(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、
前記ベース板上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子に接続された接続部材と、
前記半導体素子を囲うように設けられたケースと、
前記ケースの内側面に接して設けられ、前記ケースの上下方向に伸びる縦溝の凹凸形状を有する緩衝部材と、
前記ケースの内部に封止されたシリコーンゲルと、を備え、
前記緩衝部材の体積膨張率は前記ケースの体積膨張率と前記シリコーンゲルの体積膨張率との間にあり、かつ前記緩衝部材の針入度がシリコーンゲルの針入度より大きく、
前記緩衝部材の凹凸形状の角部はＲが０．５ｍｍ以上の丸みを有した角部であることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項２】
ベース板と、
前記ベース板上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子に接続された接続部材と、
前記半導体素子を囲うように設けられたケースと、
前記ケースの内側面に接して設けられ、前記ケースの上下方向に伸びる縦溝の凹凸形状を有する緩衝部材と、
前記ケースの内部に封止されたシリコーンゲルと、を備え、
前記緩衝部材の体積膨張率は前記ケースの体積膨張率と前記シリコーンゲルの体積膨張率との間にあり、かつ前記緩衝部材の針入度がシリコーンゲルの針入度より大きく、
前記緩衝部材の凹凸形状の角部は丸みを有した角部であり、
前記緩衝部材の上端を覆うように前記ケースの内部が前記シリコーンゲルで封止されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項３】
ベース板と、
前記ベース板上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子に接続された接続部材と、
前記半導体素子を囲うように設けられたケースと、
前記ケースの内側面に接して設けられ、前記ケースの上下方向に伸びる縦溝の凹凸形状を有する緩衝部材と、
前記ケースの内部に封止されたシリコーンゲルと、を備え、
前記緩衝部材の体積膨張率は前記ケースの体積膨張率と前記シリコーンゲルの体積膨張率との間にあり、かつ前記緩衝部材の針入度がシリコーンゲルの針入度より大きく、
前記緩衝部材の凹凸形状の角部は丸みを有した角部であり、
前記ケースは内側面から前記緩衝部材の内部に突出したアンカー部を有することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項４】
前記ケースに設けられ、前記接続部材を介して前記半導体素子に接続された外部端子を有し、
前記緩衝部材は前記接続部材及び前記接続部材と前記外部端子との接続部に接しないように設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパワー半導体装置。
【請求項５】
前記緩衝部材は、前記接続部材と前記外部端子との接続部より上方に設けられたことを特徴とする請求項４に記載のパワー半導体装置。
【請求項６】
前記ケースの内側に突出した前記緩衝部材の凹凸形状の凸部は円形状あるいは円弧状であり、前記緩衝部材の凸部は前記ケースの四隅の内側面に設けられたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のパワー半導体装置。
【請求項７】
前記ケースの内側に突出した前記緩衝部材の凹凸形状の凸部は下方より上方が前記ケースの内側に突出するように形成されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のパワー半導体装置。
【請求項８】
前記緩衝部材の上端を覆うように前記ケースの内部が前記シリコーンゲルで封止されていることを特徴とする請求項１または３に記載のパワー半導体装置。
【請求項９】
前記ケースは内側面から前記緩衝部材の内部に突出したアンカー部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のパワー半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電鉄用モータ等の大電力制御に用いられるパワー半導体装置では、ベース板上に上部電極と下部電極とによって挟まれた絶縁基板が実装され、絶縁基板上には半導体チップが実装されている。そして、部分放電及び絶縁破壊を防ぐために、パワー半導体装置のケース内をシリコーンゲルあるいはエポキシ樹脂等の封止材で封止した構造が採用されている。【０００３】
