JP2010186931A - 電力用半導体装置 - Google Patents

電力用半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2010186931A
JP2010186931A JP2009031177A JP2009031177A JP2010186931A JP 2010186931 A JP2010186931 A JP 2010186931A JP 2009031177 A JP2009031177 A JP 2009031177A JP 2009031177 A JP2009031177 A JP 2009031177A JP 2010186931 A JP2010186931 A JP 2010186931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fixing plate
heat sink
substrate
resin
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009031177A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5071405B2 (ja
Inventor
Shingo Sudo
進吾 須藤
Hiroshi Yoshida
博 吉田
Tatsuo Ota
達雄 太田
Nobutake Taniguchi
信剛 谷口
Noriyoshi Arai
規由 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009031177A priority Critical patent/JP5071405B2/ja
Priority to DE102009049613A priority patent/DE102009049613B4/de
Publication of JP2010186931A publication Critical patent/JP2010186931A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5071405B2 publication Critical patent/JP5071405B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/48139—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous wire daisy chain
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/4901—Structure
    • H01L2224/4903—Connectors having different sizes, e.g. different diameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/4905—Shape
    • H01L2224/49051—Connectors having different shapes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/1815—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19043—Component type being a resistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】樹脂筐体から外部へ電極が伸びる電力用半導体装置において、簡易な方法で信頼性が高く、かつ、十分な放熱性を有する電力用半導体装置を提供する。
【解決手段】裏面に放熱板１８を有する基板２３と、該基板の裏面と反対の面である該基板の表面に固着された半導体素子２６と、該基板と該半導体素子とを該基板の裏面である放熱板が露出するように覆う樹脂筐体１０と、該樹脂筐体に一部が覆われ、かつ、ヒートシンクとねじ止めされる貫通穴１７を有する他の部分で該樹脂筐体外部へ伸びる固定板１６とを備える。そして、該貫通穴は該基板の裏面よりも該基板の表面側に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体素子が樹脂筐体で覆われ、樹脂筐体の裏面から放熱板が露出する電力用半導体装置に関する。
電力用半導体装置を構成する半導体素子は、放熱板上に熱伝導性絶縁接着剤を介して配置された回路パターン上に固着される。放熱板と熱伝導性絶縁接着層と回路パターンをメタルベース基板という。メタルベース基板と半導体素子は、半導体素子や回路パターンなどを水分や異物から保護するために樹脂封止される。前述の樹脂封止は、放熱板の裏面が樹脂筐体裏面から露出するように行われる。一方、樹脂筐体内部で半導体素子と接続される電極は、この放熱板との絶縁距離確保のために樹脂筐体表面から樹脂筐体外部へ伸びることが好ましい。ここで、樹脂筐体表面とは、樹脂筐体裏面と反対の面である。
