JPH11177006A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、信頼性の高い半導体モジュ
ールを提供することである。 【解決手段】 半導体素子を搭載した絶縁基板を密着固
定された導電性の放熱板の一部に切り欠き部を設け、該
切り欠き部を熱伝導性の高い樹脂で埋める。また、この
切り欠き部の位置を半導体素子が搭載された領域より外
に設ける。放熱板の放熱性を犠牲にすることなく、半導
体素子と沿面破壊を防止できる。また、半導体素子およ
びこれを搭載した絶縁基板を収納するケース内に充填す
るシリコーンゲルの注入口を水分不透過性でありかつ可
とう性を有するフィルムで封止することにより、温度変
化によるシリコーンゲルの膨張、収縮で生ずる熱応力を
水分不透過性フィルムにより緩和しながらシリコーンゲ
ルの防湿を行うことができる。
ールを提供することである。 【解決手段】 半導体素子を搭載した絶縁基板を密着固
定された導電性の放熱板の一部に切り欠き部を設け、該
切り欠き部を熱伝導性の高い樹脂で埋める。また、この
切り欠き部の位置を半導体素子が搭載された領域より外
に設ける。放熱板の放熱性を犠牲にすることなく、半導
体素子と沿面破壊を防止できる。また、半導体素子およ
びこれを搭載した絶縁基板を収納するケース内に充填す
るシリコーンゲルの注入口を水分不透過性でありかつ可
とう性を有するフィルムで封止することにより、温度変
化によるシリコーンゲルの膨張、収縮で生ずる熱応力を
水分不透過性フィルムにより緩和しながらシリコーンゲ
ルの防湿を行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に半導体素子を搭載した半導体モジュールの構造
に関する
し、特に半導体素子を搭載した半導体モジュールの構造
に関する
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来のパワートランジスタモジ
ュールの構成例を示す装置の断面図である。同図に示す
ように、パワートランジスタに相当する半導体素子２は
絶縁基板１上に密着固定されている。半導体素子２上の
電極は、絶縁基板上の電極パッドにリード線３によって
電気的に接続されている。半導体素子２が搭載された絶
縁基板１は、ケース５の中に収納されており、絶縁基板
１が取り付けられるケース５の底板は金属による放熱板
４となっている。
ュールの構成例を示す装置の断面図である。同図に示す
ように、パワートランジスタに相当する半導体素子２は
絶縁基板１上に密着固定されている。半導体素子２上の
電極は、絶縁基板上の電極パッドにリード線３によって
電気的に接続されている。半導体素子２が搭載された絶
縁基板１は、ケース５の中に収納されており、絶縁基板
１が取り付けられるケース５の底板は金属による放熱板
４となっている。
【０００３】リード線３が接続された絶縁基板上の電極
パッドからは、さらにモジュール外部との電気的な接続
を行うために外部接続用リード線１０がケース外部に引
き出されている。また、ケース５内部には、リード線３
を保護するため、シリコーンゲルが充填されている。ケ
ース５の上部表面はターミナルホルダー７で押さえら
れ、シリコーンゲル注入口は、通常、樹脂性封止材８に
より封止されている。
パッドからは、さらにモジュール外部との電気的な接続
を行うために外部接続用リード線１０がケース外部に引
き出されている。また、ケース５内部には、リード線３
を保護するため、シリコーンゲルが充填されている。ケ
ース５の上部表面はターミナルホルダー７で押さえら
れ、シリコーンゲル注入口は、通常、樹脂性封止材８に
より封止されている。
【０００４】このように、従来、一または複数の半導体
素子を搭載した半導体モジュールでは、各素子を結ぶリ
ード線を保護するため、半導体素子が収納されるケース
内にシリコーンゲルを充填し、シリコーンゲルの吸湿防
止のため、シリコーンゲルの注入口を樹脂で封止してい
る。
素子を搭載した半導体モジュールでは、各素子を結ぶリ
ード線を保護するため、半導体素子が収納されるケース
内にシリコーンゲルを充填し、シリコーンゲルの吸湿防
止のため、シリコーンゲルの注入口を樹脂で封止してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体モジュールの構成では、半導体素子が搭載された
絶縁基板は、放熱板である金属性のケースの底板に直接
配置されているため、絶縁基板とシリコーンゲルとの界
面での沿面破壊は、沿面距離が短くかつ金属による底板
が沿面放電において背後電極として作用して沿面放電が
伸びやすい状況にあった。
半導体モジュールの構成では、半導体素子が搭載された
絶縁基板は、放熱板である金属性のケースの底板に直接
配置されているため、絶縁基板とシリコーンゲルとの界
面での沿面破壊は、沿面距離が短くかつ金属による底板
が沿面放電において背後電極として作用して沿面放電が
伸びやすい状況にあった。
【０００６】また、従来の半導体モジュールの構成で
は、充填剤として用いられるシリコーンゲルの熱膨張や
熱収縮により、半導体素子や収納ケースに熱応力が加わ
り、モジュールの破損や半導体素子の動作不良が発生す
ることがあった。
は、充填剤として用いられるシリコーンゲルの熱膨張や
熱収縮により、半導体素子や収納ケースに熱応力が加わ
り、モジュールの破損や半導体素子の動作不良が発生す
ることがあった。
【０００７】また、半導体モジュール内への水分の吸湿
効果をより十分なものとすることも要求されている。
効果をより十分なものとすることも要求されている。
【０００８】本発明の目的は、このような問題点に鑑み
てなされたものであり、信頼性の高い半導体装置を提供
することである。
てなされたものであり、信頼性の高い半導体装置を提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載
する絶縁基板と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を
