JP2000077603A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2000077603A JP24633498A JP24633498A JP2000077603A JP 2000077603 A JP2000077603 A JP 2000077603A JP 24633498 A JP24633498 A JP 24633498A JP 24633498 A JP24633498 A JP 24633498A JP 2000077603 A JP2000077603 A JP 2000077603A
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裕行 平本
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敏夫 清水
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた電気特性及び高い信頼性を有する半導
体装置を提供することである。 【解決手段】金属ベース１００と、金属ベース上に積載
された絶縁基板１１０と、絶縁基板上に配置されたパワ
ー半導体素子１３０ａ，１３０ｂと、絶縁基板上及びパ
ワー半導体素子表面上に設置した複数の電子部品１２
１，１４０，１５０ａ，１５０ｂと、パワー半導体素子
及び電子部品に電力を供給するための外部電極端子１２
０ａ，１２０ｂと、金属ベース、絶縁基板、パワー半導
体素子、外部電極端子及び電子部品を一体として封止す
る熱可塑性絶縁樹脂１８０とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換や電力制
御等に利用する半導体装置及びその製造方法に係わり、
特に、優れた電気特性と高い信頼性を有する半導体装置
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電力変換や電力制御を行うパワー
半導体デバイスについては、電力分野をはじめとする、
多岐に渡る分野からの高い需要により、盛んに研究開発
が進められている。その中で、最近、パワー半導体デバ
イスと、パワー半導体デバイスの特性に対応した電子部
品をパッケージング（封止）した、インテリジェントパ
ワーモジュール（Intelligent Power Module、以下、
「ＩＰＭ」と略記）の開発が大変注目を集めている。Ｉ
ＰＭは、現在、省エネルギー・ダイレクトドライブやイ
ンテリジェント・アクチュエータ等のインバータに適用
されており、他分野への応用も期待されている。
【０００３】以下、従来のＩＰＭの構成について説明す
る。図１７は、従来のＩＰＭの構成を示す縦方向断面図
である。従来のＩＰＭは、金属ベース１００と、金属ベ
ース１００上に積載された絶縁基板１１０と、絶縁基板
１１０上に配置されたパワー半導体素子１３０ａ,１３
０ｂ,制御回路１４０と、パワー半導体素子１３０ａ,１
３０ｂと制御回路１４０を電気的に接続するための回路
配線１５０ａ,１５０ｂと、絶縁基板１１０上に接続さ
れた外部電極端子１２０ａ,１２０ｂと、パワー半導体
素子１３０ａ上に接続された外部端子１２１と、絶縁基
板１１０を囲うように金属ベース１００上に設置された
外囲ケース１７０と、外囲ケース１７０内に充填された
封止樹脂１６０とから構成されており、外部電極端子１
２０ａ，１２０ｂ及び外部端子１２１は、その外部接続
端を封止樹脂１６０表面より導出している。ここで、外
囲ケースの素材としては、ポリフェニレンサルファイド
又は不飽和ポリエステル等の絶縁樹脂が用いている。
【０００４】通常のＩＰＭ作製工程においては、外囲ケ
ース内にシリコーンゲルを封止樹脂として充填し、続い
てシリコーンゲル上にエポキシ樹脂を封止した後に、エ
ポキシ樹脂上に外囲ケースと同種又は異なる材料からな
る蓋をして、封止処理を完了する。高電圧の電力機器等
にＩＰＭを使用する場合には、シリコーンゲルの有する
吸湿性がＩＰＭの有する電気特性の低下を引き起こすの
で、ＩＰＭ内への水分の侵入を可能な限り防ぐために、
外囲ケースと金属ベース又は蓋とエポキシ樹脂等を強固
に接合し、部品間の隙間や継ぎ目の発生を抑制する接着
方法や接着構造が取られる。さらに、シリコーンゲルの
膨張、侵み出し防止あるいはエポキシ樹脂の熱応力緩和
のために、ＩＰＭ内部に空間や放圧弁等の内部構造が設
けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＩＰＭは、上述のよう
な構成で作製される。しかしながら、上記従来のＩＰＭ