放熱板の裏面にはヒートシンクが取り付けられ、樹脂封止された電力用半導体装置内部の熱が放熱板を介してヒートシンクに達し放熱される。特許文献１、２には樹脂筐体の裏面から放熱板が露出し、その放熱板にヒートシンクが取り付けられた構成が開示されている。特許文献１の電力用半導体装置では電極は樹脂筐体側面から外部へ伸びる構成である。そして、樹脂筐体表面に板ばねが取り付けられて樹脂筐体裏面の放熱板とヒートシンクが接触させられる。一方、特許文献２には金属ベース（銅ベース）に設けた溝にモールド樹脂が固着されて、当該金属ベースとつながる放熱フィンにより放熱性の維持を実現している。
特開２００４−８７５５２号公報 特開２００７−１８４３１５号公報
前述の通り電極は放熱板との絶縁距離を確保することが好ましい。そこで、樹脂筐体内部で半導体素子と接続された電極を樹脂筐体表面から取り出そうとすると、特許文献１のように板ばねを樹脂筐体表面に取り付けられない問題があった。
また、特許文献１に記載の方法で放熱板とヒートシンクを接触させるためには、樹脂筐体とメタルベース基板に貫通穴を設ける必要がある。この場合、貫通穴のためのスペースを要するから装置を小型化できない問題があった。
また、このように樹脂筐体に貫通穴を設けて締め付ける構成では、樹脂がクリープしてねじによる締結力が低下してしまい十分な放熱を確保できないことが懸念されるという問題もあった。
また、特許文献２に記載の方法で金属ベース（銅ベース）にあらかじめモールド樹脂を固着する方法では、金属ベースをモジュールの外周に広く伸ばすことが必要となる。よって電力用半導体装置の重量が重くなってしまう問題があった。また、特許文献２におけるヒートシンクに相当する部分が樹脂筐体と一体となっている構成では汎用用途での利用が困難である問題もあった。
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、電極が樹脂筐体から外部へ伸びる電力用半導体装置において、簡易な方法で信頼性が高く、かつ、十分な放熱性を有する電力用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電力用半導体装置は、裏面に放熱板を有する基板と、該基板の裏面と反対の面である該基板の表面に固着された半導体素子と、該基板と該半導体素子とを該基板の裏面である放熱板が露出するように覆う樹脂筐体と、該樹脂筐体に一部が覆われ、かつ、ヒートシンクとねじ止めされる貫通穴を有する他の部分で該樹脂筐体外部へ伸びる固定板とを備える。そして、該貫通穴は該基板の裏面よりも該基板の表面側に位置することを特徴とする。
本発明により簡易な方法で信頼性が高く、かつ、十分な放熱性を有する電力用半導体装置を製造できる。
実施形態１の電力用半導体装置の外観を示す図である。 電力用半導体装置の内部構造を説明する図である。 図１のＩ−Ｉ断面矢示図である。 実施形態１の電力用半導体装置のトランスファーモールド工程について説明する図である。 ヒートシンクに取り付けられた電力用半導体装置を説明する図である。 固定板が放熱板の直上に及ぶ構成を説明する図である。 実施形態２の、固定板とメタルベース基板が接着剤で固定された電力用半導体装置を説明する図である。 実施形態２の製造工程について説明する図である。 樹脂筐体に覆われる部分に貫通穴を有する固定板について説明する図である。 一端と他端が樹脂筐体から露出する固定板を備える電力用半導体装置の外観を示す図である。 図１０のＩＩ−ＩＩ断面矢示図である。 実施形態３の、固定板に凸部を有する電力用半導体装置を説明する図である。 実施形態３の電力用半導体装置のヒートシンクへの取り付けについて説明するフローチャートである。 凸部が勾配を有する固定板について説明する図である。
実施の形態１
本実施形態は図１〜６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は本実施形態の電力用半導体装置の外観を説明する斜視図である。図１から把握されるように、本実施形態の電力用半導体装置は樹脂筐体１０から筒状電極１２の一部が露出し、さらに筒状電極１２に挿入されたピン電極１４も樹脂筐体１０の外部に伸びる。樹脂筐体１０は図２に示される内部構造を水分や異物から保護するものであり、特に限定されないがエポキシ樹脂などで構成される。本実施形態で樹脂筐体１０は縦横が５６ｍｍ×４５ｍｍで、厚さが８ｍｍである。また、ピン電極１４は一辺０．６４ｍｍの正方形の断面を有するが特にこれらに限定されない。
また、固定板１６が樹脂筐体１０の側面から樹脂筐体１０外部に露出する。固定板１６は後述するようにヒートシンクとねじ止めされる部材であり、ねじ止めのための貫通穴１７を備える。本実施形態では固定板１６は厚さ０．６ｍｍであり、その材料はステンレス鋼ＳＵＳ３０１が用いられる。
