(57)【要約】【課題】ケースの上面近傍まで封止材を注入した場合であっても、外観不良や蓋との接着性低下を招くことのない半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、絶縁基板２と、絶縁基板２上に搭載された半導体素子３と、絶縁基板２の周縁を囲い、半導体素子３を収容する中空のケース６と、ケース６内に充填され、ケース内を封止する封止材１０とを備える。ケース６は、ケース６の上面６ｃから部分的に突出する突起部６ｆを有する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
該絶縁基板上に搭載された半導体素子と、
該絶縁基板の周縁を囲い、該半導体素子を収容する中空のケースと、
該ケース内に充填され、該ケース内を封止する封止材と
を備え、かつ
該ケースが、該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ケースが箱型形状を有し、前記突起部が、該ケースの上面の角部近傍に形成されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記突起部が、前記ケースの上面の厚さを分割した厚さを有する請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ケースの長手方向端部近傍に形成された前記突起部は、前記ケースの長手方向中央部近傍に形成された前記突起部よりも、前記上面からの高さが高い請求項１〜３のいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ケース内面に、該ケースの厚さが大きい段差部を備え、該段差部にケース内から外方に延出する導電部材の一端部が設けられている請求項１〜４記載のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電部材が銅板よりなるリードであり、該リードに接続するボンディングワイヤを更に備える請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ケースを覆う蓋を更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ケース上に載置される平板を更に備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
絶縁基板の周縁を囲い、半導体素子を収容し、封止材が充填される中空のケースであって、
該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有することを特徴とする半導体装置用ケース。
【請求項１０】
箱型形状を有し、前記突起部が、前記ケースの上面の角部近傍に形成されている請求項９記載の半導体装置用ケース。
【請求項１１】
前記突起部が、前記ケースの上面の厚さを分割した厚さを有する請求項９又は１０記載の半導体装置用ケース。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体装置及び半導体装置用ケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、１又は２以上のパワー半導体素子（半導体チップ）をケース内に内蔵し、ケース内が封止材で封止されたパワー半導体モジュールが知られている。これらのパワー半導体素子は、絶縁基板上に搭載された半導体チップを、当該絶縁基板に形成された電気回路や端子と電気的に接続するために、アルミニウム製のボンディングワイヤ等が用いられている。
【０００３】
ケース内の封止材は、エポキシ樹脂等からなり、ケース内に収容された半導体チップやボンディングワイヤ等を保護し、かつ、絶縁するためのものである。したがって、パワー半導体モジュールにおいて、封止材は、ケース内のボンディングワイヤを十分に覆い絶縁する高さでケース内に充填される。その一方で、パワー半導体モジュールは小型化、薄型化の要請があり、ケースの高さについても支障のない限り低くすることが望ましい。このような封止材によるケース内の絶縁性と小型化、薄型化との兼ね合いにより、液状の封止材をケース内に注入する際は、当該封止材を、ケースの上面近傍まで注入していた。
封止材が、ケースの上縁近傍まで注入されるため、注入の際に封止材がケースの上面まで乗り上げることがあった。また注入後、封止材を固化するまでの間の搬送時に、封止材がケースの上面まで乗り上げることがあった。
このような封止材のケースの上面への乗り上げは、パワー半導体モジュールの外観不良を招き、またケースを蓋で覆い接着固定する場合に、ケースの接着面である上面が平坦でないために接着性の低下を招く場合があった。
【０００４】
