(57)【要約】  半導体装置は、半導体素子が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状の電気導通部と、内壁下部に設けた結合部に、この電気導通部の周縁部が結合すると共に、内壁上部が電気導通部の全周を囲うケースと、半導体素子及び電気導通部を鉛直上方から被覆する封止材とを有する。電気導通部とケースとを一体成形し、結合部として、ケースの内壁下部に、電気導通部の周縁部と結合する形状の空間を設ける。
2012046578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状の電気導通部（４１）と、
内壁下部に設けた結合部に、前記電気導通部（４１）の周縁部が結合すると共に、内壁上部が前記電気導通部（４１）の全周を囲うケース（３１）と、
前記半導体素子及び前記電気導通部（４１）を鉛直上方から被覆する封止材（６２）と
を有する半導体装置において、
前記電気導通部（４１）と前記ケースとを一体成形し、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の空間を設けた半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記電気導通部（４１）の周縁部の板厚をこの周縁部を除いた残りの電気導通部より薄くし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記ケース（３１）を構成する材料の収縮率は、前記電気導通部（４１）を構成する材料の収縮率より大きい半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記周縁部の形状を、前記電気導通部（４１）の外周に向かうほど段階的にまたは連続的に薄くし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記周縁部の形状を最も外側にその内側より鉛直方向に突出する突起を有する形状とし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項６】
平板状の電気導通部（４１）の鉛直上部に半導体素子を配置して電気的に接続し、
内壁上部が前記電気導通部（４１）の全周を囲うケース（３１）の内壁下部に結合部を設けて、この結合部に前記電気導通部（４１）の周縁部を結合させた後に、
前記半導体素子及び前記電気導通部（４１）を鉛直上方から封止材（６２）で被覆する半導体装置の生産方法であって、
前記電気導通部（４１）をセットした金型に前記樹脂材料を流し込むことによって前記電気導通部（４１）と前記ケース（３１）とを一体成形する半導体装置の生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置及び半導体装置の生産方法、特に封止材の漏れを防止するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ２００９-３２７３３Ａには、一方のフレーム枠部に凸部を、他方のフレーム枠部にこの凸部と噛み合う凹部をそれぞれ設け、２つのフレーム枠部を重ね合わせる際に、これら凸部と凹部を噛み合わせる半導体装置用リードフレームが開示されている。これにより、ゲルが漏れる際の封止部からの移動距離が長くなるので、ゲルが漏れるまでの時間を遅延させることができる。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、ＪＰ２００９-３２７３３Ａの技術では、凸部を凹部を単に噛み合わせる構造であるため、噛み合わせるのに必要な隙間が凸部と凹部の間に必ず存在する。このため、時間が経過すれば凸部と凹部の間に存在する隙間から封止材が漏れてしまう。
【０００４】
本発明は、時間が経過しても封止材が漏れることを防止し得る装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の半導体装置は、半導体素子が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状の電気導通部と、内壁下部に設けた結合部に、前記電気導通部の周縁部が結合すると共に、内壁上部が前記電気導通部の全周を囲うケースと、前記半導体素子及び前記電気導通部を鉛直上方から被覆する封止材とを有している。そして、前記電気導通部と前記ケースとを一体成形し、前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部の周縁部と結合する形状の空間を設ける。
