(57)【要約】  半導体素子収納用パッケージであって、基板１と、基板１上に設けられた枠体２と、基板１上であって枠体２で囲まれる領域に設けられた絶縁基板３と、を備えている。また、半導体素子収納用パッケージは、絶縁基板３上に設けられた、パワー半導体素子９が搭載される第１の実装部材４と、絶縁基板３上に第１の実装部材４と間をあけて設けられた第２の実装部材５とを備えている。さらに、半導体素子収納用パッケージは、第１の屈曲部６ａを有する第１のリード部材６と、第２の屈曲部７ａを有する第２のリード部材７とを備えている。第１のリード部材６は、枠体２外から枠体２を貫通して第１の実装部材４上にまで設けられ、第１の屈曲部６ａを介して第１のリード部材６と接続されている。また、第２のリード部材７は、枠体２外から枠体２を貫通して第２の実装部材５上にまで設けられ、第２の屈曲部７ａを介して実装部材５と接続されている。
2012098799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた枠体と、
前記基板上であって前記枠体で囲まれる領域に設けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けられた、パワー半導体素子が搭載される第１の実装部材と、
前記絶縁基板上に前記第１の実装部材と間をあけて設けられた第２の実装部材と、
前記枠体外から前記枠体を貫通して前記第１の実装部材上にまで設けられた、第１の屈曲部を有するとともに、前記第１の屈曲部を介して前記第１の実装部材と接続した第１のリード部材と、
前記枠体外から前記枠体を貫通して前記第２の実装部材上にまで設けられた、第２の屈曲部を有するとともに、前記第２の屈曲部を介して前記第２の実装部材と接続した第２のリード部材と、
を備えていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体素子収納用パッケージであって、
前記第１の実装部材および前記第２の実装部材は、矩形状の板体であり、
前記第１のリード部材は、前記第１の実装部材の長手方向に沿って延在しているとともに、前記第２のリード部材は、前記第２の実装部材の長手方向に沿って延在していることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体素子収納用パッケージであって、
前記第１の実装部材の長手方向と前記第２の実装部材の長手方向とは一致しており、
平面視して前記長手方向に直交する方向における前記第１の実装部材の幅が、平面視して前記長手方向に直交する方向における第２の実装部材の幅よりも大きいことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージであって、
前記第１の実装部材と前記第１のリード部材との接続部位は、前記第１の実装部材の上面から前記第１の実装部材の側面にかけての切欠き部であることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージであって、
前記第２の実装部材と前記第２のリード部材の接続部位は、前記第２の実装部材の上面から前記第２の実装部材の側面にかけての切欠き部であることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージであって、
前記第１の実装部材および前記第２の実装部材の表面は、導電性材料からなることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージであって、
前記第１のリード部材の前記第１の屈曲部の曲率半径は、前記第２のリード部材の前記第２の屈曲部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージと、
前記第１の実装部材上に設けられた、前記第２の実装部材とワイヤを介して電気的に接続されたパワー半導体素子と、
前記枠体上に前記パワー半導体素子を覆って設けられた蓋体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
金属材料からなる基板と、
前記基板上に設けられたセラミック枠体と、
前記基板上であって前記セラミック枠体で囲まれる領域に設けられた、セラミック材料からなる絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けられた、パワー半導体素子が搭載される第１の実装部材と、
前記絶縁基板上に前記第１の実装部材と間をあけて設けられた第２の実装部材と、
前記セラミック枠体外から前記セラミック枠体を貫通して前記第１の実装部材上にまで設けられた第１のリード部材と、
前記セラミック枠体外から前記セラミック枠体を貫通して前記第２の実装部材上にまで設けられた第２のリード部材と、
