JP3788760B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両などの移動体に搭載する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来の移動体に搭載する半導体装置の一例である。図3において、1は筐体5内でボンディングワイヤ7によって電気的に接続された半導体素子であり、ボンディングワイヤ7により筐体5内の側面に設けられた電極6と接続することによって電路を形成している。半導体素子1は筐体5の底壁4上に半田3bで半田付けされた絶縁基板2上に半田3aで半田付けされている。8は筐体5内に充填されたゲル状樹脂であり、半導体素子1およびボンディングワイヤ7を絶縁被覆している。10はゲル状樹脂8に接触してゲル状樹脂8の振動を抑制する板状の制振部材であり、筐体5の両側面に結合した半導体装置の蓋9と棒状の部材15を介し結合している。制振部材10は筐体5内にゲル状樹脂8を充填する際に、ゲル状樹脂8に混入したエアを抜くための複数の貫通孔10aを備えている。
【0003】
この様に構成された半導体装置は、移動体に搭載されて使用されるため、半導体装置も搭載される移動体の振動により揺さぶられる。半導体装置の筐体5が揺さぶられると筐体5の内部に充填されたゲル状樹脂8も揺さぶられる。ゲル状樹脂8の振動の振幅は、筐体5の底面および側面等の壁面近傍では小さく、壁面から離れた筐体5内の中央部付近で大きい。特に、筐体5開口部のゲル状樹脂8表面部で最も大きい。ゲル状樹脂8の振動に伴ない、ボンディングワイヤ7のループ両端屈曲部には、ゲル状樹脂8の振動に伴なう繰り返し応力がかかり、ボンディングワイヤ7のループ両端屈曲部が破損するといった問題が生じるが、半導体装置の蓋9と結合した制振部材10がゲル状樹脂8に接触することにより、ゲル状樹脂8の振動を抑制し、ボンディングワイヤ7の破損を防いでいる。
【0004】
しかしながら、移動体、例えば車両に搭載される半導体装置では、車体の振動のみならず、車体のエンジンルームおよび周囲雰囲気等からの熱の影響も大きく、特に半導体装置が加熱された場合、筐体5内に充填されたゲル状樹脂8は膨張しようとする。この時、膨張したゲル状樹脂8は、制振部材10に設けられた複数の貫通孔10aから溢れ出る。従って、制振部材10に設けられた複数の貫通孔10aは、筐体5内にゲル状樹脂8を充填する際に、ゲル状樹脂8に混入したエアを抜くための作用とともに、加熱されることによって膨張したゲル状樹脂8を逃がす作用もしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、筐体5内にゲル状樹脂8を充填する際にゲル状樹脂8に混入したエアを抜くには、できるだけ多くの貫通孔を設けてゲル状樹脂8の上面の露出面積を大きくするのが望ましい。一方ゲル状樹脂8の振動を抑制するためにはゲル状樹脂8の制振部材10との接触面積を大きくするために貫通孔の数および大きさが制限される。従って、従来のように制振部材10に単純に複数の貫通孔を設けるだけでは筐体5内のゲル状樹脂8から効率良く、また完全にエアを抜くことは困難であった。
【0006】
さらに、制振部材10が固定されている場合には、半導体装置が加熱され、筐体5内に充填されたゲル状樹脂8が膨張し、制振部材10に設けられた複数の貫通孔10aから溢れ出ようとする際に、ボンディングワイヤ7付近のゲル状樹脂8が貫通孔10aへ向けて流れようとし、ボンディングワイヤ7を倒してしまったり、ゲル状樹脂8に割れが生じたりするという問題があった。
【0007】