ここで、図２を参照して前述した樹脂筐体１０の内部構造について説明する。裏面が樹脂筐体１０から露出する放熱板１８は、銅を主とした金属からなり、厚さは２ｍｍ程度である。放熱板１８上には、エポキシ樹脂にアルミナなどの比較的熱伝導率の高い絶縁性材料を混合した厚さ０．２ｍｍ程度の熱伝導性絶縁接着層２０を介して、回路パターン２２が接着されている。回路パターン２２は銅を主とした金属よりなるものであり厚さは０．３ｍｍ程度である。放熱板１８と熱伝導性絶縁接着層２０と回路パターン２２をメタルベース基板２３という。メタルベース基板２３の外形は縦横が４５ｍｍ×４０ｍｍ程度である。回路パターン２２は、回路パターンとなるべき金属箔を熱伝導性絶縁接着層２０で放熱板１８と接着したあとエッチングを行うことにより形成される。したがって放熱板１８の概ね全面に熱伝導性絶縁接着層２０が貼り付けられている。
前述のメタルベース基板２３の回路パターン２２の表面にはＩＧＢＴ２４とＦＷＤｉ（フリーホイールダイオード）２６が固着されている。ＩＧＢＴ２４は表面にゲート電極、エミッタ電極を備え、裏面にコレクタ電極を備える。ＦＷＤｉ２６は表面にアノード電極、裏面にカソード電極を備える。ＩＧＢＴ２４の裏面とＦＷＤｉ２６の裏面が回路パターン２２に固着される。また、ＩＧＢＴ２４の表面、ＦＷＤｉ２６の表面、回路パターン２２は、配線部材であるアルミニウムワイヤ２８により適宜配線される。ＩＧＢＴ２４とＦＷＤｉ２６（以後、半導体素子と称する）を電力用半導体装置の外部と接続するために主に銅よりなる筒状電極１２がはんだ付けで回路パターン２２に固着されている。
図３は図１のＩ−Ｉ断面矢示図である。図３から明らかなように、樹脂筐体１０の裏面から放熱板１８の裏面が露出し、かつ、樹脂筐体１０の表面からは筒状電極１２およびピン電極１４が露出する。樹脂筐体１０の側面からは固定板１６が外部に伸びる。固定板１６は貫通穴１７を有する部分において放熱板１８の裏面よりは図３に示す距離Ａだけ上方に位置する。換言すれば、貫通穴１７はメタルベース基板２３の裏面よりも樹脂筐体１０の表面側に位置する。このように、固定板１６に力が加えられていなければ、貫通穴１７は放熱板１８の裏面程度の場所よりは上方に位置する。
図４を参照して本実施形態の電力用半導体装置の樹脂封止を行う工程について説明する。図２に示す構造（以後、この樹脂封止されるべき構造のことをインサート物と称する）を組み立て終えると、放熱板１８の裏面が下金型４４の内壁に接すようにインサート物が配置される。さらに固定板１６が下金型４４の金型合わせ面上に設置される。この段階では固定板１６は平板上であり折り曲げられていない。
次いで、筒状電極１２の上端が上金型４２の内壁に接し、かつ、固定板１６も上金型４２との間に隙間が生じないように密着させて、上金型４２と下金型４４が型締めされる。上金型４２が筒状電極１２の上端と接するようにするのは筒状電極１２内部にエポキシ樹脂が侵入しないようにするためである。その後、トランスファーモールドの一般的な工程に沿って、エポキシ樹脂を金型内部に注入、硬化させて、樹脂封止されたインサート物を金型から取り出したあとに１８０℃で８時間程度の熱処理を行う。
次いで平板上であった固定板１６の貫通穴１７が、放熱板１８と略平行方向となり、かつ、放熱板１８の裏面よりは上方に位置するように固定板１６の曲げ加工が行わる。また、筒状電極１２に対してピン電極１４が圧入または接着される。ここで、前述した固定板１６の曲げ加工は、固定板１６に対して樹脂筐体表面から裏面方向への力がかけられた場合には、固定板１６が弾性変形できるように行われる。
図５はここまでで説明した電力用半導体装置のヒートシンクへの取り付けについて説明する図である。放熱板１８の裏面には放熱補助材であるシリコーングリス５０が塗布されている。放熱板１８の裏面は当該シリコーングリス５０を介してヒートシンク５２と接続される。シリコーングリス５０を介した放熱板１８とヒートシンク５２の接続は、固定板１６がヒートシンク５２に対してねじ止めされていることによってもたらされる。このねじ止めはヒートシンク５２に設けられたねじ穴と固定板１６に設けられた貫通穴１７を利用してねじ５４により行われる。
ここで、ヒートシンク５２は放熱板１８の裏面と接する面において平面である。よって、力を加えていない状態では放熱板１８の裏面よりも上方に位置する固定板１６は、ねじ５４によって下方へ力が加えられ弾性変形し、ねじ止めが行われる。固定板１６の変形によるばね性（弾性）によって、樹脂筐体１０内の放熱板１８がヒートシンク５２に押し付けられるため、放熱板１８の裏面とヒートシンク５２は密着させられる。よって電力用半導体装置の放熱特性を向上できる。すなわち、放熱板１８全体が、弾性率およそ１０ＧＰａであり剛性の高い樹脂筐体１０によってヒートシンク５２の方向へ押し付けられるため、たとえ固定板１６が樹脂筐体１０を局所的にヒートシンク５２方向へ押し付けたとしても、放熱板１８全面が加圧されるため、効率的に放熱特性を高めることができる。
