(57)【要約】【課題】封止樹脂のクラックの発生を抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、半導体素子１と、一方面２ａと他方面２ｂとを有し、かつ半導体素子１が実装されたベース材２と、ベース材２との間で内部空間ＩＳを構成するようにベース材２に取り付けられ、かつ対向面３ａに設けられた貫通孔３ｂを有する蓋材３と、貫通孔３ｂに挿入され、内部空間ＩＳにおいて対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びる延在部４ａを有する電極部材４と、半導体素子１を覆うように内部空間ＩＳを封止する封止樹脂５とを備えている。蓋材３は、内部空間ＩＳにおいて、封止樹脂５と接するように配置され、延在部４ａの対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びる面同士の交差する角部ＣＰに対向するように貫通孔３ｂの形状に沿って配置され、かつ対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びるリブ部６を含んでいる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
一方面と前記一方面とは反対側の他方面とを有し、かつ前記他方面に前記半導体素子が実装されたベース材と、
前記ベース材との間で前記半導体素子を囲む内部空間を構成するように前記ベース材の前記他方面に取り付けられ、かつ前記他方面に前記内部空間を挟んで向かい合う対向面を有し、かつ前記対向面に設けられた貫通孔を有する蓋材と、
前記貫通孔に挿入され、前記内部空間において前記対向面側から前記他方面側に向かって延びる延在部を有する電極部材と、
前記半導体素子を覆うように前記内部空間を封止する封止樹脂とを備え、
前記蓋材は、前記内部空間において、前記封止樹脂と接するように配置され、前記延在部の前記対向面側から前記他方面側に向かって延びる面同士の交差する角部に対向するように前記貫通孔の形状に沿って配置され、かつ前記対向面側から前記他方面側に向かって延びるリブ部を含む、半導体装置。
【請求項２】
前記リブ部は、前記貫通孔の角に沿う湾曲形状を有している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リブ部の前記湾曲形状は、前記角部を受け入れるように構成されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リブ部は、前記対向面から前記他方面に向かって前記延在部以上の高さを有している、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記封止樹脂は、
前記半導体素子を覆うように前記内部空間を封止するゲル状樹脂と、
前記ゲル状樹脂を覆う硬化樹脂とを含み、
前記リブ部は、前記硬化樹脂を貫通し、前記リブ部の前記他方面側の端部が前記ゲル状樹脂に接するように構成されている、請求項１〜４のいずれか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、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ものである。
【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では、高絶縁半導体装置が用いられている。高絶縁半導体装置では、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子が実装された状態でケースの内部空間にたとえばエポキシ樹脂などの封止樹脂が充填されている。
【０００３】
たとえば、特開平２−１５４４５７号公報（特許文献１）には、半導体チップがシリコ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）が提案されている。
【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】
