JP2014179376A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置のコンパクト化と信頼性の向上とを両立させた、高出力な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体素子１が実装された回路基板２と、おもて面に回路基板が搭載されたベース板４と、これらの部材１，２，４などを封止し、第１面及び対向する第２面を有する樹脂筐体６とを備えている。樹脂筐体には貫通孔６ａが形成され、その内部には、樹脂筐体を構成する材料より高い剛性を有する材料からなる筒状部材１０が設けられている。ベース板の裏面は、樹脂筐体の第１面に露出している。筒状部材の一端は、樹脂筐体の第２面に露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置、特に、半導体素子を冷却するための冷却部材などの取り付けに好適な半導体装置及びその製造方法に関する。

従来の半導体装置では、回路基板がベース板に搭載され、回路基板上に半導体素子が実装され、半導体素子と回路基板、或いは樹脂ケースにインサート成形された配線部材にワイヤボンドなどの方法で電気的配線が施されている。また、半導体素子を保護するために、ケースの開口部に樹脂が充填されている。したがって、配線部材をインサート成形したインサートケースの開口部に、さらに樹脂を充填する工程が必要であった。更には、樹脂を充填するためのケースが必要となり、別工程で配線部材をインサート成形する必要があったため、生産性に問題があった。

これに対して、例えば特許文献１では、ベース板上に接着した金属配線に半導体素子を実装し、ワイヤボンドで配線を形成した後に、トランスファーモールド法によって、ケースを用いず樹脂で一体的に成形し、配線部材を固定するとともに半導体素子を保護する技術が開示されている。この技術によれば、上記インサートケースが不要になり、更には封止、保護の工程が合理化される。

特開２００７−１８４３１５号公報

ところで、ヒートシンクのような冷却部材など、目的に応じて他の部材に半導体装置を取り付けることが一般的となっている。例えば特許文献１で開示された技術では、半導体装置をヒートシンクに取り付ける際に、ベース板の封止領域外側に拡がった部分に貫通孔を形成して締結を行っている。しかしこの方法では、モールド樹脂での封止領域よりもベース板が大きくなり、したがって半導体装置のコンパクト化が阻害される。

また、ベース板でなくモールド樹脂に貫通孔を形成し、ボルト、ネジなどにより締結を行う場合には、樹脂のクリープによって軸力抜けが生じて締結力が経年的に劣化するおそれがあり、さらに、モールド樹脂を介して半導体素子、ボンディングワイヤといった内蔵部材に力が伝達し、素子特性が悪化するなどのおそれがある。このように、半導体装置においては、コンパクト化と信頼性の向上とを両立させることが課題となっている。

また、放熱性を高めることにより、高出力な半導体装置を実現することも強く求められている。

そこで本発明は、半導体装置のコンパクト化と信頼性の向上とを両立させた、高出力な半導体装置を提供することを主として目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体素子が実装された回路基板と、おもて面に回路基板が搭載されたベース板と、半導体素子、回路基板及びベース板を封止し、第１面及び対向する第２面を有する樹脂筐体とを備えている。また、本発明の特徴として、樹脂筐体には貫通孔が形成されており、その貫通孔内には、樹脂筐体を構成する材料より高い剛性を有する材料からなる筒状部材が設けられている。さらに、ベース板の裏面は、樹脂筐体の第１面に露出しており、筒状部材の一端は、樹脂筐体の第２面に露出している。

本発明によれば、筒状部材の一端が樹脂筐体の面に露出することにより、貫通孔に挿通する締結部材は、樹脂筐体でなく、樹脂筐体を構成する材料より高い剛性を有する材料からなる筒状部材と接することになる。これにより、締結の際の軸力抜け、内蔵部材への力の伝達が防止される。したがって、装置のコンパクト化と信頼性の向上とを両立させることができる。