本実施形態の電力用半導体装置によれば、樹脂筐体側面から外部に伸びる固定板により放熱板とヒートシンクを密着させるため、特許文献１のように電極を樹脂筐体表面から取り出せない問題を解消できる。また、樹脂筐体やメタルベース基板に貫通穴を設ける必要がないため装置を小型化できる。
特許文献１に開示のように樹脂筐体およびメタルベース基板に貫通穴を形成する場合は、当該貫通穴を用いたねじ止めの際の位置合わせが煩雑であったが、本実施形態ではそのような問題がなく組み立て性を高めることができる。
さらに、特許文献１に開示のように樹脂筐体などに貫通穴を設けてヒートシンクの固定を行うと、樹脂筐体を構成する樹脂のクリープによってねじの締結力が弱まり、当該固定が不十分となる問題が考えられる。しかしながら、本実施形態の構成によれば、たとえ樹脂のクリープがあったとしても固定板が放熱板とヒートシンクを密着させるのに十分な変形を受けている限り、放熱のために十分な接触状態が維持される。よって、トランスファーモールドなどを用いた樹脂封止型の電力用半導体装置のはんだ付け部などの高信頼性と、放熱板−ヒートシンク間の接触状態の高信頼化を両立できる。
さらに、本実施形態では固定板とヒートシンクがねじ止めされるので、特許文献２に記載のように金属ベースを大きくする必要がなく、電力用半導体装置の小型化、軽量化が実現できる。同様に、特許文献２と異なりヒートシンクに相当する部分が樹脂筐体と一体となるように構成する必要がないため、汎用性を持たせた電力用半導体装置の製造方法を採用できる。
また、特許文献１のように樹脂筐体側面からリードフレームを用いて電極を取り出す構成に、本実施形態の固定板を付加することも可能である。しかしながら、固定板と電極との絶縁距離は確保しなければならない。よって、本実施形態のように筒状電極などの電極を樹脂筐体表面から取り出し、放熱板裏面と十分離間させることで放熱板のみならず固定板との絶縁も確保した構成とすることができる。
メタルベース基板２３の構成も本実施形態の構成に限定されない。すなわち、本発明の効果を得るためには、基板がヒートシンクと接するべき面に放熱板を有していることが必要なだけである。よって放熱板、回路パターンおよびそれらを固定するための材料は限定されない。また、メタルベース基板以外にも電力用半導体装置で用いられることが多いアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの比較的熱伝導率の高いセラミック材料に銅やアルミニウムなどの導電性材料を貼り付けたセラミック基板に、放熱板として銅やアルミニウムをはんだ付けした構成であってもよい。つまり、「裏面に放熱板を有する基板」である限りにおいて特に限定されない。
本実施形態では固定板１６の弾性変形によりもたらせる力が樹脂筐体１０を介して放熱板１８に及ぶ必要がある。よって樹脂筐体１０には一定以上の弾性率が必要である。したがって、樹脂筐体が本発明の効果を得られる程度の弾性率を有していれば樹脂筐体１０の材料は特に限定されず、エポキシなどの熱硬化性樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの半導体装置動作温度以上の融点を有する熱可塑性樹脂などを用いることができる。また、樹脂筐体１０の形状や厚みなども本実施形態の構成に限定されず絶縁距離の確保や機械強度、反りの抑制などの観点から定められる。
固定板１６は上述の通り、弾性変形させる必要があるため、その材質はばね性を有するものであることが好ましいが、本発明の効果を得られる限りにおいて特に限定されない。固定板は例えばステンレスなどの鉄合金やりん青銅などの銅合金であってもよい。また、その使用環境によってはめっきやコーティング処理が施されていても良い。また、固定板の単位面積当たりの圧力を低減するために板面積を増加させたり、樹脂筐体の同一側面から複数の固定板を取り出したりすることも本発明の効果を高めるために有意義である。また、図３では固定板１６の貫通穴１７が、放熱板１８裏面から距離Ａだけ上方に位置するとしたが、この距離Ａについては固定板１６が必要な弾性変形を受けることができる限り任意である。
さらに、図６に示すように固定板１６のうち樹脂筐体１０に覆われる部分がメタルベース基板２３の直上にまで及ぶように配置しても良い。このように構成すると、固定板１６とメタルベース基板２３の間の樹脂を薄くでき、固定板１６によって放熱板１８に及ぼされる力（締め付け力）が原因で発生するクリープ量の絶対値を抑制できる。ゆえに、クリープに起因する前述の締め付け力すなわち、放熱板をヒートシンクに密着させる力の低下を抑制できる。ところで、図６の構成では固定板１６が放熱板１８の直上から加圧することになるため、放熱板をヒートシンクに密着させる力が十分に得られ、ヒートシンクへの接続信頼性を高めることができる。このように放熱板をヒートシンクに対して強力に密着させ、かつ、ヒートシンクへの接続信頼性を高める構成により、特に高温環境での使用に適する電力用半導体装置を提供することが可能となる。この効果は特に高温環境下での使用に適する炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた電力用半導体装置に対して有効である。高温環境下で使用する場合には樹脂筐体としても十分耐熱性の高い材料が用いられ、特にガラス遷移温度（Ｔｇ）の高い材料が用いられる。
