子（15）と、上記半導体素子（15）の下に積層されて半導体素子（15）が発する熱を拡散させて伝達させる熱拡散部材（16）と、上記半導体素子（15）と熱拡散部材（16）との間に設けられて該半導体素子（15）を熱拡散部材（16）に熱結合させる接合部材（25）とを備え、上記接合部材（25）が、上記半導体素子（15）の動作状態に応じて融解する半導体装置であって、上記接合部材（25）が融解した状態でも上記半導体素子（15）を固定する固定部材（32）を備えている。 The first invention includes a semiconductor element (15), a heat diffusion member (16) laminated under the semiconductor element (15) to diffuse and transmit heat generated by the semiconductor element (15), and the semiconductor element (15) and a heat diffusing member (16), and a joining member (25) for thermally coupling the semiconductor element (15) to the heat diffusing member (16), the joining member (25) A semiconductor device that melts in response to the operating state of the semiconductor element (15), and includes a fixing member (32) that fixes the semiconductor element (15) even when the joining member (25) is melted. .
第１の発明では、接合部材（25）が融解した状態でも固定部材（32）が半導体素子（15）を固定している。従って、例えば熱拡散部材（16）の上面が傾斜しているような場合でも、接合部材（25）の融解時に半導体素子（15）が設置された位置から移動しない。 In the first invention, the fixing member (32) fixes the semiconductor element (15) even when the joining member (25) is melted. Therefore, for example, even when the upper surface of the heat diffusing member (16) is inclined, the semiconductor element (15) does not move from the position where the bonding member (25) is melted.
第２の発明は、上記第１の発明において、上記半導体素子（15）と上記熱拡散部材（16）とを密閉状に収容するケーシング（35）を備え、上記ケーシング（35）内には、不活性ガスが封入されている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a casing (35) for housing the semiconductor element (15) and the heat diffusing member (16) in a sealed manner in the first aspect of the invention, An inert gas is enclosed.
第２の発明では、ケーシング（35）内に不活性ガスが封入されている。つまり、半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とを覆う気体のほとんどが不活性ガスになり、半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とを接合する接合部材（25）に空気がほとんど接触しない。 In the second invention, an inert gas is sealed in the casing (35). That is, most of the gas covering the semiconductor element (15) and the heat diffusion member (16) becomes an inert gas, and the bonding member (25) that joins the semiconductor element (15) and the heat diffusion member (16) has air. There is almost no contact.
第３の発明は、上記第１又は２の発明において、上記接合部材（25）が、モールド樹脂（36）により覆われている。 According to a third invention, in the first or second invention, the joining member (25) is covered with a mold resin (36).
第３の発明では、モールド樹脂（36）が接合部材（25）を覆うように設けられている。従って、接合部材（25）の周囲には気体がほとんど侵入することがなく、接合部材（25）に空気がほとんど接触しない。 In the third invention, the mold resin (36) is provided so as to cover the joining member (25). Therefore, the gas hardly penetrates around the joining member (25), and the air hardly contacts the joining member (25).
第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記半導体素子（15）が、ＳｉＣ素子である。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the semiconductor element (15) is a SiC element.
第４の発明では、半導体素子（15）がＳｉＣ素子である。ＳｉＣ素子は、耐熱温度が接合部材（25）として通常用いられるハンダなどの融点よりも高い。 In the fourth invention, the semiconductor element (15) is a SiC element. The SiC element has a heat resistant temperature higher than the melting point of solder or the like normally used as the bonding member (25).
第１の発明では、固定部材（32）を設けることで、接合部材（25）が融解しても半導体素子（15）が設置された位置から移動しないようにしている。従って、半導体素子（15）の移動に起因する故障を確実に防止できるので、半導体装置（10）の信頼性を向上させることができる。 In the first invention, by providing the fixing member (32), even if the joining member (25) is melted, it is prevented from moving from the position where the semiconductor element (15) is installed. Therefore, since the failure due to the movement of the semiconductor element (15) can be surely prevented, the reliability of the semiconductor device (10) can be improved.
