JP2759023B2

JP2759023B2 - 半導体装置、その製造方法およびその製造に使用されるケースユニット

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Publication number: JP2759023B2
Application number: JP24041092A
Authority: JP
Inventors: 利廣中嶋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JPH0689946A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインテリジェントパワ
ーモジュールなどの半導体装置およびその製造方法に関
するもので、特に半導体装置のパッケージング構造の改
良に関する。

【０００２】この発明はまた、その製造に使用されるケ
ースユニットにも関連している。

【０００３】

【従来の技術】図２４は従来の半導体装置１０を例示す
る断面図であり、この半導体装置１０は、半導体パワー
素子３１とそのパワー素子３１を制御する制御素子３２
とを備えたインテリジェントパワーモジュールとして構
成されている。

【０００４】半導体装置１０の底部は金属性のベース基
板２０となっており、このベース基板の上主面には絶縁
層が形成されている。この絶縁層の上には配線パターン
が形成され、その配線パターンの上に上記パワー素子３
１と制御素子３２とが、ハンダ付けされている。

【０００５】配線パターンの上には端子３３がハンダ付
けによって立設され、この端子３３の下側部分は屈曲さ
れてＳベント３３ａとなっている。端子３３と素子３
１，３２とは上記配線パターンまたはリード３４によっ
て電気的に接続されている。

【０００６】ベース基板２０には樹脂性のケース５０が
固定され、このケース５０の内部には、端子３３の下側
部分や素子３１，３２を覆うように、シリコーンゲル４
１が充填されている。また、シリコーンゲル４１の上に
は樹脂層４２が形成されており、この樹脂層４２の上面
が、半導体装置１０全体としての上面を規定している。

【０００７】この半導体装置１０において、端子３３に
Ｓベント３３ａを設けなければならない理由は以下の通
りである。

【０００８】図２５に示すように、端子３３がＳベント
を有しないような半導体装置１０ａを考えてみる。半導
体装置１０ａを動作させたときには、パワー素子３１か
らかなりの熱が発生し、この熱によって、図２６に白抜
き矢印で示すようにシリコーンゲル４１は熱膨張する。
この膨張に伴なって端子３３には上方に引上げられる力
が加わり、その結果として、端子３３を固定しているハ
ンダが剥離して端子３３の下面３３ｂが配線パターンか
ら離れてしまう。すると配線パターンと端子３３との電
気的接続が阻害され、半導体装置１０ａは誤動作してし
まう。

【０００９】このような問題を解決するために図２４の
半導体装置１０では端子３３にＳベント３３ａが設けら
れている。この半導体装置１０ではシリコーンゲル４１
の熱膨張に伴なう端子３３への引上げ力はＳベント３３
ａにおいて緩和され、端子３３が配線パターンから剥離
することを有効に防止できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図２４の半
導体装置１０では、端子３３にＳベント３３ａを設ける
関係上、シリコーンゲル４１がこのＳベント３３ａを覆
うことができるように、シリコーンゲル４１の層をかな
り厚くしなければならない。その結果、ケ−ス５０の高
さを高くしなければならず、半導体装置１０のサイズが
増大するという問題がある。

【００１１】このような問題を解決するための改良が特
開昭６１−４８９４７号（以下、「第１の先行技術」）
に開示されている。この第１の先行技術では図２６に示
すように、ケース５０のひとつの内壁に沿って空室６０
が形成され、シリコーンゲル４１が熱膨張した際にその
膨張をこの空室６０で吸収するようになっている。この
半導体装置１０ｂではシリコーンゲル４１の熱膨張力が
端子３３に加わりにくく、端子３３にＳベントを設ける
必要はない。このため、この半導体装置１０ｂでは、そ
のサイズを比較的小さくすることができる。

【００１２】また、上記問題を解決するための他の改良
が特開平２−３３９５３号（第２の先行技術）、特開昭
６２−１６０７４６号（第３の先行技術）及び特開平３
−５７９４４（第４の先行技術）に開示されている。第
２の先行技術では、閉鎖された空洞がケースの中央付近
に延設して形成され、この空洞で、ゲル状樹脂の膨張力
を吸収するようになっている。第３の先行技術では、ケ
ースの中央に無蓋の空間が形成され、その天井部には、
嵌込みによって蓋体が設けられ、上記空間で内部応力を
吸収するようになっている。また、第４の先行技術改良
では、空間を規定する容器体が蓋に一体に形成され、通
気穴が中央部に形成され、この通気穴で第１樹脂の膨張
力を吸収するようになっている。

【００１３】これらの第１−第４の先行技術では、ゲル
条樹脂の上に空間を設けることにより、ゲル状樹脂の膨
張力等の内部応力がその空間において緩和される。

【００１４】しかしながら、これらの第１−第４の先行
技術では、空間を形成するための有蓋の部材（以下、
「空間規定部材」という）が、ケース本体またはケース
の上蓋と一体化されているため、異なる規格の半導体装
置ごとに、空洞規定部材を一体に付加したケースあるい
は蓋を製造しなければならず、その製造コストがかかり
すぎるという問題点があった。

