JP3440824B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器内に半導体素
子が収納され樹脂が充填される半導体装置に関する。
子が収納され樹脂が充填される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来の半導体装置としては、特
開平8−125071 号公報に記載のパワー半導体装置があ
る。図１０は、従来のパワー半導体装置の概略説明図で
ある。金属ベース板１に、その表面及び裏面にそれぞれ
銅板３ｂが形成されたセラミックス基板３ａが半田付け
され、表面に形成された銅板から外部引出端子９が取り
出される。絶縁基板の外周部はシリコーンゴム接着剤１
４によって被覆され、絶縁基板の全体が容器６内に注入
されるゲル状シリコーンゴム５ｂによって被覆される。
端子ブロック８とゲル状シリコーンゴム５ｂ及び容器６
との間は、エポキシ樹脂１５によって封止されている。
開平8−125071 号公報に記載のパワー半導体装置があ
る。図１０は、従来のパワー半導体装置の概略説明図で
ある。金属ベース板１に、その表面及び裏面にそれぞれ
銅板３ｂが形成されたセラミックス基板３ａが半田付け
され、表面に形成された銅板から外部引出端子９が取り
出される。絶縁基板の外周部はシリコーンゴム接着剤１
４によって被覆され、絶縁基板の全体が容器６内に注入
されるゲル状シリコーンゴム５ｂによって被覆される。
端子ブロック８とゲル状シリコーンゴム５ｂ及び容器６
との間は、エポキシ樹脂１５によって封止されている。
【０００３】本従来の半導体装置においては、セラミッ
クス基板の外周部を被覆するシリコーンゴム接着剤１４
によって、回路基板の沿面耐圧の低下が防止されてい
る。
クス基板の外周部を被覆するシリコーンゴム接着剤１４
によって、回路基板の沿面耐圧の低下が防止されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体装置
においては、次のような問題が発生する。
においては、次のような問題が発生する。
【０００５】第１に、ゲル状シリコーンゴム５ｂがエポ
キシ樹脂１５で封止されているため、装置稼働時にゲル
状シリコーンゴム５ｂの膨張収縮が発生した場合、図１
０における内部応力１６の発生によりシリコーンゴム接
着剤１４との界面で、図１１に示すような剥離欠陥１８
が生じる。このような剥離欠陥は、セラミックス基板を
絶縁破壊に至らしめる。
キシ樹脂１５で封止されているため、装置稼働時にゲル
状シリコーンゴム５ｂの膨張収縮が発生した場合、図１
０における内部応力１６の発生によりシリコーンゴム接
着剤１４との界面で、図１１に示すような剥離欠陥１８
が生じる。このような剥離欠陥は、セラミックス基板を
絶縁破壊に至らしめる。
【０００６】第２に、図１０に示すようなシリコーンゴ
ム接着剤の膨張収縮１７によってセラミックス基板外周
部が曲げられて、図１１の３Ｃのように、セラミックス
基板３ａが破壊されるおそれがある。セラミックス基板
３ａが破壊されると、セラミックス基板３ａの表面に形
成された銅板とベース板１との間の沿面距離が短くな
り、半導体装置の耐電圧性能が低下してしまう。
ム接着剤の膨張収縮１７によってセラミックス基板外周
部が曲げられて、図１１の３Ｃのように、セラミックス
基板３ａが破壊されるおそれがある。セラミックス基板
３ａが破壊されると、セラミックス基板３ａの表面に形
成された銅板とベース板１との間の沿面距離が短くな
り、半導体装置の耐電圧性能が低下してしまう。
【０００７】本発明は、上記の問題点を考慮してなされ
たものであり、耐電圧性能が低下しにくい信頼性の高い
半導体装置を提供することを目的とする。
たものであり、耐電圧性能が低下しにくい信頼性の高い
半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、ベース板と、表面に導電体を有し裏面がベース板に
対向するようにベース板に搭載される絶縁板とを持って
いる。絶縁板は容器で囲まれ、容器内には半導体素子が
収納される。容器内には、第１の樹脂が充填される。さ
らに、絶縁板の表面において、導電体の端部と絶縁板の
外周端との間に位置する領域が、第２の樹脂で被覆され
る。この第２の樹脂の端部は導電体の端部と絶縁板の外
周端との間に位置する。
は、ベース板と、表面に導電体を有し裏面がベース板に
対向するようにベース板に搭載される絶縁板とを持って
いる。絶縁板は容器で囲まれ、容器内には半導体素子が
収納される。容器内には、第１の樹脂が充填される。さ
らに、絶縁板の表面において、導電体の端部と絶縁板の
外周端との間に位置する領域が、第２の樹脂で被覆され
る。この第２の樹脂の端部は導電体の端部と絶縁板の外
周端との間に位置する。
【０００９】本発明による半導体装置において、第２の
樹脂の端部が導電体の端部と絶縁板の外周端との間に位
置する個所では、第２の樹脂がベース板に接触しない。
このため、第２の樹脂内において第１の樹脂と第２の樹
脂の間の剥離や絶縁板の外周端の変形などを起こすよう
な応力が緩和される。従って、半導体装置の耐電圧性能
が低下しにくくなる。