【０００６】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態のモータ駆動用３相インバータの回路図である。
【図２】図２は、第１実施形態の１つのパワーモジュールの断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１実施形態のパワーモジュールの一部拡大断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの一部拡大断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２実施形態のパワーモジュールの一部拡大断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの一部拡大断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａに示す構成の変形構成を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第３実施形態のパワーモジュールの一部拡大断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの一部拡大断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第４実施形態のパワーモジュールの一部拡大断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの点線で囲った部分の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る非絶縁型のパワーモジュール１０を備えたモータ駆動用３相インバータ１４の回路図である。図１に示すように、１つのパワーモジュール１０は、複数のパワー半導体１１（半導体素子）及び複数の還流ダイオード１２（半導体素子）を有している。各還流ダイオード１２は、各パワー半導体１１と逆並列に接続されている。
【００１０】
パワー半導体１１は、例えば、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等の半導体素子によって構成される。この１つのパワーモジュール１０は、交流モータ１３を駆動するための３相インバータ１４の１相分である。直流電源１５の電力は、平滑用のコンデンサ１６と３個のパワーモジュール１０により、交流モータ１３を駆動する３相交流電力に変換される。交流モータ１３は、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）に用いられる。
【００１１】
詳細には、インバータ１４には、交流モータ１３とインバータ１４を接続する外部バスバー（出力側）２１、直流電源１５とインバータ１４を接続する外部バスバー（Ｐ側）２２及び外部バスバー（Ｎ側）２３が接続されている。１つのパワーモジュール１０は、外部バスバー（出力側）２１と接続する出力電極２４、外部バスバー（Ｐ側）２２と接続するＰ型電極２５及び外部バスバー（Ｎ側）２３と接続するＮ型電極２６を備えている。
【００１２】
図２は、１つのパワーモジュール１０の断面図である。図１には、３つのパワーモジュール１０が示されているが、３つとも同じ構成である。なお、図１の回路図においては、１つのパワーモジュール１０についてパワー半導体が２つ、還流ダイオードが２つしか示していない。しかし、実装状態では、１つのパワーモジュール１０についてパワー半導体が４つ、還流ダイオードが４つ用いられ、２つのパワー半導体、２つの還流ダイオードがそれぞれ並列接続されている。
【００１３】
パワーモジュール１０は、ケース３１の内部に、このケース３１と一体成形されたチップ実装電極４１（電気導通部）と、このチップ実装電極４１の鉛直上部に配置（実装）される複数の半導体チップ５１と、半導体チップ５１を冷却する目的で備えられる冷却器６１とを有する。なお、冷却器６１は、ケース３１とともに、チップ実装電極４１を電気的に絶縁した状態で固定する基部である。左右に２つある半導体チップ５１は、その一方がパワー半導体１１であれば、他方は還流ダイオード１２である。
【００１４】
左右２つの半導体チップ５１は、ハンダ５２によって、チップ実装電極４１の鉛直上方に電気的に導通可能に接合される。半導体チップ５１は、ケース３１に固定される強電電極端子５３と、ボンディングワイヤ５４〜５６や通電用金属電極５７により接続されている。中央にある電極端子５３は、ネジにより外部バスバーと電気的に接続される。なお、外部バスバーは、外部バスバー（Ｐ側）、外部バスバー（Ｎ側）、外部バスバー（出力側）のいずれかである。