【００１５】加えて、これらの先行技術のように、空間
規定部材がケース本体またはケース上蓋に一体化されて
いる場合には、ゲル状物質（シリコーンゲル４１に相
当）の充填量を正確にコントロールしなければならず、
コントロールが不十分であると、ゲル物質上面よりも上
に空洞規定部材の下端が位置し、それらの間に封止樹脂
が入り込んで硬化してしまうため、ゲル状物質の膨張を
緩和できなくなるという問題点があった。

【００１６】この発明はこのような背景の下でなされた
ものであり、ゲル状物質を半導体素子の封止に使用して
いる半導体装置において、端子のＳベントを不要とする
ことによって装置全体のサイズを小さくすることを第１
の目的とする。

【００１７】また、この発明の第２の目的は、汎用性が
高い部材を使用し、かつゲル状物質の充填工程などにお
いて高い精度を要求しなくて済む半導体装置を提供する
ことである。

【００１８】また、この発明は、そのような利点を有す
る半導体装置の製造方法と、その製造に使用可能な新規
で、その製造コストが安価で済むケースユニットを提供
することを、第３の目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の半導体装置は、ゲル状物質の熱膨張を緩
和するための空室を設けるとともに、その空室の配置位
置を改良している。

【００２０】具体的には、この発明の半導体装置は、
(a) 電気的絶縁性を有する主面を備えたベース基板と、
(b) 前記ベース基板の前記主面上に配置された半導体素
子と、(c) 前記ベース基板の前記主面上に前記半導体素
子と間隔を隔てて立設され、かつ前記半導体素子と電気
的に接続された端子部材と、(d) 前記主面を囲むように
前記ベース基板の周辺部に固着され、前記ベース基板上
の空間を囲むことによって、前記空間内に、前記半導体
素子と、前記端子部材の下端側の所定部分とを前記空間
内に収容する外枠体と、(e) 前記空間のうち前記主面の
上方に無底かつ有蓋の空室を規定し、前記外枠体と分離
形成された内枠体と、(f) 前記空間のうち、前記主面
と、前記内枠体の下端に達するレベルとの間に存在する
第１部分に充填されたゲル状物質と、(g) 前記空間のう
ち、前記第１部分と前記空室とを除いた第２部分に充填
された樹脂とを備える。

【００２１】この発明はまた、上記の半導体装置を製造
するために適した方法を提供する。

【００２２】その方法は、(a) 電気的絶縁性を有する主
面を備えたベース基板を準備する工程と、(b) 無底のケ
ースと、前記ケースよりも小さなサイズを有する無底か
つ有蓋のカップ体とを準備する工程と、(c) 前記ベース
基板の前記主面上に半導体素子を固定する工程と、(d)
前記半導体素子と間隔を隔てて端子部材を前記ベース基
板の前記主面に立設する工程と、(e) 前記端子部材と前
記半導体素子とを電気的に接続する工程と、(f) 前記ケ
ースの下部を前記ベース基板の周辺部に固着し、それに
よって、前記半導体素子と、前記端子部材の下端側の所
定部分とを、前記ケースが囲む空間内に収容する工程
と、(g) 前記空間のうち前記主面に近い部分に相当する
第１部分空間にゲル状物質を充填する工程と、(h) 前記
ゲル状物質を硬化させる工程と、(i) 硬化された前記ゲ
ル状物質の上面のうち、前記主面のの上方に位置する部
分の上に、前記カップ体を伏せて載置する工程と、(j)
前記空間のうち、前記第１部分空間と前記カップ体の内
部空間によって規定される空室とを除いた部分に相当す
る第２部分空間に樹脂を充填する工程と、(k) 前記樹脂
を硬化させる工程とを備える。

【００２３】この発明はさらに、上記の半導体装置の製
造において使用されるケースユニットを提供する。

【００２４】このケースユニットは上記製造方法に利用
可能であり、(a) 無底かつ無蓋のケース本体と、(b) 、
前記ケース本体が囲む空間の上側部分において、前記空
間の水平断面の中心部分を含む領域に適合するサイズを
有し、前記空間に伏せた状態で配置可能なカップ体とを
備える

【００２５】

【作用】この発明の半導体装置では、無底の空室を規定
する内枠体がゲル状物質の上に配置されているため、ゲ
ル状物質が熱膨張した場合に、その膨張は、内枠体によ
って規定された空室の中に吸収される。

【００２６】このため、ゲル状物質の熱膨張によって端
子部材がベース基板側から剥離することはなく、端子部
材にＳベントを設ける必要がない。その結果、半導体装
置のサイズを小さくすることが可能である。

【００２７】加えて、内枠体が外枠体とは分離形成され
ているため、内枠体の配置自由度は高く、ゲル状物質の
充填具合や半導体素子の形成位置に適合させて、内枠体
を配置することができる。