また、上記第２の発明では、ケーシング（35）内に不活性ガスを封入することで、接合部材（25）に空気が接触しないようにしている。従って、半導体素子（15）の温度変化により半導体装置（10）が融解と凝固とを繰り返しても、接合部材（25）が酸化しにくくなる。 Moreover, in the said 2nd invention, air is made not to contact a joining member (25) by sealing an inert gas in a casing (35). Therefore, even if the semiconductor device (10) repeats melting and solidification due to the temperature change of the semiconductor element (15), the bonding member (25) is hardly oxidized.
また、上記第３の発明では、モールド樹脂（36）によって接合部材（25）を覆うことで、接合部材（25）に空気が接触しないようにしている。従って、半導体素子（15）の温度変化により半導体装置（10）が融解と凝固とを繰り返しても、接合部材（25）が酸化しにくくなる。 In the third aspect of the invention, the bonding member (25) is covered with the mold resin (36) so that air does not contact the bonding member (25). Therefore, even if the semiconductor device (10) repeats melting and solidification due to the temperature change of the semiconductor element (15), the bonding member (25) is hardly oxidized.
また、上記第４の発明では、半導体素子（15）が、耐熱温度が接合部材（25）として通常用いられるハンダ等の融点よりも高いＳｉＣ素子である。つまり、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点以上になっても半導体素子（15）が耐熱可能であり損傷しない。従って、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点以上でも動作させる場合における半導体装置（10）の信頼性を向上させることができる。 In the fourth aspect of the invention, the semiconductor element (15) is a SiC element having a heat resistant temperature higher than the melting point of solder or the like normally used as the bonding member (25). That is, even if the temperature of the semiconductor element (15) becomes equal to or higher than the melting point of the bonding member (25), the semiconductor element (15) can be heat-resistant and is not damaged. Accordingly, it is possible to improve the reliability of the semiconductor device (10) when the semiconductor element (15) is operated even when the temperature of the semiconductor element (15) is equal to or higher than the melting point of the bonding member (25).
以下、まず、本発明に関連する参考例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, reference examples related to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本参考例の半導体装置（10）は、例えば空気調和装置の冷媒回路に接続される圧縮機のモータに供給される電流の周波数を制御するモータ制御装置として用いられるものである。この半導体装置（10）は、図１に示すように、半導体素子（15）と、ヒートスプレッダ（16）と、導電体パターン（17）と、電気絶縁層（18）と、実装基盤（19）と、冷却ジャケット（20）とが順番に積層されて構成されている。なお、図示しないが、実装基板（19）上には、半導体素子（15）とヒートスプレッダ（16）とが一対に組み合わされたものが複数組設けられている。 The semiconductor device (10) of this reference example is used as a motor control device that controls the frequency of current supplied to a motor of a compressor connected to a refrigerant circuit of an air conditioner, for example. As shown in FIG. 1, the semiconductor device (10) includes a semiconductor element (15), a heat spreader (16), a conductor pattern (17), an electrical insulating layer (18), a mounting base (19), The cooling jacket (20) is laminated in order. Although not shown, a plurality of sets of a combination of the semiconductor element (15) and the heat spreader (16) are provided on the mounting substrate (19).
半導体素子（15）は、通電時に多量の熱を発生する、いわゆるパワー半導体である。半導体素子（15）は、パワー半導体であるＩＧＢＴ、パワートランジスタ等として構成されている。また、半導体素子（15）は、ＳｉＣ素子である。半導体素子（15）は、導電性の接合部材（25）によってヒートスプレッダ（16）上に固定されている。 The semiconductor element (15) is a so-called power semiconductor that generates a large amount of heat when energized. The semiconductor element (15) is configured as an IGBT, a power transistor, or the like that is a power semiconductor. The semiconductor element (15) is a SiC element. The semiconductor element (15) is fixed on the heat spreader (16) by a conductive bonding member (25).
