JP2010219385A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板表面に半導体素子が固着されその側面を囲むようにケースが形成された半導体装置について、その外形寸法の小型化が可能で、かつ、そのような半導体装置を絶縁性能の低下なく簡素な手段で製造できる構成である半導体装置を提供する。
【解決手段】表面に金属の回路パターン24を有する基板26と、回路パターン上に固着された半導体素子28と、基板の側面と接し、基板の側面を囲むように配置されたケース40とを備える。そして、ケースはそれが硬化収縮することにより基板の側面と固着される。
【選択図】図2
【解決手段】表面に金属の回路パターン24を有する基板26と、回路パターン上に固着された半導体素子28と、基板の側面と接し、基板の側面を囲むように配置されたケース40とを備える。そして、ケースはそれが硬化収縮することにより基板の側面と固着される。
【選択図】図2
Description
本発明は基板表面に半導体素子が固着され、当該基板の側面を囲むようにケースが形成された半導体装置に関する。
金型を用いた打ち抜き等によって外形寸法が定められた絶縁基板の表面には半導体素子が固着される。半導体素子が固着された絶縁基板はその側面おいてケースと接着される。ケースには例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)などが用いられる。また、前述した接着には接着剤が用いられる。ケースは主として半導体装置の筐体としての用途を有するものであるため、前述の絶縁基板を覆うように絶縁基板と接着される。ケースが絶縁基板と接着されたあとに、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などが、絶縁基板表面と密着するようにケース内に充填される。ここで、エポキシ樹脂は半導体素子と導通した端子を当該樹脂外部へ露出させるようにケースに充填される。半導体装置の製造は概ね上述の通り行われる。
図5は上述の半導体装置を説明する断面図である。ベース板100の表面には絶縁層102を介して回路パターン104が配置される。ベース板100、絶縁層102、回路パターン104は絶縁基板106と称する。回路パターン104には例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体素子108が固着される。半導体素子108と回路パターン108とはアルミワイヤー110で適宜接続される。さらに回路パターン104には半導体素子108を外部と接続するための主端子112、信号端子114が固着される。
このような絶縁基板106にはケース116が接着されている。絶縁基板106とケース116は当該接着される部分で両者が勘合できる形状を有する。そしてこの接着はシリコーン系接着剤118により行われている。接着剤118は絶縁基板106に設けられた塗りシロ部分に塗布されている。ケース116が絶縁基板106に接着されると、ケース116内に封止樹脂122が充填されて半導体装置が完成する。
半導体装置は上述のようにケースを基板に接着した後に封止樹脂を充填する以外にも様々な手段により製造される。例えば熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドで筐体部分を形成した半導体装置がある。また、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドで筐体が形成される場合もある。
図5の構成の半導体装置では、絶縁基板106とケース116が勘合する形状を有する部分で組み立ての精度上例えば0.2〜0.5mm程度のクリアランスが設けられている。また、絶縁基板106とケース116の接着に接着剤118が用いられるため、絶縁基板106とケース116のそれぞれに、絶縁距離確保のための大きさに加えて例えば0.5〜2mm程度の接着剤の塗りシロが設けられる。このように絶縁基板とケースの接着のために「勘合する形状」を設けそこにクリアランスを持たせたり、絶縁基板とケースに塗りシロを設けたりすることにより絶縁基板が大型化し高コスト化する問題があった。さらにそれにより半導体装置の小型化ができない問題があった。
また、絶縁基板とケースの接着に接着剤を用いると接着剤中に気泡を巻き込むことがあり、絶縁基板の絶縁性能の劣化が起こりえる問題があった。
また、絶縁基板を、金型などを用いた打ち抜きによって必要な外形となるようにする場合、打ち抜き時のせん断応力等によって絶縁層にクラックが入る問題があった。
トランスファーモールドにより筐体を形成する場合には樹脂バリが発生することがあり、トランスファーモールド後に樹脂バリ除去工程を設けなければならない問題があった。さらに金型寸法精度を高める必要があり製造コストが高くなってしまう問題もあった。
インジェクションモールドで筐体を形成する場合には寸法精度の高い金型は要求されないため、製造コストを低減できる。しかしながらインジェクションモールドで用いる熱可塑性樹脂では絶縁基板の絶縁層と熱可塑性樹脂とが密着しない問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小型化が可能で、かつ、絶縁性能を損なうことなく簡素な手段で製造できる半導体装置を提供することを目的とする。
本願の発明にかかる半導体装置は、表面に回路パターンを有する基板と、該回路パターン上に固着された半導体素子と、該基板の側面と接し、該基板の側面を囲むように配置されたケースとを備え、該ケースは硬化収縮により該基板の側面と固着したことを特徴とする。