を備えていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージ、およびこれにパワー半導体素子を搭載した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、リード部材に半導体素子が搭載され、リード部材が外部に引き出されたものがある。リード部材を外部に引き出す技術としては、例えば、特開２０００−１９５８９４号公報に開示されている。【０００３】
将来技術として、現在、パワー半導体素子の開発が行なわれている。そして、そのパワー半導体素子に適したパッケージの開発が進められている。【０００４】
本発明は、パワー半導体素子からの発熱によって、クラックや割れ等が発生するのを抑制することができる半導体素子収納用パッケージ、およびこれを備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る半導体収納用パッケージは、基板と、基板上に設けられた枠体と、基板上であって枠体で囲まれる領域に設けられた絶縁基板とを備えている。また、半導体素子収納用パッケージは、絶縁基板上に設けられた、パワー半導体素子が搭載される第１の実装部材と、絶縁基板上に第１の実装部材と間をあけて設けられた第２の実装部材とを備えている。さらに、半導体素子収納用パッケージは、第１の屈曲部を有する第１のリード部材と、第２の屈曲部を有する第２のリード部材とを備えている。第１のリード部材は、枠体外から枠体を貫通して第１の実装部材上にまで設けられ、第１の屈曲部を介して第１のリード部材と接続されている。また、第２のリード部材は、枠体外から枠体を貫通して第２の実装部材上にまで設けられ、第２の屈曲部を介して実装部材と接続されている。
【０００６】
また、本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体素子収納用パッケージと、第１の実装部材上に設けられた、第２の実装部材とワイヤを介して電気的に接続されたパワー半導体素子と、枠体上にパワー半導体素子を覆って設けられた蓋体と、を備えている。
【０００７】
また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、金属材料からなる基板と、基板上に設けられたセラミック枠体と、基板上であってセラミック枠体で囲まれる領域に設けられた、セラミック材料からなる絶縁基板と、を備えている。また、半導体素子収納用パッケージは、絶縁基板上に設けられた、パワー半導体素子が搭載される第１の実装部材と、絶縁基板上に第１の実装部材と間をあけて設けられた第２の実装部材と、を備えている。さらに、パワー半導体収納用パッケージは、セラミック枠体外からセラミック枠体を貫通して第１の実装部材上にまで設けられた第１のリード部材と、セラミック枠体外からセラミック枠体を貫通して第２の実装部材上にまで設けられた第２のリード部材と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージであって、（ａ）は半導体素子収納用パッケージの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す半導体素子収納用パッケージのＸ−Ｘで切断し、パワー半導体素子と蓋体を備えた場合の断面図である。
【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージに半導体素子を搭載した場合の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図４】図３に示す半導体素子収納用パッケージにパワー半導体素子を搭載した場合の平面図である。
【図５】図３に示す半導体素子収納用パッケージであって、（ａ）は図３に示す半導体素子収納用パッケージのＹ−Ｙで切断した断面図、（ｂ）は第１の実装部材の断面図、（ｃ）は第１の実装部材と第１のリード部材との関係を示す平面図である。
【図６】図３に示す半導体素子収納用パッケージであって、（ａ）は図３に示す半導体素子収納用パッケージのＺ−Ｚで切断した断面図、（ｂ）は第２の実装部材の断面図、（ｃ）は第２の実装部材と第２のリード部材との関係を示す平面図である。
【図７】第１のリード部材および第２のリード部材の変形例を示す断面図である。
【図８】半導体素子収納用パッケージの変形例１であってパワー半導体素子を搭載した場合の平面図である。
【図９】半導体素子収納用パッケージの変形例２であって半導体素子を搭載した場合の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
＜実施形態＞
＜半導体素子収納用パッケージの構成、および半導体装置の構成＞