従来のパワー半導体装置において、ヒートサイクル時に封止樹脂が剥離することを防ぐために、ケースの内壁壁面に凹凸形状を設け、凹凸形状を持つケース内に封止樹脂を充填し、ケースから封止樹脂が剥離しないようにしている（例えば特許文献１）。しかし、ケースの内壁壁面に凹凸形状を設けるので、ケースの強度を確保するために、厚肉にする必要がある。【０００４】
一方、高温連続動作を保障するために、ケースと封止材であるシリコーンゲルの間にシリコーンゴム又はシリコーン樹脂よりなるシートを設け、ケースの樹脂組成物から生成される低分子分解物と、シリコーンゲルとの相互反応を抑制し、シリコーンゲルの硬化劣化を抑制している（例えば特許文献２）。この場合、ケースを肉厚にする必要もなく、シートはケースの肉厚に比べて薄いので半導体装置が大型化することもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６２６４９号公報
【特許文献２】特開２０１５−８８４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２では、ケースとシートであるシリコーンゴムが平面で接するため、接着面積が小さく、接着強度が弱いため、ヒートサイクル時にケースとシリコーンゴムの界面において発生する熱応力が要因となり、シリコーンゴムがケースから剥離してしまう。剥離がケースの壁面に沿って進展し、絶縁基板上の電極端部及びチップ終端部といった絶縁弱点部に到達することで、その絶縁弱点部が剥離により気中に露出し、気中放電が生じる虞がある。【０００７】
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ヒートサイクル時に発生する界面剥離を防止し、気中放電が発生しないパワー半導体装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係るパワー半導体装置は、ベース板と、前記ベース板上に設けられた半導体素子と、前記半導体素子に接続された接続部材と、前記半導体素子を囲うように設けられたケースと、前記ケースの内側面に接して設けられ、前記ケースの上下方向に伸びる縦溝の凹凸形状を有する緩衝部材と、前記ケースの内部に封止されたシリコーンゲルと、を備え、前記緩衝部材の体積膨張率は前記ケースの体積膨張率と前記シリコーンゲルの体積膨張率との間にあり、かつ前記緩衝部材の針入度がシリコーンゲルの針入度より大きく、前記緩衝部材の凹凸形状の角部はＲが０．５ｍｍ以上の丸みを有した角部とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示のパワー半導体装置によれば、角部が丸みを有する凹凸形状を持つ緩衝部材をケースの内側面に設けたことにより、ケースと緩衝部材の界面及び緩衝部材とシリコーンゲルの界面で生じる熱応力を緩和し、緩衝部材とシリコーンゲルの接着強度を上昇させるので、ヒートサイクル時の界面剥離を防止することができる。このことにより、剥離が絶縁弱点部に到達せず、気中放電が発生しないパワー半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の構造を示す上面図である。
【図２】図１Ｂ中Ｘの領域を示す拡大斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るパワー半導体装置の一部を示す上面図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４Ｃ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４Ｄ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４Ｅ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４Ｆ】実施の形態１に係るパワー半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５】実施の形態２に係るパワー半導体装置の一部を示す拡大斜視図である。
【図６】実施の形態３に係るパワー半導体装置の一部を示す拡大斜視図である。
【図７】実施の形態４に係るパワー半導体装置の一部を示す拡大斜視図である。
【図８】実施の形態５に係るパワー半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】実施の形態６に係るパワー半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１０Ａ】実施の形態６に係る別のパワー半導体装置の一部を示す拡大断面図である。
【図１０Ｂ】実施の形態６に係る別のパワー半導体装置の一部を示す拡大断面図である。
