JPH08148645A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPH08148645A
JPH08148645A JP6290901A JP29090194A JPH08148645A JP H08148645 A JPH08148645 A JP H08148645A JP 6290901 A JP6290901 A JP 6290901A JP 29090194 A JP29090194 A JP 29090194A JP H08148645 A JPH08148645 A JP H08148645A
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JP
Japan
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resin
case
semiconductor device
cured
filled
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JP6290901A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Suzuki
和弘 鈴木
Hiroshi Suzuki
洋 鈴木
Shin Morishima
森島  慎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】パワーチップ1を実装し、パワーチップ1と電
気的に接続された外部取り出し端子5を設けた基板3,
基板3を取り付けた金属板,外部取り出し端子5が取り
付けられた蓋状ケース6,金属板上に取り付けられた外
囲ケース7からなり、チップ1を搭載した基板3上には
シリコーンゲル8が充填され、さらにその上にはエポキ
シ樹脂9が充填される半導体装置において、装置外部に
露出したエポキシ樹脂9と外囲ケース7との接着部分に
弾性率が0.1kgf/cm2から1000kgf/cm2 の樹脂
が塗布あるいは充填されている樹脂封止型半導体装置。 【効果】半導体装置の耐湿性を低下させる主要因となる
外囲ケース/硬質樹脂界面からの水分の浸入を抑制する
ことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パワーモジュール等の
半導体装置に係り、特に、耐湿信頼性に優れた半導体装
置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のパワーモジュール装置の構成を、
図1に示す一般的なIGBTモジュールの断面図を例に
とって説明する。
【0003】同図において、1はIGBTあるいはダイ
オードチップ等の半導体のパワーチップであり、これら
はセラミックス板2上に形成された銅パターン上に半田
等で接合されている。銅パターンからは、半田付け固定
された外部取り出し端子5が立ち上がっている。外部取
り出し端子5とIGBTチップ1とは金属ワイヤ4によ
り電気的に接続されている。そしてセラミックス板2は
銅基板3に半田等で接合されている。銅基板3にはポリ
フェニレンスルフィド(PPS)等の熱可塑性樹脂製外
囲ケース7が接着されている。6は同一樹脂製の蓋状ケ
ースである。パワーチップを搭載した基板上にはパワー
チップ保護のため弾性率の非常に小さいシリコーンゲル
8が充填されている。さらにこの上には、端子固定とパ
ッケージの気密を保持するためにエポキシ樹脂9が充填
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構造の半
導体装置では耐湿性に劣るという問題がある。これは、
主として、エポキシ樹脂等の硬質樹脂を充填するのに先
立ってシリコーンゲルを充填すること、及び熱膨張の大
きなシリコーンゲルを密封した構造であることに起因し
ている。
【0005】前者の結果、外囲ケース内面は、這い上が
ったシリコーンゲルやシリコーンゲル硬化時に発生する
低分子シロキサンで汚染される。このため、シリコーン
ゲル上にパッケージシールのための硬質樹脂を充填して
も、外囲ケースと硬質樹脂との接着性が阻害されるた
め、最悪の場合にはこの界面に剥離が発生し、所期の目
的を達成できないことになる。さらに、後者の結果、密
封されたシリコーンゲルが熱膨張する際に発生する大き
な内圧増加で、外囲ケースと硬質樹脂との接着界面が決
定的に破壊されることになる。上記事情から、従来構造
半導体装置は、見かけ上気密性に問題が無くても、実際
には、外囲ケースと硬質樹脂界面から水分が浸入し易い
構造となる。
【0006】さらに、従来構造では、シリコーンゲルが
密封され、ゲルの体積温度変化分を容易には収容出来な
いため、シリコーンゲル中にはボイドや引き裂け等の構
造欠陥が発生しており、浸入水分はこの欠陥部を伝わっ
てチップ近傍に容易に到達することになる。この結果、
半導体装置の耐湿性が劣ることになる。