本発明の一実施形態に係る半導体収納用パッケージは、基板１と、基板１上に設けられた、パワー半導体素子９が搭載される搭載部４ｂを有する第１の実装部材４と、基板１上に第１の実装部材４と間をあけて設けられた第２の実装部材５と、を備えている。また、半導体素子収納用パッケージは、基板１に第１の実装部材４および第２の実装部材５を取り囲むように設けられた、第１の貫通部２ａおよび第２の貫通部２ｂを有する枠体２と、を備えている。さらに、半導体素子収納用パッケージは、第１の貫通部２ａを貫通して設けられた第１のリード部材６と、第２の貫通部２ｂを貫通して設けられた第２のリード部材７とを備えている。
【００１１】
また、半導体装置は、半導体素子収納用パッケージと、第１の実装部材４の搭載部４ｂに搭載されて、第２の実装部材５に電気的に接続されたパワー半導体素子９と、枠体２の上面に設けられた蓋体１０とを備えている。
【００１２】
基板１は、平面視したとき、矩形状に形成された板状の部材であり、枠体２の外側に延出した延出部を有している。さらに、延出部には貫通孔から成るネジ取付け部が設けられている。
【００１３】
ネジ取付け部は、半導体素子収納用パッケージと外部基板とをネジ等によってネジ止め固定するためのものである。外部基板は、例えば、ヒートシンク板またはプリント回路基板等である。また、ネジ取付け部は、延出部に１つ設けられているが、１つとは限らず、延出部に複数個設けてもよい。また、ネジ取付け部は、基板１を外部基板に取り付ける機能を有していればよく、ネジ取付け部の貫通孔の形状は、限定されない。
【００１４】
また、基板１は、例えば、銅、鉄−ニッケル−コバルト合金または銅−タングステン合金等の金属材料から成る。基板１は、パワー半導体素子９から生じる熱をすみやかに放熱する材料からなる。また、基板１は、セラミック材料で構成してもよく、例えば、アルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等のセラミック材料から成る。
【００１５】
また、基板１の熱伝導率は、例えば、１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、基板１の熱膨張係数は、例えば、５（ｐｐｍ／℃）以上２０（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。基板１が金属材料の場合は、例えば、インゴットを周知の圧延加工法、打ち抜き加工法またはエッチング加工法等の金属加工法を採用することによって、所定の形状となるように製作される。また、基板１がセラミック材料の場合は、例えば、金型を用いて平板形状のグリーンシートを打ち抜き、複数積層して焼成することによって製作される。
【００１６】
また、基板１は、矩形状に形成されている。基板１は、例えば、一方の辺幅が、１５（ｍｍ）以上２５（ｍｍ）以下に、他方の辺幅が、２５（ｍｍ）以上３５（ｍｍ）以下に、厚みが、０．５（ｍｍ）以上２（ｍｍ）以下に設定されている。
【００１７】
また、基板１は、外表面に耐蝕性に優れ、かつ接合材との濡れ性が良い金属が被着している。具体的には、基板１は、メッキ形成方法によって、ニッケルメッキ層および金メッキ層を順次被着させておくのがよい。なお、ニッケルメッキ層のメッキ厚みは、例えば、０．５（μｍ）以上９（μｍ）以下である。また、金メッキ層のメッキ厚みは、例えば、０．５（μｍ）以上５（μｍ）以下である。これらの金属メッキ層は、基板１が酸化腐蝕するのを有効に抑制することができる。
【００１８】
また、基板１が金属材料で構成されている場合には、基板１の上側主面に絶縁基板３を介して、第１の実装部材４および第２の実装部材５が設けられる。また、第３のリード部材８も絶縁基板３を介して基板１の上側主面に設けられる。なお、絶縁基板３は、例えば、アルミナ質セラミックスまたは窒化アルミニウム質セラミックス等のセラミック材料から成る。
【００１９】
枠体２は、基板１の上側主面に第１の実装部材４および第２の実装部材５を取り囲むように設けられている。さらに、枠体２は、枠体２の側壁を貫通して形成された第１の貫通部２ａおよび第２の貫通部２ｂを有している。なお、第１の貫通部２ａには、第１のリード部材６が設けられ、第２の貫通部２ｂには、第２のリード部材７が設けられている。なお、枠体２は、接合材を介して基板１上に設けられる。接合材は、例えば、銀−銅ロウ、銀ロウ等のロウ材である。
【００２０】
枠体２は、例えば、アルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等のセラミック材料から成る。また、枠体２の熱伝導率は、例えば、１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、枠体２の熱膨張係数は、例えば、５（ｐｐｍ／℃）以上２０（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。