ここで、図６のように固定板１６とメタルベース基板２３の間の樹脂が薄くなると、固定板１６は小さいストロークで十分な締め付け力を及ぼすことができるため、固定板１６にはばね定数の大きい材料を使用することができる。固定板１６にばね定数の大きい材料を使用すると耐震性の高い接続が可能となり、例えば自動車用などの比較的過酷な環境で使用する場合においても高い信頼性を得ることができる。
図６では固定板１６が放熱板１８および熱伝導性絶縁接着層２０の直上におよぶ構成が記載されている。しかしながら、上述の効果を得るためには固定板１６が放熱板１８の直上に及ぶことが必須であり、例えば固定板１６が回路パターン２２の直上に及んでいても上述の効果を得ることができる。また、放熱板を備える基板はメタルベース基板に限定されず「裏面に放熱板を有する基板」である限りにおいて特に限定されない点は前述の通りである。
その他、電極の取り出しについても筒状電極とピン電極の組み合わせは例示であって特にこれに限定するものではない。また、トランスファーモールドで用いられる金型内壁には樹脂シートが貼り付けられるなどしていてもよい。
実施の形態２
本実施形態は、固定板の樹脂筐体に覆われた部分がメタルベース基板表面と接着された電力用半導体装置に関する。本実施形態も固定板の弾性変形により放熱板とヒートシンクを密着させる点は実施形態１と同様であるため説明を省略する。本実施形態は図７〜１１を参照して説明する。図７に示すとおり、本実施形態の電力用半導体装置はメタルベース基板２３上に接着剤６０を介して固定板１６が固定される。
本実施形態の電力用半導体装置は図８のフローチャートに示すように製造される。まず、固定板１６が接着剤６０を介してメタルベース基板２３に固定される（ステップ１００）。次いで、固定板１６を基準とした搬送を伴うインサート物の組み立てが行われる（ステップ１０２）。インサート物の組み立てとは例えばワイヤボンディングなどが挙げられる。インサート物の組み立てを終えると、トランスファーモールド工程へ処理が進められる。トランスファーモールド工程ではインサート物が固定板１６を基準として下金型に配置される（ステップ１０４）。その後通常のトランスファーモールド法に従った樹脂筐体の形成が行われる。
実施形態１のように、トランスファーモールドを終えるまで固定板が取り付けられない場合、それまでの工程において必要なインサート物の搬送はメタルベース基板を掴むようにして行なわなければならない。そのため、搬送工程に時間を要し生産性に問題があった。また、インサート物を下金型に配置する際にもメタルベース基板外形で位置決めする必要があった。また、この位置決めのために下金型内壁に凸構造を用意する場合は樹脂筐体の変形を伴うから電極の絶縁距離確保の観点から電力用半導体装置の外形に余裕を持たせる必要がある問題があった。
本実施形態によれば前述の問題を解消できる。本実施形態では図８のフローチャートで説明したとおり、インサート物の組み立ておよびトランスファーモールド工程の時点で固定板がメタルベース基板に取り付けられているため位置決めなどが容易化し生産性を高めることができる。また、下金型内壁に凸構造を設ける必要がないため電力用半導体装置を小型化できる。
電力用半導体装置の固定板１６を用いてヒートシンクへの固定を行うことによる樹脂のクリープの問題も抑制できる。すなわち、固定板１６がメタルベース基板２３に固定されているため樹脂のクリープが抑制されるため、放熱板１８の裏面をヒートシンクに密着させる効果の低下を抑止できる。
図９には固定板６４の樹脂筐体１０に覆われる部分に貫通穴６２を備える電力用半導体装置を示す。貫通穴６２には樹脂筐体１０を構成するエポキシ樹脂などの樹脂が隙間なく充填されている。貫通穴６２は特に限定しないが樹脂筐体１０の側面から１ｍｍ程度内部に形成される。
このように貫通穴６２を設け、そこに樹脂を充填することで、固定板６４がヒートシンクに固定され固定板６４が樹脂筐体１０外部方向に向かう力を受けた場合でも樹脂筐体１０と固定板６４との間の剥離などを抑制できる。
繰り返しの温度サイクルや高温環境での使用により、樹脂筐体と固定板の剥離による隙間が生じ得る。そして、使用を継続することにより当該剥離が進展し、メタルベース基板への水分などの浸入が起こり装置の絶縁特性低下が懸念される。この懸念は特に大型の電力用半導体装置に対応した幅の広く厚みの大きい固定板を用いる場合に顕著となる。しかしながら、図９に示す構成によれば、貫通穴６２およびその内部に樹脂が充填されているため、前述の剥離を抑制できるため、この懸念を解消できる。
図９では固定板６４に貫通穴６２を設けたが、貫通穴６２に代えて切欠きを入れることや、スリットやディンプルなどの溝形状を設けて樹脂筐体との接着面積を増加させるとともに、機械的なアンカー効果を持たせることも有効である。
