(57)【要約】【課題】ケース内に充填されたゲル状充填材の揺動によるボンディングワイヤの断線を防止し、耐振動強度を向上させることのできる半導体装置を提供する。【解決手段】ケース７内に半導体素子とボンディングワイヤを保護するゲル状充填材８を充填した半導体装置において、半導体装置１に発生する振動方向Ｋとゲル状充填材８の短手方向Ｓを一致させるようにして、前記ゲル状充填材８を前記ケース７内に充填した。ゲル状充填材８は、長手方向Ｌには半導体装置に加振される振動に対して共振し易いが、短手方向Ｓには共振し難く。そのため、ゲル状充填材の揺動が抑制され、ボンディングワイヤの断線を回避することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に搭載された半導体素子と、
前記回路基板上に絶縁体を介して積層された導体と、
前記半導体素子と前記導体とを電気的に繋ぐボンディングワイヤと、
前記回路基板を内部に収容するように該回路基板の周囲に取り付けられたケースと、
前記ケース内に充填されて少なくとも前記半導体素子と前記ボンディングワイヤを保護するゲル状充填材と、を備えた半導体装置であって、
前記半導体装置に発生する振動方向と前記ゲル状充填材の短手方向を一致させて、前記ゲル状充填材を前記ケース内に充填した構成とした
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ゲル状充填材を分離する分離壁を前記ケースに設けて、前記半導体装置に発生する振動方向と前記ゲル状充填材の短手方向を一致させた
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記分離壁高さを、前記ゲル状充填材高さより低くした
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
少なくとも請求項１から請求項３の何れか１項に記載された半導体装置を、エンジンとモータを一体型ユニットとした車両駆動装置の車両後方若しくは該車両駆動装置の出力軸端部に配置した
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、詳細には、耐振動強度向上技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばエンジンやモータ等の出力軸線方向よりもエンジンのシリンダ内に振動が作用する方向や出力軸線回りの振れ回りの振動の方が大きいのに合わせて、電子制御ユニットやパワーユニット等の電子回路をモジュール化したモジュール部品を、振動の影響の少ない出力軸線方向に対してボンディングワイヤを含む平面が垂直となるように配置することで、ボンディングワイヤの耐久性を損なうボンディングワイヤを含む面に垂直な方向への大きな振動が加わるのを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００２／０２５０８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、外乱によって半導体装置に入力される大きな振動（加振力）に対してモジュールケース内に充填された粘弾性を呈するゲル状物質が共振することによって変位し、そのゲル状物質の変位に連動してボンディングワイヤも変位することから、前記ボンディングワイヤが断線等するといった問題が発生する。
【０００５】
そこで、本発明は、ケース内に充填されたゲル状充填材の揺動によるボンディングワイヤの断線を防止し、耐振動強度を向上させることのできる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置では、半導体装置に発生する振動方向とゲル状充填材の短手方向を一致させて、前記ゲル状充填材をケース内に充填した構造とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体装置によれば、半導体装置に発生する振動方向とゲル状充填材の短手方向を一致させたことにより、ゲル状充填材の長手方向に対して短手方向は揺動し難い（共振し難い）ことからゲル状充填材の揺動を抑制することができ、ボンディングワイヤに加わる強制変位を低減できる。その結果、ボンディングワイヤの断線を防止することができ、半導体装置の耐振信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は実施形態１の半導体装置の全体斜視図である。
【図２】図２は図１の半導体装置において、ケースと蓋を分離した状態の半導体装置の全体斜視図である。
【図３】図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４はゲル状充填材を分離壁で分離した実施形態２の半導体装置の斜視図である。
【図５】図５は分離壁高さをゲル状充填材高さよりも低くした実施形態３の半導体装置の斜視図である。
【図６】図６は本発明の半導体装置を車両駆動装置の車両後方位置若しくは車両駆動装置の出力軸端部に配置した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
「実施形態１」
図１は実施形態１の半導体装置の全体斜視図、図２は図１の半導体装置において、ケースと蓋を分離した状態の半導体装置の全体斜視図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１１】
