(57)【要約】【課題】ホルダと封止樹脂との界面の剥離を抑制した半導体装置を提供する。【解決手段】ベース板と、前記ベース板の上に設けられた半導体素子と、前記半導体素子の前記ベース板とは反対の側に設けられ、前記半導体素子と電気的に接続された端子を保持するホルダと、前記半導体素子を取り囲み、前記ホルダの側面に対向するケースと、前記ベース板と、前記ケースと、前記ホルダと、の間に充填された封止樹脂と、を備え、前記ホルダの前記側面には、前記ホルダの前記ベース板の側とは反対の側の主面の端部よりも前記ケースの側に突出した第１突出部が設けられ、前記第１突出部の前記ベース板とは反対の側の面の少なくとも一部は、前記封止樹脂で埋め込まれていることを特徴とする半導体装置が提供される。【選択図】図１
2010056244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、
前記ベース板の上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子の前記ベース板とは反対の側に設けられ、前記半導体素子と電気的に接続された端子を保持するホルダと、
前記半導体素子を取り囲み、前記ホルダの側面に対向するケースと、
前記ベース板と、前記ケースと、前記ホルダと、の間に充填された封止樹脂と、
を備え、
前記ホルダの前記側面には、前記ホルダの前記ベース板の側とは反対の側の主面の端部よりも前記ケースの側に突出した第１突出部が設けられ、
前記第１突出部の前記ベース板とは反対の側の面の少なくとも一部は、前記封止樹脂で埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１突出部は、前記ベース板に近づくに従って前記ホルダと前記ケースとの距離が狭くなる斜面を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ケースは、前記ケースの前記ホルダに対向する側の面に設けられた第２突出部を有し、
前記第２突出部の前記ベース板とは反対の側の面の少なくとも一部は、前記封止樹脂で埋め込まれてい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。
【請求項４】
前記第２突出部は、前記ベース板に近づくに従って前記ホルダと前記ケースとの距離が狭くなる斜面を有することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２突出部は、前記ベース板の主面に対して垂直な方向からの平面視において、前記第１突出部と対向しない位置に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂封止型の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用の半導体装置においては、ベース板の上に半導体チップが取り付けられ、そして、半導体チップの上方に設けられたホルダに保持された端子と半導体チップが電気的に接続され、これらベース板と端子ホルダとの間に樹脂が充填されている。このような半導体装置を使用する際には、ベース板は、例えば別途設けられる放熱フィンに固定され、一方、端子は、例えば別途設けられる電気回路部に固定される。従って、ベース板と端子ホルダとの間に応力が加わる。
【０００３】
従来の半導体装置においては、この応力によって、ホルダと封止樹脂との界面で剪断剥離を起こし、信頼性を悪化させ問題となっていた。
【０００４】
なお、特許文献１には、電力用半導体モジュールにおいて、樹脂ケースの上端部に係合する、樹脂封止用の天板を用いる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２３８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ホルダと封止樹脂との界面の剥離を抑制した半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ベース板と、前記ベース板の上に設けられた半導体素子と、前記半導体素子の前記ベース板とは反対の側に設けられ、前記半導体素子と電気的に接続された端子を保持するホルダと、前記半導体素子を取り囲み、前記ホルダの側面に対向するケースと、前記ベース板と、前記ケースと、前記ホルダと、の間に充填された封止樹脂と、を備え、前記ホルダの前記側面には、前記ホルダの前記ベース板の側とは反対の側の主面の端部よりも前記ケースの側に突出した第１突出部が設けられ、前記第１突出部の前記ベース板とは反対の側の面の少なくとも一部は、前記封止樹脂で埋め込まれていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ホルダと封止樹脂との界面の剥離を抑制した半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。  