また、ベース板の裏面が露出したことにより、ベース板と被取付部材とを密着させて放熱性を高めることができ、これにより高出力な半導体装置が実現される。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図２（ａ）は、冷媒ジャケットが取り付けられた半導体装置を示す、図１（ａ）に対応する平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 ブッシュ周辺の構成の一例を示す、図１（ｂ）の一部に対応する断面図である。 ブッシュ周辺の構成の変形例を示す、図１（ｂ）の一部に対応する断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の応用例であるインバータ装置の回路図である。 冷媒ジャケットの取付け工程を説明するための図であり、図６（ａ）は半導体装置を冷媒ジャケット上に載置する工程を、図６（ｂ）は固定する工程を示す。 図７（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す、図２（ａ）に対応する平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す、図１（ｂ）に対応する断面図である。 図９（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す、図２（ａ）に対応する平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、明細書及び各図面にて、同一の符号は同様の構成を指す。また、明細書中で上、下などの向きを表す用語は、装置を実際に配置する方向を限定するものではない。

実施の形態１．
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
半導体装置１００は、半導体素子１が実装された回路基板２と、絶縁層３を介して回路基板２が搭載されたベース板４と、所望の回路を形成するように半導体素子１を配線する回路部材５と、これらを封止して一体的に保持するモールド樹脂６と、などを備える。図１（ｂ）に示すように、ベース板４の下面は、モールド樹脂６の下面に露出している。モールド樹脂６は、特許請求の範囲の「樹脂筐体」に相当する。

半導体素子１は、シリコンなどの半導体からなる。各図では、３つの半導体素子１が搭載されているが、これに限られることはなく、１つ、或いは４つ以上の半導体素子１が搭載されてもよい。また、半導体素子１としては、電力用半導体素子など発熱性の素子を想定しているが、勿論これに限られることはない。回路基板２は、放熱板としても機能するように、例えば銅のような導電性及び放熱性（熱伝導性）に優れた材料からなり、回路部材５と一体的に同じ材料で製造されてもよく、或いは別の材料で製造されてもよい。この回路基板２は、半導体素子１を保持するとともに、半導体素子１への通電によって発生した熱を拡散、伝熱して放熱する。回路基板２とベース板４との間に介在する絶縁層３は、これらの間の電気絶縁を維持する。

ベース板４は、例えばＡｌ、アルミニウム合金などの放熱性の高い材料からなる。半導体素子１が例えば電力用半導体素子である場合、素子１からの発熱が大きく、ベース板４は、熱を拡げつつ下方に伝熱する放熱器として作用する。また、ベース板４の下面には、後述する冷媒ジャケット２０に取り付ける際に位置決め部材として機能するように、図示しない段差が形成されてもよい。

モールド樹脂６は、図１（ａ），（ｂ）に示すように略直方体形状を有する。モールド樹脂６には、例として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを主成分とする熱硬化系樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタートなどを主成分とするプラスティックを用いることができるところ、シリコンゲル、ゴムに比べて弾性率の大きい材料を用いることが好ましい。

上記の各部材がこのモールド樹脂６によって封止されることにより、半導体素子１の周辺が、機械的、環境的に外部から保護されて長期信頼性が良好となる。また、半導体素子１と回路基板２及び回路部材５との間の接合部を保護することができるので、高い信頼性と放熱性を実現することができる。さらに、絶縁層３が外部に露出せずにモールド樹脂６と一体的に接着されるため、絶縁層３の外部環境からの保護に優れる。絶縁層３は、樹脂などの有機物、或いはセラミックなどの無機物から形成することができるが、特に、樹脂などの有機物から形成した場合、同じ有機物からなるモールド樹脂６と接着して一体化されるため、この効果をさらに高めることができる。

モールド樹脂６の任意の側面からは、端子７，８などの端子部材が突出している。端子７，８はそれぞれ、回路部材５と任意の構成を有する配線を形成し、半導体装置１の外部との電気的接続のために設けられる。端子７としては、半導体素子１が例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチング素子である場合に、制御する電流を導電するための端子を想定している。端子８としては、例えば、半導体装置１００の上方に存在する図示しない制御回路基板と配線接続するための端子を想定しており、図１（ａ），（ｂ）に示すように、装置１００の側面から突出した部位が上方に屈曲している。

放熱フィン９は、ベース板４の露出した下面に複数個設けられる。放熱フィン９は、例えばベース板４と同じ材料からなる。放熱フィン９の形状は特に限定されないが、例えば板状に形成された場合には、放熱面積を拡大することができ、したがって装置１００の放熱性を向上させることができる。このとき、板の表面が例えば回路基板２の任意の側面に沿うように、放熱フィン９を設けることができる。或いは、放熱フィン９が円筒状又は角状のような棒状に形成された場合には、冷媒に乱流を形成して伝熱を促進することができる。