【００２１】
また、枠体２は、凹部を有する容器形状とすることもできる。そして、この容器形状の枠体２を基板１の上側主面に接合することができる。このような構成にすることによって、凹部の底面に第１の実装部材４および第２の実装部材５を設けることができ、絶縁基板３を設けることなく、絶縁基板３が設けられた構成と同様な効果を得ることができる。
【００２２】
第１の実装部材４は、基板１の上側主面に設けられており、パワー半導体素子９が搭載される搭載部４ｂを有している。第２の実装部材５は、基板１上に第１に実装部材４と間をあけて設けられている。そして、第２の実装部材５は、パワー半導体素子９にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。第１の実装部材４および第２の実装部材５は、例えば、銅、鉄−ニッケル−コバルト合金または銅−タングステン合金等の金属材料から成る。
【００２３】
また、第１の実装部材４および第２の実装部材５は、矩形状の板体であり、外表面に耐蝕性に優れ、かつ接合材との濡れ性が良い金属を被着している。第１の実装部材４および第２の実装部材５の表面は、導電性材料から成る。具体的には、第１の実装部材４および第２の実装部材５は、メッキ形成方法によって、ニッケルメッキ層および金メッキ層を順次被着させておくのがよい。なお、ニッケルメッキ層のメッキ厚みは、例えば、０．５（μｍ）以上９（μｍ）以下である。また、金メッキ層のメッキ厚みは、例えば、０．５（μｍ）以上５（μｍ）以下である。これらの金属メッキ層は、第１の実装部材４および第２の実装部材５が酸化腐蝕するのを有効に抑制することができる。
【００２４】
また、第１の実装部材４および第２の実装部材５は、絶縁基板３と熱膨張係数の近い材料、例えば、銅−タングステンで構成されることが好ましい。これによって、第１の実装部材４および第２の実装部材５は、絶縁基板３上に接合された場合に、絶縁基板３に加わる熱応力を低減することができ、絶縁基板３にクラック、剥がれまたは破損等の発生を抑制することができる。
【００２５】
第１のリード部材６は、長尺状であって、第１の貫通部２ａを貫通して設けられている。第１のリード部材６は、一端が枠体２の内側で第１の実装部材４に接合材を介して電気的に接続されている。そして、第１のリード部材６は、他端が枠体２の外側に突出している。また、第２のリード部材７は、長尺状であって、第２の貫通部２ｂを貫通して設けられている。第２のリード部材７は、一端が枠体２の内側で第２の実装部材５に接合材を介して電気的に接続されている。そして、第２のリード部材７は、他端が枠体２の外側に突出している。
【００２６】
第１のリード部材６は、第１の実装部材４の長手方向に沿って延在している。また、第２のリード部材７は、第２の実装部材５の長手方向に沿って延在している。第１のリード部材６および第２のリード部材７は、第１の実装部材４および第２の実装部材５の長手方向に沿って配置することで、熱を効率よく枠体２内から枠体２外に伝えることができ、半導体素子収納用パッケージの放熱性を向上させることができる。
【００２７】
第１のリード部材６と第１の実装部材４とが電気的に接続され、第２のリード部材７と第２の実装部材５とが電気的に接続されている。なお、接合材は、導電性接合材であり、例えば、銀ロウまたは銀−銅ロウ等のロウ材、低融点半田または導電性エポキシ樹脂等からなる。また、第１のリード部材６および第２のリード部材７は、例えば、長さが、１０（ｍｍ）以上２５（ｍｍ）以下に、厚みが、０．５（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下に設定されている。
【００２８】
また、第１の実装部材４の幅は、第１のリード部材６の幅よりも広く、第２の実装部材５の幅は、第２のリード部材７の幅よりも広く設定されている。このように、第１の実装部材４の幅を第１のリード部材６の幅よりも幅広く、第２の実装部材５の幅を第２のリード部材７の幅よりも幅広く設定することによって、第１の実装部材４と第１のリード部材６の間、あるいは第２の実装部材５と第２のリード部材７の間に大電流信号（例えば、５０アンペア）が流れても、第１の実装部材４および第２の実装部材５に大電流信号をスムーズに流し、電気抵抗による発熱を抑制することができる。これによって、半導体素子収納用パッケージは熱膨張が抑制される。
【００２９】