には、その構成に由来するいくつかの技術的問題点があ
る。以下に、その技術的問題点について述べる。
【０００６】第一に、ＩＰＭは、高電圧環境下での使用
に耐えうるために、異なる部品間を強固に接合し、隙間
や継ぎ目の発生を抑制する接着方法及び接着構造を採用
しているが、この構成は水分の侵入を低減する役割は果
たすが、隙間や継ぎ目の発生を完全に無くすことは現実
的には不可能であり、微小な隙間や継ぎ目は半導体装置
内に残留する。また逆に、部品間の接合を強固にする
と、外囲ケースと金属ベースのように熱膨張率の違う個
所においては、熱応力の大きさが大きくなり、ケースの
破損や残留する隙間の拡大等の問題を引き起こす。ケー
スの破損や隙間の拡大はシリコーンゲルの吸湿を招き、
結果的には電気特性や耐久性の低下の原因となる。
【０００７】第二に、ＩＰＭ内部の熱応力緩和のための
放圧弁等の部品を追加することは、装置の内部構造を複
雑にし、且つ、装置全体の寸法が大きくなる。
【０００８】第三に、従来のＩＰＭにおいては、外囲ケ
ース、蓋、シリコーンゲル及びエポキシ樹脂と複数の種
類の材料を用いて作製することから、材料間で熱膨張率
の差異に起因する熱応力が発生し、装置内部の各所に複
雑な力が加わる。これにより、装置内部の基板や電子部
品の破損又は劣化が生じる。また、一般的に、用いる材
料の数に応じて装置の組み立てに要する工程は増加する
ために、作製される装置の信頼性低下とコスト増加につ
ながる。
【０００９】以上をまとめると、従来までのＩＰＭは、
その装置構成に由来する構造的欠陥や封止に利用される
シリコーンゲルやエポキシ樹脂の持つ吸湿性等の材料物
性により、装置の電気特性、耐久性、信頼性に関して大
きな問題を抱えている。
【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、優れた電気特性と高い耐久性と信
頼性を有する半導体装置を提供することにある。
【００１１】さらに、本発明の他の目的は、優れた電気
特性と高い耐久性と信頼性を有する半導体装置の製造方
法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記技術課題を解決する
ために、本発明の第１の特徴は、金属ベースと、金属ベ
ース上に積載された絶縁基板と、絶縁基板上に配置され
たパワー半導体素子と、絶縁基板上及びパワー半導体素
子表面上に設置した複数の電子部品と、パワー半導体素
子及び電子部品に電力を供給するための外部電極端子
と、金属ベース、絶縁基板、パワー半導体素子、外部電
極端子及び電子部品を一体として封止する熱可塑性絶縁
樹脂とから構成され、外部電極端子の外部接続端は熱可
塑性絶縁樹脂を通して装置外部に導出されている半導体
装置であることである。ここで、「複数の電子部品」と
は、パワー半導体素子の制御回路を搭載した半導体チッ
プ、抵抗、コンデンサ、インダクタンス、さらには、ボ
ンディングワイヤ等の回路配線やリード等の外部端子等
の種々の電子部品を含む概念である。
【００１３】この構成によれば、半導体装置全体が高い
耐湿性を有する熱可塑性絶縁樹脂で被覆されているの
で、装置の吸湿に伴う電気特性の劣化がなく、優れた電
気特性を得ることができる。さらに、内部構造を従来よ
りも簡素化することができるので、装置を小型化し、装
置の組み立て工程数を減らすことができる。
【００１４】また、本発明の第２の特徴は、金属ベース
と、金属ベース上に積載させた絶縁基板と、絶縁基板上
に配置されたパワー半導体素子と、絶縁基板上及びパワ
ー半導体素子表面上に設置した複数の電子部品と、パワ
ー半導体素子及び電子部品に電力を供給するための外部
電極端子と、絶縁基板、パワー半導体素子、外部電極端
子及び電子部品を一体として封止する熱可塑性絶縁樹脂
とから構成され、前記外部電極端子の外部接続端は前記
熱可塑性絶縁樹脂を通して装置外部に導出されている半
導体装置であることにある。ここで、「複数の電子部
品」とは、パワー半導体素子の制御回路を搭載した半導
体チップ、抵抗、コンデンサ、インダクタンス、さらに
は、ボンディングワイヤ等の回路配線やリード等の外部
端子等の種々の電子部品を含む概念である。
【００１５】この構成においては、熱可塑性絶縁樹脂を
絶縁基板上にのみに成形するので、熱可塑性絶縁樹脂の
成形厚さ及び使用樹脂量を少なくすることができる。さ
らに、成形が容易となり、組み立て時間が短縮されるの
で、成形時に生じる装置構成部品の変形等の問題が減少
し、半導体装置の耐久性及び信頼性が向上する。
【００１６】本発明の第３の特徴は、金属ベース上に絶
縁基板を積載し、絶縁基板上にパワー半導体素子、複数