また、平面視（即ち、半導体素子１の主面側から見て）で、モールド樹脂６の各隅部の近傍には貫通孔６ａが形成され、その貫通孔６ａ内には、円筒状のブッシュ１０が設けられている。なお、上記貫通孔６ａは、ベース板４などを避けた位置に形成されればよく、必ずしもモールド樹脂６の隅部の近傍に形成される必要はない。

このブッシュ１０は、モールド樹脂６より高い剛性を有する材料からなることが好ましい。また、ブッシュ１０の形状は、中空形状であれば円筒状でなくてもよい。ブッシュ１０の中空部には、後述するようにボルト２１などの締結部材が挿通するため、貫通孔６ａ及びブッシュ１０の中空部の径は、ボルト２１などの寸法により決定される。また、ブッシュ１０の両端は、モールド樹脂６の上下面に露出している。ブッシュ１０は、特許請求の範囲の「筒状部材」の一例に相当する。

図２（ａ）は、冷媒ジャケットが取り付けられた半導体装置を示す、図１（ａ）に対応する平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図２に示すように、上記の半導体装置１００には冷媒ジャケット２０のような冷却部材を取り付けることができるようになっている。冷却部材は、例えばヒートシンクでもよい。

冷媒ジャケット２０は、ベース板４の下面側に設けられる。この冷媒ジャケット２０には冷媒流通用の流路２０ａが形成されており、ベース板４から突出するように設けられた上記の放熱フィン９からの熱が、流路２０ａを流通する冷媒に吸収されるようになっている。また、冷媒ジャケット２０上には端子台２２が設けられ、モールド樹脂６の側面から突出した端子７，８は端子台２２上に搭載され、図示しない外部配線にボルト、ネジなどによって固定される。また、冷媒ジャケット２０には、流路２０ａの周囲に亘って凹部２０ｂが形成されており、その凹部２０ｂにはＯリング２３が挿入される。これにより、当該凹部２０ｂがシール部として機能し、流路２０ａ外側への冷媒漏れが防止される。

また、平面視でブッシュ１０の中空部と中心を略等しくして、冷媒ジャケット２０にはボルト穴２０ｃが形成される。そして、半導体装置１００は、ボルト２１によって冷媒ジャケット２０に固定される。本明細書において、装置１００の冷媒ジャケット２０への固定は、ボルト２１以外の締結部材、例えばネジによって行ってもよい。

図１（ｂ）、図２（ｂ）を参照して説明したように、ブッシュ１０の上端は樹脂モールド６の上面に露出する。このとき、貫通孔６ａに挿通するボルト２１は、モールド樹脂より高い剛性を有する材料からなるブッシュ１０と接することになる。これにより、締結の際の軸力抜け、半導体装置１などへの力の伝達が防止される。

ここで、図１、図２に示すように、ブッシュ１０は、その側面がベース板４の側面と距離を隔てて設けられているが、図７（ｂ）に示すように、側面がベース板４の側面と当接するように設けられてもよい。また、本実施形態１では、ブッシュ１０の下端は樹脂モールド６の下面に露出して、冷媒ジャケット２０に当接する。このように、樹脂モールド６を隔てずに、ブッシュ１０、ベース板４及び冷媒ジャケット２０が接触することにより、装置１００に温度サイクルが負荷された場合でも、固着する強度を維持しつつ、シール性を良好な状態に維持することができる。この効果について、詳しくは後述する。

図３は、ブッシュ周辺の構成の一例を示す、図１（ｂ）の一部に対応する断面図である。
図３に示すように、モールド樹脂６から上下方向に若干突出するようにブッシュ１０が設けられた場合、当該突出した部分がボルト２１と接するため、半導体装置１００の信頼性が向上する、という効果をさらに向上させることができる。

