JPH10135377A - モールド型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】固着部の耐熱疲労性と気密性に優れたモールド
型半導体装置を提供する。 【解決手段】モールド型半導体装置は、 半導体構成部
品としての回路基板１０,半導体素子２１,チップ抵抗体
２２,チップコンデンサ２３,端子２４などが、 金属板
１の主面に絶縁層２を介して形成された配線層３上に、
９０(wt%)以上のＳｎに、Ｓｂ,Ｚｎ,Ｉｎ及びＢｉの群
から選択された １種類以上の金属が添加された合金材
からなる固着材２５によって固着され、該半導体構成部
品等が、熱膨張率が１４〜２０(ppm/℃)に選択されたモ
ールド樹脂３０によって被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モールド型半導体
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子基体を支持する部材は
非絶縁型半導体装置の一電極を兼ねる場合が多かった。
例えば、パワートランジスタチップを銅ベース上にＰｂ
−Ｓｎはんだ材により一体化搭載したパワートランジス
タ装置では、 銅ベース(金属支持部材)はトランジスタ
のコレクタ電極と支持部材を兼ねる。 このような半導
体装置では、数アンペア以上のコレクタ電流が流れ、ト
ランジスタチップは発熱する。この発熱に起因する特性
の不安定性や寿命の劣化を避けるため、銅ベースは熱放
散のための部材を兼ねる。また、高耐圧化及び高周波化
され、大電流を流すことの可能な半導体素子基体を上記
銅ベースに直接はんだ付け搭載した場合は、熱放散中継
部材としての銅ベースの役割は一層重要になる。

【０００３】また、半導体装置の全ての電極を金属支持
部材から電気的に絶縁し、もって半導体装置の回路適用
上の自由度を増すことのできる構造が出現している。こ
のような絶縁型半導体装置において、全ての電極は絶縁
部材により金属支持部材を含む全てのパッケージ部材か
ら絶縁されて外部へ引き出される。そのために、一対の
主電極が回路上の接地電位から浮いている使用例であっ
ても、電極電位とは無関係にパッケージを接地電位部に
固定できるので、半導体装置の実装が容易になる。

【０００４】絶縁型半導体装置においても、半導体素子
を安全かつ安定に動作させるためには、半導体装置の動
作時に発生する熱をパッケージの外へ効率良く放散させ
る必要がある。この熱放散は通常、発熱源である半導体
基体からこれに接着された各部材を通じて気中へ熱伝達
させることで達成される。絶縁型半導体装置ではこの熱
伝達経路中に、絶縁体、半導体基体を接着する部分等に
用いられた接着材層を含む。

【０００５】また、半導体装置を含む回路の扱う電力が
高くなるほど、あるいは要求される信頼性(経時的安定
性、耐湿性、耐熱性等)が高くなるほど、完全な絶縁性
が要求される。ここで言う耐熱性には、半導体装置の周
囲温度が外因により上昇した場合のほか、半導体装置の
扱う電力が大きく、半導体基体で発生する熱が大きくな
った場合の耐熱性も含む。

【０００６】一方、混成集積回路装置あるいは半導体モ
ジュール装置では、一般に半導体素子を含むあるまとま
った電気回路が組み込まれるため、その回路の少なくと
も１部とこれらの装置の支持部材あるいは放熱部材等の
金属部とを電気的に絶縁する必要がある。例えば、第１
先行技術例としての風見明による“ＭＩＳＴ基板”：工
業材料(Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．３)、２２〜２６頁(１９
８３年)には、両面に薄いアルマイト層(１４〜３０μm)
を形成したアルミニウム基板(１〜２mm)の一方の面上
に、エポキシ系絶縁層(２８μm)を介して銅箔(３５μm)
を形成した混成集積回路装置用基板が開示されている。
また、上記銅箔を選択エッチングして回路配線を施した
上記混成集積回路装置用基板上に、はんだ付けによりパ
ワー半導体素子及び受動素子が搭載された混成集積回路
装置が開示されている。

【０００７】第２先行技術例としてのN.Sakamotoらによ
る“An Improvement on Solder Joint Reliability for
Aluminum Based IMST Substrate”:IMC 1922 Proceedi
ngs525〜532頁(1992年)には、上記混成集積回路装置用
基板上にＰｂ-６０wt%Ｓｎ系はんだ材によりパワートラ
ンジスタ素子やセラミック製チップコンデンサ及びチッ
プ抵抗を搭載し、これらの搭載素子をアルミニウムと同
等の熱膨張率(２５ppm/℃)を持つエポキシ樹脂によりモ
ールド封止した構造のハイブリットＩＣ装置が開示され
ている。この先行技術例では、上記基板(Ａｌ)と熱膨張
率がほぼ等価な２５ppm/℃の樹脂でモールドするのが好
ましいことを開示している。

【０００８】上記先行技術例１及び２に基づく混成集積
回路装置は、量産性に優れるとともに経済的利点が多
く、半導体実装の分野で広く利用されている。

【０００９】上記先行技術例１および２に基づく混成集
積回路装置やハイブリットＩＣ装置は、放熱を促進させ
るためアルミニウムフィン等のヒートシンクへ機械的に
取り付けるか、又は、外部回路の形成された例えばプリ
ント回路基板のようなものへはんだ付けにより固着され
て使用される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】先行技術例１および２
に基づく 混成集積回路装置やハイブリットＩＣ装置(以
下、半導体装置と言う)の場合は、 熱膨張率の小さい搭
載部品、例えば、半導体素子基体：３.５ppm/℃(Ｓ
ｉ)、 チップ抵抗体：７ppm/℃(アルミナ)、チップコン
デンサ：１０ppm/℃(チタン酸バリウム)が、熱膨張率の
大きい回路基板(Ａｌ:２５ppm/℃)上にＰｂ-Ｓｎ系合金
材のはんだ付けにより固着される。はんだ付け部は搭載
部品を基板上の所定位置に固定するとともに、上記半導
体装置の配線及び熱放散路の役割を担う。しかしなが
ら、上記半導体装置には稼働時や休止時に伴う熱ストレ
スがくり返し印加され、最終的にははんだ付け部の熱疲
労破壊を生ずるに至る。特に、混成集積回路用基板に対
してモールド樹脂の熱膨張率が適切に調整されていない
場合は、両者の接合界面に過大な残留応力が内在するこ
ととなり、これに半導体装置の稼働時の熱応力が重畳さ
れると、はんだ付け部の熱疲労破壊が一層加速される。
この熱疲労破壊が進むと、断線、熱放散路の遮断等の悪
影響を生ずる。この結果、半導体装置はその回路機能を
失う。

