(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に開口部を有し、一方の開口部が電力用半導体素子を搭載した基板で塞がれ、前記電力用半導体素子を囲繞する筒状の枠体と、該枠体にインサートされ、一端が前記枠体の内壁側に露出して前記電力用半導体素子と接続されると共に他端が他方の開口部の開口端面に外部接続可能に露出した電極端子と、前記電力用半導体素子を封止すべく前記他方の開口部を密閉する封止樹脂とを備えた電力用半導体装置において、前記枠体は前記他方の開口部の外周端縁に前記開口端面における前記電極端子の露出部周辺よりも突出した壁部が形成され、前記封止樹脂は前記壁部を溢流防止壁として前記電極端子の露出部周辺を覆う薄層を形成するように充填されたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
枠体は熱可塑性樹脂にて成形され、封止樹脂はエポキシ系の注型用熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
電極端子が露出し、封止樹脂にて覆われた開口端面と内壁面とが交差する他方の開口部の内周端縁が曲面状に面取りされたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電極端子がインサートされた枠体内に熱硬化性樹脂を充填し、電力用半導体素子を樹脂封止した電力用半導体装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の半導体装置を示す断面図である。図において、１１はこの半導体装置のパッケージを構成するケースで、半導体素子１０１を載置した絶縁基板１０２が放熱板１０３に接合されると共に、ケース１１が放熱板１０３上に半導体素子１０１を囲繞するように接着によって固定されている。１２および１３は全体がそれぞれ断面略Ｌ字状に形成された電極端子で、その一端をケース１１の内側底部に露出させると共に他端をケース１１の上側へ突出させた状態でケース１１内に一体的に埋設されている。
【０００３】
そして、金属ワイヤ１４、１５がそれぞれ電極端子１２、１３の一端と半導体素子１０１上の電極とをボンディングにより接続している。さらに、ケース１１内は下側に充填剤１０ａが、上側に充填剤１０ｂが充填され、ケース１１の上側開口部を封止している。
【０００４】
このように構成された半導体装置は、電極端子１２、１３がケース１１に埋設されて固定され、かつ電極端子１２、１３と絶縁基板１０２とが金属ワイヤ１４、１５のみによって接続される構造である。
【０００５】
そして、ケース１１は、その製造の容易さおよびコスト低減のために、熱可塑性樹脂を用いて射出成形により製造されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力用半導体装置は以上のように構成されているので、熱可塑性樹脂で成形された枠体としてのケース１１の耐トラッキング性が比較的低く、電極端子としての隣合う電極端子１２間の沿面距離を比較的長寸法に形成する必要があり、枠体としてのケース１１の小形化を阻害するなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、電極端子間の距離を短くでき、結果的に小型化された電力用半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電力用半導体装置は、両端に開口部を有し、一方の開口部が電力用半導体素子を搭載した基板で塞がれ、前記電力用半導体素子を囲繞する筒状の枠体と、該枠体にインサートされ、一端が前記枠体の内壁側に露出して前記電力用半導体素子と接続されると共に他端が他方の開口部の開口端面に外部接続可能に露出した電極端子と、前記電力用半導体素子を封止すべく前記他方の開口部を密閉する封止樹脂とを備えた電力用半導体装置において、前記枠体は前記他方の開口部の外周端縁に前記開口端面における前記電極端子の露出部周辺よりも突出した壁部が形成され、前記封止樹脂は前記壁部を溢流防止壁として前記電極端子の露出部周辺を覆う薄層を形成するように充填されたものである。
【０００９】
第２の発明に係る電力用半導体装置は、第１の発明に係る電力用半導体装置において、枠体が熱可塑性樹脂にて成形され、封止樹脂がエポキシ系の注型用熱硬化性樹脂であるものである。
【００１０】