上記公報に記載の半導体装置では、たとえば温度サイクル試験などにおいて熱ストレスが加えられることによって封止樹脂にクラックが発生する。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、封止樹脂のクラックの発生を抑制することができる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、半導体素子と、一方面と一方面とは反対側の他方面とを有し、かつ他方面に半導体素子が実装されたベース材と、ベース材との間で半導体素子を囲む内部空間を構成するようにベース材の他方面に取り付けられ、かつ他方面に内部空間を挟んで向かい合う対向面を有し、かつ対向面に設けられた貫通孔を有する蓋材と、貫通孔に挿入され、内部空間において対向面側から他方面側に向かって延びる延在部を有する電極部材と、半導体素子を覆うように内部空間を封止する封止樹脂とを備えている。蓋材は、内部空間において、封止樹脂と接するように配置され、延在部の対向面側から他方面側に向かって延びる面同士の交差する角部に対向するように貫通孔の形状に沿って配置され、かつ対向面側から他方面側に向かって延びるリブ部を含んでいる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置によれば、リブ部が延在部の角部に対向するように貫通孔の形状に沿って配置されているため、リブ部によって延在部の角部の周囲に配置される封止樹脂を低減できる。これにより、延在部の角部を起点とする封止樹脂のクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の概略平面図である。
【図２】図１のＰ１部を示す概略平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるコレクタ電極端子の概略側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における蓋材の裏面側の概略平面図である。
【図７】図６のＰ２部を示す概略平面図である。
【図８】図７の矢印ＶＩＩＩ方向から見た概略斜視図である。
【図９】図７の矢印ＩＸ方向から見た概略斜視図である。
【図１０】図６のＰ３部を示す概略平面図である。
【図１１】比較例における半導体装置の概略平面図である。
【図１２】比較例における図１０に対応する位置での概略平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における蓋材の裏面側の概略平面図である。
【図１４】図１３のＰ４部を示す概略平面図である。
【図１５】図１４の矢印ＸＶ方向から見た概略斜視図である。
【図１６】図１４の矢印ＸＶＩ方向から見た概略斜視図である。
【図１７】図１３のＰ５部を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の半導体装置の構成について説明する。
【００１１】
図１を参照して、本実施の形態の半導体装置１０は、たとえばパワーモジュールであり、高絶縁性半導体装置である。図２および図３を参照して、半導体装置１０は、半導体素子１と、ベース材２と、蓋材３と、電極部材４と、封止樹脂５とを主に有している。
【００１２】
半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴである。ベース材２は、一方面２ａと一方面２ａとは反対側の他方面２ｂとを有している。ベース材２の他方面２ｂに半導体素子１が実装されている。ベース材２の材料は、たとえば銅、アルミニウムなどの金属が用いられ得る。
【００１３】
蓋材３は、ベース材２との間で半導体素子１を囲む内部空間ＩＳを構成するようにベース材２の他方面２ｂに取り付けられている。つまり、ベース材２と蓋材３とによって内部空間ＩＳが構成されている。蓋材３は、他方面２ｂに内部空間ＩＳを挟んで向かい合う対向面３ａを有している。蓋材３の材料は、たとえば樹脂が用いられ得る。
【００１４】
図３および図４を参照して、蓋材３は、対向面３ａに設けられた貫通孔３ｂを有している。電極部材４は、貫通孔３ｂに挿入されて蓋材３に固定されている。電極部材４は、内部空間ＩＳにおいて対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びる延在部４ａを有している。延在部４ａは角部ＣＰを有している。角部ＣＰは、対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びる面同士の交差する部分である。電極部材４は、半導体素子１と図示しない金属ワイヤなどにより電気的に接続されている。
【００１５】
電極部材４は、コレクタ電極部材４Ｃとエミッタ電極部材４Ｅとを有している。コレクタ電極部材４Ｃとエミッタ電極部材４Ｅとはアウトサートによって蓋材３に取り付けられている。
