JP3993807B2 - 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、上側主面にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子を載置するとともにその半導体素子を樹脂モールドした半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータ装置などの電力変換装置に組み込まれ、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）等のスイッチング素子等の半導体素子を収容する半導体装置では、発生する大量の熱をいかにして外部に放出するかが大きな課題であり、また製造コストを上げることなく良好な放熱性を有する種々の形状の半導体装置が提案されてきた。その半導体装置の一例として、図３に示すように、銅（Ｃｕ），Ｃｕ合金等から成る基体１の上側主面にリード端子５ａが取着された中継用回路基板５を接合するとともに、基体１の上側主面の載置部１ａに半導体素子２を載置固定し、しかる後、基体１の下側主面を露出させた状態とした構成の半導体装置Ａがある。この半導体装置Ａは、例えば従来周知のトランスファモールド法によりエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で樹脂モールドされている。
【０００３】
また、図３の半導体装置Ａに類似した構成のものとして、図４に示すように、基体１の側面の上端に鍔状部４を設けることにより、基体１からモールド用の樹脂３が外れないようにすることができるものが提案されている（特開平６−120374号公報参照）。
【０００４】
トランスファモールド法は、上金型および下金型からなる金型を用いるものであり、溶融した樹脂の通路（ランナー）および通路から枝別れした複数の中空部が金型によって構成される。通路の端部に設けられたポットに樹脂のタブレットを収容して加熱し、溶融した樹脂をポットの上方からプランジャーによって加圧することにより、通路内を液状樹脂が送られて、予め半導体装置Ａを構成する各部品が配置された各中空部に注入される。これにより、基体１、半導体素子２、中継用回路基板５およびリード端子６が樹脂により覆われる。このとき、液状樹脂は例えば横方向から各中空部に流れ込み、中空部に樹脂３が注入される。
【０００５】
また、一般的に樹脂３が金型から外れ易いように、リード端子６の接合されている高さを境界面として上下方向に樹脂３がすぼまるように金型が設計されており、これにより樹脂モールド後に製品が金型から容易に外れるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した従来の半導体装置Ａでは、基体１に鍔状部４が形成されているため、鍔状部４の付け根付近で液状樹脂の回り込みが不充分となり、付け根付近の樹脂３にボイドが発生してしまい、その結果樹脂３と基体１との接合面付近のボイドを起点として接合面で剥れが発生するという不具合を招来していた。
【０００７】
そして、半導体装置Ａを基体１の下側主面を外部電気回路基板等にロウ付けして搭載し、半導体装置Ａを長期間に亘って作動させると、上記ボイドを起点としてマイクロクラックが成長して基体１と樹脂３との間が広い面積で剥れ、それが時間の経過とともに徐々に広がり、ついには剥れが載置部１ａにまで達する。さらに、剥れに沿って水分が半導体装置Ａの内部に侵入すると、半導体素子２の動作不良が発生するといった問題点があった。
【０００８】
また、樹脂３の断面形状がリード端子６の接合されている高さの部位を境界面として上下方向に樹脂３がすぼまる形状となっているため、基体１の側面において樹脂３の横方向の厚さが薄くなっており、基体１の側面で樹脂３の体積が減少してその剛性が小さくなっている。その結果、樹脂３が基体１の側面で剥がれ易くなっており、小さな外力で樹脂３が基体１の下側主面の端から外れてしまうという問題点もあった。
【０００９】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、基体の側面の上端に形成された鍔状部の付け根付近に存在するボイドを起点としてモールド樹脂と基体との接合面に剥れが発生し、この剥れが広がって水分などの異物が半導体素子の載置部に侵入して半導体素子に動作不良を発生させるといった不具合、また樹脂が基体の下側主面の端から外れるといった不具合を解消して、樹脂の密着性の信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の基体と、前記載置部に載置された半導体素子と、前記基体の前記上側主面、前記基体の側面および前記半導体素子を覆う樹脂とを具備した半導体装置において、前記基体は、下側銅板とモリブデン板と上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、前記下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされていることによって、前記基体の側面が前記上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう前記傾斜面とで成り、かつ、前記下側銅板の下面が露出されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置は、基体は下側銅板と、モリブデン板と、上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされることによって、基体の側面が上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とで成り、かつ、下側銅板の下面が露出されていることから、基体は熱膨張係数が大きくて樹脂に近似した上側銅板および下側銅板と、剛性が高い中間のモリブデン板とから成るため、熱膨張による形状変化が樹脂に追随できるとともに剛性を保持できる。また、下側銅板の側面においてモールド樹脂の接触面積が増大するとともに側面の下側に向かうに伴ってモールド樹脂の体積が増大するため、下側銅板の側面において樹脂が容易に変形することが無く、よって密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果が向上する。その結果、従来樹脂の外れ防止のために設けられていた鍔状部が不要となり、基体の鍔状部の付け根付近に発生していたボイドを起点とした樹脂の剥がれ、および基体の下側主面の端での樹脂の外れといった不具合をほとんど解消できる。従って、樹脂が基体の下側主面の端から容易に外れることがなく、また基体と樹脂との接合面に発生する剥れがほとんどない半導体装置を提供できる。
【００１２】
また、銅板は加工が極めて容易なため加工時に歪みが残ることが無く、また銅板は柔軟性が大きいため上下側銅板をロウ材層を介して剛性の高いモリブデン板に接合して基体を構成すると、基体に変形が極めて発生しにくいものとすることができる。さらに、モリブデン板の熱膨張係数（5.1×10-6／℃）が小さいため、モリブデン板によって銅板（熱膨張係数19×10-6／℃）の熱膨張を抑制することができ、３枚の金属板を積層することで基体の熱膨張係数を７×10-6〜11×10-6／℃程度とすることができる。従って、アルミナセラミックス等からなる中継用回路基板を基体の上側主面に載置固定しても、中継用回路基板にクラック等が発生することがなく、信頼性の高い半導体装置を構成することができる。
【００１３】
