(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
前記放熱板上に設けられた配線基板と、
前記配線基板上に設けられた半導体チップと、
前記配線基板及び前記半導体チップを囲うように前記放熱板上に設けられたケース筐体と、
前記ケース筐体の下面と前記放熱板の上面外周部を接着する接着剤と、
前記ケース筐体内に充填され、前記配線基板及び前記半導体チップを覆う封止材とを備え、
前記ケース筐体の前記下面と前記放熱板の前記上面外周部の少なくとも一方に段差部が設けられ、
前記放熱板の側面と前記ケース筐体の外側面が同一面であり、
前記段差部として、前記ケース筐体の前記下面の外側部分に凸部が設けられ、前記放熱板の前記上面外周部には前記凸部に対向する位置に凹部が設けられ、
前記段差部として、前記ケース筐体の前記凸部に溝が設けられ、前記放熱板の前記凹部には前記溝に対向する位置に突起が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
放熱板と、
前記放熱板上に設けられた配線基板と、
前記配線基板上に設けられた半導体チップと、
前記配線基板及び前記半導体チップを囲うように前記放熱板上に設けられたケース筐体と、
前記ケース筐体の下面と前記放熱板の上面外周部を接着する接着剤と、
前記ケース筐体内に充填され、前記配線基板及び前記半導体チップを覆う封止材とを備え、
前記ケース筐体の前記下面と前記放熱板の前記上面外周部の少なくとも一方に段差部が設けられ、
前記放熱板の側面と前記ケース筐体の外側面が同一面であり、
前記段差部として、前記ケース筐体の前記下面の外側部分に凸部が設けられ、
前記ケース筐体の前記下面の内側部分に面取りが設けられ、
前記段差部として、前記放熱板の前記上面外周部に凹部が設けられ、
前記ケース筐体の前記下面にエアだまりが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
放熱板と、
前記放熱板上に設けられた配線基板と、
前記配線基板上に設けられた半導体チップと、
前記配線基板及び前記半導体チップを囲うように前記放熱板上に設けられたケース筐体と、
前記ケース筐体の下面と前記放熱板の上面外周部を接着する接着剤と、
前記ケース筐体内に充填され、前記配線基板及び前記半導体チップを覆う封止材とを備え、
前記ケース筐体の前記下面と前記放熱板の前記上面外周部の少なくとも一方に段差部が設けられ、
前記放熱板の側面と前記ケース筐体の外側面が同一面であり、
前記段差部として、前記ケース筐体の前記下面の内側部分に凸部が設けられ、
前記ケース筐体の前記下面の外側部分に面取りが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記ケース筐体の前記下面にエアだまりが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項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、例えば電鉄用機器又は自動車用機器のモータ制御に使用される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケース筐体内にゲルが充填される半導体装置では、ケース筐体と放熱板は接着剤により接着される。これにより、接合部からの水分侵入又はゲルの外部への漏れを防止することができる。ただし、放熱板に塗布した接着剤の一定のボリュームを確保するため、ケース筐体が放熱板を囲っていた。従って、放熱板のサイズをケース筐体より小さくしなければならなかった。また、ケース筐体側にも放熱板側にも段差部が無い場合（例えば、特許文献１参照）、接着剤を押しつぶして接着剤自身のボリュームが無くなり、シール機能を損なう懸念があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開平１１−２１４６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放熱板のサイズをケース筐体より小さくすると、熱拡散範囲を拡大できない。また、放熱板サイズの制限により放熱機能を最大限に発揮できない。また、近年、半導体装置の縮小化が進むにあたり、放熱板サイズが制限されたままでは、冷却器へ取り付けるための取付穴径を放熱板上に確保することが困難になってきている。