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JP4339660B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP4339660B2
JP4339660B2 JP2003350814A JP2003350814A JP4339660B2 JP 4339660 B2 JP4339660 B2 JP 4339660B2 JP 2003350814 A JP2003350814 A JP 2003350814A JP 2003350814 A JP2003350814 A JP 2003350814A JP 4339660 B2 JP4339660 B2 JP 4339660B2
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信之 加藤
尚彦 平野
中瀬　　好美
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Denso Corp
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Description

本発明は、発熱素子の一面側と他面側とに、それぞれ放熱板を設けるとともに、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device in which a heat sink is provided on each of one side and the other side of a heating element, and almost the entire device is molded with resin.

従来のこの種の半導体装置は、次のような構成を有している。   This type of conventional semiconductor device has the following configuration.

すなわち、発熱素子の一面側と他面側とに、それぞれ、発熱素子からの放熱を行うための放熱板が、接合材を介して設けられており、発熱素子の少なくとも一面側における発熱素子と放熱板との間には、放熱ブロックが、発熱素子と放熱板とを熱的および電気的に接続するように接合材を介して設けられており、装置のほぼ全体が樹脂でモールドされてなる（たとえば、特許文献１参照）。   That is, a heat radiating plate for radiating heat from the heat generating element is provided on one surface side and the other surface side of the heat generating element via a bonding material, respectively. A heat radiating block is provided between the plates via a bonding material so as to thermally and electrically connect the heat generating element and the heat radiating plate, and almost the entire device is molded with resin ( For example, see Patent Document 1).

ここで、発熱素子と放熱板との間に介在する放熱ブロックは、発熱素子と放熱板とを熱的および電気的に接続するとともに、発熱素子からボンディングワイヤを引き出す際の当該ワイヤの高さを確保する等のために、発熱素子と放熱板との間の高さを確保する役割を有している。
特開２００３−１１００６４号公報 Here, the heat dissipation block interposed between the heat generating element and the heat radiating plate connects the heat generating element and the heat radiating plate thermally and electrically, and the height of the wire when the bonding wire is pulled out from the heat generating element. In order to ensure, etc., it has the role of ensuring the height between the heating element and the heat sink.
JP 2003-110064 A

しかしながら、上記特許文献１に記載されているような従来の半導体装置においては、ヒートシンクすなわち放熱板については、その寸法などが規定されているものの、はんだ等の接合材の歪みを低減する他の要因として、ヒートシンクブロックすなわち放熱ブロックの寸法や形状については、特に規定されていなかった。   However, in the conventional semiconductor device as described in the above-mentioned Patent Document 1, although the dimensions of the heat sink, ie, the heat sink, are specified, other factors that reduce the distortion of the bonding material such as solder As for the size and shape of the heat sink block, that is, the heat dissipation block, there is no particular regulation.

しかし、本発明者らの検討によれば、たとえば、放熱ブロックが厚いと、発熱素子と放熱ブロックとの間に介在する接合材の歪みが上昇することがＦＥＭ解析などでわかった。このような場合、接合材が温度サイクルにより破断するなどの不具合を生じる可能性がある。   However, according to the study by the present inventors, it has been found by FEM analysis that, for example, if the heat dissipation block is thick, the distortion of the bonding material interposed between the heat generating element and the heat dissipation block increases. In such a case, there is a possibility that the bonding material may break down due to a temperature cycle.

そこで、本発明は上記問題に鑑み、放熱ブロックについて寸法や形状などを規定することによって、発熱素子と放熱ブロックとの間に介在する接合材における信頼性を適切に向上させることを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to appropriately improve the reliability of a bonding material interposed between a heat generating element and a heat radiating block by defining the size and shape of the heat radiating block.

本発明者らの検討によれば、放熱ブロックに接する接合材のうち放熱ブロックの端部に位置する部位に、応力が集中することがわかった。そこで、放熱ブロックの端部形状を改良することにより、上記目的の達成を図ることとしたものが、請求項１の発明である。 According to the study by the present inventors, it has been found that stress concentrates on a portion located at the end of the heat dissipation block in the bonding material in contact with the heat dissipation block. Therefore, by improving the edge shape of the heat dissipation block, which was possible to achieve the above objects, a first aspect of the present invention.

請求項１に記載の発明では、ＩＧＢＴから構成された発熱素子（１０）の一面側と他面側とに、それぞれ、発熱素子（１０）からの放熱を行うための放熱板（２０、３０）が、接合材（５０）を介して設けられており、発熱素子（１０）における制御電極が形成された一面側における発熱素子（１０）と放熱板（３０）との間には、放熱ブロック（４０）が、発熱素子（１０）と放熱板（３０）とを熱的および電気的に接続するように接合材（５０）を介して設けられており、装置のほぼ全体が樹脂（６０）でモールドされてなる半導体装置において、放熱ブロック（４０）の端部（４３）が、放熱ブロック（４０）に接する接合材（５０）の厚さが厚くなるように角取り形状となっていることを特徴としている。 In the invention according to claim 1, the heat radiating plates (20, 30) for radiating heat from the heat generating element (10) on one side and the other side of the heat generating element (10) made of IGBT , respectively. Is provided via a bonding material (50), and between the heat generating element (10) and the heat radiating plate (30) on one side where the control electrode of the heat generating element (10) is formed , 40) is provided via a bonding material (50) so as to thermally and electrically connect the heating element (10) and the heat radiating plate (30), and the entire device is made of resin (60). In the molded semiconductor device, the end (43) of the heat dissipation block (40) has a chamfered shape so that the thickness of the bonding material (50) in contact with the heat dissipation block (40) is increased. It is a feature.

それによれば、放熱ブロック（４０）の端部（４３）において角を取った角取り形状を採用することにより、従来の直角形状の場合に比べて、放熱ブロック（４０）の端部（４３）における応力集中を低減し、当該端部（４３）に位置する接合材（５０）の歪みを低減することができる（図３参照）。   According to this, by adopting a chamfered shape with rounded corners at the end (43) of the heat dissipation block (40), the end (43) of the heat dissipation block (40) is compared to the case of the conventional right angle shape. It is possible to reduce the stress concentration in the joint and reduce the distortion of the bonding material (50) located at the end (43) (see FIG. 3).

また、放熱ブロック（４０）の端部（４３）において角を取った分、接合材（５０）を厚くすることができるから、応力の集中しやすい放熱ブロック（４３）の端部（４３）に位置する接合材（５０）の接合強度を確保しやすくできる。   Further, since the joining material (50) can be thickened by the amount of the corners at the end (43) of the heat dissipation block (40), the stress can be concentrated on the end (43) of the heat dissipation block (43). It is easy to ensure the bonding strength of the bonding material (50) positioned.

よって、本発明によれば、放熱ブロック（４０）について寸法や形状などを規定することによって、発熱素子（１０）と放熱ブロック（４０）との間に介在する接合材（５０）における信頼性を適切に向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, the reliability of the bonding material (50) interposed between the heat generating element (10) and the heat radiating block (40) can be improved by defining the size and shape of the heat radiating block (40). It can be improved appropriately.

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体装置における前記角取り形状とは、Ｒ形状もしくは面取り形状であるものにできる。 Here, as in the invention according to claim 2 , the chamfered shape in the semiconductor device according to claim 1 can be an R shape or a chamfered shape.

