JP3191112U - Semiconductor device and case for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】ケースの上面近傍まで封止材を注入した場合であっても、外観不良や蓋との接着性低下を招くことのない半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置1は、絶縁基板2と、絶縁基板2上に搭載された半導体素子3と、絶縁基板2の周縁を囲い、半導体素子3を収容する中空のケース6と、ケース6内に充填され、ケース内を封止する封止材10とを備える。ケース6は、ケース6の上面6cから部分的に突出する突起部6fを有する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which does not cause poor appearance or deterioration of adhesiveness to a lid even when a sealing material is injected to the vicinity of the upper surface of a case. A semiconductor device (1) includes an insulating substrate 2, a semiconductor element (3) mounted on the insulating substrate (2), a hollow case (6) surrounding the peripheral edge of the insulating substrate (2) and accommodating the semiconductor element (3), and a case (6). It is provided with a sealing material 10 which is filled in and seals the inside of the case. The case 6 has a protrusion 6f that partially protrudes from the upper surface 6c of the case 6. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本考案は、半導体装置及び半導体装置用ケースに関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a case for a semiconductor device.
半導体装置として、1又は2以上のパワー半導体素子(半導体チップ)をケース内に内蔵し、ケース内が封止材で封止されたパワー半導体モジュールが知られている。これらのパワー半導体素子は、絶縁基板上に搭載された半導体チップを、当該絶縁基板に形成された電気回路や端子と電気的に接続するために、アルミニウム製のボンディングワイヤ等が用いられている。 As a semiconductor device, a power semiconductor module in which one or more power semiconductor elements (semiconductor chips) are built in a case and the inside of the case is sealed with a sealing material is known. In these power semiconductor elements, an aluminum bonding wire or the like is used to electrically connect a semiconductor chip mounted on an insulating substrate to an electric circuit or a terminal formed on the insulating substrate.
ケース内の封止材は、エポキシ樹脂等からなり、ケース内に収容された半導体チップやボンディングワイヤ等を保護し、かつ、絶縁するためのものである。したがって、パワー半導体モジュールにおいて、封止材は、ケース内のボンディングワイヤを十分に覆い絶縁する高さでケース内に充填される。その一方で、パワー半導体モジュールは小型化、薄型化の要請があり、ケースの高さについても支障のない限り低くすることが望ましい。このような封止材によるケース内の絶縁性と小型化、薄型化との兼ね合いにより、液状の封止材をケース内に注入する際は、当該封止材を、ケースの上面近傍まで注入していた。
封止材が、ケースの上縁近傍まで注入されるため、注入の際に封止材がケースの上面まで乗り上げることがあった。また注入後、封止材を固化するまでの間の搬送時に、封止材がケースの上面まで乗り上げることがあった。
このような封止材のケースの上面への乗り上げは、パワー半導体モジュールの外観不良を招き、またケースを蓋で覆い接着固定する場合に、ケースの接着面である上面が平坦でないために接着性の低下を招く場合があった。
The sealing material in the case is made of epoxy resin or the like, and is intended to protect and insulate semiconductor chips, bonding wires, and the like housed in the case. Therefore, in the power semiconductor module, the sealing material is filled in the case at a height that sufficiently covers and insulates the bonding wires in the case. On the other hand, there is a demand for miniaturization and thinning of the power semiconductor module, and it is desirable to reduce the height of the case as long as there is no problem. When injecting liquid sealing material into the case, the sealing material is injected to the vicinity of the upper surface of the case due to the balance between insulation and downsizing and thinning in the case. It was.
Since the sealing material is injected up to the vicinity of the upper edge of the case, the sealing material sometimes runs up to the upper surface of the case during the injection. In addition, the sealing material sometimes climbs up to the upper surface of the case during the transportation after the injection until the sealing material is solidified.
Such a sealant climbing onto the upper surface of the case causes poor appearance of the power semiconductor module, and when the case is covered with a lid and bonded and fixed, the upper surface, which is the bonding surface of the case, is not flat. In some cases, this could lead to a decrease.
封止材の乗り上げを防止するために、ケースの内面にフランジを設けること(特許文献1)やケースの内面に段付き部を設けること(特許文献2)が提案されている。 In order to prevent the sealing material from running, it has been proposed to provide a flange on the inner surface of the case (Patent Document 1) and to provide a stepped portion on the inner surface of the case (Patent Document 2).