接合部材（25）は、例えば融点が２００℃から２５０℃のハンダである。接合部材（25）は、半導体装置（10）の動作前には半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とを機械的に結合し、半導体装置（10）の動作中には半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とを少なくとも熱的に結合する。なお、接合部材（25）は、ハンダではなくて導電性接着剤でもよい。 The joining member (25) is, for example, solder having a melting point of 200 ° C. to 250 ° C. The joining member (25) mechanically couples the semiconductor element (15) and the heat diffusing member (16) before the operation of the semiconductor device (10), and the semiconductor element (15) during the operation of the semiconductor device (10). 15) and the thermal diffusion member (16) are at least thermally coupled. The joining member (25) may be a conductive adhesive instead of solder.
ここで、半導体素子（15）は、ヒートスプレッダ（16）に接触する面積が小さいほど、ヒートスプレッダ（16）を介しての放熱量が小さくなるので、同じ電流値で比較すると動作温度が高くなる。従って、半導体素子（15）は、小型化するほど動作温度が高くなる。また、ＳｉＣ素子として構成された半導体素子（15）は、耐熱温度が約４００℃であり、耐熱温度がＳｉ素子の耐熱温度（約１５０℃）よりも大きい。このため、本参考例の半導体素子（15）は、小型化して動作温度が高くなってもＳｉ素子より耐熱温度に余裕があるので、Ｓｉ素子として構成されたものよりも小型に構成されている。 Here, as the semiconductor element (15) has a smaller area in contact with the heat spreader (16), the amount of heat dissipated through the heat spreader (16) becomes smaller, so that the operating temperature becomes higher when compared with the same current value. Therefore, the operating temperature of the semiconductor element (15) increases as the size of the semiconductor element (15) decreases. Further, the semiconductor element (15) configured as a SiC element has a heat resistant temperature of about 400 ° C., and the heat resistant temperature is higher than the heat resistant temperature of the Si element (about 150 ° C.). For this reason, the semiconductor element (15) of the present reference example has a smaller heat resistance temperature than the Si element even when the operating temperature is increased by downsizing, and therefore, the semiconductor element (15) is configured smaller than that configured as the Si element. .
ヒートスプレッダ（16）は、熱拡散部材として構成されており、半導体素子（15）が発する熱を拡散させて伝達させるためのものである。ヒートスプレッダ（16）は、導電体パターン（17）上に固定されている。ヒートスプレッダ（16）の固定には、例えば融点が２００℃から２５０℃のハンダが用いられている。ヒートスプレッダ（16）は、半導体素子（15）よりも面積が大きくなっている。 The heat spreader (16) is configured as a heat diffusing member, and diffuses and transmits the heat generated by the semiconductor element (15). The heat spreader (16) is fixed on the conductor pattern (17). For example, solder having a melting point of 200 ° C. to 250 ° C. is used for fixing the heat spreader (16). The heat spreader (16) has a larger area than the semiconductor element (15).
導電体パターン（17）は、回路部を構成しており、半導体素子（15）同士を電気的に接続するためのものである。導電体パターン（17）は、ヒートスプレッダ（16）が設置されて半導体素子（15）の下面に電気的に接続される部分と、図示しないアルミワイヤを介して半導体素子（15）の端子に接続される部分とを備えている。導電体パターン（17）は、例えば銅箔により構成されている。 The conductor pattern (17) constitutes a circuit portion and is for electrically connecting the semiconductor elements (15). The conductor pattern (17) is connected to a portion where the heat spreader (16) is installed and electrically connected to the lower surface of the semiconductor element (15), and to a terminal of the semiconductor element (15) via an aluminum wire (not shown). Part. The conductor pattern (17) is made of, for example, copper foil.
実装基板（19）は、矩形状に形成されたアルミ基板である。電気絶縁層（18）は、実装基板（19）の上面を被覆している。電気絶縁層（18）は、導電体パターン（17）と実装基盤（19）とを電気的に絶縁している。なお、実装基板（19）は、樹脂基板など他の材料の基板であってもよい。 The mounting substrate (19) is an aluminum substrate formed in a rectangular shape. The electrical insulating layer (18) covers the upper surface of the mounting substrate (19). The electrical insulating layer (18) electrically insulates the conductor pattern (17) and the mounting board (19). The mounting substrate (19) may be a substrate made of another material such as a resin substrate.