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、前記角取り形状となっている部位の寸法について、幅Ｗが０．３ｍｍ以上、高さＨが０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であるものにできる。 Further, as in the invention described in claim 3 , in the semiconductor device according to claim 1 or 2 , the width W is 0.3 mm or more and the height of the dimension of the portion having the chamfered shape. H can be 0.05 mm or more and 0.20 mm or less.

さらに、請求項１に記載の発明では、放熱ブロック（４０）において角取り形状となっている端部（４３）を有する方の面（４１）に、発熱素子（１０）が接合材（５０）を介して接していることを特徴としている。 Furthermore, in the invention according to claim 1, the surface (41) of the direction which has an end (43) which has a chamfered shape in the thermal block (40) release, the heating elements (10) of bonding material (50 ) Through the contact.

従来では、放熱ブロックは端部が直角形状であったため、この直角部分にて発熱素子を損傷させる恐れがあったが、本発明では、放熱ブロック（４０）における発熱素子（１０）側の面において、放熱ブロック（４０）の端部（４３）を角取り形状としているため、発熱素子（１０）を損傷させる恐れが大幅に低減される。   Conventionally, since the heat dissipation block has a right-angle end, there is a risk of damaging the heating element at this right-angled portion. However, in the present invention, on the surface of the heat dissipation block (40) on the side of the heating element (10). Since the end portion (43) of the heat dissipation block (40) has a chamfered shape, the possibility of damaging the heating element (10) is greatly reduced.

また、本発明者らの検討によれば、発熱素子と放熱板との間に介在する放熱ブロックにおいて、特に、発熱素子側の面における端部に応力が集中しやすいことがわかった。そのため、放熱ブロック（４０）における発熱素子（１０）側の面（４１）において端部（４３）を角取り形状とすれば、接合材（５０）の歪み低減のためには効果的である。   Further, according to the study by the present inventors, it has been found that in the heat dissipation block interposed between the heat generating element and the heat radiating plate, stress tends to concentrate particularly on the end portion on the surface on the heat generating element side. Therefore, if the end portion (43) has a chamfered shape on the surface (41) on the heat generating element (10) side of the heat dissipation block (40), it is effective for reducing distortion of the bonding material (50).

また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載の半導体装置において、放熱ブロック（４０）の厚さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first to third aspects, the thickness of the heat dissipation block (40) is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm. .

それによれば、放熱ブロック（４０）の厚さを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲とすることにより、発熱素子（１０）と放熱ブロック（４０）との間に介在する接合材（５０）の歪みを適切な範囲に低く抑えることができる（図２参照）。 According to this, the joining material (50) interposed between the heat generating element (10) and the heat radiating block (40) by setting the thickness of the heat radiating block (40) in the range of 0.5 mm to 1.5 mm. Can be kept low within an appropriate range (see FIG. 2) .

請求項５に記載の発明では、ＩＧＢＴから構成された発熱素子（１０）の一面側と他面側とに、それぞれ、発熱素子（１０）からの放熱を行うための放熱板（２０、３０）が、接合材（５０）を介して設けられており、発熱素子（１０）における制御電極が形成された一面側における発熱素子（１０）と放熱板（３０）との間には、放熱ブロック（４０）が、発熱素子（１０）と放熱板（３０）とを熱的および電気的に接続するように接合材（５０）を介して設けられており、装置のほぼ全体が樹脂（６０）でモールドされてなる半導体装置において、放熱ブロック（４０）における発熱素子（１０）側の面（４１）が球面加工されていることを特徴としている。 In the invention according to claim 5, the heat radiating plate (20, 30) for radiating heat from the heat generating element (10) on one side and the other side of the heat generating element (10) made of IGBT , respectively. Is provided via a bonding material (50), and between the heat generating element (10) and the heat radiating plate (30) on one side where the control electrode of the heat generating element (10) is formed , 40) is provided via a bonding material (50) so as to thermally and electrically connect the heating element (10) and the heat radiating plate (30), and the entire device is made of resin (60). The molded semiconductor device is characterized in that the surface (41) on the heat generating element (10) side of the heat dissipation block (40) is processed into a spherical surface.

それによれば、上記請求項１に記載の半導体装置と同様に、発熱素子（１０）の損傷抑制、および、放熱ブロック（４０）において特に応力集中しやすい発熱素子（１０）側の面（４１）に接する接合材（５０）の歪み低減、という効果が発揮され、好ましい。 According to this, similarly to the semiconductor device according to claim 1 , damage to the heat generating element (10) is suppressed, and the surface (41) on the side of the heat generating element (10) where stress is particularly concentrated in the heat radiating block (40). The effect of reducing the distortion of the bonding material (50) in contact with the metal is exhibited, which is preferable.

また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の半導体装置において、放熱ブロック（４０）の厚さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fifth aspect , the thickness of the heat dissipation block (40) is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm.

それによれば、請求項５に記載の半導体装置において、上記した請求項４に記載の発明の効果がさらに期待できる。 According to this, in the semiconductor device according to the fifth aspect , the effect of the invention according to the fourth aspect can be further expected.

ここで、請求項７に記載の発明のように、請求項１〜請求項６に記載の半導体装置においては、放熱ブロック（４０）の材料は、銅合金もしくはアルミ合金もしくは鉄合金とすることができる。 Here, as in the invention according to claim 7, in the semiconductor device according to claim 1 to claim 6, the material of the heat sink block (40), be a copper alloy or aluminum alloy or iron alloy it can.

また、請求項８に記載の発明では、請求項１〜請求項７に記載の半導体装置において、放熱ブロック（４０）のヤング率が６０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であることを特徴としている。 The invention according to claim 8 is characterized in that in the semiconductor device according to claims 1 to 7 , the Young's modulus of the heat dissipation block (40) is not less than 60 GPa and not more than 240 GPa.

接合材（５０）に生じる歪みに影響を与えないようにするためには、放熱ブロック（４０）のヤング率がこのような大きさであることが好ましい。   In order not to affect the distortion generated in the bonding material (50), it is preferable that the Young's modulus of the heat dissipation block (40) is such a size.

また、請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項８に記載の半導体装置において、発熱素子（１０）の他面側における端部（１１）が、発熱素子（１０）に接する接合材（５０）の厚さが厚くなるように角取り形状となっていることを特徴としている。 Moreover, in invention of Claim 9, in the semiconductor device of Claims 1-8, the edge part (11) in the other surface side of a heat generating element (10) contact | connects a heat generating element (10). The material (50) has a chamfered shape so that the thickness of the material (50) is increased.

それによれば、上記請求項１に記載の半導体装置のように、放熱ブロック（４０）の端部（４３）を角取り形状した場合と同様の効果が、発熱素子（１０）についても得られるため、好ましい。 According to this, since the same effect as that obtained when the end portion (43) of the heat dissipation block (40) is chamfered as in the semiconductor device according to the first aspect can be obtained for the heating element (10). ,preferable.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor device S1 according to the first embodiment of the present invention.

