(57)【要約】【課題】封止樹脂のクラックの発生を抑制する半導体装置を提供する。【解決手段】ベース板１と、ベース板１の第１主面１ａに搭載された絶縁基板３と、絶縁基板３表面の回路パターンに搭載された半導体チップ４と、ベース板１との間で半導体チップ４を覆う内部空間を構成するように、ベース板１の第１主面１ａに取り付けられ、内部空間を挟んで第１主面１ａに対向する対向面１０ａを有するケース１０と、前記内部空間において、絶縁基板３側から対向面１０ａ側に向かう方向に沿って延設され、延設方向に沿った角部６Ｄ１を有する電極６と、内部空間を封止する封止樹脂９と、内部空間において、電極６の角部６Ｄ１に対向してケース１０の対向面１０ａに取り付けられたリブ１２，１３と、を備える。リブ１２，１３は、角部６Ｄ１に垂直な平面において角部６Ｄ１の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆って設けられる。【選択図】図６
2015170706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、
前記ベース板の第１主面に搭載された絶縁基板と、
前記絶縁基板表面の回路パターンに搭載された半導体チップと、
前記ベース板との間で前記半導体チップを覆う内部空間を構成するように、前記ベース板の前記第１主面に取り付けられ、前記内部空間を挟んで前記第１主面に対向する対向面を有するケースと、
前記内部空間において、前記絶縁基板側から前記対向面側に向かう方向に沿って延設され、延設方向に沿った角部を有する電極と、
前記内部空間を封止する封止樹脂と、
前記内部空間において、前記電極の前記角部に対向して前記ケースの前記対向面に取り付けられたリブと、を備え、
前記リブは、前記角部に垂直な平面において前記角部の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆って設けられる、
半導体装置。
【請求項２】
前記リブは、前記対向面と平行な面における断面が三角形状である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リブは、前記対向面と平行な面における厚さが２ｍｍ以上５ｍｍ未満の樹脂板である、
請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、特に、樹脂で封止される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一例としてのパワーモジュールは、ベース板と、ベース板上に設けられた絶縁基板と、絶縁基板上に搭載された半導体チップと、ベース板に接着し、絶縁基板と半導体チップを囲う樹脂ケースとを備えている。そして、樹脂ケース内部は樹脂で封止される。
【０００３】
特許文献１には、このような構成のパワーモジュールとして、半導体チップがシリコーンゲルおよび樹脂封止用エポキシ樹脂で封止されたパワーモジュール（半導体装置）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１５４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の半導体装置では、絶縁基板にはんだ付けされた電極端子と封止樹脂とが接触するが、両者の熱膨張係数が異なることから、温度サイクル試験において封止樹脂に応力が発生し、主電極端部を起点としてクラックが発生するという問題点があった。
【０００６】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、封止樹脂のクラックの発生を抑制する半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、ベース板と、ベース板の第１主面に搭載された絶縁基板と、絶縁基板表面の回路パターンに搭載された半導体チップと、ベース板との間で半導体チップを覆う内部空間を構成するように、ベース板の第１主面に取り付けられ、内部空間を挟んで第１主面に対向する対向面を有するケースと、内部空間において、絶縁基板側から対向面側に向かう方向に沿って延設され、延設方向に沿った角部を有する電極と、内部空間を封止する封止樹脂と、内部空間において、電極の角部に対向してケースの対向面に取り付けられたリブと、を備える。リブは、角部に垂直な平面において角部の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆って設けられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置は、ベース板と、ベース板の第１主面に搭載された絶縁基板と、絶縁基板表面の回路パターンに搭載された半導体チップと、ベース板との間で半導体チップを覆う内部空間を構成するように、ベース板の第１主面に取り付けられ、内部空間を挟んで第１主面に対向する対向面を有するケースと、内部空間において、絶縁基板側から対向面側に向かう方向に沿って延設され、延設方向に沿った角部を有する電極と、内部空間を封止する封止樹脂と、内部空間において、電極の角部に対向してケースの対向面に取り付けられたリブと、を備える。