【図１０Ｃ】実施の形態６に係る別のパワー半導体装置の一部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
【００１２】
実施の形態１．
以下、実施の形態１に係るパワー半導体装置について図を用いて説明する。
図１Ａは、実施の形態１に係るパワー半導体装置の構造の一例を示す断面図、図１Ｂは上面図である。図１Ａは、図１Ｂ中Ａ―Ａ断面を示したものに相当し、図１Ｂにおいては、以下で説明するシリコーンゲル１０を省略して示している。図において、パワー半導体装置１は、ケース９と、ケース９の内側面の設けられた緩衝部材１１と、ベース板７と、ベース板７上にはんだ６を介して接合された下部電極５と、下部電極５の上に設けられた絶縁基板４及び上部電極３と、上部電極３の上にはんだ６を介して搭載された半導体チップ２と、半導体チップ２及び上部電極３とそれぞれワイヤ８を通じて電気的に接続された外部端子１２とを備えている。また、ケース９内は、シリコーンゲル１０によって封止されている。
【００１３】
パワー半導体装置１の動作時には、外部端子１２を通じて、高圧の電圧と接地電圧が半導体チップ２に供給される。パワー半導体装置１のケース９内は、電気絶縁性を持たせるために、シリコーンゲル１０と緩衝部材１１で満たされている。また、緩衝部材１１はケース９の内壁、内側面に接して設けられ、ケース９の内側からワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂにかからない位置まで突出して設けられている（ワイヤ８と外部端子１２との接続部２０ａ、２０ｂに達しない位置まで突出し、ケース９の内側面を覆うように設けられている）。図１Ａに示すように、ワイヤ８と外部端子１２との接続部２０ａ、２０ｂより上方に緩衝部材１１を設けてもよい。また、シリコーンゲル１０は緩衝部材１１よりも内側の領域を満たすように設けられている。図１Ａにおいては、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０の上面は共に同じ高さにある例を示しており、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０の上面は空気中に曝されている。なお、外部端子１２との接続部材としてはワイヤ８に限るものではない。リボンのような接続部材でもよい。
【００１４】
半導体チップ２は、例えばダイオード、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｍｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のうちのいずれかの半導体素子であり、１個または複数個搭載される。複数個の半導体チップを搭載する場合には、１種類のチップのみの使用でも、複数種類のチップの組み合わせによる使用でもよい。
【００１５】
上部電極３と下部電極５は、電気抵抗の小さい銅、金あるいはアルミニウムなどの金属によって形成されることが望ましい。
上部電極３と半導体チップ２の接続には、はんだ６を用いた例をしているが、接合部材としてははんだに限るものではない。銀接合剤を用いても良い。同様に、下部電極５と絶縁基板４の接続についても、はんだ６もしくは銀接合剤を用いても良い。
【００１６】
絶縁基板４は、アルミナ、窒化アルミニウムあるいは窒化ケイ素のようなセラミック材料により形成されたものが望ましい。
ベース板７は、熱伝導率の高い銅あるいはアルミニウム、鉄などの金属によって形成されることが望ましい。
【００１７】
ケース９は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂によって形成されることが望ましい。
緩衝部材１１は、シリコーンゴムまたはシリコーン樹脂よりなる材料あるいはポリアミド樹脂よりなる材料によって形成されることが望ましい。また、緩衝部材１１には、体積膨張率がシリコーンゲル１０の体積膨張率とケース９の体積膨張率との中間に位置するものが望ましい。すなわち、シリコーンゲル１０の体積膨張率である９．６０Ｅ−４（Ｋ−１）よりも小さく、ＰＰＳ樹脂で形成されたケース９の体積膨張率である１．４７Ｅ−４（Ｋ−１）よりも大きく、かつ針入度がシリコーンゲルの針入度である６５より大きく柔らかい材料を選定するのがよい。
【００１８】
次に、ケース９の内側面に設けられた緩衝部材１１の構造について説明する。図２は、本実施の形態１に係るパワー半導体装置１の一部を示したもので、図１Ｂ中の領域Ｘを示す拡大斜視図であり、ベース板７から半導体チップ２の構成を省略したものである。図３は、図２の上面図である。
緩衝部材１１はその外側がケース９の内側面に接して設けられ、シリコーンゲル１０と接触する緩衝部材１１の内側においては、ケース９の内壁の上下方向に延びる凹凸形状が設けられている。緩衝部材１１の凹部にはシリコーンゲル１０が満たされている。