の電子部品、外部電極端子を配し、パワー半導体素子上
に外部端子を設け、絶縁基板の周囲を囲うように金属ベ
ース上に外囲ケースを射出成形により形成した後に、外
囲ケース内に封止のための絶縁樹脂を充填する半導体装
置の製造方法であることである。
【００１７】この製造方法においては、外囲ケースは絶
縁樹脂を金属ベース上に射出成形することにより作製さ
れ、外囲ケースと金属ベースは一体化されるので、外囲
ケースと金属ベース間の接着性が向上し、装置内部への
水分の侵入を防止することができる。
【００１８】上記の第１乃至第３の構成において、パワ
ー半導体素子としては、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ、パワーバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、パワー
ＳＩＴ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリス
タ等、種々のパワーデバイスが含まれることは勿論であ
る。
【００１９】本発明の第１乃至第２の特徴においては、
熱可塑性絶縁樹脂として、ポリフェニレンサルファイド
を用いているが、ポリフェニレンサルファイドを主成分
として、適宜、接着性や内部応力の緩和のための、触
媒、添加材、無機質フィラーを配合しても良い。
【００２０】ここで、無機質フィラーとしては、溶融シ
リカ粉末、石英粉末、ガラス粉末、ガラス短繊維、アル
ミナ、窒化アルミニウム等を用いることが好ましい。
【００２１】また、熱可塑性絶縁樹脂及び絶縁樹脂は、
射出成形により成形されることが好ましい。
【００２２】これに対して、熱可塑性絶縁樹脂が２層構
造である場合には、サンドイッチ成形にて成形すること
が望ましい。
【００２３】また、絶縁基板の内部欠陥を補修すること
により絶縁基板の有する絶縁特性を向上させるために、
絶縁基板に予め絶縁樹脂を真空加圧含侵処理することも
好ましい。
【００２４】さらに、絶縁基板の有する絶縁特性を向上
させるために、絶縁基板を複数の絶縁基板部材からなる
積層構造としても構わない。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図１４を用いて本
発明に係る半導体装置の実施形態について詳しく説明す
る。
【００２６】（第１の実施の形態）図１は、第１の実施
形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。第１の実
施形態の半導体装置は、金属ベース１００と、金属ベー
ス１００上に配置された絶縁基板１１０と、絶縁基板１
１０上に配置されたパワー半導体素子１３０ａ，１３０
ｂと、絶縁基板１１０上に設置された複数の電子部品１
２１，１４０，１５０ａ，１５０ｂと、絶縁基板１１０
上に接続された外部電極端子１２０ａ，１２０ｂとから
構成されている。ここで、「複数の電子部品」とは、パ
ワー半導体素子１３０ａ上に接続された外部端子１２１
と、絶縁基板１１０上に配置された制御回路を搭載した
半導体チップ１４０と、パワー半導体素子１３０ａ，１
３０ｂと制御回路１４０を電気的に接続するための回路
配線１５０ａ，１５０ｂを意味する。また、外部電極端
子１２０ａ，１２０ｂは、パワー半導体素子１２１や電
子部品としての制御回路１４０に電力を供給する端子で
ある。半導体装置全体は、熱可塑性絶縁樹脂１８０によ
り封止され、外形寸法が１００ｍｍ×７０ｍｍ×１０ｍ
ｍ程度となっている。また、外部電極端子１２０ａ，１
２０ｂ及び外部端子１２１の外部接続端は熱可塑性絶縁
樹脂を貫いて装置上部に導出され、熱可塑性絶縁樹脂１
８０は射出成形により成形している。
【００２７】ここで、パワー半導体素子１３０ａ，１３
０ｂとしては、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢ
Ｔ、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーＢＪＴ、パワーＳＩ
Ｔ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ
等、種々のパワーデバイスが使用可能である。制御回路
は、ｎＭＯＳ制御回路、ｐＭＯＳ制御回路、ＣＭＯＳ制
御回路、バイポーラ制御回路、ＢｉＣＭＯＳ制御回路、
ＳＩＴ制御回路等が使用できる。また、これらの制御回
路には過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路
が含まれていても構わない。さらに、回路配線１５０