よって、本発明の目的は、ゲル状樹脂に混入したエアを効率良く完全に抜くことができる半導体装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次の構成を有する半導体装置である。
すなわち、
(1)半導体装置は、筐体と、上記筐体内でボンディングワイヤによって電気的に接続された半導体素子と、上記筐体内に充填され、上記半導体素子および上記ボンディングワイヤを絶縁被覆するゲル状封止樹脂と、上記ゲル状封止樹脂に接触して上記ゲル状封止樹脂の振動を抑制する位置に配置され、上記ゲル状封止樹脂の充填時のエア抜きのためにエア入口およびエア出口を持つ複数の貫通孔を有する板状の制振部材とを備え、上記貫通孔の上記エア入口の断面積は上記エア出口の断面積よりも大きく、上記エア出口に向かって次第に小さくされ、上記貫通孔は全体として実質的に円錐台形である。
【0009】
(2)上記貫通孔は上記エア入口が互いに接するように配置されていても良い。
【0010】
(3)上記制振部材は上記筐体に固定されていても良い。
【0011】
(4)上記制振部材は、少なくともその主面に対して実質的に直角な方向に上記筐体内で移動可能に設けられていても良い。
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1を表す半導体装置の断面図である。
図1において半導体装置11は、半導体装置11の外形を形成する筐体19を備えている。筐体19は四方を囲むフランジ型側壁5と底壁4とから構成されている。
【0013】
筐体19の底壁4には、絶縁基板2が半田3bで半田付けされている。絶縁基板2上には半導体素子1が半田3aで半田付けされている。半導体素子1は、四方を囲むフランジ型側壁5の基部12に設けられた電極6とボンディングワイヤ7によって電気的に接続されている。
【0014】
半導体装置11の筐体19内部にはシリコーン樹脂等のゲル状封止樹脂8が充填されており、半導体素子1およびボンディングワイヤ7を絶縁被覆している。
【0015】
半導体装置11は、四方を囲むフランジ型側壁5の内側側面13に蓋9を備えている。蓋9は、筐体19内部に充填されたゲル状封止樹脂8から所定の間隔を空け内側側面13に接着剤あるいはネジ等で固定されており、蓋9とゲル状封止樹脂8との間に空間14を形成している。
【0016】
半導体装置11は、筐体19内部に充填されたゲル状封止樹脂8に接触してゲル状封止樹脂8の振動を抑制する制振部材10を備えている。制振部材10は蓋9に棒状の部材15によって結合することにより、筐体19に固定されており、半導体装置11の筐体19に外部から振動が加わった場合に、筐体19の四方を囲むフランジ型側壁5および底壁4から離れた筐体19内のゲル状封止樹脂8の振動を抑制する作用をする。従って、ゲル状封止樹脂8の表面全面を覆う必要はない。筐体19のフランジ型側壁5の対向する辺の基部12には電極6が設けられているため、制振部材10は、電極6と対向する面が電極6から若干離れた板状矩形である。また、半導体素子1およびボンディングワイヤ7および電極6とで半導体装置11の筐体19内部には電路が形成されるため、制振部材10は、PVT、アクリル樹脂等電気絶縁性の樹脂である。
【0017】
制振部材10は、筐体19内にゲル状封止樹脂8を充填する際に、ゲル状封止樹脂8に混入したエアを抜くためのエア入口16とエア出口17を有する複数の貫通孔18を備えている。エア入口16の断面積はエア出口17の断面積よりも大きく、貫通孔18の断面は、エア出口17に向かって次第に小さくなり、貫通孔18は全体としてほぼ円錐台形である。貫通孔18の断面のエア入口16とエア出口17とを結ぶ直線と、ゲル状樹脂8の表面とのなす角(テーパー角)は、約30°から60°が適当である。この角度即ちテーパー面の傾斜が小さ過ぎると、エア入口16に入った気泡の上昇を妨げてエア抜けが悪くなり、大き過ぎるとエア入口16の面積が十分に大きくならずに気泡の捕捉を広い範囲に亘って行なうことができなくなる。