また、下側銅板の側面が傾斜していることによって基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離を全周に亘って大きくすることができ、たとえ剥れが発生しても水分などの外部からの異物が容易に半導体素子に到達しないようにでき、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜しており、前記下側銅板と前記モリブデン板と前記上側銅板の各側面が連続していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置は、上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜していることから、上側銅板の側面において樹脂との接触面積が増大して密着力が向上するとともに、基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離をさらに大きくすることができ、半導体素子をさらに信頼性良く載置部に載置することができる。また、下側銅板とモリブデン板と上側銅板の各側面が連続していることから、剛性は高いが熱膨張係数が小さく樹脂と大きく相違するモリブデン板と上下側銅板との境界に段差がなくなる。従って、モリブデン板と上下側銅板との境界で樹脂が剥がれるといったことがなく、樹脂の密着の信頼性がより高いものとなる。
【００１６】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記下側銅板はその側面の前記モリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体装置は、下側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることから、下側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【００１８】
また本発明の半導体装置において、好ましくは、前記上側銅板はその側面の前記モリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置は、上側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることから、上側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置について以下に詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明の半導体装置を示し、これらの図において、１は基体、２は半導体素子、３は半導体素子２等をモールドするための樹脂、５は中継用回路基板、５ａは線路導体、６はリード端子である。これらの基体１、半導体素子２、樹脂３、中継用回路基板５およびリード端子６によって半導体装置Ａが基本的に構成される。
【００２２】
本発明の半導体装置Ａは、上側主面に半導体素子２が載置される載置部１ａを有する金属製の基体１と、載置部１ａに載置された半導体素子２と、基体１の上側主面に下面が接合され、上面に半導体素子２が一端部に電気的に接続される線路導体５ａが形成された中継用回路基板５と、線路導体５ａの他端部に接合されたリード端子６と、基体１の上側主面、基体１の側面、半導体素子２、中継用回路基板５およびリード端子６の一部を覆う樹脂３とを具備し、基体１は、側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜した下側銅板１ｄと、モリブデン（Ｍｏ）板１ｂと、上側銅板１ｃとがロウ材層を介して順次積層されている。
【００２３】
本発明の基体１の上側主面の載置部１ａに樹脂接着剤等で載置固定された半導体素子２は、その上面の電極がボンディングワイヤによって線路導体５ａの一端部に電気的に接続され、線路導体５ａの他端部にはリード端子６の一端部が接合されている。
【００２４】
本発明の基体１は、従来周知の金属加工法によって、平板状のＭｏ板１ｂ、上側Ｃｕ板１ｃおよび下側Ｃｕ板１ｃを作製しておき、次にＭｏ板１ｂの上下主面に上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｃを間に銀（Ａｇ）ロウ等から成るロウ材（図示せず）を配置し、しかる後、ロウ材を加熱溶融させてＭｏ板１ｂに上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｄをロウ付けすることによって作製される。
【００２５】
また、Ｍｏ板１ｂ，上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｄのそれぞれの厚さは、Ｍｏ板１ｂの厚さをＴ１、上側Ｃｕ板１ｃおよび下側Ｃｕ板１ｄの厚さをともにＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１が1.25〜４の範囲にあれば良い。この範囲内であれば、基体１の熱伝導率が250Ｗ／ｍ・Ｋ以上となり、半導体素子２の熱は基体１を介して外部に良好に放散され、半導体素子２を常に適正な温度範囲に保つことができ、半導体素子２を正常かつ安定に作動させることができる。
【００２６】
また、基体１においては、上側Ｃｕ板１ｃおよび下側Ｃｕ板１ｄの熱膨張をＭｏ板１ｂが抑制し、基体１全体の熱膨張係数を例えばアルミナセラミックスの熱膨張係数６×10-6〜7.5×10-6／℃に近似させたものとしている。
【００２７】
そして、下側Ｃｕ板１ｄは、その側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜するように、切削法等の金属加工法により加工形成されている。下側Ｃｕ板１ｄの側面のＭｏ板１ｂの側面に対する傾斜角度は30〜60°が好ましい。30°未満では、下側Ｃｕ板１ｄの側面における樹脂３の剛性が充分でなく、樹脂３による基体１の保持力が小さくなり、小さな力で容易に樹脂３が基体１から外れ易くなる。また傾斜角度が60°を超えると、下側Ｃｕ板１ｄの側面の下端における樹脂３の先端部の角度が30°未満と小さくなり、樹脂３の先端部の剛性が小さくなって基体１から剥がれ易くなってしまう。
【００２８】
また、図１に示すように、下側Ｃｕ板１ｄとＭｏ板１ｂと上側Ｃｕ板１ｃの各側面が連続している。この場合、剛性は高いが熱膨張係数が小さく樹脂と大きく相違するＭｏ板１ｂと上下側Ｃｕ板１ｃ，１ｂとの境界に段差がなくなり、Ｍｏ板１ｂと上下側Ｃｕ板１ｃ，１ｂとの境界で樹脂３が剥がれるといったことがなく、樹脂３の密着の信頼性がより高いものとなる。また、Ｍｏ板１ｂを介しての熱伝達が円滑になり、また下側Ｃｕ板１ｄとＭｏ板１ｂと上側Ｃｕ板１ｃとの接合時における反りの発生を防止することができる。
【００２９】
また、図２（ａ）に示す構成においても、下側Ｃｕ板１ｄとＭｏ板１ｂと上側Ｃｕ板１ｃの各側面が連続していることがよい。この場合も上記と同様の効果がある。
【００３０】
また、図２（ａ）に示すように、上側Ｃｕ板１ｃはその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜していることがよい。この場合、上側Ｃｕ板１ｃの側面において樹脂３との接触面積が増大して密着力が向上するとともに、基体１の側面の下端から半導体素子２に至る沿面距離をさらに大きくすることができ、半導体素子２をさらに信頼性良く載置部１ａに載置することができる。
【００３１】
さらに、図２（ｂ）に示すように、下側Ｃｕ板１ｄの側面および上側Ｃｕ板１ｃの側面が、凹んだ曲面とされていることがよい。この場合、下側Ｃｕ板１ｄの側面および上側Ｃｕ板１ｃの側面において樹脂３の体積が大きくなってさらに樹脂３の剛性が大きくなるとともに、基体１の側面の沿面距離がより長くなって、基体１の側面と樹脂３との接合面で水分などの異物が侵入するのを防止する効果が大きくなる。
【００３２】
次に、樹脂３による封止方法について図１に基づいて説明する。樹脂３による封止は上述したようにトランスファモールド法によって行われる。まず、リード端子６を中継用回路基板５の線路導体５ａの他端部に取着した後、半導体素子２を載置部１ａに載置固定し、次に半導体素子２の電極をボンディングワイヤで線路導体５ａの一端部に電気的に接続し、しかる後、上金型と下金型とからなる金型を用いて熱硬化性樹脂を金型内に加圧注入することにより行われる。
【００３３】