ａ，１５０ｂとしては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アル
ミ（Ａｌ）等のボンディングワイヤやボンディング帯を
用いれば良い。また、ここでは、絶縁基板やパワー半導
体素子表面上に設置する電子部品として、外部端子、制
御回路、回路配線を挙げたが、その他にも電源等、各種
電子部品を搭載しても良い。さらに、絶縁基板の絶縁特
性を上げることにより装置全体の電気特性を向上させる
ために、絶縁基板を複数層の絶縁基板部材からなる積層
構造としても構わない。同様に、絶縁基板に予め絶縁樹
脂を真空加圧含侵処理することにより、絶縁基板の絶縁
特性を上げても良い。
【００２８】また、絶縁基板の絶縁特性を上げることに
より装置全体の電気特性を向上させるために、絶縁基板
を複数層の絶縁基板部材からなる積層構造としても構わ
ない。同様に、絶縁基板に予め絶縁樹脂を真空加圧含侵
処理することにより、絶縁基板の絶縁特性を上げても良
い。
【００２９】上記の構成においては、熱可塑性絶縁樹脂
１８０として、窒化アルミニウム粉末やガラス短繊維等
の無機質フィラーを充填した、ポリフェニレンサルファ
イドを主成分とした樹脂を用いている。これにより、封
止材料としてシリコーンゲル材料を用いた場合に生ずる
熱膨張等がなくなるために、装置内部に空隙を設ける必
要性がなく、装置の大きさを従来のものよりも小型化
し、製造コストを減らすことができる。さらに又、装置
の作製に必要とする材料の数が従来のそれよりも少なく
なるので、半導体装置の組み立てに要する時間を短縮す
ることができる。
【００３０】また、半導体装置全体は熱可塑性絶縁樹脂
１８０により一体化されており、さらに、樹脂自体も高
い耐湿性を有するので、外部からの水分の侵入を防ぐこ
とができる。
【００３１】そこで、本発明の半導体装置の優れた耐湿
性を明らかとするために、従来の半導体装置と上記第１
の実施形態の半導体装置の耐湿性を比較する。
【００３２】図２は、従来の半導体装置と第１の実施形
態の半導体装置の耐電圧試験結果を示す図である。耐電
圧試験は、それぞれの半導体装置を温度６０℃、湿度９
０％の環境下に一定時間放置した後、半導体装置に電圧
を４．５ｋＶとまで徐々に印加し、半導体装置の破壊電
圧を調べることにより行う。
【００３３】図２からわかるように、従来の半導体装置
は放置時間の経過に伴い、破壊電圧が減少していること
から、外部環境の影響を受けて半導体装置の電気特性が
劣化していることがわかる。これに対して本発明の半導
体装置は、放置時間と関係なく破壊電圧が常に一定であ
ることから、その電気特性が外部環境の影響を受けるこ
となく、従来の半導体装置と比較すると耐久性、耐湿性
が大幅に向上していることがわかる。
【００３４】（第２の実施の形態）図３は、第２の実施
形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。第２の実
施形態の半導体装置においては、第１の実施形態におけ
る金属ベース１００の形状に変化を与えている。すなわ
ち、金属ベース１００ａの下部に凹部を設け、装置底部
にも熱可塑性絶縁樹脂１８０が入るような構成とし、半
導体装置の上下両面に熱可塑性絶縁樹脂が存在する構造
としている。
【００３５】熱可塑性絶縁樹脂が半導体装置の片面のみ
にある場合、樹脂が熱収縮した際に半導体装置片面にの
み熱応力が加わり、反り等が生じ半導体素子の故障の原
因となる。これに対して、半導体装置の両面に熱可塑性
樹脂１８０を配置した場合、熱応力が発生した場合でも
半導体装置両面の力の釣り合いから、半導体装置に結果
的に加わる力を軽減でき、半導体装置全体の耐久性、信
頼性を向上させることができる。
【００３６】図４は、第２の実施形態の変形例に係わる
半導体装置を示す縦方向断面図である。この第２の実施
形態の変形例に係わる半導体装置は、前述の図３に示し
た半導体装置と同じ作用効果を得ることを目的として、
金属ベース下部に切り欠きを設けている。
【００３７】（第３の実施の形態）図５は、第３の実施
形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。第３の実
施形態の半導体装置は、金属ベース１００と、金属ベー
ス１００上に配置された絶縁基板１１０と、絶縁基板１
１０上に配置されたパワー半導体素子１３０ａ，１３０
ｂと、絶縁基板１１０上に設置された複数の電子部品１
２１，１４０，１５０ａ，１５０ｂと、絶縁基板１１０
上に接続された外部電極端子１２０ａ，１２０ｂとから
構成され、絶縁基板上の電子部品は、熱可塑性絶縁樹脂
