(57)【要約】【課題】絶縁板に加わる応力を抑えることができる半導体装置を得ること。【解決手段】ボルト１０の螺着によって樹脂ケース４が絶縁板１に設けた金属膜６の延在片６ａを放熱板３に向けて押し付ける。このため、金属膜６およびグリース層９を介して絶縁板１の他方の面が放熱板３の面に密着する。このとき、絶縁板１には、放熱板３側に押し付ける応力が直接加わらない。その結果、絶縁板１に加わる応力が低減するため、当該絶縁板１に割れが発生し難くなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを一方の面に搭載した絶縁板と、
前記絶縁板の他方の面に設けてあり当該絶縁板の周縁より外側に延在する延在片を有した熱伝導性支持板と、
前記絶縁板の他方の面側に設けた放熱板と、
前記熱伝導性支持板の延在片を前記放熱板に向けて押し付ける押圧部材とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記熱伝導性支持板の延在片を前記放熱板に向けて押し付ける態様で前記押圧部材を前記放熱板に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記延在片を前記絶縁板の全周縁より外側に一体に延在して当該延在片に前記絶縁板を囲む態様で設けた無端状の凹溝と、
前記押圧部材を前記半導体チップの周囲を取り囲む枠体として当該枠体に前記凹溝と係合する態様で設けた無端状の突起とを備えた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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性の高い放熱構造や組立構造を有する半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置として、半導体チップを搭載した絶縁板を放熱板に取り付けた放熱構造がある。この種の半導体装置は、半導体チップを搭載した絶縁板と、半導体チップの周囲を取り囲む樹脂ケースと、この樹脂ケースに充填した樹脂であって半導体チップと樹脂ケースとの間を埋める充填樹脂と、絶縁板を取り付けた放熱板とを有している。そして、絶縁板を放熱板に取り付ける手段として、樹脂ケースを貫通したボルトの先端部を放熱板に形成したボルト穴にねじ込むことにより、樹脂ケースを用いて絶縁板を放熱板に押し付けている。また、樹脂ケースには、絶縁板の放熱板側でない面から放熱板の方向へ、絶縁板を押し付ける突起が設けてある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２３６６６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術によれば、樹脂ケース（突起）が絶縁板を放熱板側に押し付ける構成である。このため、特に放熱板が反り曲がっている場合や、絶縁板に向く放熱板の面に突起が生じている場合では、絶縁板に反る力が加わって当該絶縁板に割れが生じやすいという問題があった。また、放熱板の反りを一定量以下にするには部材加工費が増大するという別の問題が生じる。
【０００５】
また、上記従来の技術では、絶縁板と放熱板との間にグリース層が設けてある。このグリース層は、シリコーングリースが主に用いられ、絶縁板と放熱板との隙間を埋めて放熱性を向上する目的で設けてある。しかし、シリコーングリースは、半田などに比較して熱伝導率が低い。このため、シリコーングリースに多量の良熱伝導性粉末を混入することが考えられるが、良熱伝導性粉末を混入したシリコーングリースは硬度が増してしまう。この結果、上記のごとく絶縁板に生じる応力が大きくなり絶縁板に割れが生じやすくなるという問題がある。このように、絶縁板に応力が加わると、半導体チップの放熱性を向上することも難しくなり、半導体チップの温度上昇によって半導体チップの寿命が短くなるので、半導体装置の信頼性を低下させることになる。一方、放熱性を向上する他の手段としては、半導体チップサイズを大きくすることが考えられるが、これでは半導体装置の小型化を図ることができなくなる。
【０００６】