図４は、ブッシュ周辺の構成の変形例を示す、図１（ｂ）の一部に対応する断面図である。
図４に示すように、平面視でモールド樹脂６の隅部の近傍に、他の部分よりも肉薄に形成された肉薄部６ｂが設けられた場合、ボルト２１による締結の際、肉薄部６ｂが選択的に変形するため、締結時にボルト２１から加わる力がモールド樹脂６及びその内部の部材に伝達するのを抑制することができる。これにより、半導体装置１００の信頼性が向上する、という効果をさらに向上させることができる。また、本変形例によれば、ボルト２１の頂部がモールド樹脂６の上面から飛び出さないようにすることができる。このとき、モールド樹脂６の上面に設ける制御基板との距離を小さくすることができる分、装置１００の低背化、即ち更なるコンパクト化が可能となる。

また、ベース板４の下面がモールド樹脂６の下面に露出したことにより、ベース板４と冷媒ジャケット２０とを、空気を排除して密着させることができ、それゆえ取り付けの際に放熱グリスなどを用いる必要がない。これにより、半導体素子１００の損失によって発生する熱に対して、絶縁層３を介して高い放熱性を発揮することができ、したがって高出力な半導体装置１００を実現することができる。

次に、半導体装置１００の製造方法について説明する。この製造方法は、素子実装工程Ｓ１と、部材配設工程Ｓ２と、モールド成形工程Ｓ３と、などを含む。
まず、素子実装工程Ｓ１では、回路基板２上に半導体素子１をはんだ付けなどにより実装する。はんだ付けの代わりに導電性接着剤などを用いてもよく、これは以下でも同様である。続いて、半導体素子１、回路部材５及び端子７，８などの間ではんだ付けなどにより配線を形成する。図５には、半導体装置１００の応用例として、６組の電力変換用スイッチング素子ＳＷとフリーホイールダイオードＦＷＤとを備えたインバータ装置の回路図を示している。その他、２組のスイッチング素子を有する回路など、用途に合わせた所望の回路構成となるように配線を形成することができる。

次に、部材配設工程Ｓ２では、この組み立て品、ベース板４及びブッシュ１０を、図示しないモールド成形用の金型内に配設する。このとき、モールド成形後に、ベース板４の下面がモールド樹脂６の下面に露出するように、ベース板４の下面を（モールド樹脂６の下面に相当する）金型の面に当接させておく。また、モールド成形後に、モールド樹脂６に貫通孔６ａが形成され、かつ、ブッシュ１０の上端、下端がモールド樹脂６の上下面に露出するように、ブッシュ１０の両端を（モールド樹脂６の上下面に相当する）金型の面に当接させておく。

次に、モールド成形工程Ｓ３では、金型内にモールド樹脂を充填して一体的に成形する。これにより、モールド樹脂６には貫通孔６ａが形成され、この貫通孔６ａの内面にブッシュ１０が一体化される。このように、この製造方法は、モールド成形により一括で各部材を一体化することができるという点で合理的である。

次に、ベース板４の下面に放熱フィン９を取り付けるが、ベース板４と放熱フィン９とを一体成形した部材を用いれば、この工程を省略することができる。このように製造した半導体装置１００に、以下のように冷媒ジャケット２０を取り付ける。

図６は、冷媒ジャケットの取付け工程を説明するための図であり、図６（ａ）は半導体装置を冷媒ジャケット上に載置する工程を、図６（ｂ）は固定する工程を示す。
まず、図６（ａ）に示すように、凹部２０ｂ及びボルト穴２０ｃ部が形成された冷媒ジャケット２０を準備し、凹部２０ｂにＯリング２３を挿入する。また、冷媒ジャケット２０には、予め端子台２２を固定しておく。続いて、半導体装置１００を冷媒ジャケット２０上に載置する。

このとき、半導体装置１００の位置決めは、例えばベース板４の下面の周縁部に、冷媒ジャケット２０の凹部２０ｂと嵌合するように段差を形成することにより行ってもよいし、例えばパイロットピンなどにより行ってもよい。この位置決めは、モールド樹脂６の貫通孔６ａの中心と冷媒ジャケット２０に形成されたボルト穴２０ｃの中心とが略一致するように行う。その後、貫通孔６ａにボルト２１を挿通し、ボルト穴２０ｃ側に締結して装置１００を冷媒ジャケット２０に固定するとともに、Ｏリング２３を変形させて流路２０ａを確実に封止する。モールド樹脂６として、上記のような弾性率が大きい樹脂材料を用いた場合、例えば図２のように半導体装置１００の隅部の近傍に複数の締結箇所を設けることにより、良好に流路２０ａを封止することができる。