封止材の乗り上げを防止するために、ケースの内面にフランジを設けること（特許文献１）やケースの内面に段付き部を設けること（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３０２９１号公報
【特許文献２】特開平４−３５４３５４号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ケース内面に設けられたフランジや段付き部は、ケースの内側に向けて形成されたものであるから、封止材がケースの上面に達するのを未然に防ぐものであり、封止材の注入量は、そのフランジや段付き部が形成された高さまでに制限される。したがって、封止材をできる限りケースの上面近傍まで注入して絶縁性を高めるという要請に十分に応えるものではなかった。また、仮に封止材をケースの上面近傍まで注入した場合には、封止材のケース上面への乗り上げを防止するのが困難であった。
【０００７】
本考案は、上記した従来の半導体装置の問題を有利に解決するものであり、ケースの上面近傍まで封止材を注入した場合であっても、外観不良や蓋との接着性低下を招くことのない半導体装置及び半導体装置用ケースを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために以下のような半導体装置及び半導体装置用ケースが提供される。
本考案の半導体装置は、絶縁基板と、該絶縁基板上に搭載された半導体素子と、該絶縁基板の周縁を囲い、該半導体素子を収容する中空のケースと、該ケース内に充填され、該ケース内を封止する封止材とを備える。かつ、本考案の半導体装置は、該ケースが、該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有するものである。
【０００９】
本考案の半導体装置用ケースは、絶縁基板の周縁を囲い、半導体素子を収容し、封止材が充填される中空のケースであって、該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有するものである。
【考案の効果】
【００１０】
本考案の半導体装置は、ケースの上面に部分的に突起が形成され、封止材が当該ケースの上面に乗り上げたとしても突起部上には乗り上げられない。したがって外観不良を防止することができる。また、ケース上面の平坦性が維持され、ケース上面と蓋とを接着する際の接着性を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施形態のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図２】図１のパワー半導体モジュールの平面図である。
【図３】図１のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図４】図１のパワー半導体モジュールの部分拡大平面図である。
【図５】蓋を備えるパワー半導体モジュールの断面図である。
【図６】本考案の実施形態のパワー半導体モジュールの変形例の平面図である。
【図７】本考案の実施形態のパワー半導体モジュールの変形例の平面図である。
【図８】図６のパワー半導体モジュールの部分拡大平面図である。
【図９】図７のパワー半導体モジュールの部分拡大平面図である。
【図１０】参考例のパワー半導体モジュールの平面図である。
【図１１】従来のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図１２】図１１のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図１３】図１１のパワー半導体モジュールの部分拡大平面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
本考案の半導体装置及び半導体装置用ケースの実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。
図１に本考案の実施形態１の半導体装置としてのパワー半導体モジュールの断面図を示す。図１に示されたパワー半導体モジュール１は、絶縁基板２上に半導体チップ３が搭載されている。絶縁基板２は、金属基板２ａと、この金属基板２ａ上に設けられた絶縁板２ｂと、絶縁板２ｂ上に設けられた金属箔２ｃとを備えている。絶縁板２ｂは、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス材料や、エポキシ樹脂等の有機絶縁材料よりなる。金属箔２ｃは、具体的には例えば銅箔である。金属箔２ｃは絶縁板２ｂ上で選択的に形成されていて、これにより半導体チップ３の下面に形成された電極や後述するリードと接続する回路パターンが形成されている。
【００１３】