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１１０は、ベース板１と、前記ベース板１の上に設けられた半導体素子５と、前記半導体素子の前記ベース板１とは反対の側に設けられ、前記半導体素子５と電気的に接続された端子１１を保持するホルダ１０と、前記ベース板１の周縁部の上に、前記ホルダ１０の側面１０ａに対向するように設けられたケース９と、前記ベース板１と、前記ケース９と、前記ホルダ１０と、の間に充填された封止樹脂７と、を備える。
【００１０】
そして、前記ホルダ１０の前記側面１０ａには、前記ホルダ１０の前記ベース板１の側とは反対の側の主面１０ｂの端部１０ｃよりも前記ケース９の側に突出した第１突出部２１が設けられ、前記第１突出部２１の前記ベース板１とは反対の側の面２１ａの少なくとも一部は、前記封止樹脂７で埋め込まれている。
【００１１】
これにより、ホルダ１０の第１突出部２１の上面（面２１ａ）が封止樹脂７で覆われているため、ホルダ１０と封止樹脂７との界面において、ホルダ１０と封止樹脂７とが剥離破壊することがない。  
これにより、ホルダ１０と封止樹脂７との界面の剥離が抑制される。
【００１２】
以下、図１に例示した半導体装置１１０について詳しく説明する。  
図１に表したように、半導体装置１１０においては、ベース板１が設けられる。ベース板１には、金属板などが用いられる。
【００１３】
ベース板１の上には、ハンダ２を介して絶縁基板３が設けられている。絶縁基板３は、例えばセラミック板３ａと、セラミック板３ａのベース板１の側に設けられた第１回路板３ｃと、セラミック板３ａのベース板１とは反対の側に設けられた第２回路板３ｂを有することができる。なお、図１に例示したように、第２回路板３ｂは、例えば、複数設けられている。
【００１４】
そして、絶縁基板３の上に、半導体素子５が設けられる。半導体素子５は例えば、サイリスタ、ダイオード、トランジスタなどの各種の電力用半導体素子である。
【００１５】
そして、例えば半導体素子５の１つの端子に接続されたワイヤ６が、第２回路板３ｂの１つに接続され、それが１つの端子１１に接続されている。また、半導体素子５に接続された別の第２回路板３ｂが、別の端子１１に接続されている。なお、同図では、端子１１は２つ図示されているが、端子１１の数は任意である。
【００１６】
端子１１は、絶縁基板３から上方（ベース板１とは反対の側）に向けて延在しており、ホルダ１０によって保持されている。
【００１７】
ホルダ１０の側面１０ａには、第１突出部２１が設けられている。第１突出部２１は、ホルダ１０のベース板１の側とは反対の側の主面１０ｂの端部１０ｃよりも、突出している。すなわち、第１突出部２１は、ケース９の側に突出している。
【００１８】
ベース板１の周縁部の上には、ケース９が設けられている。ケース９は、ホルダ１０の側面１０ａに対向している。
【００１９】
そして、ベース板１と、ケース９と、ホルダ１０と、の間に封止樹脂７が設けられている。そして、絶縁基板３の上面と側面、及び、半導体素子５は封止樹脂７によって埋め込まれている。
【００２０】
なお、封止樹脂７は、例えばベース板１側の第１封止樹脂７ａと、その上に設けられた第２封止樹脂７ｂと、を有することができる。第１封止樹脂７ａには、絶縁性が高く化学的安定なシリコン系の樹脂を用いることができる。また、第２封止樹脂７ｂには、機械的強度及び防湿性が高いエポキシ系の樹脂を用いることができる。
【００２１】
上記のような構成を有する半導体装置１１０は、例えば、ベース板１の上に、絶縁基板３、半導体素子５、ケース９、及び、ホルダ１０を、配置した後、封止樹脂７（第１封止樹脂７ａ及び第２封止樹脂７ｂ）を充填することによって作製される。
【００２２】
本実施形態に係る半導体装置１１０においては、ホルダ１０の側面１０ａに、第１突出部２１が設けられ、この第１突出部２１のベース板１とは反対の側の面２１ａが封止樹脂７で覆われている。具体的には、機械的強度の高い第２封止樹脂７ｂで覆われている。このため、突出部２１が封止樹脂７に引っかかり、ホルダ１０とベース板１との間に、引っ張りの力が加えられてもホルダ１０とベース板１との界面での剥離による剥がれは生じない。  
これにより、ホルダ１０と封止樹脂７との界面の剥離が抑制される。
【００２３】
（比較例）
図２は、比較例の半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図２に表したように、比較例の半導体装置９０は、ホルダ１０に突出部が設けられていない。これ以外は、本実施形態に係る半導体装置１１０と同様であるので説明を省略する。