【００１１】また、はんだ付けにＰｂ-Ｓｎ系合金材が
用いられた場合は、 半導体装置がプリント配線基板に
はんだ付け搭載される際に次のような問題点を生ずる。
一般に半導体装置はＰｂ-６０wt%Ｓｎ(融点：１８３
℃、作業温度：２２０℃)によりプリント配線基板には
んだ付け搭載される。 この際、搭載部品を固着したＰ
ｂ-Ｓｎ系合金材の一部も溶融する。溶融したはんだ材
は体積膨張して大きな圧力を生ずるとともに、回路基板
−モールド樹脂間の接着部を剥離させる。この結果、溶
融はんだ材は剥離間隙を通って流出し、配線間を電気的
に短絡せしめ、半導体装置の回路機能を害する。

【００１２】更に、先行技術例１及び２に基づく半導体
装置の場合は、回路基板に対してモールド樹脂の熱膨張
率が適切に調整されていないと、両者の接合界面に過大
な残留応力が内在し、これに半導体装置の稼働時の熱応
力が重畳されて、回路基板−モールド樹脂間の接合界面
の剥離が一層進行する。このような場合には、半導体装
置の内部に水分が浸入し、内部の回路機能を害する。

【００１３】従って、本発明の目的は、上述の問題点を
解決し、固着部の耐熱疲労性と気密性に優れるモールド
型半導体装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明によるモールド型半導体装置の特徴は、半導体構成部
品が、金属板の主面に絶縁層を介して形成された配線層
上に、 ９０(wt%)以上のＳｎに、Ｓｂ，Ｚｎ，Ｉｎ及び
Ｂｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された
合金材によって固着され、前記半導体構成部品等が、熱
膨張率が１４〜２０(ppm/℃)に選択されたモールド樹脂
によって被覆されていることにある。そして、他の特徴
は、特に、合金材が９５(wt%)以上のＳｎに、Ｓｂ，Ｚ
ｎ，Ｉｎ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属
が添加された合金である点にある。

【００１５】さらに、モールド型半導体装置の別の特徴
は、半導体構成部品が、金属板の主面に絶縁層を介して
配線層が形成された内部の回路基板上に、 ９０(wt%)以
上のＳｎにＳｂ,Ｚｎ,Ｉｎ及びＢｉの群から選択された
１種類以上の金属が添加された第１合金材によって固着
され、 かつ、前記半導体構成部品,前記内部の回路基板
及び前記第１合金材が、１４〜２０(ppm/℃)の範囲の熱
膨張率を有するモールド樹脂によって被覆されて成るモ
ールド半導体が、前記第１合金材よりも融点の低い第２
合金材によって、外部の回路基板に固着されているとこ
ろにある。

【００１６】本発明によれば、固着材としての合金材の
剛性及び熱歪吸収性と、封止材としてのモールド樹脂の
熱膨張性との相性が合い、熱的耐久性の向上が図られ
る。また、前作業の第１合金材よりも後作業の第２合金
材の融点が低いので、熱的耐久性とともに耐熱劣化性を
向上することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例のモールド型半導体装置を示す断面図である。本発
明によるモールド型半導体装置としての半導体装置４０
は、金属板１の一方の主面に絶縁層２を介して配線層３
が選択形成された回路基板１０(以下、基板１０という)
上に、 半導体素子２１と、チップ抵抗２２やチップコ
ンデンサ２３などからなる受動素子と、端子２４とが、
Ｓｎを主成分とし、Ｓｂ,Ｚｎ,Ｉｎ及びＢｉの群から選
択された１種類以上の金属が添加された合金材からなる
固着材２５により、導電的及び機械的に固着され、これ
らの搭載部品２１,２２,２３,２４,２５や基板１０が、
熱膨張係数が１４〜２０(ppm/℃)に選択されたモール
ド樹脂３０により気密的に封止されたものである。

【００１８】すなわち、本発明によるモールド型半導体
装置は、金属(例えば、アルミ)板の一方の主面に絶縁
(例えば、エポキシ樹脂)層を介して配線層(例えば、銅
配線)が選択形成された回路基板上に、半導体素子、受
動素子、端子の群から選択された少なくとも一つを含む
半導体構成部品が、９０(wt%)以上のＳｎに Ｓｂ,Ｚｎ,
Ｉｎ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添
加された合金材からなる固着材によって固着され、これ
らの回路基板,半導体構成部品及び固着材(即ち、半導体
構成部品等)が、 熱膨張率が１４〜２０(ppm/℃)に選択
されたモールド樹脂(例えば、エポキシ系のトランスフ
ァモールド樹脂)によって被覆されていることを第１の
特徴とする。そして特に、後述するように、固着材を９
５(wt%)以上のＳｎに、Ｓｂ,Ｚｎ，Ｉｎ及びＢｉの群か
ら選択された１種類以上の金属が添加された合金材とす
る点に第２の特徴がある図２は、本発明による他の実施
例のモールド型半導体装置を示す断面模式図である。本
発明によるモールド型半導体装置は、モールド半導体４
０ａが、例えばプリント基板のごとき回路配線の施され
た外部回路基板５０に、当該モールド半導体４０ａが備
える例えば端子２４ａを介して、例えばＰｂとＳｎを主
成分とする合金材(即ち、第２合金材)からなる第２の固
着材５１により固着されているものである。そして、モ
ールド半導体４０ａは、図１に示した半導体装置４０の
構成と同様であり、内部の回路基板上の半導体構成部品
がＳｎを主成分(９０wt%以上)とし Ｓｂ,Ｚｎ,Ｉｎ及び
Ｂｉの群から選択された１種類以上の金属が添加された
合金材(即ち、第１合金材)からなる第１の固着材２５ａ
によって固着され、半導体構成部品等が、熱膨張率が１
４〜２０(ppm/℃)に選択されたモールド樹脂３０ａによ
って被覆されているものである。そして、この場合に、
第２の固着材５１の融点は、第１の固着材２５ａの融点
よりも低いものが選択されている。