冷却ジャケット（20）は、実装基板（19）の背面を覆うように設けられている。冷却ジャケット（20）には、半導体素子（15）から実装基板（19）に伝達される熱を放熱するためのフィンが複数設けられている（図示省略）。 The cooling jacket (20) is provided so as to cover the back surface of the mounting substrate (19). The cooling jacket (20) is provided with a plurality of fins (not shown) for radiating heat transferred from the semiconductor element (15) to the mounting substrate (19).
また、この半導体装置（10）は、ケーシング（35）を備えている。ケーシング（35）は、下端が開口する箱状に形成されている。ケーシング（35）は、下端が冷却ジャケット（20）の端部に固定されている。ケーシング（35）内には、半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とを密閉状に収容する収容空間（37）が形成されている。ケーシング（35）内には例えばヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスが封入されて、収容空間（37）は不活性ガスで満たされている。 The semiconductor device (10) includes a casing (35). The casing (35) is formed in a box shape whose lower end is open. The lower end of the casing (35) is fixed to the end of the cooling jacket (20). In the casing (35), an accommodation space (37) for accommodating the semiconductor element (15) and the heat diffusion member (16) in a sealed state is formed. The casing (35) is filled with an inert gas such as helium or argon, and the accommodation space (37) is filled with the inert gas.
本参考例の半導体装置（10）は、例えば半導体素子（15）の電流値を検出するための電流検出回路により、半導体素子（15）の電流値が制御されている。この半導体装置（10）は、動作状態によっては、半導体素子（15）の電流値が半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点以上になるような値に制御される場合がある。この場合、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点を上回り、接合部材（25）が融解する。 In the semiconductor device (10) of this reference example , the current value of the semiconductor element (15) is controlled by, for example, a current detection circuit for detecting the current value of the semiconductor element (15). In this semiconductor device (10), the current value of the semiconductor element (15) may be controlled to a value such that the temperature of the semiconductor element (15) is equal to or higher than the melting point of the bonding member (25) depending on the operating state. . In this case, the temperature of the semiconductor element (15) exceeds the melting point of the bonding member (25), and the bonding member (25) melts.
しかし、接合部材（25）は、表面張力が比較的大きく半導体素子（15）とヒートスプレッダ（16）との間に付着するので、半導体素子（15）の周囲から流出しない。従って、接合部材（25）が融解している状態でも、半導体素子（15）とヒートスプレッダ（16）とが接合部材（25）によって熱結合されるので、半導体装置（10）は動作可能になっている。そして、半導体素子（15）の温度が低下して接合部材（25）が凝固すると、接合部材（25）によって半導体素子（15）が熱拡散部材（16）上に固定され、接合部材（25）が半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とを熱結合し続ける。 However, since the bonding member (25) has a relatively large surface tension and adheres between the semiconductor element (15) and the heat spreader (16), it does not flow out from the periphery of the semiconductor element (15). Therefore, even when the joining member (25) is melted, the semiconductor element (15) and the heat spreader (16) are thermally coupled by the joining member (25), so that the semiconductor device (10) is operable. Yes. When the temperature of the semiconductor element (15) decreases and the joining member (25) solidifies, the joining element (25) fixes the semiconductor element (15) on the heat diffusion member (16), and the joining member (25) Continues to thermally couple the semiconductor element (15) and the heat diffusing member (16).
−参考例における効果−
本参考例では、半導体素子（15）の電流値が半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点を上回るような値になっても動作するように、半導体装置（10）が構成されている。つまり、この半導体装置（10）では、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点を下回るように半導体素子（15）の電流値を制限する必要がない。従って、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点を下回るように半導体素子（15）の電流値を制限する場合に比べて、半導体素子（15）の電流の最高値を増大させることができるので、半導体装置（10）の出力電力を増加させることができる。
-Effects of reference examples-
In this reference example , the semiconductor device (10) is configured so that it operates even when the current value of the semiconductor element (15) is such that the temperature of the semiconductor element (15) exceeds the melting point of the bonding member (25). Has been. That is, in this semiconductor device (10), it is not necessary to limit the current value of the semiconductor element (15) so that the temperature of the semiconductor element (15) is lower than the melting point of the bonding member (25). Therefore, the maximum value of the current of the semiconductor element (15) is increased as compared with the case where the current value of the semiconductor element (15) is limited so that the temperature of the semiconductor element (15) is lower than the melting point of the bonding member (25). Therefore, the output power of the semiconductor device (10) can be increased.