【００１６】
図５を参照して、コレクタ電極部材４Ｃの一端が蓋材３の貫通孔３ｂから上面側に突出して上面に沿って折り曲げられることで蓋材３に取り付けられるようにコレクタ電極部材４Ｃは構成されている。エミッタ電極部材４Ｅも同様に構成されている。図２に示すように、平面視においてコレクタ電極部材４Ｃとエミッタ電極部材４Ｅとは互いの一部同士が重なるように取り付けられている。
【００１７】
再び図３および図４を参照して、内部空間ＩＳには封止樹脂５が充填されている。封止樹脂５は、半導体素子１を覆うように内部空間ＩＳを封止している。封止樹脂５は、ゲル状樹脂５ａと硬化樹脂５ｂとを有している。ゲル状樹脂５ａは半導体素子１を覆うように内部空間ＩＳを封止している。ゲル状樹脂５ａは電極部材４の延在部４ａに接しないように延在部４ａの下方まで内部空間ＩＳを封止している。硬化樹脂５ｂはゲル状樹脂５ａを覆うように内部空間ＩＳを封止している。硬化樹脂５ｂは電極部材４の延在部４ａを覆うように内部空間ＩＳを封止している。ゲル状樹脂５ａはたとえばシリコンゲルである。硬化樹脂５ｂはたとえばエポキシ樹脂である。
【００１８】
蓋材３は、対向面３ａに設けられたリブ部６を有している。リブ部６は、内部空間ＩＳにおいて、封止樹脂５と接するように配置されている。リブ部６は、延在部４ａの対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びる面同士の交差する角部ＣＰに対向するように配置されている。リブ部６は、内部空間ＩＳにおいて、対向面３ａ側から他方面２ｂ側に向かって延びるように構成されている。リブ部６は、対向面３ａから他方面２ｂに向かって延在部４ａ以上の高さを有していてもよい。リブ部６は、延在部４ａの角部ＣＰに封止樹脂５が接しないように角部ＣＰに近接して配置されていてもよい。
【００１９】
リブ部６は、硬化樹脂５ｂを貫通し、リブ部６の他方面２ｂ側の端部がゲル状樹脂５ａに接するように構成されている。なお、リブ部６の他方面２ｂ側の端部は、ゲル状樹脂５ａに挿入されていてもよい。つまり、リブ部６の他方面２ｂ側の端部は、ゲル状樹脂５ａの内部に位置していてもよい。
【００２０】
図６および図７を参照して、リブ部６は、電極部材４の延在部４ａの角部ＣＰに近接して配置されている。リブ部６と電極部材４との距離は、たとえば１．０±０．３ｍｍに設定されている。なお、蓋材３は開口部ＯＰを有している。この開口部ＯＰは、開口部ＯＰから内部空間ＩＳに封止樹脂５が封止されるように構成されている。
【００２１】
図８および図９を参照して、リブ部６は、平面視において貫通孔３ｂの形状に沿って配置されている。リブ部６は、延在部４ａの長手方向と交差するように配置されている。リブ部６は、長方形状を有している。本実施の形態では、リブ部６と延在部４ａとは略同じ高さに形成されている。
【００２２】
次に、本実施の形態の半導体装置の作用効果について比較例と比較して説明する。
図１０を参照して、本実施の形態の半導体装置１０では、リブ部６が電極部材４の延在部４ａの角部ＣＰに対向するように配置されている。なお、図１０では、本実施の形態の半導体装置１０の電極部材４のうち延在部４ａのみ図示されている。
【００２３】
一方、図１１および図１２を参照して、比較例の半導体装置では、リブ部６が設けられていない。図１１および図１２に示すように、比較例の半導体装置では、封止樹脂５のクラック２０は延在部４ａの角部ＣＰの他方面２ｂ側の先端を起点として発生する。そして、クラック２０は、延在部４ａの角部ＣＰの他方面２ｂ側の先端から一方向に延びるように形成される。なお、クラック２０の方向は、半導体素子１全体の歪により決まると考えられる。半導体素子１全体の歪の方向は一定であるため、クラック２０の方向も一定であると考えられる。また、クラック２０は、延在部４ａの角部ＣＰの先端から封止樹脂５の厚さ方向に高さを有して形成されることもある。
【００２４】
したがって、このクラック２０の方向にリブ部６が設けられることで、クラック２０の発生を抑制することができる。また、クラック２０が発生した場合でも、リブ部６がクラック２０の方向に配置されることで、クラック２０が延びるようにさらにクラック２０が発生することを抑制できる。
【００２５】