【００２８】

【実施例】＜１．第１の実施例＞＜構造＞図１は、この発明の第１の実施例にかかる半導
体装置３００の断面図である。この半導体装置３００
は、その底部にベース基板１２０を備えている。このベ
ース基板１２０は、アルミニウムの平板からなる金属板
１２１の上面に絶縁層１２２を形成して構成されてい
る。このため、このベース基板１２０の上主面１２３は
電気的絶縁性を有する面となっている。

【００２９】ベース基板１２０の上主面１２３の一部分
上には、複合基板１２５が固定されている。図３に部分
拡大図として示すように、この複合基板１２５は、ガラ
スエポキシ基板１２６の上面に銅の配線パターン１２８
を備えるとともに、その下面に銅膜１２７を備えてい
る。配線パターン１２８の上には、半導体制御素子１３
２がハンダ付けされる。図示しない受動素子もまた、配
線パターン１２８の上にハンダ付けされる。これらの素
子は、半導体パワー素子１３１（図１）を制御するため
の制御回路の構成要素である。

【００３０】さらに、配線パターン１２８の一部は、ガ
ラスエポキシ基板１２６を貫いて形成されたスルーホー
ル１２６ａの中に挿入された導体１２８ａによって、銅
膜１２２に接続されている。この銅膜１２２は、半導体
装置３００の接地レベルを与える。

【００３１】図１において、ベース基板１２０の上主面
１２３の他の部分の上に、銅層１３５が選択的に設けら
れ、この銅層１３５の上には、半導体パワー素子１３１
がハンダ層１３６を介して固定されている。

【００３２】ベース基板１２０の上主面１２３には、銅
層１２８ｂを介して主端子１３３Ａが立設されてハンダ
によって固定されている。また、図３に示すように、配
線パターン１２８の一部の上には、制御端子１３３Ｂが
立設されてハンダによって固定されている。

【００３３】図１に示すように、これらの端子１３３の
それぞれは、概念的に３つの部分１３３ａ，１３３ｂ，
１３３ｃに区分されている。基底部分１３３ａはＬ字状
であり、その垂直部分は直線的である。中間部分１３３
ｂおよび先端側部分１３３ｃもまた直線的であり、各部
分１３３ａ〜１３３ｃにはＳベントは設けられていな
い。また、これらの端子１３３は、導電性ワイア１３４
または配線パターン１２８を介して半導体素子１３１，
１３２に電気的に接続されている。

【００３４】ベース基板１２０の主面１２３の周囲に
は、接着剤によって樹脂製のケース４１０の下端部４１
１ｅが接着されている。ケース４１０はその内部に空間
ＳＰを規定している。また、この空間ＳＰの中で、ベー
ス基板１２０の主面１２３の中心点１２３ａの上方に
は、カップ体５００が伏せた形で配置されている。この
カップ体５００の詳細は後述するが、このカップ体５０
０によって規定される空室ＶＲの中心点ＣＴは、空間Ｓ
Ｐの中心軸ＡＸの上に位置している。また、空室ＶＲ
は、半導体素子１３１，１３２のほぼ上方に存在してい
る。

【００３５】図１には、カップ体５００の側面をガイド
するガイド部材４３４が示されている。このガイド部材
４３４の形状については、図２を参照して後に説明す
る。

【００３６】上記空間ＳＰは概念的に３つの部分に分か
れている。そのうちのひとつは上記空室ＶＲである。他
のひとつは下側の第１の部分空間ＳＰ１であり、残りの
ひとつは、上方の空間のうち空室ＶＲを除いた第２の部
分空間ＳＰ２である。

【００３７】空間ＳＰの内の第１の部分空間ＳＰ１に
は、シリコーンゲル１４１が充填され、それによって半
導体素子１３１，１３２や端子１３３の基底部分１３３
ａが封止される。シリコーンゲル１４１の層の上面１４
１ａは、カップ体５００の下端５０１ｅよりも若干高い
レベルにある。それらのレベルの差Ｈは、たとえば約１
ｍｍである。

【００３８】ケース４１０の内部空間ＳＰのうちの第２
の部分空間ＳＰ２には、エポキシ樹脂層１４２が形成さ
れている。エポキシ樹脂層１４２の下面はシリコーンゲ
ル１４１の層の上面１４１ａに接触しており、エポキシ
樹脂層１４２の上面はケース本体４１１の上端位置とほ
ぼ等しい高さにある。

【００３９】エポキシ樹脂層１４２は空室ＶＲの中には
形成されていない。このため、空室ＶＲは密室になって
おり、空室ＶＲの中は空気が存在するのみである。空気
のかわりに、窒素などの不活性ガスが空室ＶＲの中に充
填されていてもよく、また空室ＶＲの中が減圧されてい
てもよい。

【００４０】図２は、第１の実施例にかかる半導体装置
３００に使用されるケースユニット４００の斜視図であ
る。

【００４１】図２に示すように、このケース４１０は、
４つの側板部４１１ａ〜４１１ｄによって規定された無
底かつ無蓋の直方体ケ−ス本体４１１と、このケース本
体４１１の内壁から内部に向って伸びた複数のガイド部
材４３４とを備えている。各ガイド部材４３４の先端４
３４ｅで囲まれる空間には、直方体の樹脂製カップ体５
００が適合するようになっている。