樹脂３は、基体１、半導体素子２、中継用回路基板５、リード端子６の一部およびボンディングワイヤをモールドして気密封止するとともに、基体１の下側Ｃｕ板１ｃの下面（基体１の下側主面）が外部に露出され、その下面が放熱面（ヒートシンク面）として機能する。
【００３４】
樹脂３としては、熱硬化性のエポキシ樹脂等が好ましく使用され、例えばエポキシ樹脂に、硬化剤、フィラー、難燃剤、離型剤、密着性付与剤などが添加されている。エポキシ樹脂としては、クレゾール・ノボラック系が主に使用され、また硬化剤としてはフェノール・ノボラック系樹脂が使用される。フィラーとしては、熱伝導率を上げるために結晶性シリカ（ＳｉＯ2）が好ましく使用され、また熱膨張係数を下げるために溶融ＳｉＯ2が好ましく使用される。
【００３５】
これらの材料を混合して樹脂３が作製されるのであるが、樹脂３が溶融した状態での基体１の周囲への廻り込みは樹脂３の流れ性（流動性や粘性）に依存する。本発明において、基体１の下側Ｃｕ板１ｄの側面の傾斜が30〜60°であれば、下側Ｃｕ板１ｄの側面と下金型の表面との間の隙間に樹脂３が充分に充填されることが確認された。
【００３６】
本発明の中継用回路基板５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体（アルミナセラミックス）等から成る。中継用回路基板５がアルミナセラミックスから成る場合、Ａｌ2Ｏ3原料粉末に、シリカ（ＳｉＯ2）、またマグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）等のアルカリ土類元素の１種以上を適宜で添加して混合粉末を作製する。この混合粉末に有機バインダーや溶媒を加えてスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等によりシート状に成形したり、あるいはこのスラリーを用いてプレス成形法や圧延成形法によりシート状に成形することによって、所定厚さのシート状成形体を作製する。
【００３７】
得られたシート状成形体に線路導体５ａとなる導体ペーストを塗布する。この導体ペーストは、平均粒径１〜10μｍのタングステン（Ｗ）粉末を10〜70体積％、平均粒径１〜10μｍのＷおよび／またはＭｏ粉末を30〜90体積％の割合で含有して成る。そして、この導体ペーストを用いてシート状成形体の表面に、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により線路導体５ａとなるパターンを印刷塗布する。この導体ペーストには、中継用回路基板５との密着性を高めるために、中継用回路基板５の絶縁基板を構成するセラミックス成分と同一組成のセラミック粉末（アルミナセラミック粉末等）や、絶縁基板を構成するセラミックス成分のうち主成分の酸化物を、0.05〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００３８】
その後、上記シート状成形体を所定形状に打ち抜き加工し、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が1200〜1500℃の温度となる条件で焼成する。その後、同時焼成された線路導体５ａの表面に、無電解めっき法または電解めっき法により、金（Ａｕ），Ｃｕ，チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ）およびパラジウム（Ｐｄ）の群から選ばれる少なくとも１種の金属層を0.5〜10μｍの厚さで被着形成しておくとよく、線路導体５ａの酸化を防止するとともにロウ材の濡れ性が向上する。
【００３９】
また、リード端子６は鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金からなる平板をエッチング加工して作製される。金型により打ち抜いて作製されてもよい。このリード端子６は中継用回路基板５上の線路導体５ａにロウ材を介して取着され、半導体素子２と外部電気回路とを電気的に接続する。
【００４０】
かくして、本発明の半導体装置Ａは、外部に露出する下側Ｃｕ板１ｄの下面が外部電気回路装置に取着され、半導体素子２が発する熱を外部に効率よく放熱することができる。また、樹脂３が基体１から外れることがなく、樹脂３と基体１との接合部に隙間ができたとしても基体１の側面の沿面距離が大きくなっているため、水分などが侵入し難いものとなる。従って、半導体装置Ａを長期に亘り正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００４１】
【実施例】
本発明の半導体装置Ａの実施例を以下に説明する。
【００４２】
まず、基体１における下側Ｃｕ板１ｄの側面の傾斜角度を種々に設定したサンプルを以下のようにして作製した。すなわち、縦10ｍｍ、横20ｍｍ、厚さ１ｍｍのＭｏ板１ｂの上下面に、それぞれ厚さ２ｍｍの上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｄを、厚さ10μｍのＡｇロウ材（ＢＡｇ８：ＪＩＳ Ｚ ３２６１）から成るロウ材層を介して接合した。このとき、下側Ｃｕ板１ｄとして、その側面１ｄ−ＡをＭｏ板１ｂの側面に対して、20，25，30，35，45，55，60，65，70（°）と９種の値としたものを各20個作製した。これらのうち、各10個を用いて、図１の構成の基体１を90個作製した。
【００４３】
一方、残りの各10個を用いて、上側Ｃｕ板１ｃとして、その側面１ｃ−Ａを下側Ｃｕ板１ｄと同じ９種の値としたもの（図２（ａ）の構成のもの）を90個作製した。
【００４４】
次に、得られた各種基体１の上側主面にＦＥＴから成る半導体素子２を半田で載置固定するとともにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のリード端子６が接合されたアルミナセラミック製の中継用回路基板５を半田を介して載置固定した。さらに、ノボラック系のエポキシ樹脂で下側Ｃｕ板１ｄの下面（基体１の下側主面）が露出するようにして基体１を覆って封止し、上記各種サンプルを計180個作製した。
【００４５】
また、比較例のサンプルとして、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｃの側面１ｄ−ＡがＭｏ板１ｂの側面に対して傾斜していない基体１を用いて作製したサンプルを、上記と同様にして10個作製した。
【００４６】
これらのサンプルについて樹脂３の剥れを比較評価した。その結果を表１および表２に示す。表１は下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａのみを傾斜させたサンプルの評価結果であり、表２は上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａをともに傾斜させたサンプルの評価結果である。評価は、露出した下側Ｃｕ板１ｄの下面を金属板（Ｃｕ板）上にロウ付けし、−65〜125℃の温度サイクルを100サイクル（１サイクル60分）施した後、樹脂３が基体１から外れたことが目視によって確認されたもの、また倍率10倍の金属顕微鏡で確認して樹脂３と基体１の側面の下端との間に隙間が発生しているものを不良とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
表１，表２より、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度が30〜60°である場合、また上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａの傾斜角度がともに30〜60°である場合に、樹脂３の外れや剥れが全く発生しないことが判明した。
【００５０】
これに対して、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度が30°未満の場合、また上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａの傾斜角度がともに30°未満の場合に、不良が発生した。これは、側面１ｄ−Ａ、側面１ｃ−Ａにおける樹脂３の体積の増大および密着力の増大効果が小さいためと考えられる。