リブは、角部に垂直な平面において角部の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆って設けられる。封止樹脂のクラックは、電極の角部を起点として、主に角部の角の二等分線の方向に進展するが、ケースの構造等によって進展方向は多少左右される。そのため、角部の角の二等分線から±２２．５°の方向をリブで覆うことにより、クラックの発生方向が多少ばらついてもその進展を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の半導体装置の下面図である。
【図２】実施の形態１の半導体装置の断面図である。
【図３】実施の形態２の半導体装置の下面図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】実施の形態２の変形例に係る半導体装置の下面図である。
【図６】実施の形態３の半導体装置の下面図である。
【図７】図６の一部拡大図である。
【図８】実施の形態３の変形例に係る半導体装置の下面図である。
【図９】前提技術に係る半導体装置の上面図である。
【図１０】前提技術に係る半導体装置の下面図である。
【図１１】前提技術に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜Ａ．前提技術＞
図９は、前提技術に係る半導体装置であるパワーモジュール１００の上面図である。図１０はパワーモジュール１００の下面図、図１１は図１０のＦ−Ｆ断面図である。パワーモジュール１００は、ベース板１、絶縁基板３、半導体チップ４、電極６、プリント基板７及びケース１０を備える。ベース板１の第１主面１ａには絶縁基板３がはんだ２で接合される。絶縁基板３の表面には回路パターンが形成され、当該回路パターンにはＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等の半導体チップ４が搭載される。半導体チップ４と絶縁基板３の回路パターンは、ワイヤ５で接続される。また、絶縁基板３の回路パターンには電極６がはんだ２により接合される。ケース１０は、ベース板１との間で半導体チップ４を覆う内部空間を構成するように、ベース板１の第１主面１ａに取り付けられる。ケース１０は、内部空間を挟んで第１主面１ａに対向する対向面１０ａを有している。ケース１０の内部にはシリコーンゲル８や封止樹脂９等が充填される。具体的には、プリント基板７の下部において半導体チップ４の周囲をシリコーンゲル８で封止し、プリント基板７の上部において封止樹脂９を充填する。
【００１１】
電極６は、電極６ａ，６ｂ，６Ｄ，６Ｃ，６Ｅを備えている。電極６ａ，６ｂは、一端が絶縁基板３の回路パターンに接合され、他端がプリント基板７の下面に接合される。電極６Ｄは、一端がプリント基板７の上面に接合され、プリント基板７上で第１主面１ａ側から対向面１０ａに向かう方向に延設され、延設方向に沿った角部６Ｄ１を有する。そして、封止樹脂９と接触する。電極６Ｃ，６Ｅは、電極６Ｄから上部に突出し、ケース１０の上面から露出して外部電極と接続可能な状態にある。
【００１２】
絶縁基板３の絶縁材には、放熱性に優れるＡｌＮ（窒化アルミニウム）等が用いられ、電極端子６には、はんだ付け性を向上させるためＮｉめっきを施したＣｕ等を用いる。また、電極端子６と接触するケース１０には、ＰＰＳ（Polyphenylene sulfide）等のエンジニアリング・プラスチックを用いる。
【００１３】
パワーモジュール１００では、電極６Ｄの端部が封止樹脂９と接触するが、両者の熱膨張係数が異なることから、温度サイクル試験において封止樹脂９に応力が発生し、電極６Ｄの角部６Ｄ１を起点としてクラック２０が発生してしまうという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は以下の工夫を施すことにより、温度サイクル試験において封止樹脂９に発生する応力を緩和し、封止樹脂９のクラックを抑制することとした。
【００１５】
＜Ｂ．実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置であるパワーモジュール１０１の下面図であり、図２は図１のＥ−Ｅ断面図である。パワーモジュール１０１は、パワーモジュール１００の構成に加えて、電極６Ｄの角部６Ｄ１に対向してケース１０に取り付けられるリブ１１を備えている。パワーモジュール１０１のリブ１１以外の構成は、前提技術に係るパワーモジュール１００の構成と同様である。図１，２を参照して、リブ１１は電極６Ｄの角部６Ｄ１を含む端部を覆うように設けられており、これにより、封止樹脂９と電極６Ｄの接触が制限される。従って、温度サイクル試験において、電極６Ｄとの熱膨張係数差に起因する熱応力が封止樹脂９に直接加わらないため、電極６Ｄの端部を起点とする封止樹脂９のクラックを抑制することができる。よって、信頼性の優れたパワーモジュールとなる。
【００１６】
