JPH09129823A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09129823A
JPH09129823A JP7280047A JP28004795A JPH09129823A JP H09129823 A JPH09129823 A JP H09129823A JP 7280047 A JP7280047 A JP 7280047A JP 28004795 A JP28004795 A JP 28004795A JP H09129823 A JPH09129823 A JP H09129823A
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JP
Japan
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resin case
metal base
resin
metal cylinder
insulating substrate
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JP7280047A
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Toshifusa Yamada
敏総 山田
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H01L2224/481Disposition
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    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
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    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
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    • 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】 【課題】ネジ締めの圧力による樹脂ケースの割れを防止
し、半田中のボイドが生じない半田付けで熱抵抗の低減
と信頼性の向上を図り、且つ製造コストの低減も達成す
る。 【解決手段】樹脂ケース1にS字型金属円筒3aが埋め
込まれ、S字型金属円筒3aは樹脂面から突出し、その
突出部25で金属ベース2と樹脂ケース1との隙間は一
定に確保され、その隙間に接着剤4を充填して、金属ベ
ース2と樹脂ケース1とをこの接着剤4で固着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、パワートランジ
スタ(IGBT)モジュールなどの半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のパワートランジスタモジュ
ールの構成図で、同図(a)は一部切欠断面図、同図
(b)は同図(a)の一部拡大図、同図(c)は同図
(b)の樹脂ケースの一部拡大図、同図(d)は金属円
筒の断面図と平面図を示す。同図(a)において、金属
ベース2に金属膜で回路パターンが形成された絶縁基板
9が半田等で固着され、この絶縁基板9上の回路パター
ンに複数個のシリコンチップと主回路端子、補助端子な
どの外部導出端子13が固着され、これらを収納する樹
脂蓋を有する樹脂ケース1が金属ベース2に接着剤で固
着され、シリコンチップの表面を保護するためにシリコ
ーンゲル14が充填され、パワートランジスタモジュー
ル(以下モジュールと略す)が出来上がる。このモジュ
ールは外部機器30に取り付け用のネジ7で固着され
る。同図(b)において、金属ベース2と樹脂ケース1
は接着剤4で固着され、樹脂ケース1に金属円筒3が固
着されている。この金属円筒3の空洞部と金属ベース2
に開けた貫通孔とで取り付け孔21となり、この取り付
け孔21にネジ7を通し、モジュールは外部機器30に
取り付けられる。同図(c)において、金属円筒3は樹
脂ケース1に固着され、金属円筒3の空洞部が取り付け
孔21となっている。金属円筒3の金属ベース2に対向
する面は樹脂ケース1の樹脂8面と面一になっている。
同図(d)において、この図は金属円筒3の側面と平面
を示した図である。樹脂ケース1の樹脂8と接する金属
円筒3の表面は編み目上の切り込みを入れたローレット
加工22が施され、樹脂8から抜けない構造をしてい
る。また、この金属円筒3の上部から見た平面図はリン
グ状となっており、その空洞部は取り付け孔となる。
【0003】図5は従来のモジュール構造における絶縁
基板と金属ベースの要部構成図で、同図(a)は平面
図、同図(b)は側面図を示す。同図(a)において、
金属ベース2上にセラミック板9aに回路パターン9b
を金属膜で形成した絶縁基板9を半田で固着する。回路
パターン9b上にシリコンチップ10などの回路部品が
搭載され、回路パターン9b、シリコンチップ10およ