【００４２】このカップ体５００は、その内部に直方体
の空室ＶＲを規定する有底かつ無蓋の箱体を伏せた形と
なっている。したがって、図２の状態では、カップ体５
００の底面５０２が天井面となっている。

【００４３】カップ体５００の側面５０１は各ガイド部
材４３４の先端４３４ｅに固定されてはおらず、図２中
に一点鎖線で示すように、カップ体５００はケース４１
０から抜き出して取りはずすことが可能である。後述す
るように、半導体装置３００の製造前にはカップ体５０
０はケース４１０とは別体とされており、半導体装置３
００の製造過程において、図２に実線で示すようにカッ
プ体５００がガイド部材４３４でガイドされつつケース
４１０の中に挿入される。ケースユニット４００は、ケ
ース４１０とこのカップ体５００とのペアによって構成
される。

【００４４】図１の状態においては、カップ体５００は
硬化された後のシリコーン樹脂そう４１によって支持さ
れている。また、エポキシ樹脂層１４２の接着力によ
り、エポキシ樹脂層１４２によってもカップ体５００は
支持される。

【００４５】＜熱膨張と熱変形の緩和＞このような構成
を有する半導体装置３００において、シリコーンゲル２
４１の熱膨張の緩和と、装置３００全体としての熱変形
の緩和とは、以下のようにして達成される。

【００４６】端子１３３を介してこの半導体装置３００
に通電したとき、半導体パワー素子１３１などから発生
する熱によってシリコーンゲル１４１が膨張する。とこ
ろが、シリコーンゲル１４１の層の上には空室ＶＲが存
在するため、図４に示すように、シリコーンゲル１４１
の上面の中央部分の表面１４１ｂが空室ＶＲ内に盛上が
ることによって、その膨張分は空室ＶＲ内に吸収され
る。このときのシリコーンゲル１４１の変形方向が図４
に白抜き矢印で示されており、この変形は端子１３３に
対して横ないしは斜め方向である。このため、端子１３
３に対して上向きの力はほとんど作用しない。その結
果、Ｓベントを持たない端子１３３がベース基板１２０
上の配線パターンから剥離することはない。

【００４７】このように、端子１３３にＳベントを設け
ずにシリコーンゲル１４１の熱膨張の影響を緩和できる
ため、端子１３３を比較的短くすることが可能であり、
シリコーンゲル１４１の層の厚さも比較的薄くできる。
このため、半導体装置３００全体としての高さが低くな
り、半導体装置３００のサイズが減少する。

【００４８】また、カップ体５００はケース４１０から
抜き出して取りはずすことが可能であるため、このカッ
プ体５００は、異なるサイズ・形状のケースを持つ半導
体装置に共通利用することができ、カップ体５００の有
効利用が図れる。

【００４９】さらに、カップ体５００がケース４１０と
一体化されていないため、後述する半導体装置３００の
製造プロセスにおいてシリコーンゲル１４１の充填レベ
ルにばらつきがあっても、カップ体５００の端部５０１
ｅを確実にシリコーンゲル１４１の上面に接触させるこ
とができる。

【００５０】＜製造方法＞以上の構成と作用とを有する
半導体装置３００は、下記のようにして製造可能であ
る。

【００５１】まず、図５に示すように、ベース基板１２
０を準備し、その主面１２３の上に複合基板１２５をシ
リコーン等の接着剤で固着する。また、図１および図３
において説明した配線パターン１２８，１２８ｂなどを
形成する。これらの配線パターンの上には、ハンダ印刷
によって選択的にハンダ層が形成されている。

【００５２】次に、このハンダ層の上に半導体素子１３
１，１３２や端子１３３などを載置する。ただし、パワ
ー素子１３１とこのハンダ層との間には、銅層１３５お
よびハンダ層１３６が介挿されている。

【００５３】このようにして得られた構造体をリフロー
炉の中に導入し、この構造体を加熱することによってハ
ンダ層を溶解する。その後にこの構造体を冷却すること
によって、それを構成する各部材を相互に固着させる。

【００５４】また、導電性のワイア１３４によって、ワ
イアリングボンドを行なう。

【００５５】次に、図６に示すように、ケース４１０の
下端部４１１ｅをベース基板１２０の主面１２３の端部
に接着する。この時点ではカップ体５００はまだガイド
部材４３４の先端４３４ｅが囲む空間ＩＳに導入されて
いない。

【００５６】その後、シリコーンゲル１４１を第２の部
分空間ＳＰ２に注入し、それを熱硬化させる。

【００５７】図７に示す次のステップでは、一点鎖線お
よび実線で示すようにカップ体５００を伏せた状態で図
６の空間ＩＳに押し込んで導入し、シリコーンゲル１４
１の上に浮べる。この導入過程において、カップ体５０
０はガイド部材４３４の先端４３４ｅによってガイドさ
れるため、カップ体５００に位置ずれや傾きが生ずるこ
とはない。また、シリコーンゲル１４１はその硬化の後
においてもある程度の流動性を有しているため、カップ
体５００の上面５０２に対して下向きの力を外部から加
えることによって、カップ体５００の先端５０１ｅをシ
リコーンゲル１４１の中に若干沈めることができる。