実施形態１の半導体装置１は、図１から図３に示すように、回路基板２に搭載された半導体素子３と、回路基板２上に絶縁体４を介して積層された導体５と、半導体素子３と導体５とを電気的に繋ぐボンディングワイヤ６と、回路基板２を内部に収容するように該回路基板２の周囲に取り付けられたケース７と、ケース７内に充填されて少なくとも半導体素子３とボンディングワイヤ６を保護するゲル状充填材８と、回路基板２に貼り合わされた放熱板９と、ケース７に取り付けられてゲル状充填材８を封止する蓋１０と、を備えている。
【００１２】
半導体素子３は、例えば電気自動車等において電力変換をするためのデバイスとして使用される。具体的には、バッテリーからの直流電源をモーターへの３相交流に変換して流すインバータにおいて、電流変換を行うパワーモジュール中に設けたスイッチング素子の導通、非導通を制御する機能として半導体素子３が使用される。この半導体素子３は、電子回路部が形成された回路基板２の一面２ａとなる部品実装面に実装されている。
【００１３】
導体５は、回路基板２の部品実装面である一面２ａ上に、直接設けられるのではなく絶縁体４を介して設けられている。
【００１４】
ボンディングワイヤ６は、半導体素子３に電力を供給する電力供給線として機能する。このボンディングワイヤ６は、半導体素子３と導体５とを電気的に繋ぐように接続されている。具体的には、ボンディングワイヤ６は、一端を半導体素子３に電気的に接続し、他端を導体５に接続させてアーチ状とされている。
【００１５】
ケース７は、回路基板２を内部に収容するように該回路基板２の周囲に取り付けられる平面視長方形をなす枠体として形成されている。このケース７は、内部に半導体素子３や導体５若しくはボンディングワイヤ６を実装させた回路基板２とゲル状充填材８とを充填させるキャビティとしても機能する。
【００１６】
放熱板９は、半導体素子３が発する熱を放熱するヒートシンクとして機能する。この放熱板９は、前記回路基板２の部品実装面である一面２ａとは反対側の他面２ｂに貼り付けられている。また、放熱板９は、半導体素子３の発熱をケース外へと放熱するため、ケース７の底に取り付けられている。別の見方をすると、放熱板９は、ケース７の底を構成している。
【００１７】
ゲル状充填材８は、回路基板２上に実装された半導体素子３、導体５及びボンディングワイヤ６を覆うようにしてケース７内に充填されている。かかるゲル状充填材８は、これら半導体素子３、導体５及びボンディングワイヤ６が損傷等しないように外力から保護する役目をする。また、ゲル状充填材８は、ケース７内に隙間無く満たされるように充填される。ゲル状充填材８としては、例えばシリコン系、エポキシ系等の粘弾性を呈する樹脂が使用される。ゲル状充填材として使用できる樹脂としては、例えば、シリコン、ウレタン、エポキシがある。
【００１８】
蓋１０は、ゲル状充填材８を充填させたケース７の上部に取り付けられている。このケース７の上部が蓋１０で閉蓋されると、ゲル状充填材８が封止されることになる。
【００１９】
本実施形態の半導体装置では、半導体装置１に発生する（加えられる）振動方向（加振方向）Ｋと、前記ゲル状充填材８の短手方向Ｓを一致させて、前記ゲル状充填材８を前記ケース７内に充填させている。
【００２０】
半導体装置１には、例えば図２に示すように、自動車等に搭載されるエンジンやモーター等の車両駆動装置からの振動やロードノイズがケース７の長手方向ではなく短手方向Ｋに発生する（加振される）ものとする。そうした場合、ケース７内に充填されたゲル状充填材８は、前記半導体装置１に発生する振動に対してそのゲル状充填材８自身の長手方向Ｌには共振し易く、ゲル状充填材８自身の短手方向Ｓには共振し難い特性を有する。
【００２１】
したがって、半導体装置１に発生する（加振される）振動方向Ｋにゲル状充填材８の短手方向Ｓを一致させれば、ゲル状充填材８の長手方向Ｌに対して短手方向Ｓは共振し難い（揺動し難い）ことから、ゲル状充填材８の揺動を抑制することができる。つまり、本実施形態の半導体装置１によれば、該半導体装置１に発生する振動に共振するゲル状充填材８の共振点が高くなり、ボンディングワイヤ６に加わる強制変位の低減及びボンディングワイヤ内部に発生する応力を低減することができる。したがって、本実施形態の半導体装置１によれば、ボンディングワイヤ６の断線を回避することができ、耐振動強度を大幅に向上させることができる。
【００２２】
「実施形態２」
図４はゲル状充填材を分離壁で分離した実施形態２の半導体装置の斜視図である。実施形態２の半導体装置では、ゲル状充填材８を分離する分離壁１１をケース７に設けて、前記半導体装置１に発生する振動方向Ｋと前記ゲル状充填材８の短手方向Ｓを一致させたものである。実施形態２では、先の実施形態１とは異なり、ケース７の長手方向を、半導体装置１に発生する振動方向とした。
【００２３】
図４では、ケース７の内側にゲル状充填材８を充填させるキャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが３つ形成されるように、ケース７の短手方向に沿って２つの分離壁１１を形成している。これら分離壁１１は、何れもケース７の高さと同じ高さを持つ仕切り壁として該ケース７に一体化されている。そのため、各キャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内のゲル状充填材８は、隣接するキャビティーに対して分離された状態にある。