この図１に示すように、本実施形態の半導体装置Ｓ１は、発熱素子としての半導体チップ１０と、放熱板としての下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０と、放熱ブロックとしてのヒートシンクブロック４０と、これらの間に介在する接合材５０と、これらをモールドする樹脂６０とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device S1 of this embodiment includes a semiconductor chip 10 as a heat generating element, a lower heat sink 20 and an upper heat sink 30 as heat radiating plates, a heat sink block 40 as heat radiating blocks, and these And a bonding material 50 interposed therebetween and a resin 60 for molding them.

この構成の場合、半導体チップ１０の下面と下側ヒートシンク２０の上面との間は、接合材である例えばはんだ５０によって接合されている。そして、半導体チップ１０の上面とヒートシンクブロック４０の下面４１との間も、接合材である例えばはんだ５０によって接合されている。   In the case of this configuration, the lower surface of the semiconductor chip 10 and the upper surface of the lower heat sink 20 are joined by, for example, a solder 50 that is a joining material. The upper surface of the semiconductor chip 10 and the lower surface 41 of the heat sink block 40 are also bonded by, for example, solder 50 that is a bonding material.

さらに、ヒートシンクブロック４０の上面４２と上側ヒートシンク３０の下面との間も、接合材である例えばはんだ５０によって接合されている。なお、接合材５０としては、はんだ以外にも、たとえば導電性接着剤等であってもよい。   Further, the upper surface 42 of the heat sink block 40 and the lower surface of the upper heat sink 30 are also bonded by, for example, solder 50 which is a bonding material. In addition to the solder, the bonding material 50 may be, for example, a conductive adhesive.

これにより、上記構成においては、半導体チップ１０の上面では、接合材５０、ヒートシンクブロック４０、接合材５０および上側ヒートシンク３０を介して放熱が行われ、半導体チップ１０の下面では、接合材５０から下側ヒートシンク２０を介して放熱が行われる構成となっている。   Thus, in the above configuration, heat is radiated on the upper surface of the semiconductor chip 10 via the bonding material 50, the heat sink block 40, the bonding material 50 and the upper heat sink 30, and on the lower surface of the semiconductor chip 10 from the bonding material 50. Heat is dissipated through the side heat sink 20.

なお、発熱素子１０としては、特に限定されるものではないが、本実施形態において発熱素子として用いられている上記半導体チップ１０は、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成されている。この場合、半導体チップ１０のデバイス構造を、トレンチゲートタイプとすることが好ましい。もちろん、他のタイプのデバイス構造を用いるように構成しても良い。   The heating element 10 is not particularly limited, but the semiconductor chip 10 used as the heating element in this embodiment is a power semiconductor element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a thyristor. It is composed of In this case, the device structure of the semiconductor chip 10 is preferably a trench gate type. Of course, other types of device structures may be used.

上記半導体チップ１０の形状は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる。また、下側ヒートシンク２０、上側ヒートシンク３０およびヒートシンクブロック４０は、たとえば銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されている。また、ヒートシンクブロック４０としては、一般的な鉄合金を用いてもよい。   The shape of the semiconductor chip 10 can be, for example, a rectangular thin plate. The lower heat sink 20, the upper heat sink 30, and the heat sink block 40 are made of a metal having good thermal conductivity and electrical conductivity, such as a copper alloy or an aluminum alloy. Further, as the heat sink block 40, a general iron alloy may be used.

この構成の場合、下側ヒートシンク２０および上側ヒートシンク３０は、半導体チップ１０の図示しない各主電極（たとえば、コレクタ電極やエミッタ電極等）に接合材であるはんだ５０を介して電気的にも接続されている。   In the case of this configuration, the lower heat sink 20 and the upper heat sink 30 are also electrically connected to each main electrode (not shown) of the semiconductor chip 10 (for example, a collector electrode and an emitter electrode) via a solder 50 as a bonding material. ing.

また、下側ヒートシンク２０は、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材とすることができる。また、この下側ヒートシンク２０には、端子部２１が図１中の右方へ向けて延びるように突設されている。   Further, the lower heat sink 20 can be a substantially rectangular plate as a whole, for example. Further, the lower heat sink 20 is provided with a terminal portion 21 protruding so as to extend rightward in FIG.

また、ヒートシンクブロック４０は、たとえば、半導体チップ１０よりも１回り小さい程度の大きさの矩形状の板材とすることができる。さらに、上側ヒートシンク３０も、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材で構成されており、端子部３１が右方へ向けて延びるように突設されている。   The heat sink block 40 may be a rectangular plate having a size that is slightly smaller than the semiconductor chip 10, for example. Further, the upper heat sink 30 is also formed of, for example, a substantially rectangular plate material as a whole, and is provided so that the terminal portion 31 extends toward the right.

ここで、下側ヒートシンク２０の端子部２１および上側ヒートシンク３０の端子部３１は、それぞれ半導体装置Ｓ１における外部配線部材等との接続を行うために設けられているものである。   Here, the terminal portion 21 of the lower heat sink 20 and the terminal portion 31 of the upper heat sink 30 are respectively provided for connection to an external wiring member or the like in the semiconductor device S1.

さらに、図１に示されるように、一対のヒートシンク２０、３０の隙間、並びに、半導体チップ１０およびヒートシンクブロック４０の周囲部分には、樹脂６０が充填封止されている。   Further, as shown in FIG. 1, a resin 60 is filled and sealed in the gap between the pair of heat sinks 20 and 30 and the peripheral portions of the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40.

この樹脂６０はたとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、ヒートシンク２０、３０等を樹脂６０でモールドするにあたっては、上下型からなる成形型（図示しない）を使用し、トランスファーモールド法によって容易に行うことができる。   For this resin 60, a normal molding material such as an epoxy resin can be employed. In addition, when the heat sinks 20, 30 and the like are molded with the resin 60, a mold (not shown) composed of upper and lower molds is used and can be easily performed by a transfer molding method.

また、樹脂６０内において半導体チップ１０の周囲には、リードフレーム７０が設けられており、樹脂６０内において、半導体チップ１０とリードフレーム７０とは、ワイヤ８０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ８０はワイヤボンディング等により形成され、金やアルミ等からなるものである。   A lead frame 70 is provided around the semiconductor chip 10 in the resin 60. In the resin 60, the semiconductor chip 10 and the lead frame 70 are connected by wires 80 and are electrically connected. Yes. The wire 80 is formed by wire bonding or the like and is made of gold, aluminum, or the like.

このような半導体装置Ｓ１において、本実施形態では、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であること、および、ヒートシンクブロック４０の端部４３がヒートシンクブロック４０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状となっていることを独自の構成としている。   In such a semiconductor device S1, in this embodiment, the thickness of the heat sink block (heat dissipation block) 40 is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm, and the end 43 of the heat sink block 40 is connected to the heat sink block 40. The unique configuration is that the bonding material 50 is in a chamfered shape so that the thickness of the bonding material 50 is increased.

ここで、図１に示される例では、ヒートシンクブロック４０の端部４３の角取り形状は、Ｒ形状（ラウンド形状）としているが、面取り形状であってもよい。   Here, in the example shown in FIG. 1, the chamfered shape of the end 43 of the heat sink block 40 is an R shape (round shape), but may be a chamfered shape.

特に、本実施形態では、ヒートシンクブロック４０において角取り形状となっている端部４３を有する方の面４１すなわち下面４１に、発熱素子としての半導体チップ１０が接合材６０を介して接している。   In particular, in the present embodiment, the semiconductor chip 10 serving as a heat generating element is in contact with the surface 41 having the end portion 43 that has a chamfered shape in the heat sink block 40, that is, the lower surface 41 via the bonding material 60.