しかし、ケース内面に設けられたフランジや段付き部は、ケースの内側に向けて形成されたものであるから、封止材がケースの上面に達するのを未然に防ぐものであり、封止材の注入量は、そのフランジや段付き部が形成された高さまでに制限される。したがって、封止材をできる限りケースの上面近傍まで注入して絶縁性を高めるという要請に十分に応えるものではなかった。また、仮に封止材をケースの上面近傍まで注入した場合には、封止材のケース上面への乗り上げを防止するのが困難であった。 However, since the flange and the stepped portion provided on the inner surface of the case are formed toward the inside of the case, the sealing material prevents the sealing material from reaching the upper surface of the case. The injection amount is limited to the height at which the flange and the stepped portion are formed. Therefore, it did not fully meet the demand to improve the insulation by injecting the sealing material as close to the upper surface of the case as possible. Further, if the sealing material is injected to the vicinity of the upper surface of the case, it is difficult to prevent the sealing material from climbing onto the upper surface of the case.
本考案は、上記した従来の半導体装置の問題を有利に解決するものであり、ケースの上面近傍まで封止材を注入した場合であっても、外観不良や蓋との接着性低下を招くことのない半導体装置及び半導体装置用ケースを提供することを目的とする。 The present invention advantageously solves the above-described problems of the conventional semiconductor device, and even when the sealing material is injected up to the vicinity of the upper surface of the case, it causes a poor appearance and a decrease in adhesion to the lid. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a case for the semiconductor device that are free from defects.
上記目的を達成するために以下のような半導体装置及び半導体装置用ケースが提供される。
本考案の半導体装置は、絶縁基板と、該絶縁基板上に搭載された半導体素子と、該絶縁基板の周縁を囲い、該半導体素子を収容する中空のケースと、該ケース内に充填され、該ケース内を封止する封止材とを備える。かつ、本考案の半導体装置は、該ケースが、該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有するものである。
In order to achieve the above object, the following semiconductor device and semiconductor device case are provided.
A semiconductor device of the present invention includes an insulating substrate, a semiconductor element mounted on the insulating substrate, a hollow case that surrounds the periphery of the insulating substrate and accommodates the semiconductor element, and the case is filled, And a sealing material for sealing the inside of the case. In the semiconductor device of the present invention, the case has a protrusion that partially protrudes from the upper surface of the case.
本考案の半導体装置用ケースは、絶縁基板の周縁を囲い、半導体素子を収容し、封止材が充填される中空のケースであって、該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有するものである。 A case for a semiconductor device according to the present invention is a hollow case that surrounds the periphery of an insulating substrate, accommodates a semiconductor element, and is filled with a sealing material, and has a protrusion partly protruding from the upper surface of the case. Is.
本考案の半導体装置は、ケースの上面に部分的に突起が形成され、封止材が当該ケースの上面に乗り上げたとしても突起部上には乗り上げられない。したがって外観不良を防止することができる。また、ケース上面の平坦性が維持され、ケース上面と蓋とを接着する際の接着性を十分に確保することができる。 In the semiconductor device of the present invention, a protrusion is partially formed on the upper surface of the case, and even if the sealing material rides on the upper surface of the case, it does not ride on the protrusion. Therefore, appearance defects can be prevented. Further, the flatness of the upper surface of the case is maintained, and sufficient adhesion can be ensured when the upper surface of the case and the lid are bonded.