【００１５】
パワーモジュール１０の鉛直下方では、冷却器６１が固定される。冷却器６１とチップ実装電極４１との間には、これらを電気的に絶縁するための絶縁シート６２が挟み込まれている。絶縁シート６２は、絶縁を確保しつつ、熱導電性を高めるためのグリースが塗布又は含浸されている。
【００１６】
ケース３１と冷却器６１とは、取付部材であるボルト６３及びナット６４によって固定される。すなわち、ケース３１と冷却器６１とによって、チップ実装電極４１及び絶縁シート６２を挟持し、これをボルト６３及びナット６４によって共締めする。これによりパワーモジュール１０の各部品が固定される。
【００１７】
半導体チップ５１（半導体素子）の表面が空気中の湿気や酸素に触れて酸化したり腐食したりしないように、封止材６５によってケース３１内部が封止される。すなわち、封止材６５は、半導体チップ５１及びチップ実装電極４１を鉛直上方から被覆するものである。封止材６５としては、ゲル状の樹脂を用いている。
【００１８】
このように、ケース３１内部を封止材６５によって封止されるパワーモジュール１０においては、封止材６５がケース３１とチップ実装電極４１との隙間から漏れるという課題がある。
【００１９】
図３Ａは、パワーモジュール１０の一部拡大断面図、図３Ｂは、図３Ａの点線で囲った部分の一部拡大断面図である。ケース３１は、内壁３１ｂの下部に設けた切り欠き３２にチップ実装電極４１の周縁部４２が嵌合（結合）すると共に、内壁３１ｂの上部がチップ実装電極４１の全周を囲うものである。嵌合部（結合部）としての切り欠き３２は、水平壁３２ａと鉛直壁３２ｂとからなる空間である。
【００２０】
ここでは、ケース３１は、箱から蓋の全部と底の一部とをとった形状であるとすると、このケース３１の４つの平壁状の内壁３１ｂの下端に切り欠き３２が設けられている。
【００２１】
一方、平板状のチップ実装電極４１は、平面の形状が長方形である。切り欠き３２にチップ実装電極４１の周縁部４２が入り込んで嵌合するように、チップ実装電極４１は、面方向（図３Ａの水平方向）に延設されている。以下、切り欠きと嵌合する部位のチップ実装電極を「周縁部」と定義し、周縁部以外の残りの部位を「電極本体部」と定義する。このように、２つの部位に分けて定義すると、チップ実装電極４１は、図３Ａに示すように、周縁部４２と電極本体部４３とからなる。なお、周縁部４２と電極本体部４３との境界に一点鎖線を記載している。一点鎖線は、後述する実施形態でも記載する。
【００２２】
切り欠き３２に周縁部４２を入り込ませて嵌合することにより、周縁部４２の上面４２ａと切り欠き３２の水平壁３２ａとを、かつ周縁部４２の側面４２ｂと切り欠き３２の鉛直壁３２ｂとをそれぞれ当接させてシールとし、ケース３１の切り欠き３２とチップ実装電極４１の周縁部４２との当接面から封止材６５が漏れないようにする。
【００２３】
しかしながら、ケース３１やチップ実装電極４１に生じる製作バラツキを避けることができないため、ケース３１の切り欠き３２とチップ実装電極４１の周縁部４２との当接面に隙間が生じると、封止材６５の漏れを完全に止めることはできない。また、構造上、狭小部がある場合は、狭小部のゲルは一般部に対して硬化が進みにくいため、ゲル封止・硬化工程後に未硬化残渣が漏れてくる可能性がある。
【００２４】
そこで本発明の第１実施形態では、ケース３１を構成する材料の収縮率がチップ実装電極４１（電気導通部）を構成する材料の収縮率より大きくなるように、ケース３１及びチップ実装電極４１の材料を選択し、ケース３１及びチップ実装電極４１を一体成形する。
【００２５】
ケース３１を構成する材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、芳香族ポリアミド（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）のような樹脂材料を用いることができる。一方、チップ実装電極４１を構成する材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銅−モリブデン合金（ＣｕＭｏ）、銅−タングステン合金（ＣｕＷ）、モリブデン−タングステン合金（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）のような金属材料やアルミニウム・シリコンカーバイト（ＡｌＳｉＣ）のようなセラミックと金属の複合材料を用いることができる。
【００２６】
ケース３１及びチップ実装電極４１を一体成形する方法としては、例えば、チップ実装電極４１をセット（配置）した金型に、溶かした樹脂材料を流し込んでケース３１を成型し、樹脂材料が固まった後に金型より取り出す方法がある。この一体成形する方法は、全ての実施形態で用いる。