さらに、上記従来の技術では、樹脂ケースに設けた突起をリング状にして半導体チップを囲むようにすることで、樹脂ケースの外への充填樹脂の漏れを防ぐようにしている。しかし、全ての突起を絶縁板に押し付けることは難しく、特に上述のごとく絶縁板に反る力が加わった場合では顕著である。この結果、充填樹脂を堰き止められず当該充填樹脂が樹脂ケース外に漏れる問題があり、信頼性の高い組立構造が得られなかった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、絶縁板に加わる応力を抑えることができ、また、信頼性の高い組立構造を得ることができる半導体装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置にあっては、半導体チップを一方の面に搭載した絶縁板と、前記絶縁板の他方の面に設けてあり当該絶縁板の周縁より外側に延在する延在片を有した熱伝導性支持板と、前記絶縁板の他方の面側に設けた放熱板と、前記熱伝導性支持板の延在片を前記放熱板に向けて押し付ける押圧部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、押圧部材が絶縁板に設けた熱導電性支持板の延在片を放熱板に向けて押し付け、熱伝導性支持板を介して絶縁板の他方の面が放熱板の面に密着する。このとき、絶縁板には、押付部材によって押し付ける応力が直接加わらない。その結果、絶縁板に加わる応力が低減して絶縁板に割れが発生し難くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる半導体装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示す断面図である。図１に示すように、半導体装置は、絶縁板１と、半導体チップ２と、放熱板３と、押圧部材としての樹脂ケース４とを主に有している。
【００１２】
絶縁板１は、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの材料によって板状に形成してある。絶縁板１には、一方の面（図１における上面）に金属膜５を部分的に設けてある。また、絶縁板１には、他方の面（図１における下面）に熱伝導性支持板としての金属膜６を設けてある。金属膜６は、絶縁板１の面積より大きい面積を有した板体であり、絶縁板１の周縁より外側に延在した延在片６ａを有している。本実施の形態では、金属膜６が絶縁板１の他方の面の全面を覆い、延在片６ａが当該絶縁板１の全周縁より外側に一体に延在している。また、延在片６ａには、絶縁板１を囲む態様で無端状の凹溝６ｂが設けてある。
【００１３】
半導体チップ２は、たとえば電力用半導体装置に用いられるパワー半導体スイッチング素子などである。この半導体チップ２は、絶縁板１の金属膜５に対してはんだ７にて接合してある。また、半導体チップ２の電極は、アルミニウムあるいは銅などのワイヤ８によって当該半導体チップ２を接合していない他の金属膜５に接続してある。
【００１４】
放熱板３は、絶縁板１の他方の面側に設けてある。絶縁板１は、銅やアルミニウムなどからなる板体であり、絶縁板１に設けた金属膜６の面積よりも大きい面積を有している。この放熱板３は、自身の面を金属膜６の面に対面する形態で設けてある。すなわち、放熱板３は、熱伝導性支持板としての金属膜６の延在片６ａの周縁より外側に延在している。
【００１５】
放熱板３と金属膜６との間には、グリース層９を介在してある。グリース層９は、シリコーングリースなどの熱伝導部材からなる。このグリース層９は、熱伝導性を向上するために多量の良熱伝導性粉末を混入してある。また、グリース層９は、取り扱い性を向上するためにシリコーンシートなどシート状のものを用いることもできる。
【００１６】
樹脂ケース４は、絶縁板１に搭載した半導体チップ２の周囲を囲む枠体をなしている。具体的に樹脂ケース４である枠体は、半導体チップ２を搭載した絶縁板１の周囲を囲む態様に形成してある。また、枠体には、熱伝導性支持板としての金属膜６の延在片６ａに設けた凹溝６ｂに挿通係合する態様で無端状の突起４ａを設けてある。このように構成した樹脂ケース４は、金属膜６の延在片６ａを放熱板３に向けて押し付けるようにして当該放熱板３に取り付けてある。
【００１７】
樹脂ケース４を放熱板３に取り付ける手段としては、本実施の形態ではボルト１０を用いている。樹脂ケース４には、ボルト１０を挿通する挿通穴４ｂを設けてある。また、放熱板３には、ボルト１０を螺着するボルト穴３ａを設けてある。すなわち、樹脂ケース４の挿通穴４ｂにボルト１０の先端部を挿通して、当該先端部を放熱板３のボルト穴３ａに螺着することにより放熱板３に樹脂ケース４が取り付けられる。
【００１８】
また、放熱板３に取り付けた樹脂ケース４の枠体内には、充填樹脂１１が充填してある。充填樹脂１１は、半導体チップ２を覆うことで当該半導体チップ２の接続部分の絶縁性を良くしている。
【００１９】
