JP6627698B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ケース内を樹脂で封止する半導体装置に関する。
発電及び送電から効率的なエネルギーの利用及び再生まであらゆる場面で半導体装置が利用されている。半導体装置において、絶縁板上の回路パターンに半導体素子が接合され、それらを囲むように絶縁板上にケースが設けられ、ケース内が樹脂で封止されている（例えば、特許文献１参照）。樹脂は液化した状態でケース内に注入されるため、樹脂が硬化するまでの間に絶縁板とケースの隙間から樹脂が液漏れするのを防ぐ必要がある。
特開２０００−３２３５９３号公報
従来は、絶縁板とケースを接着材により接着して、ケース樹脂と絶縁板の隙間を塞いで液漏れを防いでいた。従って、樹脂を注入する前に、接着材を絶縁板の外周部に環状に全周塗布して固めておく必要があった。このため、接着材の塗布工程とキュア工程に時間が必要であり、製造時間が長くなるという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、絶縁板と、前記絶縁板上に設けられた回路パターンと、前記回路パターンに接合された半導体素子と、前記回路パターン及び前記半導体素子を囲むように前記絶縁板上に設けられ、前記絶縁板に接着されていないケースと、前記ケース内に設けられ、前記回路パターン及び前記半導体素子を封止する硬化された樹脂とを備え、前記ケースの下面に環状に設けられた凹部に、前記絶縁板の上面に環状に設けられた凸部が嵌合し、前記凸部は前記回路パターンと素材及び高さが同じであることを特徴とする。
本発明では、ケースが絶縁板に接着されておらず、装置全体の固定は硬化された樹脂によりなされる。このため、接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置のケースを示す下面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置のケースを示す下面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置のケースを示す下面図である。放熱板１上に絶縁板２が設けられ、絶縁板２上に回路パターン３が設けられている。放熱板１と絶縁板２と回路パターン３は一体となっている。
電流スイッチング素子などの半導体素子４が回路パターン３にはんだ５により接合されている。ケース６が、回路パターン３及び半導体素子４を囲むように絶縁板２上に設けられている。ただし、ケース６は絶縁板２に接着されておらず、ネジによる固定などもされていない。電極７，８がケース６中に備え付けられ又は内蔵されている。半導体素子４の上面電極がワイヤ９により電極７に接続され、回路パターン３がワイヤ１０により電極８に接続されている。
エポキシ系の樹脂１１がケース６内に設けられ、回路パターン３及び半導体素子４などを封止する。硬化されていない素材１２が、絶縁板２の上面とケース６の下面との隙間に環状に設けられ、絶縁板２の上面及びケース６の下面に密着している。素材１２は、例えばポリエステル系熱可塑性エラストマーなどであり、製造中だけでなく製造後にも硬化されず、未硬化の樹脂１１よりも高い粘度を有する素材である。
本実施の形態では、ケース６は絶縁板２に接着されておらず、装置全体の固定は硬化された樹脂１１によりなされる。このため、接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる。また、樹脂１１が硬化するまでの期間、素材１２により、絶縁板２とケース６の隙間から未硬化の樹脂１１が漏れ出るのを防ぐことができる。
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置のケースを示す下面図である。本実施の形態では、実施の形態１の素材１２の代わりに、ケース６の下面に凹部１３が環状に設けられている。ゴムなどの弾力性部材１４がケース６の凹部１３に環状に設けられ、絶縁板２の上面及びケース６の下面に密着している。凹部１３に押し込まれていない状態の弾力性部材１４の自然長は凹部１３の深さより大きい。その他の構成は実施の形態１と同様である。
樹脂１１が硬化するまでの期間、半導体装置の自重又は外部応力により、弾力性部材１４は絶縁板２に押し当てられる。これより、絶縁板２と弾力性部材１４との間の隙間を無くして確実に気密性を確保できるため、未硬化の樹脂１１が漏れ出るのを防ぐことができる。また、実施の形態１と同様に、ケース６は絶縁板２に接着されておらず、装置全体の固定は硬化された樹脂１１によりなされる。このため、接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる。
なお、樹脂１１が硬化するまでの期間は、放熱板１とケース６を治具等で押さえておくことが好ましい。また、例えば回路パターン３と素材及び高さが同じである凸部を弾力性部材１４の下方で絶縁板２に設けて押し当ての補助としてもよい。
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１の素材１２の代わりに、ケース６の下面に環状に設けられた凹部１３に、絶縁板２の上面に環状に設けられた凸部１５が嵌合している。凹部１３及び凸部１５は複数でもよいし、１つでもよい。その他の構成は実施の形態１と同様である。
樹脂１１が硬化するまでの期間において、嵌合した凹部１３及び凸部１５により確実に気密性を確保できる。このため、未硬化の樹脂１１が漏れ出るのを防ぐことができる。また、実施の形態１と同様に、ケース６は絶縁板２に接着されておらず、装置全体の固定は硬化された樹脂１１によりなされる。このため、接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる。
また、凸部１５は回路パターン３と素材及び高さが同じである。これにより、回路パターン３と同一プロセスで凸部１５を形成することができる。また、凹部１３の深さは凸部１５の高さ以上である。これにより、製造公差による嵌合不具合を無くすことができる。