本考案の半導体装置及び半導体装置用ケースの実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。
図1に本考案の実施形態1の半導体装置としてのパワー半導体モジュールの断面図を示す。図1に示されたパワー半導体モジュール1は、絶縁基板2上に半導体チップ3が搭載されている。絶縁基板2は、金属基板2aと、この金属基板2a上に設けられた絶縁板2bと、絶縁板2b上に設けられた金属箔2cとを備えている。絶縁板2bは、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス材料や、エポキシ樹脂等の有機絶縁材料よりなる。金属箔2cは、具体的には例えば銅箔である。金属箔2cは絶縁板2b上で選択的に形成されていて、これにより半導体チップ3の下面に形成された電極や後述するリードと接続する回路パターンが形成されている。
Embodiments of a semiconductor device and a case for a semiconductor device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a power semiconductor module as a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. A power semiconductor module 1 shown in FIG. 1 has a
半導体チップ3は、接合材としての例えばはんだ4によって、金属箔2cよりなる配線パターン上に接合されて、電気的に接合されている。半導体チップ3は、例えばダイオードやトランジスタチップであり、トランジスタチップとしてはIGBTチップやMOSFETチップ等を用いることができ、半導体チップ3の種類は特に限定されない。また、半導体チップ3の基板として単結晶シリコンの他、シリコンカーバイド(SiC)やガリウムナイトライド(GaN)を用いることもできる。図1では、半導体チップ3がダイオードチップである例を説明している。なお、図1では、一つの絶縁基板2の金属箔2c上に1個の半導体チップ3が搭載されているところを図示しているが、一つの絶縁基板2の金属箔2c上に2個以上の半導体チップ3が搭載されてもよい。
また、図1では、金属箔2cよりなる配線パターンにコンデンサチップ5が接続されている。
The
In FIG. 1, a
半導体チップ3が搭載された絶縁基板2の周縁にケース6が取り付けられている。具体的に、ケース6は、PPS樹脂等の絶縁性樹脂からなる中空(枠形状)の概略直方体形状であり、上端部6aが開口となり、ケース6内の中空空間に上端部6aから封止材10を注入可能になっている。ケース6の下端部6bは、絶縁基板2の金属基板2a及び絶縁板2bに対して、絶縁性接着剤7によって接合されている。絶縁性接着剤7によって接合されることにより、絶縁基板2とケース6との絶縁性を確保するとともに、絶縁基板2とケース6との隙間をなくし、隙間から封止材10が外部に漏れ出るのを防止している。
A
ケース6は、内面6dの高さ方向の途中に内側へ突き出た段差部6daを有している。段差部6daを有していることにより、ケース6の上端部6aにおける当該ケース6の厚さ、すなわちケース6の内面6dと外面6eとの間の距離よりも、この段差部6daにおける当該ケース6の厚さが厚くなっている。この段差部6daには、銅板よりなるリード8の一端部が露出して取り付けられている。ケース6の内面6dの段差部6daに露出しているリード8の一端は、ボンディングワイヤ9によって絶縁基板2の金属箔2c又は半導体チップ3の電極と電気的に接続されている。
The
リード8とケース6とは、インサート成型により一体的に成形されている。リード8は、ケース6の厚み方向に延在し、他の一端部がケース6の外面6eよりも外方に現れている。
The
ケース6の内部空間には、半導体チップ3等の部材を封止するための封止材10が充填されている。封止材10には、シリコーンを主成分とするゲル状の封止材やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂よりなる封止材がある。これらの封止材10のうち、熱硬化性樹脂よりなる封止材は絶縁性が高く、耐熱性が高いので好ましく、本実施形態では封止材10に熱硬化性樹脂、より具体的にはエポキシ樹脂を用いている。もっともゲル状の封止材を排除するものではない。封止材10は、固化前の液状の封止材10をケース6の上端部6aの開口から内部空間に注入し、加熱することにより固化することにより半導体チップ3やボンディングワイヤ9等を封止する。
An internal space of the
封止材10の注入量は、ボンディングワイヤ9の絶縁性を確保するために、封止材10がボンディングワイヤ9を十分に覆うことができるような高さ、具体的には、ボンディングワイヤ9が少なくとも1mm覆われるような高さになるように注入される。一方、ケース6は、小型化、薄型化のために、絶縁性に支障がない範囲で可能な限り薄い高さを有している。そこで、封止材10は、ケース6内での高さが、ケース6の上面6c近傍になるような所定量で注入される。
The injection amount of the sealing
封止材10を注入する時の当該封止材の流動,又は注入後に搬送される時の振動により、封止材10がケース6の上面6cに乗り上げたとしても外観不良とならないように、本実施形態のパワー半導体モジュール1は、ケース6の上面6cに部分的な突起部6fを有している。
In order that the appearance of the sealing
この突起部6fの平面形状について図2の平面図を用いて説明する。なお図2において、本考案の理解を容易にするために半導体チップ3、コンデンサチップ5、ボンディングワイヤ9、封止材10の記載を省略している。本実施形態のパワー半導体モジュール1において、突起部6fは、ケース6の一つの角部においてケースの長手方向及び短手方向に沿って当該角部に隣接する位置にそれぞれ一つずつ離れて形成されている。ケース6は4つの角部を有するため合計8個の突起部6fが形成されている。
The planar shape of the