【００５１】
また、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度が60°を超える場合、また上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａの傾斜角度がともに60°を超える場合に、不良が発生した。これは、基体１の側面の下端付近の樹脂３の先端部の角度が小さくなって、先端部の体積が小さくなり、先端部の剛性が小さくなって、外れ易くなっているものと考えられる。
【００５２】
さらに、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａがともに傾斜している場合には、樹脂３の外れが発生し難くなることが判明した。
【００５３】
次に、傾斜した側面１ｄ−Ａを有する下側Ｃｕ板１ｄにおいて、側面１ｄ−Ａが凹んだ曲面となるように形成したサンプルを作製した。このサンプルにおいては、側面１ｄ−Ａの全体としての傾斜角度（側面１ｄ−Ａの上下端を結ぶ線の傾斜角度）を20，25，30，35，45，55，60，65，70（°）とし、Ｍｏ板１ｂ、側面１ｃ−Ａが傾斜していない上側Ｃｕ板１ｃを用いて基体１を作製し、上記傾斜角度につき各10個ずつ計90個のサンプルを作製した。これらのサンプルを金属板（Ｃｕ板）上にロウ付けし、上記と同様の条件で温度サイクル試験を施し、同様に樹脂３の外れ不良および剥れ不良を評価した。その結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
【００５５】
表３より、樹脂３の外れ不良の発生がさらに抑制されたことが判明した。
【００５６】
次に、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａがともに凹んだ曲面とされたサンプルを、上記と同様に作製して同様に評価した。その結果を表４に示す。
【００５７】
【表４】
【００５８】
表４より、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａのみが凹んだ曲面とされたサンプルよりもさらに外れ不良が減少するという良好な結果が得られた。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、上記実施の形態では、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａと下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度を同じとしたが、本発明の角度の範囲内で傾斜角度がそれぞれ異なっていてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の基体と、載置部に載置された半導体素子と、基体の上側主面に下面が接合され、上面に半導体素子が一端部に電気的に接続される線路導体が形成された中継用回路基板と、線路導体の他端部に接合されたリード端子と、基体の上側主面、基体の側面、半導体素子、中継用回路基板およびリード端子の一部を覆う樹脂とを具備し、基体は、下側銅板と、モリブデン板と、上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされていることによって、基体の側面が上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とで成り、かつ、下側銅板の下面が露出されていることにより、基体は熱膨張係数が大きくて樹脂に近似した上側銅板および下側銅板と、剛性が高い中間のモリブデン板とから成るため、熱膨張による形状変化が樹脂に追随できるとともに剛性を保持できる。また、下側銅板の側面において樹脂の接触面積が増大するとともに側面の下側に向かうに伴って樹脂の体積が増大するため、下側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果が向上する。その結果、従来樹脂の外れ防止のために設けられていた鍔状部が不要となり、基体の鍔状部の付け根付近に発生していたボイドを起点とした樹脂の剥がれ、および基体の下側主面の端での樹脂の外れといった不具合をほとんど解消できる。従って、樹脂が基体の下側主面の端から容易に外れることがなく、また基体と樹脂との接合面に発生する剥れがほとんどない半導体装置を提供できる。
【００６１】
また、アルミナセラミックス等からなる中継用回路基板を基体の上側主面に載置固定しても、中継用回路基板にクラック等が発生することがなく、信頼性の高い半導体装置を構成することができる。
【００６２】
また、下側銅板の側面が傾斜していることによって基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離を全周に亘って大きくすることができ、たとえ剥れが発生しても水分などの外部からの異物が容易に半導体素子に到達しないようにでき、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００６３】
本発明の半導体装置は、好ましくは、上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜しており、下側銅板とモリブデン板と上側銅板の各側面が連続していることにより、上側銅板の側面において樹脂との接触面積が増大して密着力が向上するとともに、基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離をさらに大きくすることができ、半導体素子をさらに信頼性良く載置部に載置することができる。また、下側銅板とモリブデン板と上側銅板の各側面が連続していることから、剛性は高いが熱膨張係数が小さく樹脂と大きく相違するモリブデン板と上下側銅板との境界に段差がなくなる。従って、モリブデン板と上下側銅板との境界で樹脂が剥がれるといったことがなく、樹脂の密着の信頼性がより高いものとなる。
【００６４】
本発明の半導体装置は、好ましくは、下側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30〜60°とされていることにより、下側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【００６５】
また本発明の半導体装置は、好ましくは、上側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30〜60°とされていることにより、上側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）は実施の形態のさらに他の例を示す要部拡大断面図である。
【図３】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体装置の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：モリブデン板
１ｃ：上側銅板
１ｃ−Ａ：上側銅板の側面
１ｄ：下側銅板
１ｄ−Ａ：下側銅板の側面
２：半導体素子
３：樹脂
５：中継用回路基板
５ａ：線路導体
６：リード端子
Ａ：半導体装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、上側主面にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子を載置するとともにその半導体素子を樹脂モールドした半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータ装置などの電力変換装置に組み込まれ、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）等のスイッチング素子等の半導体素子を収容する半導体装置では、発生する大量の熱をいかにして外部に放出するかが大きな課題であり、また製造コストを上げることなく良好な放熱性を有する種々の形状の半導体装置が提案されてきた。その半導体装置の一例として、図３に示すように、銅（Ｃｕ），Ｃｕ合金等から成る基体１の上側主面にリード端子５ａが取着された中継用回路基板５を接合するとともに、基体１の上側主面の載置部１ａに半導体素子２を載置固定し、しかる後、基体１の下側主面を露出させた状態とした構成の半導体装置Ａがある。この半導体装置Ａは、例えば従来周知のトランスファモールド法によりエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で樹脂モールドされている。