【００２７】
ケース３１及びチップ実装電極４１を一体成形する際には、チップ実装電極４１を構成する材料よりも収縮率の大きな樹脂材料であるケース３１のほうが大きく収縮する。この収縮率の差によって、ケース３１と当接している周縁部４２の外周の全てに周囲から周縁部の面に対して直交する向きに一定の圧力が作用する。ここでは、ケース３１と当接している周縁部４２の外周は、水平方向の平面である上面４２と、鉛直方向の平面である側面４２ｂである。従って、周縁部４２の上面４２ａには、切り欠き３２の水平壁３２ａより鉛直下方に向けて、また周縁部４２の側面４２ｂには、切り欠き３２の鉛直壁３２ｂよりケース内側（図３Ｂの右）に向けてそれぞれ圧力が作用する（図３Ｂの矢印参照）。つまり、一体成形する際のケース３１及びチップ実装電極４１の収縮により、切り欠き周りのケース３１が鉛直方向と水平方向の２つの方向に周縁部４２を押しつける圧力が発生する。
【００２８】
これによって、鉛直方向（チップ実装電極４１の板厚方向（図３Ｂの上下方向））の当接面および水平方向（チップ実装電極４１の面方向（図３Ｂの水平方向））の当接面の２つの面でケース３１とチップ実装電極４１との密着性が向上する。つまり、ケース３１とチップ実装電極４１との２つの当接面で隙間がなくなるため、封止材６５がケース３１とチップ実装電極４１との当接面の隙間を通ってケース３１外部に漏れるのを防止できる。
【００２９】
ここで、第１実施形態の作用効果をまとめると、次のようになる。すなわち、第１実施形態における半導体装置は、半導体チップ５１（半導体素子）が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状のチップ実装電極４１（電気導通部）と、内壁３１ｂの下部に設けた切り欠き３２（嵌合部）に、このチップ実装電極４１の周縁部４２が嵌合すると共に、内壁３１ｂの上部がチップ実装電極４１の全周を囲うケース３１と、半導体チップ５１及びチップ実装電極４１を鉛直上方から被覆する封止材６５とを有する。この半導体装置において、ケース３１を構成する材料の収縮率をチップ実装電極４１を構成する材料の収縮率より大きくすると共に、チップ実装電極４１とケース３１とを一体成形する。このように、第１実施形態によれば、ケース３１及びチップ実装電極４１の一体成形時に、ケース３１の内壁３１ｂ下部に設けた切り欠き３２周りのケース３１が、この切り欠き３２に嵌合する周縁部４２より大きく収縮する。この一体成形時のケース３１とチップ実装電極４１の収縮率の差異により、ケース３１やチップ実装電極４１のサイズに製作バラツキが生じていても、切り欠き３２周りのケース３１が鉛直方向（チップ実装電極４１の板厚方向）の当接面と水平方向（チップ実装電極４１の面方向）当接面との２つの面でチップ実装電極４１の周縁部４２に密着するので、チップ実装電極４１の周縁部４２とケース３１との当接面の隙間がなくなり、封止材６５がケース外へと漏れることを防止できる。
【００３０】
（第２実施形態）
図４Ａは、第２実施形態のパワーモジュール１０の一部拡大断面図、図４Ｂは、図４Ａの点線で囲った部分の一部拡大断面図である。第１実施形態の図３Ａおよび図３Ｂと同一部分には、同一番号を付している。
【００３１】
第１実施形態では、チップ実装電極４１の周縁部４２の板厚（鉛直方向の厚さ）がチップ実装電極４１の電極本体部４３と同じであった。第２実施形態は、周縁部４２の板厚を電極本体部４３より薄くすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部に、この周縁部４２と嵌合する形状の溝３３を設けるものである。すなわち、周縁部４２は、図４Ｂに示すように、１つの上面４２ａ、２つの下面４２ｄ、４２ｅ、３つの側面４２ｂ、４２ｃ、４２ｆからなる。下面は２つあるので、４２ｄを第１の下面、４２ｅを第２の下面４２ｅとする。側面は３つあるので、４２ｂを第１の側面、４２ｃを第２の側面、４２ｆを第３の側面とする。
【００３２】
周縁部４２の上面４２ａは、電極本体部４３の上面４３ａより低くする。周縁部４２の上面４２ａと電極本体部４３の上面４３ａとは第２の側面４２ｃでつながれる。第１の下面４２ｄは、電極本体部４３の下面４３ｂと同じ面とし、第２の下面４２ｅは、第１の下面４２ｄよりも高い位置とする。第１の下面４２ｄと第２の下面４２ｅとは、第３の側面４２ｆでつながれる。このように、周縁部４２の板厚を電極本体部４３の板厚より小さくするには、例えばプレスや切削といった方法を用いればよい。
【００３３】