次に、上記した構成の半導体装置Ｓ１の製造方法について、図１を参照して、簡単に説明する。まず、下側ヒートシンク２０の上面に、半導体チップ１０とヒートシンクブロック４０をはんだ付けする工程を実行する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device S1 having the above-described configuration will be briefly described with reference to FIG. First, a process of soldering the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40 to the upper surface of the lower heat sink 20 is executed.

この場合、下側ヒートシンク２０の上面に、たとえば、はんだ箔を介して半導体チップ１０を積層するとともに、この半導体チップ１０の上にはんだ箔を介してヒートシンクブロック４０を積層する。この後、加熱装置（リフロー装置）によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。   In this case, for example, the semiconductor chip 10 is stacked on the upper surface of the lower heat sink 20 via a solder foil, and the heat sink block 40 is stacked on the semiconductor chip 10 via the solder foil. Thereafter, the solder foil is melted by a heating device (reflow device) and then cured.

続いて、半導体チップ１０の制御電極（例えばゲートパッド等）とリードフレーム７０とをワイヤボンディングする工程を実行する。これにより、ワイヤ８０によって半導体チップ１０の制御電極とリードフレーム７０とが結線され電気的に接続される。   Subsequently, a process of wire bonding the control electrode (eg, gate pad) of the semiconductor chip 10 and the lead frame 70 is performed. Thus, the control electrode of the semiconductor chip 10 and the lead frame 70 are connected and electrically connected by the wire 80.

次いで、ヒートシンクブロック４０の上に上側ヒートシンク３０をはんだ付けする工程を実行する。この場合、ヒートシンクブロック４０の上にはんだ箔を介して上側ヒートシンク３０を載せる。そして、加熱装置によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。   Next, a process of soldering the upper heat sink 30 on the heat sink block 40 is performed. In this case, the upper heat sink 30 is placed on the heat sink block 40 via a solder foil. Then, the solder foil is melted by a heating device and then cured.

こうして溶融したはんだ箔が硬化すれば、硬化したはんだ５０が接合材５０として構成されることになる。そして、この接合材５０を介して、下側ヒートシンク２０、半導体チップ１０、ヒートシンクブロック４０、上側ヒートシンク３０間の接合および電気的・熱的接続が完了する。   When the melted solder foil is cured, the cured solder 50 is configured as the bonding material 50. The bonding and electrical / thermal connection among the lower heat sink 20, the semiconductor chip 10, the heat sink block 40, and the upper heat sink 30 are completed via the bonding material 50.

しかる後、図示しない成形型を使用して、ヒートシンク２０、３０の隙間及び外周部に樹脂６０を充填する工程（モールド工程）を実行する。これにより、図１に示されるように、ヒートシンク２０、３０の隙間及び外周部等に、樹脂６０が充填封止される。   Thereafter, using a molding die (not shown), a step (molding step) of filling the gap 60 and the outer peripheral portion of the heat sinks 20 and 30 with the resin 60 is performed. As a result, as shown in FIG. 1, the resin 60 is filled and sealed in the gaps, the outer periphery, and the like of the heat sinks 20 and 30.

そして、樹脂６０が硬化した後、成形型内から半導体装置Ｓ１を取り出せば、半導体装置Ｓ１が完成する。   Then, after the resin 60 is cured, the semiconductor device S1 is completed by taking the semiconductor device S1 out of the mold.

なお、上記構成の場合、下側ヒートシンク２０の下面及び上側ヒートシンク３０の上面が、それぞれ露出するように樹脂モールドされている。これにより、ヒートシンク２０、３０の放熱性が高められている。   In the case of the above configuration, resin molding is performed so that the lower surface of the lower heat sink 20 and the upper surface of the upper heat sink 30 are exposed. Thereby, the heat dissipation of the heat sinks 20 and 30 is improved.

ところで、本実施形態によれば、発熱素子１０の一面側と他面側とに、それぞれ、発熱素子１０からの放熱を行うための放熱板２０、３０が、接合材５０を介して設けられており、発熱素子１０の一面側における発熱素子１０と放熱板３０との間には、放熱ブロック４０が、発熱素子１０と放熱板３０とを熱的および電気的に接続するように接合材５０を介して設けられており、装置のほぼ全体が樹脂６０でモールドされてなる半導体装置Ｓ１において、放熱ブロック４０の厚さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置Ｓ１が提供される。   By the way, according to the present embodiment, the heat radiating plates 20 and 30 for radiating heat from the heat generating element 10 are provided on the one surface side and the other surface side of the heat generating element 10 via the bonding material 50, respectively. In addition, between the heat generating element 10 and the heat radiating plate 30 on one surface side of the heat generating element 10, the heat radiating block 40 is provided with a bonding material 50 so as to thermally and electrically connect the heat generating element 10 and the heat radiating plate 30. In the semiconductor device S1 in which almost the entire device is molded with the resin 60, the thickness of the heat dissipation block 40 is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm. Is provided.

本実施形態において、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とした根拠について述べる。   In the present embodiment, the basis for setting the thickness of the heat sink block (heat radiation block) 40 to 0.5 mm or more and 1.5 mm or less will be described.

図２は、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さを変化させた場合の半導体チップ（発熱素子）１０の上の接合材（はんだ）５０に発生するせん断塑性ひずみを、ＦＥＭ解析で求めたグラフである。なお、ここでは、ヒートシンクブロック４０の端部４３は、上記角取り形状ではなく、従来のように直角形状とした。   FIG. 2 is a graph obtained by FEM analysis of the shear plastic strain generated in the bonding material (solder) 50 on the semiconductor chip (heating element) 10 when the thickness of the heat sink block (heat dissipation block) 40 is changed. It is. Here, the end portion 43 of the heat sink block 40 is not the above-described chamfered shape but a right-angled shape as in the prior art.

この図２に示される結果から、ヒートシンクブロック４０の厚さを薄くするほうが接合材（はんだ）５０にかかる歪みを低減させることができ、信頼性を高めることができることがわかる。   From the results shown in FIG. 2, it can be understood that the strain applied to the bonding material (solder) 50 can be reduced and the reliability can be improved by reducing the thickness of the heat sink block 40.

ここで、ヒートシンクブロック４０は、半導体チップ（発熱素子）１０と上側ヒートシンク（放熱板）３０との間に介在することにより、これら半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間の高さを確保するが、ヒートシンクブロック４０の厚さが０．５ｍｍよりも小さいと、たとえば半導体チップ１０からワイヤ８０を引き出す際の当該ワイヤ８０の高さを確保すること等が困難になる。   Here, the heat sink block 40 is interposed between the semiconductor chip (heat generating element) 10 and the upper heat sink (heat radiating plate) 30 to ensure the height between the semiconductor chip 10 and the upper heat sink 30. If the thickness of the heat sink block 40 is smaller than 0.5 mm, for example, it is difficult to ensure the height of the wire 80 when the wire 80 is pulled out from the semiconductor chip 10.