収納するケースとを有し、前記ケースの底板が導電性の
放熱材であり、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定さ
れる半導体装置において、前記絶縁基板と直接接してい
る前記底板の表面に切り欠き部を設けたことを特徴とす
る。
の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載
する絶縁基板と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を
収納するケースとを有し、前記ケースの底板が導電性の
放熱材であり、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定さ
れる半導体装置において、前記絶縁基板と直接接してい
る前記底板の表面に切り欠き部を設けたことを特徴とす
る。
【００１０】上記請求項１の半導体装置によれば、半導
体素子から絶縁基板を通過して発生する沿面電流の沿面
距離が実質的に長くなり半導体装置の沿面破壊電圧をあ
げることができる。
体素子から絶縁基板を通過して発生する沿面電流の沿面
距離が実質的に長くなり半導体装置の沿面破壊電圧をあ
げることができる。
【００１１】本発明の請求項２に記載の半導体装置は、
上記請求項１に記載の半導体装置において、前記切り欠
き部が、少なくとも前記半導体素子が搭載された領域よ
り外側に形成されることを特徴とする。
上記請求項１に記載の半導体装置において、前記切り欠
き部が、少なくとも前記半導体素子が搭載された領域よ
り外側に形成されることを特徴とする。
【００１２】上記請求項２に記載の半導体装置によれ
ば、該半導体素子が搭載された領域下の絶縁基板部分
は、少なくとも放熱板に密着しているので、半導体素子
の放熱効果が維持できる。
ば、該半導体素子が搭載された領域下の絶縁基板部分
は、少なくとも放熱板に密着しているので、半導体素子
の放熱効果が維持できる。
【００１３】本発明の請求項３に記載の半導体装置は、
上記請求項１または２の半導体装置において、前記切り
欠き部が、絶縁性材料で埋め込まれていることを特徴と
する。
上記請求項１または２の半導体装置において、前記切り
欠き部が、絶縁性材料で埋め込まれていることを特徴と
する。
【００１４】上記請求項３に記載の半導体装置によれ
ば、切り欠き部が絶縁部となるため、より確実に半導体
装置の沿面破壊電圧をあげることができる。
ば、切り欠き部が絶縁部となるため、より確実に半導体
装置の沿面破壊電圧をあげることができる。
【００１５】本発明の請求項４に記載の半導体装置は、
上記請求項３の半導体装置において、前記絶縁性材料
が、高熱伝導性を有することを特徴とする。
上記請求項３の半導体装置において、前記絶縁性材料
が、高熱伝導性を有することを特徴とする。
【００１６】上記請求項４に記載の半導体装置によれ
ば、放熱板に切り欠き部が存在してもこれが高熱伝導性
樹脂で埋め込まれているため、絶縁基板からの熱の放熱
が良好に行われる。
ば、放熱板に切り欠き部が存在してもこれが高熱伝導性
樹脂で埋め込まれているため、絶縁基板からの熱の放熱
が良好に行われる。
【００１７】なお、前記絶縁性材料は、絶縁性樹脂であ
れば、容易に切り欠き部の埋め込みが可能である。
れば、容易に切り欠き部の埋め込みが可能である。
【００１８】また、切り欠き部を埋め込む樹脂が、少な
くとも前記絶縁基板より低い比抵抗値を有する樹脂であ
れば、半導体装置の沿面破壊電圧を上げる効果を得るこ
とができる。
くとも前記絶縁基板より低い比抵抗値を有する樹脂であ
れば、半導体装置の沿面破壊電圧を上げる効果を得るこ
とができる。
【００１９】本発明の請求項７に記載の半導体装置は、
半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、
前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前
記絶縁基板が前記底板上に密着固定される半導体装置に
おいて、前記ケース内に、シリコーンゲルが充填されて
おり、前記ケースの上蓋部の前記シリコーン注入口が、
水分不透過性でありかつ可とう性を有するフィルムによ
り封じられていることを特徴とする。
半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、
前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前
記絶縁基板が前記底板上に密着固定される半導体装置に
おいて、前記ケース内に、シリコーンゲルが充填されて
おり、前記ケースの上蓋部の前記シリコーン注入口が、
水分不透過性でありかつ可とう性を有するフィルムによ
り封じられていることを特徴とする。
【００２０】上記請求項７に記載の半導体装置によれ
ば、温度変化によるシリコーンゲルの熱膨張や熱収縮が
発生しても、シリコーン注入口を封じる可とう性を有す
るフィルムの変形により、熱応力の発生を緩和できる。
ば、温度変化によるシリコーンゲルの熱膨張や熱収縮が
発生しても、シリコーン注入口を封じる可とう性を有す
るフィルムの変形により、熱応力の発生を緩和できる。
【００２１】上記フィルムとして、金属性フィルムを用
いてもよい。また、水分不透過性フィルムと金属性フィ
ルムとが積層された多層構造のフィルムとしてもよい。
あるいは、上記フィルムとして、少なくとも一の層に、
前記注入口周囲の該フィルム固定面に対し、他の積層フ
ィルムより接着性の高いフィルムを有する多層構造にす
れば、フィルムの密着性をも確保できる。あるいは、上
記フィルムとして、少なくとも一の層に水分不透過性の
フィルムを有するとともに、少なくとも他の一の層に、
前記水分不透過性フィルムより熱応力に対する強度の高
いフィルムを有する積層構造フィルムとしてもよい。
いてもよい。また、水分不透過性フィルムと金属性フィ
ルムとが積層された多層構造のフィルムとしてもよい。
あるいは、上記フィルムとして、少なくとも一の層に、
前記注入口周囲の該フィルム固定面に対し、他の積層フ