＜Ｃ．実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置であるパワーモジュール１０２の下面図であり、図４は図３のＡ部拡大図である。パワーモジュール１０２は、実施の形態１に係るパワーモジュール１０１に対し、電極６Ｄの端部の角部６Ｄ１を円弧形状とした点のみが異なる。それ以外の構成はパワーモジュール１０１と同様である。当該円弧の半径Ｒは２μｍ以上とする。角部６Ｄ１を円弧形状とすることにより、角部６Ｄ１への応力集中を低減させることができる。従って、電極６Ｄの端部とリブ１１の隙間に封止樹脂９が流入した場合でも、角部６Ｄ１を起点とした封止樹脂９のクラックを抑制することができる。
【００１７】
なお、変形例として図５に示すように、パワーモジュール１０２からリブ１１を除いた構成のパワーモジュール１０３としても良い。このような構成によっても、角部６Ｄ１が円弧形状であるため、角部６Ｄ１への応力集中を低減させることができる。従って、角部６Ｄ１を起点とした封止樹脂９のクラックを抑制することができる。
【００１８】
＜Ｄ．実施の形態３＞
＜Ｄ−１．構成＞
図６は、実施の形態３に係る半導体装置であるパワーモジュール１０４の下面図であり、図７は図６のＢ部拡大図である。パワーモジュール１０４は実施の形態１に係るパワーモジュール１０１に対し、リブ１１に代えてリブ１２が設けられている点のみが異なる。それ以外の構成はパワーモジュール１０１と同様である。
【００１９】
図７を参照して、リブ１２は、電極６Ｄの角部６Ｄ１に垂直な平面において角部６Ｄ１の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆って設けられる。そして、リブ１２の角部６Ｄ１に垂直な平面における断面は三角形状である。
【００２０】
なお、角部６Ｄ１の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆うことが出来れば、リブの形状は図６，７で示すものに限らない。例えば、図８に示すパワーモジュール１０５におけるリブ１３のように、角部６Ｄ１に垂直な平面における断面が四角形状のものでもよい。リブ１３の角部６Ｄ１に垂直な平面における厚さは２ｍｍ以上５ｍｍ未満とする。
【００２１】
また、リブ１２はケース１０と一体成型されたものの他、ケース１０に取り付けられた樹脂板で構成されていても良い。
【００２２】
＜Ｄ−２．効果＞
パワーモジュール１０４，１０５は、ベース板１と、ベース板１の第１主面１ａに搭載された絶縁基板３と、絶縁基板３表面の回路パターンに搭載された半導体チップ４と、ベース板１との間で半導体チップ４を覆う内部空間を構成するように、ベース板１の第１主面１ａに取り付けられ、内部空間を挟んで第１主面１ａに対向する対向面１０ａを有するケース１０と、内部空間において、絶縁基板３側から対向面１０ａにかけて延設され、延設方向に沿った角部６Ｄ１を有する電極６と、内部空間を封止する封止樹脂９と、内部空間において、電極６Ｄの角部６Ｄ１に対向してケース１０の対向面１０ａに取り付けられたリブ１２，１３と、を備え、リブ１２，１３は、角部６Ｄ１に垂直な平面において角部６Ｄ１の角の二等分線から±２２．５°の方向を覆って設けられる。
【００２３】
封止樹脂９のクラックは、電極６Ｄの角部６Ｄ１を起点として、主に角部６Ｄ１の角の二等分線の方向に進展するが、ケース１０の構造等によって進展方向は多少左右される。そのため、角部６Ｄ１の角の二等分線から±２２．５°の方向をリブ１２，１３で覆うことにより、クラックの発生方向がばらついてもその進展を抑制することが可能である。
【００２４】
なお、リブは、対向面１０ａと平行な面における断面が三角形状のリブ１２でも、対向面１０ａと平行な面における厚さが２ｍｍ以上５ｍｍ未満の樹脂板であるリブ１３でもよく、いずれも本発明の効果を奏する。
【００２５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ベース板、１ａ  第１主面、２  はんだ、３  絶縁基板、４  半導体チップ、５  ワイヤ、６，６ａ，６ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ  電極、６Ｄ１  角部、７  プリント基板、８  シリコーンゲル、９  封止樹脂、１０  ケース、１０ａ  対向面、１１，１２，１３  リブ、２０  クラック、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  パワーモジュール。
【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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【図１０】
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【図１１】
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