一方、溝３３（嵌合部）は、図４Ｂに示すように、２つの水平壁３３ａ、３３ｃ、２つの鉛直壁３３ｂ、３３ｄからなる。水平壁は２つあるので、３３ａを第１の水平壁、３３ｃを第２の水平壁とする。鉛直壁も２つあるので、３３ｂを第１の鉛直壁、３３ｄを第２の鉛直壁とする。
【００３４】
第１の水平壁３３ａは、電極本体部４３の上面４３ａより低い位置にあり、第２の水平壁３３ｃは、ケース３１の下面３１ａより高い位置にある。第２の側壁３３ｄは、ケース内壁３１ｂよりケース外側（図４Ｂの左）にある。
【００３５】
第２実施形態では、ケース３１の内壁３１ｂの下部に嵌合部として設けるのが、切り欠きではなく溝３３であるので、周縁部４２の第２の下面４２ｅにもケース３０が当接する。このため、ケース３１及びチップ実装電極４１を一体成形する際に、周縁部４２の上面４２ａには、溝３３の第１の水平壁３３ａより鉛直下方に向けて、周縁部４２の第２の下面４２ｅには、溝３３の第２の水平壁３３ｃより鉛直上方に向けてそれぞれ圧力が作用する（図４Ｂの矢印参照）。つまり、一体成形する際の収縮により、周縁部４２を鉛直方向の上下より挟み込むような圧力が発生するので、ケース３１とチップ実装電極４１との２つの水平方向の当接面の密着性が一段と向上する。
【００３６】
また、ケース３１に溝３３を設けることによって、チップ実装電極４１とケース３１とが結合している箇所の接触面が多くなり、封止材６５がケース外に漏れ出るまでの距離が長くなるので、封止材６５を漏れにくくすることができる。
【００３７】
図４Ｃは、周縁部４２の上面４２ａを、電極本体部４３の上面４３ａと同じ高さとした変形構成図である。図４Ｃに示す構成においても、周縁部４２の板厚は、電極本体部４３より薄く、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部に、この周縁部４２と嵌合する形状の溝３３が設けられている。従って、図４Ａに示す構成と同様の効果が得られる。
【００３８】
以上、第２実施形態によれば、周縁部４２の板厚を電極本体部４３より薄くすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部に、この周縁部４２と嵌合する形状の溝３３を設けるので、溝３３周りのケース３１が水平方向だけでなく鉛直方向の上下からチップ実装電極４１の周縁部４２に密着するので、チップ実装電極４１の周縁部４２とケース３１との当接面の隙間をさらに減らすことができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図５Ａは、第３実施形態のパワーモジュール１０の一部拡大断面図、図５Ｂは、図５Ａの点線で囲った部分の一部拡大断面図である。第１実施形態の図３Ａおよび図３Ｂと同一部分には、同一番号を付している。
【００４０】
第２実施形態のように、周縁部４２の板厚を電極本体部４３の板厚より小さくすることで、ケース３１及びチップ実装電極４１を一体成形する際の収縮により周縁部４２を鉛直方向の上下より挟み込むような圧力が発生し、ケース３１とチップ実装電極４１との水平方向の当接面の密着性が高くなる。しかし、この構成では、周縁部４２の板厚が薄くなるにしたがい、たわみや変形に対する周縁部４２の強度が低下してしまう。
【００４１】
第３実施形態は、この問題点を解決するため、周縁部４２’の形状を、チップ実装電極４１の外周に向かうほど段階的に薄くなる形状とすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部に、この周縁部４２’と嵌合する形状の溝３３’を設ける。すなわち、周縁部４２’は、図５Ｂに示したように、１つの上面４２ａ、３つの下面４２ｄ、４２ｅ、４２ｇ、３つの側面４２ｂ、４２ｆ、４２ｈからなる。下面は３つあるので、４２ｄを第１の下面、４２ｅを第２の下面４２ｅ、４２ｇを第３の下面とする。側面は３つあるので、４２ｂを第１の側面、４２ｆを第２の側面、４２ｈを第３の側面とする。
【００４２】
第１の下面４２ｄは、電極本体部４３の下面４３ｂと同じ面とし、第２の下面４２ｅは、第１の下面４２ｄよりも高い位置とし、第３の下面４２ｇは、第２の下面４２ｅよりも高い位置とする。第１の下面４２ｄと第２の下面４２ｅとは、第２の側面４２ｆでつながれ、第３の下面４２ｇと第２の下面４２ｅとは第３の側面４２ｈでつながれる。このように、周縁部４２’がチップ実装電極４１の外周に向かうほど段階的に薄くなる形状とするには、例えばプレスや切削といった方法を用いればよい。
【００４３】
一方、溝３３’（嵌合部）は、図５Ｂに示すように、３つの水平壁３３ａ、３３ｃ、３３ｅ、３つの鉛直壁３３ｂ、３３ｄ、３３ｆからなる。水平壁は３つあるので、３３ａを第１の水平壁、３３ｃを第２の水平壁、３３ｅを第３の水平壁とする。鉛直壁は３つあるので、３３ｂを第１の鉛直壁、３３ｄを第２の鉛直壁、３３ｆを第３の鉛直壁とする。