ィルムより接着性の高いフィルムを有する多層構造にす
れば、フィルムの密着性をも確保できる。あるいは、上
記フィルムとして、少なくとも一の層に水分不透過性の
フィルムを有するとともに、少なくとも他の一の層に、
前記水分不透過性フィルムより熱応力に対する強度の高
いフィルムを有する積層構造フィルムとしてもよい。
【００２２】本発明の請求項１２に記載の半導体装置
は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板
と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケー
スとを有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であ
り、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定される半導体
装置において、前記ケース内が、途中の高さまでシリコ
ーンゲルで充填されており、シリコーンゲルの上部の該
ケース内には発砲材が充填されていることを特徴とす
る。
は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板
と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケー
スとを有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であ
り、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定される半導体
装置において、前記ケース内が、途中の高さまでシリコ
ーンゲルで充填されており、シリコーンゲルの上部の該
ケース内には発砲材が充填されていることを特徴とす
る。
【００２３】上記請求項１２の半導体装置よれば、熱変
化によるシリコーンゲルの熱膨張や収縮に対し、シリコ
ーンゲル上に充填された発砲材が緩和材の役目を果たす
ため、半導体装置に発生する熱応力を緩和できる。
化によるシリコーンゲルの熱膨張や収縮に対し、シリコ
ーンゲル上に充填された発砲材が緩和材の役目を果たす
ため、半導体装置に発生する熱応力を緩和できる。
【００２４】本発明の請求項１３に記載の半導体装置
は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板
と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケー
スとを有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であ
り、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定され、前記ケ
ース内に、シリコーンゲルが充填されており、前記ケー
スの上面部の前記シリコーン注入口が封止材により封止
されている半導体装置において、前記封止材との接着界
面部に相当する該ケースの開口部の側面に凹凸を形成す
ることを特徴とする。
は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板
と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケー
スとを有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であ
り、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定され、前記ケ
ース内に、シリコーンゲルが充填されており、前記ケー
スの上面部の前記シリコーン注入口が封止材により封止
されている半導体装置において、前記封止材との接着界
面部に相当する該ケースの開口部の側面に凹凸を形成す
ることを特徴とする。
【００２５】上記請求項１３に記載の半導体装置によれ
ば、ケース上部に設けた凹凸部の存在により、ケースと
封止材との接着界面部の距離が実質的に長くなる。この
接着界面からケース内に進入する水分の量は、接着界面
の距離の二乗に反比例するため、ケース内に進入する水
分量を実質的に減らすことができる。
ば、ケース上部に設けた凹凸部の存在により、ケースと
封止材との接着界面部の距離が実質的に長くなる。この
接着界面からケース内に進入する水分の量は、接着界面
の距離の二乗に反比例するため、ケース内に進入する水
分量を実質的に減らすことができる。
【００２６】本発明の請求項１４に記載の半導体装置
は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板
と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケー
スとを有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であ
り、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定され、前記半
導体素子上の電極と電気的に接続されている前記絶縁基
板上の電極パッドから、外部端子用リード線が該ケース
外部に引き出されている構造を有する半導体装置におい
て、前記外部端子用リード線の外表面を絶縁性樹脂で被
覆したことを特徴とする。
は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板
と、前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケー
スとを有し、前記ケースの底板が導電性の放熱材であ
り、前記絶縁基板が前記底板上に密着固定され、前記半
導体素子上の電極と電気的に接続されている前記絶縁基
板上の電極パッドから、外部端子用リード線が該ケース
外部に引き出されている構造を有する半導体装置におい
て、前記外部端子用リード線の外表面を絶縁性樹脂で被
覆したことを特徴とする。
【００２７】本発明の請求項１５に記載の半導体装置