第３の発明に係る電力用半導体装置は、第１または第２の発明に係る電力用半導体装置において、電極端子が露出し、封止樹脂にて覆われた開口端面と内壁面とが交差する他方の開口部の内周端縁が曲面状に面取りされたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１としての電力用半導体装置を図１乃至図２により説明する。図１は実施の形態１としての電力用半導体装置の断面図、図２は図１に示した電力用半導体装置のケースにおける外部露出端子が露出した開口端面の近傍を拡大した断面図である。
【００１２】
図において、１は電力用半導体装置のパッケージを構成する両端が開口した枠体としてのケースであり、熱可塑性樹脂であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）を用いて射出成形により得たものである。ケース１は、一方の開口部としての下側開口部１ａ、他方の開口部としての上側開口部１ｂ、上側開口部１ｂに形成された開口端面１ｃ、上側開口部１ｂの外周端縁の全周にわたって形成された壁部１ｄを備える。そして、図２より明らかのように開口端面１ｃと内壁面１ｅとが交差する内周端縁１ｆは曲率半径３ｍｍ以上の曲面状に面取りされている。
【００１３】
２はケース１の下側開口部１ａを塞ぐ金属ベース板、３は表主面上に回路パターン（図示せず）が形成され、該回路パターン上に電力半導体素子４や回路構成に必要なダイオードや抵抗器等からなる電子部材５が実装されると共に、裏主面が金属ベース板２の主面上に固着された絶縁基板としての電力回路基板である。なお、金属ベース板２および電力回路基板３により所謂基板を構成しており、また、ケース１の下側開口部１ａの内周に金属ベース板２を嵌挿し、金属ベース板２の外周縁を接着により下側開口部１ａの内周に嵌着し、下側開口部１ａを金属ベース板２で塞いでいる。また、電力半導体素子４は金属ブロック４Ａを介して電力回路基板３に載置されている。
【００１４】
６、６Ａはケース１にインサートされ、電力半導体素子４や電子部材５と外部回路とを接続する電極端子であり、その下端が内壁面１ｅから露出し、上端が開口端面１ｃから外部へ露出している。７は電力半導体素子４、電子部材５と電極端子６、６Ａの下端との間を接続するボンディングワイヤであり、Ａｌ細線の他、Ａｕ細線が用いられる。
【００１５】
また、８は電力半導体素子４を局部的に覆う、注型樹脂９よりも柔軟性、弾力性、良好な熱伝導性、電気的絶縁性を備えたポッティング樹脂であり、電力半導体素子４を包むように局部的にポッティングする。９はケース１と電力回路基板３とで区画される領域に充填された封止樹脂としての熱硬化性樹脂であるエポキシ系の注型樹脂であり、上側開口部１ｂから注入され、加熱硬化により、ポッティング樹脂８で包まれた電力半導体素子４や電子部材５等に関し、気密性、耐湿性、電気的絶縁性等の必要な性能を得る。
【００１６】
なお、ケース１に内包された電力用半導体素子４を封止すべく上側開口部１ｂから注型樹脂９を充填するに際して、電力半導体素子４をポッティング樹脂８で包むようにポッティングし、ポッティング樹脂８をキュアした後、壁部１ｄを溢流防止壁として注型樹脂９を充填して加熱硬化し、電極端子６、６Ａの露出部周辺を覆う注型樹脂９による薄層９ａを開口端面１ｃ上に形成する。この結果、前記露出部周辺の耐トラッキング性が、注型樹脂の薄層を形成しない従来のものに比し著しく向上する。
【００１７】
即ち、熱硬化性樹脂であるエポキシ系の注型樹脂９の場合には、ＣＴＩ（Contaminet Track Index）＞６００V（RMS）のものが容易に得られるが、熱可塑性樹脂であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）系のケース１の成形樹脂の場合には、ＣＴＩ＞１２５〜２２５V（RMS）程度（何れも試験法IEC-122による）であり、耐トラッキング指数が大きく異なる。例えば、常時、２００Ｖ（RMS）程度の電圧が印加される環境では、前記熱可塑性樹脂を用いた場合には２ｍｍ以上の沿面距離を必要とするが、前記熱硬化性樹脂を用いた場合には１ｍｍ程度の沿面距離を備えればよい（ＵＬ８４０テーブル６．１に基づく）。
【００１８】