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。実施の形態３の構成に加えて、凹部１３内において凸部１５の上に弾力性部材１６が設けられている。弾力性部材１６は例えば樹脂性のレジストである。弾力性部材１６を設けることにより、実施の形態３よりも樹脂１１の液漏れ効果を高めることができる。これによって樹脂１１の粘度を下げることができるため、半導体装置の部品構想の幅が広がる。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１の素材１２の代わりに、ケース６の下面に環状に設けられた凸部１７が、弾力性を有する樹脂系などの絶縁板２に食い込んでいる。凸部１７は複数でもよいし、１つでもよい。凸部１７は断面が三角形状であり、先端は丸みを帯びていてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様である。
樹脂１１が硬化するまでの期間において、凸部１７が絶縁板２に食い込むことより確実に気密性を確保できる。このため、未硬化の樹脂１１が漏れ出るのを防ぐことができる。また、実施の形態１と同様に、ケース６は絶縁板２に接着されておらず、装置全体の固定は硬化された樹脂１１によりなされる。このため、接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる。
実施の形態６．
図８は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１の素材１２の代わりに、絶縁板２の上面とケース６の下面との隙間に、例えば樹脂性のレジストインキなどの弾力性部材１８が環状に設けられている。ケース６の下面に設けられた凸部１７が弾力性部材１８に食い込んでいる。凸部１７は複数でもよいし、１つでもよい。凸部１７は断面が三角形状であり、先端は丸みを帯びていてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様である。
樹脂１１が硬化するまでの期間、弾力性部材１８により、絶縁板２とケース６の隙間から未硬化の樹脂１１が漏れ出るのを防ぐことができる。そして、凸部１７が絶縁板２に食い込むことより更に液漏れの防止効果を高めることができ、樹脂１１の粘度の選択幅を拡げることができる。ただし、液漏れ防止が可能な厚みと弾力を維持可能な弾力性部材１８であれば凸部１７は無くてもよい。
また、実施の形態１と同様に、ケース６は絶縁板２に接着されておらず、装置全体の固定は硬化された樹脂１１によりなされる。このため、接着材の塗布工程とキュア工程を省いて製造時間を短くすることができる。
なお、実施の形態１〜６において、半導体素子４は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。
２ 絶縁板、３ 回路パターン、４ 半導体素子、６ ケース、１１ 樹脂、１２ 素材、１３ 凹部、１４，１６，１８ 弾力性部材、１５，１７ 凸部

Claims (6)

  1. 絶縁板と、
    前記絶縁板上に設けられた回路パターンと、
    前記回路パターンに接合された半導体素子と、
    前記回路パターン及び前記半導体素子を囲むように前記絶縁板上に設けられ、前記絶縁板に接着されていないケースと、
    前記ケース内に設けられ、前記回路パターン及び前記半導体素子を封止する硬化された樹脂とを備え、
    前記ケースの下面に環状に設けられた凹部に、前記絶縁板の上面に環状に設けられた凸部が嵌合し、
    前記凸部は前記回路パターンと素材及び高さが同じであることを特徴とする半導体装置。
  2. 絶縁板と、
    前記絶縁板上に設けられた回路パターンと、
    前記回路パターンに接合された半導体素子と、
    前記回路パターン及び前記半導体素子を囲むように前記絶縁板上に設けられ、前記絶縁板に接着されていないケースと、
    前記ケース内に設けられ、前記回路パターン及び前記半導体素子を封止する硬化された樹脂とを備え、
    前記ケースの下面に環状に設けられた凹部に、前記絶縁板の上面に環状に設けられた凸部が嵌合し、
    前記凹部内において前記凸部の上に設けられた弾力性部材を更に備えることを特徴とする半導体装置。
  3. 前記凹部の深さは前記凸部の高さ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 絶縁板と、
    前記絶縁板上に設けられた回路パターンと、
    前記回路パターンに接合された半導体素子と、
    前記回路パターン及び前記半導体素子を囲むように前記絶縁板上に設けられ、前記絶縁板に接着されていないケースと、
    前記ケース内に設けられ、前記回路パターン及び前記半導体素子を封止する硬化された樹脂とを備え、
    前記ケースの下面に環状に設けられた凸部が、弾力性を有する前記絶縁板に食い込んでいることを特徴とする半導体装置。
  5. 絶縁板と、
    前記絶縁板上に設けられた回路パターンと、
    前記回路パターンに接合された半導体素子と、
    前記回路パターン及び前記半導体素子を囲むように前記絶縁板上に設けられ、前記絶縁板に接着されていないケースと、
    前記ケース内に設けられ、前記回路パターン及び前記半導体素子を封止する硬化された樹脂と、
    前記絶縁板の上面と前記ケースの下面との隙間に環状に設けられた弾力性部材とを備え、
    前記ケースの前記下面に環状に設けられた凸部が前記弾力性部材に食い込んでいることを特徴とする半導体装置。
  6. 前記半導体素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
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