樹脂の端部が導電体の端部と絶縁板の外周端との間に位
置する個所では、第２の樹脂がベース板に接触しない。
このため、第２の樹脂内において第１の樹脂と第２の樹
脂の間の剥離や絶縁板の外周端の変形などを起こすよう
な応力が緩和される。従って、半導体装置の耐電圧性能
が低下しにくくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図面中において、同一物及び相当物には
同じ符号を記す。
いて説明する。図面中において、同一物及び相当物には
同じ符号を記す。
【００１１】図１は、本発明の第１の実施例であるモジ
ュール型のパワー半導体装置の部分断面図である。
ュール型のパワー半導体装置の部分断面図である。
【００１２】図１に示すように、表面及び裏面に厚さの
薄い銅板３ｂが形成された絶縁性セラミックスの窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）基板３ａが、Ａｌ−ＳｉＣから成
る金属製のベース板１上に搭載される。窒化アルミニウ
ム基板３ａの裏面はベース板の表面と対向し、この裏面
に形成された銅板３ｂとベース板１の表面とが、半田２
（例えばＳｎ−４０ｗｔ％Ｐｂ半田）によって接合され
る。ベース板１の外周部には、絶縁樹脂からなる容器６
が接着剤７によって接着され、容器６内には、窒化アル
ミニウム基板３ａ，その表面の銅板３ｂ及び窒化アルミ
ニウム基板３ａ外周端部の後述するシリコーン系樹脂４
を覆うように、シリコーン系の絶縁性ゲル状樹脂５ａが
充填される。
薄い銅板３ｂが形成された絶縁性セラミックスの窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）基板３ａが、Ａｌ−ＳｉＣから成
る金属製のベース板１上に搭載される。窒化アルミニウ
ム基板３ａの裏面はベース板の表面と対向し、この裏面
に形成された銅板３ｂとベース板１の表面とが、半田２
（例えばＳｎ−４０ｗｔ％Ｐｂ半田）によって接合され
る。ベース板１の外周部には、絶縁樹脂からなる容器６
が接着剤７によって接着され、容器６内には、窒化アル
ミニウム基板３ａ，その表面の銅板３ｂ及び窒化アルミ
ニウム基板３ａ外周端部の後述するシリコーン系樹脂４
を覆うように、シリコーン系の絶縁性ゲル状樹脂５ａが
充填される。
【００１３】本実施例においては、図１に示すように、
窒化アルミニウム基板３ａの外周端部と窒化アルミニウ
ム基板３ａの表面の銅板の端部との間における窒化アル
ミニウム基板３ａの表面がシリコーン系樹脂４によって
覆われている。しかも、シリコーン系樹脂４の絶縁耐圧
(２１kVrms／mm）は、絶縁性ゲル状樹脂５ａの絶縁耐圧
(１４kVrms／mm）よりも大きい。従って、窒化アルミニ
ウム基板３ａの表面が絶縁性ゲル状樹脂のみで覆われる
場合に比較して、窒化アルミニウム基板３ａの沿面耐圧
が向上する。また、シリコーン系樹脂４の絶縁耐圧は、
窒化アルミニウム基板３ａの絶縁耐圧(１０〜１３kVrms
／mm）よりも大きい。そして、本実施例では、窒化アル
ミニウム基板３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３
ａの表面の銅板の端部との距離は窒化アルミニウム基板
３ａの厚さよりも大きいので、シリコーン系樹脂４の沿
面方向の厚さが窒化アルミニウム基板３ａの厚さよりも
大きくなる。このため、シリコーン系樹脂４の絶縁破壊
電圧が窒化アルミニウム基板３ａの絶縁破壊電圧よりも
大きい。従って、沿面における絶縁破壊が起こりにくく
なり、絶縁破壊電圧を窒化アルミニウム基板３ａによっ
て設定できるので、絶縁破壊電圧の設定が容易になる。
窒化アルミニウム基板３ａの外周端部と窒化アルミニウ
ム基板３ａの表面の銅板の端部との間における窒化アル
ミニウム基板３ａの表面がシリコーン系樹脂４によって
覆われている。しかも、シリコーン系樹脂４の絶縁耐圧
(２１kVrms／mm）は、絶縁性ゲル状樹脂５ａの絶縁耐圧
(１４kVrms／mm）よりも大きい。従って、窒化アルミニ
ウム基板３ａの表面が絶縁性ゲル状樹脂のみで覆われる
場合に比較して、窒化アルミニウム基板３ａの沿面耐圧
が向上する。また、シリコーン系樹脂４の絶縁耐圧は、
窒化アルミニウム基板３ａの絶縁耐圧(１０〜１３kVrms
／mm）よりも大きい。そして、本実施例では、窒化アル
ミニウム基板３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３
ａの表面の銅板の端部との距離は窒化アルミニウム基板
３ａの厚さよりも大きいので、シリコーン系樹脂４の沿
面方向の厚さが窒化アルミニウム基板３ａの厚さよりも
大きくなる。このため、シリコーン系樹脂４の絶縁破壊
電圧が窒化アルミニウム基板３ａの絶縁破壊電圧よりも
大きい。従って、沿面における絶縁破壊が起こりにくく
なり、絶縁破壊電圧を窒化アルミニウム基板３ａによっ
て設定できるので、絶縁破壊電圧の設定が容易になる。
【００１４】なお、窒化アルミニウム基板３ａの表面の
銅板の端部及びこの端部付近の銅板表面がシリコーン系
樹脂４によって覆われている。これも、銅板における電
界強度が大きな部分がシリコーン系樹脂４によって覆わ