メタルベース基板が大型の電力用半導体装置の場合には、放熱板の変形（反り）が起こる場合があり、そのような場合に固定板をヒートシンクにねじ止めすると樹脂筐体が割れたり、放熱板とヒートシンクの密着性が悪化したりすることが考えられる。このように放熱板が大型で変形しやすい場合であっても本発明の効果を高めることができる構成について図１０、１１を参照して説明する。図１０は電力用半導体装置の外観であり、図１１は図１０のＩＩ−ＩＩ断面矢示図である。固定板７０は一端が樹脂筐体１０の一側面から外部に伸び、他端が樹脂筐体１０の一側面と反対の側面から外部に伸びる。固定板７０の樹脂筐体１０に覆われる部分は、メタルベース基板２３の表面の一端から他端にかけて前記樹脂筐体を構成する樹脂とは異なる材料である接着剤６０によりメタルベース基板２３へ固着される。接着剤６０は、樹脂筐体を構成する樹脂よりも接着力が強いことが好ましい。
図１０、１１に示す構成によれば、固定板１６が樹脂筐体１０の変形を抑制するため放熱板の変形（反り）が小さくなる。よって放熱板の変形（反り）に起因する前述の問題を解消できる。また、固定板７０が広い面積でメタルベース基板と接するため、固定板７０の弾性変形によって得られる放熱板１８とヒートシンクを密着させる効果を高めることができる。図１０、１１に示す構成のほかに、固定板がメタルベース基板の広い範囲で接することができるように固定板の形状を変形することも効果的である。例えば固定板を環状に形成し当該環状の部分でメタルベース基板と固着させることが考えられる。また、メタルベース基板が長方形であればその長手方向に平行に固定板が固着されるようにすることも効果的である。
本実施形態の電力用半導体装置についても、基板がメタルベース基板に限定されないなど、少なくとも実施形態１相当の変形は可能である。
実施の形態３
本実施形態は、固定板が基板の裏面よりも下方に凸部を備える電力用半導体装置に関する。本実施形態も固定板の弾性変形により放熱板とヒートシンクを密着させる点は実施形態１と同様であるため説明を省略する。本実施形態は図１２〜１４を参照して説明する。
本実施形態の固定板８０は樹脂筐体１０の外部に伸びる部分であって、貫通穴１７よりも樹脂筐体１０から離間した部分に凸部６１を備える。凸部６１は放熱板１８の裏面（メタルベース基板２３の裏面）よりも下方に位置する。本実施形態では図１２において特に限定されない距離Ｂだけ放熱板１８の裏面よりも凸となっている。
本実施形態の電力用半導体装置の製造についてフローチャートである図１３を参照して説明する。樹脂封止された電力用半導体装置は、ヒートシンクと取り付けられる前に放熱板１８裏面にシリコーングリスが塗布される（ステップ２００）。シリコーングリスは放熱板とヒートシンクの間に位置して放熱補助財として機能するものである。次いで、凸部６１がヒートシンクの表面に乗せられ、貫通穴１７とヒートシンクのねじ穴との位置合わせが行われる（ステップ２０２）。位置合わせに際しては、凸部６１のみがヒートシンクと接触し、シリコーングリスはヒートシンクと接しない。位置合わせを終えると、貫通穴１７とヒートシンクのねじ穴を利用したねじ締めが行なわれ、シリコーングリスがヒートシンクと接する（ステップ２０４）。なお、ステップ２０４のねじ締めを終えると、固定板８０が弾性変形を受けて放熱板がヒートシンク側へ押し付けられ、放熱性、信頼性を向上させる点はここまでの実施形態と同様である。
本実施形態のフローチャートによって電力用半導体装置を製造すると、電力用半導体装置とヒートシンクの位置合わせの際にシリコーングリスが意図しない場所に付着することを防止できる。シリコーングリスが、放熱板とヒートシンクの接する場所以外に付着すると、放熱板とヒートシンクの間のシリコーングリスが不足する。その結果放熱板とヒートシンクの間に未塗布部分やボイドが発生し放熱性を阻害する問題が起こりえる。ところが本実施形態によれば、位置合わせの際にシリコーングリスがヒートシンクに接しないため当該問題を解消できる。
このような効果を得るための構成は図１２に記載の凸部６１に限定されない。すなわち、図１４に示すように固定板９０に勾配を持つように凸部９４が形成されていてもよい。本実施形態のように固定板に凸部を設ける場合には、貫通穴１７よりも樹脂筐体１０と離れた位置に凸部を設けることが有効である。すなわち、このようにすると固定板がねじ締めされたときに当該凸部を支点として固定板が樹脂筐体に加圧力を及ぼすため、ねじ締めによる締め付け量を抑制しても本発明の効果を得ることができる。
本実施形態で説明した凸部は上述の構成に限定されず、固定板の端部を丸めるように形成しても良いし、別部材を溶接、カシメ、ねじ止めなどにより取り付けても良い。
本実施形態の電力用半導体装置についても、基板がメタルベース基板に限定されないなどの少なくとも実施形態１相当の変形は可能である。
１０ 樹脂筐体、 １６ 固定板、 １７ 貫通穴、 １８ 放熱板、 ２０ 熱伝導性絶縁接着層、 ２２ 回路パターン、 ２３ メタルベース基板、 ５０ シリコーングリス、 ５２ ヒートシンク