は、上記請求項１４の半導体装置において、前記絶縁性
樹脂が、少なくとも該リード線が貫通する該ケース上部
の材料より高い比誘電率を有することを特徴とする。
は、上記請求項１４の半導体装置において、前記絶縁性
樹脂が、少なくとも該リード線が貫通する該ケース上部
の材料より高い比誘電率を有することを特徴とする。
【００２８】本発明の請求項１６に記載の半導体装置
は、上記請求項１４の半導体装置において、前記ケース
内がシリコーンゲルで充填されており、前記絶縁性樹脂
が、少なくとも該リード線が貫通する該ケース内の前記
シリコーンゲルより高い比誘電率を有することを特徴と
する。
は、上記請求項１４の半導体装置において、前記ケース
内がシリコーンゲルで充填されており、前記絶縁性樹脂
が、少なくとも該リード線が貫通する該ケース内の前記
シリコーンゲルより高い比誘電率を有することを特徴と
する。
【００２９】上記請求項１４〜１６に記載の半導体装置
によれば、端子間の絶縁破壊電圧を上昇させ、絶縁破壊
の発生を防止できる。
によれば、端子間の絶縁破壊電圧を上昇させ、絶縁破壊
の発生を防止できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る複数の実施の
形態について、図面を参照しながら、以下に説明する。
形態について、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００３１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
【００３２】第１の実施の形態に係る半導体モジュール
の基本構成は、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
る。即ち、パワートランジスタに相当する半導体素子２
は絶縁基板１上に密着固定されており、半導体素子２上
の電極は、絶縁基板上の引き出し電極にリード線３によ
って電気的に接続されている。半導体素子２が搭載され
た絶縁基板１は、ケース５の中に収納されており、絶縁
基板１が取り付けられるケース５の底板は金属による放
熱板４となっている。リード線３が接続された絶縁基板
上の電極パッドからは、さらにモジュール外部との電気
的な接続を行うために外部接続用リード線１０がケース
外部に引き出されている。また、ケース５内には、リー
ド線３を保護するため、シリコーンゲル６が充填されて
いる。ケース５の上部表面はターミナルホルダー７で押
さえられ、シリコーンゲル注入口は、通常樹脂性封止材
８により封止されている。
の基本構成は、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
る。即ち、パワートランジスタに相当する半導体素子２
は絶縁基板１上に密着固定されており、半導体素子２上
の電極は、絶縁基板上の引き出し電極にリード線３によ
って電気的に接続されている。半導体素子２が搭載され
た絶縁基板１は、ケース５の中に収納されており、絶縁
基板１が取り付けられるケース５の底板は金属による放
熱板４となっている。リード線３が接続された絶縁基板
上の電極パッドからは、さらにモジュール外部との電気
的な接続を行うために外部接続用リード線１０がケース
外部に引き出されている。また、ケース５内には、リー
ド線３を保護するため、シリコーンゲル６が充填されて
いる。ケース５の上部表面はターミナルホルダー７で押
さえられ、シリコーンゲル注入口は、通常樹脂性封止材
８により封止されている。
【００３３】第１の実施の形態に係る半導体モジュール
の構成における特徴は、半導体素子２が搭載された絶縁
基板１の裏面が接している放熱板４の一部に切り欠き部
を設け、この切り欠き部を高熱伝導性樹脂９で埋めてい
ることである。
の構成における特徴は、半導体素子２が搭載された絶縁
基板１の裏面が接している放熱板４の一部に切り欠き部
を設け、この切り欠き部を高熱伝導性樹脂９で埋めてい
ることである。
【００３４】一般に、絶縁板の一方の面での沿面放電
は、他方の面が導電体であると放電が進展しやすいこと
が知られている。従って、図１に示すように、絶縁基板
１の周縁部に相当する部分の金属製放熱板４を切り欠
き、その部分を絶縁性樹脂で埋めると放電は進展しにく
くなる。また、沿面距離も長くなり、沿面破壊電圧を上
げることができる。
は、他方の面が導電体であると放電が進展しやすいこと
が知られている。従って、図１に示すように、絶縁基板
１の周縁部に相当する部分の金属製放熱板４を切り欠
き、その部分を絶縁性樹脂で埋めると放電は進展しにく
くなる。また、沿面距離も長くなり、沿面破壊電圧を上
げることができる。
【００３５】切り欠き深さは、沿面距離を長くできるた
め、放熱板４の強度が使用に耐えられる範囲で深い方が
望ましい。また、半導体素子２から絶縁基板１の周辺を
折り返して生ずる沿面破壊電圧が、半導体素子２から絶
縁基板１の端に到達してそのまま埋め込んだ樹脂を貫通
する沿面破壊電圧に較べより高くなる方が望ましい。
め、放熱板４の強度が使用に耐えられる範囲で深い方が
望ましい。また、半導体素子２から絶縁基板１の周辺を
折り返して生ずる沿面破壊電圧が、半導体素子２から絶
縁基板１の端に到達してそのまま埋め込んだ樹脂を貫通
する沿面破壊電圧に較べより高くなる方が望ましい。
【００３６】放熱板４に設ける切り欠き部の開始位置は
半導体素子２の周囲より外側とすることが好ましい。半
導体素子２の直下に切り欠き部を設けると、半導体素子
２からの放熱効果が不十分となるおそれがあるからであ
る。
半導体素子２の周囲より外側とすることが好ましい。半
導体素子２の直下に切り欠き部を設けると、半導体素子
２からの放熱効果が不十分となるおそれがあるからであ
る。
【００３７】また、一般に使用される絶縁基板１は放熱
効果を上げるため、あるいはコストを下げるため厚みが
薄い場合が多いので、電界集中による絶縁基板１の貫通
破壊を避けるためにも、少なくとも半導体素子２の端部
より外側に切り欠き部を設けることが好ましい。