れるので、沿面耐圧を向上するためには好ましい。
銅板の端部及びこの端部付近の銅板表面がシリコーン系
樹脂４によって覆われている。これも、銅板における電
界強度が大きな部分がシリコーン系樹脂４によって覆わ
れるので、沿面耐圧を向上するためには好ましい。
【００１５】さらに、窒化アルミニウム基板３ａの外周
側におけるシリコーン系樹脂４の端部は、窒化アルミニ
ウム基板３ａ外周端部の窒化アルミニウム基板３ａの表
面上に位置している。すなわち、シリコーン系樹脂４
は、容器６とベース板１との接着部と、窒化アルミニウ
ム基板３ａとベース板１との接着部と、の間に露出する
ベース板１の表面とは、接触しない。従って、絶縁性ゲ
ル状樹脂５ａやシリコーン系樹脂４の膨張収縮に伴い、
シリコーン系樹脂４内に応力が発生する場合でも、シリ
コーン系樹脂４とベース板１の間には応力が発生しな
い。これにより、シリコーン系樹脂４と絶縁性ゲル状樹
脂５ａ及び窒化アルミニウム基板３ａとの間に発生する
応力が緩和されるので、シリコーン系樹脂４と絶縁性ゲ
ル状樹脂５ａとの間の剥離や窒化アルミニウム基板３ａ
の破壊が起こりにくくなる。従って、本実施例のパワー
半導体装置では、耐電圧性能が低下しにくくなり、耐電
圧性能の信頼性が向上する。
側におけるシリコーン系樹脂４の端部は、窒化アルミニ
ウム基板３ａ外周端部の窒化アルミニウム基板３ａの表
面上に位置している。すなわち、シリコーン系樹脂４
は、容器６とベース板１との接着部と、窒化アルミニウ
ム基板３ａとベース板１との接着部と、の間に露出する
ベース板１の表面とは、接触しない。従って、絶縁性ゲ
ル状樹脂５ａやシリコーン系樹脂４の膨張収縮に伴い、
シリコーン系樹脂４内に応力が発生する場合でも、シリ
コーン系樹脂４とベース板１の間には応力が発生しな
い。これにより、シリコーン系樹脂４と絶縁性ゲル状樹
脂５ａ及び窒化アルミニウム基板３ａとの間に発生する
応力が緩和されるので、シリコーン系樹脂４と絶縁性ゲ
ル状樹脂５ａとの間の剥離や窒化アルミニウム基板３ａ
の破壊が起こりにくくなる。従って、本実施例のパワー
半導体装置では、耐電圧性能が低下しにくくなり、耐電
圧性能の信頼性が向上する。
【００１６】図２は、図１の実施例における窒化アルミ
ニウム基板３ａの全体を示す平面図である。窒化アルミ
ニウム基板３ａの表面には、複数の銅板３ｂが形成され
る。各銅板上には、パワー半導体素子であるＩＧＢＴ１
００及びダイオード１１０の半導体チップ，外部引出主
端子９、及び外部引出補助端子１０が半田により接合さ
れる。また、外部引出主端子９が接合される銅板と各半
導体チップとがアルミワイヤ２００により電気的に接続
される。シリコーン系樹脂４は、窒化アルミニウム基板
３ａの外周部全体に連続的に形成されている。このた
め、窒化アルミニウム基板３ａの外周部全体で、沿面耐
圧が向上すると共に耐電圧性能が低下しにくくなる。従
って、耐電圧性能の信頼性が大幅に向上する。
ニウム基板３ａの全体を示す平面図である。窒化アルミ
ニウム基板３ａの表面には、複数の銅板３ｂが形成され
る。各銅板上には、パワー半導体素子であるＩＧＢＴ１
００及びダイオード１１０の半導体チップ，外部引出主
端子９、及び外部引出補助端子１０が半田により接合さ
れる。また、外部引出主端子９が接合される銅板と各半
導体チップとがアルミワイヤ２００により電気的に接続
される。シリコーン系樹脂４は、窒化アルミニウム基板
３ａの外周部全体に連続的に形成されている。このた
め、窒化アルミニウム基板３ａの外周部全体で、沿面耐
圧が向上すると共に耐電圧性能が低下しにくくなる。従
って、耐電圧性能の信頼性が大幅に向上する。
【００１７】図３は、図１の実施例の全体構造を示す断
面図である。ベース板１には、図１及び図２で示した窒
化アルミニウム基板３ａが複数接合され、それぞれの窒
化アルミニウム基板３ａから外部引出主端子９及び外部
引出補助端子１０が取り出される。外部引出主端子９及
び外部引出補助端子１０は、端子ブロック８に挿入さ
れ、端子ブロック表面に露出された部分で外部回路と接
続される。ベース板１の外周には、樹脂の枠体である容
器６が接着される。端子ブロック８は、容器６の蓋でも
ある。この容器６に、窒化アルミニウム基板３ａ，外部
引出主端子９，外部引出補助端子１０，パワー半導体素
子はとり囲まれて収納される。容器６内には、絶縁性ゲ
ル状樹脂５ａが充填され、絶縁性ゲル状樹脂５ａによっ
て、窒化アルミニウム基板３ａ，その表面の銅板３ｂ，
銅板３ｂと外部引出主端子９及び外部引出補助端子１０
との接合部，パワー半導体素子，シリコーン系樹脂４が
被覆されている。絶縁性ゲル状樹脂５ａの上には、さら
に２層目の絶縁性ゲル状樹脂５ｂが充填されている。こ
のように、絶縁性ゲル状樹脂を複数回に分けて充填する
ことにより、窒化アルミニウム基板３ａ，その表面の銅
板３ｂ，銅板３ｂと外部引出主端子９及び外部引出補助
端子１０との接合部，パワー半導体素子，シリコーン系
樹脂４の付近において絶縁性ゲル状樹脂における気泡な
どのボイドが発生しにくくなり、ボイドによるパワー半
導体装置の耐電圧性能の劣化を防止できる。また、容器
６内においては、２層目の絶縁性ゲル状樹脂５ｂと端子
ブロック８との間に空隙１１がある。このため、絶縁性