具体的には、図１に示される例では、ヒートシンクブロック４０は半導体チップ１０のゲート端子を引き出すためワイヤ８０が上側ヒートシンク３０と接続しないような高さが必要である。   Specifically, in the example shown in FIG. 1, the heat sink block 40 needs to have a height that prevents the wire 80 from being connected to the upper heat sink 30 in order to pull out the gate terminal of the semiconductor chip 10.

たとえば、ワイヤ８０の高さが１ｍｍ、半導体チップ１０の厚さが０．２ｍｍ、各接合材５０の厚さが０．１ｍｍとすると、ヒートシンクブロック４０は０．５ｍｍ以上の厚さが必要である。つまり、ヒートシンクブロック４０の厚さが０．５ｍｍ以上であれば、実用上、ヒートシンクブロック４０の厚さは問題ないレベルにて確保される。   For example, when the height of the wire 80 is 1 mm, the thickness of the semiconductor chip 10 is 0.2 mm, and the thickness of each bonding material 50 is 0.1 mm, the heat sink block 40 needs to have a thickness of 0.5 mm or more. . That is, if the thickness of the heat sink block 40 is 0.5 mm or more, the thickness of the heat sink block 40 is practically ensured at a level with no problem.

また、ヒートシンクブロック４０が厚すぎると、接合材５０の歪みが大きくなったり、ヒートシンクブロック４０の熱抵抗や電気抵抗が大きくなりすぎてしまう。   On the other hand, if the heat sink block 40 is too thick, the distortion of the bonding material 50 increases, or the heat resistance and electrical resistance of the heat sink block 40 increase excessively.

そのため、ヒートシンクブロック４０の厚さの上限は、ＦＥＭによる接合材（はんだ）５０の歪みの増加具合や熱抵抗、電気抵抗等を総合的に判断した結果、１．５ｍｍ以下であればよいことを見出した。   Therefore, the upper limit of the thickness of the heat sink block 40 may be 1.5 mm or less as a result of comprehensively determining the increase in strain of the bonding material (solder) 50 by FEM, thermal resistance, electrical resistance, and the like. I found it.

このように、ヒートシンクブロック４０の厚さを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲とすれば、半導体チップ（発熱素子）１０と上側ヒートシンク（放熱板）３０とを熱的および電気的に接続すること、および、半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間の高さを確保することというヒートシンクブロック４０の役割を確保した上で、半導体チップ１０とヒートシンクブロック４０との間に介在する接合材５０の歪みを抑制することができる。   Thus, if the thickness of the heat sink block 40 is in the range of 0.5 mm or more and 1.5 mm or less, the semiconductor chip (heat generating element) 10 and the upper heat sink (heat radiating plate) 30 are connected thermally and electrically. In addition, after securing the role of the heat sink block 40 to ensure the height between the semiconductor chip 10 and the upper heat sink 30, the bonding material 50 interposed between the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40 is used. Distortion can be suppressed.

さらに、本実施形態によれば、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の端部４３が、ヒートシンクブロック４０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状となっていることを特徴とする半導体装置Ｓ１が提供される。   Furthermore, according to the present embodiment, the end 43 of the heat sink block (heat radiation block) 40 has a chamfered shape so that the thickness of the bonding material 50 in contact with the heat sink block 40 is increased. A semiconductor device S1 is provided.

これは、本発明者らの検討によって、ヒートシンクブロック４０に接する接合材５０のうちヒートシンクブロック４０の端部４３に位置する部位に、応力が集中することがわかったため、ヒートシンクブロック４０の端部形状を改良することに着目して、見出された構成である。   As a result of the examination by the present inventors, it has been found that stress concentrates on the portion of the bonding material 50 in contact with the heat sink block 40 that is located at the end 43 of the heat sink block 40. Focusing on improving the structure, it was found.

図１に示される例では、ヒートシンクブロック４０の半導体チップ１０に接する面の端部４３形状をＲ形状としている。このようなＲ形状にしたときの効果をＦＥＭ解析で求めた結果が図３である。   In the example shown in FIG. 1, the shape of the end 43 of the surface of the heat sink block 40 that contacts the semiconductor chip 10 is an R shape. FIG. 3 shows the result obtained by FEM analysis of the effect when such an R shape is obtained.

図３は、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の端部４３の形状を変化させた場合の半導体チップ（発熱素子）１０の上の接合材（この場合ははんだ）５０に発生するせん断塑性ひずみを示した図である。   FIG. 3 shows shear plastic strain generated in the bonding material (in this case, solder) 50 on the semiconductor chip (heating element) 10 when the shape of the end 43 of the heat sink block (heat radiation block) 40 is changed. It is a figure.

図３に示されるように、ヒートシンクブロック４０の端部４３が直角の場合に比べてＲ形状にした場合では、はんだの厚みがせん断応力が集中する部分で厚くなるため、歪みが低減することがわかった。なお、このことは、ヒートシンクブロック４０の端部４３を面取り形状とした場合でも、同様である。   As shown in FIG. 3, when the end 43 of the heat sink block 40 is R-shaped compared to a right angle, the thickness of the solder becomes thicker at the portion where the shear stress is concentrated, so that distortion can be reduced. all right. This is the same even when the end 43 of the heat sink block 40 is chamfered.

このことから、本実施形態によれば、ヒートシンクブロック４０の端部４３において角を取った角取り形状を採用することにより、従来の直角形状の場合に比べて、ヒートシンクブロック４０の端部４３における応力集中を低減し、当該端部４３に位置する接合材５０の歪みを低減することができる。   From this, according to this embodiment, by adopting a chamfered shape with rounded corners at the end 43 of the heat sink block 40, the end 43 of the heat sink block 40 is compared with the case of the conventional right angle. Stress concentration can be reduced, and distortion of the bonding material 50 located at the end 43 can be reduced.

また、ヒートシンクブロック４０の端部４３において角を取った分、接合材５０を厚くすることができるから、応力集中しやすいヒートシンクブロック４０の端部４３に位置する接合材５０の接合強度を確保しやすくできる。   Further, since the bonding material 50 can be thickened by the amount of the corner at the end 43 of the heat sink block 40, the bonding strength of the bonding material 50 located at the end 43 of the heat sink block 40 where stress concentration tends to occur is ensured. Easy to do.

このように、本実施形態によれば、ヒートシンクブロック４０についてその厚さ寸法や端部４３の形状を規定することによって、半導体チップ１０とヒートシンクブロック４０との間に介在する接合材５０における信頼性を適切に向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the reliability of the bonding material 50 interposed between the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40 is determined by defining the thickness dimension and the shape of the end portion 43 of the heat sink block 40. Can be improved appropriately.

次に、本実施形態の好ましい形態について、さらに述べておく。   Next, the preferable form of this embodiment will be further described.

図４は、図１中のヒートシンクブロック４０の拡大図である。本発明者らの実験検討によれば、ヒートシンクブロック４０の端部４３の寸法すなわち角取り形状となっている部位の寸法について、幅Ｗが０．３ｍｍ以上、高さＨが０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であれば、上記した接合材５０の信頼性向上を適切に図れることが確認されている。   FIG. 4 is an enlarged view of the heat sink block 40 in FIG. According to the experimental study by the present inventors, the width W is 0.3 mm or more and the height H is 0.05 mm or more and 0 for the dimension of the end 43 of the heat sink block 40, that is, the dimension of the chamfered shape. It is confirmed that the reliability of the bonding material 50 can be appropriately improved when the thickness is 20 mm or less.