本発明により簡素な手段で絶縁性能を高め、かつ、小型化した半導体装置を製造できる。
実施の形態1
本実施形態は図1、2を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態についても同様である。
本実施形態は図1、2を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態についても同様である。
図1は本実施形態の半導体装置の外観を説明する斜視図である。本実施形態の半導体装置はケース40に封止樹脂36が充填されている構成である。後述するようにケース40および封止樹脂36の内部には半導体素子が配置される。ケース40および封止樹脂36からは半導体素子と導通した主端子12と信号端子14が外部に露出している。主端子12にはケース40に設けられたねじ穴に対応する孔が形成される。
図2は図1のA−A断面図である。半導体素子28から生じる熱を放熱するために、半導体素子28は絶縁基板26上に搭載される。絶縁基板26はベース板20の表面に絶縁層22を介して回路パターン24を備える構成である。ベース板20は銅、アルミニウム等の金属であり、その裏面は外部に露出する。絶縁層22は熱伝導性を有するようにAlN・BN・Al2O3・シリカなどの粒状物質等が含有される。回路パターン24は銅、アルミニウム等がエッチングにて形成されたものである。すなわち、前述の半導体素子28は回路パターン24にはんだなどで固着されベース板20から放熱される。
さらに、半導体素子28と回路パターン24とはアルミワイヤー30により接続される。半導体素子28と外部との接続は、回路パターン24に固着された主端子12および信号端子14により行われる。
ケース40は、半導体素子28の保護、及び半導体装置の筐体強度確保のために絶縁基板26を囲むように配置される。ケース40はPPSであり、インジェクションモールドによって形成される。図2では絶縁基板26のベース板20側面とケース40が接することが表されており、その接触部分が接触部41として描かれている。
封止樹脂36は、前述のケース40が絶縁基板26と固着されてからケース40内部に半導体素子28等を封止するように充填されて形成される。封止樹脂36は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂の充填の際にはケース40がダムの役割を果たす。
以後、本実施形態のケース40がベース板20と固着することについて説明する。ベース板20を例えば銅剤と仮定するとその線膨張率はおよそ16.7ppm/Kと非常に小さい。一方、ケース40であるPPSは成形収縮率が0.1〜0.7%であり有意な硬化収縮が起こる。そして、本実施形態ではインジェクションモールドによりケース40がベース板20の側面を囲むように配置される。そのため、ケース40が硬化収縮するとケース40がベース板20の側面との接触部41において隙間なく固着される。従って本実施形態のベース板20とケース40の固着には接着剤を用いる必要がない。
上述の通り、本実施形態のベース板20とケース40の固着には接着剤を要しない。よって図5で説明したような、「クリアランス」を持たせたり、絶縁基板とケースに接着剤の「塗りシロ」を設けたりすることを回避し半導体装置の小型化ができる。 また、接着剤を用いないため接着剤中の気泡に起因した絶縁基板の絶縁性能の劣化も回避できる。
よって、本実施形態の構成によれば、絶縁基板26の最外周の回路パターン24とベース板20との沿面距離を「使用電圧に応じて必要となる絶縁距離」とすることができ、追加の塗りシロ等を要しない。一例を挙げると、電源電圧440Vの製品で使用する場合の絶縁距離は、絶縁基板がエポキシ樹脂で封止されていることを条件に2.5mm以上となる。
本実施形態ではケースの形成において、インジェクションモールドを用いる。インジェクションモールドでは100Pa・s以上の溶融粘度の高い樹脂が用いられるため、樹脂バリが発生しづらい。よって樹脂バリ除去工程を必要とせず製造コストを低減できる。また、トランスファーモールドと比較して要求される金型寸法精度は低いため、製造コストを低減できる。しかも、本実施形態では封止樹脂として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が用いられるため、絶縁層と封止樹脂が密着しない問題を解消できる。よって半導体装置の信頼性を高めることができる。このようにケース40形成には樹脂バリ抑制および金型低コスト化ができるインジェクションモールドを用い、封止樹脂には絶縁層と密着できる熱硬化性樹脂を用いる。
なお、金型を安価にできるのでスライド方式の金型等の採用によって、信号端子、主端子ともに半導体装置の上面から容易に取出すことができる。
なお、トランスファーモールドにより側面から端子を取り出す半導体装置を製造する場合には、モールド時の成形ストロークが大きくなることを抑制するために半導体装置が薄くなるように設計され沿面距離の観点から好ましくない場合があった。しかしながら、本実施形態ではそのような不都合を解消し十分な沿面距離を確保できる。
半導体装置の構成は本発明の特徴を失わない範囲において様々な変形が可能である。例えば、基板は本実施形態で説明した絶縁基板26の構成に限定されず、ケースと接触する部分を構成する材料の硬化収縮がケースよりも少なければよい。