凹部と凸部の各々の角部はＲが０．５ｍｍ以上で丸みづけられた形状を有する。また、緩衝部材１１はケース９の一辺の壁面に対して、最低２つ以上の凸部を持つ。凹部の厚みは、凸部の厚みの半分の厚みよりも大きく、凸部の厚みよりも小さい範囲とする。
【００１９】
次に、本実施の形態１に係るパワー半導体装置１の作製方法について、図を用いて説明する。図４Ａから図４Ｆは、パワー半導体装置１の作製方法を説明するための図である。
図４Ａにおいて、まず壁面に凹凸形状を持つ金型１４をケース９内に配置する。このとき、金型１４の壁面全体に、離型剤１５を塗布し、ケース９とは隙間領域１６を有するように配置する。なお、ケース９には予めインサート成形等により、外部端子１２が形成されている。外部端子１２がケース９内部に埋め込まれている状態を破線で模式的に示しているが、以下の図においてはケース９内部の外部端子１２については省略している。
【００２０】
次に、図４Ｂで示されるように、ケース９と金型１４との間に存在する隙間領域１６に緩衝部材１１を封入し硬化させる。緩衝部材１１が硬化した後に、金型１４をケース９から引き抜く。このとき、金型１４の壁面には離型剤１５が塗布されているため、緩衝部材１１と金型１４とは接着せず、緩衝部材１１を引き抜くことが可能である。図４Ｃは、金型を引き抜いた後のケース９を示すが、ケース９の内側面に緩衝部材１１が設けられている。
【００２１】
別途、ベース板７上に下部電極５、絶縁基板４、上部電極３及び半導体チップ２を実装しておく。図４Ｄで示されるように、内側面に緩衝部材１１が設けられたケース９内に、半導体チップ２等が内部に配置されるようケース９をベース板７に実装する。
【００２２】
図４Ｅで示されるように、ワイヤ８の接合を行う。なお、ここでは、１つのワイヤ８の一部を示している。
最後に図４Ｆで示されるように、ケース９内部をシリコーンゲル１０により封止することで本実施の形態１に係るパワー半導体装置１を得ることができる。図４Ｆにおいては、シリコーンゲル１０により封止されたケース９内部の構造を点線で示している。
【００２３】
なお、金型１４の壁面の凹凸は反転して緩衝部材１１の凹凸となるため、金型１４の凹凸の角部をＲが０．５ｍｍでＲ加工しておき、緩衝部材１１の凹凸の角部が丸みを持つようにする。また、金型１４の凹凸の角部をＲが０．５ｍｍで加工することで、緩衝部材１１が硬化した後に金型１４をケース９から引き抜き易くなる。
【００２４】
以上のように実施の形態１によれば、ケース９の内壁、すなわち内側面に凹凸形状を有する緩衝部材１１を設けたので、緩衝部材１１と封止剤であるシリコーンゲル１０との接着面積を増加することができる。この接着面積の増加により、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０との接着強度が向上し、ヒートサイクル時に緩衝部材１１からシリコーンゲル１０が界面剥離するのを防止できる。また、緩衝部材１１の凹凸形状における凹部と凸部の角部は丸み形状を持つことにより応力集中係数が減少し、角部にかかる熱応力が均一化する。これにより、凹部と凸部の角部で生じる熱応力が緩和し、界面剥離の防止の効果をさらに増大させることができる。
【００２５】
すなわち、ケース９の内側面に角部が丸みを持つ凹凸形状を有する緩衝部材１１を設け、ケースと９緩衝部材１１の界面及び緩衝部材１１とシリコーンゲル１０の界面で生じる熱応力の緩和と接着強度の向上とが実現でき、ヒートサイクル時の部材間の界面剥離を防止することができる。このことにより、ヒートサイクル時に気中放電が発生しないパワー半導体装置を得ることができる。
【００２６】
また、ケース自身に凹凸加工を施すのではないため、ケースを肉厚にする必要もなく、封止剤であるシリコーンゲル１０とケース９との間隙に緩衝部材１１を配置すればよいため、パワー半導体装置が大型化することもない。
【００２７】
図１Ａ、図１Ｂからわかるように、本実施の形態１においては緩衝部材１１の凹部に対応する位置に外部端子１２が配設された例を示したが、ワイヤ８との接続部２０ａ、２０ｂに緩衝部材１１が接することなく、干渉しない位置であれば、緩衝部材１１の凸部に対応する位置に外部端子１２が配設されていてもよい。緩衝部材１１の凹部に対応する位置に外部端子１２が配設されていると、図４Ｅで示されるように、ワイヤ８の接合が容易となる。
【００２８】