【００１９】すなわち、本発明によるモールド型半導体
装置は、金属板の一方の主面に絶縁層を介して配線層が
選択形成された内部の回路基板上に、半導体素子,受動
素子,端子の群から選択された少なくとも一つを含む半
導体構成部品が、 ９０(wt%)以上のＳｎに、Ｓｂ,Ｚｎ,
Ｉｎ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添
加された第１合金材によって固着され、 かつ、該半導
体構成部品,内部の回路基板及び第１合金材が、１４〜
２０(ppm/℃)の範囲の熱膨張率を有するモールド樹脂に
よって被覆されて構成されるモールド半導体が、第１合
金材より融点の低い第２合金材によって、外部回路基板
に固着されていることを第３の特徴とする。

【００２０】さらに、本発明の特徴について、詳説す
る。本発明における固着材２５は搭載部品を導電的かつ
強固に固着するためのものであり、本質的に高い熱疲労
破壊耐量を有している必要がある。図３は、固着材の熱
疲労破壊耐量を示す図である。固着材２５の熱疲労破壊
耐量を、半導体素子２１から金属板１に至る放熱経路間
の熱抵抗の温度サイクル数依存性として表わしている。
同図において、固着材２５に、曲線ＡはＳｎ-５ｗｔ％
Ｓｂ材（固着材Ａ)を、曲線ＢはＰｂ-６０wt%Ｓｎ材(固
着材Ｂ)を、そして、曲線ＣはＰｂ-５wt%Ｓｎ材(固着材
Ｃ)を適用した場合を示す。固着材Ａの場合は、温度サ
イクル数５００回までは熱抵抗の変動をほとんど示して
いない。これに対し固着材Ｂ及びＣの場合は、５０回あ
たりから変動(熱抵抗の増大)を生じ始めている。熱抵抗
増大は、熱的変動にともなう疲労破壊によってはんだ層
にクラックを生じ、これによる放熱経路の遮断によって
もたらされる。なお、以下の説明において、固着材が形
成する固着層をはんだ層と、固着材をはんだ材とも呼称
する。

【００２１】このように、本発明に係る固着材Ａを適用
した場合は、従来の部品搭載用はんだ材Ｂ及びＣを適用
した場合に比べ、優れた熱疲労破壊耐量を示している。
これは、Ｓｎ-５wt%Ｓｂ材の剛性が、Ｐｂ-６０wt%Ｓｎ
材やＰｂ-５wt%Ｓｎ材より高く、塑性変形しにくい材料
であることに基づくものである。固着材ＡとしてのＳｎ
-５wt%Ｓｂ材の代替物としては、例えば、Ｓｎ-３.５wt
%Ａｇ，Ｓｎ-３.５wt%Ａｇ-１.５wt%Ｉｎ，Ｓｎ-８.５w
t%Ｚｎ-１.５wt%Ｉｎ，Ｓｎ-４wt%Ａｇ-２wt%Ｚｎ-２wt
%Ｂｉ，Ｓｎ-４.５wt%Ｃｕ，Ｓｎ-４wt%Ｃｕ-３wt%Ａ
ｇ，Ｓｎ-２wt%Ｓｂ-１wt%Ｃｕ-２wt%Ａｇ-２wt%Ｚｎ等
がある。即ち、９０(wt%)以上のＳｎに、 Ｓｂ，Ｚｎ，
Ｉｎ及びＢｉの群から選択された１種類以上の金属が添
加された合金材である。このような固着材Ａには、Ｐｂ
が用いられておらず、Ｐｂの毒性に基づく環境汚染の問
題を解消するのに役立つものである。

【００２２】ここで、固着材Ａについて説明する。図４
は、固着材としてのＳｎ-Ｓｂ系合金材の状態図を示す
図である。 この状態図から明らかなように、 ２５０℃
以下の液相線が得られる組成は９０wt%Ｓｎ以上の範囲
である。液相線が高くなると、固着作業(はんだ付け)の
処理温度が高くなる。部品搭載の処理温度が高過ぎる
と、回路基板上に形成されて回路の絶縁を担う絶縁層が
化学的に劣化し、良好な電気的絶縁性が得られなくな
る。このように、一般に半導体装置では、成るべく低い
処理温度で作業されることが望ましいので、 この観点
からすれば、Ｓｎ-Ｓｂ系合金材において固着材として
適するのは、２５０℃が得られる９０wt%Ｓｎ以上の組
成範囲であると言える。 したがって、固着材Ａとして
は、Ｓｎが９０(wt%)以上の組成範囲が選択される。