また、制振部材10が同じ厚みでエア出口17の断面積が同じでエア入口16の外周円同士が互いに接触した場合には、この角度を大きくし過ぎると制振部材10に設けられる貫通孔18の数は多くなるが、制振部材10は貫通孔18の分だけ孔が空いてしまうのでゲル状封止樹脂8の振動を抑制する作用が小さくなってしまう。逆にこの角度を小さくし過ぎると制振部材10に設けられる貫通孔18の数が少なくなるため、ゲル状封止樹脂8の振動を抑制する作用は果たせるが、ゲル状封止樹脂8に混入したエアを効率良く抜くことが困難になってしまう。
【0018】
ゲル状封止樹脂8に混入したエアを抜く際、半導体装置11を真空装置(図示しない)に入れ真空装置を作動させることによりエアを抜くため、エアはゲル状封止樹脂8の表面全体から万遍なく出る。従って、隣り合うエア入口16の外周円同士が互いに接触する様にエア入口16を配置すれば、制振部材10に設けられるエア入口16の総面積が最大となり、制振部材10の下面で停滞するエアを最小にすることができ、ゲル状封止樹脂8に混入したエアを効率良く抜くことができる。
【0019】
また、貫通孔18は、半導体素子1およびボンディングワイヤ7および電極6とで構成される電路が通電し発熱した場合および、半導体装置11が搭載される車両のエンジンルーム等から伝わる熱等により、ゲル状封止樹脂8が加熱され膨張した場合、膨張したゲル状封止樹脂8をエア入口16からエア出口17を介し、蓋9とゲル状封止樹脂8との間の空間14へ逃がす作用もしている。従って、制振部材10の厚さは、膨張したゲル状封止樹脂8をエア入口16からエア出口17を介し、空間14へ逃がす際、膨張したゲル状封止樹脂8から受ける力によって破損しないだけの剛性を持つ程度の厚さである。
【0020】
制振部材10の寸法の一例を挙げれば、一般的な半導体装置において、適当な厚さは約2mm〜3mm、エア入口16の直径が5mm、エア出口17の直径が2mmで、貫通孔18は5mmのピッチで正三角形格子状に配置される。円錐台形の貫通孔18のテーパー角は、約45°が望しいが30°〜60°の範囲でも良い結果が得られる。
【0021】
半導体装置11の筐体19内にゲル状封止樹脂8を充填する際に、ゲル状封止樹脂8にはエアが混入しているが、ゲル状封止樹脂8は、半導体素子1およびボンディングワイヤ7を電気絶縁するため、その内部にエア(気泡)が混入していてはならない。従って、ゲル状封止樹脂8に混入したエアを抜く作業が必要である。
【0022】
ゲル状封止樹脂8に混入したエアを抜くために、半導体装置11を真空装置(図示しない)内に入れた状態で真空装置(図示しない)を作動させると、ゲル状封止樹脂8中の気泡は膨張することにより、気泡に働く浮力が増し、膨張した気泡はゲル状封止樹脂8の表面に浮き上がろうとする。このようにして、ゲル状封止樹脂8中で浮上して来る気泡は、複数の貫通孔18のエア入口16内に捕捉される。エア入口16に捕捉された気泡は、貫通孔18のテーパー面に沿って上昇して、エア出口17へと浮上する。この時、エア入口16の断面積はエア出口17の断面積よりも大きく、エア出口17に向かって次第に小さくなっているので、エア入口16に集められた細かい気泡となっているエアは、エア出口17へと浮上するにつれて次第にまとめられて大きな気泡となってゆく。エア出口17へ集められた大きな気泡はゲル状封止樹脂8の表面に出てゲル状封止樹脂8に混入したエアを抜く作業が完了する。
【0023】
実施の形態2.