【００２４】
このような構成を有する半導体装置９０では、端子１１に引張り応力が加えられることで、結果として端子１１を保持しているホルダ１０に応力が加わり、ホルダ１０と封止樹脂７（具体的には第２封止樹脂７ｂ）との界面で、剪断剥離を起こす。
【００２５】
すなわち、ベース板１と端子１１に対する引張り限界試験において、ホルダ１０と封止樹脂７との界面、及び、ケース９と封止樹脂７の界面、いずれかで破断し、剪断剥離強度のばらつきが大きく、また、剪断剥離強度が低かった。
【００２６】
また、比較例の半導体装置９０においては、第１封止樹脂７ａの這い上がりのため、ホルダ１０と他の部材との密着性を劣化させる場合があり、剪断剥離強度は著しく低下し、這い上がり量のばらつきが結果として、剪断剥離強度のばらつきを拡大させていた。
【００２７】
これに対し、本実施形態に係る半導体装置１１０では、ベース板１と端子１１との引張り限界試験において、破断箇所は、ホルダ１０と封止樹脂７との界面からの破断の発生は無くなり、ケース９と封止樹脂７の界面または、ケース９の破断である。一般に、ケース９と封止樹脂７の界面での破断は、ホルダ１０と封止樹脂７の界面での破断よりも強度が高く、また、ケース９の破断強度も高い。
【００２８】
また、本実施形態に係る半導体装置１１０においては、密着性を劣化させていた第１封止樹脂７ａの這い上がりが、第１突出部２１による鼠返しの効果により抑制されるので、第１封止樹脂７ａの這い上がりに起因する剪断剥離強度とそのばらつきが改善される。
【００２９】
従って、本実施形態に係る半導体装置１１０においては、比較例に比べて破断箇所が限定され、剪断剥離強度のばらつきが縮小される。そして、ホルダ１０と封止樹脂７との界面での破断を抑制することで、剪断剥離強度が実用上充分に改善される。
【００３０】
このように、本実施形態に係る半導体装置１１０によれば、ホルダと封止樹脂との界面の剥離を抑制した半導体装置が提供できる。
【００３１】
なお、封止樹脂７が、ベース板１側の第１封止樹脂７ａと、その上に設けられた第２封止樹脂７ｂと、を有する場合、第１突出部２１のベース板１とは反対の側の面２１ａの少なくとも一部は、第２封止樹脂７ｂ、すなわち、機械的強度及び防湿性が高い方の樹脂、で埋め込まれる。
【００３２】
なお、特許文献１で開示された、樹脂ケースの上端部に係合する樹脂封止用に天板を用いる技術は、天板と樹脂ケースとを係合させるので、高い加工精度が要求され、製造工程も複雑となるので、実用的に問題が残る。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図３に表したように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１２０は、第１の実施形態に係る半導体装置１１０において、さらに、ケース９の内側の側面に第２突出部２２が設けられている。これ以外は、半導体装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係る半導体装置１２０においては、前記ケース９は、前記ケース９の前記ホルダ１０に対向する側の面９ｃに設けられた第２突出部２２を有し、前記第２突出部２２の前記ベース板１とは反対の側の面２２ａの少なくとも一部は、前記封止樹脂７で埋め込まれている。
【００３５】
これにより、さらに機械的強度の高い半導体装置が実現できる。  
例えば、このような構成を有する半導体装置１２０の場合、ベース板１と端子１１との引張り限界試験において、破断箇所は、ホルダ１０と封止樹脂７との界面、及び、ケース９と封止樹脂７の界面での破断の発生は無くなり、ケース９の破断だけとなる。
【００３６】
このように、破断箇所がケース９のみとなったことより、破断強度のばらつきが縮小する。また、引張強度も、比較例では、各構成部品間(ホルダ１０・封止樹脂７・ケース９)での剪断剥離強度であったが、本実施形態に係る半導体装置１２０においては、ケース９自体の破断強度となるので、破断強度は、比較例に対して２倍以上にすることができる。
【００３７】
なお、本実施形態に係る半導体素子１２０においても、密着性を劣化させていた第１封止樹脂７ａの這い上がりが、第１突出部２１及び第２突出部２２による鼠返しの効果により抑制されるので、第１封止樹脂７ａの這い上がりに起因する剪断剥離強度とそのばらつきが改善される。
【００３８】
このように、本実施形態に係る半導体装置１２０によれば、ホルダと封止樹脂との界面の剥離、及び、ケースと封止樹脂との界面での剥離、を抑制した半導体装置が提供できる。
【００３９】