また、上述したように緩衝部材１１として、体積膨張率が封止剤であるシリコーンゲル１０より小さく、ケース９の体積膨張率よりも大きい材料を用いることで、ヒートサイクル時に緩衝部材１１とシリコーンゲル１０の体積膨張率差を小さくすることができる。同様に、緩衝部材１１とケース９の物体の縦、横及び奥行の長さの差も小さくすることができる。材料間に働く応力の大きさは材料同士の体積膨張率の差に比例する。したがって、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０との界面で生じる熱応力と緩衝部材１１とケース９との界面で生じる熱応力を緩和することが可能となる。ＰＰＳ樹脂で形成されたケース９を用いる場合、緩衝部材は体積膨張率が、９．６０Ｅ−４（Ｋ−１）よりも小さく、１．４７Ｅ−４（Ｋ−１）よりも大きい材料を選択すればよい。
【００２９】
さらに、熱応力は材料の弾性率に比例するので、緩衝部材１１の針入度をシリコーンゲル１０の針入度６５よりも大きいものにすること、すなわち緩衝部材１１をシリコーンゲル１０よりも弾性率が小さい柔軟な材料にすることで、熱応力を緩和することが可能となる。この熱応力緩和は、ヒートサイクル時に緩衝部材１１からのシリコーンゲル１０の界面剥離と、ケース９からの緩衝部材１１の界面剥離を防止する効果を一層高めるように作用する。
【００３０】
実施の形態２．
以下、実施の形態２に係るパワー半導体装置について図を用いて説明する。
図５は、本実施の形態２に係るパワー半導体装置の一部拡大斜視図で、ケース９の内側四隅の１つを拡大したものである。図において、ケース９の内側面に設けられている緩衝部材１１はケース９の隅部において、円柱の一部がケース９の内側に突き出した凸部を有している。図示していないが、緩衝部材１１はケース９の辺における内側面では、実施の形態１で説明した凹凸形状であり、その凹部と凸部の角部は丸みを有する。
【００３１】
パワー半導体装置１の四隅においては、ヒートサイクル時に熱応力が集中的に発生する。そのため図５に示すように、体積膨張率の大きいシリコーンゲル１０側に突き出しかつ角部のない円柱の側面の形状に緩衝部材１１を形成すれば、応力集中を緩和することが可能となる。
【００３２】
以上のように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、ケース９の内側面の設けられた緩衝部材１１が、ケース９の四隅において円柱の一部がケース９の内側に突き出した凸部を有するので、ヒートサイクル時にパワー半導体装置１の四隅に集中的に発生する熱応力が緩和され、シリコーンゲル１０の緩衝部材１１からの界面剥離の防止に高い効果を奏する。
【００３３】
なお、実施の形態１に示した緩衝部材１１の凹凸形状において、ケース内部に突き出した凸部は直線状でなく、実施の形態２で示したように、円柱状の一部、あるいは断面が円形状または円弧状の凸部であってもよい。
【００３４】
実施の形態３．
以下、実施の形態３に係るパワー半導体装置について図を用いて説明する。
図６は、本実施の形態３に係るパワー半導体装置の一部拡大斜視図で、実施の形態１の図２と同じ領域に相当するものである。実施の形態１の図２と異なるのは、緩衝部材１１のケース９の内側に突き出している凸部の上下方向に対し、上方が大きく突き出していることである。すなわち、緩衝部材１１の凸部の上下方向に段差が設けられており、上方の凸部は下方の凸部のよりも厚く形成されている。
【００３５】
図１で示したパワー半導体装置１の構造において、半導体チップ２の上方の領域ではケース９内側のシリコーンゲル１０の占める割合が高く、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０との界面において、ヒートサイクル時に熱応力が集中的に発生しやすくなる。そのため図６に示すように、ケース９の内側に突き出している凸部の上下方向に対し、上方が下方よりも突き出すように緩衝部材１１を形成すれば、応力集中を緩和することが可能となる。また、緩衝部材１１の上方凸部とシリコーンゲル１０との接着面積が増大し、接着強度が向上する。
【００３６】
緩衝部材１１の上方の凸部とシリコーンゲル１０との界面は、ワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂの位置よりも内側にあってもよく、上方の凸部の厚みはワイヤ８に接触しなければいくらでも厚くしてよい。一方下方の凸部はワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂに接しない位置までを覆う厚みを持つ。上方の凸部と下方の凸部の縦方向の長さの比は任意に設定できる。これら上方の凸部の厚みと下方の凸部の厚み、上方の凸部と下方の凸部の縦方向の長さの比はワイヤ８と接続される外部端子１２の位置にも関係する。ワイヤ８と接続される外部端子１２の位置が緩衝部材１１の凹部に対応する位置に配設されている場合は、ワイヤ８の接続に問題はないが、下方の凸部に対応する位置配設されている場合は、前述した実施の形態１の図４Ｅでワイヤ８が接続できるように上方の凸部の厚みは制限される。
【００３７】