【００２３】しかしながら、Ｓｎ含有量が９０wt%に近
い組成領域では、Ｓｎ-Ｓｂ合金融液が全率固溶体的に
固相化した後、 Ｓｎ-Ｓｂ合金結晶の粒界近傍にＳｂが
多量に含まれた包晶領域を形成しやすい。この包晶領域
は、機械的に脆く展延性に欠ける。 このため、大きな
熱応力または熱歪の発生しやすい部分では、Ｓｎ-Ｓｂ
系合金はんだ材領域でクラック等の機械的破壊を生じや
すい。この結果、ハイブリッドＩＣでは、回路機能の劣
化を生ずる。 一方、Ｓｎ含有量が９０wt%よりもさらに
高い組成領域では、包晶領域の生成が抑制され、はんだ
材の展延性も確保される。この結果、大きな熱応力また
は熱歪を発生しやすい部分にあっても、クラック等の機
械的破壊を生じにくくなり、ハイブリッドＩＣなどの回
路機能が維持される。 以上のような観点から選択され
るＳｎの濃度は、望ましくは９５(wt%)以上の範囲であ
ると言える。後述する各種試験によってもこの点が確認
されている。

【００２４】ところで、本発明におけるモールド樹脂３
０は、搭載部品を機械的に保護したり、気密的に封止す
るものである。また、モールド樹脂３０は基板１０と一
体化されるものであり、この場合の一体化界面に、内部
応力が導入されないことが望ましい。この第１の理由
は、基板１０上に搭載部品(２１,２２,２３,２４,２５,
２６)がはんだ付け搭載されており、 これらの部品を固
着する固着材２５に、該搭載部品を介して一体化にとも
なう内部応力が導入されると、その後の稼働時の温度変
化に起因する応力が重畳されるため、熱疲労破壊を生じ
やすくなるためである。

【００２５】そして、 第２の理由は、 モールド樹脂３
０と基板１０との一体化界面２７や２７’(図１参照)に
内部応力を内蔵すると、その後の稼働時の温度変化に起
因する応力が重畳されて、過大な界面応力を生じて、界
面２７や２７’が剥離する。この結果、稼働環境下の水
分が界面２７や２７’を通じて半導体装置４０の内部に
浸入し、配線層３、半導体素子２１、チップ抵抗２２及
びチップコンデンサ２３、端子２４、金属線２６を腐食
させ、半導体装置４０の正常な回路機能を損ねるからで
ある。

【００２６】図５は、本発明による一実施例のモールド
樹脂と回路基板との一体化物のそり量を示すグラフであ
る。本発明による実施例に関する、モールド樹脂３０と
基板１０との一体化物のそり量を説明するグラフであ
る。ここで、基板１０の寸法は２０.５mm×３８mm×１.
５mm、モールド樹脂３０の厚さは平均２mm前後である。
そして、図５の縦軸のプラスのそり量は基板１０側に凸
形状になり、マイナスのそり量はモールド樹脂３０側に
凸形状になることを意味する。また、横軸は、モールド
樹脂の熱膨張率を表わしている。

【００２７】曲線Ａは、Ｓｎ-５wt%Ｓｂ材からなる固着
材Ａを用いて部品を搭載した場合、そして、曲線Ｂは、
Ｐｂ-６０wt%Ｓｎ材からなる固着材Ｂを用いて部品搭載
した場合を示す。モールド樹脂３０の長手方向(寸法３
８mmの方向)のモールド後のそり量は、モールド樹脂３
０の熱膨張率が大きくなるにつれ、プラスの大きな値を
示している。基板１０の長手方向の初期そり量は２０μ
mである。(図中の一点鎖線)。

【００２８】図において、そり量の点(すなわち、モー
ルド樹脂の熱膨張性)からのみ考察すれば、トランスフ
ァモールド後に界面内部応力が導入されないようにする
ためには、 曲線Ａでは、モールド後のそり量が基板１
０の初期そり量に近似させる(望ましくは±１０μm以内
にする)ことになる。このような観点から判断するとモ
ールド樹脂３０の熱膨張率は１０〜２０(ppm/℃)が望ま
しいことになる。そして、曲線Ｂの場合であれば、２２
〜３０(ppm/℃)の範囲であることを示している。

【００２９】しかしながら、後述するように、当発明者
らの各種試験では、固着材Ａの場合では、１４〜２０(p
pm/℃)の範囲に選択されていることが望ましいことが判
明した。固着材Ｂの場合では、２２〜３０(ppm/℃)の範
囲であっても、望ましい熱的耐久性能が得られなかっ
た。 すなわち、上述のＳｎ-５wt%Ｓｂ材からなる固
着材Ａとしての固着材２５と、熱膨張率１４ppm/℃のモ
ールド樹脂３０とを組み合わせた半導体装置４０の場合
は、温度サイクル試験(−５５〜１５０℃、５０００回)
後に、高温高湿バイアス試験 (８０℃、８５%RH、配線
間印加電圧：５００V、１０００h)を連続して実施して
も、半導体装置の回路機能は損なわれなかった。

【００３０】一方、Ｐｂ-６０wt%Ｓｎ材からなる固着材
Ｂとしての固着材２５と、熱膨張率８(ppm/℃)または２
５(ppm/℃)のモールド樹脂３０とを用いた半導体装置で
は、単独の温度サイクル試験(−５５〜１５０℃)の１０
００回あたりから、搭載部品(２１，２２，２３，２
４，２５，２６)のはんだ接続部の疲労破断を生じ、装
置の回路機能が損なわれた。 また、 単独の高温高湿バ
イアス試験(８５℃、８５%RH、配線間印加電圧：５００
V)でも、試験時間４００hまたは１０００hで、配線層間
のマイグレーションによる短絡が生じた。これは、モー
ルド樹脂−基板間の接合界面が剥離し、水分が内部に浸
入したからである。

