(57)【要約】【課題】  樹脂封入型半導体装置に、必要な電気絶縁性と熱伝導性とを確保しつつ、絶縁耐圧の低下を防ぎ、樹脂封入型半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】  放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分に、放熱台板とモールド樹脂との境界に生じる段差を緩和するための緩和手段（低弾性樹脂２８）を備える。半導体素子１２の通電時と非通電時に生じる温度変化によって、放熱台板１４とモールド樹脂１６との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、放熱台板１４とモールド樹脂１６との段差に起因して、高熱伝導樹脂シート１８に生じる剪断応力を抑えることができる。よって、高熱伝導樹脂シート１８における、放熱台板１４の輪郭に沿ったクラックの発生を防止することができる。  【選択図】      図１
2006086342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、該半導体素子に密着する放熱台板とが、該放熱台板の半導体素子との密着面とは反対側の面を露出させた状態で、モールド樹脂によって被覆され、かつ、前記放熱台板の露出面が、高熱伝導樹脂シートによって封止された樹脂封入型半導体装置であって、
前記放熱台板の構成材料と前記モールド樹脂材料との線膨張率の差に起因して、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界に生じる段差を緩和する緩和手段を、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界部分に備えることを特徴とする樹脂封入型半導体装置。
【請求項２】
前記緩和手段は、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界部分を構成する部材の熱膨張量・熱収縮量が、その周囲の部材の熱膨張量・熱収縮量よりも少なくなるように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の樹脂封入型半導体装置。
【請求項３】
前記緩和手段が、前記放熱台板の周囲を縁取る低弾性樹脂であることを特徴とする請求項２記載の樹脂封入型半導体装置。
【請求項４】
前記緩和手段が、前記放熱台板の周囲に角アール部または面取り部が形成され、当該角アール部または面取り部と前記高熱伝導樹脂シートとの間に前記モールド樹脂が充填されてなることを特徴とする請求項２記載の樹脂封入型半導体装置。
【請求項５】
前記緩和手段が、前記放熱台板の露出面と同一形状若しくはそれより小さく形成された前記高熱伝導樹脂シートの外側に、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界面を覆う低弾性樹脂が配置されてなることを特徴とする請求項１記載の樹脂封入型半導体装置。
【請求項６】
半導体素子と、該半導体素子に密着する放熱台板とが、該放熱台板の半導体素子との密着面とは反対側の面を露出させた状態で、モールド樹脂によって被覆され、かつ、前記放熱台板の露出面が、高熱伝導樹脂シートによって封止された樹脂封入型半導体装置であって、
前記放熱台板の構成材料と前記モールド樹脂材料との線膨張率の差に起因して、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界に生じる段差に対抗するための、前記高熱伝導樹脂シートの補強手段を備えることを特徴とする樹脂封入型半導体装置。
【請求項７】
前記補強手段として、前記高熱伝導樹脂シートに積層される補強板を備えることを特徴とする請求項６記載の樹脂封入型半導体装置。
【請求項８】
前記補強手段として、前記高熱伝導樹脂シートに、強化繊維が混入された高熱伝導樹脂シートが用いられることを特徴とする請求項６または７記載の樹脂封入型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂封入型半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の電気絶縁性を確保しつつ、放熱性を高めるために、半導体を放熱台板の固定した状態で、半導体素子と放熱台板とを樹脂により封止し、かつ、樹脂から電極リードを突出させた樹脂封入型半導体装置が、従来から用いられている。ところが、樹脂封入型半導体装置に用いられるモールド樹脂材料は、電気絶縁性と熱伝導性とを両立させることが困難であるといった問題がある。そこで、従来の樹脂封入型半導体装置は、モールド樹脂材料として電気絶縁性に優れた材料を用い、かつ、放熱台板の半導体との密着面とは反対側の面を樹脂から露出させ、さらに、前記放熱台板と前記樹脂との境界面を覆うようにして、高熱伝導樹脂シートで密閉する構造を採用することで、樹脂封入型半導体装置に、必要な電気絶縁性と熱伝導性とを確保している（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