【0007】しかし、例えば、外囲ケース内面を荒らす
などの手法で、単純に外囲ケースと硬質樹脂との接着性
を向上しようとすると、この場合にはシリコーンゲル熱
膨張時の内圧が底部金属板と外囲ケースとの接着部を破
壊し、外囲ケースを底部金属板から剥離させるという不
良が発生することになる。
【0008】従来構造の半導体装置は、耐湿性の問題点
を内包するものの、プロセス性の点では優れたものであ
る。このため、従来構造のプロセス性の犠牲を最小限に
しつつ、内包するシリコーンゲルの体積温度変化分を収
容する空間をパッケージ内に確保するとの観点から従来
構造の改良が行われてきており、例えば、特開平4−321
259号公報を挙げることができる。
【0009】本発明の目的は、従来構造半導体装置のプ
ロセス性を犠牲にすることなく、耐湿性を飛躍的に向上
させることが可能な樹脂封止型半導体装置及びその製造
方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このように、従来構造半
導体装置の耐湿性を低下させている水分浸入個所は、外
囲ケースと硬質樹脂との界面である。この界面の接着性
を阻害しているのは、シリコーン化合物である。このた
め、シリコーン化合物と相性が良く、且つ、外囲ケース
及び硬質樹脂との接着性にも優れている材料で、装置外
部に露出した前記界面付近を覆ってやれば、この部分か
らの水分浸入を抑えることができる。
【0011】しかし、このとき、弾性率が非常に大きな
堅い樹脂を単純に用いると、前記底部金属板から外囲ケ
ースが剥離するとの不良が発生してしまう。従って、接
着性阻害のために、シリコーンゲルの体積温度変化に応
じて外囲ケース内部を上下に移動する硬質樹脂層の動き
を阻害することなく、気密性を保持できるような弾性率
が比較的小さい材料が必要となる。
【0012】このような材料として、本発明ではシリコ
ーン樹脂及びフッ素含有樹脂が好適であることを見出し
た。これらの中では前者材料がより有効である。これら
材料の内、上記目的のために有効なのは、弾性率が0.
1kgf/cm2から1000kgf/cm2の範囲にある材料で
ある。0.1kgf/cm2 より弾性率が小さくなると、相
当に柔らかい材料となるため、取扱いの点で難点が生じ
るようになる。一方、1000kgf/cm2 よりも弾性率
が大きくなると、材料が堅くなるため、上記した所期の
目的を満足できなくなる。
【0013】これら材料を被覆する場所は、最低限、装
置外部に露出した外囲ケースと硬質樹脂との接着界面を
覆っていれば、所期の目的を達成することができる。も
ちろん、硬質樹脂上面全面をこれらの樹脂で覆ってしま
っても良い。
【0014】被覆する際の樹脂の性状は、流動性の液状
であっても、非流動性のペースト状であっても、あるい
は高圧スプレーからのふん霧ガス状であってもよい。流
動性の液状である場合には、硬質樹脂充填後、この上に
この樹脂を注入すれば良い。非流動性ペースト状の場合
には、硬質樹脂と外囲ケースとの接着界面付近あるいは
硬質樹脂上に塗布すれば良い。さらに、ふん霧ガス状の
場合には、硬質樹脂/外囲ケース界面を中心にスプレー
すれば良い。
【0015】
【作用】本発明によれば、半導体装置の耐湿性を低下さ
せる主要因となる外囲ケース/硬質樹脂界面からの水分
浸入を抑制することが可能なため、従来構造半導体装置
のプロセス性を犠牲にすることなく、耐湿性に非常に優
れた樹脂封止型半導体装置を実現することが可能とな
る。
【0016】
【実施例】
(実施例1)次に本発明を実施例によって具体的に説明
する。本実施例によるパワーモジュール装置の断面図を
図2に示す。
【0017】銅基板3に半田で接合した、パワーチップ
1を搭載した窒化アルミニウム板2の所定の位置に、蓋
状ケース6に嵌合固定された外部取り出し端子5をクリ
ーム半田で接合した。次いで、銅基板に樹脂製外囲ケー
ス7を接着した。それから、蓋状ケース6と外囲ケース
7との隙間から、ケース内部の基板上にシリコーンゲル
8を所定量注入し、80℃/3時間,150℃/2時間
の加熱によりゲルを硬化した。さらに、硬化ゲル上に無
水酸硬化型脂環式エポキシ樹脂9を注入し、120℃/
2時間,150℃/4時間の加熱により硬化させた。こ
の後、エポキシ樹脂硬化物上に液状のシール性樹脂10
を注入し、150℃/2時間の加熱により硬化させた。
【0018】(実施例2)実施例1と同一工程でエポキ
シ樹脂硬化まで行った。次いで、非流動性のペースト状
シリコーン樹脂をエポキシ樹脂硬化物上に充填し、金属
製ヘラで整形後、150℃/2時間の加熱で硬化させ
た。
【0019】(比較例1)実施例1と同様にして半導体
装置を組み立てたが、本例ではエポキシ樹脂硬化完了の
時点で止め、エポキシ樹脂硬化物上にシリコーン樹脂は
注入せず、従来構造相当の半導体装置を組み立てた。
【0020】樹脂封止型半導体装置各10台について、
耐湿性試験を行った。本試験は、半導体装置を65℃/