【００３１】ここで、当発明者らの各種試験による耐久
性能の結果を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】この試験に用いられた半導体装置４０に
は、熱膨張率６〜２５(ppm/℃)の範囲にあるモールド樹
脂３０が適用されている。温度サイクル試験では、半導
体装置４０に−５５〜１５０℃の温度変化を与え、固着
材２５の破断による回路機能の劣化状況を追跡してい
る。熱膨張率６〜１３(ppm/℃)の領域及び２５(ppm/℃)
の場合では、いずれも５０００回以下の温度サイクル
で、回路機能の劣化を生じている。これに対し１４〜２
０(ppm/℃)の範囲では、いずれの試料も１００００回以
上の温度サイクルを印加しても回路機能の劣化は観測さ
れていない。

【００３４】また、高温高湿バイアス試験では、 半導
体装置４０に８５℃、８５%RHの雰囲気ストレスを与
え、 更に、配線層３−金属板１間に５００Vの直流電圧
を印加して、絶縁層２の電気的絶縁劣化状況を追跡して
いる。熱膨張率１３ppm/℃以下の領域及び２５ppm/℃の
場合では、 いずれも２０００h以下で絶縁劣化を生じて
いる。 これに対し１４〜２０ppm/℃の範囲では、いず
れの試料も５０００h以上の試験によっても絶縁劣化は
観測されていない。

【００３５】さらに、プレッシャークッカー試験では、
半導体装置４０を１２１℃、２気圧の水蒸気雰囲気にさ
らし、配線層３の短絡、搭載部品の化学的変質による半
導体装置の回路機能の劣化状況を追跡している。熱膨張
率１１ppm/℃以下の領域及び２５ppm/℃の場合では、い
ずれも４００h以下で回路機能の劣化を生じている。こ
れに対し１３〜２０ppm/℃の範囲では、いずれの試料も
５００h以上の試験によっても、回路機能劣化は観測さ
れていない。以上の各種試験を総合的に評価すれば、望
ましいモールド樹脂３０の熱膨張率は、１４〜２０(ppm
/℃)の範囲にあると言える。そして、本発明によって、
半導体構成部品の固着部が高信頼化されたモールド型半
導体装置が提供される。

【００３６】

【実施例】本発明について、実施例を示してより詳細に
説明する。 〔実施例１〕実施例１のモールド型半導体装置は、前述
の図１に示した半導体装置４０の構成と同じものであ
る。図において、基板１０は、金属板１(面積２０.５mm
×３８mm、厚さ１.５mmのアルミ材)と、 絶縁層２(８０
μmのエポキシ樹脂)と、配線層３(７０μmの銅材)との
積層体からなり、 絶縁層２を介して金属板１の一方の
主面に配線層３が選択形成された該基板１０上に、半導
体素子２１としてのパワーMOS FET素子， セラミック製
のチップ抵抗２２及びチップコンデンサ２３からなる受
動素子と、リン青銅からなる端子２４とが、Ｓｎ-５wt%
Ｓｂ材からなる固着材２５(厚さ２０〜１００μm)によ
り、導電的及び機械的に固着されている。 すなわち、
半導体構成部品としての半導体素子２１(パワーMOS FET
素子)，チップ抵抗２２,チップコンデンサ２３,端子２
４が、固着材２５によって固着されている。

【００３７】そして、半導体素子２１やチップ抵抗２２
などの間には、金属線２６によるボンディングが施さ
れ、 これらの搭載部品２１,２２,２３,２４,２５,２６
や基板１０を、熱膨張率が１６(ppm/℃)であるエポキシ
樹脂 (被覆層厚さは、平均２mm前後)からなるモールド
樹脂３０により、 トランスファモールドして気密封止
したものである。

【００３８】図６は、図１のモールド型半導体装置の内
部を示すブロック図である。図６に示すように、本実施
例の半導体装置４０には、半導体素子２１を駆動させる
ためのゲート駆動回路６０と、このゲート駆動回路６０
を制御するためのコントロール部７０とが内蔵されてい
る。さらに、半導体装置４０は、共振電源コントロール
ＩＣを採用し、耐圧２００VのパワーMOSトランジスタ８
０を収納しており、小型、高効率、低ノイズの共振型電
源装置、 特に共振型ＡＣ/ＤＣコンバータ電源用として
好適である。 共振型ＡＣ/ＤＣコンバータの場合は、ス
イッチング周波数１MHzで効率９０%以上の性能が得られ
ている。 これは、(1)過電流、過電圧保護機能、(2)過
熱保護機能、(3)ゲート駆動回路、(4)ソフトスタート機
能、(5)特性の揃った２個のパワーMOSトランジスタ８０
を それぞれ内蔵していることに基づくものである。

【００３９】以下、本実施例の場合の各種試験による耐
久性能の結果について説明する。図７は、チップ抵抗体
はんだ付け部の熱疲労破断寿命を示すグラフである。温
度サイクル試験によるチップ抵抗体はんだ付け部の熱疲
労破断寿命を示す。図中の〇印はモールド樹脂３０を設
けない場合、□印はモールド樹脂３０を設けた場合をそ
れぞれ示す。モールド樹脂３０を設けない場合は、温度
サイクルの際の高温-低温間の温度差により、破断サイ
クル数が変る。 破断サイクル数の下限値点の包絡直線
を求めると、実線が得られる。この実線が、非モールド
構造はんだ付け部の「熱疲労破断寿命」線であると言え
る。

【００４０】一方、モールド樹脂３０を設けた場合は、
温度差２０５℃の条件下でも６０００回の時点で破断は
見られなかった。(□印の点)。この一点の確認試験結果
を、非モールド構造の試験結果の線形被害則に適用し
て、□印の熱疲労破断寿命を推測すれば、破線の「熱疲
労破断寿命」線が得られる。モールド構造の熱疲労破断
寿命から、半導体装置の実稼働条件(温度差：７０℃)に
おける破断寿命を見積ると約１７万回以上と推定され
る。