【０００３】
また、図３の半導体装置Ａに類似した構成のものとして、図４に示すように、基体１の側面の上端に鍔状部４を設けることにより、基体１からモールド用の樹脂３が外れないようにすることができるものが提案されている（特開平６−120374号公報参照）。
【０００４】
トランスファモールド法は、上金型および下金型からなる金型を用いるものであり、溶融した樹脂の通路（ランナー）および通路から枝別れした複数の中空部が金型によって構成される。通路の端部に設けられたポットに樹脂のタブレットを収容して加熱し、溶融した樹脂をポットの上方からプランジャーによって加圧することにより、通路内を液状樹脂が送られて、予め半導体装置Ａを構成する各部品が配置された各中空部に注入される。これにより、基体１、半導体素子２、中継用回路基板５およびリード端子６が樹脂により覆われる。このとき、液状樹脂は例えば横方向から各中空部に流れ込み、中空部に樹脂３が注入される。
【０００５】
また、一般的に樹脂３が金型から外れ易いように、リード端子６の接合されている高さを境界面として上下方向に樹脂３がすぼまるように金型が設計されており、これにより樹脂モールド後に製品が金型から容易に外れるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した従来の半導体装置Ａでは、基体１に鍔状部４が形成されているため、鍔状部４の付け根付近で液状樹脂の回り込みが不充分となり、付け根付近の樹脂３にボイドが発生してしまい、その結果樹脂３と基体１との接合面付近のボイドを起点として接合面で剥れが発生するという不具合を招来していた。
【０００７】
そして、半導体装置Ａを基体１の下側主面を外部電気回路基板等にロウ付けして搭載し、半導体装置Ａを長期間に亘って作動させると、上記ボイドを起点としてマイクロクラックが成長して基体１と樹脂３との間が広い面積で剥れ、それが時間の経過とともに徐々に広がり、ついには剥れが載置部１ａにまで達する。さらに、剥れに沿って水分が半導体装置Ａの内部に侵入すると、半導体素子２の動作不良が発生するといった問題点があった。
【０００８】
また、樹脂３の断面形状がリード端子６の接合されている高さの部位を境界面として上下方向に樹脂３がすぼまる形状となっているため、基体１の側面において樹脂３の横方向の厚さが薄くなっており、基体１の側面で樹脂３の体積が減少してその剛性が小さくなっている。その結果、樹脂３が基体１の側面で剥がれ易くなっており、小さな外力で樹脂３が基体１の下側主面の端から外れてしまうという問題点もあった。
【０００９】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、基体の側面の上端に形成された鍔状部の付け根付近に存在するボイドを起点としてモールド樹脂と基体との接合面に剥れが発生し、この剥れが広がって水分などの異物が半導体素子の載置部に侵入して半導体素子に動作不良を発生させるといった不具合、また樹脂が基体の下側主面の端から外れるといった不具合を解消して、樹脂の密着性の信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の基体と、前記載置部に載置された半導体素子と、前記基体の前記上側主面、前記基体の側面および前記半導体素子を覆う樹脂とを具備した半導体装置において、前記基体は、下側銅板とモリブデン板と上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、前記下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされていることによって、前記基体の側面が前記上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう前記傾斜面とで成り、かつ、前記下側銅板の下面が露出されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置は、基体は下側銅板と、モリブデン板と、上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされることによって、基体の側面が上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とで成り、かつ、下側銅板の下面が露出されていることから、基体は熱膨張係数が大きくて樹脂に近似した上側銅板および下側銅板と、剛性が高い中間のモリブデン板とから成るため、熱膨張による形状変化が樹脂に追随できるとともに剛性を保持できる。また、下側銅板の側面においてモールド樹脂の接触面積が増大するとともに側面の下側に向かうに伴ってモールド樹脂の体積が増大するため、下側銅板の側面において樹脂が容易に変形することが無く、よって密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果が向上する。その結果、従来樹脂の外れ防止のために設けられていた鍔状部が不要となり、基体の鍔状部の付け根付近に発生していたボイドを起点とした樹脂の剥がれ、および基体の下側主面の端での樹脂の外れといった不具合をほとんど解消できる。従って、樹脂が基体の下側主面の端から容易に外れることがなく、また基体と樹脂との接合面に発生する剥れがほとんどない半導体装置を提供できる。
【００１２】
また、銅板は加工が極めて容易なため加工時に歪みが残ることが無く、また銅板は柔軟性が大きいため上下側銅板をロウ材層を介して剛性の高いモリブデン板に接合して基体を構成すると、基体に変形が極めて発生しにくいものとすることができる。さらに、モリブデン板の熱膨張係数（5.1×10-6／℃）が小さいため、モリブデン板によって銅板（熱膨張係数19×10-6／℃）の熱膨張を抑制することができ、３枚の金属板を積層することで基体の熱膨張係数を７×10-6〜11×10-6／℃程度とすることができる。従って、アルミナセラミックス等からなる中継用回路基板を基体の上側主面に載置固定しても、中継用回路基板にクラック等が発生することがなく、信頼性の高い半導体装置を構成することができる。
【００１３】
また、下側銅板の側面が傾斜していることによって基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離を全周に亘って大きくすることができ、たとえ剥れが発生しても水分などの外部からの異物が容易に半導体素子に到達しないようにでき、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜しており、前記下側銅板と前記モリブデン板と前記上側銅板の各側面が連続していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置は、上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜していることから、上側銅板の側面において樹脂との接触面積が増大して密着力が向上するとともに、基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離をさらに大きくすることができ、半導体素子をさらに信頼性良く載置部に載置することができる。また、下側銅板とモリブデン板と上側銅板の各側面が連続していることから、剛性は高いが熱膨張係数が小さく樹脂と大きく相違するモリブデン板と上下側銅板との境界に段差がなくなる。従って、モリブデン板と上下側銅板との境界で樹脂が剥がれるといったことがなく、樹脂の密着の信頼性がより高いものとなる。
