(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース板上に、絶縁基板、外部電極、半導体素子、熱緩衝板を含む電気回路構成部品を、半田等の加熱接合部材を介して搭載・固着させて成る複合半導体装置の製造方法において、
前記金属ベース板を加熱による反りを相殺するよう予め上方に向かって凸状になるように折り曲げ形成し、
前記電気回路構成部品を搭載・固着させる金属ベース板の上面は湾曲面とすることなく、平坦面としたことを特徴とする複合半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記金属ベース板は、上方に向かって湾曲させることなく、少なくとも一つの「へ」の字状曲折部を有することを特徴とする請求項１に記載の複合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、複合半導体装置に関し、特に電気回路構成部品を、半田等の接合部材を介して搭載・固着させる金属ベース板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
この種の複合半導体装置の内部構成を図４に示す。
図は、複合半導体装置を完成させる前の絶縁ケースを取り除いた組立体の状態を示している。
図において、１は銅などの材料により形成された金属ベース板であり、放熱フィン等の外部部材に取り付けるための複数のネジ取付け穴２を有している。
この金属ベース板１上に、両面に金属層３を有するアルミナ等の材料により形成された絶縁基板４が半田などの接合部材（図示せず）を介して搭載・固着され、該絶縁基板４上に、第１外部電極５、該第１外部電極５上に、ダイオード、サイリスタ等の半導体素子６、該半導体素子６上に、モリブデン（Ｍｏ）等の熱緩衝板７を介して第２電極８が搭載・固着されている。
なお、上記のように構成のものが金属ベース板１上に複数個（図示では一対）形成されている。
【０００４】
上記のものを、２５℃〜２５０℃程度の温度プロファイルのリフロー炉に入れ半田付けすると図５のようになる。
すなわち、上記の場合、熱膨張係数がアルミナ材の絶縁基板４と銅材の金属ベース板１とでそれぞれ７．１×１０↑−６，１６．５×１０↑−６と相違し、金属ベース板１の熱膨張係数の方が大きいため、該金属ベース板１は上方に向かって凸状に湾曲した反りを生じる。
【０００５】
図６は、図５のように半田付けされた組立体を絶縁ケース９に収めて、該絶縁ケース９内エポキシ樹脂等の充填材１０を充填し、樹脂封止したものである。
また、図７は、エポキシ樹脂等の充填材１０を充填後１５０℃程度でキュアし、複合半導体装置１１を完成させた状態を示す。
上記の場合、熱膨張係数が銅材の金属ベース板１と充填材１０としてのエポキシ樹脂とでは、それぞれ１６．５×１０↑−６，２５×１０↑−６とエポキシ樹脂の熱膨張係数の方が大きいことや、金属ベース板１の周囲が絶縁ケース９で取り囲まれていることに起因し、上方に向かって凸状に湾曲した反りを有する金属ベース板１がエポキシ樹脂により下方に押圧され、図示のように下方に向かって凹状に湾曲した反りへと変化する。
【０００６】
図８は、上記のようにして完成された複合半導体装置１１を放熱フィン１２に金属ベース板１のネジ取付け穴（図示せず）を利用して取り付けた状態を示す。この場合、金属ベース板１の湾曲した凹状の反りにより放熱フィン１２との間に隙間Ｄが生じ、熱抵抗が悪くなる。また、放熱フィン１２にネジ止めする際に、金属ベース板１が平坦になるように矯正され、該金属ベース板１上の半導体素子６（図示省略）に機械的ストレスを与え、電気的特性を劣化させることになり好ましくない。
【０００７】
そこで、従来では図９に示すように、図７に示した金属ベース板１の湾曲した凹状の反りに対応させ、逆向きの上方に向かって凸状に湾曲する反りを予め施す補正手段を講じている。この場合、凸状の湾曲した反りを有する金属ベース板１を使用することにより、半田固着工程で熱膨張により発生する逆向きの反りが相殺され、最終的に平坦な金属ベース板１となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複合半導体装置は、上記のように構成したので、金属ベース板１の反りの問題は解決することができたが、新たな問題があることが分かった。