図2には本発明の別の実施形態による半導体装置を断面図で示してあるが、配線のためのボンディングワイヤおよび電極は図1に示すものと同じであるので図示を省略してある。この半導体装置が図1のものと相違する点は、その制振部材21が浮遊型(フローティングタイプ)のものであることであり、貫通孔18の寸法形状等は同じである。従って、制振部材21は筺体20の側壁5に固着されていないで、ゲル状封止樹脂8の表面に接して設けられており、また図1の実施例で制振部材を支持するために用いられていた蓋9および支持ロッド15が不要であり、ゲル状封止樹脂8の上方にゲル状封止樹脂8の逃げのための空間14も設けられていない。
【0024】
制振部材21はほぼ矩形の板状部材であり、その対向両端の中央部に更に軸方向に延びた延長部分21aを持っていて、この延長部分21aにガイドピンである円筒形の突起22が制振部材21の主面に対して垂直に設けられている。筺体20の側壁5の基部にはその段部に制振部材21の突起22に対して軸心の位置および方向が一致して突起22よりも僅かに直径の大きな円筒形凹部23が設けられている。制振部材21の突起22がこの凹部23内に挿入されていて、軸方向に摺動可能に支持されているため、制振部材21も主面に直角な方向に筺体20内で移動可能である。制振部材21自体のその他の構成は図1に示すものと同様であるので、ここには説明を繰り返さない。
【0025】
図示の例では突起22と円筒形凹部23とで構成されたガイド装置を備えているが、このようなガイド装置を持たないで単に制振部材21がゲル状封止樹脂8の表面上に載せられているだけのものでもよく、また、ガイド装置を様々に変形することができる。
【0026】
このような浮遊型の制振部材21によれば、先に図1に示す実施形態によるテーパー面を持つ貫通穴8による優れたエア抜き効果だけでなく、半導体装置19の動作時の発熱あるいは周囲環境による等の加熱によるゲル状封止樹脂8の膨張の吸収効果も発揮され、半導体装置のエア抜きを効果的に効率よく行うことができるので、半導体装置が機械的にも電気的にも強固なものとなる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏する。
(1)半導体装置は、筐体と、上記筐体内でボンディングワイヤによって電気的に接続された半導体素子と、上記筐体内に充填され、上記半導体素子および上記ボンディングワイヤを絶縁被覆するゲル状封止樹脂と、上記ゲル状封止樹脂に接触して上記ゲル状封止樹脂の振動を抑制する位置に配置され、上記ゲル状封止樹脂の充填時のエア抜きのためにエア入口およびエア出口を持つ複数の貫通孔を有する板状の制振部材とを備え、上記貫通孔の上記エア入口の断面積は上記エア出口の断面積よりも大きく、上記エア出口に向かって次第に小さくされ、上記貫通孔は全体として実質的に円錐台形であるため、上記ゲル状封止樹脂の充填時のエア抜きを確実に行なうことができる。
【0028】
(2)上記貫通孔は上記エア入口が互いに接するように配置されているため、上記ゲル状封止樹脂の充填時のエア抜きを効率良く行なうことができる。
【0029】
(3)上記制振部材は上記筐体に固定されているため、上記半導体装置に振動が加わった場合、上記筐体内に充填されている上記ゲル状封止樹脂の振動を抑制し、上記ボンディングワイヤに加わる応力を低減することができる。
【0030】
(4)上記制振部材は、少なくともその主面に対してほぼ直角な方向に上記筐体内で移動可能に設けられているため、上記ゲル状封止樹脂の熱膨張に伴い移動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1を表す半導体装置の断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態2を表す半導体装置の断面図である。
【図3】 従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体素子、19 筐体、7 ボンディングワイヤ、8 ゲル状封止樹脂、10、21 制振部材、16 エア入口、17 エア出口、18 貫通孔。
Claims (4)
- 筐体と、
上記筐体内でボンディングワイヤによって電気的に接続された半導体素子と、
上記筐体内に充填され、上記半導体素子および上記ボンディングワイヤを絶縁被覆するゲル状封止樹脂と、
互いに平行で実質的に平坦な2つの主面を持つ板状の制振部材であって、上記ゲル状封止樹脂に一方の上記主面のほぼ全面で接触して上記ゲル状封止樹脂の振動を抑制する位置に配置され、上記ゲル状封止樹脂の充填時の上記ゲル状封止樹脂からのエア抜きのためにエア入口およびエア出口を持つ複数の貫通孔を有する板状の制振部材とを備え、
上記貫通孔の上記エア入口の断面積は上記エア出口の断面積よりも大きく、上記エア出口に向かって次第に小さくされ、上記貫通孔は互いに独立して全体として実質的に円錐台形であることを特徴とする半導体装置。 - 上記貫通孔は上記エア入口が互いに接するように配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 上記制振部材は上記筐体に固定されていることを特徴とする請求項1あるいは2記載の半導体装置。
- 上記制振部材は、少なくともその主面に対して実質的に直角な方向に上記筐体内で移動可能に設けられたことを特徴とする請求項1あるいは2記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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