びその他の回路部品はアルミ線などのボンディングワイ
ヤで接続され、また外部との接続は導板でできた主回路
端子や補助端子などの外部導出端子13(図示されてい
ない)で行われる。同図(b)において、金属ベース2
上に半田箔を置き、その上にシリコンチップ10や回路
部品が搭載された絶縁基板9を載せ、数百℃で半田箔を
溶かし、冷却して金属ベース2と絶縁基板9とを半田1
2で固着させる。冷却過程で半田12と絶縁基板9との
熱膨張係数の違いでバイメタル効果が生じ、同図のよう
に絶縁基板9の中央部の半田12は厚く、周縁部が薄い
状態となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記において、図4
(b)に示すようにネジ7にて締結される金属円筒3部
付近の接着剤4にボイド11があると、外部機器30と
のネジ7による締結時に、樹脂ケース1にヒビ割れ20
が入る恐れがある。また図4(d)に示すようにローレ
ット加工22を施して、樹脂との密着性を高めている
が、このローレット加工22は非常に高価である。
【0005】また図5に示すように、半田12が絶縁基
板9の中央部で厚くなると、この部分に半田12中の気
泡が絶縁基板9の周縁部から抜けにくくなり、大きなボ
イド11が形成される。このボイド11を含んだモジュ
ールは熱抵抗が高くなり、また耐熱サイクル性が小さく
なり、信頼性の確保が困難となる。この発明の目的は、
前記の課題を解決して、樹脂ケースの割れを防止し、熱
抵抗が小さい、高信頼性のパッケージ構造を有する、低
コストの半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、外装樹脂ケースと金属ベースを組み合わせたパッ
ケージに、金属ベースに固着した絶縁基板と、該絶縁基
板上に搭載した複数個の半導体素子、外部接続用の主回
路端子および補助端子、内部接続用端子とを組み込んだ
半導体装置において、外装樹脂ケースに設けられたパッ
ケージ取り付け用の金属円筒の軸方向の断面形状をS字
型とする。この金属円筒の先端部が外装樹脂ケース面よ
り突出する突出部を有するとよい。前記半導体装置にお
いて、絶縁基板を固着する金属ベース板上に複数個の突
起部を設けた構造とするとよい。またこれらの構造を組
み合わせても勿論よい。
【0007】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1実施例の要
部断面図で、同図(a)は樹脂ケースの一部拡大断面
図、同図(b)はS字型金属円筒の側面と平面を示す。
図4(a)、(b)に相当する図は同一であるため省略
する。また、この実施例は、ネジ7で外部機器30へ取
り付けるための取り付け孔21(S字型金属円筒3aが
固着されている)がパッケージ(樹脂ケース1と金属ベ
ース2で構成される)の4箇所の角部に設けられている
場合である。同図(a)において、樹脂ケース1の樹脂
8にS字型金属円筒3aが埋め込まれ、S字型金属円筒
3aの金属ベース2と接する面は樹脂8面から突出して
おり、その突出部25の高さ(樹脂ケース1と金属ベー
ス2との隙間)は0.2〜0.3mm程度である。また
S字型金属円筒3aの空洞部と金属ベース2の貫通孔は
取り付け孔21となる。尚、S字型金属円筒と称するの
は円筒の軸方向(図では縦軸)の切断面で、左側の切断
面の形状がS字状をしているためである。
【0008】このS字型構造とすることで、前記のロー
レット加工22を施さなくとも樹脂8との密着性が上が
る。またこのS字加工は連続した絞り加工でできるた
め、製作コストが安価で、大量生産ができる。またこの
S字型金属円筒3aの先端部を樹脂ケース1より突出さ
せ、突出部25を設けることで、樹脂ケース1と金属ベ
ース2を接着剤4で接着する場合に接着剤4の厚さを面
内で一定に保ち、接着強度を高めることができ、また例
え接着剤4にボイドが残留しても、従来構造と違い、ネ
ジ締めの力をS字型金属円筒3aで支えるため、樹脂ケ
ース1にはヒビ割れは発生しない。
【0009】図2はこの発明の第1実施例の変形例の要
部構造図で、同図(a)は樹脂ケース裏面の平面図、同
図(b)は図1(a)に相当した図を示す。この変形例
では取り付け孔21がパッケージの2箇所に設けられた
場合である。同図(a)において、樹脂ケース1の2箇
所に取り付け孔21が設けられ、S字型金属円筒3aが
埋め込まれている。また樹脂ケース1の4箇所に樹脂突
起部5が形成されている。同図(b)において、樹脂ケ
ース1に形成される樹脂突起部5の突起の高さはS字型
金属円筒3aの突出部25の高さと同一である。また樹
脂ケース1と金属ベース2とは接着剤4で固着されてい
る。
【0010】この構造により、樹脂ケース1と金属ベー
ス2の間隔Gは2箇所のS字型金属円筒3aの突出部2
5のみではX軸では確保できるがY軸では1点支持とな
り確保できない。そのため、この樹脂突起部5をケース
の4箇所に設けることで、Y軸でもこの間隔Gを一定に
確保できる。この間隔Gが全箇所で一定に確保できる
と、例え接着剤4が不均一に塗布されても、最終的には
接着剤4の厚さは均一化され、所定の接着強度が全箇所
で確保される。また同時にボイドの発生も防止できる。
