(57)【要約】【課題】回路パターン材と絶縁材間の高電圧下での電界集中を緩和し、耐圧性を向上した半導体装置を提供する。【解決手段】高電圧下で使用される半導体素子が搭載された絶縁基板１上に形成された回路パターン１ａにおいて切り立った形状を有する端部１ｃの表面を、その断面が丸みを帯びた形状となるように導電材料５で覆う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧下で使用される半導体素子を搭載するための回路パターンが形成された絶縁基板を備えた半導体装置において、
前記絶縁基板上に形成された回路パターンの横側端面を回路パターンの周囲に沿って導電材料で覆い、該導電材料はその延在方向と直交する断面の形状が丸みを帯びた形状となるように前記回路パターンの横側端面を覆っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記回路パターンの横側端面にメッキ層を設け、該メッキ層上に前記導電材料を溶着したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記導電材料としてはんだを使用し、
前記回路パターンの横側端面にメッキ層を形成し、大気圧から減圧した圧力下で該メッキ層上にはんだを溶着し、大気圧下に戻して前記はんだを硬化させることにより、前記メッキ層上に導電材料を溶着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧下で使用される半導体装置に関し、特に、高電圧下で使用される半導体素子を搭載するための回路パターンが形成された回路基板を備えた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電車車両用のインバータ等に使用される半導体装置の回路基板には温度サイクル等の高信頼性と高電圧下で使用するための高耐圧性が要求される。回路基板の絶縁材には高熱伝導性を有し劣化の小さい材料としてＡｌＮやＡｌ2Ｏ3が使用されることが多い。そして、回路パターンと裏面パターンの材料にはＣuやＡlが使用される。これらの製造方法は絶縁材の表裏に回路を形成しない板状のパターン材をロウ材等で接合し、その後にパターン材をエッチングすることで回路を形成する。
【０００３】
なお、従来の絶縁回路基板の技術として特許文献１、２に開示のものがある。
【特許文献１】
特開昭６３−３１４８８５号公報
【特許文献２】
特開平８−２３０５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このエッチングを行なった場合、パターン材の断面形状は絶縁材との接合面側が切り立った形状（以下「エッジ形状」という。）となる。高電圧下で使用する場合、そのようなエッジ形状には電界が集中し、回路パターンと接地電位のベース板間に放電が生じるという問題がある。このため、設計時において、予め絶縁距離を大きく確保しておく必要があり、絶縁基板の面積は大きくなり製品の小型化が困難であった。
【０００５】
また、パターンにエッジが形成されないようエッチングする方法では、温度サイクル時に回路パターンと絶縁材の境界部分に発生する応力が大きくなり、絶縁材のクラックに至ることもある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、回路パターン材と絶縁材間の高電圧下での電界集中を緩和し、耐圧性を向上した半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、高電圧下で使用される半導体素子を搭載するための回路パターンが形成された絶縁基板を備えた半導体装置であって、絶縁基板上に形成された回路パターンの横側端面が回路パターンの周囲に沿って導電材料で覆われている。その際、導電材料はその延在方向と直交する断面の形状が丸みを帯びた形状となるように回路パターンの横側端面を覆っている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して、本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１の半導体装置に含まれる絶縁基板及びその周辺部の断面図を示す。図２に本実施形態の半導体装置全体の断面図を示す。
【００１０】
図２に示すように、半導体装置は、スイッチング機能を有する半導体素子２を搭載した絶縁基板１と、半導体素子２を駆動するための制御回路を搭載した制御基板７とを樹脂ケース６内に収納したモジュールである。絶縁基板１上の半導体素子間はアルミワイヤ９により配線される。絶縁基板１は半導体素子２等とともに樹脂１０により封止されている。制御基板７は中継端子１２を介して絶縁基板１の半導体素子２に制御信号を出力する。半導体装置は外部と信号等のやりとりをするための外部導出端子１１を有する。半導体装置はベース板３に取りつけられ、ベース板３には半導体素子２で発生した熱を放熱するためのヒートシンク３が取りつけられる。