例えば、ケース40の材料はPPSに限定されず絶縁基板との固着が可能な程度の硬化収縮が起こる材料であればよい。ここで、樹脂バリ抑制の観点からケースは熱可塑性樹脂であることが好ましい。しかしながら本発明の「半導体装置を小型化する効果」を得るためには、ケースが熱可塑性樹脂である必要はない。
例えば、封止樹脂36はエポキシ樹脂に限定されず熱硬化性樹脂であれば特に限定されない。
実施の形態2
本実施形態は図3、4を参照して説明する。図3は本実施形態の半導体装置の断面図である。本実施形態は、絶縁基板の側面を囲むように形成されたケースの硬化収縮によりケースが絶縁基板の側面と固着したことについては実施形態1と同様である。また、本実施形態の絶縁基板52は、ベース板50の表面に絶縁層22を介して回路パターン24が形成される点は実施形態1と同様であるが、ベース板の形状が実施形態1と相違する。すなわち、本実施形態のベース板50の側面であって、ケース40と接する部分はベース板50の底面に対して鈍角を有する形状である点が実施形態1と相違する。
本実施形態は図3、4を参照して説明する。図3は本実施形態の半導体装置の断面図である。本実施形態は、絶縁基板の側面を囲むように形成されたケースの硬化収縮によりケースが絶縁基板の側面と固着したことについては実施形態1と同様である。また、本実施形態の絶縁基板52は、ベース板50の表面に絶縁層22を介して回路パターン24が形成される点は実施形態1と同様であるが、ベース板の形状が実施形態1と相違する。すなわち、本実施形態のベース板50の側面であって、ケース40と接する部分はベース板50の底面に対して鈍角を有する形状である点が実施形態1と相違する。
一般に、絶縁基板は、最初に面積の大きい原板を作成し、その後個々の半導体装置で利用するために必要な外形サイズとなるように個片化される。この個片化は金型などを用いた打ち抜きよって行われることが多かった。しかしながら、この打ち抜き時のせん断応力等によって絶縁層にクラックが入る問題があった。クラックは半導体装置の絶縁特性を確保する観点から好ましくない。
そのため、絶縁基板上の最外周の回路パターンとベース板側面との距離を大きくし、打ち抜き時の金型の受け面積を大きくすることで絶縁層が受ける応力を緩和させる措置をとる場合がある。この場合、絶縁基板のサイズが大きくなり、高コスト化し、半導体装置の小型化ができない問題があった。
本実施形態の半導体装置によれば上述の問題を解決できる。本実施形態のベース板50の側面の鈍角形状は例えばV字形状の鋭利な刃先を有する刃物で、ベース板の原板の回路パターン24側およびベース板50底面に溝を入れ、最後に分割することで形成される。よって前述したクラックの懸念が解消され絶縁基板サイズを縮小することにより安価とすることができ、結果として半導体装置のコストも低廉とすることができる。なお、金型による打ち抜きによらない絶縁基板の個片化は上述以外にも様々な方法が考えられる。
絶縁基板サイズ縮小の効果に加えて、本施形態のベース板50の形状によればベース板の側面が平面的な場合と比較してベース板50の側面がケース40と接する面積も増大する。すなわち、本実施形態の接触部54は図2に示す実施形態1の接触部41よりも大面積である。よってベース板50とケース40の密着性を向上させることができる。
本実施形態では特に限定しなかったが、絶縁基板のうちベース板のみをケースと接触させることは半導体装置の絶縁特性の観点から好ましい。このことは、図4を参照して説明する。図4はベース板60を備える絶縁基板64のうちベース板60の側面のみがケース40と接することを説明する拡大した断面図である。この図から明らかなように絶縁層22はケース40と接しない(同図中、非接触部62で示される)。絶縁層22は熱硬化性樹脂である封止樹脂36と接する。よって絶縁層22は封止樹脂36と密着性良く密着するため、絶縁性能に優れた半導体装置を得ることができる。
本実施形態の半導体装置についても、少なくとも実施形態1相当の変形は可能である。
20 ベース板、 22 絶縁層、 24 回路パターン、 26 絶縁基板、 28 半導体素子、 40 ケース、 41 接触部
Claims (6)
- 表面に回路パターンを有する基板と、
前記回路パターン上に固着された半導体素子と、
前記基板の側面と接し、前記基板の側面を囲むように配置されたケースとを備え、
前記ケースは硬化収縮により前記基板の側面と固着したことを特徴とする半導体装置。 - 前記基板は、金属であるベース板の表面に絶縁層を介して前記回路パターンが形成され、
前記ベース板の側面が前記ケースと接し、
前記ベース板の側面は、前記ベース板の裏面に対して鈍角となる形状を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記基板の側面のうち前記ベース板の側面のみが前記ケースと接することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記基板は、金属であるベース板の表面に絶縁層を介して前記回路パターンが形成され、
前記絶縁層は熱硬化性樹脂により樹脂封止されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ケースはPPS(ポリフェニレンサルファイド)であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ケースは溶融粘度が100Pa・s以上の材料であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
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