半導体チップ３は、接合材としての例えばはんだ４によって、金属箔２ｃよりなる配線パターン上に接合されて、電気的に接合されている。半導体チップ３は、例えばダイオードやトランジスタチップであり、トランジスタチップとしてはＩＧＢＴチップやＭＯＳＦＥＴチップ等を用いることができ、半導体チップ３の種類は特に限定されない。また、半導体チップ３の基板として単結晶シリコンの他、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やガリウムナイトライド（ＧａＮ）を用いることもできる。図１では、半導体チップ３がダイオードチップである例を説明している。なお、図１では、一つの絶縁基板２の金属箔２ｃ上に１個の半導体チップ３が搭載されているところを図示しているが、一つの絶縁基板２の金属箔２ｃ上に２個以上の半導体チップ３が搭載されてもよい。
また、図１では、金属箔２ｃよりなる配線パターンにコンデンサチップ５が接続されている。
【００１４】
半導体チップ３が搭載された絶縁基板２の周縁にケース６が取り付けられている。具体的に、ケース６は、ＰＰＳ樹脂等の絶縁性樹脂からなる中空（枠形状）の概略直方体形状であり、上端部６ａが開口となり、ケース６内の中空空間に上端部６ａから封止材１０を注入可能になっている。ケース６の下端部６ｂは、絶縁基板２の金属基板２ａ及び絶縁板２ｂに対して、絶縁性接着剤７によって接合されている。絶縁性接着剤７によって接合されることにより、絶縁基板２とケース６との絶縁性を確保するとともに、絶縁基板２とケース６との隙間をなくし、隙間から封止材１０が外部に漏れ出るのを防止している。
【００１５】
ケース６は、内面６ｄの高さ方向の途中に内側へ突き出た段差部６ｄａを有している。段差部６ｄａを有していることにより、ケース６の上端部６ａにおける当該ケース６の厚さ、すなわちケース６の内面６ｄと外面６ｅとの間の距離よりも、この段差部６ｄａにおける当該ケース６の厚さが厚くなっている。この段差部６ｄａには、銅板よりなるリード８の一端部が露出して取り付けられている。ケース６の内面６ｄの段差部６ｄａに露出しているリード８の一端は、ボンディングワイヤ９によって絶縁基板２の金属箔２ｃ又は半導体チップ３の電極と電気的に接続されている。
【００１６】
リード８とケース６とは、インサート成型により一体的に成形されている。リード８は、ケース６の厚み方向に延在し、他の一端部がケース６の外面６ｅよりも外方に現れている。
【００１７】
ケース６の内部空間には、半導体チップ３等の部材を封止するための封止材１０が充填されている。封止材１０には、シリコーンを主成分とするゲル状の封止材やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂よりなる封止材がある。これらの封止材１０のうち、熱硬化性樹脂よりなる封止材は絶縁性が高く、耐熱性が高いので好ましく、本実施形態では封止材１０に熱硬化性樹脂、より具体的にはエポキシ樹脂を用いている。もっともゲル状の封止材を排除するものではない。封止材１０は、固化前の液状の封止材１０をケース６の上端部６ａの開口から内部空間に注入し、加熱することにより固化することにより半導体チップ３やボンディングワイヤ９等を封止する。
【００１８】
封止材１０の注入量は、ボンディングワイヤ９の絶縁性を確保するために、封止材１０がボンディングワイヤ９を十分に覆うことができるような高さ、具体的には、ボンディングワイヤ９が少なくとも１ｍｍ覆われるような高さになるように注入される。一方、ケース６は、小型化、薄型化のために、絶縁性に支障がない範囲で可能な限り薄い高さを有している。そこで、封止材１０は、ケース６内での高さが、ケース６の上面６ｃ近傍になるような所定量で注入される。
【００１９】
封止材１０を注入する時の当該封止材の流動，又は注入後に搬送される時の振動により、封止材１０がケース６の上面６ｃに乗り上げたとしても外観不良とならないように、本実施形態のパワー半導体モジュール１は、ケース６の上面６ｃに部分的な突起部６ｆを有している。
【００２０】
この突起部６ｆの平面形状について図２の平面図を用いて説明する。なお図２において、本考案の理解を容易にするために半導体チップ３、コンデンサチップ５、ボンディングワイヤ９、封止材１０の記載を省略している。本実施形態のパワー半導体モジュール１において、突起部６ｆは、ケース６の一つの角部においてケースの長手方向及び短手方向に沿って当該角部に隣接する位置にそれぞれ一つずつ離れて形成されている。ケース６は４つの角部を有するため合計８個の突起部６ｆが形成されている。
【００２１】