１８０により封止されている。また、外部電極端子１２
０ａ，１２０ｂ及び外部端子１２１の外部接続端は熱可
塑性絶縁樹脂を貫いて装置上部に導出され、熱可塑性絶
縁樹脂１８０は射出成形により成形している。尚、上記
「複数の電子部品」とは、パワー半導体素子１３０ａ上
に接続された外部端子１２１と、絶縁基板１１０上に配
置された制御回路を搭載した半導体チップ１４０と、パ
ワー半導体素子１３０ａ，１３０ｂと制御回路１４０を
電気的に接続するための回路配線１５０ａ，１５０ｂを
意味する。
【００３８】本発明の第３の実施形態の構造において
も、今まで述べてきた第１及び第２の実施の形態におい
て説明した半導体装置と同じ作用効果を得ることができ
る。すなわち、装置の耐湿性が向上、小型化、組み立て
時間の短縮を実現することができる。
【００３９】他に、本発明の第３の実施の形態の構成の
みに由来する作用効果として、熱可塑性絶縁樹脂を絶縁
基板上にのみに成形することから、熱可塑性絶縁樹脂の
成形厚さ及び使用樹脂量が少なくなる。さらに、成形が
容易となり、組み立て時間が短縮されることから、成形
時に生じる装置構成部品の変形等の問題が減少し、半導
体装置の耐久性及び信頼性がさらに向上するという作用
効果を期待することができる。
【００４０】図６は、第３の実施形態の変形例に係わる
半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明の第３の
実施形態の変形例に係わる半導体装置は、図５に示した
第４の実施形態の半導体装置において、絶縁基板１１０
と熱可塑性絶縁樹脂１８０のなす角（成形側面の角度）
θを変化させることを特徴とする。第３の実施の形態の
変形例において、成形側面の角度θを変化させることに
より、熱可塑性絶縁樹脂内部の残留応力を制御すること
ができる。
【００４１】そこで、以下では、成形側面の角度θの変
化に伴う熱可塑性絶縁樹脂内部の残留応力の変化を調べ
る。
【００４２】図７は、成形側面の角度の変化に伴う熱可
塑性樹脂の残留応力の変化を示す。図からわかるよう
に、成形側面の角度の変化に伴い、熱可塑性樹脂内の残
留応力が変化し、成形側面の角度が３０°である時に残
留応力が最低となる。したがって、第３の実施形態にお
いて、高い信頼性を求めるためには、成形側面の角度を
３０°とすると良い。
【００４３】（第４の実施の形態）図８は、第４の実施
形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明の
第４の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導
体装置において、外部電極端子１２０ａ，１２０ｂの外
部接続端を、半導体装置上部からではなく、装置側部か
ら導出している。
【００４４】これにより、第１の実施形態の半導体装置
と比較して、装置全体をより薄くすることができる。さ
らに、熱可塑性絶縁樹脂の成形が容易となり、成形時に
生じる電子部品などの装置構成要素のズレ、変形等を防
止することができる。
【００４５】図９は、第４の実施形態の第１の変形例に
係わる半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明の
第４の実施形態の第１の変形例に係わる半導体装置は、
図８に示した半導体装置において、外部電極端子１２０
ａ，１２０ｂ表面を絶縁被覆１９０ａ，１９０ｂを用い
てコーティングしたことに特徴を有する。
【００４６】これにより、外部電極端子間で生じる短絡
事故等を効果的に防止することができる。さらに、絶縁
被膜の存在により端子間距離をさらに短縮することが可
能となり、装置の小型化、薄形化を実現することができ
る。
【００４７】図１０は、第４の実施形態の第２の変形例
に係わる半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明
の第４の実施形態の第２の変形例に係わる半導体装置
は、図８に示した半導体装置において、外部電極端子１
２０ａ，１２０ｂの外部接続端が導出された付近の熱可
塑性絶縁樹脂１８０表面を絶縁樹脂１９１で成形したこ
とを特徴とする。
【００４８】これにより、図８及び図９に示した半導体
装置と同様の作用効果を得ることができると共に、外部
電極端子の外部接続端を強固に保持することが可能とな
る。
【００４９】（第５の実施の形態）図１１は、第５の実
施形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明
の第５の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半