なお、封止樹脂７が、ベース板１側の第１封止樹脂７ａと、その上に設けられた第２封止樹脂７ｂと、を有する場合、第２突出部２２のベース板１とは反対の側の面２２ａの少なくとも一部は、第２封止樹脂７ｂ、すなわち、機械的強度及び防湿性が高い方の樹脂、で埋め込まれる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図４に表したように、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置１３０は、第１の実施形態に係る半導体装置１１０において、第１突出部２１が斜面を有するものである。これ以外は、半導体装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００４１】
本実施形態に係る半導体装置１３０においては、第１突出部２１は、前記ベース板１に近づくに従って前記ホルダ１０と前記ケース９との距離が狭くなる斜面を有する。すなわち、第１突出部２１は、テーパー形状に形成されている。
【００４２】
なお、この場合も、前記ホルダ１０の前記側面１０ａには、前記ホルダ１０の前記ベース板１の側とは反対の側の主面１０ｂの端部１０ｃよりも前記ケース９の側に突出した第１突出部２１が設けられ、前記第１突出部２１の前記ベース板１とは反対の側の面２１ａの少なくとも一部は、前記封止樹脂７で埋め込まれている。
【００４３】
これにより、第１の実施形態で説明したのと同様の効果によって、ホルダと封止樹脂との界面の剥離を抑制することができる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置１４０は、第３の実施形態に係る半導体装置１３０において、さらに、ケース９の内側の側面に第２突出部２２が設けられている。これ以外は、半導体装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００４５】
これにより、第２の実施形態で説明したのと同様の効果によって、ホルダと封止樹脂との界面の剥離、及び、ケースと封止樹脂との界面での剥離、を抑制することができる。
【００４６】
（第５の実施の形態）
図６は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図６に表したように、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置１５０は、第４の実施形態に係る半導体装置１４０において、第２突出部２２が斜面を有するものである。これ以外は、半導体装置１４０と同様とすることができるので説明を省略する。
【００４７】
本実施形態に係る半導体装置１５０においては、前記第２突出部２２は、前記ベース板１に近づくに従って前記ホルダ１０と前記ケース９との距離が狭くなる斜面を有する。すなわち、第２突出部２２は、テーパー形状に形成されている。
【００４８】
なお、この場合も、前記ケース９は、前記ケース９の前記ホルダ１０に対向する側の面９ｃに設けられた第２突出部２２を有し、前記第２突出部２２の前記ベース板１とは反対の側の面２２ａの少なくとも一部は、前記封止樹脂７で埋め込まれている。
【００４９】
これにより、ホルダと封止樹脂との界面の剥離、及び、ケースと封止樹脂との界面での剥離、を抑制することができる。
【００５０】
上記の各実施形態に係る半導体装置１１０〜１５０において、第１突出部２１及び第２突出部２２は、各種の平面形状を有することができる。
【００５１】
図７は、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。  
なお、同図は、ホルダ１０、ケース９、第１突出部２１、及び、第２突出部２２のみを例示している。そして、ベース板１の主面に対して垂直な方向からの見たときの平面図である。
【００５２】
図７（ａ）に表したように、半導体装置１０１では、第１突出部２１は、ホルダ１０の対向する２つの辺（側面）に設けられている。図７（ａ）では、それぞれの側面に１ずつの第１突出部２１が設けられているが、それぞれの側面に複数の第１突出部２１を設けても良い。
【００５３】
図７（ｂ）に表したように、半導体装置１０２では、第１突出部２１は、ホルダ１０の４つの辺（側面）に設けられている。図７（ｂ）では、それぞれの側面に１ずつの第１突出部２１が設けられているが、それぞれの側面に複数の第１突出部２１を設けても良い。
【００５４】
図７（ｃ）に表したように、半導体装置１０３では、第１突出部２１は、ホルダ１０の対向する２つの辺（側面）に設けられている。そして、第２突出部２２は、第１突出部２１が設けられていない方の、ケース９の対向する２つの側面に設けられている。図７（ｃ）では、それぞれの側面に１ずつの第１突出部２１及び第２突出部２２が設けられているが、それぞれの側面に複数の第１突出部２１及び第２突出部２２を設けても良い。