また、本実施形態では、上記図１に示されるように、ヒートシンクブロック４０において角取り形状となっている端部４３を有する方の面４１に、半導体素子（発熱素子）１０が接合材５０を介して接している。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the semiconductor element (heating element) 10 has the bonding material 50 on the surface 41 having the end 43 having a chamfered shape in the heat sink block 40. Is touching through.

従来では、ヒートシンクブロックは端部が直角形状であったため、この直角部分にて発熱素子を損傷させる恐れがあったが、本実施形態では、ヒートシンクブロック４０における半導体チップ（発熱素子）１０側の面４１において、端部４３を角取り形状としているため、半導体チップ１０を損傷させる恐れが大幅に低減される。   Conventionally, since the end portion of the heat sink block has a right-angled shape, the heat generating element may be damaged at the right-angled portion. In the present embodiment, the surface of the heat sink block 40 on the semiconductor chip (heat generating element) 10 side. 41, since the end 43 has a chamfered shape, the risk of damaging the semiconductor chip 10 is greatly reduced.

また、本発明者らの検討によれば、この種の半導体装置では、発熱素子と放熱板との間に介在する放熱ブロックのうち特に発熱素子側の面における端部において、応力が集中しやすいことがわかった。そのため、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０における半導体チップ（発熱素子）１０側の面４１において端部４３を角取り形状とすることは、接合材５０の歪み低減のためには効果的である。   Further, according to the study by the present inventors, in this type of semiconductor device, stress tends to concentrate particularly on the end portion on the surface of the heat generating element among the heat dissipating blocks interposed between the heat generating element and the heat radiating plate. I understood it. For this reason, it is effective to reduce the distortion of the bonding material 50 by making the end 43 a chamfered shape on the surface 41 of the heat sink block (heat radiating block) 40 on the semiconductor chip (heat generating element) 10 side.

また、上述したが、ヒートシンクブロック４０の材料としては熱伝導、電気伝導の良い銅合金、アルミ合金が適しており、また一般的な鉄合金を用いてもよい。   As described above, the material of the heat sink block 40 is suitably a copper alloy or aluminum alloy having good heat conduction and electric conduction, and a general iron alloy may be used.

また、ヒートシンクブロック４０のヤング率は、６０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下の間であれば、接合材（はんだ）５０に生じる歪みはほとんど影響が無いことが解析で明らかになっている。   Further, it is clear from the analysis that if the Young's modulus of the heat sink block 40 is between 60 GPa and 240 GPa, the distortion generated in the bonding material (solder) 50 has almost no effect.

以上のように、本実施形態によれば、放熱ブロック４０について寸法や形状などを規定することによって、発熱素子１０と放熱ブロック４０との間に介在する接合材５０における信頼性を適切に向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the reliability of the bonding material 50 interposed between the heat generating element 10 and the heat radiating block 40 is appropriately improved by defining the size and shape of the heat radiating block 40. be able to.

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置Ｓ２の要部の概略断面構成を示す図である。以下、上記実施形態と相違する点を中心に述べる。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of the main part of the semiconductor device S2 according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the points different from the above embodiment will be mainly described.

本実施形態の半導体装置Ｓ２も、半導体チップ（発熱素子）１０の一面側と他面側とに、それぞれ、ヒートシンク（放熱板）２０、３０が、接合材５０を介して設けられており、半導体チップ１０と上側ヒートシンク３０との間には、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０が、両者１０、３０を熱的および電気的に接続するように接合材５０を介して設けられており、装置のほぼ全体が樹脂６０でモールドされてなる。   Also in the semiconductor device S2 of the present embodiment, heat sinks (heat radiating plates) 20 and 30 are provided on one surface side and the other surface side of the semiconductor chip (heating element) 10 via a bonding material 50, respectively. A heat sink block (heat radiating block) 40 is provided between the chip 10 and the upper heat sink 30 via a bonding material 50 so as to connect both 10 and 30 thermally and electrically. The whole is molded with resin 60.

そして、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としている。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the thickness of the heat sink block (heat radiation block) 40 is set to 0.5 mm or more and 1.5 mm or less.

ここで、本実施形態では、ヒートシンクブロック４０の端部を上記角取り形状とするのではなく、ヒートシンクブロック４０における半導体チップ１０側の面４１および上側ヒートシンク（放熱板）３０側の面４２のうちの少なくとも一方の面が球面加工されていることを主たる特徴としている。   Here, in the present embodiment, the end portion of the heat sink block 40 is not formed into the above-described chamfered shape, but of the surface 41 on the semiconductor chip 10 side and the surface 42 on the upper heat sink (heat sink) 30 side of the heat sink block 40. The main feature is that at least one of the surfaces is processed into a spherical surface.

図５に示される例では、ヒートシンクブロック４０における半導体チップ１０側の面４１が球面加工されている。図示しないが、もちろん、ヒートシンクブロック４０における上側ヒートシンク（放熱板）３０側の面４２が球面加工されていてもよく、また、ヒートシンクブロック４０の両面４１、４２が球面加工されていてもよい。   In the example shown in FIG. 5, the surface 41 on the semiconductor chip 10 side of the heat sink block 40 is processed into a spherical surface. Although not shown, of course, the surface 42 of the heat sink block 40 on the upper heat sink (heat sink) 30 side may be processed into a spherical surface, and both surfaces 41 and 42 of the heat sink block 40 may be processed into a spherical surface.

上記第１実施形態にて述べたが、上記図４に示されるヒートシンクブロック４０の端部４３の幅Ｗが０．３ｍｍ以上より大きくなっても、かまわない。このことから、本実施形態のように、ヒートシンクブロック４０の全面をラウンド形状にする、すなわちヒートシンクブロック４０の全面を球面形状としても問題が無い。   As described in the first embodiment, the width W of the end 43 of the heat sink block 40 shown in FIG. 4 may be larger than 0.3 mm or more. For this reason, there is no problem even if the entire surface of the heat sink block 40 has a round shape, that is, the entire surface of the heat sink block 40 has a spherical shape as in this embodiment.

それによれば、上記第１実施形態の半導体装置の場合、すなわち、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の端部４３をヒートシンクブロック４０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状とした場合と同様の作用効果を発揮することができる。   According to this, in the case of the semiconductor device of the first embodiment, that is, the end portion 43 of the heat sink block (heat radiating block) 40 has a chamfered shape so that the thickness of the bonding material 50 in contact with the heat sink block 40 is increased. The same effect as the case can be exhibited.

また、本実施形態の半導体装置Ｓ２では、ヒートシンクブロック４０の少なくとも一面を球面形状とすることで、たとえば、図６に示されるように、組み付け時等においてヒートシンクブロック４０が傾いても接合材５０の厚さが薄くなることがない。   Further, in the semiconductor device S2 of the present embodiment, at least one surface of the heat sink block 40 is formed into a spherical shape, so that, for example, as shown in FIG. The thickness does not decrease.

また、本実施形態においても、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０における半導体チップ（発熱素子）１０側の面４１が球面加工されていることが好ましい。   Also in the present embodiment, it is preferable that the surface 41 on the semiconductor chip (heat generating element) 10 side of the heat sink block (heat radiating block) 40 is processed into a spherical surface.

