(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面上に半導体チップが搭載された略矩形の金属圧延材からなるベース板を底板として上記半導体チップを内包するように構成されたケース内に熱硬化樹脂が充填され、熱硬化された半導体装置において、上記ベース板は、上記金属圧延材の圧延方向が上記ベース板の短辺方向と一致することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
一方の面上に半導体チップが搭載された略矩形の金属圧延材からなるベース板を底板として上記半導体チップを内包するように構成されたケース内に熱硬化樹脂が充填され、熱硬化された半導体装置において、上記ベース板は、上記金属圧延材の圧延方向が上記ベース板の対角線と一致することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパワーモジュール等の半導体装置におけるエポキシ樹脂等の充填樹脂の熱硬化等に起因する金属圧延材からなるベース板の反りの改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来例としてのパワーモジュールの外観を示す図であり、図において、１はパワーモジュール、２は冷間圧延金属材からなるベース板としてのアルミベース板で、冷間圧延方向がその長辺方向と一致するように構成されたものである。３はアルミベース板２を底板とするケース、４は入力信号端子、５は出力電極端子、６はケース３内に充填された熱硬化樹脂としてのエポキシ樹脂である。
【０００３】
図７は図６に示したパワーモジュール１において、エポキシ樹脂６を充填する前の外観を示す図であり、図において、７は半導体チップとしてのＩＧＢＴチップ、８は半導体チップとしてのＩＣである。なお、ＩＧＢＴチップ７、ＩＣ８以外の電子部品、後述の銅パターン、前述の入力信号端子４、出力電極端子５等は図面の煩雑さを避けるために省略されている。
【０００４】
図８は図６、図７に示したパワーモジュール１におけるアルミベース板２の部分の断面図であり、図において、９Ａ、９Ｂは絶縁板、１０は接着層、１１Ａ、１１Ｂは薄箔タイプの銅パターン、１２は厚箔タイプの銅パターンである。
【０００５】
そして、アルミベース板２の一方の面には絶縁板９Ａが接合され、この絶縁板９Ａ上に形成された厚箔タイプの銅パターン１２上にはパワー素子であるＩＧＢＴチップ７がヒートシンク７Ａを介して半田付けされており、又、絶縁板９Ａ、接着層１０、絶縁板９Ｂを介して形成された二層の薄箔タイプの銅パターン１１Ａ、１１Ｂのうちの銅パターン１１ＢにはＩＣ８等の制御回路部品が半田付けされており、これらアルミベース板２、絶縁板９Ａ、９Ｂ、接着層１０、薄箔タイプの銅パターン１１Ａ、１１Ｂ、厚箔タイプの銅パターン１２等にてアルミ基板部（二層アルミ基板）１３が構成されている。
【０００６】
図９は、パワーモジュール１の放熱フィンへの取付けに関する説明図であり、図において、１４は放熱フィン、１５は取付用のネジ、１６はアルミベース板２を含むケースの４隅に貫通するネジ１５用の貫通穴、１７は放熱フィン１４に設けたネジ１５対応のネジ穴（メネジ）を示す。
【０００７】
パワーモジュール１はアルミ基板部１３におけるアルミベース板２の一方の面側、即ち、入力信号端子４、出力電極端子５、ＩＧＢＴチップ７、ＩＣ８等が半田付けされた銅パターン１１、１２の形成面側の外周部に外枠の一方の端部を接着してアルミベース板２を底板とするケース３を形成し、このケース３内に液状のエポキシ樹脂６を充填して熱硬化することにより製造され、このパワーモジュール１は放熱フィン１４にネジ１５で締付け固定されてなるものである。
【０００８】
このように構成されたものにおいて、アルミベース板２はエポキシ樹脂６の熱硬化時の収縮の影響を受け、放熱フィン１４に接合されるベース面が凸となるような反りが発生する。
【０００９】