95%RHの雰囲気に1000時間放置し、放置前後で
の各装置の漏洩電流−電圧特性の変化を調べるものであ
る(放置後の漏洩電流の変化量が放置前の値の1割を超
えた場合を不良と判定した)。その結果、65℃/95
%RH/1000時間放置後の不良率は、実施例1,実
施例2,比較例1について、それぞれ、0/10,0/
10,7/10であった。
【0021】本結果から明らかなように、外囲ケースと
エポキシ樹脂硬化物接着部分をシリコーン樹脂で覆った
本実施例の場合には、耐湿性が飛躍的に向上することが
分かる。
【0022】
【発明の効果】本発明では、装置外部に露出した外囲ケ
ースとエポキシ樹脂等の硬質樹脂との接着部分をシール
性樹脂で覆っているため、半導体装置の耐湿性不良の主
要因となる、接着界面からの水分浸入を阻止できる。し
かも、このシール性樹脂の弾性率は0.1kgf/cm2から
1000kgf/cm2 の範囲にあるようにしているため、
半導体装置内部のゲルの体積温度変化に伴う硬質樹脂層
の動きを阻害せず、ゲルの熱膨張に起因するケースの基
板からの剥離という不良が発生することは無い。この結
果、従来構造半導体装置のプロセス性を犠牲にすること
なく、耐湿性に優れた樹脂封止型半導体装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来構造半導体装置の断面図。
【図2】本発明による半導体装置の断面図。
【符号の説明】 1…パワーチップ、2…セラミックス板、3…銅基板、
4…金属ワイヤ、5…外部取り出し端子、6…蓋状ケー
ス、7…樹脂製外囲ケース、8…シリコーンゲル、9…
エポキシ樹脂、10…シール性樹脂。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップと,前記半導体チップを実装
    し、前記半導体チップと電気的に接続された外部取り出
    し端子を設けた基板,前記基板を取り付けた金属板,前
    記外部取り出し端子が取り付けられた蓋状ケース,前記
    金属板上に取り付けられた外囲ケースから構成され、前
    記半導体チップを搭載した前記基板上にはシリコーンゲ
    ルが充填され、さらにその上にはエポキシ樹脂等の硬質
    樹脂が充填されている半導体装置において、少なくても
    装置外部に露出した前記硬質樹脂と前記外囲ケースとの
    接着部分に弾性率が0.1kgf/cm2から1000kgf/
    cm2 の樹脂が塗布あるいは充填されていることを特徴と
    する樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、少なくても装置外部に
    露出した前記硬質樹脂と前記外囲ケースとの接着部分に
    塗布あるいは充填される、弾性率が0.1kgf/cm2から
    1000kgf/cm2 の樹脂がシリコーン樹脂である樹脂封止
    型半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、少なくても装置外部に
    露出した前記硬質樹脂と前記外囲ケースとの接着部分に
    塗布あるいは充填される、弾性率が0.1kgf/cm2から
    1000kgf/cm2 の樹脂がフッ素含有樹脂である樹脂封止
    型半導体装置。
  4. 【請求項4】半導体チップと,前記半導体チップを実装
    し、前記半導体チップと電気的に接続された外部取り出
    し端子を設けた基板,前記基板を取り付けた金属板,前
    記外部取り出し端子が取り付けられた蓋状ケース,前記
    金属板上に取り付けられた外囲ケースから構成された半
    導体装置において、前記半導体チップを搭載した前記基
    板上にシリコーンゲルを充填し、さらにその上にはエポ
    キシ樹脂等の硬質樹脂を充填した後、少なくても装置外
    部に露出した前記硬質樹脂と前記外囲ケースとの接着部
    分にシリコーン樹脂あるいはフッ素含有樹脂を塗布ある
    いは充填することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の
    製造方法。
JP6290901A 1994-11-25 1994-11-25 樹脂封止型半導体装置 Pending JPH08148645A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000500928A (ja) * 1996-09-20 2000-01-25 モトローラ・インコーポレイテッド 液密封止を有する電子制御モジュール
US8791563B2 (en) 2012-03-09 2014-07-29 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof

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