本実施の形態の半導体装置１０によれば、リブ部６が延在部４ａの角部ＣＰに対向するように貫通孔３ｂの形状に沿って配置されているため、リブ部６によって延在部４ａの角部ＣＰの周囲に配置される封止樹脂５を低減できる。これにより、延在部４ａの角部ＣＰを起点とする封止樹脂５のクラック２０の発生を抑制することができる。よって、半導体装置１０の歩留まりを向上させることで生産性を向上することができる。
【００２６】
また、本実施の形態の半導体装置１０によれば、リブ部６は、対向面３ａから他方面２ｂに向かって延在部４ａ以上の高さを有しているため、リブ部６によって延在部４ａの他方面２ｂ側の端部が封止樹脂５と接触することを抑制することができる。これにより、他方面２ｂ側の端部に位置する延在部４ａの角部ＣＰを起点とする封止樹脂５のクラック２０の発生を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施の形態の半導体装置１０によれば、リブ部６は、硬化樹脂５ｂを貫通し、リブ部６の他方面２ｂ側の端部がゲル状樹脂５ａに接するように構成されているため、硬化樹脂５ｂにリブ部６の他方面２ｂ側の端部が接しない。これにより、他方面２ｂ側の端部に位置する延在部４ａの角部ＣＰを起点とする硬化樹脂５ｂのクラックの発生をさらに抑制することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１と比較して、リブ部の形状が異なっている。
【００２９】
図１３および図１４を参照して、リブ部６は、貫通孔３ｂの角に沿う湾曲形状を有している。リブ部６の湾曲形状は、湾曲形状の内側湾曲部分で延在部４ａの角部ＣＰを受け入れるように構成されている。コレクタ電極部材４Ｃの延在部４ａの角部ＣＰに対向するリブ部６と、エミッタ電極部材４Ｅの角部ＣＰに対向するリブ部６とは、互いに分離して設けられている。
【００３０】
図１５および図１６を参照して、延在部４ａの長手方向と交差するように配置されたリブ部６の湾曲形状の一部は、延在部４ａの短手方向の長さ（延在部４ａの厚み）より大きい寸法を有している。本実施の形態でも、リブ部６と延在部４ａとは略同じ高さに形成されている。
【００３１】
図１７を参照して、本実施の形態の半導体装置１０では、延在部４ａの角部ＣＰがリブ部６の湾曲形状に覆われている。なお、図１７では、本実施の形態の半導体装置１０の電極部材４のうち延在部４ａのみ図示されている。
【００３２】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成は、上述した実施の形態１の構成と同一であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００３３】
本実施の形態の半導体装置１０によれば、リブ部６は、貫通孔３ｂの角に沿う湾曲形状を有しているため、リブ部６の湾曲形状によって延在部４ａの角部ＣＰの周囲に配置される封止樹脂５をさらに低減できる。これにより、延在部４ａの角部ＣＰを起点とする封止樹脂５のクラック２０の発生をさらに抑制することができる。
【００３４】
また、封止樹脂５およびリブ部６の少なくともいずれかを調整することにより、リブ部６によって延在部４ａの角部ＣＰに封止樹脂５が接しないようにすることができる。この場合には、延在部４ａの角部ＣＰに封止樹脂５が接しないため、応力発生ポイントをなくすことができる。これにより、延在部４ａの角部ＣＰを起点とする封止樹脂５のクラック２０の発生を防止できる。
【００３５】
また、本実施の形態の半導体装置１０によれば、リブ部６の湾曲形状は、延在部４ａの角部ＣＰを受け入れるように構成されているため、リブ部６の湾曲形状によって延在部４ａの角部ＣＰの周囲に充填される封止樹脂５をより一層低減できる。これにより、延在部４ａの角部ＣＰを起点とする封止樹脂５のクラック２０の発生をより一層抑制することができる。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００３７】
１  半導体素子、２  ベース材、２ａ  一方面、２ｂ  他方面、３  蓋材、３ａ  対向面、３ｂ  貫通孔、４  電極部材、４ａ  延在部、４Ｃ  コレクタ電極部材、４Ｅ  エミッタ電極部材、５  封止樹脂、５ａ  ゲル状樹脂、５ｂ  硬化樹脂、６  リブ部、１０  半導体装置、２０  クラック、ＣＰ  角部、ＩＳ  内部空間。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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