JP3094768B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パワートランジスタ,
ダイオード,サイリスタモジュールなどを対象とした半
導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、本発明の実施対象となる半導体装
置の従来における組立構造を図4,図5に示す。図にお
いて、1は半導体チップ、2は半導体チップ1をマウン
トした絶縁基板(セラミック製,あるいは窒化アルミニ
ウム製でその表面に回路パターンが形成されている)、
3は放熱板を兼ねた金属ベース板、4は樹脂ケース、5
は外部導出端子、6はゲル状充填材(シリコーンゲ
ル)、7は封止樹脂(エポキシ樹脂)であり、前記絶縁
基板2は金属ベース板3の上に搭載して半田8により接
合されている。なお、金属ベース板3の四隅コーナ部に
は半導体装置を放熱フィン,機器などに取付けるための
ボルト穴9が開口している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構成の半導体装置では次記のような問題点がある。す
なわち、セラミック,あるいは窒化アルミニウムなどで
作られた絶縁基板2は機械的に脆い性質があり、外部か
ら曲げなどの応力が加わると簡単にクラック,基板割れ
などが生じて絶縁基板としての機能を果たさなくなる。
【0004】一方、絶縁基板2を搭載して半田付けした
金属ベース板3は、通常は厚さ数mm程度の銅製平板が採
用されている。このために、前記ボルト穴9にボルトを
通して金属ベース板3を放熱フィンのブロック,使用先
の機器などに取付ける際に、相手側取付部材の表面に凹
凸があったりして平坦度が低い場合には、ボルト締付に
より金属ベース板自身に曲げ応力が加わって反りなどが
生じ、この応力が絶縁基板2に波及してクラック,基板
割れを引き起こすことがある。
【0005】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、絶縁基板を金属
ベース板に加わる応力から安全に保護できるようにした
信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
り、金属ベース板に対して絶縁基板の半田付け領域から
外れた箇所に応力吸収用の凹溝を形成することにより達
成される。また、前記構成における凹溝は、具体的に次
記のような態様で実施することができる。
【0007】(1)凹溝を、金属ベース板に穿孔した取
付ボルト穴の周域に形成する。(2) 凹溝の溝深さを金属ベース板の板厚の30〜70
%の範囲に定める。(3) 凹溝に弾力性のあるコーキング材を充填する。
【0008】
【作用】上記の構成によれば、金属ベース板の凹溝形成
部ではその残り代の肉厚が他部分よりも局部的に薄くて
変形し易くなっている。したがって、ボルト締結などに
より金属ベース板に曲げ応力が加わった際には、その応
力の大半が金属ベース板に形成した凹溝部に集中し、こ
の凹溝部分に変形(曲げ)が生じて応力を吸収しする。
この結果、肉厚の厚い絶縁基板の搭載領域には変形の生
じることがなく、機械的に脆い絶縁基板が応力に起因す
るクラック,基板割れから安全に保護される。なお、凹
溝はスリット状の連続した凹溝,あるいは窪みを点線状
に並べた不連続の凹溝で実施することができる。
【0009】また、金属ベース板に加わる応力が絶縁基
板の搭載領域に波及するのをカットするために、1枚の
金属ベース板に複数の絶縁基板を並置して搭載したもの
に対しては凹溝を絶縁基板と絶縁基板との中間に形成
し、併せて取付ボルト穴の周域にも凹溝を形成するのが
効果的である。さらに、凹溝の溝深さが大きすぎるとそ
の分だけ板の残り代が薄くなって金属ベース板自身の機
械的強度が低下して製作,組立時に不要な変形が生じ易
くなる。また、溝深さが浅すぎると殆ど応力吸収効果が
得られず、この観点から実用的には凹溝の溝深さを金属
ベース板の板厚の30〜70%の範囲に定めることで、
必要な強度を確保しつつ効果的に応力吸収効果が得られ
る。
【0010】さらに加えて、前記凹溝にシリコン樹脂な
どの弾力性のあるコーキング材を充填しておくことによ
り、応力吸収効果を損なうことなく取扱い上で金属ベー
ス板自身を保護できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、実施例の図中で図4,図5に対応する同一
部材には同じ符号を付して説明を省略する。まず、図
1,図2に示す実施例においては、図4と比べて金属ベ
ース板3の上面に、応力吸収用の凹溝として左右に並ぶ
2枚の絶縁基板2の中間部,および四隅に穿孔した取付
ボルト穴9の周りにそれぞれ直線,円弧のスリット状凹
溝10,11が分散して新たに追加形成されている。こ
こで、金属ベース板3の板厚を3mmとして、凹溝10,
11の溝深さは板厚の1/2の1.5mmに定めてある。さ
らに、凹溝10,11にはシリコン樹脂などの弾力性の
あるコーキング材12が充填されている。
【0012】かかる構成により、金属ベース板3のボル
ト穴9に締結ボルトを通して相手側の取付部材(放熱フ
ィン,機器)に締結するなどして金属ベース板3に曲げ
応力が加わった場合でも、その応力の大半が前記凹溝1
0,11の部分に集中し、この凹溝部分に変形(曲げ)
が生じて応力を吸収する。したがって、肉厚の厚い絶縁
基板2の搭載領域に応力が波及して反り,曲がり変形の
生じることがなく、これにより機械的に脆い絶縁基板2
を応力に起因するクラック,基板割れから安全に保護で
きる。なお、前記凹溝10,11はいずれか一方だけで
も、応力吸収効果が多少低まるものの絶縁基板2に波及
する応力を軽減できる。
【0013】図3は本発明の応用実施例を示すものであ
り、金属ベース板2に対して、図2の実施例におけるス
リット状凹溝10と対応する箇所に沿って窪み13を断
続的に形成し、これらで不連続の凹溝を形成している。
この実施例においても、図2とほぼ同等な応力吸収効果
が得られることが実験結果からも確認されている。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、半導体装置の放熱板を兼ねた金属ベース板に対し、
半導体チップをマウントした絶縁基板(セラミック製,
窒化アルミニウム製)の搭載領域から外れた箇所に応力
吸収用の凹溝を形成したことにより、取付ボルトの締結
などで金属ベース板に曲げ応力が加わった場合でも、こ
の応力が凹溝部分に集中し、この凹溝部分の変形により
吸収して機械的に脆い絶縁基板を応力に起因するクラッ
ク,割れから安全に保護することができ、これにより半
導体装置の信頼性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体装置の構成断面図
【図2】図1における金属ベース板の平面図
【図3】本発明の応用実施例による金属ベース板の平面
【図4】従来における半導体装置の構成断面図
【図5】図4における金属ベース板の平面図
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 絶縁基板 3 金属ベース板 4 樹脂ケース 5 外部導出端子 8 半田 9 取付ボルト穴 10,11 スリット状凹溝 12 コーキング材 13 窪み(不連続凹溝)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップをマウントした絶縁基板を、
    放熱板を兼ねた金属ベース板上に搭載して半田付けし、
    これに樹脂ケース,外部導出端子を組合わせて組立て構
    成した半導体装置において、金属ベース板に穿孔した取
    付ボルト穴の周域で、かつ金属ベース板に対して絶縁基
    板の半田付け領域から外れた箇所に応力吸収用の凹溝を
    形成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】凹溝の溝深さを金属ベース板の板厚の30
    〜70%の範囲に定めたことを特徴とする請求項記載
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】凹溝に弾力性のあるコーキング材を充填し
    たことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半
    導体装置。
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