以上の冷媒ジャケット２０の取り付け工程によれば、モールド樹脂６の内部に貫通孔６ａを形成して、モールド樹脂６の上面部を押圧しつつ締結することにより、モールド樹脂６の内部には厚さ方向に圧縮力が印加され、内部の絶縁層３と回路基板２及びベース板４との間に隙間が発生することがない。したがって、良好に接着を維持しつつ冷媒ジャケット２０をシールして固定することができ、高いシール耐久性を確保可能な構造が実現する。

ここで、上記部材配設工程Ｓ２で説明した貫通孔６ａの形成は、次のように行ってもよい。即ち、まず部材配設工程Ｓ２では、ブッシュ１０の代わりに、ブッシュ１０と同程度の径を有する図示しない棒状のピンを金型に設ける。このとき、ピンの一端面をベース板の面に当接させておく。モールド後に金型から取り出すと，モールド樹脂に貫通孔が形成される。半導体装置１００を冷媒ジャケット２０に固定するまでの間に、モールド樹脂６に形成された貫通孔６ａにブッシュ１０を挿入するブッシュ挿入工程を実施する。

或いは、上記部材配設工程Ｓ２で説明した貫通孔６ａの形成は、次のように行ってもよい。即ち、まず部材配設工程Ｓ２では、ブッシュ１０の代わりに、ブッシュ１０と同程度の径を有する図示しない棒状の仮成形体を金型内に配設する。このとき、仮成形体の両端を（モールド樹脂６の上下面に相当する）金型の面に当接させておく。次に、仮成形体を除去し、半導体装置１００を冷媒ジャケット２０に固定するまでの間に、モールド樹脂６に形成された貫通孔６ａにブッシュ１０を挿入するブッシュ挿入工程を実施する。なお、ブッシュ１０より小さい径を有する仮成形体を金型内に配設して、ブッシュ１０をモールド樹脂６内に圧入してもよい。

このとき、ブッシュ１０として、その筒の長さが貫通孔６ａの長さより大きいものを用いることにより、図３を参照して説明した例のように、モールド樹脂６の上面、下面から確実にブッシュ１０の上端、下端を突出させることができる。またこの方法を用いた場合、別体であるモールド樹脂６との力の伝達がないので、モールド樹脂６、及び半導体素子１などの内蔵部材に対する影響を低下させることができ、好ましい。更には、ブッシュ１０とモールド樹脂６とが相互に容易に動くように挿入することで組立てを実施してもよい。

以下で説明する実施形態２〜４は、基本的に上記実施形態１と同様の構成を採るため、実施形態１と異なる点のみを説明する。

実施の形態２．
図７（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す、図２（ａ）に対応する平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
本実施形態２に係る半導体装置２００では、モールド樹脂６に、平面視で略長方形状の隅部に突出部位６ｃが設けられている。この突出部位６ｃに貫通孔６ａが形成され、貫通孔６ａ内にブッシュ１０が設けられる。

モールド樹脂６の隅部の近傍に貫通孔６ａを設けた場合、平面視で端子７，８よりも内側にシール部が形成される場合があるところ、半導体装置２００の構成では、図７（ａ）に示すように端子７，８とシール部（符号Ｓ）とを近づけることができ、したがって更なる装置２００の小型化を図ることができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す、図１（ｂ）に対応する断面図である。
本実施形態３に係る半導体装置３００では、ブッシュ６０はモールド樹脂６の下面に露出しておらず、ベース板５４の上面に当接するように設けられる。また、図８に示すように、ベース板５４には、ブッシュ６０の中空部６０ａの中心と略同軸になるように貫通孔５４ａが形成される。なお、本実施形態のようにブッシュがベース板の上面に当接する場合には、特許請求の範囲の「樹脂筐体に形成された貫通孔」は、ブッシュの中空部により樹脂筐体に形成された貫通孔と、この中空部に連通するベース板の貫通孔とを併せてなる孔に相当する。