【００４４】
第１の水平壁３３ａは、電極本体部４３の上面４３ａと同じ位置にあり、第２の水平壁３３ｃは、ケース３１の下面３１ａより高い位置にあり、第３の水平壁３３ｅは、第２の水平壁３３ｃより高く、かつ第１の水平壁３３ａより低い位置にある。第２の鉛直壁３３ｄは、第１の鉛直壁３３ｂよりケース内壁３１ｂ側（図５Ｂの右）にあり、第３の鉛直壁３３ｆは、第１の鉛直壁３３ｂと第２の鉛直壁３３ｄの中間にある。
【００４５】
今、周縁部４２’を図５Ａに示すように、外周側から第１の周縁部４２１、第２の周縁部４２２、第３の周縁部４２３の３つに分割し（一点鎖線参照）、鉛直方向に作用する圧力のみについて考える。ケース３１及びチップ実装電極４１を一体成形する際に、第３の周縁部４２３には、上面（４２ａ）にのみ鉛直下方に向かう圧力が、第２の周縁部４２２には、上面（４２ａ）に鉛直下方に向かう圧力が、下面（４２ｅ）に鉛直上方に向かう圧力が、第１の周縁部４２１には、上面（４２ａ）に鉛直下方に向かう圧力が、下面（４２ｇ）に鉛直上方に向かう圧力がそれぞれ作用する（図５Ｂの矢印参照）。ここで、第３の周縁部４２３、第２の周縁部４２２、第１の周縁部４２１の順に板厚が薄いので、板厚方向に作用する力は、第３の周縁部４２３、第２の周縁部４２２、第１の周縁部４２１の順に大きくなる。つまり、第３の周縁部４２３、第２の周縁部４２２、第１の周縁部４２１の順に、ケース３１とチップ実装電極４１との水平方向の当接面の密着性が向上する。その一方で、第１の周縁部４２１、第２の周縁部４２２、第３の周縁部４２３の順に板厚が厚くなるので、この順に周縁部の強度が向上する。
【００４６】
このように、第３実施形態によれば、周縁部４２’の形状を、チップ実装電極４１の外周に向かうほど段階的に薄くなる形状とすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部に、この周縁部４２’と嵌合する形状の溝３３’を設ける。これにより、周縁部４２’の板厚がチップ実装電極４１の外周（図５Ｂの左）に向かうほど小さくなるのに従って、ケース３１とチップ実装電極４１との水平方向の当接面の密着性が向上する。また、周縁部４２’の板厚がチップ実装電極４１の中央部（図５Ｂの右）に向かうほど大きくなるのに従って、周縁部４２’の強度が向上する。第３実施形態によれば、ケース３１との密着性およびチップ実装電極４１の強度をともに確保することができる。
【００４７】
第３実施形態では、周縁部の形状を、チップ実装電極４１の外周に向かうほど段階的に薄くなる形状とすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部にこの周縁部と嵌合する形状の溝を設ける場合で説明したが、これに限られるものでない。例えば、周縁部の形状を、チップ実装電極４１の外周に向かうほど連続的に薄くなる形状とすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部にこの周縁部と嵌合する形状の溝を設けるようにしてもかまわない。
【００４８】
（第４実施形態）
図６Ａは、第４実施形態のパワーモジュール１０の一部拡大断面図、図６Ｂは、図６Ａの点線で囲った部分の一部拡大断面図である。第１実施形態の図３Ａおよび図３Ｂと同一部分には、同一番号を付している。
【００４９】
ケース３１及びチップ実装電極４１の一体成形後に、環境温度の変化によって、ケース３１及びチップ実装電極４１が高温化した場合には、一体成形時と逆のことが生じる。すなわち、チップ実装電極４１を構成する材料よりも収縮率の大きな樹脂材料であるケース３１のほうが高温化によって大きく膨張する。これによって、ケース３１と当接している周縁部４２の外周に周囲から作用していた圧力が消失するだけでなく、ケース３１とチップ実装電極４１との当接面に隙間が生じ得る。
【００５０】
第４実施形態は、この問題点を解決するため、周縁部’’の形状を最も外側に、その内側より鉛直下方（鉛直方向）に突出する突起４５を有する形状とすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部にこの周縁部’’と嵌合する形状の溝３３’’を設ける。すなわち、周縁部４２’’は、図６Ｂに示すように、１つの上面４２ａ、３つの下面４２ｄ、４２ｅ、４２ｉ、３つの側面４２ｂ、４２ｆ、４２ｊからなる。下面は、３つあるので、４２ｄを第１の下面、４２ｅを第２の下面、４２ｉを第４の下面とする。側面は３つあるので、４２ｂを第１の側面、４２ｆを第２の側面、４２ｊを第４の側面とする。