ゲル状樹脂５ａ及び５ｂが膨張しても、この空隙内に伸
びるので、端子ブロック８が絶縁性ゲル状樹脂５ａ及び
５ｂによって圧迫されない。従って、絶縁性ゲル状樹脂
の膨張収縮に伴うシリコーン系樹脂４内の応力を緩和で
きる。従って、よりいっそう、パワー半導体装置の耐電
圧性能が低下しにくくなる。
面図である。ベース板１には、図１及び図２で示した窒
化アルミニウム基板３ａが複数接合され、それぞれの窒
化アルミニウム基板３ａから外部引出主端子９及び外部
引出補助端子１０が取り出される。外部引出主端子９及
び外部引出補助端子１０は、端子ブロック８に挿入さ
れ、端子ブロック表面に露出された部分で外部回路と接
続される。ベース板１の外周には、樹脂の枠体である容
器６が接着される。端子ブロック８は、容器６の蓋でも
ある。この容器６に、窒化アルミニウム基板３ａ，外部
引出主端子９，外部引出補助端子１０，パワー半導体素
子はとり囲まれて収納される。容器６内には、絶縁性ゲ
ル状樹脂５ａが充填され、絶縁性ゲル状樹脂５ａによっ
て、窒化アルミニウム基板３ａ，その表面の銅板３ｂ，
銅板３ｂと外部引出主端子９及び外部引出補助端子１０
との接合部，パワー半導体素子，シリコーン系樹脂４が
被覆されている。絶縁性ゲル状樹脂５ａの上には、さら
に２層目の絶縁性ゲル状樹脂５ｂが充填されている。こ
のように、絶縁性ゲル状樹脂を複数回に分けて充填する
ことにより、窒化アルミニウム基板３ａ，その表面の銅
板３ｂ，銅板３ｂと外部引出主端子９及び外部引出補助
端子１０との接合部，パワー半導体素子，シリコーン系
樹脂４の付近において絶縁性ゲル状樹脂における気泡な
どのボイドが発生しにくくなり、ボイドによるパワー半
導体装置の耐電圧性能の劣化を防止できる。また、容器
６内においては、２層目の絶縁性ゲル状樹脂５ｂと端子
ブロック８との間に空隙１１がある。このため、絶縁性
ゲル状樹脂５ａ及び５ｂが膨張しても、この空隙内に伸
びるので、端子ブロック８が絶縁性ゲル状樹脂５ａ及び
５ｂによって圧迫されない。従って、絶縁性ゲル状樹脂
の膨張収縮に伴うシリコーン系樹脂４内の応力を緩和で
きる。従って、よりいっそう、パワー半導体装置の耐電
圧性能が低下しにくくなる。
【００１８】シリコーン系樹脂４の被覆方法は、あらか
じめ、半導体チップを高融点半田材(例えばＰｂ−５ｗ
ｔ％Ｓｎ−１.５ｗｔ％Ａｇ）で窒化アルミニウム基板
３ａにＨ2 雰囲気中で加熱（３５０℃）して接合させ、
アルミワイヤボンデングで配線する。その後、窒化アル
ミニウム基板３ａを、低融点の半田２（例えばＳｎ−４
０ｗｔ％Ｐｂ半田) でベース板１にＨ2 雰囲気中で加熱
（２４０℃）して接合させる。次に、窒化アルミニウム
基板３ａの外周部全体において、シリコーン系樹脂４
を、デスペンサーなどを用いて、窒化アルミニウム基板
３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３ａの表面の銅
板の端部との間における窒化アルミニウム基板３ａの表
面に塗布する。この場合、シリコーン系樹脂４がベース
板１側に流れださないようにする。次いで、シリコーン
系樹脂４を、恒温槽中で、温度150℃で１時間加熱して
硬化させる。その後、窒化アルミニウム基板３ａ表面の
銅板に外部引出主端子９及び外部引出補助端子を半田付
けし、ベース板１の外周部に絶縁樹脂の枠体からなる容
器６を接着する。その後、容器６内に絶縁性ゲル状樹脂
を注入し、脱泡処理を行った後、加熱硬化させて半導体
装置を完成させる。
じめ、半導体チップを高融点半田材(例えばＰｂ−５ｗ
ｔ％Ｓｎ−１.５ｗｔ％Ａｇ）で窒化アルミニウム基板
３ａにＨ2 雰囲気中で加熱（３５０℃）して接合させ、
アルミワイヤボンデングで配線する。その後、窒化アル
ミニウム基板３ａを、低融点の半田２（例えばＳｎ−４
０ｗｔ％Ｐｂ半田) でベース板１にＨ2 雰囲気中で加熱
（２４０℃）して接合させる。次に、窒化アルミニウム
基板３ａの外周部全体において、シリコーン系樹脂４
を、デスペンサーなどを用いて、窒化アルミニウム基板
３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３ａの表面の銅
板の端部との間における窒化アルミニウム基板３ａの表
面に塗布する。この場合、シリコーン系樹脂４がベース
板１側に流れださないようにする。次いで、シリコーン
系樹脂４を、恒温槽中で、温度150℃で１時間加熱して
硬化させる。その後、窒化アルミニウム基板３ａ表面の
銅板に外部引出主端子９及び外部引出補助端子を半田付
けし、ベース板１の外周部に絶縁樹脂の枠体からなる容
器６を接着する。その後、容器６内に絶縁性ゲル状樹脂
を注入し、脱泡処理を行った後、加熱硬化させて半導体
装置を完成させる。
【００１９】図９に、本実施例における窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）基板沿面距離と絶縁破壊電圧との関係の１
例を示す。図９の沿面部全域の場合が示すように、本実
施例によれば、従来構造と沿面距離が同じでも絶縁破壊
電圧が大幅に向上する。しかも、本実施例の効果は、従
来構造において沿面距離を大きくするよりも大きい。こ
の例において、従来構造の絶縁破壊は、図１２に示すよ