半導体装置３００の構成によれば、ボルト２１によって装置３００を冷媒ジャケット２０に固定するときに、ブッシュ６０、ベース板５４及び冷媒ジャケット２０を、「金属的に」、換言すると樹脂材料を介さないで直接接触させることができる。一般に、温度サイクルが負荷された場合には、樹脂材料の変形は金属材料の場合よりも大きくなる。それゆえ、装置３００に温度サイクルが負荷された場合でも、固着する強度を維持しつつ、シール性を良好な状態に維持することができる。この効果は、ブッシュ６０、ベース板５４及び冷媒ジャケット２０が、温度サイクル負荷に対して変形が生じにくい金属などからなる場合に特に顕著となる。

また、本実施形態によれば、締結時に生じるボルト２１の軸力は、主としてベース板５４が受けることになり、これにより応力が分散され、モールド樹脂６へのダメージを低減することができる。

半導体装置３００の製造方法の配設工程Ｓ２では、ブッシュ６０をベース板５４の上面に当接させるために、ブッシュ６０をベース板５４上に配設するところ、金型内に各部材を配設する前に、予めベース板５４にブッシュ６０を溶接、ろう付け、接着、圧入などにより固着させてもよい。これにより、位置決めが容易となる上に、配設工程Ｓ２にて部品点数が削減され、手間が省け、これにより低コスト化するという利点がある。また、配設工程Ｓ２中に、ブッシュ６０が倒れることがない、という利点も想定される。

また、配設工程Ｓ２の前に、予めブッシュ６０の中空部６０ａに連通するようにベース板５４に貫通孔５４ａを形成する。即ち、この貫通孔５４ａの形成の際には、ブッシュ６０の中空部６０ａの中心を貫通孔５４ａの中心と略一致させる。

ここで、上記部材配設工程Ｓ２で説明した貫通孔６ａの形成は、次のように行ってもよい。即ち、まず部材配設工程Ｓ２では、ブッシュ６０の代わりに、ブッシュ６０と同程度の径を有する図示しない棒状のピンを金型に設ける。このとき、ピンの一端面をベース板の面に当接させておく。モールド後に金型から取り出すと，モールド樹脂に貫通孔が形成される。半導体装置３００を冷媒ジャケット２０に固定するまでの間に、モールド樹脂６に形成された貫通孔６ａにブッシュ６０を挿入するブッシュ挿入工程を実施する。

或いは、上記部材配設工程Ｓ２で説明した貫通孔６ａの形成は、次のように行ってもよい。即ち、まず部材配設工程Ｓ２では、ブッシュ６０の代わりに、ブッシュ６０と同程度の径を有する図示しない仮成形体を金型内に配設する。このとき、仮成形体の上端を（モールド樹脂６の上面に相当する）金型の面に当接させておく。次に、仮成形体を除去し、半導体装置３００を冷媒ジャケット２０に固定するまでの間に、モールド樹脂６に形成された貫通孔６ａにブッシュ６０を挿入するブッシュ挿入工程を実施する。上記の通り、貫通孔６ａは、ブッシュ６０の中空部６０ａとベース板５４の貫通孔５４ａとを併せてなる孔である。このときブッシュ６０は、接着、圧入などによりベース板５４の上面に固着させる。なお、ブッシュ６０より小さい径を有する仮成形体を金型内に配設して、ブッシュ６０をモールド樹脂６内に圧入してもよい。

このとき、ブッシュ６０として、その筒の長さが貫通孔６ａの長さより大きいものを用いることにより、確実にベース板５４とブッシュ６０とを接触させることができる。更には、図３を用いて説明した例のように、モールド樹脂６の上面から確実にブッシュ６０の上端を突出させることができる。また、別体であるモールド樹脂６との力の伝達がないので、モールド樹脂６、及び半導体素子１などの内蔵部材に対する影響を低下させることができ、好ましい。更には、ブッシュ６０とモールド樹脂６とが相互に容易に動くように挿入することで組立てを実施してもよい。

さらに、金型内に各部材を配設する際には、位置決め可能なように、予めベース板５４の貫通孔５４ａの周囲に図示しない段差を形成し、この段差の部分にブッシュ６０を嵌め込むようにしてもよい。