Claims (7)

  1. 裏面に放熱板を有する基板と、
    前記基板の裏面と反対の面である前記基板の表面に固着された半導体素子と、
    前記基板と前記半導体素子とを前記基板の裏面である放熱板が露出するように覆う樹脂筐体と、
    前記樹脂筐体に一部が覆われ、かつ、ヒートシンクとねじ止めされる貫通穴を有する他の部分で前記樹脂筐体外部へ伸びる固定板とを備え、
    前記貫通穴は前記基板の裏面よりも前記基板の表面側に位置することを特徴とする電力用半導体装置。
  2. 一部で前記半導体素子と電気的に接続され、他の部分で前記樹脂筐体のうち前記基板の裏面が露出する面と反対の面である表面から露出する電極を備え、
    前記固定板は第１の固定板と第２の固定板を有し、
    前記第１の固定板は前記樹脂筐体の一側面から外部に伸び、前記第２の固定板は前記樹脂筐体の一側面と反対の側面から外部に伸びたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
  3. 前記固定板の前記樹脂筐体に覆われる一部が前記放熱板の直上に及ぶように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
  4. 前記固定板の前記樹脂筐体に覆われる一部は前記基板の表面に、接着剤で固着されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
  5. 前記固定板は前記樹脂筐体に覆われる一部において貫通穴または切り欠きまたは溝が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の電力用半導体装置。
  6. 前記固定板は一端が前記樹脂筐体の一側面から外部に伸び、他端が前記樹脂筐体の一側面と反対の側面から外部に伸び、前記固定板の前記樹脂筐体に覆われる部分は前記基板の表面の一端から他端にかけて接着剤で固着されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
  7. 前記固定板の前記樹脂筐体外部に伸びる部分であって、前記貫通穴が設けられている部分よりも前記樹脂筐体に離間した部分は前記基板の裏面よりも下方に凸となる凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
JP2009031177A 2009-02-13 2009-02-13 電力用半導体装置 Active JP5071405B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009031177A JP5071405B2 (ja) 2009-02-13 2009-02-13 電力用半導体装置
DE102009049613A DE102009049613B4 (de) 2009-02-13 2009-10-16 Leistungshalbleitervorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009031177A JP5071405B2 (ja) 2009-02-13 2009-02-13 電力用半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010186931A true JP2010186931A (ja) 2010-08-26
JP5071405B2 JP5071405B2 (ja) 2012-11-14