それによれば、上記第１実施形態の好ましい形態と同様に、半導体チップ（発熱素子）１０の損傷抑制、および、ヒートシンクブロック４０において特に応力集中しやすい半導体チップ１０側の面４１に接する接合材５０の歪み低減、という効果が発揮され、好ましい。   According to this, as in the preferred embodiment of the first embodiment, the bonding material 50 that suppresses damage to the semiconductor chip (heating element) 10 and is in contact with the surface 41 on the semiconductor chip 10 side where stress concentration is particularly likely to occur in the heat sink block 40. This is preferable because the effect of reducing distortion is exhibited.

特に、この場合では、半導体チップ１０と対向するヒートシンクブロック４０の面４１の全面に角がない構成となるため、最悪、接合材５０が薄くなり、ヒートシンクブロック４０の任意の部分が半導体チップ（発熱素子）１０に当たることになっても、半導体チップ１０が損傷するのを防ぐことができる。   In particular, in this case, since the entire surface 41 of the heat sink block 40 facing the semiconductor chip 10 has no corners, the bonding material 50 is thinned in the worst case, and any part of the heat sink block 40 is a semiconductor chip (heat generation). Even if it hits the element 10, the semiconductor chip 10 can be prevented from being damaged.

このように、本実施形態によっても、ヒートシンクブロック４０について寸法や形状などを規定することによって、半導体チップ１０とヒートシンクブロック４０との間に介在する接合材５０における信頼性を適切に向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the reliability of the bonding material 50 interposed between the semiconductor chip 10 and the heat sink block 40 can be appropriately improved by defining the size and shape of the heat sink block 40. it can.

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置Ｓ３の概略断面構成を示す図である。以下、上記実施形態と相違する点を中心に述べる。 (Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor device S3 according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the points different from the above embodiment will be mainly described.

本実施形態は、上記第１実施形態の半導体装置または上記第２実施形態の半導体装置において、さらに、発熱素子である半導体チップ１０の端部１１を、半導体チップ１０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状としたものである。   In this embodiment, in the semiconductor device of the first embodiment or the semiconductor device of the second embodiment, the thickness of the bonding material 50 that further contacts the end portion 11 of the semiconductor chip 10 that is a heat generating element with the semiconductor chip 10. The shape is chamfered so that the thickness becomes thicker.

図７では、本実施形態の半導体チップ１０を上記第１実施形態の半導体装置に適用した例を示しているが、もちろん、本実施形態は上記第２実施形態の半導体装置に適用することもできる。   FIG. 7 shows an example in which the semiconductor chip 10 of the present embodiment is applied to the semiconductor device of the first embodiment. Of course, the present embodiment can also be applied to the semiconductor device of the second embodiment. .

本実施形態によれば、上記した第１実施形態の半導体装置のように、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の端部４３を角取り形状した場合と同様の効果が、半導体チップ（発熱素子）１０についても得られる。   According to the present embodiment, as in the semiconductor device of the first embodiment described above, the same effect as when the end 43 of the heat sink block (heat radiating block) 40 is chamfered has the same effect as the semiconductor chip (heating element) 10. Can also be obtained.

本発明者らのＦＥＭ解析によれば、半導体チップ１０と下側ヒートシンク２０との間に位置する接合材５０において、半導体チップ１０の端部１１近傍に位置する部分に応力集中が起こりやすい。   According to the FEM analysis of the present inventors, stress concentration is likely to occur in a portion located near the end 11 of the semiconductor chip 10 in the bonding material 50 located between the semiconductor chip 10 and the lower heat sink 20.

そのことから、図７に示されるように、半導体チップ（発熱素子）１０における下側ヒートシンク２０側の面において端部１１を角取り形状とすることが好ましく、接合材５０の歪み低減のためには効果的である。   Therefore, as shown in FIG. 7, it is preferable that the end portion 11 has a chamfered shape on the surface on the lower heat sink 20 side of the semiconductor chip (heating element) 10, in order to reduce distortion of the bonding material 50. Is effective.

（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、且つヒートシンクブロック４０の端部４３が、ヒートシンクブロック４０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状となった構成としている。 (Other embodiments)
In the first embodiment, the thickness of the heat sink block (heat radiating block) 40 is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm, and the end portion 43 of the heat sink block 40 is in contact with the heat sink block 40. The structure is a chamfered shape so that the thickness is increased.

ここで、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であって、ヒートシンクブロック４０の端部４３が従来のような直角形状である構成を採用してもよい。   Here, a configuration in which the thickness of the heat sink block (heat radiation block) 40 is 0.5 mm or more and 1.5 mm or less and the end 43 of the heat sink block 40 is a right-angled shape as in the related art may be adopted.

この場合、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さを０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることによる上記の効果が発揮されるため、従来に比べて、発熱素子１０とヒートシンクブロック４０との間に介在する接合材５０における信頼性を適切に向上させることができる。   In this case, the above-described effect is exhibited by setting the thickness of the heat sink block (heat dissipation block) 40 to 0.5 mm or more and 1.5 mm or less. Thus, the reliability of the bonding material 50 interposed between the two can be appropriately improved.

また、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲から逸脱しており、且つヒートシンクブロック４０の端部４３が、ヒートシンクブロック４０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状となった構成を採用してもよい。   Further, the thickness of the bonding material 50 where the thickness of the heat sink block (heat radiation block) 40 deviates from the range of 0.5 mm or more and 1.5 mm or less, and the end 43 of the heat sink block 40 is in contact with the heat sink block 40. A configuration having a chamfered shape may be adopted so that the thickness becomes thicker.

この場合、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の端部４３を、ヒートシンクブロック４０に接する接合材５０の厚さが厚くなるように角取り形状としたことによる上記の効果が発揮されるため、従来に比べて、発熱素子１０とヒートシンクブロック４０との間に介在する接合材５０における信頼性を適切に向上させることができる。   In this case, the end 43 of the heat sink block (heat dissipating block) 40 has the above-described effect due to the chamfered shape so that the thickness of the bonding material 50 in contact with the heat sink block 40 is increased. In comparison, the reliability of the bonding material 50 interposed between the heating element 10 and the heat sink block 40 can be appropriately improved.

また、上記第２実施形態において、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０の厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲から逸脱しており、且つヒートシンクブロック４０について上記の球面加工を施した構成を採用してもよい。   Further, in the second embodiment, the thickness of the heat sink block (heat radiating block) 40 deviates from the range of 0.5 mm or more and 1.5 mm or less, and the heat sink block 40 is subjected to the spherical processing described above. It may be adopted.

この場合、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０について上記の球面加工を施したことによる上記の効果が発揮されるため、従来に比べて、発熱素子１０とヒートシンクブロック４０との間に介在する接合材５０における信頼性を適切に向上させることができる。   In this case, since the above-described effect due to the above-described spherical processing is performed on the heat sink block (heat dissipation block) 40, the bonding material 50 interposed between the heat generating element 10 and the heat sink block 40 is compared with the conventional case. Reliability can be improved appropriately.