また、本参考例では、半導体素子（15）の温度を接合部材（25）の融点以下に制限する必要がないので、素子を流れる電流値を従来と同程度にした場合には、冷却ジャケット（20）を小型化することが可能である。これにより、半導体装置（10）のコンパクト化を図ることができる。 Further, in this reference example , it is not necessary to limit the temperature of the semiconductor element (15) below the melting point of the bonding member (25). 20) can be miniaturized. Thereby, the semiconductor device (10) can be made compact.
また、本参考例では、ケーシング（35）内に不活性ガスを封入することで、接合部材（25）に空気が接触しないようにしている。従って、半導体素子（15）の温度変化により半導体装置（10）が融解と凝固とを繰り返しても、接合部材（25）が酸化しにくくなる。 Moreover, in this reference example , the inert gas is enclosed in the casing (35), so that air does not contact the joining member (25). Therefore, even if the semiconductor device (10) repeats melting and solidification due to the temperature change of the semiconductor element (15), the bonding member (25) is hardly oxidized.
また、本参考例では、半導体素子（15）が、耐熱温度が接合部材（25）として通常用いられるハンダ等の融点よりも高いＳｉＣ素子である。つまり、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点以上になっても半導体素子（15）が耐熱可能であり損傷しない。従って、半導体素子（15）の温度が接合部材（25）の融点以上でも動作させる場合における半導体装置（10）の信頼性を向上させることができる。 In this reference example , the semiconductor element (15) is a SiC element having a heat resistance higher than the melting point of solder or the like normally used as the bonding member (25). That is, even if the temperature of the semiconductor element (15) becomes equal to or higher than the melting point of the bonding member (25), the semiconductor element (15) can be heat-resistant and is not damaged. Accordingly, it is possible to improve the reliability of the semiconductor device (10) when the semiconductor element (15) is operated even when the temperature of the semiconductor element (15) is equal to or higher than the melting point of the bonding member (25).
−本発明の実施形態−
上記参考例を基礎として本発明の実施形態について説明する。この実施形態では、図２に示すように、半導体素子（15）を機械的に固定するための固定部材（32）が設けられている。
-Embodiment of the present invention-
An embodiment of the present invention will be described based on the above reference example . In this embodiment , as shown in FIG. 2, a fixing member (32) for mechanically fixing the semiconductor element (15) is provided.
具体的に、固定部材（32）は、下端が導電体パターン（17）の上面に固定される第１の柱部と、下端が半導体素子（15）に固定される第２の柱部と、第１の柱部と第２の柱部とを接続する梁部とを備えている。固定部材（32）は、接合部材（25）が融解した状態でも半導体素子（15）を固定する。従って、例えば熱拡散部材（16）の上面が傾斜しているような場合でも、接合部材（25）の融解時に半導体素子（15）が設置された位置から移動しない。この実施形態では、半導体素子（15）の移動に起因する故障を確実に防止できるので、半導体装置（10）の信頼性を向上させることができる。 Specifically, the fixing member (32) includes a first pillar portion whose lower end is fixed to the upper surface of the conductor pattern (17), a second pillar portion whose lower end is fixed to the semiconductor element (15), The beam part which connects a 1st pillar part and a 2nd pillar part is provided. The fixing member (32) fixes the semiconductor element (15) even when the joining member (25) is melted. Therefore, for example, even when the upper surface of the heat diffusing member (16) is inclined, the semiconductor element (15) does not move from the position where the bonding member (25) is melted. In this embodiment , since the failure due to the movement of the semiconductor element (15) can be surely prevented, the reliability of the semiconductor device (10) can be improved.