【００１６】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記下側銅板はその側面の前記モリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体装置は、下側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることから、下側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【００１８】
また本発明の半導体装置において、好ましくは、前記上側銅板はその側面の前記モリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置は、上側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30乃至60°とされていることから、上側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置について以下に詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明の半導体装置を示し、これらの図において、１は基体、２は半導体素子、３は半導体素子２等をモールドするための樹脂、５は中継用回路基板、５ａは線路導体、６はリード端子である。これらの基体１、半導体素子２、樹脂３、中継用回路基板５およびリード端子６によって半導体装置Ａが基本的に構成される。
【００２２】
本発明の半導体装置Ａは、上側主面に半導体素子２が載置される載置部１ａを有する金属製の基体１と、載置部１ａに載置された半導体素子２と、基体１の上側主面に下面が接合され、上面に半導体素子２が一端部に電気的に接続される線路導体５ａが形成された中継用回路基板５と、線路導体５ａの他端部に接合されたリード端子６と、基体１の上側主面、基体１の側面、半導体素子２、中継用回路基板５およびリード端子６の一部を覆う樹脂３とを具備し、基体１は、側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜した下側銅板１ｄと、モリブデン（Ｍｏ）板１ｂと、上側銅板１ｃとがロウ材層を介して順次積層されている。
【００２３】
本発明の基体１の上側主面の載置部１ａに樹脂接着剤等で載置固定された半導体素子２は、その上面の電極がボンディングワイヤによって線路導体５ａの一端部に電気的に接続され、線路導体５ａの他端部にはリード端子６の一端部が接合されている。
【００２４】
本発明の基体１は、従来周知の金属加工法によって、平板状のＭｏ板１ｂ、上側Ｃｕ板１ｃおよび下側Ｃｕ板１ｃを作製しておき、次にＭｏ板１ｂの上下主面に上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｃを間に銀（Ａｇ）ロウ等から成るロウ材（図示せず）を配置し、しかる後、ロウ材を加熱溶融させてＭｏ板１ｂに上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｄをロウ付けすることによって作製される。
【００２５】
また、Ｍｏ板１ｂ，上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｄのそれぞれの厚さは、Ｍｏ板１ｂの厚さをＴ１、上側Ｃｕ板１ｃおよび下側Ｃｕ板１ｄの厚さをともにＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１が1.25〜４の範囲にあれば良い。この範囲内であれば、基体１の熱伝導率が250Ｗ／ｍ・Ｋ以上となり、半導体素子２の熱は基体１を介して外部に良好に放散され、半導体素子２を常に適正な温度範囲に保つことができ、半導体素子２を正常かつ安定に作動させることができる。
【００２６】
また、基体１においては、上側Ｃｕ板１ｃおよび下側Ｃｕ板１ｄの熱膨張をＭｏ板１ｂが抑制し、基体１全体の熱膨張係数を例えばアルミナセラミックスの熱膨張係数６×10-6〜7.5×10-6／℃に近似させたものとしている。
【００２７】
そして、下側Ｃｕ板１ｄは、その側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜するように、切削法等の金属加工法により加工形成されている。下側Ｃｕ板１ｄの側面のＭｏ板１ｂの側面に対する傾斜角度は30〜60°が好ましい。30°未満では、下側Ｃｕ板１ｄの側面における樹脂３の剛性が充分でなく、樹脂３による基体１の保持力が小さくなり、小さな力で容易に樹脂３が基体１から外れ易くなる。また傾斜角度が60°を超えると、下側Ｃｕ板１ｄの側面の下端における樹脂３の先端部の角度が30°未満と小さくなり、樹脂３の先端部の剛性が小さくなって基体１から剥がれ易くなってしまう。
【００２８】
また、図１に示すように、下側Ｃｕ板１ｄとＭｏ板１ｂと上側Ｃｕ板１ｃの各側面が連続している。この場合、剛性は高いが熱膨張係数が小さく樹脂と大きく相違するＭｏ板１ｂと上下側Ｃｕ板１ｃ，１ｂとの境界に段差がなくなり、Ｍｏ板１ｂと上下側Ｃｕ板１ｃ，１ｂとの境界で樹脂３が剥がれるといったことがなく、樹脂３の密着の信頼性がより高いものとなる。また、Ｍｏ板１ｂを介しての熱伝達が円滑になり、また下側Ｃｕ板１ｄとＭｏ板１ｂと上側Ｃｕ板１ｃとの接合時における反りの発生を防止することができる。
【００２９】
また、図２（ａ）に示す構成においても、下側Ｃｕ板１ｄとＭｏ板１ｂと上側Ｃｕ板１ｃの各側面が連続していることがよい。この場合も上記と同様の効果がある。
【００３０】
また、図２（ａ）に示すように、上側Ｃｕ板１ｃはその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜していることがよい。この場合、上側Ｃｕ板１ｃの側面において樹脂３との接触面積が増大して密着力が向上するとともに、基体１の側面の下端から半導体素子２に至る沿面距離をさらに大きくすることができ、半導体素子２をさらに信頼性良く載置部１ａに載置することができる。
【００３１】
さらに、図２（ｂ）に示すように、下側Ｃｕ板１ｄの側面および上側Ｃｕ板１ｃの側面が、凹んだ曲面とされていることがよい。この場合、下側Ｃｕ板１ｄの側面および上側Ｃｕ板１ｃの側面において樹脂３の体積が大きくなってさらに樹脂３の剛性が大きくなるとともに、基体１の側面の沿面距離がより長くなって、基体１の側面と樹脂３との接合面で水分などの異物が侵入するのを防止する効果が大きくなる。
【００３２】
次に、樹脂３による封止方法について図１に基づいて説明する。樹脂３による封止は上述したようにトランスファモールド法によって行われる。まず、リード端子６を中継用回路基板５の線路導体５ａの他端部に取着した後、半導体素子２を載置部１ａに載置固定し、次に半導体素子２の電極をボンディングワイヤで線路導体５ａの一端部に電気的に接続し、しかる後、上金型と下金型とからなる金型を用いて熱硬化性樹脂を金型内に加圧注入することにより行われる。
【００３３】
樹脂３は、基体１、半導体素子２、中継用回路基板５、リード端子６の一部およびボンディングワイヤをモールドして気密封止するとともに、基体１の下側Ｃｕ板１ｃの下面（基体１の下側主面）が外部に露出され、その下面が放熱面（ヒートシンク面）として機能する。
【００３４】
樹脂３としては、熱硬化性のエポキシ樹脂等が好ましく使用され、例えばエポキシ樹脂に、硬化剤、フィラー、難燃剤、離型剤、密着性付与剤などが添加されている。エポキシ樹脂としては、クレゾール・ノボラック系が主に使用され、また硬化剤としてはフェノール・ノボラック系樹脂が使用される。フィラーとしては、熱伝導率を上げるために結晶性シリカ（ＳｉＯ2）が好ましく使用され、また熱膨張係数を下げるために溶融ＳｉＯ2が好ましく使用される。
【００３５】