また、第１のリード部材６の幅が第１の実装部材４の幅よりも幅狭く、また、第２のリード部材７の幅が第２の実装部材５の幅よりも幅狭くなっている。そして、第１のリード部材６および第２のリード部材７は、枠体２に挿通接合される箇所を幅狭くすることができる。これによって、枠体２と第１のリード部材６の接合個所、および第２のリード部材７との接合箇所は、セラミック材料から成る枠体２と金属材料から成る第１のリード部材６および第２のリード部材７との接合面積を小さくすることができる。したがって、素子収納用パッケージは、第１のリード部材６および第２のリード部材７との熱膨張差による応力が枠体２に作用するのを抑制することができる。よって、枠体２はクラック等の発生が抑制されて、半導体素子収納用パッケージは、気密性が向上し内部を気密に保持することができる。さらに、第１の実装部材４からの熱が第１のリード部材６との接合部で第１のリード部材６に伝わりにくくなり、熱に起因する第１のリード部材６の熱膨張が抑制される。これによって、半導体素子収納用パッケージは、枠体２と第１リード部材との接合部においてクラックや剥がれ等の発生を抑制することができる。
【００３０】
第１の実装部材４の長手方向と第２の実装部材５の長手方向は一致している。そして、平面視して第１の実装部材と第２の実装部材５の長手方向に直交する方向において、第１の実装部材４の幅が、第２の実装部材５の幅よりも大きく設定されている。第１の実装部材４の幅を第２の実装部材５の幅よりも大きくすることで、第１の実装部材４上に実装するパワー半導体素子９の発する熱を効率良く第１の実装部材４に伝えることができる。そして、第１の実装部材４を大きくしたことで、パワー半導体素子９の実装個所を熱変形しにくくすることができる。
【００３１】
第１の実装部材４の幅Ａは、例えば４（ｍｍ）以上７（ｍｍ）以下に、第２の実装部材５の幅Ｂは、例えば２（ｍｍ）以上４（ｍｍ）以下に、第１のリード部材６の幅Ｃは、例えば１（ｍｍ）以上３（ｍｍ）以下に、第２のリード部材７の幅Ｄは、例えば１（ｍｍ）以上３（ｍｍ）以下に設定されている。
【００３２】
第３のリード部材８は、長尺状であって、第３の貫通部２ｃを貫通して設けられている。第３のリード部材８は、第３のリード部材８の一端が枠体２の内側で基板１の上側主面に設けられている絶縁基板３に接合材を介して接合されている。また、第３のリード部材８は、第３のリード部材８の他端が第３の貫通部２ｃから枠体２の外側に突出している。すなわち、第３のリード部材８は、第３のリード部材８の一端がパワー半導体素子９に電気的に接続される実装部材の機能を有しており、この一端がボンディングワイヤ等を介しパワー半導体素子９に電気的に接続される。
【００３３】
基板１がセラミック材料からなる場合は、第３のリード部材８は、第３のリード部材８の一端が枠体２の内側で基板１の上側主面に接合材を介して接合されている。また、枠体２の側壁に設けられている第１の貫通部２ａ、第２の貫通部２ｂおよび第３の貫通部２ｃが枠体２の側壁の同一の高さに設けられている。そして、第３のリード部材８は、絶縁基板３または基板１に対して高さを調整するために、枠体２の内側に位置する部分に第３の屈曲部８ａを有している。そして、第３の屈曲部８ａは、熱応力を吸収するために折れ曲がっている。
【００３４】
また、この第３のリード部材８に設けられた第３の屈曲部８ａによって、第３のリード部材８の枠体２の側壁との接合部から絶縁基板３との接合部の間の部分が熱膨張により伸縮しても第３の屈曲部８ａで第３のリード部材８が変形しやすくなり、第３のリード部材８に折れ曲がり変形等が生じることを抑制することができる。なお、第３の屈曲部８ａの形状は、曲面形状に曲げられた形状、四角形状に曲げられた形状等、種々の形状とすることができる。また、第３のリード部材８の第３の屈曲部８ａは、第３のリード部材８の製作時にプレス加工等をすることによって形成される。
【００３５】
第３のリード部材８は、例えば、幅が、１（ｍｍ）以上３（ｍｍ）以下に、長さが、２２（ｍｍ）以上３７（ｍｍ）以下に、厚みが、０．５（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下に設定されている。なお、第３のリード部材８は、枠体２の内外側で同じ幅で設けられている。
【００３６】
また、第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８は、例えば、銅、鉄−ニッケル−コバルト合金または鉄−ニッケル合金等の金属材料からなる。これらの金属のインゴットを周知の圧延加工法、打ち抜き加工法またはエッチング加工法等の金属加工法を採用することによって、所定の形状となるように製作される。
【００３７】
また、第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８は、銅で構成されると、より低抵抗で大電流信号を伝送することができる。また、変形しやすく枠体２との接合部に応力が加わるのを低減することができ、クラック等の発生を抑制することができる。
【００３８】