【００４１】本実施例で、このように長い破断寿命が得
られたのは、 (1)固着材２５自体が優れた耐熱疲労特性
を有していることに加えて、 (2)モールド樹脂３０と回
路基板１０との一体化界面に内部応力を内蔵せず、外部
要因の熱応力が重畳されてもはんだ付け部に過大な応力
が作用しないことに基づくものと考えられる。換言すれ
ば、固着材としての合金材の剛性及び熱歪吸収性と、封
止材としてのモールド樹脂の熱膨張性との相性が合っ
て、熱的耐久性が向上したと考えられる。

【００４２】図８は、 チップコンデンサはんだ付け部
の熱疲労破断寿命を示す グラフである。温度サイクル
試験によるチップコンデンサはんだ付け部の熱疲労破断
寿命を示す。図の見方は図７の場合と同様である。 本
実施例では、コンデンサの場合の実稼働条件(温度差：
７０℃)における破断寿命は、約１００万回以上と推定
される。このように長い破断寿命が得られた理由は、基
本的にチップ抵抗体の場合と同様である。なお、チップ
抵抗体よりもチップコンデンサの場合に長い寿命が得ら
れる。 これは、チップ抵抗体(母材：アルミナ)よりも
チップコンデンサ (母材：チタン酸バリウム)の方が、
基板１０との熱膨張率の整合性に優れるためである。

【００４３】図９は、パワーMOS FET素子搭載部の熱抵
抗の推移を示すグラフである。 パワーMOSFET素子搭載
部の熱抵抗が温度サイクル数に対し、どのように変化す
るかの推移を示している。図中の曲線Ａは、本実施例の
半導体装置４０であり、比較例としての曲線Ｂ及びＣ
は、それぞれの熱膨張率が８ppm/℃及び２５ppm/℃のモ
ールド樹脂からなる半導体装置の場合を示している。た
だし、固着材２５としては、曲線Ａ，Ｂ，Ｃともに、Ｓ
ｎ-５wt%Ｓｂ材を採用している。

【００４４】曲線Ａでは、温度サイクル数が２万回まで
の試験で、熱抵抗の上昇を示していないのに対し、曲線
Ｂ及びＣでは、それぞれが２０００回及び４０００回以
降で熱抵抗の上昇を示している。このように、本実施例
の場合に、長い破断寿命が得られたのは、基本的にチッ
プ抵抗体の場合と同様の理由に基づくものと言える。逆
に、比較例の場合は、モールド樹脂と回路基板との一体
化界面に内部応力を内蔵するため、外部要因の熱応力が
重畳されて、はんだ付け部に過大な応力が作用し、この
点がはんだ付け部の熱疲労破断を生じ易くした理由であ
ると思われる。

【００４５】図１０は、端子はんだ付け部の熱疲労破断
特性を示すグラフである。図中の曲線Ａは、本実施例の
半導体装置４０の場合を、比較例としての曲線Ｂ及びＣ
は、それぞれモールド樹脂の熱膨張率８ppm/℃及び２５
ppm/℃の半導体装置の場合を示す。ただし、曲線Ａ，
Ｂ，Ｃともに、固着材：Ｓｎ-５wt%Ｓｂ、端子：リン青
銅である。曲線Ａは、温度サイクル数２万回の試験で破
断率０%を示しているのに対し、曲線Ｂ及びＣは、それ
ぞれ５００回及び１０００回以降で破断率の上昇を示し
ている。このように本実施例の場合に、長い破断寿命が
得られたこと、そして、比較例の場合に寿命が短いの
は、基本的にチップ抵抗体の場合と同様の理由に基づく
ものである。

【００４６】〔実施例２〕本実施例２は、次の点を除い
て実施例１と同じ構成であり、異なる点は、熱膨張率１
６(ppm/℃)以外のエポキシ樹脂からなるモールド樹脂３
０で、トランスファモールドした 半導体装置４０を作
製したところにある。 これらの半導体装置４０の各種
試験による耐久性能より、表１が得られたものである。

【００４７】〔実施例３〕実施例３のモールド型半導体
装置は、前述の図２に示した構成である。図２に示した
ように、 モールド型半導体装置は、 モールド半導体４
０ａを、Ｐｂ-６０wt%Ｓｎはんだ材からなる第２の固着
材５１によって、モールド半導体４０ａが有する端子２
４ａを介して、プリント基板としての外部回路基板５０
上に、はんだ付け搭載することにより構成されている。
(以下、このはんだ付け搭載工程をプリント基板はんだ
付けと言う)。 このプリント基板はんだ付けでは、プリ
ント基板の所定部にＰｂ-６０wt%Ｓｎはんだ材ペースト
を印刷した後、端子２４ａが位置的に印刷部に対応する
ように上記モールド半導体４０ａを搭載し、これらを２
２０℃に加熱した。そして、モールド半導体４０ａは、
実施例１の半導体装置４０と同じものである。

【００４８】従って、モールド半導体４０ａの内部の搭
載部品(２１,２２,２３,２４,２５,２６)の全ての第１
固着部位は、２３０℃以上(正確には、図４における232
〜250℃の間)の融点を持つＳｎ-５wt%Ｓｂ材からなる第
１の固着材２５ａ(即ち、第１合金材)による「前作業」で
固着されている。そのために第２の固着材５１(即ち、
第２合金材)にて モールド半導体４０ａを外部回路基板
５０に固着するというプリント基板はんだ付けの「後作
業」が、第２の固着材５１の融点よりも高く、第１の固
着材２５ａの融点よりも低い２２０℃の加熱によって行
われても、第１の固着材２５で固着した第１固着部位の
再溶融は全く生じないことになる。

【００４９】これによって、第１の半導体装置としての
モールド半導体４０ａ内の回路定数は、第２の半導体装
置としてのモールド型半導体装置を製作するためにプリ
ント基板はんだ付けを経た後であっても、変動しない。
即ち、モールド半導体を、少なくとも第１合金材よりも
融点の低い第２合金材によって、外部回路基板に固着す
ることにより、熱的耐久性とともに耐熱劣化性を向上す
ることができる。