さらに、ネジ7による締結時の圧接力をS字型金属円筒
3aで支えるため、樹脂ケース1にヒビ割れ20が入る
こともない。尚、モジュールが小容量でネジ7による締
めつけ圧力が小さい場合には、S字型金属円筒3aの突
出部25は設けずにS字型金属円筒3aと樹脂ケース1
とを面一とし、4箇所の樹脂突起部5のみ設け、この樹
脂突起部5で圧接力を支えるようにしてもよい。
【0011】図3はこの発明の第2実施例の要部構造図
で、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図、同図
(c)は金属突起部の拡大図を示す。同図(a)におい
て、金属ベース2に絶縁基板9の周縁部を支える金属突
起部2aを設け中央部を例えば支持棒23で押し、図の
ように金属ベース2との間隔が中央部で狭くなるように
する。この状態で高温にし、溶融した半田12をこの隙
間から浸透させ、半田12を絶縁基板9全体に行き渡ら
せ、冷却し、絶縁基板9と金属ベース2とを固着する。
こうすることで、冷却時にバイメタル効果で中央部の半
田12が厚くなることを防ぎ、半田中のボイドをスムー
ズに外部に放散させ、ボイドのない半田付けができる。
同図(b)において、金属ベース2上に絶縁基板9が配
置される。金属ベース2の金属突起部2aは4箇所あ
り、絶縁基板9と金属突起部2aとの距離Wは2〜3m
m程度がよい。同図(c)において、金属突起部2aの
周囲には半田溜めの溝部24が形成されており、半田付
け時に絶縁基板9と接触する金属突起部2aの表面に半
田が付着しないようにしている。またこの金属突起部2
aの高さgは0.1〜0.2mm程度がよい。
【0012】
【発明の効果】この発明によれば、外部機器にネジで固
定するための樹脂ケースの取り付け孔部にS字型金属円
筒を埋め込むことで、この円筒と樹脂ケースの樹脂との
密着性が向上し、且つ、円筒の生産性が上がり、製造コ
ストを低減できる。またこの円筒の金属ベースと接触す
る先端部を樹脂部より高くすることで、取り付け時に発
生しやすい樹脂ケースのヒビ割れを防止できる。
【0013】また金属ベースに複数の突起を設け、絶縁
基板の中央部を加圧し、中央部が周縁部に対して狭くし
た状態で、金属ベースと絶縁基板とを半田付けすること
でボイドの極めて少ない半田付けができ、パワートラン
ジスタモジュールの熱抵抗の低減と耐熱サイクル性の向
上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の要部断面図で、(a)
は樹脂ケースの一部拡大断面図、(b)はS字型金属円
筒の側面と平面を示す図
【図2】この発明の第1実施例の変形例の要部構造図
で、(a)は樹脂ケース裏面の平面図、(b)は図1
(a)に相当した図
【図3】この発明の第2実施例の要部構造図で、(a)
は断面図、(b)は平面図、(c)は金属突起部の拡大
【図4】従来のパワートランジスタモジュールの構成図
で、(a)は一部切欠断面図、(b)は(a)の一部拡
大図、(c)は(b)の樹脂ケースの一部拡大図、
(d)は金属円筒の断面図と平面図
【図5】従来のモジュール構造における絶縁基板と金属
ベースの要部構成図で、(a)は平面図、(b)は側面
【符号の説明】
1 絶縁ケース 2 金属ベース 2a 金属突起部 3 金属円筒 3a S字型金属円筒 4 接着剤 5 樹脂突起部 7 ネジ 8 樹脂 9 絶縁基板 9a セラミック板 9b 回路パターン 10 シリコンチップ 11 ボイド 12 半田 13 外部導出端子 14 シリコーンゲル 20 ヒビ割れ 21 取り付け孔 22 ローレット加工 24 半田溜め溝部 30 外部機器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外装樹脂ケースと金属ベースを組み合わせ
    たパッケージに、金属ベースに固着した絶縁基板と、該
    絶縁基板上に搭載した複数個の半導体素子、外部接続用
    の主回路端子および補助端子、内部接続用端子とを組み
    込んだ半導体装置において、外装樹脂ケースに設けられ
    たパッケージ取り付け用の金属円筒の軸方向の断面形状
    がS字型であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】金属ベースと接する金属円筒の先端部が外
    装樹脂ケース面より突出する突出部を有することを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】外装樹脂ケースと金属ベースを組み合わせ
    たパッケージに、金属ベース上に固着した絶縁基板と、
    該絶縁基板上に搭載した複数個の半導体素子、外部接続
    用の主回路端子および補助端子、内部接続用端子とを組
    み込んで構成した半導体装置において、金属ベース上の
    絶縁基板を固着する部分に複数個の突起部が設けられた
    ことを特徴とする半導体装置。
JP7280047A 1995-10-27 1995-10-27 半導体装置 Pending JPH09129823A (ja)

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