すなわち、図１０に示すように、上方に向かって凸状に湾曲した金属ベース板１に対し、その上面側に複合半導体装置の構成部品、特にその上面と直接接触する絶縁基板４が半田等の接合部材１３により固着される場合、金属ベース板１の上面が湾曲しているために、絶縁基板４の中心部よりも外周部の隙間が相対的に大きくなり、該外周部の半田の塗布量が少なくなり半田のぬれ性が悪くなる。このため、金属ベース板１への熱抵抗が大きくなり、複合半導体装置の電気的特性に悪影響を与えることとなる。また、上記の組立体を絶縁ケース９（図６参照）に収めた後、エポキシ樹脂を充填して樹脂封止する際、あるいはキュア時の応力により絶縁基板４の端部に機械的ストレスが加わり、端部が半田により十分保護されていないので、クラックが発生するおそれがあるなどの解決すべき課題があった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、上方に湾曲した凸状の反りを有する金属ベース板を使用した場合、該金属ベース板との半田接触が良好で熱抵抗が小さく、かつ、エポキシ樹脂の封入時、あるいはキュア時の応力により絶縁基板の端部にストレスが加わってもクラックが発生しないようにした複合半導体装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
金属ベース板上に、絶縁基板、外部電極、半導体素子、熱緩衝板を含む電気回路構成部品を、半田等の加熱接合部材を介して搭載・固着させて成る複合半導体装置の製造方法において、前記金属ベース板を加熱による反りを相殺するよう予め上方に向かって凸状になるように折り曲げ形成し、前記電気回路構成部品を搭載・固着させる金属ベース板の上面は湾曲面とすることなく、平坦面とした複合半導体装置の製造方法としたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の複合半導体装置の製造方法は、金属ベース板を上方に向かって湾曲させることなく、少なくとも一つの「へ」の字状曲折部を有することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明では電気回路構成部品が搭載・固着される金属ベース板の上面を平坦面としたので、特に絶縁基板の外周部に、その中心部よりも相対的に大きな隙間が形成されることがない。このため、半田のぬれ性に悪影響を与えることなく、また、予め定めた半田の塗布量に不足分が生じることがない。これにより半田の表面張力によって絶縁基板の外周部を過不足なく覆うことができ、従来の半田接合部に比べ、全体として接触面積の広い接合部とすることができる。その結果、金属ベース板への熱抵抗を小さくすることができると共に、絶縁基板の端部が接合部材により完全に保護されるため、絶縁ケースへのエポキシ樹脂の封入時、あるいはキュア時の応力が絶縁基板の外周部に加わってもクラックの発生を効果的に防止することができる。
【００１３】
また、本発明では、金属ベース板を上方に向かって湾曲させることなく、少なくとも一つの「へ」の字状曲折部を有するようにしたので、必要とする電流容量や必要とする電気回路等に応じて「へ」の字状曲折部の数を増加させ、上記の効果を実現した最適な複合半導体装置を設計することができる。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を、図を参照して説明する。
図１は、本発明の複合半導体装置に使用する金属ベース板を示し、図１（ａ）はその正面図、図１（ｂ）はその平面図である。
本発明では、図示のように上方に向かって凸状に湾曲させることなく、電気回路構成部品が搭載・固着される上面を平坦面とする「へ」の字状曲折部を有する金属ベース板１を使用する。
【００１５】
すなわち、金属ベース板１は中央部１ａで「へ」の字状に折り曲げられ、該中央部の下面から両端部１ｂ間を結ぶ一点鎖線Ｌまでの距離Ｈを、上方に向かって凸状に湾曲させた従来の金属ベース板１の曲率半径に対応させた寸法とする。
例えば、本発明の実施例の場合、Ｈ＝３５０〜４５０μｍとする。
なお、ネジ取付け穴２は従来と同様に複数個設けてある。
上記の金属ベース板１を使用し、該金属ベース板１の上面に従来と同様に電気回路構成部品を搭載・固着させた図を図２（ａ）に示す。
【００１６】
すなわち、上記金属ベース板１上には、両面に金属層３を有する絶縁基板４、該絶縁基板４上に第１外部電極５、該第１外部電極５上に半導体素子６、該半導体素子６の上に熱緩衝板７、該熱緩衝板７上に第２外部電極８が図示を省略した治具等を介して順次載置された後、リフロー炉等により各構成部品間が半田付けされる。
【００１７】
図２（ｂ）に、図２（ａ）のＡ部拡大図を示す。この図から明らかなように、上面が平坦面の金属ベース板１を使用することにより、半田等の接合部材１３の外周部は、その塗布量に過不足が生じることがなく、接合部材１３自体の表面張力によって形状が整えられ、絶縁基板４と金属ベース板１間の十分な接触面積を取ることができる。このため、金属ベース板１への熱抵抗が改善されると共に、絶縁基板４の外周部が接合部材１３で十分保護されているため、上記組立体を絶縁ケース９に収めてエポキシ樹脂を充填し樹脂封止する際、あるいはキュア時の応力が加わった際に絶縁基板の外周部にクラックが発生する等の問題が生じることがない。