【００５０】これに対し、Ｐｂ-６０wt%Ｓｎはんだ材か
らなる第１の固着材２５を用いて、搭載部品２１，２
２,２３，２４,２５，２６を回路基板１０に搭載した場
合は、２２０℃のプリント基板はんだ付け工程におい
て、上記の第１の固着材２５としてのＰｂ-６０wt%Ｓｎ
はんだ材(融点183℃)が再溶融し、 装置内の回路定数が
変動した。 また、Ｐｂ-６０wt%Ｓｎはんだ材は、再溶
融により１.１６倍の体積膨張を生ずる。 この場合に
は、搭載部品２１,２２,２３,２４,２５,２６、モール
ド樹脂３０及び回路基板１０で構成される密閉空間で溶
融はんだ材が受ける圧力は、８０kg/mm²以上に達し、モ
ールド樹脂３０は回路基板１０から剥離すると同時に、
溶融はんだ材は剥離間隙を通して流出する。この流出に
より、配線層３間は電気的短絡を生ずる。しかしなが
ら、本実施例のモールド半導体４０ａ(即ち半導体装置
４０)では、プリント基板はんだ付け工程の再溶融は生
じないため、配線層３間は短絡しない。

【００５１】一方、例えば、融点の高いＰｂ-５wt%Ｓｎ
材を用いて、搭載部品を基板１０に搭載するには、３０
０℃以上の温度に加熱する必要がある。この場合には、
基板１０における絶縁層２の熱的劣化により、 樹脂層
２の絶縁耐力が低下する(交流実効値電圧１５００Vの印
加により、配線２−金属板１間は短絡する)。しかし、
本実施例では、上述したように２２０℃の加熱であっ
て、３００℃以上の熱工程を経ていないため、絶縁層２
は劣化しておらず、上記交流電圧の印加によっても、配
線２−金属板１間は良好な電気絶縁性が保たれる。この
点からも熱的耐久性とともに耐熱劣化性を向上すること
ができる。

【００５２】〔実施例４〕図１１は、本発明によるもう
一つ別の実施例のモールド型半導体装置を示す断面図で
ある。本実施例４のモールド型半導体装置は、発熱素子
としてのＩＧＢＴ素子基体及びダイオード素子基体を搭
載したものである。図に示す半導体装置４０は、 金属
板１(面積５５mm×７０mm、厚さ３mmのアルミ材)の主面
に絶縁層２(厚さ３５μmのエポキシ樹脂)を介して、 配
線層３(厚さ１００μmの銅材)が選択形成された基板１
０上に、 ＩＧＢＴ素子２１ａ(１３mm×１３mm、４個)
とダイオード素子２１ｂ (１３mm×１３mm、２個)と端
子２４とが、配線層３上に、 Ｓｎ-５wt%Ｓｂ材からな
る固着材２５(厚さ２００μm前後)により、導電的及び
機械的に固着されている。また、各素子２１ａ，２１ｂ
と配線層３間には、 直径３００μmのＡｌワイヤの金属
線２６によるボンディングが施されている。これらの搭
載部品２１ａ，２１ｂ，２４，２６や基板１０は、熱膨
張率１６ppm/℃のエポキシ樹脂からなるモールド樹脂３
０(被覆層厚さは、 平均４mm程度)によって、トランス
ファーモールドされて気密封止されている。

【００５３】以上の構成からなる半導体装置４０は、モ
ールド樹脂３０側が「凸」のそりを有していた。そのそり
量は３１μmであった。 また、 金属板１の初期そり量
は、２６μm(搭載部品２１ａ，２１ｂ，２４，２６の搭
載側が「凸」)であり、 半導体装置４０の完成後のそり量
の変動は極めて僅少に抑えられた。このために搭載部品
の搭載部の固着材２５には、応力はあまり残留していな
い。一方、熱膨張率９ppm/℃のモールド樹脂３０によっ
てトランスファーモールドを施した比較例の半導体装置
の場合は、完成後のそり量は２μmと小さかった。その
結果、そりの変動量は、２２μmと大きかった。

【００５４】上述の本実施例の半導体装置４０及び比較
例の半導体装置に、基板１０の温度が３０〜１００℃の
範囲で変動するように、間歇通電を施した。間歇通電回
数５万回後の素子 (２１ａ，２１ｂ)−金属板１間の熱
抵抗は、 本実施例半導体装置４０では初期熱抵抗の１.
０７倍であるのに対し、比較例半導体装置では２.２５
倍であった。

【００５５】このように本実施例半導体装置４０の熱抵
抗変動が小さいのは、実施例１の場合と同様に、固着材
２５に熱応力が過大に作用しないこと及び固着材２５自
身の耐熱疲労性が優れることに起因して、固着材の破壊
による熱流路の遮断が抑制されたことによる。一方、本
実施例半導体装置４０と同質の固着材を用いていなが
ら、比較例半導体装置の場合の熱抵抗変動は大きい。
これは「モールド樹脂３０−金属板１」間の熱膨張率の不
整合に基づく応力が、 間歇通電による熱応力に重畳さ
れて固着材に作用し、その破壊が助長されたためであ
る。

【００５６】また、本実施例の半導体装置４０及び比較
例の半導体装置に、高温高湿バイアス試験(８５℃、８
５%RH、 「配線層３-金属板１間」の印加電圧：５００V)
を１０００h施した。 この結果、本実施例半導体装置４
０の試験後の「配線層３-金属板１」間リーク電流(印加電
圧１２００V、室温)は、約０.１μAと初期リーク電流値
とほぼ同等であった。 一方、比較例半導体装置の場合
は、試験時間５００h以前の段階で「配線層３-金属板１
間」の短絡を生じた。 このように本実施例半導体装置４
０及び比較例半導体装置との間で、 「配線層３-金属板
１間」の絶縁耐力に明確な差を生じたのは、 前述と同様
の「モールド樹脂３０-金属板１」間界面接合性の優劣に
基づくもので、本実施例半導体装置４０では水分がほと
んど浸入されないのに対し、比較例半導体装置では顕著
な浸水がなされたためである。