うに、絶縁性ゲル状樹脂５ａのバルク中か、絶縁性ゲル
状樹脂５ａと窒化アルミニウム基板３ａとの界面で起き
る。これに対し、本実施例の絶縁破壊は、図１３に示す
ように、シリコーン系樹脂４中か、あるいは窒化アルミ
ニウム基板３ａのバルク中で起きている。このような、
絶縁破壊の様子の違いが、絶縁破壊電圧の違いとして現
れている。
ム（ＡｌＮ）基板沿面距離と絶縁破壊電圧との関係の１
例を示す。図９の沿面部全域の場合が示すように、本実
施例によれば、従来構造と沿面距離が同じでも絶縁破壊
電圧が大幅に向上する。しかも、本実施例の効果は、従
来構造において沿面距離を大きくするよりも大きい。こ
の例において、従来構造の絶縁破壊は、図１２に示すよ
うに、絶縁性ゲル状樹脂５ａのバルク中か、絶縁性ゲル
状樹脂５ａと窒化アルミニウム基板３ａとの界面で起き
る。これに対し、本実施例の絶縁破壊は、図１３に示す
ように、シリコーン系樹脂４中か、あるいは窒化アルミ
ニウム基板３ａのバルク中で起きている。このような、
絶縁破壊の様子の違いが、絶縁破壊電圧の違いとして現
れている。
【００２０】本実施例は、次のように種々の変形が可能
である。
である。
【００２１】図１において、シリコーン系樹脂４は、容
器６とベース板１との接着部と、窒化アルミニウム基板
３ａとベース板１との接着部と、の間に露出するベース
板１の表面と接触しなければ、窒化アルミニウム基板３
ａの外周端から外側にはみ出してもさしつかえない。さ
らに、シリコーン系樹脂４の代わりに、絶縁基板よりも
高絶縁耐圧のものが得られるポリアミド系樹脂(絶縁耐
圧が２３０kVrms／mm程度）やポリイミド系樹脂(絶縁耐
圧が２００kVrms／mm程度）を用いることができる。ま
た、窒化アルミニウム基板３ａの代わりに、アルミナ製
や樹脂製の他の絶縁基板を使用してもよい。窒化アルミ
ニウム基板３ａの表面及び裏面に形成される銅板３ｂ
は、導体であれば、他の金属や合金などを使用できる。
窒化アルミニウム基板３ａとベース１との接合、銅板３
ｂと半導体素子及び外部引出端子との接合は、半田２に
よるほか金属ろう材によってもよい。さらに、図１の実
施例では、ベース板の材料をＡｌ−ＳｉＣとしたが、こ
れは半導体材料とベース板の材料の熱膨張係数の大きさ
を近付けて、熱応力による電気的特性の劣化を防止する
ものである。従って、ベース板１はＭｏ製またはＷ製と
してもよい。また、ベース板の放熱性を良くするため
に、ベース板１の材料を、銅などの他の金属や合金とし
てもよい。なお、半導体素子としては、本実施例におけ
るＩＧＢＴ及びダイオードのほか、パワートランジス
タ，MOSFET，サイリスタなど各種の半導体素子を適用で
きる。また、これら半導体素子は、窒化アルミニウム基
板３ａとは別の基板に取り付けて容器６内に収納しても
良い。このような変形は、他の実施例においても同様に
可能である。
器６とベース板１との接着部と、窒化アルミニウム基板
３ａとベース板１との接着部と、の間に露出するベース
板１の表面と接触しなければ、窒化アルミニウム基板３
ａの外周端から外側にはみ出してもさしつかえない。さ
らに、シリコーン系樹脂４の代わりに、絶縁基板よりも
高絶縁耐圧のものが得られるポリアミド系樹脂(絶縁耐
圧が２３０kVrms／mm程度）やポリイミド系樹脂(絶縁耐
圧が２００kVrms／mm程度）を用いることができる。ま
た、窒化アルミニウム基板３ａの代わりに、アルミナ製
や樹脂製の他の絶縁基板を使用してもよい。窒化アルミ
ニウム基板３ａの表面及び裏面に形成される銅板３ｂ
は、導体であれば、他の金属や合金などを使用できる。
窒化アルミニウム基板３ａとベース１との接合、銅板３
ｂと半導体素子及び外部引出端子との接合は、半田２に
よるほか金属ろう材によってもよい。さらに、図１の実
施例では、ベース板の材料をＡｌ−ＳｉＣとしたが、こ
れは半導体材料とベース板の材料の熱膨張係数の大きさ
を近付けて、熱応力による電気的特性の劣化を防止する
ものである。従って、ベース板１はＭｏ製またはＷ製と
してもよい。また、ベース板の放熱性を良くするため
に、ベース板１の材料を、銅などの他の金属や合金とし
てもよい。なお、半導体素子としては、本実施例におけ
るＩＧＢＴ及びダイオードのほか、パワートランジス
タ，MOSFET，サイリスタなど各種の半導体素子を適用で
きる。また、これら半導体素子は、窒化アルミニウム基
板３ａとは別の基板に取り付けて容器６内に収納しても
良い。このような変形は、他の実施例においても同様に
可能である。
【００２２】図４は、本発明による第２の実施例である
パワー半導体装置における窒化アルミニウム基板の平面
図である。本実施例においては、窒化アルミニウム基板
３ａの外周部全域のうち、少なくとも絶縁破壊が起き易
い窒化アルミニウム基板３ａのコーナー部を含む領域
が、シリコーン系樹脂４で部分的に被覆されている。こ
の点が、図２の実施例と異なる。本実施例によっても、
図９の部分被覆の場合が示すように、絶縁破壊電圧を大
きくすることができる。さらに、本実施例によれば、シ
リコーン系樹脂４を塗布する個所が少なくなるので、塗
布に要する時間が短縮され作業性が向上すると共に、塗
布のむらが少なくなるので絶縁耐圧の歩留まりが向上す