【００２４】
なお、各キャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃには、実施形態１と同様、回路基板２に実装された半導体素子３、導体５及びボンディングワイヤ６が設けれているものとする。
【００２５】
このように構成した実施形態２の半導体装置では、前記分離壁１１をケース７に設けて半導体装置１に発生する振動方向Ｋとゲル状充填材８の短手方向Ｓを一致させているので、実施形態１と同様、ゲル状充填材８の揺動を抑制することができ、ボンディングワイヤ６の断線を回避することができる。なお、ケース７には分離壁１１を設けずに蓋１０に分離壁１１を設けることも考えられるが、そうすると、蓋１０をケース７に組み付ける時にゲル状充填材８及びボンディングワイヤ６が変形するので好ましくない。
【００２６】
また、実施形態２によれば、ケース７の外形形状に拘わらず、ゲル状充填材８の短手方向Ｓと半導体装置１に発生する振動方向Ｋを分離壁１１によって一致させることができるため、例えケース７の長手方向が半導体装置１に発生する振動方向Ｋであってもゲル状充填材８の揺動を抑制することができる。したがって、本実施形態２によれば、ケース７の外形形状に左右されることなくケース７に分離壁１１を設けることで、半導体モジュールのレイアウトの自由度を高めることができる。
【００２７】
「実施形態３」
図５は分離壁高さをゲル状充填材高さよりも低くした実施形態３の半導体装置の斜視図である。なお、図５では、分離壁１１の高さを表すために各キャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内に配置される回路基板２、半導体素子３、導体５及びボンディングワイヤ６の図示は省略してある。
【００２８】
実施形態２の半導体装置では、ケース７に設けた分離壁１１の壁高さをケース７の高さと同じとしたが、実施形態３では、その分離壁１１の高さをゲル状充填材８の高さより低くしている。
【００２９】
つまり、この実施形態３の半導体装置では、各キャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、ケース８の高さよりも少し低い分離壁１１で分離されるが、そのキャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内に充填されたゲル状充填材８は分離壁１１の上部で繋がった形態となっている。
【００３０】
実施形態３の半導体装置によれば、実施形態２と同様、半導体装置１に発生する振動方向Ｋと各キャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内のゲル状充填材８の短手方向Ｓを分離壁１１によって一致させたことによるボンディングワイヤ６の断線回避効果に加えて、各キャビティー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが繋がることでケース７内へのゲル状充填材８の充填工程を一度の作業で行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００３１】
「実施形態４」
図６は本発明の半導体装置を車両駆動装置の車両後方位置若しくは車両駆動装置の出力軸端部に配置した図である。
【００３２】
実施形態４では、エンジン１３とモーター１４を一体化した車両駆動装置を搭載した車両１５に、バッテリーからの直流電源をモーターへ３相交流に変換して流すためのインバータの一部を構成する半導体モジュールとして本発明に係る半導体装置１を所定位置に配置する。
【００３３】
なお、車両駆動装置の出力軸は、エンジン１３の出力軸、モーター１４の出力軸を指すものとする。
【００３４】
例えば、前記車両駆動装置の上部Ｈ１に半導体装置１を配置した場合は、車両前高が増すことになり、車載時のレイアウト自由度が低減する。また、前記車両駆動装置の下部Ｈ２に半導体装置１を配置した場合は、車両最低地上高制限に影響し、やはり車載時のレイアウト自由度が低減する。また、前記車両駆動装置の前部Ｈ３に半導体装置１を配置した場合は、衝突安全性確保のため望ましくない。
【００３５】
そこで、実施形態３では、半導体装置１を車両駆動装置の車両後方位置Ｈ４若しくは車両駆動装置の出力軸端部Ｈ５に配置することで、車載時のレイアウト自由度と衝突安全性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、回路基板上に実装された半導体素子と導体を接続するボンディングワイヤ等をゲル状充填材で覆った半導体装置を自動車等に搭載する技術として利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…半導体装置
２…回路基板
３…半導体素子
４…絶縁体
５…導体
６…ボンディングワイヤ
７…ケース
８…ゲル状充填材
９…放熱板
１０…蓋
１１…分離壁
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…キャビティー
１３…エンジン
１４…モータ
１５…車両
【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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