また、上記第１および第２実施形態において、ヒートシンクブロック（放熱ブロック）４０は、発熱素子１０と上側ヒートシンク３０との間に介在設定されていたが、さらに発熱素子１０と下側ヒートシンク２０との間にもう一つヒートシンクブロックが介在設定されていてもよい。その場合には、当該もう一つのヒートシンクブロックの構成は、上記実施形態にて述べたヒートシンクブロック４０と同様の構成を適用できることはもちろんである。   In the first and second embodiments, the heat sink block (heat radiating block) 40 is set between the heat generating element 10 and the upper heat sink 30. Another heat sink block may be interposed therebetween. In that case, as a configuration of the other heat sink block, it is needless to say that the same configuration as the heat sink block 40 described in the above embodiment can be applied.

また、本発明は、発熱素子と放熱ブロックとの間に介在する接合材における信頼性を適切に向上させるために、放熱ブロックについて寸法や形状などを規定したことを要部とするものであり、半導体装置においてその他の部分は、適宜設計変更してよいことはもちろんである。   In addition, the present invention is mainly intended to define the dimensions and shape of the heat dissipating block in order to appropriately improve the reliability of the bonding material interposed between the heat generating element and the heat dissipating block, Of course, other parts of the semiconductor device may be appropriately changed in design.

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 放熱ブロックの厚さを変化させた場合の発熱素子上の接合材に発生するせん断塑性ひずみを、ＦＥＭ解析で求めた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated | required the shear plastic distortion which generate | occur | produces in the joining material on a heat generating element at the time of changing the thickness of a thermal radiation block by FEM analysis. 放熱ブロックの端部形状を変化させた場合の発熱素子上の接合材に発生するせん断塑性ひずみを、ＦＥＭ解析で求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the shear plastic distortion which generate | occur | produces in the joining material on a heat generating element at the time of changing the edge part shape of a thermal radiation block by FEM analysis. 図１中のヒートシンクブロック（放熱ブロック）の拡大図である。It is an enlarged view of the heat sink block (heat radiation block) in FIG. 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の要部の概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows schematic sectional structure of the principal part of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 上記図５に示される半導体装置においてヒートシンクブロック（放熱ブロック）が傾いた状態を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state where a heat sink block (heat radiating block) is inclined in the semiconductor device shown in FIG. 5. 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows schematic sectional structure of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０…発熱素子としての半導体チップ、２０…放熱板としての下側ヒートシンク、
３０…放熱板としての上側ヒートシンク、
４０…放熱ブロックとしてのヒートシンクブロック、
４１…ヒートシンクブロックの下面、４２…ヒートシンクブロックの上面、
４３…ヒートシンクブロックの端部、５０…接合材、６０…樹脂。
10 ... Semiconductor chip as heating element, 20 ... Lower heat sink as heat sink,
30 ... Upper heat sink as a heat sink,
40 ... a heat sink block as a heat dissipation block,
41 ... lower surface of the heat sink block, 42 ... upper surface of the heat sink block,
43 ... end of heat sink block, 50 ... bonding material, 60 ... resin.

Claims (9)

ＩＧＢＴから構成された発熱素子（１０）の一面側と他面側とに、それぞれ、前記発熱素子（１０）からの放熱を行うための放熱板（２０、３０）が、接合材（５０）を介して設けられており、
前記発熱素子（１０）における制御電極が形成された一面側における前記発熱素子（１０）と前記放熱板（３０）との間には、放熱ブロック（４０）が、前記発熱素子（１０）と前記放熱板（３０）とを熱的および電気的に接続するように接合材（５０）を介して設けられており、
装置のほぼ全体が樹脂（６０）でモールドされてなる半導体装置において、
前記放熱ブロック（４０）の端部（４３）が、前記放熱ブロック（４０）に接する前記接合材（５０）の厚さが厚くなるように角取り形状となっており、
前記放熱ブロック（４０）において前記角取り形状となっている端部（４３）を有する方の面（４１）に、前記発熱素子（１０）が前記接合材（５０）を介して接していることを特徴とする半導体装置。 On one side and the other side of the heat generating element (10) made of IGBT, a heat radiating plate (20, 30) for radiating heat from the heat generating element (10) is bonded to the bonding material (50). Is provided through,
Between the heat generating element (10) and the heat radiating plate (30) on one side of the heat generating element (10) where the control electrode is formed , a heat radiating block (40) is provided between the heat generating element (10) and the heat generating element (10). It is provided via a bonding material (50) so as to thermally and electrically connect the heat sink (30),
In a semiconductor device in which almost the entire device is molded with resin (60),
The end (43) of the heat dissipation block (40) has a chamfered shape so that the thickness of the bonding material (50) in contact with the heat dissipation block (40) is increased,
The heating element (10) is in contact with the surface (41) having the end portion (43) having the chamfered shape in the heat dissipation block (40) via the bonding material (50). A semiconductor device characterized by the above. 前記角取り形状とは、Ｒ形状もしくは面取り形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the chamfered shape is an R shape or a chamfered shape. 前記角取り形状となっている部位の寸法について、幅Ｗが０．３ｍｍ以上、高さＨが０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a width W is not less than 0.3 mm and a height H is not less than 0.05 mm and not more than 0.20 mm with respect to the dimension of the portion having the chamfered shape. . 前記放熱ブロック（４０）の厚さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the heat dissipation block is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm. 5. ＩＧＢＴから構成された発熱素子（１０）の一面側と他面側とに、それぞれ、前記発熱素子（１０）からの放熱を行うための放熱板（２０、３０）が、接合材（５０）を介して設けられており、
前記発熱素子（１０）における制御電極が形成された一面側における前記発熱素子（１０）と前記放熱板（３０）との間には、放熱ブロック（４０）が、前記発熱素子（１０）と前記放熱板（３０）とを熱的および電気的に接続するように接合材（５０）を介して設けられており、
装置のほぼ全体が樹脂（６０）でモールドされてなる半導体装置において、
前記放熱ブロック（４０）における前記発熱素子（１０）側の面（４１）が球面加工されていることを特徴とする半導体装置。 On one side and the other side of the heat generating element (10) made of IGBT, a heat radiating plate (20, 30) for radiating heat from the heat generating element (10) is bonded to the bonding material (50). Is provided through,
Between the heat generating element (10) and the heat radiating plate (30) on one side of the heat generating element (10) where the control electrode is formed , a heat radiating block (40) is provided between the heat generating element (10) and the heat generating element (10). It is provided via a bonding material (50) so as to thermally and electrically connect the heat sink (30),
In a semiconductor device in which almost the entire device is molded with resin (60),
A semiconductor device characterized in that a surface (41) of the heat dissipating block (40) on the heat generating element (10) side is processed into a spherical surface. 前記放熱ブロック（４０）の厚さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5, wherein a thickness of the heat dissipation block (40) is not less than 0.5 mm and not more than 1.5 mm. 前記放熱ブロック（４０）の材料は、銅合金もしくはアルミ合金もしくは鉄合金であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the material of the heat dissipation block (40) is a copper alloy, an aluminum alloy, or an iron alloy. 前記放熱ブロック（４０）は、そのヤング率が６０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下のものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat dissipation block (40) has a Young's modulus of 60 GPa or more and 240 GPa or less. 前記発熱素子（１０）の他面側における端部（１１）が、前記発熱素子（１０）に接する前記接合材（５０）の厚さが厚くなるように角取り形状となっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置。 The end (11) on the other surface side of the heating element (10) has a chamfered shape so that the thickness of the bonding material (50) in contact with the heating element (10) is increased. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 8.
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