る。
パワー半導体装置における窒化アルミニウム基板の平面
図である。本実施例においては、窒化アルミニウム基板
３ａの外周部全域のうち、少なくとも絶縁破壊が起き易
い窒化アルミニウム基板３ａのコーナー部を含む領域
が、シリコーン系樹脂４で部分的に被覆されている。こ
の点が、図２の実施例と異なる。本実施例によっても、
図９の部分被覆の場合が示すように、絶縁破壊電圧を大
きくすることができる。さらに、本実施例によれば、シ
リコーン系樹脂４を塗布する個所が少なくなるので、塗
布に要する時間が短縮され作業性が向上すると共に、塗
布のむらが少なくなるので絶縁耐圧の歩留まりが向上す
る。
【００２３】図５は、本発明による第３の実施例である
パワー半導体装置における窒化アルミニウム基板の平面
斜視図である。窒化アルミニウム基板３ａの外周部の輪
郭形状と同じ形状の環状の絶縁性のＰＰＳ（ポリフェニ
レンサルファイド）樹脂構造１２ａを準備し、これが、
後述するように、シリコーン系樹脂４で窒化アルミニウ
ム基板の外周部全域に接着される。
パワー半導体装置における窒化アルミニウム基板の平面
斜視図である。窒化アルミニウム基板３ａの外周部の輪
郭形状と同じ形状の環状の絶縁性のＰＰＳ（ポリフェニ
レンサルファイド）樹脂構造１２ａを準備し、これが、
後述するように、シリコーン系樹脂４で窒化アルミニウ
ム基板の外周部全域に接着される。
【００２４】図６は、図５の実施例の部分断面図であ
る。ＰＰＳ樹脂構造体１２ａは、窒化アルミニウム基板
３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３ａの表面の銅
板の端部との間における窒化アルミニウム基板３ａの表
面上に、同表面を被覆するシリコーン系樹脂４によって
接着される。すなわち、本実施例は、図１の実施例にお
けるシリコーン系樹脂４上にＰＰＳ樹脂構造体１２ａを
設けたものに相当する。本実施例では、ＰＰＳ樹脂構造
体１２ａにより、窒化アルミニウム基板３ａの沿面距離
が実質的に増大する。従って、窒化アルミニウム基板３
ａとベース板１間の絶縁耐圧が向上する。なお、ＰＰＳ
樹脂構造体１２ａの代わりに、セラミックスなどの他の
絶縁体からなる構造体を用いてもよい。
る。ＰＰＳ樹脂構造体１２ａは、窒化アルミニウム基板
３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３ａの表面の銅
板の端部との間における窒化アルミニウム基板３ａの表
面上に、同表面を被覆するシリコーン系樹脂４によって
接着される。すなわち、本実施例は、図１の実施例にお
けるシリコーン系樹脂４上にＰＰＳ樹脂構造体１２ａを
設けたものに相当する。本実施例では、ＰＰＳ樹脂構造
体１２ａにより、窒化アルミニウム基板３ａの沿面距離
が実質的に増大する。従って、窒化アルミニウム基板３
ａとベース板１間の絶縁耐圧が向上する。なお、ＰＰＳ
樹脂構造体１２ａの代わりに、セラミックスなどの他の
絶縁体からなる構造体を用いてもよい。
【００２５】図７は、本発明による第４の実施例である
パワー半導体装置の部分断面図である。本実施例におい
ても、図６の実施例と同様に、ＰＰＳ樹脂構造体１２ｂ
により窒化アルミニウム基板３ａの沿面距離が実質的に
増大する。本実施例においては、ＰＰＳ樹脂構造体１２
ｂは、窒化アルミニウム基板３ａの外周部の輪郭形状と
同じ形状の環状であるが、図６の実施例と異なり、ベー
ス板１の表面に接着される。窒化アルミニウム基板３ａ
は、このＰＰＳ樹脂構造体１２ｂ内に位置し、半田２に
よってベース板１に接合される。前述の各実施例と同様
に、窒化アルミニウム基板３ａの外周端部と窒化アルミ
ニウム基板３ａの表面の銅板の端部との間における窒化
アルミニウム基板３ａの表面がシリコーン系樹脂４によ
って覆われている。そして、ＰＰＳ樹脂構造体１２ｂの
内側すなわち窒化アルミニウム基板３ａ側の側面にはシ
リコーン系絶縁樹脂４が接着し、ＰＰＳ樹脂構造体１２
ｂが支持されると共に、シリコーン系絶縁樹脂４とＰＰ
Ｓ樹脂構造体１２ｂにより沿面距離が確保されている。
なお、本実施例においても、ＰＰＳ樹脂構造体12ｂに代
えて、セラミックスなどの他の絶縁体からなる構造体を
用いることができる。
パワー半導体装置の部分断面図である。本実施例におい
ても、図６の実施例と同様に、ＰＰＳ樹脂構造体１２ｂ
により窒化アルミニウム基板３ａの沿面距離が実質的に
増大する。本実施例においては、ＰＰＳ樹脂構造体１２
ｂは、窒化アルミニウム基板３ａの外周部の輪郭形状と
同じ形状の環状であるが、図６の実施例と異なり、ベー
ス板１の表面に接着される。窒化アルミニウム基板３ａ
は、このＰＰＳ樹脂構造体１２ｂ内に位置し、半田２に
よってベース板１に接合される。前述の各実施例と同様
に、窒化アルミニウム基板３ａの外周端部と窒化アルミ
ニウム基板３ａの表面の銅板の端部との間における窒化
アルミニウム基板３ａの表面がシリコーン系樹脂４によ
って覆われている。そして、ＰＰＳ樹脂構造体１２ｂの
内側すなわち窒化アルミニウム基板３ａ側の側面にはシ
リコーン系絶縁樹脂４が接着し、ＰＰＳ樹脂構造体１２
ｂが支持されると共に、シリコーン系絶縁樹脂４とＰＰ