なお、固定部材（32）は、一端が導電体パターン（17）ではなく、例えばケーシング（35）など他の場所に固定されていたもよい。また、固定部材（32）は、半導体素子（15）を下側に押し付けて固定するワイヤー状の部材（ボンディングワイヤ等）であってもよい。 Note that one end of the fixing member (32) may be fixed to another place such as the casing (35) instead of the conductor pattern (17). The fixing member (32) may be a wire-like member (such as a bonding wire) that presses and fixes the semiconductor element (15) downward.
《その他の実施形態》
上記実施形態は、以下の変形例のように構成してもよい。
<< Other Embodiments >>
You may comprise the said embodiment like the following modifications.
−第１変形例−
上記実施形態について、図３に示すように、凹部（31）を形成してもよい。凹部（31）は、平面形状が半導体素子（15）よりも大きくする。半導体素子（15）は、接合部材（25）により凹部（31）でヒートスプレッダ（16）上に固定される。凹部（31）の壁面は、接合部材（25）を囲っている。
-First modification-
About the said embodiment, as shown in FIG. 3, you may form a recessed part (31). The recess (31) has a planar shape larger than that of the semiconductor element (15). The semiconductor element (15) is fixed on the heat spreader (16) by the recess (31) by the joining member (25). The wall surface of the recess (31) surrounds the joining member (25).
この第１変形例では、接合部材（25）を囲う凹部（31）を熱拡散部材（16）の上面に形成することで、接合部材（25）が流出することが確実に阻止される。従って、接合部材（25）が融解しても半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とが熱結合される状態が確実に維持されるので、半導体装置（10）の信頼性を向上させることができる。 In the first modification, the recess (31) surrounding the joining member (25) is formed on the upper surface of the heat diffusing member (16), so that the joining member (25) is reliably prevented from flowing out. Therefore, even if the joining member (25) is melted, the semiconductor element (15) and the heat diffusing member (16) are reliably maintained in a thermally coupled state, thereby improving the reliability of the semiconductor device (10). be able to.
−第２変形例−
上記実施形態について、図４及び図５に示すように、ヒートスプレッダ（16）の上面に流出防止部材（30）を設けてもよい。流出防止部材（30）は、矩形の枠状に形成される。流出防止部材（30）は、半導体素子（15）や接合部材（25）を囲うように配置され、ヒートスプレッダ（16）の上面に固定される。
-Second modification-
In the above embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, an outflow prevention member (30) may be provided on the upper surface of the heat spreader (16). The outflow prevention member (30) is formed in a rectangular frame shape. The outflow prevention member (30) is disposed so as to surround the semiconductor element (15) and the joining member (25), and is fixed to the upper surface of the heat spreader (16).
この第２変形例では、流出防止部材（30）によって接合部材（25）を囲うことで、接合部材（25）が流出することが確実に阻止される。従って、接合部材（25）が融解しても半導体素子（15）と熱拡散部材（16）とが熱結合される状態が確実に維持されるので、半導体装置（10）の信頼性を向上させることができる。 In the second modification, the joining member (25) is reliably prevented from flowing out by surrounding the joining member (25) with the outflow prevention member (30). Therefore, even if the joining member (25) is melted, the semiconductor element (15) and the heat diffusing member (16) are reliably maintained in a thermally coupled state, thereby improving the reliability of the semiconductor device (10). be able to.
−第３変形例−
上記実施形態について、図６に示すように、例えばポリイミドのような耐熱樹脂からなるモールド樹脂（36）を、接合部材（25）を覆うように設けてもよい。モールド樹脂（36）は、半導体素子（15）やヒートスプレッダ（16）を覆うように設けられる。なお、この場合は、上記実施形態のように、ケーシング（35）内に不活性ガスを封入しなくてもよい。
-Third modification-
About the said embodiment, as shown in FIG. 6, you may provide the mold resin (36) which consists of heat resistant resins, such as a polyimide so that a joining member (25) may be covered. The mold resin (36) is provided so as to cover the semiconductor element (15) and the heat spreader (16). In this case, it is not necessary to enclose the inert gas in the casing (35) as in the above embodiment.