【００５８】次に、図８に示すように部分空間ＳＰ２に
エポキシ樹脂１４２を充填し、それを硬化させて図１の
半導体装置３００が得られる。

【００５９】このように、第１の実施例の製造方法で
は、シリコーンゲル１４１を注入した後、空洞規定部材
であるカップ体５００を浮かせているため、空洞規定部
材の上下方向の配置自由度がある。このため、シリコー
ンゲル１４１の上面の充填量がばらついても、適切な高
さに必要な空洞を確保できる。また、カップ体５００の
下端５０１ｅがシリコーンゲル１４１の上面１４１ａか
ら離れてしまうこともない。その結果、シリコーンゲル
１４１の膨張を確実に緩和できる構造にすることができ
る。

【００６０】＜ケースユニットの他の例＞図９は図２の
ケースユニット４００のかわりに使用可能な他のケース
ユニット４００Ａの平面図であり、図１０はその正面図
である。このケースユニット４００Ａはケース４１０Ａ
と円筒形のカップ体５００Ａとの組合せによって構成さ
れている。図２のカップ体５００と同様に、カップ体５
００Ａはケース４１０Ａに対して着脱自在である（図１
０の一転鎖線参照）。これらの図９および図１０には、
カップ体５００Ａがケース４１０Ａのガイド部材４３４
によってガイドされつつケース４１０Ａに挿入された状
態が図示されている。

【００６１】図１１は他のケースユニット４００Ｂの平
面図である。このケースユニット４００Ｂもまたケース
４１０Ｂと円筒形のカップ体５００Ｂとの非一体の組合
せによって構成されているが、このカップ体５００Ｂは
図９のカップ体５００Ａよりもその径が大きい。また、
ケ−ス４１０Ｂから伸びるガイド部材４３４Ｂを一対の
み設けてカップ体５００Ｂをガイドするようにしてい
る。ガイド部材４３４Ｂの先端面４３４ｅは曲面（凹の
円筒面）に加工されることによって、カップ体５００Ｂ
の側面に適合している。もっとも、ガイド部材４３４Ｂ
の先端面４３４ｅには、たとえばＶ字形の切欠きを設け
ておくだけでもよい。

【００６２】＜２．第２の実施例＞＜構造＞図１２は、この発明の第２の実施例にかかる半
導体装置３３０の断面図であり、図１３はそれに使用さ
れるケースユニット４４０の斜視図である。この半導体
装置３３０におけるベース基板１２０およびその上の回
路構造は図１の半導体装置３００におけるものと同一で
ある。また、端子１３３も図１のものと同様に立設され
る。

【００６３】ベース基板１２０の主面１２３の周囲に
は、接着剤によって樹脂製のケース４５０の下端部４５
１ｅが接着されている。

【００６４】図１３に示すように、このケース４５０
は、４つの側板部４５１ａ〜４５１ｄによって規定され
た無底かつ無蓋の直方体ケ−ス本体４５１を備えてい
る。しかしながら、第１の実施例のガイド部材４３４
（図２）に相当するものはない。

【００６５】このカップ体５００は、その内部に直方体
の空室ＶＲを規定する有底かつ無蓋の箱体を伏せた形と
なっている。したがって、図１３の状態では、カップ体
５００の底面５０２が天井面となっている。また、図１
３では、カップ体５００が浮いた状態になっているが、
実際にはその下にシリコーンゲル１４１上に配置される
ことになる。

【００６６】カップ体５００は、ケース４５０とは全く
独立の関係にあり、図１３中に一点鎖線で示すように、
カップ体５００はケース４５０内の任意の位置に配置す
ることが可能であり、例えば、半導体装置３３０の製造
過程において、図１３に実線で示すようにカップ体５０
２を、ケースユニット４４０内の中央部に配置すること
もできるし、他の位置に配置することもできる。ケース
ユニット４４０は、ケース４５０とカップ体５００との
ペアによって構成される。

【００６７】図１２に戻って、ケース４５０の内部空間
ＳＰは、既述した第１の実施例と同様に、第１と第２の
部分空間ＳＰ１，ＳＰ２および空室ＶＲへと概念的に分
割される。第１の部分空間ＳＰ１にはシリコーンゲル１
４１が充填され、第２の部分空間ＳＰ２にはエポキシ樹
脂１４２が充填されている。また、空室ＶＲの中心点Ｃ
Ｔを通る鉛直軸ＡＸは、ベース基板１２０の主面１２３
の中心点ＣＰを通る。さらに、図示された各幅Ｄ１〜Ｄ
３の相互関係や、カップ体４５０の下端５０１ｅと界面
１４１ａとのレベル差Ｈの値も、第１の実施例にかかる
半導体装置３００と同様である。