図3、図4を用いて本実施形態のパワー半導体モジュール1の作用効果について説明する。図3は、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合の状況を示す断面図であり、図4は、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合の状況を示す平面的な部分模式図である。封止材10の注入時、又は封止材10が注入された後であって固化前の搬送時に、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合であっても、封止材10は、突起部6fの側面に回り込み上面には乗り上げない。したがって、本実施形態のパワー半導体モジュール1は、外観不良にならない。また、封止材10を注入するときの作業性を向上させることができる。
The effect of the power semiconductor module 1 of this embodiment is demonstrated using FIG. 3, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a situation when the sealing
更に、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合であっても、封止材10は、突起部6fには乗り上げないことから、本実施形態のパワー半導体モジュール1は、図5に蓋11を取り付けた場合の斜視図を示すように、蓋11を接着固定するときの接着性の低下を招くことはない。
Further, even when the sealing
本実施形態のパワー半導体モジュール1において、突起部6fの数は、蓋11を平坦に支持できるという観点から、最低3個があればよい。もっとも、ケース6の寸法精度や突起部6fの高さの精度を考慮すると、確実に支持できるように図2に示したように角部に隣接しケース長手方向及び短手方向に沿ったそれぞれに突起部6fを有することが好ましい。
In the power semiconductor module 1 of this embodiment, the number of the
また、突起部6fの位置は、ボンディングワイヤ9をワイヤボンディングする際に、押さえ治具と干渉しない位置とすることが望ましい。
Further, it is desirable that the position of the
ケース6の上面6cからの突起部6fの高さは、封止材10が上面に乗り上げた場合であっても突起部6fには乗り上げない高さとして、0.1〜1mm程度あれば十分である。考案者らによる検証の結果、封止材10がケース6の上面6cに乗り上げた場合に、そのケース6上面6cにおける封止材10の厚さは30〜80μm程度であった。したがって突起部6fの高さが0.1mm程度以上であれば突起部6f上に封止材10が乗り上げることを回避できる。また、突起部6fの高さが1mm程度を超えると、ケース6の高さを薄型化することへの寄与が薄れる。
The height of the
ケース6は、図1に示したように上端部6aの厚さに比べて段差部6daよりも下方の厚さが大きい形状を有している。このため、ケース6を金型で成型し、常温まで温度を下げたときに、ケース6の上端部6aと下端部6bとで熱収縮量が異なる。その結果、ケース6は、必然的に長手方向中央が凸になるような反った形状を有している。この反り量は、ケースの寸法にもよるがケースの長手方向端部に比べて中央部で0.1mm程度高くなる。
As shown in FIG. 1, the
このようなケース6の反りを考慮すれば、突起部6fは、ケース6の上面6cの長手方向端部近傍に設けることが、蓋11を平坦に支持するのが容易になり、接着性を向上させることから好ましい。
Considering such warping of the
また、ケース6の反りを考慮して、ケース6の上面6cの長手方向端部近傍に設けた突起部6fの高さを、ケース6の上面6cの長手方向中央部寄りに設けた突起部6fの高さよりも、相対的に高くすることも、蓋11を平坦に支持するのが容易になり、接着性を向上させることから好ましい。
In consideration of the warping of the
本実施形態のパワー半導体モジュール1は、蓋11の代わりに図示しない平板がケース6上に載置され、この平板上に他の部品を搭載して積層するのに利用することができる。平板上に他の部品を搭載して積層すれば、高密度実装が可能になる。平板がケース6上に載置される場合、従来のパワー半導体モジュールでは封止材がケース6の上面6cに乗り上げると、平板の平坦性、ケース6の上面6cとの平行性が確保し難いのに対して、本実施形態のパワー半導体モジュール1は封止材がケース6の上面6cに乗り上げたとしても、平板を突起部6fで支持するから、平板の平坦性、ケース6の上面6cとの平行性を確保できるという効果を有する。
In the power semiconductor module 1 of this embodiment, a flat plate (not shown) is placed on the
また平板がケース6上に載置されたパワー半導体モジュール1は、平板の上方にばねが設けられ、ばねの付勢力によりパワー半導体モジュール1の金属基板2aを、当該金属基板2aと接する放熱フィンに対して押し付け固定し、これにより、金属基板2aと放熱フィンとの良好な接触性を確保し、よって放熱性を向上させる構造に用いることができる。この場合もパワー半導体モジュール1は、平板の平坦性、ケース6の上面6cとの平行性を確保できるという効果を有する。
Moreover, the power semiconductor module 1 in which the flat plate is placed on the
ケース6の突起部の変形例について、図6及び図7の平面図を用いて説明する。
図6に示す変形例の半導体装置21において、ケース6の上面6cが厚さ方向に二分され、外面6e側が内面6d側よりも高さが高い、突起部6gとなっている。この突起部6gは、ケース6の上面6cの長手方向中央部には形成されていない。ケース6の上面6cの長手方向中央部にこの突起部6gが形成されていないことにより、上述したケース6の反りに対して。蓋11を平坦に支持するのが容易になり、接着性を向上させている。
A modification of the protruding portion of the
In the
図7に示す変形例の半導体装置31において、突起部6hは、図2に示した突起部6fと比べて、ケース6の上面6c上における位置はほぼ同じであり、各突起部6hの厚さが、厚さ方向で二分の一になり、ケース6の外面6e側に突起部6hが形成されている。
In the