第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８の熱伝導率は、例えば、１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上５００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８の熱膨張係数は、例えば、５（ｐｐｍ／℃）以上２０（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。
【００３９】
パワー半導体素子９は、第１の実装部材４の搭載部４ｂに搭載される。パワー半導体素子９の下面に電極が設けられている場合には、パワー半導体素子９は、導電性の接合材を介して第１の実装部材４に電気的に接続される。これによって、第１のリード部材６とパワー半導体素子９とが電気的に接続される。接合材は、例えば、金−錫、金−ゲルマニウム等から成る。また、パワー半導体素子９の上面に電極が設けられている場合には、パワー半導体素子９は、ボンディングワイヤ等を介して第１の実装部材４に電気的に接続される。また、パワー半導体素子９は、ボンディングワイヤ等を介して第２の実装部材５および第３のリード部材８に電気的に接続される。
【００４０】
パワー半導体素子９は、低抵抗、高温動作可能および高熱伝導率に特徴があり、電力損失を低減することで、発熱量を低減することができ、ひいては電力変換器の小型化を実現することができる。パワー半導体素子９は、例えば、電力損失を低減した送電システム、インバータ装置を小型化した車両、省エネルギーを実現した家電、ＡＣアダプタを小型化したパソコン、高効率の電力変化可能なソーラーシステム等の用途に用いることができる。
【００４１】
パワー半導体素子９は、シリコン等のSi系デバイス材料でなく、ガリウム・ナイトライド等のGaN系パワーデバイス材料、あるいはシリコン・カーバイド等のSiC系パワーデバイス材料から成る。パワー半導体素子９は、パワーデバイス材料を用いて、例えば、昇華法、溶液法（フラックス法）または高温ＣＶＤ法等を用いて作製することができる。
【００４２】
蓋体１０は、パワー半導体素子９を気密に封止するために、枠体２の上面に設けられている。また、蓋体１０は、矩形状であって、鉄−ニッケル−コバルト合金または鉄−ニッケル合金等の金属材料から成る。また、蓋体１０の熱膨張係数は、例えば、５（ｐｐｍ／℃）以上１５（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。また、蓋体１０は、例えば、一方の辺幅が、２０（ｍｍ）以上２５（ｍｍ）以下に、他方の辺幅が、２０（ｍｍ）以上２５（ｍｍ）以下に、厚みが、０．２（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下に設定されている。
【００４３】
パワー半導体素子９は、第１の実装部材４の上側主面の搭載部４ｂに接着固定される。そして、パワー半導体素子９の上面に設けられている電極が、ボンディングワイヤ等を介して第２の実装部材５および第３のリード部材８に電気的に接続される。次に、枠体２の上面に蓋体７を接合し、基板１、枠体２および蓋体７の内部にパワー半導体素子９が気密に収納されて半導体装置となる。すなわち、パワー半導体素子９を搭載した後、蓋体７で密封することにより半導体装置となる。
【００４４】
第１の実装部材４と第１のリード部材６がそれぞれ別体で設けられているため、パワー半導体素子９で生じる熱が第１の実装部材４と第１のリード部材６との接合部で第１のリード部材６に伝わりにくくなり、パワー半導体素子９から生じる熱に起因する第１のリード部材６の熱膨張が抑制される。これによって、半導体素子収納用パッケージは、枠体２と第１リード部材との接合部においてクラックや剥がれ等の発生を抑制することができる。
【００４５】
半導体素子収納用パッケージは、図３および図４に示すように、第１の実装部材４は、第１のリード部材６との接続部位に、上面から側面にかけて切り欠いて成る第１の切欠き部４ａを有し、第１のリード部材６は、枠体２の内側において切欠き部４ａに向かって屈曲する第１の屈曲部６ａを有している。なお、切欠き部４ａは、第１の実装部材４の両側面を残すような形状で設けられている。すなわち、第１のリード部材６は、第１のリード部材６の一端が切欠き部４ａに接合材を介して電気的に接続されている。なお、第１の屈曲部６ａは、第１のリード部材６の屈曲している部位に凸部が形成されるように屈曲している。
【００４６】
第１のリード部材６は、枠体２外から枠体２を貫通して第１の実装部材４上にまで設けられ、第１の屈曲部６ａを介して第１のリード部材６と接続されている。また、第２のリード部材７は、枠体２外から枠体２を貫通して第２の実装部材５上にまで設けられ、第２の屈曲部７ａを介して実装部材５と接続されている。
【００４７】