【００６８】この半導体装置３３０においても空室ＶＲ
が主面１２３ａの中心部を含む領域の上に存在するた
め、熱膨張や熱変形の緩和作用が高い。

【００６９】前述したように、カップ体５００はケース
４５０から完全に独立した関係となり、上下のみならず
水平方向の配置自由度もあるため、このカップ体５００
は、異なるサイズ・形状でガイド材を有さないケースを
持つすべての半導体装置に共通利用することができ、カ
ップ体５００の有効利用が第１の実施例以上に図れる。

【００７０】＜製造方法＞半導体装置３３０を製造する
にあたって、図１４の構造を得る過程は第１の実施例の
半導体装置３００の過程と同様である。

【００７１】次に、図１５に示すように、ケース４５０
の下端部４５１ｅをベース基板１２０の主面１２３の端
部に接着する。この時点ではカップ体５００はまだ空間
ＵＳに導入されていない。

【００７２】その後、シリコーンゲル１４１を、図２の
第１の部分空間ＳＰ１に相当する部分に注入し、それを
熱硬化させる。

【００７３】図１６に示す次のステップでは、一点鎖線
および実線で示すようにカップ体５００を伏せた状態で
図１５の空間ＩＳに押し込んで導入し、シリコーンゲル
１４１の上に浮べる。この際、ベース基板１２０の主面
の中央部を含む領域の上にカップ体を位置決めすること
は、ガイド部材がなくても十分に可能である。

【００７４】また、シリコーンゲル１４１はその硬化の
後においてもある程度の流動性を有しているため、カッ
プ体５００の上面５０２に対して下向きの力を外部から
加えることによって、カップ体５００の先端５０１ｅを
シリコーンゲル１４１の中に若干沈めることができる。
この際に、カップ体５００の下端部をシリコーンゲルの
層の中に確実に押込んでおくことが望ましい。これは、
ガイド部材が存在しないため、エポキシ樹脂１４２を第
２の部分空間ＳＰ２に充填して硬化させるプロセスにお
いて、カップ体５００の位置ずれや傾きなどを防止する
ためである。

【００７５】次に、図１７に示すように部分空間ＳＰ２
にエポキシ樹脂１４２を充填し、それを硬化させて図１
２の半導体装置３３０が得られる。

【００７６】このように、第２の実施例の製造方法で
は、第１の実施例同様、シリコーンゲル１４１を注入し
た後、空洞規定部材であるカップ体５００を浮かせてい
るため、空洞規定部材の上下方向の配置自由度がある。
このため、シリコーンゲル１４１の上面の充填量がばら
ついても、適切な高さに必要な空洞を確保できる。シリ
コーンゲル１４１の膨張を確実に緩和可能な構造を得る
ことができる。

【００７７】加えて、カップ体５００はケース４５０に
全く依存することなく配置されるため、空洞規定部材と
なるカップ体５００は水平方向（ベース基板１２０の主
面方向）においても配置自由度を有することになる。こ
のため、半導体チップ１３２の水平方向の配置位置が異
なる半導体装置についても、同じケース、同じカップ体
５００を使用して、最も適切な位置（端子１３３の立設
位置を避けてできるだけ半導体チップ１３１及び１３２
の上に近い位置）にカップ体５００を配置することがで
きる。

【００７８】半導体チップ１３１及び１３２の上に近い
位置にカップ体５００を配置するのが有効な理由は下記
の通りである。

【００７９】熱の発生源は半導体チップ１３１及び１３
２であるため、シリコーンゲル１４１の膨張はまず半導
体チップの上のゲルがもっとも大きい。したがって、半
導体チップ上にカップ体５００を配置すれば、半導体チ
ップ上でゲルの膨張を吸収しておくことにより、膨張に
よるシリコーンゲル１４１の流れを最小限にできる。従
って、端子１３３等に作用する力も最小限に押さえられ
る。

【００８０】＜ケースユニットの他の例＞図１８は図１
３のケースユニット４４０のかわりに使用可能な他のケ
ース４４０Ａの平面図であり、図１９はその断面図であ
る。ただし、図１９には、シリコーンゲル１４１を付記
してある。このケースユニット４４０Ａはケース４５０
Ａと円筒形のカップ体５００Ａとの組合せによって構成
されている。図１３のカップ体５００と同様に、カップ
体５００Ａはケース４５０Ａに対して完全に独立関係を
有する。図１９には、カップ体５００Ａがケース４５０
Ａ内のシリコーンゲル１４１の中央部上に配置されてい
る状態が図示されている。

【００８１】図２０は他のケースユニット４４０Ｂの平
面図である。このケースユニット４４０Ｂもまたケース
４５０Ｂと円筒形のカップ体５００Ｂとの組合せによっ
て構成されているが、このカップ体５００Ｂは図１８の
カップ体５００Ａよりもその径が大きい。また、カップ
体５００Ｂをガイドする部材はない。