図３、図４を用いて本実施形態のパワー半導体モジュール１の作用効果について説明する。図３は、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合の状況を示す断面図であり、図４は、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合の状況を示す平面的な部分模式図である。封止材１０の注入時、又は封止材１０が注入された後であって固化前の搬送時に、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合であっても、封止材１０は、突起部６ｆの側面に回り込み上面には乗り上げない。したがって、本実施形態のパワー半導体モジュール１は、外観不良にならない。また、封止材１０を注入するときの作業性を向上させることができる。
【００２２】
更に、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合であっても、封止材１０は、突起部６ｆには乗り上げないことから、本実施形態のパワー半導体モジュール１は、図５に蓋１１を取り付けた場合の斜視図を示すように、蓋１１を接着固定するときの接着性の低下を招くことはない。
【００２３】
本実施形態のパワー半導体モジュール１において、突起部６ｆの数は、蓋１１を平坦に支持できるという観点から、最低３個があればよい。もっとも、ケース６の寸法精度や突起部６ｆの高さの精度を考慮すると、確実に支持できるように図２に示したように角部に隣接しケース長手方向及び短手方向に沿ったそれぞれに突起部６ｆを有することが好ましい。
【００２４】
また、突起部６ｆの位置は、ボンディングワイヤ９をワイヤボンディングする際に、押さえ治具と干渉しない位置とすることが望ましい。
【００２５】
ケース６の上面６ｃからの突起部６ｆの高さは、封止材１０が上面に乗り上げた場合であっても突起部６ｆには乗り上げない高さとして、０．１〜１ｍｍ程度あれば十分である。考案者らによる検証の結果、封止材１０がケース６の上面６ｃに乗り上げた場合に、そのケース６上面６ｃにおける封止材１０の厚さは３０〜８０μｍ程度であった。したがって突起部６ｆの高さが０．１ｍｍ程度以上であれば突起部６ｆ上に封止材１０が乗り上げることを回避できる。また、突起部６ｆの高さが１ｍｍ程度を超えると、ケース６の高さを薄型化することへの寄与が薄れる。
【００２６】
ケース６は、図１に示したように上端部６ａの厚さに比べて段差部６ｄａよりも下方の厚さが大きい形状を有している。このため、ケース６を金型で成型し、常温まで温度を下げたときに、ケース６の上端部６ａと下端部６ｂとで熱収縮量が異なる。その結果、ケース６は、必然的に長手方向中央が凸になるような反った形状を有している。この反り量は、ケースの寸法にもよるがケースの長手方向端部に比べて中央部で０．１ｍｍ程度高くなる。
【００２７】
このようなケース６の反りを考慮すれば、突起部６ｆは、ケース６の上面６ｃの長手方向端部近傍に設けることが、蓋１１を平坦に支持するのが容易になり、接着性を向上させることから好ましい。
【００２８】
また、ケース６の反りを考慮して、ケース６の上面６ｃの長手方向端部近傍に設けた突起部６ｆの高さを、ケース６の上面６ｃの長手方向中央部寄りに設けた突起部６ｆの高さよりも、相対的に高くすることも、蓋１１を平坦に支持するのが容易になり、接着性を向上させることから好ましい。
【００２９】
本実施形態のパワー半導体モジュール１は、蓋１１の代わりに図示しない平板がケース６上に載置され、この平板上に他の部品を搭載して積層するのに利用することができる。平板上に他の部品を搭載して積層すれば、高密度実装が可能になる。平板がケース６上に載置される場合、従来のパワー半導体モジュールでは封止材がケース６の上面６ｃに乗り上げると、平板の平坦性、ケース６の上面６ｃとの平行性が確保し難いのに対して、本実施形態のパワー半導体モジュール１は封止材がケース６の上面６ｃに乗り上げたとしても、平板を突起部６ｆで支持するから、平板の平坦性、ケース６の上面６ｃとの平行性を確保できるという効果を有する。
【００３０】
また平板がケース６上に載置されたパワー半導体モジュール１は、平板の上方にばねが設けられ、ばねの付勢力によりパワー半導体モジュール１の金属基板２ａを、当該金属基板２ａと接する放熱フィンに対して押し付け固定し、これにより、金属基板２ａと放熱フィンとの良好な接触性を確保し、よって放熱性を向上させる構造に用いることができる。この場合もパワー半導体モジュール１は、平板の平坦性、ケース６の上面６ｃとの平行性を確保できるという効果を有する。
【００３１】
ケース６の突起部の変形例について、図６及び図７の平面図を用いて説明する。
図６に示す変形例の半導体装置２１において、ケース６の上面６ｃが厚さ方向に二分され、外面６ｅ側が内面６ｄ側よりも高さが高い、突起部６ｇとなっている。この突起部６ｇは、ケース６の上面６ｃの長手方向中央部には形成されていない。ケース６の上面６ｃの長手方向中央部にこの突起部６ｇが形成されていないことにより、上述したケース６の反りに対して。蓋１１を平坦に支持するのが容易になり、接着性を向上させている。