導体装置において、パワー半導体素子１３０ａ，１３０
ｂ表面を緩衝材２００ａ，２００ｂを用いてコーティン
グしていることを特徴とする。
【００５０】これにより、半導体装置内での最大の熱源
の一つであるパワー半導体素子から他の装置要素に加わ
る熱応力を緩和することができる。
【００５１】（第６の実施の形態）図１２は、第６の実
施形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明
の第６の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半
導体装置において、熱可塑性絶縁樹脂を表面層用樹脂１
８０ａと柔軟な内部用樹脂１８０ｂの２層構造としてい
ることを特徴とする。
【００５２】これにより、柔軟な内部用樹脂１８０ｂに
より表面層用樹脂１８０ａ内で発生した熱応力を緩和す
ることが可能となる。
【００５３】ここで、熱可塑性絶縁樹脂の２層構造は、
サンドイッチ成形により作製すると良い。
【００５４】図１３は、第６の実施形態の変形例に係わ
る半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明の第６
の実施形態の変形例に係わる半導体装置は、第１の実施
形態の半導体装置において、熱可塑性絶縁樹脂１８０表
面を耐熱性保護フィルム２１０で覆ったことを特徴とす
る。
【００５５】これにより、過電流等の事故発生時に樹脂
が周囲に飛散することを防止することができる。
【００５６】また、耐熱性保護フィルムの材料として
は、ポリイミド系、フッ素系等の耐熱性高分子フィルム
等を用いることが好ましい。
【００５７】（第７の実施の形態）図１４は、第７の実
施形態の半導体装置を示す縦方向断面図である。本発明
の第７の実施形態に係わる半導体装置は、金属ベース１
００と、金属ベース１００上に積載された絶縁基板１１
０と、絶縁基板１１０上に配置されたパワー半導体素子
１３０ａ，１３０ｂと、絶縁基板１１０上に設置された
複数の電子部品１２１，１４０，１５０ａ，１５０ｂ
と、絶縁基板１１０上に接続された外部電極端子１２０
ａ，１２０ｂと、絶縁基板１１０を囲うように金属ベー
ス１００上に設置された射出成形された外囲ケース１７
０とから構成され、外囲ケース１７０内に熱可塑性絶縁
樹脂１８０を封入し、絶縁基板１１０上の装置構成要素
を封止している。また、外部電極端子１２０ａ，１２０
ｂ及び外部端子１２１の外部接続端は熱可塑性絶縁樹脂
を貫いて装置上部に導出され、熱可塑性絶縁樹脂１８０
は射出成形により成形している。尚、上記「複数の電子
部品」とは、パワー半導体素子１３０ａ上に接続された
外部端子１２１と、絶縁基板１１０上に配置された制御
回路を搭載した半導体チップ１４０と、パワー半導体素
子１３０ａ，１３０ｂと制御回路１４０を電気的に接続
するための回路配線１５０ａ，１５０ｂを意味する。
【００５８】以下に、図１５、１６に示す工程断面図を
用いて、本発明の第７の実施の形態に係わる半導体装置
の製造方法を説明する。
【００５９】（イ）まず、図１５（ａ）に示すように、
金属ベース１００上に絶縁基板１１０を積載する。
【００６０】（ロ）次に、図１５（ｂ）に示すように、
パワー半導体素子１３０ａ，１３０ｂ、制御回路１４０
を絶縁基板１１０上にマウントする。そして、ワイヤボ
ンディングにより、回路配線（ボンディングワイヤ）１
５０ａ，１５０ｂを用いて半導体素子１３０ａと制御回
路１４０及び半導体素子１３０ｂと制御回路１４０とを
電気的に接続する。その後、外部電極端子１２０ａ，１
２０ｂを絶縁基板１１０上に設置する。
【００６１】（ハ）次に、図１６（ｃ）に示すように、
射出成形により金属ベース１７０上に外囲ケース１７０
を成形する。
【００６２】（ニ）最後に、図１６（ｄ）に示すよう
に、外囲ケース１７０内に熱可塑性絶縁樹脂１８０を注
入すれば、本発明の第７の実施の形態に係わる半導体装
置は完成する。
【００６３】上述のように、本発明の第７の実施形態に
係わる半導体装置の構成は、外囲ケース１７０を絶縁樹
脂を金属ベース１００上に射出成形することにより作製
し、外囲ケース１７０と金属ベース１００とを一体化し
ている。これにより、従来の半導体装置と比較すると、
外囲ケース１７０と金属ベース１００間の接着性は向上
し、装置内部への水分の侵入を防止することができる。
【００６４】尚、図１６（ｃ）に示した外囲ケースの成
形工程（ハ）は、絶縁基板の金属ベース上への積載前で
あっても構わない。