これらの材料を混合して樹脂３が作製されるのであるが、樹脂３が溶融した状態での基体１の周囲への廻り込みは樹脂３の流れ性（流動性や粘性）に依存する。本発明において、基体１の下側Ｃｕ板１ｄの側面の傾斜が30〜60°であれば、下側Ｃｕ板１ｄの側面と下金型の表面との間の隙間に樹脂３が充分に充填されることが確認された。
【００３６】
本発明の中継用回路基板５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体（アルミナセラミックス）等から成る。中継用回路基板５がアルミナセラミックスから成る場合、Ａｌ2Ｏ3原料粉末に、シリカ（ＳｉＯ2）、またマグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）等のアルカリ土類元素の１種以上を適宜で添加して混合粉末を作製する。この混合粉末に有機バインダーや溶媒を加えてスラリーを作製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等によりシート状に成形したり、あるいはこのスラリーを用いてプレス成形法や圧延成形法によりシート状に成形することによって、所定厚さのシート状成形体を作製する。
【００３７】
得られたシート状成形体に線路導体５ａとなる導体ペーストを塗布する。この導体ペーストは、平均粒径１〜10μｍのタングステン（Ｗ）粉末を10〜70体積％、平均粒径１〜10μｍのＷおよび／またはＭｏ粉末を30〜90体積％の割合で含有して成る。そして、この導体ペーストを用いてシート状成形体の表面に、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により線路導体５ａとなるパターンを印刷塗布する。この導体ペーストには、中継用回路基板５との密着性を高めるために、中継用回路基板５の絶縁基板を構成するセラミックス成分と同一組成のセラミック粉末（アルミナセラミック粉末等）や、絶縁基板を構成するセラミックス成分のうち主成分の酸化物を、0.05〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００３８】
その後、上記シート状成形体を所定形状に打ち抜き加工し、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が1200〜1500℃の温度となる条件で焼成する。その後、同時焼成された線路導体５ａの表面に、無電解めっき法または電解めっき法により、金（Ａｕ），Ｃｕ，チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ）およびパラジウム（Ｐｄ）の群から選ばれる少なくとも１種の金属層を0.5〜10μｍの厚さで被着形成しておくとよく、線路導体５ａの酸化を防止するとともにロウ材の濡れ性が向上する。
【００３９】
また、リード端子６は鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金からなる平板をエッチング加工して作製される。金型により打ち抜いて作製されてもよい。このリード端子６は中継用回路基板５上の線路導体５ａにロウ材を介して取着され、半導体素子２と外部電気回路とを電気的に接続する。
【００４０】
かくして、本発明の半導体装置Ａは、外部に露出する下側Ｃｕ板１ｄの下面が外部電気回路装置に取着され、半導体素子２が発する熱を外部に効率よく放熱することができる。また、樹脂３が基体１から外れることがなく、樹脂３と基体１との接合部に隙間ができたとしても基体１の側面の沿面距離が大きくなっているため、水分などが侵入し難いものとなる。従って、半導体装置Ａを長期に亘り正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００４１】
【実施例】
本発明の半導体装置Ａの実施例を以下に説明する。
【００４２】
まず、基体１における下側Ｃｕ板１ｄの側面の傾斜角度を種々に設定したサンプルを以下のようにして作製した。すなわち、縦10ｍｍ、横20ｍｍ、厚さ１ｍｍのＭｏ板１ｂの上下面に、それぞれ厚さ２ｍｍの上側Ｃｕ板１ｃ，下側Ｃｕ板１ｄを、厚さ10μｍのＡｇロウ材（ＢＡｇ８：ＪＩＳ Ｚ ３２６１）から成るロウ材層を介して接合した。このとき、下側Ｃｕ板１ｄとして、その側面１ｄ−ＡをＭｏ板１ｂの側面に対して、20，25，30，35，45，55，60，65，70（°）と９種の値としたものを各20個作製した。これらのうち、各10個を用いて、図１の構成の基体１を90個作製した。
【００４３】
一方、残りの各10個を用いて、上側Ｃｕ板１ｃとして、その側面１ｃ−Ａを下側Ｃｕ板１ｄと同じ９種の値としたもの（図２（ａ）の構成のもの）を90個作製した。
【００４４】
次に、得られた各種基体１の上側主面にＦＥＴから成る半導体素子２を半田で載置固定するとともにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のリード端子６が接合されたアルミナセラミック製の中継用回路基板５を半田を介して載置固定した。さらに、ノボラック系のエポキシ樹脂で下側Ｃｕ板１ｄの下面（基体１の下側主面）が露出するようにして基体１を覆って封止し、上記各種サンプルを計180個作製した。
【００４５】
また、比較例のサンプルとして、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｃの側面１ｄ−ＡがＭｏ板１ｂの側面に対して傾斜していない基体１を用いて作製したサンプルを、上記と同様にして10個作製した。
【００４６】
これらのサンプルについて樹脂３の剥れを比較評価した。その結果を表１および表２に示す。表１は下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａのみを傾斜させたサンプルの評価結果であり、表２は上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａをともに傾斜させたサンプルの評価結果である。評価は、露出した下側Ｃｕ板１ｄの下面を金属板（Ｃｕ板）上にロウ付けし、−65〜125℃の温度サイクルを100サイクル（１サイクル60分）施した後、樹脂３が基体１から外れたことが目視によって確認されたもの、また倍率10倍の金属顕微鏡で確認して樹脂３と基体１の側面の下端との間に隙間が発生しているものを不良とした。
【００４７】
【表１】
【表２】
表１，表２より、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度が30〜60°である場合、また上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａの傾斜角度がともに30〜60°である場合に、樹脂３の外れや剥れが全く発生しないことが判明した。
【００５０】
これに対して、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度が30°未満の場合、また上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａの傾斜角度がともに30°未満の場合に、不良が発生した。これは、側面１ｄ−Ａ、側面１ｃ−Ａにおける樹脂３の体積の増大および密着力の増大効果が小さいためと考えられる。
【００５１】
また、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度が60°を超える場合、また上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａの傾斜角度がともに60°を超える場合に、不良が発生した。これは、基体１の側面の下端付近の樹脂３の先端部の角度が小さくなって、先端部の体積が小さくなり、先端部の剛性が小さくなって、外れ易くなっているものと考えられる。
【００５２】
さらに、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｃ−Ａがともに傾斜している場合には、樹脂３の外れが発生し難くなることが判明した。