【００１８】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の複合半導体装置に使用する他の金属ベース板の変形例を示す図である。
図３（ａ）は金属ベース板１に、「へ」の字状曲折部１ｃを左右一対形成したものであり、また、図３（ｂ）は、「へ」の字状曲折部１ｃを、全体で３箇所形成するようにしたものである。
【００１９】
なお、この「へ」の字状曲折部１ｃは、上面平坦面１ｄ上に搭載・固着される電気回路構成部品の組数や必要とする電気回路の構成等に応じて増減させ、設計の自由度を確保する。
要は、金属ベース板１の両端部から最初の「へ」の字状曲折部１ｃの間、ないしは「へ」の字状曲折部１ｃ同士の間に上面平坦面１ｄが形成されていれば良い。
【００２０】
上記の変形例においても、電気回路構成部品が搭載・固着される面が湾曲面ではなく平坦面であるため、絶縁基板４と金属ベース板１の間隙が均一となり、特に外周部での接合部材１３の十分な接触面積を確保することができる。このため、前記同様にエポキシ樹脂の封入時、あるいはキュア時の絶縁基板４の端部に加わる機械的ストレスに十分耐えることができ、クラック等の発生を防止することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電気回路構成部品が搭載・固着される金属ベース板の上面を平坦面としたので、特に絶縁基板の外周部に中心部よりも相対的に大きな隙間が形成されることがない。このため、半田のぬれ性に悪影響を与えることなく、また、予め定めた半田の塗布量に不足分が生じることがない。これにより半田の表面張力によって絶縁基板の外周部を過不足なく覆うことができ、従来の半田接合部に比べ、全体として接触面積の広い接合部とすることができる。その結果、金属ベース板への熱抵抗を小さくすることができると共に、該金属ベース板の端部が接合部材により完全に保護されるため、絶縁ケースへのエポキシ樹脂の封入時、あるいはキュア時の応力が絶縁基板の外周部に加わってもクラックが発生することがないなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合半導体装置に使用する金属ベース板を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】上記の金属ベース板上に電気回路構成部品を搭載した状態を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の複合半導体装置に使用する金属ベース板を示し、（ａ），（ｂ）はそれぞれ他の変形例を示す正面図である。
【図４】従来の金属ベース板を使用して組み立てる複合半導体装置の途中工程を示す正面図である。
【図５】図４の組立体をリフロー炉等で加熱し、各構成部品間を半田付けし、金属ベース板が湾曲した状態を示す正面図である。
【図６】図５の組立体を絶縁ケースに収めて、エポキシ樹脂を充填し、樹脂封止した状態を示す断面図である。
【図７】上記の各工程を経て完成した従来の複合半導体装置の外観を示す正面図である。
【図８】上記従来の複合半導体装置を放熱フィン等の外部部材にネジ止めした状態の正面図である。
【図９】従来の複合半導体装置における不都合を解消するために予め逆方向の反りを付与した金属ベース板の正面図である。
【図１０】上記従来の金属ベース板を使用して絶縁基板と半田付けした状態の部分拡大図である。
【符号の説明】
１    金属ベース板
１ａ  中央部
１ｂ  端部
１ｃ  「へ」の字状曲折部
１ｄ  上面平坦面
２    ネジ取付け穴
３    金属層
４    絶縁基板
５    第１外部電極
６    半導体素子
７    熱緩衝板
８    第２外部電極
９    絶縁ケース
１０  充填材
１１  複合半導体装置
１２  放熱フィン
１３  接合部材
【図１】
0004916068.tif 000002
【図２】
0004916068.tif 000003
【図３】
0004916068.tif 000004
【図４】
0004916068.tif 000005
【図５】
0004916068.tif 000006
【図６】
0004916068.tif 000007
【図７】
0004916068.tif 000008
【図８】
0004916068.tif 000009
【図９】
0004916068.tif 000010
【図１０】
0004916068.tif 000011