【００３２】
図７に示す変形例の半導体装置３１において、突起部６ｈは、図２に示した突起部６ｆと比べて、ケース６の上面６ｃ上における位置はほぼ同じであり、各突起部６ｈの厚さが、厚さ方向で二分の一になり、ケース６の外面６ｅ側に突起部６ｈが形成されている。
【００３３】
図６に示した突起部６ｇ及び図７に示した突起部６ｈは、図２に示した突起部６ｆとは突起の形状が異なるが、突起の高さは図２に示した突起部６ｆと同様とすることができる。また、ケース６の反りを考慮して、ケース６の上面６ｃの長手方向端部近傍に設けた突起部６ｇ、６ｈの高さを、ケース６の上面６ｃの長手方向中央部寄りに設けた突起部６ｇ、６ｈの高さよりも、相対的に高くすることもできる。
【００３４】
図６に示した変形例の作用効果を、図８を用いて説明し、図７に示した変形例の作用効果を、図９を用いて説明する。図８、図９は、これらの変形例の場合に、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合の状況を示す平面的な模式図である。
【００３５】
図８、図９から分かるように、突起部６ｇ、６ｈの厚さがケース６の上面６ｃの厚さを分割した厚さに相当し、薄いので、封止材１０の注入時、又は封止材１０が注入された後であって固化前の搬送時に、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合であっても、封止材１０は、突起部６ｇ、６ｈの側面に回り込み上面には乗り上げない。したがって、本実施形態のパワー半導体モジュール１は、外観不良にならない。また、封止材１０を注入するときの作業性を向上させることができる。
【００３６】
更に、ケース６の上面６ｃに封止材１０が乗り上げた場合であっても、封止材１０は、突起部６ｇ、６ｈには乗り上げないことから、蓋１１を接着固定するときの接着性の低下を招くことはない。
【００３７】
ケース６の突起部の参考例について、図１０の平面図を用いて説明する。
図１０に示す参考例のパワー半導体モジュール１１１は、図６に示した変形例と近似の突起部１０６ｇを有している。突起部１０６ｇは、ケース６の上面６ｃが厚さ方向に二分され、外面６ｅ側が内面６ｄ側よりも高さが高い、突起部１０６ｇとなっている。この突起部１０６ｇが、ケース６の上面６ｃ上において、全周にわたって形成されている点で、図６に示した突起部６ｇと相違している。図１０に示す参考例の突起部１０６ｇは、上述したように反りが生じているケース６に対して。蓋１１を平坦に支持することが、図６に示した変形例に比べると難しくなり、接着性の向上が少ない。
【００３８】
比較例として図１１に示した断面図を用いて従来のパワー半導体モジュール１０１を説明する。なお図１１において、図１に示したパワー半導体モジュール１と同一の部材については同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
【００３９】
図１１に示した従来のパワー半導体モジュール１０１が、図１に示した本考案の実施形態のパワー半導体モジュール１と相違する点は、半導体チップ３が搭載された絶縁基板２の周縁にケース１０６が取り付けられている点である。このケース１０６は、図１に示した本考案の実施形態のパワー半導体モジュール１のケース６に形成された突起部６ｆを有しない点でケース６とは相違し、他の構成は同一である。
【００４０】
かかる従来の半導体モジュール１０１のケース１０６の内部空間に封止材１０を注入し、ケース１０６の上面に封止材１０が乗り上げた状況を断面図で図１２に示し、平面的な部分模式図で図１３に示す。図１２、１３に示すように、ケース１０６の上面に封止材１０６が乗り上げると、蓋１１を乗せた場合にその蓋１１が平坦になるように支持されず、接着固定するときの接着性が劣り、また、外観不良であった。
【符号の説明】
【００４１】
１  パワー半導体モジュール
２  絶縁基板
３  半導体チップ
４  はんだ
５  コンデンサチップ
６  ケース
６ｃ  上面
６ｆ  突起部
６ｇ  突起部
６ｈ  突起部
７  絶縁性接着剤
８  リード
９  ボンディングワイヤ
１０  封止材
１１  蓋
【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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【図１２】
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【図１３】
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