【００８２】＜第３の実施例＞図２１は、この発明の第
３の実施例にかかる半導体装置３００Ｃの断面図であ
る。この半導体装置３００Ｃでは、使用されているカッ
プ体５００Ｃの形状が図１８のカップ体５００と異な
る。すなわち、このカップ体５００Ｃの側面５０１Ｃの
全体には、リング状の多数の凹凸５１０が規則的に形成
されている。また、ケース４１０の本体４１１から伸び
るガイド部材４３４の先端４３４ｅは、凹凸５１０の外
縁（凸部）に適合している。

【００８３】このようにすることによって、このカップ
体５００Ｃが半導体装置３００Ｃに組込まれた後に、カ
ップ体５００Ｃの外周とエポキシ樹脂１４２とが相互に
剥離して、カップ体５００Ｃが半導体装置３００Ｃから
はずれてしまうことを特に有効に防止可能である。

【００８４】また，ケース４１１の内壁面にも凹凸部を
形成したり、ケース４１１の内壁面の上端部に凸部を設
けることにより、ケース４１１の内壁面とエポキシ樹脂
１４２とが相互に剥離しにくくすることもできる。

【００８５】＜第４の実施例＞図２２は、この発明の第
４の実施例にかかる半導体装置３３０Ｃの断面図であ
る。この半導体装置３３０Ｃでは、第３の実施例の半導
体装置３００Ｃ同様、このカップ体５００Ｃの側面５０
１Ｃの全体には、リング状の多数の凹凸５１０が規則的
に形成されている。しかしながら、第３の実施例のガイ
ド部材に相当するものはない。

【００８６】このようにすることによって、第３の実施
例同様、このカップ体５００Ｃが半導体装置３３０Ｃに
組込まれた後に、カップ体５００Ｃの外周とエポキシ樹
脂１４２とが相互に剥離して、カップ体５００Ｃが半導
体装置３３０Ｃからはずれてしまうことを特に有効に防
止可能である。

【００８７】また、カップ体５００Ｃとケース４５０と
を完全に独立関係にすることにより、第２の実施例同
様、カップ体５５０Ｃの有効利用が図れる、カップ体５
５０Ｃがベース基板１２０方向に配置自由度を有する等
の一連の効果を奏する。

【００８８】＜第５の実施例＞図２３は、この発明の第
５の実施例にかかる半導体装置３３０Ｄの断面図であ
る。この半導体装置３３０Ｄでは、使用されているカッ
プ体５００Ｄは、第５の実施例同様、その外側面５０３
が上に向かって狭くなるテーパ状になっている。この半
導体装置３３０Ｄでは、カップ体５００Ｄのガイド部材
に相当するものはない。

【００８９】このようにすることによって、第５の実施
例同様、このカップ体５００Ｄが半導体装置３３０Ｄに
組込まれた後に、カップ体５００Ｄの外周とエポキシ樹
脂１４２とが相互に剥離して、カップ体５００Ｄが半導
体装置３３０Ｄからはずれてしまうことを特に有効に防
止可能である。

【００９０】また、カップ体５００Ｃとケース４５０と
を完全に独立関係にすることにより、第２の実施例同
様、カップ体５５０Ｄの有効利用が図れる、カップ体５
００Ｄがベース基板１２０方向に配置自由度を有する等
の一連の効果を奏する。

【００９１】＜変形例＞（１）図２１及び図２２の半導体装置３００Ｃ及び３３
０ｃにおいて、凹凸５１０はカップ体５００Ｃの側面５
０１Ｃの一部のみに形成してあってもよい。また、リン
グ状以外の凹凸たとえば２次元的な凹凸が形成されてい
てもよい。

【００９２】（２）ケースやカップ体の材料としては、
樹脂のほか、金属なども利用可能である。

【００９３】（３）この発明はインテリジェントパワー
モジュ−ルに限らず、他の半導体装置にも適用可能であ
る。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
装置では、無底の空室を規定する内枠体がゲル状物質の
上に配置されている。

【００９５】このため、ゲル状物質が熱膨張した場合
に、その膨張は、内枠体によって規定された空室の中に
吸収され、ゲル状物質の熱膨張によって端子部材がベー
ス基板側から剥離することはない。したがって、端子部
材にＳベントを設ける必要がなく、その結果、半導体装
置のサイズを小さくすることが可能である。

【００９６】加えて、内枠体が外枠体とは分離形成され
ているため、内枠体の配置自由度は高く、ゲル状物質の
充填具合や半導体素子の形成位置に適合させて、内枠体
を配置することができる。このため、ゲル状物質の充填
工程などにおいて高い精度を要求しなくて済む。また、
この内枠体は外枠体と一体形成されないため、各種半導
体装置に共通に使用可能であり、汎用性が高い。

【００９７】また、この発明の製造方法では、このよう
な特徴を有する半導体装置を製造可能である。

【００９８】さらに、この発明のケースユニットは、そ
の製造において利用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例である半導体装置の断
面図である。