また、実施の形態１と同様に、緩衝部材１１の凹凸形状における、凹部と凸部の角部はＲが０．５ｍｍ以上の丸みを有する。
【００３８】
以上のように実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、ケース９の内側面に設けられた緩衝部材１１が、ケース９の内側に突き出している凸部の上下方向に対し、上方が下方よりも突き出すように緩衝部材１１を形成したので、緩衝部材１１の上方の凸部とシリコーンゲル１０の界面において、応力集中を緩和することができ、かつ接着面積の向上により接着強度が向上する。したがって、緩衝部材１１の上方の凸部とシリコーンゲル１０の界面における接着強度の向上により、上面におけるシリコーンゲル１０の緩衝部材１１からの界面剥離の防止に高い効果を奏する。
【００３９】
なお、図６において、緩衝部材１１の凸部において、緩衝部材１１の上下方向に対し段差が設けられている例を示したが、ワイヤ８及びワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂに接触、干渉しない位置であれば、上方凸部と下方凸部の間を傾斜構造としてもよい。
【００４０】
実施の形態４．
以下、実施の形態４に係るパワー半導体装置について図を用いて説明する。
図７は、本実施の形態４に係るパワー半導体装置の一部拡大斜視図で、実施の形態２の図５と同じ領域に相当するものである。ケース９の内側面に設けられている緩衝部材１１はケース９の隅部において、円柱の一部がケース９の内側に突き出した凸部を有している。図示していないが、緩衝部材１１はケース９の辺における内側面では、実施の形態１で説明した凹凸形状であり、その凹部と凸部の角部は丸みを有する。実施の形態２の図５と異なるのは、緩衝部材１１のケース９の内側に突き出している凸部の上下方向に対し、上方が大きく突き出していることである。すなわち、緩衝部材１１の凸部の上下方向に段差が設けられており、上方の凸部は下方の凸部のよりも厚く形成されている。
【００４１】
実施の形態２で説明したように、パワー半導体装置１の四隅においては、ヒートサイクル時に熱応力が集中的に発生する。そして、実施の形態３で説明したように、半導体チップ２の上方の領域ではケース９内側のシリコーンゲル１０の占める割合が高く、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０との界面において、ヒートサイクル時に熱応力が集中的に発生しやすくなる。そのため図７に示すように、ケース９の四隅から突き出している円柱の一部形状を有する凸部の上下方向に対し、上方が下方よりも突き出すように緩衝部材１１を形成すれば、応力集中を緩和することが可能となる。また、緩衝部材１１の上方凸部とシリコーンゲル１０との接着面積が増大し、接着強度が向上する。
【００４２】
緩衝部材１１の凸部において、緩衝部材１１の上下方向に対し段差が設けられている。上方の凸部は下方の凸部のよりも厚く形成されており、緩衝部材１１の上方の凸部とシリコーンゲル１０の界面は、ワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂの位置よりも内側にあってもよく、上方の凸部の厚みはワイヤ８に接触しなければいくらでも厚くしてよい。一方、下方の凸部はワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂに接しない位置までを覆う厚みを持つ。ワイヤ８及びワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂに接触、干渉しなければ、上方の凸部と下方の凸部の縦方向の長さの比は任意に設定できる。
【００４３】
以上のように実施の形態４によれば、実施の形態１から３と同様の効果を奏する。
なお、図７において、緩衝部材１１の凸部において、緩衝部材１１の上下方向に対し段差が設けられている例を示したが、ワイヤ８及びワイヤ８と外部端子１２の接続部２０ａ、２０ｂに接触、干渉しない位置であれば、上方凸部と下方凸部の間を傾斜構造としてもよい。
【００４４】
実施の形態５．
以下、実施の形態５に係るパワー半導体装置について図を用いて説明する。
図８は、実施の形態５に係るパワー半導体装置の構造の一例を示す断面図である。実施の形態１の図１Ａと異なるのは、緩衝部材１１の高さを低くし、シリコーンゲル１０内に配置したことである。すなわち、緩衝部材１１の上端はケース９内でシリコーンゲル１０に覆われている。
【００４５】