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はシール効果を担保し、接触熱抵抗を低減させ、冷却設計の尤度を向上させることができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、放熱板と、前記放熱板上に設けられた配線基板と、前記配線基板上に設けられた半導体チップと、前記配線基板及び前記半導体チップを囲うように前記放熱板上に設けられたケース筐体と、前記ケース筐体の下面と前記放熱板の上面外周部を接着する接着剤と、前記ケース筐体内に充填され、前記配線基板及び前記半導体チップを覆う封止材とを備え、前記ケース筐体の前記下面と前記放熱板の前記上面外周部の少なくとも一方に段差部が設けられ、前記放熱板の側面と前記ケース筐体の外側面が同一面であり、前記段差部として、前記ケース筐体の前記下面の外側部分に凸部が設けられ、前記放熱板の前記上面外周部には前記凸部に対向する位置に凹部が設けられ、前記段差部として、前記ケース筐体の前記凸部に溝が設けられ、前記放熱板の前記凹部には前記溝に対向する位置に突起が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、ケース筐体の下面と放熱板の上面外周部の少なくとも一方に段差部が設けられている。これにより、ケース筐体と放熱板を接着する接着剤の一定ボリュームを確保してシール効果を担保することができる。また、放熱板の側面とケース筐体の外側面が同一面である。これにより、放熱範囲を拡大することができるため、接触熱抵抗を低減させ、冷却設計の尤度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す下面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図４】比較例に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態７に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態８に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。放熱板１上に配線基板２が設けられている。放熱板１は、Ｃｕ、ＡｌＳｉＣ又はＡｌなどの金属である。配線基板２は、セラミック基板などの下面に下面電極３が設けられ、上面に上面電極４，５，６が設けられたものである。配線基板２の下面電極３ははんだ７により放熱板１に接合されている。配線基板２の上面電極４上に半導体チップ８が設けられている。半導体チップ８の上面電極はワイヤ９により配線基板２の上面電極５に接続されている。
【００１１】
ケース筐体１０が配線基板２及び半導体チップ８を囲うように放熱板１上に設けられている。ケース筐体１０は、例えばＰＰＳ、ＰＢＴ又はＰＥＴ＋ＰＢＴなどのエンジニアリングプラスチックである。ケース筐体１０の下面と放熱板１の上面外周部が接着剤１１により接着されている。接着剤１１は、シリコーン系又はエポキシ系の材料などである。
【００１２】
電極端子１２が配線基板２の上面電極６に接続され、ケース筐体１０の外部に引き出されている。絶縁性を担保するために、シリコーンゲルなどの絶縁性の封止材１３がケース筐体１０内に充填され、配線基板２及び半導体チップ８などを覆っている。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す下面図である。放熱板１の外周部には、冷却器への取付穴１４とケース取付ネジ穴１５が設けられている。
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。段差部として、ケース筐体１０の下面の外側部分に凸部１６が設けられ、放熱板１の上面外周部には凸部１６に対向する位置に凹部１７が設けられている。放熱板１の側面とケース筐体１０の外側面が同一面である。
【００１５】
金属融解により放熱板１を成型する場合は、金型又は鋳型に溝又は突起を設けて鋳造時に放熱板１の外周部を追加加工する。また、放熱板１の表面形状を成型した後に凹部１７を形成する場合は、凹部１７となる部分以外をレジストマスクで覆い、エッチングにより凹部１７を成形する。レジスト・エッチングを行わない場合は、プレスにより凹部１７を成形してもよい。
【００１６】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４は、比較例に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。比較例では、放熱板１に塗布した接着剤１１の一定のボリュームを確保するため、ケース筐体１０が放熱板１を囲っている。従って、放熱板１のサイズをケース筐体１０より小さくしなければならない。
【００１７】
一方、本実施の形態では、段差部として、ケース筐体１０の下面の外側部分に凸部１６が設けられ、放熱板１の上面外周部には凸部１６に対向する位置に凹部１７が設けられている。これにより、ケース筐体１０と放熱板１を接着する接着剤１１の一定ボリュームを確保してシール効果を担保することができる。また、放熱板１の側面とケース筐体１０の外側面が同一面である。これにより、放熱範囲を拡大することができるため、冷却器への取付穴１４とケース取付ネジ穴１５を確保するためのクリアランス範囲が拡大される。このため、接触熱抵抗を低減させ、冷却設計の尤度を向上させることができる。この結果、半導体装置の寿命設計が有利になる。