Ｓ樹脂構造体１２ｂにより沿面距離が確保されている。
なお、本実施例においても、ＰＰＳ樹脂構造体12ｂに代
えて、セラミックスなどの他の絶縁体からなる構造体を
用いることができる。
【００２６】図８は、本発明による第５の実施例である
パワー半導体装置の部分断面図である。窒化アルミニウ
ム基板３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３ａの表
面の銅板の端部との間における窒化アルミニウム基板３
ａの表面には、絶縁性の樹脂シート１３（例えば、ポリ
イミド系フイルムシート）が接着される。さらに、樹脂
シートの表面を含む、窒化アルミニウム基板３ａの外周
端部と窒化アルミニウム基板３ａの表面の銅板の端部と
の間における窒化アルミニウム基板３ａの表面上が、シ
リコーン系樹脂４により被覆される。窒化アルミニウム
基板３ａの沿面に接着する樹脂シートによって、少量の
シリコーン系樹脂によって沿面距離を増加させることが
できる。また、本実施例においては、窒化アルミニウム
基板３ａの周囲のベース板１の表面も、絶縁性の樹脂シ
ート１３で被覆されている。この絶縁性の樹脂シート１
３は、窒化アルミニウム基板３ａとベース板１との接合
部における半田２及び銅板３ｂの表面をも被覆してい
る。また、図示されていないが、接合部から外側へ伸び
る半田のはみ出しや突起があっても、半田のはみ出しや
突起は樹脂シート１３で被覆される。従って、さらに沿
面距離が大きくなり、絶縁耐圧の信頼性が向上する。
パワー半導体装置の部分断面図である。窒化アルミニウ
ム基板３ａの外周端部と窒化アルミニウム基板３ａの表
面の銅板の端部との間における窒化アルミニウム基板３
ａの表面には、絶縁性の樹脂シート１３（例えば、ポリ
イミド系フイルムシート）が接着される。さらに、樹脂
シートの表面を含む、窒化アルミニウム基板３ａの外周
端部と窒化アルミニウム基板３ａの表面の銅板の端部と
の間における窒化アルミニウム基板３ａの表面上が、シ
リコーン系樹脂４により被覆される。窒化アルミニウム
基板３ａの沿面に接着する樹脂シートによって、少量の
シリコーン系樹脂によって沿面距離を増加させることが
できる。また、本実施例においては、窒化アルミニウム
基板３ａの周囲のベース板１の表面も、絶縁性の樹脂シ
ート１３で被覆されている。この絶縁性の樹脂シート１
３は、窒化アルミニウム基板３ａとベース板１との接合
部における半田２及び銅板３ｂの表面をも被覆してい
る。また、図示されていないが、接合部から外側へ伸び
る半田のはみ出しや突起があっても、半田のはみ出しや
突起は樹脂シート１３で被覆される。従って、さらに沿
面距離が大きくなり、絶縁耐圧の信頼性が向上する。
【００２７】以上の実施例によれば、耐圧４５００Ｖ以
上の絶縁モジュール型のパワー半導体装置を実現するこ
とができる。例えば、耐圧５０００Ｖ〜６０００Ｖ級の
IGBTモジュールが実現可能となる。このため、高電圧の
電力変換用ＩＧＢＴインバータをＩＧＢＴモジュールで
構成することが可能になる。しかも、ＩＧＢＴモジュー
ルの直列数を少なくすることができるので、ＩＧＢＴイ
ンバータが小型化できる。
上の絶縁モジュール型のパワー半導体装置を実現するこ
とができる。例えば、耐圧５０００Ｖ〜６０００Ｖ級の
IGBTモジュールが実現可能となる。このため、高電圧の
電力変換用ＩＧＢＴインバータをＩＧＢＴモジュールで
構成することが可能になる。しかも、ＩＧＢＴモジュー
ルの直列数を少なくすることができるので、ＩＧＢＴイ
ンバータが小型化できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の耐電圧性
能の信頼性を向上できる。
能の信頼性を向上できる。
【図１】本発明の第１の実施例であるモジュール型のパ
ワー半導体装置の部分断面図。
ワー半導体装置の部分断面図。
【図２】図１の実施例における窒化アルミニウム基板の
全体を示す平面図。
全体を示す平面図。
【図３】図１の実施例の全体構造を示す断面図。
【図４】本発明による第２の実施例であるパワー半導体
装置における窒化アルミニウム基板の平面図。
装置における窒化アルミニウム基板の平面図。
【図５】本発明による第３の実施例であるパワー半導体
装置における窒化アルミニウム基板の平面斜視図。
装置における窒化アルミニウム基板の平面斜視図。
【図６】図５の実施例の部分断面図。
【図７】本発明による第４の実施例であるパワー半導体
装置の部分断面図。
装置の部分断面図。
【図８】本発明による第５の実施例であるパワー半導体
装置の部分断面図。
装置の部分断面図。
【図９】実施例における窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基
板沿面距離と絶縁破壊電圧との関係の１例。
板沿面距離と絶縁破壊電圧との関係の１例。
【図１０】従来のパワー半導体装置の概略説明図。
【図１１】従来のパワー半導体装置における剥離欠陥を
示す図。
示す図。
【図１２】従来構造の絶縁破壊を示す図。
【図１３】実施例における絶縁破壊を示す図。
１…ベース板、２…半田、３ａ…窒化アルミニウム基
板、３ｂ…銅板、４…シリコーン系樹脂、５ａ，５ｂ…
絶縁性ゲル状樹脂、６…容器、７…接着剤、８…端子ブ