効果を上げるため、あるいはコストを下げるため厚みが
薄い場合が多いので、電界集中による絶縁基板１の貫通
破壊を避けるためにも、少なくとも半導体素子２の端部
より外側に切り欠き部を設けることが好ましい。
【００３８】放熱板４に設けられた切り欠き部分には、
充填材であるシリコーンゲルや他の絶縁性を有する樹脂
を注入しても、沿面破壊防止効果を得ることが可能であ
るが、上述したように、高熱伝導性を有する樹脂を注入
すれば、良好な放熱効果を得ることも可能となる。ま
た、高熱伝導性を有する樹脂の代わりに高熱伝導性物質
を混入した樹脂を用いてもよい。なお、良好な放熱効果
を得るためには、注入樹脂が切り欠き部に隙間無くかつ
絶縁基板１と密着していることが好ましい。
充填材であるシリコーンゲルや他の絶縁性を有する樹脂
を注入しても、沿面破壊防止効果を得ることが可能であ
るが、上述したように、高熱伝導性を有する樹脂を注入
すれば、良好な放熱効果を得ることも可能となる。ま
た、高熱伝導性を有する樹脂の代わりに高熱伝導性物質
を混入した樹脂を用いてもよい。なお、良好な放熱効果
を得るためには、注入樹脂が切り欠き部に隙間無くかつ
絶縁基板１と密着していることが好ましい。
【００３９】また、図１中では、切り欠いた部分に注入
された高熱伝導性樹脂９は、表面が平坦化されている
が、高熱伝導性樹脂９を絶縁基板１の上面の位置まで盛
り上げても良い。また、充填樹脂に絶縁基板１より抵抗
が低い樹脂あるいは半導電性樹脂を切り欠き部分に埋め
て電界緩和を行うこともできる。切り欠け開始部分は電
界緩和のために丸みを付けても良い。切り欠き部の断面
形状は断面が長方形になる必要はなく台形や三角形等い
ろいろな形状とすることもできる。
された高熱伝導性樹脂９は、表面が平坦化されている
が、高熱伝導性樹脂９を絶縁基板１の上面の位置まで盛
り上げても良い。また、充填樹脂に絶縁基板１より抵抗
が低い樹脂あるいは半導電性樹脂を切り欠き部分に埋め
て電界緩和を行うこともできる。切り欠け開始部分は電
界緩和のために丸みを付けても良い。切り欠き部の断面
形状は断面が長方形になる必要はなく台形や三角形等い
ろいろな形状とすることもできる。
【００４０】（第２の実施の形態）図２は、本発明の第
２の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
２の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
【００４１】第２の実施の形態に係る半導体モジュール
の基本構成も、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
るため、その説明は省略する。この半導体モジュールに
おける特徴は、ケース５の上部であるターミナルホルダ
ー７の外側にあたるシリコーンゲル注入口を、可とう性
を有する水分不透過性フィルム１１をたるみをもたせた
状態で封止していることである。
の基本構成も、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
るため、その説明は省略する。この半導体モジュールに
おける特徴は、ケース５の上部であるターミナルホルダ
ー７の外側にあたるシリコーンゲル注入口を、可とう性
を有する水分不透過性フィルム１１をたるみをもたせた
状態で封止していることである。
【００４２】図２のように、水分不透過性フィルム１１
の固定はケース５およびターミナルホルダー７を一部切
り欠き、切り欠き面に接着材をつけ、その上に水分不透
過性フィルム１１をのせ、さらに接着材をつけた切り欠
き部材をその上から接着してフィルムを挟みこんでい
る。接着の代りに、熱で融着あるいはケース５またはタ
ーミナルホルダー７の一方あるいは両方にあらかじめ埋
め込んでおいても良い。また、フィルム１１は絶縁特性
の良いものが望ましいが、金属性フィルムを使用しても
良い。金属性フィルムを使用する場合は、高電圧部分と
の絶縁構造に注意し、放電が起きないようにする。
の固定はケース５およびターミナルホルダー７を一部切
り欠き、切り欠き面に接着材をつけ、その上に水分不透
過性フィルム１１をのせ、さらに接着材をつけた切り欠
き部材をその上から接着してフィルムを挟みこんでい
る。接着の代りに、熱で融着あるいはケース５またはタ
ーミナルホルダー７の一方あるいは両方にあらかじめ埋
め込んでおいても良い。また、フィルム１１は絶縁特性
の良いものが望ましいが、金属性フィルムを使用しても
良い。金属性フィルムを使用する場合は、高電圧部分と
の絶縁構造に注意し、放電が起きないようにする。
【００４３】このように、シリコーンゲルの注入部を少
したるませた可とう性を有する水分不透過性フィルム１
１で封止することにより、温度変化によるシリコーンゲ
ルの膨張、収縮が発生した場合にも、水分透過性フィル
ム１１が柔軟に変形して、熱応力の発生を緩和する。よ
って、従来発生していたような、熱変化によるシリコー
ンゲルの膨張と収縮がモジュールの破壊や素子の動作不
良を発生することを抑制できる。また、ここで用いる水
分不透過性フィルム１１は文字通り水分を透過しないた
め、従来シリコーンゲル注入口を封止していた封止樹脂
同様にシリコーンゲルの吸湿を防止できる。
したるませた可とう性を有する水分不透過性フィルム１
１で封止することにより、温度変化によるシリコーンゲ
ルの膨張、収縮が発生した場合にも、水分透過性フィル
ム１１が柔軟に変形して、熱応力の発生を緩和する。よ
って、従来発生していたような、熱変化によるシリコー
ンゲルの膨張と収縮がモジュールの破壊や素子の動作不
良を発生することを抑制できる。また、ここで用いる水
分不透過性フィルム１１は文字通り水分を透過しないた
め、従来シリコーンゲル注入口を封止していた封止樹脂
同様にシリコーンゲルの吸湿を防止できる。
【００４４】なお使用するフィルムは水分不透過の性質
を持つだけでなく、熱応力に耐えられるものが望まし
い。また、ケースとの密着性も必要である。このため、
密着性の良いフィルム、熱応力に強いフィルム、水分不
透過性のフィルムを２種類あるいは３種類以上組み合わ