【００５１】
第１の下面４２ｄは、電極本体部４３の下面４３ｂと同じ面とし、第２の下面４２ｅは、第１の下面４２ｄよりも高い位置とし、第４の下面４２ｉは第２の下面４２ｅと第１の下面４２ｄとの間とする。第１の下面４２ｄと第２の下面４２ｅとは、第３の側面４２ｆで、第４の下面４２ｉと第２の下面４２ｅとは第４の側面４２ｊでつながれる。このように、周縁部４２’’の形状を、最も外側にその内側より鉛直下方に突出する突起４５を有する形状とするには、例えばプレスや切削といった方法を用いればよい。
【００５２】
一方、溝３３’’（嵌合部）は、図６Ｂに示すように、３つの水平壁３３ａ、３３ｃ、３３ｉ、３つの鉛直壁３３ｂ、３３ｄ、３３ｊからなる。水平壁は３つあるので、３３ａを第１の水平壁、３３ｃを第２の水平壁、３３ｉを第４の水平壁とする。鉛直壁は３つあるので、３３ｂを第１の鉛直壁、３３ｄを第２の鉛直壁、３３ｊを第４の鉛直壁とする。
【００５３】
第１の水平壁３３ａは、電極本体部４３の上面４３ａと同じ位置にあり、第２の水平壁３３ｃは、ケース３１の下面３１ａより高い位置にあり、第４の水平壁３３ｉは、第１の水平壁３３ａと第２の水平壁３３ｃの間にある。第２の鉛直壁３３ｄは、第１の鉛直壁３３ｂよりケース内壁側（図６Ｂの右）にあり、第４の鉛直壁３３ｊは、第１の鉛直壁３３ｂと第２の鉛直壁３３ｄの中間にある。
【００５４】
環境温度の変化でケース３１及びチップ実装電極４１が高温となり、ケース３１及びチップ実装電極４１が膨張する場合、突起部４５の一方の側面である第１の側面４２ｂには、第１の鉛直壁３３ｂよりケース内壁３１ｂ側（図６Ｂの右）に向けて、突起部４５の他方の側面である第４の側面４２ｊには、第４の鉛直壁３３ｊよりケース外側（図６Ｂの左）に向けて、それぞれ圧力が作用する（図６Ｂの矢印参照）。つまり、ケース３１及びチップ実装電極４１の膨張により突起部４５を水平方向の両側より挟み込むような圧力が発生するので、ケース３１とチップ実装電極４１との鉛直方向の当接面の密着性が一段と向上する。
【００５５】
このように、第４実施形態によれば、周縁部４２’’の形状を、最も外側にその内側より鉛直方向に突出する突起４５を有する形状とすると共に、嵌合部として、ケース３１の内壁３１ｂ下部にこの周縁部４２’’と嵌合する形状の溝３３’’を設ける。これにより、環境温度の変化で高温となり、ケース及び電気導通部が膨張する場合に、突起４５周りのケース３１が水平方向の両側からチップ実装電極４１の周縁部４２’’に密着する。従って、環境温度の変化に伴う膨張時においても、ケース３１とチップ実装電極４１との当接面の隙間を減らして、封止材６５がケース外へと漏れることを防止できる。
【００５６】
以上、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこのような具体的構成に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の趣旨内における様々な変更及び同等の構成を含むものである。
【００５７】
本願は２０１０年１０月７日に日本国特許庁に出願された特願２０１０−２２７８２３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2012046578.tif 000003
【図２】
2012046578.tif 000004
【図３Ａ】
2012046578.tif 000005
【図３Ｂ】
2012046578.tif 000006
【図４Ａ】
2012046578.tif 000007
【図４Ｂ】
2012046578.tif 000008
【図４Ｃ】
2012046578.tif 000009
【図５Ａ】
2012046578.tif 000010
【図５Ｂ】
2012046578.tif 000011
【図６Ａ】
2012046578.tif 000012
【図６Ｂ】
2012046578.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月10日(2012.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状の電気導通部（４１）と、
内壁下部に設けた結合部に、前記電気導通部（４１）の周縁部が結合すると共に、内壁上部が前記電気導通部（４１）の全周を囲うケース（３１）と、
前記半導体素子及び前記電気導通部（４１）を鉛直上方から被覆する封止材（６５）と
を有する半導体装置において、
前記電気導通部（４１）と前記ケースとを一体成形し、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の空間を設け、