この第３変形例では、モールド樹脂（36）によって接合部材（25）を覆うことで、接合部材（25）に空気がほとんど接触しない。従って、半導体素子（15）の温度変化により半導体装置（10）が融解と凝固とを繰り返しても、接合部材（25）が酸化しにくくなる。 In the third modification, the bonding member (25) is covered with the mold resin (36), so that the air hardly contacts the bonding member (25). Therefore, even if the semiconductor device (10) repeats melting and solidification due to the temperature change of the semiconductor element (15), the bonding member (25) is hardly oxidized.
−第４変形例−
上記実施形態について、半導体素子（15）が、ＳｉＣ素子以外の他のワイドバンドギャップ半導体（例えばＧａＮ素子、ダイヤモンド素子）であってもよい。なお、ワイドギャップ半導体素子は、Ｓｉ素子に比べてバンドギャップが大きい半導体素子である。なお、ワイドギャップ半導体素子は、少なくとも１．２ｅＶ以上、更には２．０ｅＶ以上のバンドギャップを有することが好ましい。また、半導体素子（15）が、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体素子でＳｉ素子以外のものであってもよい。
-Fourth modification-
In the above embodiment, the semiconductor element (15) may be a wide band gap semiconductor other than the SiC element (for example, a GaN element or a diamond element). The wide gap semiconductor element is a semiconductor element having a larger band gap than the Si element. The wide gap semiconductor element preferably has a band gap of at least 1.2 eV or more, more preferably 2.0 eV or more. Further, the semiconductor element (15) may be a semiconductor element other than the wide band gap semiconductor and other than the Si element.
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
以上説明したように、本発明は、半導体素子が熱拡散部材上に設置される半導体装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for a semiconductor device in which a semiconductor element is installed on a heat diffusion member.
10 半導体装置
15 半導体素子
16 ヒートスプレッダ（熱拡散部材）
17 導電体パターン（回路部）
25 接合部材
30 流出防止部材
31 凹部
32 固定部材
35 ケーシング
36 モールド樹脂
10 Semiconductor devices
15 Semiconductor device
16 Heat spreader
17 Conductor pattern (circuit part)
25 Joining members
30 Outflow prevention member
31 recess
32 Fixing member
35 casing
36 Mold resin
Claims (4)
上記半導体素子（15）の下に積層されて半導体素子（15）が発する熱を拡散させて伝達させる熱拡散部材（16）と、
上記半導体素子（15）と熱拡散部材（16）との間に設けられて該半導体素子（15）を熱拡散部材（16）に熱結合させる接合部材（25）とを備え、
上記接合部材（25）が、上記半導体素子（15）の動作状態に応じて融解する半導体装置であって、
上記接合部材（25）が融解した状態でも上記半導体素子（15）を固定する固定部材（32）を備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element (15);
A thermal diffusion member (16) that is laminated under the semiconductor element (15) and diffuses and transmits heat generated by the semiconductor element (15);
A bonding member (25) provided between the semiconductor element (15) and the heat diffusion member (16) and thermally coupling the semiconductor element (15) to the heat diffusion member (16);
The bonding member (25) is a semiconductor device that melts according to the operating state of the semiconductor element (15),
A semiconductor device comprising a fixing member (32) for fixing the semiconductor element (15) even in a state where the bonding member (25) is melted.
上記半導体素子（15）と上記熱拡散部材（16）とを密閉状に収容するケーシング（35）を備え、
上記ケーシング（35）内には、不活性ガスが封入されていることを特徴とする半導体装置。 Oite to claim 1,
A casing (35) for hermetically housing the semiconductor element (15) and the heat diffusing member (16);
A semiconductor device, wherein an inert gas is sealed in the casing (35).
上記接合部材（25）は、モールド樹脂（36）により覆われていることを特徴とする半導体装置。 In claim 1 or 2 ,
The semiconductor device, wherein the joining member (25) is covered with a mold resin (36).
上記半導体素子（15）は、ＳｉＣ素子であることを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The semiconductor device (15) is a SiC device.
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