【００１１】
図１に戻り、半導体装置はセラミック絶縁基板１の上面に回路パターン１ａが、裏面に回路パターン１ｂがエッチングにより形成されている。回路パターン１ａ上には、はんだ４を介して半導体素子２が取り付けられている。絶縁基板１はベース板３にハンダ４により取り付けられている。
【００１２】
図１に示すように、回路パターン１ａ端部１ｃの断面は、絶縁基板１との接合面側が切り立った形状（エッジ形状）となっている。このようなエッジ形状は従来技術で述べたように高電圧下では電界集中を招き、耐圧性を低下させる。このため、回路パターン１ａの横側周囲に沿って、回路パターン１ａのエッジ形状の端部１ｃの表面を覆うように導電材料５を接合する。すなわち、導電材料５は回路パターン１ａの周囲に沿って延在する。導電材料５はその延在方向と直交する断面の形状が丸みを帯びた形状となる様に形成される。図３に、導電材料５を回路パターン１ａの横側周囲（外縁部）に沿って全体的に配置した状態を示す。
【００１３】
このように、回路パターンの端部１ｃの表面に丸みを帯びた形状に導電材料５を接合することにより、エッジ形状の回路パターン端部１ｃへの高電圧下での電界集中を緩和でき、これにより、設計上、回路パターン端部から絶縁基板端部までの距離を大きくする必要がなくなるため、絶縁基板のサイズの小型化が図れる。
【００１４】
なお、導電材料５には金属ではなく、導電性樹脂を用いてもよい。導電性樹脂は金属に比してヤング率が小さいため、温度サイクル時に導電材料と絶縁材（ＡｌＮやＡｌ2Ｏ3等）の間で発生する応力が小さくなるため、絶縁材からなる絶縁基板におけるクラックの発生を防止でき、半導体装置の信頼性をより向上できるからである。また、回路パターン１ａの厚さは一般に０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度であるため、高電圧下での十分な電界集中の防止効果を得るためには導電材料５の厚さは少なくとも１００μｍ以上にする。
【００１５】
実施の形態２．
図４に、実施の形態２の半導体装置に含まれる絶縁基板及びその周辺部の断面図を示す。一般に、回路パターン１ａ、１ｂの材料としてアルミニウムを使用した場合、回路パターン１ａ、１ｂとはんだ４を直接接合させることは困難である。そこで、回路パターン１ａのはんだを接合する部品実装面、側面及び裏面パターン１ｂ表面にメッキ１ｄを施す。その後、回路パターン１ａの側面のメッキ層１ｄに、高電圧下の電界集中を緩和するため丸みを帯びた形状にはんだ４を接合する。以下に、このときの製造方法について具体的に説明する。
【００１６】
回路パターン１ａ、１ｂをエッチングにより形成後、回路パターン１ａのはんだを接合する部品実装面、側面及び裏面パターン１ｂ表面にメッキ層１ｄを形成する。その後、メッキ層１ｄ上に丸みを帯びた形状のはんだ４を接合するが、このとき次のような問題がある。一般に、大気圧下では溶融はんだには表面張力がはたらきボール状となりメッキ層となじみ難く、回路パターン１ａ、１ｂの全周囲にはんだ４を接合することは困難である。そこで、本実施形態では、まず、空気圧を減圧（例えば１０Torr以下まで下げる）した状態で、メッキ層１ｄ上ではんだを溶融させて付着させる。これにより、はんだの表面張力がほぼ無くなり回路パターン側面のメッキ面にはんだがなじんでいく。その後、はんだを溶融させた状態のまま大気圧下に戻してはんだを硬化させる。これにより、再び表面張力が働き、はんだ表面は丸みを帯びた形状をなす。このような方法により、回路パターンの端部表面に丸みを帯びた形状のはんだ層を容易に形成することが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、回路パターン端部に丸みを帯びた形状に導電材料を接合することにより、エッジ形状の回路パターン端部への高電圧下での電界集中を緩和でき、これにより、設計上、回路パターン端部から絶縁基板端部までの距離を大きくする必要がなくなるため、絶縁基板のサイズの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置における絶縁基板周辺部の断面図
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置全体の断面図
【図３】本発明の実施の形態１の半導体装置における半導体素子を搭載した絶縁基板の上面図
【図４】本発明の実施の形態２の半導体装置における絶縁基板周辺部の断面図
【符号の説明】
１  絶縁基板、  １ａ  絶縁基板の回路パターン、  １ｂ  絶縁基板の裏面パターン、  １ｃ  エッジ形状の回路パターンの端部、  １ｄ  絶縁基板のメッキが施された部分、  ２  半導体素子、  ３  ベース板、  ４  はんだ、  ５  導電材料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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