また、第１の実装部材４は、切欠き部４ａを有しているため、接合材が第１の実装部材４の上面で濡れ拡がることが抑制される。第１の実装部材４上で接合材が漏れ広がることで、第１の実装部材４上にて不要な個所に電流が漏れ広がるのを抑えることができ、電気特性に優れた半導体素子収納用パッケージを実現することができる。なお、接合材が漏れ広がると、パワー半導体素子９が第１の実装部材４に対して適切に配置できなかったり、ワイヤボンディングが正常に行えなかったり、パワー半導体素子９から第１の実装部材４に対して熱を効果的に伝えることができなかったりする虞が生じる。
【００４８】
また、第１の実装部材４と第１のリード部材６とを接合材で接合する際に、両者の接続部位に熱が加わり熱膨張するが、接合後に第１のリード部材６が収縮したとしても、収縮による変形を第１の屈曲部６ａで緩和させることができ、枠体２に収縮による応力が加わるのを抑制することができる。
【００４９】
また、第１の実装部材４の切欠き部４ａの深さＥは、接合材の濡れ拡がりを抑制するために、例えば、０．０５（ｍｍ）以上０．５（ｍｍ）以下に設定されている。また、切欠き部４ａと第１のリード部材６との間隔Ｆは、接合材の濡れ拡がりを抑制するために、例えば、０．１（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下、間隔Ｇは０．２（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下に設定されている。
【００５０】
また、第２の実装部材５は、第２のリード部材７との接続部位に、上面から側面にかけて切り欠いて成る第２の切欠き部５ａを有している。第２のリード部材７は、第２のリード部材７の一端に切欠き部５ａに向かって屈曲する第２の屈曲部７ａを有している。すなわち、第２のリード部材７は、第２のリード部材７の一端が第２の実装部材５の切欠き部５ａに接合材を介して電気的に接続されている。また、第２のリード部材７の他端が、第１の貫通部２ｂを貫通して枠体２の外側に突出している。そして、第２のリード部材７は、切欠き部５ａの上方に位置する部分に切欠き部５ａに向かって屈曲する第２の屈曲部７ａを有している。なお、第２の屈曲部７ａは、第２のリード部材７の屈曲している部位に凸部が形成されるように屈曲している。
【００５１】
また、第２の実装部材５は、切欠き部５ａを有しているため、接合材が第２の実装部材５の上面で濡れ拡がることが抑制される。第２の実装部材５上で接合材が漏れ広がることで、第２の実装部材５上にて不要な個所に電流が漏れ広がるのを抑えることができ、電気特性に優れた半導体素子収納用パッケージを実現することができる。
【００５２】
また、第２の実装部材５と第２のリード部材７とを接合材で接合する際に、両者の接続部位に熱が加わり熱膨張するが、接合後に第２のリード部材７が収縮したとしても、収縮による変形を第２の屈曲部７ａで緩和させることができ、枠体２に収縮による応力が加わるのを抑制することができる。
【００５３】
また、第２の実装部材５の切欠き部５ａの深さＨは、接合材の濡れ拡がりを抑制するために、例えば、０．０５（ｍｍ）以上０．５（ｍｍ）以下に設定されている。また、切欠き部４ａと第１のリード部材６との間隔Ｉは、接合材の濡れ拡がりを抑制するために、例えば、０．１（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下、間隔Ｊは０．２（ｍｍ）以上１（ｍｍ）以下に設定されている。
【００５４】
また、第１の屈曲部６ａまたは第２の屈曲部７ａは、図７に示すように、切欠き部４ａまたは切欠き部５ａに向かって四角形状で屈曲する形状であってもよい。また、第２の実装部材５の切欠き部５ａは、図８に示すように、第１の実装部材４の切欠き部４ａと同様な形状にしてもよい。
【００５５】
第１のリード部材６の屈曲した部位に相当する第１の屈曲部６ａの曲率半径は、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。また、第２のリード部材７の屈曲した部位に相当する第２の屈曲部７ａの曲率半径は、例えば、０．３ｍｍ以上１．８ｍｍ以下に設定されている。そして、第１のリード部材６の屈曲した部位の曲率半径は、第２のリード部材７の屈曲した部位の曲率半径よりも大きくなるように設定されている。第１の実装部材４上にはパワー半導体素子９を搭載するため、第１のリード部材６は、熱応力が加わりやすく、第２のリード部材７よりも熱変形しやすい。そこで、第１の屈曲部６ａの曲率半径を第２の屈曲部７ａの曲率半径よりも大きくすることで、第１の実装部材４上に搭載したパワー半導体素子９の発する熱によって、第１のリード部材６が熱変形するのを緩和することができる。
【００５６】