また、上記のようにブッシュ６０をベース板５４の上面に固着させる場合には、半導体装置３００は変形例として、ブッシュ６０とモールド樹脂６との間に間隙が設けられてもよい。この構成によれば、ブッシュ６０をボルト２１で圧接する際の軸力が直接モールド樹脂６に伝達しないので、樹脂のダメージ、半導体素子１など内蔵部材のダメージをさらに低下させることができる。

実施の形態４．
図９（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す、図２（ａ）に対応する平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
本実施形態４に係る半導体装置４００では、貫通孔６ａ（図９（ａ）のボルト２１の位置）の中心を結ぶ線上に略中心が位置するように、筒状のブロック２４が設けられる。ブロック２４の上端は、モールド樹脂６の上面に露出している。このとき、当該上端がモールド樹脂６の上面と同一面を形成してもよく、或いは上面から若干突出してもよい。また、ブロック２４の上方には、プレート材２５が設置される。ブロック２４は、好ましくはモールド樹脂より充分に高い剛性を有する材料からなる。なお、ブロック材２４及びプレート材２５は、それぞれ特許請求の範囲の「柱状部材」「板状部材」に相当する。

このプレート材２５には、ブッシュ１０の中空部に連通する開口部２５ａと、ブロック２４に接合された突起部２５ｂとが設けられている。即ち、プレート材２５は、ブッシュ１０とブロック２４との間を橋のように架け渡している。そして、半導体装置４００は、プレート材２５とともにボルト２１によって冷媒ジャケット２０に固定される。図９（ａ）において、プレート材２５では、ブロック２４に当接する部位の内側で空隙が形成されている。ただし、必ずしも空隙が形成される必要はなく、その場合には、半導体装置４００の上方に位置して例えば端子８に接続される制御回路基板に対するノイズのシールド効果を得ることができる。

このように、モールド樹脂より充分に高い剛性を有する材料からなるブロック２４が設けられ、ブッシュ１０とブロック２４との間に橋を架けるようにプレート材２５が設けられたことにより、ボルト２１による締結の際に、モールド樹脂のクリープによるボルト２１の軸力の低下をさらに防止することができる。

以上、本発明の実施の形態では、任意の形状を有する放熱フィン９を設けたが、必ずしも放熱フィン９を設ける必要はない。また、ベース板４，５４のモールド樹脂６からの露出面は、平板状態でもよい。

また、本発明の実施の形態では、半導体装置を冷媒ジャケット２０に対して取り付けた構造について説明したが、例えば、ヒートシンク、ベース板、モータなどのハウジング、その他の被取付部材に対して取り付けた構造においても、説明した効果と同様の効果が得られる。

また、半導体素子１の材料として、シリコンの他、シリコンカーバイド、ガリウム窒素などの化合物半導体を用いてもよい。本発明の実施の形態では、モールド樹脂６で半導体素子１が固定されており、グリス層などが存在しない。それゆえ、グリスが抜けることによる熱抵抗への影響などもなく、信頼性の高い構造が実現する。その結果、これらの化合物半導体を用いて、高温での動作をさせることができる。この場合にも、放熱フィン９から効率的に放熱させ、これにより素子の温度を低減させ、一層の低損失化を図ることができる。

１ 半導体素子、 ２ 回路基板、 ３ 絶縁層、 ４，５４ ベース板、
５ 回路部材、 ６ モールド樹脂、 ６ａ （モールド樹脂の）貫通孔、
６ｂ （モールド樹脂の）突出部、 ７，８ 端子、 ９ 放熱フィン、
１０，６０ ブッシュ、 ２０ 冷媒ジャケット、 ２０ａ 流路、 ２１ ボルト、
２２ 端子台、 ２３ Ｏリング、 ２４ ブロック、 ２５ プレート材、
２５ａ 開口部、 ２５ｂ 突起部、 ５４ａ （ベース板の）貫通孔、
１００、２００、３００、４００ 半導体装置。

Claims (13)