前記ケース（３１）を構成する材料の収縮率は、前記電気導通部（４１）を構成する材料の収縮率より大きい半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記電気導通部（４１）の周縁部の板厚をこの周縁部を除いた残りの電気導通部より薄くし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記周縁部の形状を、前記電気導通部（４１）の外周に向かうほど段階的にまたは連続的に薄くし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記周縁部の形状を最も外側にその内側より鉛直方向に突出する突起を有する形状とし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部（４１）の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項６】
平板状の電気導通部（４１）の鉛直上部に半導体素子を配置して電気的に接続し、
内壁上部が前記電気導通部（４１）の全周を囲い、構成材料の収縮率が前記電気導通部（４１）を構成する材料の収縮率より大きいケース（３１）の内壁下部に結合部を設けて、この結合部に前記電気導通部（４１）の周縁部を結合させた後に、
前記半導体素子及び前記電気導通部（４１）を鉛直上方から封止材（６５）で被覆する半導体装置の生産方法であって、
前記電気導通部（４１）をセットした金型に前記樹脂材料を流し込むことによって前記電気導通部（４１）と前記ケース（３１）とを一体成形する半導体装置の生産方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月5日(2013.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状の電気導通部と、
内壁下部に設けた結合部に、前記電気導通部の周縁部が結合すると共に、内壁上部が前記電気導通部の全周を囲うケースと、
前記半導体素子及び前記電気導通部を鉛直上方から被覆する封止材と
を有する半導体装置において、
前記電気導通部と前記ケースとを一体成形し、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部の周縁部と結合する形状の空間を設け、
前記ケースを構成する材料の収縮率は、前記電気導通部を構成する材料の収縮率より大きい半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記電気導通部の周縁部の板厚をこの周縁部を除いた残りの電気導通部より薄くし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記周縁部の形状を、前記電気導通部の外周に向かうほど段階的にまたは連続的に薄くし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記周縁部の形状を最も外側にその内側より鉛直方向に突出する突起を有する形状とし、
前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部の周縁部と結合する形状の溝を設けた半導体装置。
【請求項５】
平板状の電気導通部の鉛直上部に半導体素子を配置して電気的に接続し、
内壁上部が前記電気導通部の全周を囲い、構成材料の収縮率が前記電気導通部を構成する材料の収縮率より大きいケースの内壁下部に結合部を設けて、この結合部に前記電気導通部の周縁部を結合させた後に、
前記半導体素子及び前記電気導通部を鉛直上方から封止材で被覆する半導体装置の生産方法であって、
前記電気導通部をセットした金型に樹脂材料を流し込むことによって前記電気導通部と前記ケースとを一体成形する半導体装置の生産方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の半導体装置は、半導体素子が鉛直上部に配置され電気的に接続される平板状の電気導通部と、内壁下部に設けた結合部に、前記電気導通部の周縁部が結合すると共に、内壁上部が前記電気導通部の全周を囲うケースと、前記半導体素子及び前記電気導通部を鉛直上方から被覆する封止材とを有している。そして、前記電気導通部と前記ケースとを一体成形し、前記結合部として、前記ケースの内壁下部に、前記電気導通部の周縁部と結合する形状の空間を設け、前記ケースを構成する材料の収縮率は、前記電気導通部を構成する材料の収縮率より大きい。
【国際調査報告】
2012046578.tif 000014
2012046578.tif 000015