【図２】図１の半導体装置に使用されるケースユニット
の斜視図である。

【図３】この発明の第１の実施例における半導体素子の
実装状態を示す部分拡大断面図である。

【図４】図１の半導体装置における空室の作用を説明す
るための図である。

【図５】図１の半導体装置の製造プロセス図である。

【図６】図１の半導体装置の製造プロセス図である。

【図７】図１の半導体装置の製造プロセス図である。

【図８】図１の半導体装置の製造プロセス図である。

【図９】図１の半導体装置において利用可能なケースユ
ニットの他の例を示す平面図である。

【図１０】図９のケースユニットの正面図である。

【図１１】図１の半導体装置において利用可能なケース
ユニットの他の例を示す平面図である。

【図１２】この発明の第２の実施例である半導体装置の
断面図である。

【図１３】図１２の半導体装置に使用されるケースユニ
ットの斜視図である。

【図１４】図１２の半導体装置の製造プロセス図であ
る。

【図１５】図１２の半導体装置の製造プロセス図であ
る。

【図１６】図１２の半導体装置の製造プロセス図であ
る。

【図１７】図１２の半導体装置の製造プロセス図であ
る。

【図１８】図１２の半導体装置において利用可能なケー
スユニットの他の例を示す平面図である。

【図１９】図１８のケースユニットの断面図である。

【図２０】図１２の半導体装置において利用可能なケー
スユニットの他の例を示す平面図である。

【図２１】この発明の第３の実施例である半導体装置の
断面図である。

【図２２】この発明の第４の実施例である半導体装置の
断面図である。

【図２３】この発明の第５の実施例である半導体装置の
断面図である。

【図２４】従来の半導体装置の断面図である。

【図２５】従来の半導体装置の断面図である。

【図２６】従来の半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１２０ベース基板１２３ベース基板の主面１３１パワー半導体素子１３２制御半導体素子１３３端子１３３ａ端子の先端部分３００，３００Ｃ半導体装置３３０，３３０Ｃ，３３０Ｄ半導体装置４００，４００Ａ，４００Ｂケースユニット４４０，４４０Ａ，４４０Ｂケースユニット５００，５００Ａ〜５００Ｄカップ体（内枠体）ＳＰケースの内部空間ＳＰ１第１の部分空間ＳＰ２第２の部分空間ＶＲ空室ＡＸ空室の鉛直中心軸ＣＰベース基板の主面の中心点

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置であって、 (a) 電気的絶縁性を有する主面を備えたベース基板と、 (b) 前記ベース基板の前記主面上に配置された半導体素
子と、 (c) 前記ベース基板の前記主面上に前記半導体素子と間
隔を隔てて立設され、かつ前記半導体素子と電気的に接
続された端子部材と、 (d) 前記主面を囲むように前記ベース基板の周辺部に固
着され、前記ベース基板上の空間を囲むことによって、
前記空間内に、前記半導体素子と、前記端子部材の下端
側の所定部分とを前記空間内に収容する外枠体と、 (e) 前記空間のうち前記主面の上方に無底かつ有蓋の空
室を規定し、前記外枠体と分離形成された内枠体と、 (f) 前記空間のうち、前記主面と、前記内枠体の下端に
達するレベルとの間に存在する第１部分に充填されたゲ
ル状物質と、 (g) 前記空間のうち、前記第１部分と前記空室とを除い
た第２部分に充填された樹脂と、を備える半導体装置。
【請求項２】半導体装置の製造方法であって、 (a) 電気的絶縁性を有する主面を備えたベース基板を準
備する工程と、 (b) 無底のケースと、前記ケースよりも小さなサイズを
有する無底かつ有蓋のカップ体とを準備する工程と、 (c) 前記ベース基板の前記主面上に半導体素子を固定す
る工程と、 (d) 前記半導体素子と間隔を隔てて端子部材を前記ベー
ス基板の前記主面に立設する工程と、 (e) 前記端子部材と前記半導体素子とを電気的に接続す
る工程と、 (f) 前記ケースの下部を前記ベース基板の周辺部に固着
し、それによって、前記半導体素子と、前記端子部材の
下端側の所定部分とを、前記ケースが囲む空間内に収容
する工程と、 (g) 前記空間のうち前記主面に近い部分に相当する第１
部分空間にゲル状物質を充填する工程と、 (h) 前記ゲル状物質を硬化させる工程と、 (i) 硬化された前記ゲル状物質の上面のうち、前記主面
の上方に位置する部分の上に、前記カップ体を伏せて載
置する工程と、 (j) 前記空間のうち、前記第１部分空間と前記カップ体
の内部空間によって規定される空室とを除いた部分に相
当する第２部分空間に樹脂を充填する工程と、 (k) 前記樹脂を硬化させる工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
【請求項３】半導体装置の製造において使用されるケ
ースユニットであって、 (a) 無底かつ無蓋のケース本体と、 (b) 前記ケース本体が囲む空間の上側部分において、前
記空間の水平断面の中心部分を含む領域に適合するサイ
ズを有し、前記空間に伏せた状態で配置可能なカップ体
と、を備えるケースユニット。