ロック、９…外部引出主端子、１０…外部引出補助端
子、１１…空隙、１２ａ，１２ｂ…ＰＰＳ樹脂構造体、
１３…樹脂シート、１００…ＩＧＢＴ、１１０…ダイオ
ード、２００…アルミワイヤ。
板、３ｂ…銅板、４…シリコーン系樹脂、５ａ，５ｂ…
絶縁性ゲル状樹脂、６…容器、７…接着剤、８…端子ブ
ロック、９…外部引出主端子、１０…外部引出補助端
子、１１…空隙、１２ａ，１２ｂ…ＰＰＳ樹脂構造体、
１３…樹脂シート、１００…ＩＧＢＴ、１１０…ダイオ
ード、２００…アルミワイヤ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鈴木 和弘
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 小池 義彦
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(72)発明者 清水 英雄
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(56)参考文献 特開 平８−125071（ＪＰ，Ａ)
実開 昭47−648（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/28
H01L 23/36
Claims (9)
- 【請求項１】ベース板と、 表面に導電体を有し、裏面が前記ベース板に対向するよ
うに前記ベース板に搭載される絶縁板と、 前記絶縁板を囲む容器と、 前記容器内に収納される半導体素子と、 前記容器内に充填される第１の樹脂と、を備え、 前記絶縁板の前記表面において、前記導電体の端部と前
記絶縁板の外周端との間に位置する領域が、第２の樹脂
で被覆され、前記絶縁板の外周側における 前記第２の樹脂の端部が、
前記絶縁板の表面上に位置することを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記導電体の前記端部
が前記第２の樹脂で覆われていることを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記第２の樹脂の絶縁
耐圧が前記第１の樹脂の絶縁耐圧よりも大きいことを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記第２の樹脂の絶縁
耐圧が前記絶縁板の絶縁耐圧よりも大きく、前記導電体
の前記端部と前記絶縁板の前記外周端との間の距離が、
前記絶縁板の厚さよりも大きいことを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項５】請求項１において、前記第２の樹脂が、前
記絶縁板の外周部全体に形成されていることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項６】請求項１において、前記第１の樹脂がゲル
状樹脂であり、前記容器が蓋を有し、前記ゲル状樹脂と
前記蓋との間に空隙があることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項７】請求項１において、前記第２の樹脂が、前
記絶縁板の外周部において、少なくとも前記絶縁板のコ
ーナー部を含む領域が部分的に被覆されていることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項８】請求項１において、前記第２の樹脂と接着
する樹脂構造体を備えることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項９】請求項１において、前記絶縁板の前記表面
において、前記導電体の前記端部と前記絶縁板の前記外
周端との間に位置する前記領域に接着する樹脂シートを
有し、前記樹脂シートの表面を含む、前記領域の表面上
が前記第２の樹脂で被覆されることを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14689698A JP3440824B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 半導体装置 |
| EP99303988A EP0962974B1 (en) | 1998-05-28 | 1999-05-24 | Semiconductor device |
| DE69923374T DE69923374T2 (de) | 1998-05-28 | 1999-05-24 | Halbleitervorrichtung |
| RU99111593/28A RU2165115C2 (ru) | 1998-05-28 | 1999-05-27 | Полупроводниковое устройство |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14689698A JP3440824B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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