このように、アルミベース板２のベース面が放熱フィン１４の取付面に対して凸に反ったものをネジ１５による締付けにより、アルミベース板２のベース面と放熱フィン１４のパワーモジュール取付け面とを密着させ、パワーモジュール１の発熱を放散する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワーモジュールは以上のようにアルミベース板２のベース面側、即ち、放熱フィン１４への取付面側に凸状に反った状態で、放熱フィン１４にネジ１５で締付け固定するため、アルミベース板２に、前記反った状態が修正される方向の応力が作用し、この応力によってアルミベース板２に直接、若しくは、間接に接合された絶縁板９Ａ、９Ｂにクラックが発生し、絶縁耐量が劣化するという問題点があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、アルミベース板の反り量を低減し、アルミベース板を放熱フィンに締付け固定する際における絶縁板のクラックの発生を防止し、絶縁耐圧に関する信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係わる半導体装置は、一方の面上に半導体チップが搭載された略矩形の金属圧延材からなるベース板を底板として上記半導体チップを内包するように構成されたケース内に熱硬化樹脂が充填され、熱硬化されたものにおいて、上記ベース板における上記金属圧延材の圧延方向と短辺方向と一致させたものである。
【００１３】
第２の発明に係わる半導体装置は、一方の面上に半導体チップが搭載された略矩形の金属圧延材からなるベース板を底板として上記半導体チップを内包するように構成されたケース内に熱硬化樹脂が充填され、熱硬化されたものにおいて、上記ベース板における上記金属圧延材の圧延方向と対角線とを一致させたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
第１の発明としての実施の形態１を図１に基づき説明する。図１はパワーモジュールにおけるアルミ基板部を構成するアルミベース板を示す平面図である。図中、従来例と同じ符号で示されたものは従来例のそれと同一もしくは同等なものを示す。
【００１５】
図１において、１８はアルミベース板のベース面に残ったローラ圧延跡であり、ローラ圧延跡１８の方向を短辺方向と一致させたものである。即ち、アルミベース板材の圧延方向に対する金型打抜き方向を、圧延方向が短辺方向と一致させたものであり、従来のアルミベース板２と区別するために、以下、アルミベース板２０と記す。
【００１６】
図２はアルミ基板部１３におけるアルミベース板２、２０の反り量を測定する際における「方向」及びその「方向」における「寸法」を定義したものであり、ａは長辺方向の寸法を示し、ｂは短辺方向（長辺方向に直交する方向）の寸法を示す。寸法ａ、ｂはそれぞれ、アルミベース板２、２０の４隅に開口されたネジ１５用の貫通穴１６の長辺、短辺に沿った中心間の距離より求める。
【００１７】
図３は長辺方向と短辺方向の反り量の測定ポイントを定義したものであり、図３ａ）にはアルミベース板材の圧延方向と長辺方向とが一致している従来のアルミベース板２における反り量を、図３ｂ）にはアルミベース板材の圧延方向と短辺方向とを一致させたアルミベース板２０における反り量を示す。
なお、アルミベース板２における両端の貫通穴１６の中心Ａ、Ｂと、このＡ、Ｂ間の中心点Ｃを反り量の測定ポイントとし、反り量の絶対値はアルミベース板面における中心Ａ、Ｂを結んだ線とアルミベース板面における中心点Ｃ間の距離ｃ、ｄより求める。
【００１８】
図３より、アルミベース板材の圧延方向を、アルミベース板の長辺方向と一致させた従来のものと、直交させたこの発明の実施の形態１のものについて、エポキシ樹脂６の熱硬化の工程における加熱の影響を、即ち、アルミベース板２、２０の反り量の程度を比較した結果、圧延方向を長辺方向と直交させたこの発明の実施の形態１のアルミベース板２０は、従来のアルミベース板２に比し、反り量の絶対量が小さいことが確認されている。上記のごとく、アルミベース板材の圧延方向に対する金型打抜き方向を短辺方向と一致させたアルミベース板２０の反りは比較的小さく、かつ、バラツキも少ない。
【００１９】
この実施の形態１では、打抜き金型の方向を、圧延方向がアルミベース板２０の短辺方向と一致するように決めたので、アルミベース板２０の反りが比較的小さく、放熱フィン１４にネジ１５によりネジ止めされた場合に受ける応力が比較的小さく、絶縁板９Ａ、９Ｂのクラックが生じにくく、高い絶縁耐量を確保できる効果がある。
なお、この実施の形態１はアルミベース板２の縦横比が比較的大きなもの、例えば、縦横比が１．５倍以上であるものに適用した場合において顕著な効果が得られる。
【００２０】
実施の形態２．