図6に示した突起部6g及び図7に示した突起部6hは、図2に示した突起部6fとは突起の形状が異なるが、突起の高さは図2に示した突起部6fと同様とすることができる。また、ケース6の反りを考慮して、ケース6の上面6cの長手方向端部近傍に設けた突起部6g、6hの高さを、ケース6の上面6cの長手方向中央部寄りに設けた突起部6g、6hの高さよりも、相対的に高くすることもできる。
The
図6に示した変形例の作用効果を、図8を用いて説明し、図7に示した変形例の作用効果を、図9を用いて説明する。図8、図9は、これらの変形例の場合に、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合の状況を示す平面的な模式図である。
The operational effects of the modification shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. 8, and the operational effects of the modification shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG. FIG. 8 and FIG. 9 are schematic plan views showing the situation when the sealing
図8、図9から分かるように、突起部6g、6hの厚さがケース6の上面6cの厚さを分割した厚さに相当し、薄いので、封止材10の注入時、又は封止材10が注入された後であって固化前の搬送時に、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合であっても、封止材10は、突起部6g、6hの側面に回り込み上面には乗り上げない。したがって、本実施形態のパワー半導体モジュール1は、外観不良にならない。また、封止材10を注入するときの作業性を向上させることができる。
As can be seen from FIGS. 8 and 9, the thickness of the
更に、ケース6の上面6cに封止材10が乗り上げた場合であっても、封止材10は、突起部6g、6hには乗り上げないことから、蓋11を接着固定するときの接着性の低下を招くことはない。
Further, even when the sealing
ケース6の突起部の参考例について、図10の平面図を用いて説明する。
図10に示す参考例のパワー半導体モジュール111は、図6に示した変形例と近似の突起部106gを有している。突起部106gは、ケース6の上面6cが厚さ方向に二分され、外面6e側が内面6d側よりも高さが高い、突起部106gとなっている。この突起部106gが、ケース6の上面6c上において、全周にわたって形成されている点で、図6に示した突起部6gと相違している。図10に示す参考例の突起部106gは、上述したように反りが生じているケース6に対して。蓋11を平坦に支持することが、図6に示した変形例に比べると難しくなり、接着性の向上が少ない。
A reference example of the protrusion of the
The
比較例として図11に示した断面図を用いて従来のパワー半導体モジュール101を説明する。なお図11において、図1に示したパワー半導体モジュール1と同一の部材については同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
As a comparative example, a conventional
図11に示した従来のパワー半導体モジュール101が、図1に示した本考案の実施形態のパワー半導体モジュール1と相違する点は、半導体チップ3が搭載された絶縁基板2の周縁にケース106が取り付けられている点である。このケース106は、図1に示した本考案の実施形態のパワー半導体モジュール1のケース6に形成された突起部6fを有しない点でケース6とは相違し、他の構成は同一である。
The conventional
かかる従来の半導体モジュール101のケース106の内部空間に封止材10を注入し、ケース106の上面に封止材10が乗り上げた状況を断面図で図12に示し、平面的な部分模式図で図13に示す。図12、13に示すように、ケース106の上面に封止材106が乗り上げると、蓋11を乗せた場合にその蓋11が平坦になるように支持されず、接着固定するときの接着性が劣り、また、外観不良であった。
FIG. 12 is a sectional view showing a state in which the sealing
1 パワー半導体モジュール
2 絶縁基板
3 半導体チップ
4 はんだ
5 コンデンサチップ
6 ケース
6c 上面
6f 突起部
6g 突起部
6h 突起部
7 絶縁性接着剤
8 リード
9 ボンディングワイヤ
10 封止材
11 蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
該絶縁基板上に搭載された半導体素子と、
該絶縁基板の周縁を囲い、該半導体素子を収容する中空のケースと、
該ケース内に充填され、該ケース内を封止する封止材と
を備え、かつ
該ケースが、該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有することを特徴とする半導体装置。 An insulating substrate;
A semiconductor element mounted on the insulating substrate;
A hollow case surrounding the periphery of the insulating substrate and containing the semiconductor element;
A semiconductor device comprising: a sealing material which is filled in the case and seals the inside of the case; and the case has a protrusion partly protruding from an upper surface of the case.
該ケースの上面から部分的に突出する突起部を有することを特徴とする半導体装置用ケース。 A hollow case that surrounds the periphery of the insulating substrate, accommodates semiconductor elements, and is filled with a sealing material,
A semiconductor device case having a protrusion partly protruding from an upper surface of the case.
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