また、半導体素子収納用パッケージは、図９に示すように、第１の切欠き部４ａおよび第２の切欠き部５ａは、第１の実装部材４および第２の実装部材５の両側面を含んで切り欠かれた形状で設けられている。このような構成により、第１の実装部材４は切欠き部４ａの部分を大きくすることで、切欠き部４ａの厚みを薄くすることができる。また、第２の実装部材５は切欠き部５ａの部分を大きくすることで、切欠き部５ａの厚みを薄くすることができる。そして、両切欠き部の直下において、熱応力を緩和することができ、基板１または絶縁基板３にクラックや剥がれが発生しにくくなる。
【００５７】
また、第１の切欠き部４ａおよび第２の切欠き部５ａを設けることで、第１の実装部材４および第２の実装部材５を小さくすることができ、パワー半導体素子９から発生する熱によって生じる、各部材の熱膨張係数の差に起因した熱応力が、各部材に大きく加わるのを低減することができ、第１の実装部材４から第１のリード部材６が剥離したり、第２の実装部材５から第２のリード部材７が剥離するのを抑制することができる。
【００５８】
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００５９】
＜半導体素子収納用パッケージ、および半導体装置の製造方法＞
ここで、半導体素子収納用パッケージ、およびこれを備えた半導体装置の製造方法を説明する。基板１は、例えば、銅−タングステン合金を型枠に鋳込んで作製したインゴットを周知の切削加工や打ち抜き加工等の金属加工法を用いて所定形状に製作される。
【００６０】
枠体２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤、溶剤、分散剤等を混合添加してペースト状として、ドクターブレード法やカレンダーロール法等によってグリーンシートが形成される。
【００６１】
そして、平板形状のグリーンシートは、金型を用いた打ち抜きを施すことによって所定形状にされる。そして、枠体２は、それらを複数積層することによって枠体２の形状とされる。また、枠体２は、基板１との接合部、蓋体１０との接合部、第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８との接合部に該当する位置にメタライズ層が形成されている。そして、約１６００℃の温度で焼成することにより、枠体２が製作される。
【００６２】
また、絶縁基板３は、枠体２と同様に、グリーンシートが形成される。そして、それらを焼成することによって所定形状の絶縁基板３が製作される。なお、絶縁基板３の上面の第１の実装部材４、第２の実装部材５および第３のリード部材８との接合部に該当する位置、また、下面の基板１との接合部に該当する位置にメタライズ層が形成されている。基板１の上側主面に枠体２が接合材を介して接合される。そして、絶縁基板３が、枠体２で取り囲まれて部分に接合材を介して接合される。
【００６３】
第１の実装部材４および第２の実装部材５は、例えば、銅を型枠に鋳込んで作製したインゴットを周知の切削加工や打ち抜き加工等の金属加工法を用いて所定形状に製作される。第１の実装部材４および第２の実装部材５が、絶縁基板３上に接合材を介して接合される。
【００６４】
第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８は、例えば、銅、鉄−ニッケル−コバルト合金を型枠に鋳込んで作製したインゴットを周知の切削加工、打ち抜き加工、プレス加工等の金属加工法を用いて所定の形状に製作される。第１のリード部材６、第２のリード部材７および第３のリード部材８の一端は、それぞれ第１の実装部材４、第２の実装部材５、絶縁基板３に、銀ロウまたは銀−銅ロウ等のロウ材を介して接合される。
【００６５】
ここで、半導体装置の製造方法について説明する。半導体装置は、半導体素子収納用パッケージに、パワー半導体素子９および蓋体１０を備えている。蓋体１０は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金を型枠に鋳込んで作製したインゴットを周知の切削加工や打ち抜き加工等の金属加工法を用いて所定の形状に製作される。パワー半導体素子９は、第１の実装部材４の搭載部４ｂに接着固定され、第１のリード部材６に電気的に接続される。この、パワー半導体素子９は、第２の実装部材５および第３のリード部材８にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。そして、蓋体１０は、枠体２の上面に設けられる。すなわち、半導体装置は、パワー半導体素子９が蓋体１０によって気密に封止される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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