Family

ID=42356787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009031177A Active JP5071405B2 (ja) 2009-02-13 2009-02-13 電力用半導体装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5071405B2 (ja)
DE (1) DE102009049613B4 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256746A (ja) * 2011-06-09 2012-12-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
WO2013093958A1 (ja) * 2011-12-20 2013-06-27 三菱電機株式会社 樹脂モールド型半導体モジュール
JP2014123618A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Mitsubishi Electric Corp 半導体モジュール、その製造方法およびその接続方法
JP2016058574A (ja) * 2014-09-10 2016-04-21 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2017204587A (ja) * 2016-05-12 2017-11-16 株式会社オートネットワーク技術研究所 配電基板
US10770371B2 (en) 2014-07-09 2020-09-08 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
EP3709346A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-16 Infineon Technologies Austria AG An electronic module comprising a semiconductor package with integrated clip and fastening element

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5747737B2 (ja) 2011-08-26 2015-07-15 三菱電機株式会社 半導体装置とその製造方法
JP2015076442A (ja) * 2013-10-07 2015-04-20 ローム株式会社 パワーモジュールおよびその製造方法
JPWO2020255558A1 (ja) * 2019-06-21 2020-12-24
JP6901635B1 (ja) * 2020-01-06 2021-07-14 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換ユニット

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09199645A (ja) * 1996-01-17 1997-07-31 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置および半導体モジュール
JP2003234442A (ja) * 2002-02-06 2003-08-22 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2007184315A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Hitachi Ltd 樹脂封止型パワー半導体モジュール

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5458716A (en) * 1994-05-25 1995-10-17 Texas Instruments Incorporated Methods for manufacturing a thermally enhanced molded cavity package having a parallel lid
DE10223035A1 (de) * 2002-05-22 2003-12-04 Infineon Technologies Ag Elektronisches Bauteil mit Hohlraumgehäuse, insbesondere Hochfrequenz-Leistungsmodul
JP3725103B2 (ja) 2002-08-23 2005-12-07 三菱電機株式会社 半導体装置
DE102004043019A1 (de) * 2004-09-06 2006-03-23 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH Baugruppe

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09199645A (ja) * 1996-01-17 1997-07-31 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置および半導体モジュール
JP2003234442A (ja) * 2002-02-06 2003-08-22 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2007184315A (ja) * 2006-01-04 2007-07-19 Hitachi Ltd 樹脂封止型パワー半導体モジュール

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256746A (ja) * 2011-06-09 2012-12-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US9029994B2 (en) 2011-06-09 2015-05-12 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
WO2013093958A1 (ja) * 2011-12-20 2013-06-27 三菱電機株式会社 樹脂モールド型半導体モジュール
JP2014123618A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Mitsubishi Electric Corp 半導体モジュール、その製造方法およびその接続方法
US10770371B2 (en) 2014-07-09 2020-09-08 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
JP2016058574A (ja) * 2014-09-10 2016-04-21 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2017204587A (ja) * 2016-05-12 2017-11-16 株式会社オートネットワーク技術研究所 配電基板
CN109076714A (zh) * 2016-05-12 2018-12-21 株式会社自动网络技术研究所 配电基板
CN109076714B (zh) * 2016-05-12 2020-06-19 株式会社自动网络技术研究所 配电基板
EP3709346A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-16 Infineon Technologies Austria AG An electronic module comprising a semiconductor package with integrated clip and fastening element
CN111696938A (zh) * 2019-03-15 2020-09-22 英飞凌科技奥地利有限公司 包括具有集成夹具和固定元件的半导体封装件的电子模块
EP4170708A1 (en) * 2019-03-15 2023-04-26 Infineon Technologies Austria AG An electronic module comprising a semiconductor package with integrated clip and fastening element

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009049613B4 (de) 2013-07-04
DE102009049613A1 (de) 2010-08-26
JP5071405B2 (ja) 2012-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5071405B2 (ja) 電力用半導体装置
JP5669866B2 (ja) パワー半導体モジュール
JP7023298B2 (ja) 電力変換装置及び電力変換装置の製造方法
US9578754B2 (en) Metal base substrate, power module, and method for manufacturing metal base substrate
JP5262793B2 (ja) 電力用半導体装置とその製造方法
JP7003289B2 (ja) 基板収納筐体
JP5665729B2 (ja) 電力用半導体装置
WO2013114647A1 (ja) 半導体装置とその製造方法
JP6012533B2 (ja) 電力用半導体装置
JP4967701B2 (ja) 電力半導体装置
JP5446302B2 (ja) 放熱板とモジュール
JP2008141140A (ja) 半導体装置
JP2016181536A (ja) パワー半導体装置
US10361294B2 (en) Semiconductor device
JP2013183038A (ja) 半導体装置
JP2007165426A (ja) 半導体装置
JP2018117071A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2013258354A (ja) モールドパッケージおよびその製造方法
US8865526B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device
CN116190320A (zh) 功率半导体模块、用于组装功率半导体模块的方法以及用于功率半导体模块的壳体
JP2008211168A (ja) 半導体装置および半導体モジュール
JP2010219385A (ja) 半導体装置
JP2017028131A (ja) パッケージ実装体
JP2009277959A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP5124329B2 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120425

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120515

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120724

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120806

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5071405

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150831

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250