図５には、従来の樹脂封入型半導体装置１０の構造例を示している。この樹脂封入型半導体装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２に密着する放熱台板１４とが、放熱台板１４の半導体素子との密着面１４ａとは反対側の面１４ｂを露出させた状態で、モールド樹脂１６によって被覆されている。なお、図示の例では、放熱台板１４の半導体素子との密着面１４ａとは反対側の面１４ｂ（以下、「露出面」という。）と、モールド樹脂１６の一側面１６ａとは、常温下で同一平面となるように成形されている。さらに、放熱台板１４の露出面１４ｂが、高熱伝導樹脂シート１８によって封止されることにより、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分における密閉性が確保されている。図中、符号２０は半導体素子１２を放熱台板１４に密着させるためのはんだを示し、符号２２は電極リードを示し、符号２４は半導体素子１２と電極リード２２とを電気接続する金属ワイヤを示している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１８９６１公報（〔００１７〕〜〔００２０〕、〔図１〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の樹脂封入型半導体装置１０は、図５に示すように、高熱伝導樹脂シート１８に、放熱台板１４の輪郭に沿ったクラックＣが生じ、高熱伝導樹脂シート１８の絶縁耐圧が低下するといった問題が指摘されている。この、クラックＣの発生原因は、放熱台板１４を構成するアルミ合金等の金属材料と、モールド樹脂１６の樹脂材料との線膨張率の差から、樹脂封入型半導体装置１０の通電時と非通電時に生じる温度変化を受けて、図６に示すように放熱台板１４とモールド樹脂１６との熱膨張量・熱収縮量に差が生じ、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界に段差Ｌが生じることに起因することが、発明者らによって確認されている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂封入型半導体装置に、必要な電気絶縁性と熱伝導性とを確保しつつ、絶縁耐圧の低下を防ぎ、樹脂封入型半導体装置の信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための、本発明に係る樹脂封入型半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子に密着する放熱台板とが、該放熱台板の半導体素子との密着面とは反対側の面を露出させた状態で、モールド樹脂によって被覆され、かつ、前記放熱台板の露出面が、高熱伝導樹脂シートによって封止された樹脂封入型半導体装置であって、前記放熱台板の構成材料と前記モールド樹脂材料との線膨張率の差に起因して、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界に生じる段差を緩和する緩和手段を、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界部分に備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、放熱台板とモールド樹脂との境界部分に、放熱台板とモールド樹脂との境界に生じる段差を緩和するための緩和手段を備えることで、半導体素子の通電時と非通電時に生じる温度変化によって、放熱台板とモールド樹脂との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、放熱台板とモールド樹脂との段差に起因して高熱伝導樹脂シートに生じる剪断応力を抑えることができる。よって、高熱伝導樹脂シートに、放熱台板の輪郭に沿ったクラックが発生することを防止することができる。
【０００９】
また、本発明において、前記緩和手段は、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界部分を構成する部材の熱膨張量・熱収縮量が、その周囲の部材の熱膨張量・熱収縮量よりも少なくなるように構成されてなるものである。
したがって、放熱台板とモールド樹脂との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、緩和手段によって放熱台板とモールド樹脂との境界に生じる段差を徐変させて、段差に起因して高熱伝導樹脂シートに生じる剪断応力を分散させ、小さく抑えることが可能となる。
【００１０】
なお、具体例として、前記緩和手段を、前記放熱台板の周囲を縁取る低弾性樹脂とする構成、
前記緩和手段が、前記放熱台板の周囲に角アール部または面取り部が形成され、当該角アール部または面取り部と前記高熱伝導樹脂シートとの間に前記モールド樹脂が充填されてなる構成、
さらには、前記緩和手段が、前記高熱伝導樹脂シートが前記放熱台板の露出面と同一形状若しくはそれより小さく形成された前記高熱伝導樹脂シートの外側に、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界面を覆う低弾性樹脂が配置されてなる構成を採用することにより、上記作用を得ることができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための、本発明に係る樹脂封入型半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子に密着する放熱台板とが、該放熱台板の半導体素子との密着面とは反対側の面を露出させた状態で、モールド樹脂によって被覆され、かつ、前記放熱台板の露出面が、高熱伝導樹脂シートによって封止された樹脂封入型半導体装置であって、前記放熱台板の構成材料と前記モールド樹脂材料との線膨張率の差に起因して、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界に生じる段差に対抗するための、前記高熱伝導樹脂の補強手段を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、前記放熱台板と前記モールド樹脂との境界に生じる段差に対抗するための、前記高熱伝導樹脂シートの補強手段を備えることで、半導体素子の通電時と非通電時に生じる温度変化によって、放熱台板とモールド樹脂との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、高熱伝導樹脂シートに対する剪断応力の影響を抑えることができる。