次に、第２の発明としての実施の形態２を図４及び図５に基づいて説明する。図４はパワーモジュール１におけるアルミ基板部を構成するアルミベース板を示す平面図であり、２１は圧延方向を対角線方向に一致させたアルミベース板である。即ち、アルミベース板２１のベース面に残ったローラ圧延跡１８より明らかのように、圧延方向と対角線方向とを一致させたものである。
【００２１】
図５は、図４に示したアルミベース板２１を備えたパワーモジュール１を放熱フィン１４にネジ止めする際における、４本のネジ１５の締付け順序を示す説明図であり、最初に、圧延方向に直交した対角線側のネジ１５Ａ、１５Ｃを締付け、然る後に圧延方向と一致した対角線側のネジ１５Ｂ、１５Ｄを締付ける。
【００２２】
圧延方向と一致した対角線方向における変形量は比較的大きなものとなるが、最初に変形量の比較的小さな圧延方向に直交した対角線側のネジ１５Ａ、１５Ｃを締付けるので、変形量の比較的大きな圧延方向と一致した対角線側のネジ１５Ｂ、１５Ｄの締付時には、アルミベース板２１の中央凸部が放熱フィン１４に固定されており、ネジ締付による基板部１３にかかる応力を低減でき、絶縁板９Ａ、９Ｂのクラックの発生による絶縁耐量の低下を防止できる。
なお、この第２の発明はアルミベース板２の縦横比が比較的小さなもの、例えば縦横比１．５倍以下であるものに適用した場合において顕著な効果が得られる。
【００２３】
上記、実施の形態１又は２においては、アルミ基板部１３が二層アルミ基板である場合の例について説明したが、アルミ基板部にかかる応力の低減による絶縁板９Ａ、９Ｂのクラックの発生を防止し、絶縁耐量劣化を防止する効果は、銅パターン層が一層の場合でも、又、二層以上の多層アルミ基板である場合にも有効である。
【００２４】
又、ベース板として、略矩形の金属圧延材からなるアルミベース板２を例に示したが、アルミの圧延材に限定されるものではなく、銅、真鍮、その他所定の展性と熱伝導性を備えた金属であっても効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、略矩形の金属圧延材からなるベース板における前記金属圧延材の圧延方向と短辺方向と一致させたもので、ベース板の反りが比較的小さく、放熱フィンにネジ止めされた場合に受ける応力が比較的小さいので、絶縁層９のクラックが生じにくく、高い絶縁耐量を確保できるものが得られる効果がある。
【００２６】
又、第２の発明によれば、略矩形の金属圧延材からなるベース板における上記金属圧延材の圧延方向と対角線とを一致させ、最初に圧延方向に直交した対角線側のネジ締め付け、然る後に圧延方向と一致した対角線側のネジを締め付けるようにしたので、基板部にかかる応力を低減でき、クラックの発生と絶縁耐量の劣化を改善できるものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の実施の形態としてのパワーモジュールにおけるアルミ基板部を構成するアルミベース板を示す平面図である。
【図２】アルミベース板の反り量を測定する際における「方向」及びその「方向」における「寸法」の定義例を示す図である。
【図３】長辺方向と、この長辺方向に直交する方向の反り量の測定ポイントの定義例を示す図である。
【図４】第２の発明の実施の形態としてのパワーモジュールにおけるアルミ基板部を構成するアルミベース板を示す平面図である。
【図５】図４に示したアルミベース板２を放熱フィンにネジ止めするネジの締付け順序を示す図である。
【図６】従来のパワーモジュールの外観を示す図である。
【図７】図６に示したパワーモジュールにおける熱硬化樹脂充填前の外観を示す図である。
【図８】図６及び図７に示したパワーモジュールにおけるアルミ基板部の断面図である。
【図９】パワーモジュールの放熱フィンへの取付け説明図である。
【符号の説明】
１  パワーモジュール、２  アルミベース板、３  ケース、４  入力信号端子、５  出力電極端子、６  エポキシ樹脂、７  ＩＧＢＴチップ、８  ＩＣ、９Ａ  絶縁板、９Ｂ  絶縁板、１０  接着層、１１  薄箔タイプの銅パターン、１２  厚箔タイプの銅パターン、１３  アルミ基板部、１４  放熱フィン、１５  ネジ、１６  貫通穴、１７  ネジ穴、１８  ローラ圧延跡、１９  溝、２０、２１  アルミベース板。
【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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