ヒートサイクル時に緩衝部材１１の上面部は高温気中に曝されるため、表面が酸化され劣化してしまう。緩衝部材１１の表面が酸化し、劣化すると、ケース９と緩衝部材１１の界面もしくは、緩衝部材１１とシリコーンゲル１０の界面で剥離が発生してしまう。そこで、本実施の形態５では、緩衝部材１１の上面をシリコーンゲル１０の内部に位置するようにし、緩衝部材１１が空気中に曝されないようにしている。この構造により、ヒートサイクルの高温曝し時の緩衝部材１１の酸化劣化を防ぐことができ、緩衝部材１１のケース９からの界面剥離とシリコーンゲル１０の緩衝部材１１からの界面剥離を長期間防止することができる。
【００４６】
以上のように実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、ヒートサイクルの高温曝し時の緩衝部材１１の酸化劣化を防ぐことができ、緩衝部材１１のケース９からの界面剥離とシリコーンゲル１０の緩衝部材１１からの界面剥離を長期間防止することができる。
【００４７】
実施の形態６．
以下、実施の形態６に係るパワー半導体装置について図を用いて説明する。
図９は、実施の形態６に係るパワー半導体装置の構造の一例を示す断面図である。実施の形態１の図１Ａと異なるのは、ケース９から緩衝部材１１の内部にカギ状突起１３が挿入され固着されていることである。
【００４８】
図９において、ケース９の成形時に内側面にカギ状突起１３を形成する、もしくはケース９の内側面にカギ状突起１３を固着して形成する。この状態で、例えば実施の形態１の図４Ａから図４Ｆの順に製造していくと、図９の構造となる。このような構成によれば、ケース９と緩衝部材１１の界面の沿面距離を伸ばすことになり、剥離の絶縁弱点部に到達するまでに要する距離が長くなることになる。また、カギ状突起１３を含めたケース９と緩衝部材１１の接着面積が向上し、かつカギ状突起１３がアンカー部となるため、ケース９と緩衝部材１１の接着強度が向上する。したがって、接着強度の向上と界面の沿面距離の伸長により、ヒートサイクル耐性を向上させることができる。また沿面距離が伸長することにより、気中放電が発生しないパワー半導体装置を得ることができる。
【００４９】
図９ではアンカー部の形状をカギ状突起１３で構成したが、これに限るものではない。図１０Ａから図１０Ｃに実施の形態６に係る別のパワー半導体装置の一部を示す拡大断面図として、アンカー部が別の形状の例を示す。図１０Ａのように突出した矢印形状のような構造のアンカー部１３Ａであってもよく、図１０Ｂのようにケース壁面に向けて細くなるつまみのような構造のアンカー部１３Ｂでもよく、図１０Ｃのような突出したＴ字形状のような構造のアンカー部１３Ｃであってもよい。
【００５０】
また、本実施の形態６においても、実施の形態５で説明したように、緩衝部材１１をシリコーンゲル１０の上面より下方に位置するように配設してもよい。また、緩衝部材１１を実施の形態１から４の形状にしてもよいことは言うまでもない。
【００５１】
以上のように本実施の形態６によれば、実施の形態１から５と同様の効果を奏する。さらに、ケース９の内側面から緩衝部材１１に突出したアンカー部を有するので、ケース９と緩衝部材１１の接着強度が向上し、両者の界面の沿面距離が伸長することにより、ヒートサイクル耐性を向上させることができる。また沿面距離が伸長することにより、気中放電が発生しないパワー半導体装置を得ることができる。
【００５２】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１：パワー半導体装置、  ２：半導体チップ、  ３：上部電極、  ４：絶縁基板、  ５：下部電極、  ６：はんだ、  ７：ベース板、  ８：ワイヤ、  ９：ケース、  １０：シリコーンゲル、  １１：緩衝部材、  １２：外部端子、  １３：カギ状突起、  １３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ：アンカー部、  １４：金型、  １５：離型剤、  １６：隙間領域、  ２０ａ、２０ｂ：接続部
【要約】
ベース板（７）上に設けられた半導体素子（２）と、半導体素子（２）に接続された接続端子（８）と、半導体素子を囲うように設けられたケース（９）と、ケース（９）の内側面に接して設けられ、上下方向に伸びる縦溝の凹凸形状を有する緩衝部材（１１）と、前記ケースの内部に封止されたシリコーンゲル（１０）と、を備え、緩衝部材（１１）の体積膨張率はケース（９）とシリコーンゲル（１０）の体積膨張率との間にあり、かつ緩衝部材（１１）の針入度がシリコーンゲル（１０）の針入度より大きく、緩衝部材の凹凸形状の角部が丸みを有するようにした。ヒートサイクル時に緩衝部材（１１）とケース（９）及びシリコーンゲル（１０）との界面剥離が防止され、気中放電が発生しないパワー半導体装置（１）を得ることができる。【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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