よって、高熱伝導樹脂シートに放熱台板の輪郭に沿ったクラックが発生することを、防止することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記補強手段として、前記高熱伝導樹脂シートに積層される補強板を備えることとすれば、補強板が、放熱台板とモールド樹脂との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合における高熱伝導樹脂シートの変形を防ぎ、上記作用を得ることができる。
また、前記補強手段として、前記高熱伝導樹脂シートに、強化繊維が混入された高熱伝導樹脂シートが用いられることとすれば、高熱伝導樹脂シート自体の高い剛性によって、上記作用を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明はこのように構成したので、樹脂封入型半導体装置に、必要な電気絶縁性と熱伝導性とを確保しつつ、絶縁耐圧の低下を防ぎ、樹脂封入型半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００１６】
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る、樹脂封入型半導体装置２６を示している。樹脂封入型半導体装置２６は、放熱台板１４の周囲を縁取る低弾性樹脂２８を備えている。図示の例では、低弾性樹脂２８は、放熱台板１４の露出面１４ｂおよびモールド樹脂１６の一側面１６ａの、双方に跨るようにして設けられている。しかしながら、必要に応じ、低弾性樹脂２８を放熱台板１４側に寄せて設置し、周囲の低弾性樹脂２８に低弾性樹脂２８が接するのみとしても良く、低弾性樹脂２８をモールド樹脂１６側に寄せて設置し、放熱台板１４の外周壁に低弾性樹脂２８が接するのみとしても良い。また、低弾性樹脂２８の具体的材料としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、変成ゴム等が適している。
この実施の形態では、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分を構成する部材として、低弾性樹脂２８を採用し、当該境界部分の熱膨張量・熱収縮量が、低弾性樹脂２８の周囲の部材（モールド樹脂１６）の、熱膨張量・熱収縮量よりも少なくなるように構成したものである。
【００１７】
図２には、本発明の第２の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置３０を示している。樹脂封入型半導体装置３０は、放熱台板１４の周囲に角アール部３２を形成することにより、角アール部３２と高熱伝導樹脂シート１８との間にも、モールド樹脂１６が充填される構造を有している。なお、角アール部３２に替えて、面取り部を放熱台板１４に形成することとしてもよい。
この実施の形態では、放熱台板１４の周囲の肉を角アール部３２によって除去し、当該肉の除去部分に、モールド樹脂１６を流入させることによって、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分を構成する部材を、比較的肉厚の薄いモールド樹脂とすることにより、当該境界部分の熱膨張量・熱収縮量が、低弾性樹脂２８の周囲の部材（モールド樹脂１６）の、熱膨張量・熱収縮量よりも少なくなるように構成したものである。
【００１８】
図３には、本発明の第３の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置３４を示している。樹脂封入型半導体装置３４は、高熱伝導樹脂シート１８が放熱台板１４の露出面１４ｂと同一形状若しくはそれより小さく形成され、かつ、高熱伝導樹脂シート１８の外側に、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界面を覆う低弾性樹脂シート３６が配置されてなるものである。低弾性樹脂３６の具体的材料としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、変成ゴム等が適している。
なお、この実施の形態では、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分を、高熱伝導樹脂シート１８が跨いでいないことから、放熱台板１４とモールド樹脂１６とに段差が生じても、高熱伝導樹脂シート１８にクラックは生じない。また、放熱台板１４の外周部は、その中心部に対し放熱作用への寄与が比較的少ないことから、高熱伝導樹脂シート１８が放熱台板１４の露出面１４ｂと同一形状若しくはそれより小さく形成されていても、放熱能力が低下するおそれはない。
【００１９】