【００５５】
図７（ｄ）に表したように、半導体装置１０４では、第１突出部２１は、ホルダ１０の対向する２つの辺（側面）に設けられている。そして、第２突出部２２は、第１突出部２１が設けられている方の、ケース９の対向する２つの側面に設けられている。本具体例では、第１突出部２１が、ホルダ１０の辺（側面）の中央部分に設けられ、第２突出部２２が、ケース９の側面の端部分に、それぞれ２つずつ設けられている。なお、各側面における第１突出部２１及び第２突出部２２の数は任意である。
【００５６】
図８は、本発明の実施形態に係る半導体装置の別の構成を例示する模式的平面図である。  
図８（ａ）に表したように、半導体装置１０５では、第１突出部２１は、ホルダ１０の対向する２つの辺（側面）の端部に２つずつ設けられている。そして、第２突出部２２は、第１突出部２１が設けられている方の、ケース９の対向する２つの側面の中央部に設けられている。この場合も、各側面における第１突出部２１及び第２突出部２２の数は任意である。
【００５７】
図８（ｂ）に表したように、半導体装置１０６では、第１突出部２１は、ホルダ１０の４つの辺（側面）の中央部に１つずつ設けられている。そして、第２突出部２２は、ケース９のコーナー部にそれぞれ１つずつ設けられている。この場合も、各側面における第１突出部２１及び第２突出部２２の数は任意である。
【００５８】
図８（ｃ）に表したように、半導体装置１０７では、第１突出部２１は、ホルダ１０の辺（側面）を取り囲むように延在して設けられている。そして、第２突出部２２も、ケース９の内側の側面に延在して設けられている。
【００５９】
なお、上記の半導体装置１０１〜１０７の平面形状は、上記の半導体装置１１０、１２０、１３０、１４０、１５０のそれぞれに適用できる。
【００６０】
なお、図８（ｃ）に例示した具体例では、第１突出部２１と第２突出部２２とが平面視において対向して設けられている。この場合、ホルダ１０とケース９との間の距離が短くなった場合に、その間に充填される封止樹脂の量が局部的に少なくなり、機械強度が低くなる場合がある。また、空隙を残さず封止樹脂を充填することが難しくなる。
【００６１】
このため、ホルダ１０とケース９との間の距離が比較的短い場合には、図７（ｃ）、（ｄ）、図８（ａ）、（ｂ）に例示したように、第１突出部２１と第２突出部２２とは、平面視において対向しないように設けることによって、機械強度の低下や、封止樹脂の空隙を回避できる。
【００６２】
すなわち、前記第２突出部２２は、前記ベース板１の主面に対して垂直な方向からの平面視において、前記第１突出部２１と対向しない前記ケース９の部分に設けることができる。
【００６３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００６４】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００６５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２】比較例の半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的平面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体装置の別の構成を例示する模式的平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  ベース板
２  ハンダ
３  絶縁基板
３ａ  セラミック板
３ｃ  第１回路板
３ｂ  第２回路板
４  ハンダ
５  半導体素子
６  ワイヤ
７  封止樹脂
７ａ  第１封止樹脂
７ｂ  第２封止樹脂
９  ケース
９ｃ  面
１０  ホルダ
１０ａ  側面
１０ｂ  主面
１０ｃ  端部
１１  端子
２１  第１突出部
２１ａ  面
２２  第２突出部
２２ａ  面
９０、１０１〜１０７、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０  半導体装置
【図１】
2010056244.tif 000003
【図２】
2010056244.tif 000004
【図３】
2010056244.tif 000005
【図４】
2010056244.tif 000006
【図５】
2010056244.tif 000007
【図６】
2010056244.tif 000008
【図７】
2010056244.tif 000009
【図８】
2010056244.tif 000010