【００６５】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の半導体
装置によれば、半導体装置全体が高い耐湿性を有する熱
可塑性絶縁樹脂で被覆されているので、装置の吸湿に伴
う電気特性の劣化がなく、優れた電気特性を得ることが
できる。
【００６６】また、本発明の半導体装置によれば、内部
構造が従来よりも簡素化しているので、装置を小型化
し、装置の組み立て工程数を減らすことができる。
【００６７】さらに、本発明の半導体装置によれば、熱
可塑性絶縁樹脂を絶縁基板上にのみに成形するので、熱
可塑性絶縁樹脂の成形厚さ及び使用樹脂量を少なくする
ことができる。
【００６８】さらに、本発明の半導体装置によれば、熱
可塑性絶縁樹脂の成形が容易となり、組み立て時間が短
縮されるので、成形時に生じる装置構成部品の変形等の
問題が減少し、半導体装置の耐久性及び信頼性が向上す
る。
【００６９】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、外囲ケースは絶縁樹脂を金属ベース上に射出成形
することにより作製され、外囲ケースと金属ベースは一
体化されるので、外囲ケースと金属ベース間の接着性が
向上し、装置内部への水分の侵入を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる半導体装置の
構成を説明するための縦方向断面図である。
【図２】従来及び本発明の第１の実施形態に係わる半導
体装置の耐電圧試験結果を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係わる半導体装置の
構成を説明するための縦方向断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の変形例に係わる半導
体装置の構成を説明するための縦方向断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置の
構成を説明するための縦方向断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の変形例に係わる半導
体装置の構成を説明するための縦方向断面の一部を拡大
した図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係わる半導体装置に
おける熱可塑性樹脂の成形側面の角度の変化に対する熱
可塑性樹脂残留応力の変化を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係わる半導体装置の
構成を説明するための縦方向断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係わ
る半導体装置の構成を説明するための縦方向断面図であ
る。
【図１０】本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係
わる半導体装置の構成を説明するための縦方向断面図で
ある。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係わる半導体装置
の構成を説明するための縦方向断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係わる半導体装置
の構成を説明するための縦方向断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態の変形例に係わる半
導体装置の構成を説明するための縦方向断面図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係わる半導体装置
の構成を説明するための縦方向断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係わる半導体装置
の製造方法を説明するための工程断面図（その１）であ
る。
【図１６】本発明の第７の実施形態に係わる半導体装置
の製造方法を説明するための工程断面図（その２）であ
る。
【図１７】従来の半導体装置の構成を説明するための縦
方向断面図である。
【符号の説明】
１００，１００ａ，１００ｂ 金属ベース １１０ 絶縁基板 １２０ａ，１２０ｂ 外部電極端子 １２１ 外部端子 １３０ａ，１３０ｂ パワー半導体素子 １４０ 制御回路 １５０ａ，１５０ｂ 回路配線 １６０ 封止樹脂 １７０ 外囲ケース １８０，１８０ａ，１８０ｂ 熱可塑性絶縁樹脂 １９０ａ，１９０ｂ 絶縁被覆 １９１ 絶縁樹脂 ２００ａ，２００ｂ 緩衝材 ２１０ 耐熱性保護フィルム