せた多層構造としてもよい。
を持つだけでなく、熱応力に耐えられるものが望まし
い。また、ケースとの密着性も必要である。このため、
密着性の良いフィルム、熱応力に強いフィルム、水分不
透過性のフィルムを２種類あるいは３種類以上組み合わ
せた多層構造としてもよい。
【００４５】（第３の実施の形態）図３は、本発明の第
３の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
３の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
【００４６】第３の実施の形態に係る半導体モジュール
の基本構成も、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
るため、その説明は省略する。この半導体モジュールに
おける主な特徴は、ケース５内にシリコーンゲル６とと
もに発砲材１２をも充填し、シリコーンゲル表面を発泡
材１２で押さえこんでいることである。
の基本構成も、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
るため、その説明は省略する。この半導体モジュールに
おける主な特徴は、ケース５内にシリコーンゲル６とと
もに発砲材１２をも充填し、シリコーンゲル表面を発泡
材１２で押さえこんでいることである。
【００４７】発泡材１２は放電を押さえるため泡が独立
し均一に分布していること、また、発泡材１２とシリコ
ーンゲル６、および発泡材１２とターミナルホルダー７
は密着していることが望ましい。
し均一に分布していること、また、発泡材１２とシリコ
ーンゲル６、および発泡材１２とターミナルホルダー７
は密着していることが望ましい。
【００４８】図３に示すように、発泡材１２を用いた場
合は、外部端子用リード線１０が絶縁破壊電圧の比較的
低い発泡材１２の中を通過しなくてはならないため、リ
ード線表面を絶縁樹脂で被覆し、外部端子用絶縁リード
線１４として用いている。なお、外部端子用リード線１
０の絶縁樹脂被覆は、発泡材１２充填部分だけでなくタ
ーミナルホルダー７の上部まで被覆することによりター
ミナルホルダー７における端子間の破壊電圧を上昇させ
ることができる。この効果は、他の実施の形態における
半導体モジュールの構成においても応用することができ
る。
合は、外部端子用リード線１０が絶縁破壊電圧の比較的
低い発泡材１２の中を通過しなくてはならないため、リ
ード線表面を絶縁樹脂で被覆し、外部端子用絶縁リード
線１４として用いている。なお、外部端子用リード線１
０の絶縁樹脂被覆は、発泡材１２充填部分だけでなくタ
ーミナルホルダー７の上部まで被覆することによりター
ミナルホルダー７における端子間の破壊電圧を上昇させ
ることができる。この効果は、他の実施の形態における
半導体モジュールの構成においても応用することができ
る。
【００４９】外部端子用絶縁リード線１４に使用する絶
縁樹脂は、ターミナルホルダー７とシリコーンゲル６を
貫通していくため、比誘電率がこれらの材料の比誘電率
より小さいと外部端子用絶縁リード線１４近傍の電界が
むしろ外部端子用リード線１０に絶縁樹脂委が被覆され
ていないときより大きくなる。従って絶縁樹脂はターミ
ナルホルダー７より高い比誘電率を有する材料が望まし
い。もちろん発泡材１２の比誘電率より大きいことも必
要である。
縁樹脂は、ターミナルホルダー７とシリコーンゲル６を
貫通していくため、比誘電率がこれらの材料の比誘電率
より小さいと外部端子用絶縁リード線１４近傍の電界が
むしろ外部端子用リード線１０に絶縁樹脂委が被覆され
ていないときより大きくなる。従って絶縁樹脂はターミ
ナルホルダー７より高い比誘電率を有する材料が望まし
い。もちろん発泡材１２の比誘電率より大きいことも必
要である。
【００５０】（第４の実施の形態）図４は、本発明の第
４の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
４の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す装
置の断面図である。
【００５１】第４の実施の形態に係る半導体モジュール
の基本構成も、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
るため、その説明は省略する。この半導体モジュールに
おける主な特徴は、封止部材８との接着部にあたる上部
内壁に、段あるいは波形の凹凸を付けたケース１３を用
いていることである。
の基本構成も、図５に示す従来の構成とほぼ共通してい
るため、その説明は省略する。この半導体モジュールに
おける主な特徴は、封止部材８との接着部にあたる上部
内壁に、段あるいは波形の凹凸を付けたケース１３を用
いていることである。
【００５２】ここでは、従来のターミナルホルダーに代
え、ケース上面全域を封止部材８で覆っているが、ター
ミナルホルダーを取り付け、一部を封止部材８で覆って
も良い。このときはターミナルホルダーの上部側面にも
段あるいは波形を付けると良い。
え、ケース上面全域を封止部材８で覆っているが、ター
ミナルホルダーを取り付け、一部を封止部材８で覆って
も良い。このときはターミナルホルダーの上部側面にも
段あるいは波形を付けると良い。
【００５３】このように、封止部材とケース１３との接
着界面は、ケース１３に設けられた段あるいは波形の凹
凸により、封止樹脂とケースとの接着界面距離が実質的
に長くなる。ケース内への水分の進入は通常このような
接着界面を通して起こる。一般に、界面から拡散進入す
る水分は、接着界面距離がｎ倍になると、水分透過量は
１／ｎ2に落ちることが知られている。よって、封止部
に段あるいは波形をつけたケース１３を使用することに
より、ケース内への水分等の進入を実質的に防ぎ、耐湿
性にすぐれた信頼性の高い半導体モジュールを作製する
ことができる。
着界面は、ケース１３に設けられた段あるいは波形の凹
凸により、封止樹脂とケースとの接着界面距離が実質的
に長くなる。ケース内への水分の進入は通常このような