1. 半導体素子が実装された回路基板と、
   おもて面に該回路基板が搭載されたベース板と、
   半導体素子、回路基板及びベース板を封止し、第１面及び該第１面に対向する第２面を有する樹脂筐体とを備えた半導体装置であって、
   樹脂筐体には貫通孔が形成され、
   該貫通孔内には、樹脂筐体を構成する材料より高い剛性を有する材料からなる筒状部材が設けられ、
   ベース板の裏面は、樹脂筐体の第１面に露出し、
   筒状部材の一端は、樹脂筐体の第２面に露出したことを特徴とする半導体装置。
2. 筒状部材の他端は、ベース板に当接したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 筒状部材と樹脂筐体との間に間隙が設けられたことを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置。
4. 樹脂筐体は、貫通孔が形成される部分で肉薄に形成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 樹脂筐体は、半導体素子の主面側から見た隅部に突出部を有し、
   貫通孔は、該突出部に形成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記半導体装置は、
   樹脂筐体内に設けられ、該樹脂筐体を構成する材料より高い剛性を有する材料からなる柱状部材をさらに備えたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 貫通孔は、半導体素子の主面側から見て樹脂筐体の各隅部に形成され、
   前記半導体装置は、
   貫通孔に連通する開口部を有し、筒状部材と柱状部材との間を橋架する板状部材とをさらに備えたことを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置。
8. 冷媒を流通させるための流路が形成された冷却部材をさらに備え、
   該冷却部材は、前記貫通孔に挿入された締結部材によって樹脂筐体の第１面に固定されたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記半導体素子は、シリコンカーバイド又はガリウム窒素からなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 回路基板に半導体素子を実装する素子実装工程と、
    半導体素子、回路基板、ベース板及び筒状部材を、回路基板をベース板のおもて面に搭載した状態でモールド金型内に配設する配設工程と、
    モールド金型内にモールド樹脂を充填して一体的に成形し、第１面及び該第１面に対向する第２面を有する樹脂筐体を形成する成形工程とを含み、
    配設工程では、
    筒状部材として、モールド樹脂より高い剛性を有する材料からなる筒状部材を配設し、
    成形後にベース板の裏面が樹脂筐体の第１面に露出するように、該ベース板の裏面をモールド金型に当接させ、
    成形後に筒状部材の一端が樹脂筐体の第２面に露出するように、該筒状部材の一端をモールド金型に当接させることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
11. 配設工程では、筒状部材の中空部に連通する貫通孔が形成されたベース板を配設し、
    成形工程では、筒状部材の他端をベース板に固着させることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 回路基板に半導体素子を実装する素子実装工程と、
    モールド金型内に、半導体素子、回路基板、ベース板及び仮成形体を、回路基板をベース板のおもて面に搭載し、かつ、該ベース板の主面の一部をモールド金型に当接させた状態で配設する配設工程と、
    モールド金型内にモールド樹脂を充填して一体的に成形し、第１面及び該第１面に対向する第２面を有する樹脂筐体を形成する成形工程と、
    前記ベース板の主面の一部が露出するように樹脂筐体に形成された貫通孔に、モールド樹脂より高い剛性を有する材料からなる筒状部材を挿入する挿入工程とを含み、
    配設工程では、成形後にベース板の裏面が樹脂筐体の第１面に露出するように、該ベース板の裏面をモールド金型に当接させ、
    挿入工程では、筒状部材の一端が樹脂筐体の第２面に露出するように該筒状部材を挿入することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
13. 回路基板に半導体素子を実装する素子実装工程と、
    モールド金型内に、半導体素子、回路基板、ベース板及び仮成形体を、回路基板をベース板のおもて面に搭載し、かつ、該仮成形体の少なくとも一端をモールド金型に当接させた状態で配設する配設工程と、
    モールド金型内にモールド樹脂を充填して一体的に成形し、第１面及び該第１面に対向する第２面を有する樹脂筐体を形成する成形工程と、
    前記仮成形体を除去して樹脂筐体に形成された貫通孔に、モールド樹脂より高い剛性を有する材料からなる筒状部材を挿入する挿入工程とを含み、
    配設工程では、成形後にベース板の裏面が樹脂筐体の第１面に露出するように、該ベース板の裏面をモールド金型に当接させ、
    挿入工程では、筒状部材の一端が樹脂筐体の第２面に露出するように該筒状部材を挿入することを特徴とする、半導体装置の製造方法。

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