【００５３】
次に、傾斜した側面１ｄ−Ａを有する下側Ｃｕ板１ｄにおいて、側面１ｄ−Ａが凹んだ曲面となるように形成したサンプルを作製した。このサンプルにおいては、側面１ｄ−Ａの全体としての傾斜角度（側面１ｄ−Ａの上下端を結ぶ線の傾斜角度）を20，25，30，35，45，55，60，65，70（°）とし、Ｍｏ板１ｂ、側面１ｃ−Ａが傾斜していない上側Ｃｕ板１ｃを用いて基体１を作製し、上記傾斜角度につき各10個ずつ計90個のサンプルを作製した。これらのサンプルを金属板（Ｃｕ板）上にロウ付けし、上記と同様の条件で温度サイクル試験を施し、同様に樹脂３の外れ不良および剥れ不良を評価した。その結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
表３より、樹脂３の外れ不良の発生がさらに抑制されたことが判明した。
【００５６】
次に、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａおよび下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａがともに凹んだ曲面とされたサンプルを、上記と同様に作製して同様に評価した。その結果を表４に示す。
【００５７】
【表４】
表４より、下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａのみが凹んだ曲面とされたサンプルよりもさらに外れ不良が減少するという良好な結果が得られた。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、上記実施の形態では、上側Ｃｕ板１ｃの側面１ｃ−Ａと下側Ｃｕ板１ｄの側面１ｄ−Ａの傾斜角度を同じとしたが、本発明の角度の範囲内で傾斜角度がそれぞれ異なっていてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の基体と、載置部に載置された半導体素子と、基体の上側主面に下面が接合され、上面に半導体素子が一端部に電気的に接続される線路導体が形成された中継用回路基板と、線路導体の他端部に接合されたリード端子と、基体の上側主面、基体の側面、半導体素子、中継用回路基板およびリード端子の一部を覆う樹脂とを具備し、基体は、下側銅板と、モリブデン板と、上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされていることによって、基体の側面が上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とで成り、かつ、下側銅板の下面が露出されていることにより、基体は熱膨張係数が大きくて樹脂に近似した上側銅板および下側銅板と、剛性が高い中間のモリブデン板とから成るため、熱膨張による形状変化が樹脂に追随できるとともに剛性を保持できる。また、下側銅板の側面において樹脂の接触面積が増大するとともに側面の下側に向かうに伴って樹脂の体積が増大するため、下側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果が向上する。その結果、従来樹脂の外れ防止のために設けられていた鍔状部が不要となり、基体の鍔状部の付け根付近に発生していたボイドを起点とした樹脂の剥がれ、および基体の下側主面の端での樹脂の外れといった不具合をほとんど解消できる。従って、樹脂が基体の下側主面の端から容易に外れることがなく、また基体と樹脂との接合面に発生する剥れがほとんどない半導体装置を提供できる。
【００６１】
また、アルミナセラミックス等からなる中継用回路基板を基体の上側主面に載置固定しても、中継用回路基板にクラック等が発生することがなく、信頼性の高い半導体装置を構成することができる。
【００６２】
また、下側銅板の側面が傾斜していることによって基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離を全周に亘って大きくすることができ、たとえ剥れが発生しても水分などの外部からの異物が容易に半導体素子に到達しないようにでき、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００６３】
本発明の半導体装置は、好ましくは、上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜しており、下側銅板とモリブデン板と上側銅板の各側面が連続していることにより、上側銅板の側面において樹脂との接触面積が増大して密着力が向上するとともに、基体の側面の下端から半導体素子に至る沿面距離をさらに大きくすることができ、半導体素子をさらに信頼性良く載置部に載置することができる。また、下側銅板とモリブデン板と上側銅板の各側面が連続していることから、剛性は高いが熱膨張係数が小さく樹脂と大きく相違するモリブデン板と上下側銅板との境界に段差がなくなる。従って、モリブデン板と上下側銅板との境界で樹脂が剥がれるといったことがなく、樹脂の密着の信頼性がより高いものとなる。
【００６４】
本発明の半導体装置は、好ましくは、下側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30〜60°とされていることにより、下側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【００６５】
また本発明の半導体装置は、好ましくは、上側銅板はその側面のモリブデン板の側面に対する傾斜角度が30〜60°とされていることにより、上側銅板の側面において樹脂の密着力が大きくなるとともに応力や外力を緩和する効果がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）は実施の形態のさらに他の例を示す要部拡大断面図である。
【図３】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体装置の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：モリブデン板
１ｃ：上側銅板
１ｃ−Ａ：上側銅板の側面
１ｄ：下側銅板
１ｄ−Ａ：下側銅板の側面
２：半導体素子
３：樹脂
５：中継用回路基板
５ａ：線路導体
６：リード端子
Ａ：半導体装置
Claims (4)
- 上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の基体と、前記載置部に載置された半導体素子と、前記基体の前記上側主面、前記基体の側面および前記半導体素子を覆う樹脂とを具備した半導体装置において、前記基体は、下側銅板とモリブデン板と上側銅板とが各側面が連続するようにロウ材層を介して順次積層され、前記下側銅板の側面が上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう傾斜面とされていることによって、前記基体の側面が前記上側主面に対して垂直な面と上端から下端に向かうにしたがって下面の中心側に向かう前記傾斜面とで成り、かつ、前記下側銅板の下面が露出されていることを特徴とする半導体装置。
- 前記上側銅板はその側面が上端から下端にかけて下面の中心側に向かって傾斜しており、前記下側銅板と前記モリブデン板と前記上側銅板の各側面が連続していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
- 前記下側銅板は、その側面の前記モリブデン板の側面に対する傾斜角度が３０乃至６０°と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。
- 前記上側銅板は、その側面の前記モリブデン板の側面に対する傾斜角度が３０乃至６０°とされていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
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