図４には、本発明の第４の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置３８を示している。樹脂封入型半導体装置３８は、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界に生じる段差に対抗するための、高熱伝導樹脂シート１８の補強手段として、高熱伝導樹脂シート１８に積層される補強板４０を備えるものである。この補強板４０は、放熱性の良好な金属板等が適しており、高熱伝導樹脂シート１８と補強板４０とは、互いに接着、溶着等によって固定されている。なお、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界に生じる段差に、高熱伝導樹脂シート１８を対抗させるための補強手段の別例として、高熱伝導樹脂シートに、ガラス繊維等の強化繊維が混入された強化型の高熱伝導樹脂シートを用いることとしてもよい。また、補強板４０と強化型の高熱伝導樹脂シートとを併用することも可能である。
【００２０】
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、本発明の第１から第３の実施の形態によれば、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分に、放熱台板とモールド樹脂との境界に生じる段差を緩和するための緩和手段（低弾性樹脂２８、角アール部３２に流入した薄肉のモールド樹脂１６、低弾性樹脂シート３６）を備えることで、半導体素子１２の通電時と非通電時に生じる温度変化によって、放熱台板１４とモールド樹脂１６との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、放熱台板１４とモールド樹脂１６との段差Ｌ（図６参照）に起因して高熱伝導樹脂シート１８に生じる剪断応力を抑えることができる。よって、高熱伝導樹脂シート１８における、放熱台板１４の輪郭に沿ったクラックＣ（図５参照）の発生を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の第１、第２の実施の形態によれば、放熱台板１４とモールド樹脂１６との段差の緩和手段は、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分を構成する部材（低弾性樹脂２８、角アール部３２に流入した薄肉のモールド樹脂１６）の熱膨張量・熱収縮量が、その周囲の部材（モールド樹脂１６）の熱膨張量・熱収縮量よりも少なくなるように構成されてなることから、放熱台板１４とモールド樹脂１６との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、当該緩和手段によって放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界に生じる段差を徐変させ、段差Ｌに起因して高熱伝導樹脂シート１８に生じる剪断応力を分散させて、小さく抑えることが可能となる。したがって、高熱伝導樹脂シート１８における、放熱台板１４の輪郭に沿ったクラックＣ（図５参照）の発生を防止することができる。
【００２２】
また、本発明の第３の実施の形態によれば、高熱伝導樹脂シート１８が放熱台板１４の露出面１４ｂと同一形状若しくはそれより小さく形成され、高熱伝導樹脂シート１８の外側に、放熱台板１４とモールド樹脂１６との段差の緩和手段として、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界面を覆う低弾性樹脂シート３６が配置されてなることから、高熱伝導樹脂シート１８は、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界部分を跨いでいない構造となる。よって、放熱台板１４とモールド樹脂１６とに段差が生じても、高熱伝導樹脂シート１８にクラックＣは生じ得ない。
【００２３】
さらに、本発明の第４の実施の形態によれば、放熱台板１４とモールド樹脂１６との境界に生じる段差に対抗するための、高熱伝導樹脂シート１８を補強手段（補強板４０、強化繊維が混入された強化型の高熱伝導樹脂シート１８）を備えることで、半導体素子１２の通電時と非通電時に生じる温度変化によって、放熱台板１４とモールド樹脂１６との熱膨張量・熱収縮量に差が生じた場合であっても、段差Ｌに起因して高熱伝導樹脂シート１８に生じる剪断応力の影響を抑えることができる。よって、高熱伝導樹脂シートに放熱台板の輪郭に沿ったクラックＣが発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置を概略的に示した断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る樹脂封入型半導体装置を概略的に示した断面図である。
【図５】従来の樹脂封入型半導体装置を概略的に示した断面図である。
【図６】図６に示す樹脂封入型半導体装置の、放熱台板とモールド樹脂との境界に生じる段差を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１２：半導体素子、１４：放熱台板、１４ａ：半導体素子が密着した面、１４ｂ：露出面、１６：モールド樹脂、１８：高熱伝導樹脂シート、  ２６、３０、３４、３８：樹脂封入型半導体装置、２８：低弾性樹脂、３２：角アール部、３６：低弾性樹脂シート、４０：補強板
【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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