接着界面を通して起こる。一般に、界面から拡散進入す
る水分は、接着界面距離がｎ倍になると、水分透過量は
１／ｎ2に落ちることが知られている。よって、封止部
に段あるいは波形をつけたケース１３を使用することに
より、ケース内への水分等の進入を実質的に防ぎ、耐湿
性にすぐれた信頼性の高い半導体モジュールを作製する
ことができる。
【００５４】以上、各実施の形態に沿って本発明の説明
を行ったが、本発明は各実施の形態の説明に限定される
ことはない。半導体モジュール内に搭載される半導体素
子は、パワートランジスタに限られず、種々の半導体素
子の搭載が可能である。
を行ったが、本発明は各実施の形態の説明に限定される
ことはない。半導体モジュール内に搭載される半導体素
子は、パワートランジスタに限られず、種々の半導体素
子の搭載が可能である。
【００５５】
【発明の効果】上述したように、半導体素子を搭載した
絶縁基板を密着固定された導電性の放熱板の一部に切り
欠き部を設けたことで、半導体素子と放熱板との沿面破
壊を防止できる。また、この切り欠き部の位置を半導体
素子が搭載された領域より外に設けたり、該切り欠き部
を熱伝導性の高い樹脂で埋めることにより、放熱板の放
熱性を犠牲にすることなく、沿面破壊を防止できる。
絶縁基板を密着固定された導電性の放熱板の一部に切り
欠き部を設けたことで、半導体素子と放熱板との沿面破
壊を防止できる。また、この切り欠き部の位置を半導体
素子が搭載された領域より外に設けたり、該切り欠き部
を熱伝導性の高い樹脂で埋めることにより、放熱板の放
熱性を犠牲にすることなく、沿面破壊を防止できる。
【００５６】また、半導体素子およびこれを搭載した絶
縁基板を収納するケース内に充填するシリコーンゲルの
注入口を水分不透過性でありかつ可とう性を有するフィ
ルムで封止することにより、温度変化によるシリコーン
ゲルの膨張、収縮で生ずる熱応力を水分不透過性フィル
ムにより緩和しながらシリコーンゲルの防湿を行うこと
ができる。
縁基板を収納するケース内に充填するシリコーンゲルの
注入口を水分不透過性でありかつ可とう性を有するフィ
ルムで封止することにより、温度変化によるシリコーン
ゲルの膨張、収縮で生ずる熱応力を水分不透過性フィル
ムにより緩和しながらシリコーンゲルの防湿を行うこと
ができる。
【００５７】また、上記ケース内のシリコーンゲルの充
填を途中までとし、その残りに発砲材を充填することに
より、熱変化によるシリコーンゲルの膨張、収縮で生じ
る熱応力を緩和することができる。なお、発砲材中を通
過するリード線の絶縁破壊を防止するため、リード線周
囲を絶縁性樹脂で被覆してもよい。
填を途中までとし、その残りに発砲材を充填することに
より、熱変化によるシリコーンゲルの膨張、収縮で生じ
る熱応力を緩和することができる。なお、発砲材中を通
過するリード線の絶縁破壊を防止するため、リード線周
囲を絶縁性樹脂で被覆してもよい。
【００５８】また、上記ケースのシリコーン注入口が封
止材により封止されている半導体装置において、前記封
止材との接着界面部分に相当する該ケースの開口部の側
面に凹凸を形成することにより、ケースと封止材との接
着界面部の距離を実質的に長くし、接着界面からケース
内に進入する水分の量を減らすことができる。
止材により封止されている半導体装置において、前記封
止材との接着界面部分に相当する該ケースの開口部の側
面に凹凸を形成することにより、ケースと封止材との接
着界面部の距離を実質的に長くし、接着界面からケース
内に進入する水分の量を減らすことができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体モジ
ュールの構成を示す装置の断面図である。
ュールの構成を示す装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における半導体モジ
ュールの構成を示す装置の断面図である。
ュールの構成を示す装置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における半導体モジ
ュールの構成を示す装置の断面図である。
ュールの構成を示す装置の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態における半導体モジ
ュールの構成を示す装置の断面図である。
ュールの構成を示す装置の断面図である。
【図５】従来の半導体モジュールの構成を示す装置の断
面図である。
面図である。
１ 絶縁基板 ２ 半導体素子 ３ リード線 ４ 放熱板 ５ ケース ６ シリコーンゲル ７ ターミナルホルダー ８ 封止部材 ９ 高熱伝導性樹脂 １０ 外部接続用リード線 １１ 水分不透過性フィルム １２ 発泡材 １３ 段あるいは波形を付けたケース １４ 外部端子用絶縁リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木島 研二 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内
Claims (16)
- 【請求項１】 半導体素子と、 前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、 前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、 前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前記絶縁基
板が前記底板上に密着固定される半導体装置において、 前記絶縁基板と接している前記底板の表面に、切り欠き
部を設けたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記切り欠き部が、少なくとも前記半導
体素子が搭載された領域より外側に形成されることを特
徴とする請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記切り欠き部が、絶縁性材料で埋め込
まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の
半導体装置。 - 【請求項４】 前記絶縁性材料が、高熱伝導性を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記絶縁性材料が、絶縁性樹脂であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記切り欠き部が、少なくとも前記絶縁
基板より低い比抵抗値を有する樹脂で埋め込まれている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装
置。 - 【請求項７】 半導体素子と、 前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、 前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、 前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前記絶縁基
板が前記底板上に密着固定される半導体装置において、 前記ケース内に、シリコーンゲルが充填されており、 前記ケースの上蓋部の前記シリコーン注入口が、水分不
透過性かつ可とう性を有するフィルムにより封じられて
いることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項８】 前記フィルムが、金属性フィルムである
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。 - 【請求項９】 前記フィルムが、水分不透過性フィルム
と金属性フィルムとが積層された多層構造を有すること
を特徴とする請求項７に記載の半導体装置。 - 【請求項１０】前記フィルムが、多層構造を有し、少な
くとも一の層に、前記注入口周囲の該フィルム固定面に
対し、他の積層フィルムより接着性の高いフィルムを備
えることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載
の半導体装置。 - 【請求項１１】 前記フィルムが、多層構造を有し、少
なくとも一の層に水分不透過性フィルムを有するととも
に、少なくとも他の一の層に、前記水分不透過性フィル
ムより熱応力に対する強度の高いフィルムを有すること
を特徴とする請求項７に記載の半導体装置。 - 【請求項１２】 半導体素子と、 前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、 前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、 前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前記絶縁基
板が前記底板上に密着固定される半導体装置において、 前記ケース内が、途中の高さまでシリコーンゲルで充填
されており、シリコーンゲルの上部の該ケース内には発
砲材が充填されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１３】 半導体素子と、 前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、 前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、 前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前記絶縁基
板が前記底板上に密着固定され、 前記ケース内に、シリコーンゲルが充填されており、 前記ケースの上面部の前記シリコーン注入口が封止材に
より封止されている半導体装置において、 前記封止材との接着界面部に相当する該ケースの開口部
の側面に凹凸を形成することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１４】 半導体素子と、 前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、 前記半導体素子を搭載した絶縁基板を収納するケースと
を有し、 前記ケースの底板が導電性の放熱材であり、前記絶縁基
板が前記底板上に密着固定され、 前記半導体素子上の電極と電気的に接続されている前記
絶縁基板上の電極パッドから外部端子用リード線が該ケ
ース外部に引き出されている構造を有する半導体装置に
おいて、 前記外部端子用リード線の外表面を絶縁性樹脂で被覆し
たことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１５】 前記絶縁性樹脂が、少なくとも該リー
ド線が貫通する該ケース上部の材料より高い比誘電率を
有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装
置。 - 【請求項１６】 前記ケース内がシリコーンゲルで充填
されており、 前記絶縁性樹脂が、少なくとも該リード線が貫通する該
ケース内の前記シリコーンゲルより高い比誘電率を有す
ることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33740397A JPH11177006A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 半導体装置 |
| CNB981170714A CN1146988C (zh) | 1997-12-08 | 1998-12-07 | 半导体功率器件的封装及其组装方法 |
| TW087120275A TW408453B (en) | 1997-12-08 | 1998-12-07 | Package for semiconductor power device and method for assembling the same |
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