上述した半導体装置を組み立てるには、絶縁板１に半導体チップ２を搭載しておき、当該絶縁板１の他方の面に設けた金属膜６に対して、グリース層９を介して放熱板３を対面させる。この状態で、絶縁板１の一方の面側から樹脂ケース４を被せるようにして金属膜６の凹溝６ｂに対して樹脂ケース４の突起４ａを挿通係合する。そして、上記のごとくボルト１０によって樹脂ケース４を放熱板３に取り付ける。その後、樹脂ケース４の枠体内に充填樹脂１１を充填する。
【００２０】
このように構成した半導体素子では、ボルト１０の螺着によって押圧部材としての樹脂ケース４が絶縁板１に設けた熱導電性支持板としての金属膜６の延在片６ａを放熱板３に向けて押し付けることになる。このため、金属膜６およびグリース層９を介して絶縁板１の他方の面が放熱板３の面に密着する。このとき、絶縁板１には、樹脂ケース４によって押し付ける応力が直接加わらない。その結果、絶縁板１に加わる応力が低減するため、当該絶縁板１に割れが発生し難くなる。
【００２１】
また、絶縁板１に押し付ける力が直接加わらないので、放熱板３に反りが生じていた場合や、絶縁板１に向く放熱板３の面に突起が生じている場合でも絶縁板１に加わる応力が低減するため、当該絶縁板１に割れが発生し難くなる。なた、放熱板３の反りを一定量以下にするための部材加工が必要ないので部材加工費を低減することができる。
【００２２】
また、金属膜６が絶縁板１の周縁より外側に延在した延在片６ａを有しているため、半導体チップ２で発生した熱が、延在片６ａを介して拡散し易くなるため、放熱性を向上することができる。
【００２３】
また、グリース層９は、放熱板３と金属膜６との隙間や、金属膜６の面の微小な凹凸による隙間を埋めて放熱性を向上する。そして、上述したようにグリース層９に多量の良熱伝導性粉末を混入すれば放熱性がさらに向上する。ここで、良熱伝導性粉末を混入したグリース層９は硬度が増し、絶縁板１に加わる応力が大きくなることが懸念される。しかしながら、本半導体装置では、上述のごとく絶縁板１に押し付ける力が直接加わらないので、グリース層９の硬度が増した場合でも絶縁板に生じる応力が大きくなることがなく絶縁板に割れが生じ難くなる。
この結果、半導体チップ２の放熱性が向上して半導体チップ２の寿命が長くなるので、半導体装置の信頼性を向上することができる。さらに、半導体チップ２の放熱性が向上することから半導体チップサイズを小さくすることが可能であり、半導体装置の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、上述した半導体装置では、熱伝導性支持板としての金属膜６の延在片６ａに無端状の凹溝６ｂを設け、延在片６ａを押し込む押圧部材としての樹脂ケース４に前記凹溝６ｂ挿通係合する無端状の突起４ａを設けているので、樹脂ケース４が半導体チップ２を搭載した絶縁板１を確実に囲むことが可能である。この結果、樹脂ケース４の枠体内に充填した充填樹脂１１が樹脂ケース４の外の漏れる事態を確実に防ぐことができる。また、放熱板３に反りが生じても、凹溝６ｂへの突起４ａの挿通が外れないので樹脂ケース４の外への充填樹脂１１の漏れを防ぐことができる。
【００２５】
また、凹溝６ｂと突起４ａとの係合により、絶縁板１と樹脂ケース４との位置合わせ容易に行うことができる。さらに、放熱板３に樹脂ケース４をボルト１０で取り付けることにより、絶縁板１と放熱板３との相対位置を容易に合わせることができる。従前の半導体装置では、絶縁板１と樹脂ケース４との位置合わせを行うために、樹脂ケース４に絶縁板１を囲んで嵌め込むように樹脂ケース４を厚くして凹部を形成している。本半導体装置では、凹溝６ｂと突起４ａとの係合によって絶縁板１と樹脂ケース４との位置合わせを行うので上記厚みおよび凹部が必要なくなる。この結果、樹脂ケース４の樹脂量を少なくすることができ、軽量かつ安価な半導体素子を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、押圧部材が絶縁板に設けた熱導電性支持板の延在片を放熱板に向けて押し付けて、熱伝導性支持板を介して絶縁板の他方の面が放熱板の面に密着させている。これにより、放熱板側に絶縁板を押し付ける応力が絶縁板に直接加わらないので、絶縁板に加わる応力を抑えて絶縁板の割れを防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  絶縁板、２  半導体チップ、３  放熱板、３ａ  ボルト穴、４  樹脂ケース（押圧部材）、４ａ  突起、４ｂ  挿通穴、５  金属膜、６  金属膜（熱伝導性支持板）、６ａ  延在片、６ｂ  凹溝、７  はんだ、８  ワイヤ、９  グリース層、１０  ボルト、１１  充填樹脂。
【図１】
2004349614.tif 000003