【００１８】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。実施の形態１の構成に加えて、ケース筐体１０の凸部１６に溝１８が設けられ、放熱板１の凹部１７には溝１８に対向する位置に突起１９が設けられている。
【００１９】
実施の形態１と同様の効果に加え、ケース筐体１０の溝１８と放熱板１の突起１９がかみ合うことにより、封止材１３の漏れと接着剤１１のはみ出しを防ぐことができるため、生産性が向上する。また、ケース筐体１０の位置決め精度も向上する。
【００２０】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。段差部として、ケース筐体１０の下面の外側部分に凹部２０が設けられ、放熱板１の上面外周部には凹部２０に対向する位置に凸部２１が設けられている。実施の形態１と同様の効果に加え、放熱板１の凸部２１により封止材１３の漏れと接着剤１１のはみ出しを防ぐことができるため、生産性が向上する。
【００２１】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。段差部として、ケース筐体１０の下面の中央部分に凸部１６が設けられ、放熱板１の上面外周部には凸部１６に対向する位置に凹部１７が設けられている。これにより、実施の形態３と同様の効果に加え、接着剤１１の塗布量を低減することができる。また、ケース筐体１０の位置決め精度も向上する。
【００２２】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。段差部として、ケース筐体１０の下面の外側部分に凸部１６が設けられ、ケース筐体１０の下面の内側部分に面取り２２が設けられている。面取り２２に作用する表面張力により接着剤１１がケース筐体１０側に引き上げられるため、接着剤１１のボリュームを確保でき、シール効果が向上する。また、放熱板１を加工する必要がなくなるため、コストを削減し、放熱性を向上することができる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
実施の形態６．
図９は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。実施の形態５の構成に加えて、段差部として、放熱板１の上面外周部に凹部１７が設けられている。また、ケース筐体１０の下面にエアだまり２３が設けられている。実施の形態５と同様の効果に加え、接着剤１１内の気泡２４が装置内部でなくエアだまり２３に抜けることで絶縁性を向上させることができる。
【００２４】
実施の形態７．
図１０は、本発明の実施の形態７に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。段差部として、ケース筐体１０の下面の内側部分に凸部１６が設けられている。また、ケース筐体１０の下面の外側部分に面取り２２が設けられている。接着剤１１内の気泡２４が装置外側に抜けることで絶縁性を向上させることができる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態８．
図１１は、本発明の実施の形態８に係る半導体装置のケース筐体と放熱板の接着部を拡大した断面図である。実施の形態７の構成に加えて、ケース筐体１０の下面にエアだまり２３が設けられている。接着剤１１内の気泡２４が装置外側又はエアだまり２３に抜けることで絶縁性を向上させることができる。
【００２６】
なお、半導体チップ８は珪素によって形成されたＩＧＢＴ又はダイオードであるが、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ又はＳｉＣ−ＳＢＤでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。
【符号の説明】
【００２７】
１  放熱板、２  配線基板、８  半導体チップ、１０  ケース筐体、１１  接着剤、１３  封止材、１６，２１  凸部、１７，２０  凹部、１８  溝、１９  突起、２２  面取り、２３  エアだまり
【図１】
0006699742.tif 000002
【図２】
0006699742.tif 000003
【図３】
0006699742.tif 000004
【図４】
0006699742.tif 000005
【図５】
0006699742.tif 000006
【図６】
0006699742.tif 000007
【図７】
0006699742.tif 000008
【図８】
0006699742.tif 000009
【図９】
0006699742.tif 000010
【図１０】
0006699742.tif 000011
【図１１】
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