所定の印加電圧に対する電極端子６、６Ａの隣合う端子の露出部間、および電極端子６、６Ａの露出部とその他の露出充電部（図示せず）や接地部（図示せず）間に必要な沿面距離は、絶縁に有害な塵埃や湿度等に関する雰囲気条件等により異なるが、電極端子６、６Ａの露出部周辺の沿面を覆うようにエポキシ系の熱硬化性樹脂である注型樹脂９の薄層９ａを形成することによって、耐トラッキング性が著しく向上し、前記露出部間の沿面距離をより短くできるものが得られる。
【００１９】
従来は、電極端子６、６Ａが耐トラッキング性が低い熱可塑性樹脂製のケース１の開口端面１ｃから露出していたので、比較的長寸法の沿面距離が必要であり、その結果として、電力用半導体装置の外形寸法が大きかったが、実施の形態１のように開口端面１ｃを耐トラッキング性の優れた熱硬化性の注型樹脂９で覆うことにより耐トラッキング性が著しく向上するので電極端子６、６Ａの露出部における隣合う端子間の沿面距離、即ち幅寸法を従来の１／２以下に形成でき、結果的に、電力用半導体装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００２０】
また、電極端子６、６Ａの露出した開口端面１ｃを覆う注型樹脂９の薄層９ａの層厚は、通常、約１ｍｍ厚さ程度に形成するが、より薄くても耐トラッキング性の向上を図れる。一方、熱硬化性の注型樹脂９は、突起した角部が存在すると、この角部に加熱硬化により応力が集中して薄層９ａの前記角部近傍にクラック等が発生する。しかし、電極端子６、６Ａの立上げ面である開口端面１ｃと内壁面１ｅとが交差する内周端縁１ｆにおいては曲率半径３ｍｍ以上の曲面状に面取りを行ったので、内周端縁１ｆ近傍の注型樹脂９の加熱硬化による応力集中を緩和でき、クラック等が生じる恐れのない電力用半導体装置を得ることができる。
【００２１】
なお、電極端子６、６Ａの露出した開口端面１ｃを覆う注型樹脂９の層厚が約１ｍｍ厚さ程度の場合に内周端縁１ｆの曲率半径を３ｍｍ以上に形成したが、前記層厚と前記曲率半径とは逆比例の関係にあり、前記層厚をより薄く形成する場合においても前記曲率半径をより大きく形成することによりクラック等が生じる恐れのない電力用半導体装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２３】
一方の開口部が電力用半導体素子を搭載した基板で前記電力用半導体素子を囲繞するように塞がれ、電極端子がインサートされ、他方の開口部の開口端面より前記電極端子が外部接続可能に露出すると共に前記電力用半導体素子を封止すべく前記他方の開口部を封止樹脂で密閉した構成の枠体における、前記他方の開口部の外周端縁に前記開口端面における前記電極端子の露出部周辺よりも突出した壁部を形成し、前記壁部を溢流防止壁として前記電極端子の露出部周辺を覆う薄層を形成するように前記封止樹脂を充填したので、即ち、前記封止樹脂の上部で前記開口端面を覆う極めて簡単な構成で、前記枠体の素材の耐トラッキング性に関係なく前記電極端子の露出部周辺の表面の耐トラッキング性を改善でき、結果的に複数の前記電極端子におけるそれらの露出部間の沿面距離を短く形成でき、小型化された電力用半導体装置が得られる。
【００２４】
また、枠体を熱可塑性樹脂にて成形し、封止樹脂として耐トラッキング性の優れた熱硬化性の注型樹脂を用いたので、小型で安価な電力用半導体装置を得られる。
【００２５】
さらに、電極端子が露出し、封止樹脂にて覆われた開口端面と内壁面とが交差する他方の開口部の内周端縁が曲面状に面取りされたので、前記封止樹脂の局部的な応力集中の発生を緩和でき、前記封止樹脂にクラック等のトラブルの発生の恐れのない高信頼性の電力用半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１としての電力用半導体装置の断面図である。
【図２】  図１に示した電力用半導体装置のケースにおける外部露出端子が露出した開口端面の近傍を拡大した断面図である。
【図３】  従来の電力用半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１  ケース、１ａ  下側開口部、１ｂ  上側開口部、１ｃ  開口端面、１ｄ  壁部、１ｅ  内壁面、１ｆ  内周端縁、２  金属ベース板、３  電力回路基板、４電力半導体素子、６、６Ａ  電極端子、８  ポッティング樹脂、９  注型樹脂、９ａ  薄層
【図１】
0003797021.tif 000002
【図２】
0003797021.tif 000003
【図３】
0003797021.tif 000004