フロントページの続き (72)発明者 清水 敏夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (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 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 AA02 BA03 CA21 DB02 DB16 EA12 EE02 GA05

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属ベースと、 前記金属ベース上に積載された絶縁基板と、 前記絶縁基板上に配置されたパワー半導体素子と、 前記絶縁基板上及び前記パワー半導体素子表面上に設置
    した複数の電子部品と、 前記パワー半導体素子及び電子部品に電力を供給するた
    めの外部電極端子と、 前記金属ベース、前記絶縁基板、前記パワー半導体素
    子、前記外部電極端子及び前記電子部品を一体として封
    止する熱可塑性絶縁樹脂とから構成され、 前記外部電極端子の外部接続端は前記熱可塑性絶縁樹脂
    を通して装置外部に導出されていることを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項２】 前記金属ベース下部に、前記熱可塑絶縁
    樹脂を流入させるための、凹溝又は切り欠きを設けたこ
    とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 金属ベースと、 前記金属ベース上に積載させた絶縁基板と、 前記絶縁基板上に配置されたパワー半導体素子と、 前記絶縁基板上及び前記パワー半導体素子表面上に設置
    した複数の電子部品と、 前記パワー半導体素子及び電子部品に電力を供給するた
    めの外部電極端子と、 前記絶縁基板、前記パワー半導体素子、前記外部電極端
    子及び前記電子部品を一体として封止する熱可塑性絶縁
    樹脂とから構成され、 前記外部電極端子の外部接続端は前記熱可塑性絶縁樹脂
    を通して装置外部に導出されていることを特徴とする半
    導体装置。
  4. 【請求項４】 前記外部電極端子はその外部接続端を装
    置側部から導出することを特徴とする請求項１乃至請求
    項３のいづれか一つに記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記外部電極端子表面に絶縁被膜を備え
    たことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいづれか一
    つに記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記熱可塑性絶縁樹脂上の前記外部電極
    端子の外部接続端導出部に絶縁樹脂を備えたことを特徴
    とする請求項１乃至請求項４のいづれか一つに記載の半
    導体装置。
  7. 【請求項７】 前記熱可塑性絶縁樹脂は、表面層用樹脂
    と内部用樹脂の２層構造からなることを特徴とする請求
    項１乃至請求項３のいづれか一つに記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】 前記パワー半導体素子表面を覆うための
    緩衝材を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３
    のいづれか一つに記載の半導体装置。
  9. 【請求項９】前記熱可塑性絶縁樹脂表面を覆うための耐
    熱性保護フィルムを備えたことを特徴とする請求項１乃
    至請求項３のいづれか一つにに記載の半導体装置。
  10. 【請求項１０】 前記絶縁基板と前記熱可塑性絶縁樹脂
    の成形側面のなす角が３０°であることを特徴とする請
    求項３に記載の半導体装置。
  11. 【請求項１１】 金属ベース上に絶縁基板を積載し、前
    記絶縁基板上にパワー半導体素子、複数の電子部品、外
    部電極端子を配し、当該パワー半導体素子上に外部端子
    を設け、絶縁基板の周囲を囲うように金属ベース上に外
    囲ケースを射出成形により形成した後に、外囲ケース内
    に封止のための絶縁樹脂を充填することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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