【００５７】以上の半導体装置４０は、図１２に示すよ
うに、４個のＩＧＢＴ素子２１ａと２個のダイオード素
子２１ｂが並列に結線された回路を構成している。図１
２は、図１１のモールド型半導体装置の回路を示す図で
ある。図１２に示す半導体装置４０は、例えば、電動機
の回転数を制御するためのインバータ回路に組み込まれ
るものである。

【００５８】〔実施例５〕本実施例５のモールド型半導
体装置は、図１に示した半導体装置４０とほぼ同様の構
成(材質と構造)を有しているが、次の点が相違してい
る。即ち、金属板１がＡｌ-ＳｉＣ複合材からなり、固
着材２５がＳｎ-３.５wt%Ａｇ材からなる合金材であ
る。本実施例において、Ａｌ-ＳｉＣ複合材の金属板１
は、粒径１０〜４００μmのＳｉＣの圧粉成形体に溶融
Ａｌを含浸させて得たものである。 (ＳｉＣ含有量：７
５%)。 金属板１の物性は、密度：３.０２g/cm³、熱伝
導率：１８５W/m・K、熱膨張率：６.５ppm/℃、ヤング
率：２５５GPaである。

【００５９】また、本実施例の半導体装置４０には、図
６と同様の回路が形成されている。この半導体装置４０
は、 共振電源コントロールＩＣを採用し、耐圧２００V
のパワーＭＯＳトランジスタを収納しており、小型、高
効率、低ノイズの共振型電源装置、特に共振型ＡＣ/Ｄ
Ｃコンバータ電源用として好適である。これは、(1)過
電流、過電圧保護機能、(2)過熱保護機能、(3)ゲート駆
動回路、 (4)ソフトスタート機能、 (5)特性の揃った２
個のパワーＭＯＳトランジスタをそれぞれ内蔵している
ことに基づくものである。

【００６０】図１３は、本発明による他の実施例のモー
ルド樹脂と回路基板との一体化物のそり量を示すグラフ
である。本実施例５のモールド型半導体装置に関する、
モールド樹脂と回路基板との一体化物のそり量を説明す
るグラフである。そり量はモールド樹脂の熱膨張率が大
きくなるにつれプラスの大きな値を示している。基板１
０の初期そり量は２０μmである(図中の破線)。 本実施
例の場合も、トランスファモールド後に界面内部応力が
導入されないようにするためには、モールド後のそり量
が基板１０の初期そり量に近似させる (±１０μm以内
にする)ことになり、モールド樹脂３０の熱膨張率は１
０〜２０(ppm/℃)が望ましいことになる。しかしなが
ら、 本実施例のような、Ａｌ-ＳｉＣ複合材を適用した
場合も、後述するように当発明者らの各種試験で、モー
ルド樹脂３０の熱膨張率が１４〜２０(ppm/℃)の範囲に
選択されていることが望ましいことが判明した。

【００６１】また、半導体装置を高さ１.５の高所から
コンクリート製床面に落下させたところ、モールド樹脂
３０の熱膨張率が１４〜２０ppm/℃に調整されている半
導体装置３０の場合は、基板１０の破壊発生率が試料数
２０個に対して、１個であった。これに対し、モールド
樹脂の熱膨張率が１４〜２０ppm/℃以外の半導体装置で
は、基板１０の破壊発生率は試料数２０個に対して、１
１個と多かった。このように比較例の半導体装置の場合
に基板１０の破壊が顕著であったのは、 「基板−モール
ド樹脂」間の界面内部応力が大きく、 これに落下時の衝
撃力が重畳されたため、「基板−モールド樹脂」間界面を
起点とした破壊(割れ)が生じやすいためである。一方、
モールド樹脂の熱膨張率が１４〜２０ppm/℃に調整され
ている半導体装置４０では、界面内部応力が小さいため
落下時の衝撃力が重畳されても、基板１０の割れを生ず
るまでには至らない。

【００６２】図１４は、温度サイクル試験による、チッ
プ抵抗体はんだ付け部の熱疲労破断寿命を示す。図中の
〇印はモールド樹脂３０を設けない場合、□印はモール
ド樹脂３０を設けた場合をそれぞれ示す。モールド樹脂
３０を設けない場合の当てはめ直線から線形被害則を適
用すると、 モールド樹脂３０を設けた場合(□印、温度
差２０５℃の条件下でも６０００回の時点で破断は見ら
れない)は 破線の寿命特性が得られる。破線から半導体
装置４０の実稼働条件(温度差：７０℃)における破断寿
命を見積もると、約１７万回以上と推定される。

【００６３】本実施例で、このように長い破断寿命が得
られたのは、 (1)はんだ材２５自体優れた耐熱疲労特性
を有していることに加えて、 (2)モールド樹脂３０と基
板１０との一体化界面に内部応力を内蔵せず、外部要因
の熱応力が重畳されてもはんだ付け部に過大な応力が作
用しないことに基づくものと言える。本実施例５の半導
体装置４０では、チップコンデンサはんだ付け部、端子
はんだ付け部及び半導体基体はんだ付け部とも実施例１
と同様の長い破断寿命を示した。これらも、前述と同様
の理由に基づくものである。 すなわち、９５(wt%)以上
の９６.５(wt%)である本実施例５においても、良好なる
熱的耐久性が得られることが確認された。

【００６４】ところで、本発明は上述の実施例に記述し
た範囲以外にも適用され得る。すなわち、金属板１は、
アルミ材以外に、例えば、銅、鉄、ニッケル、モリブデ
ン、タングステン、 真鍮、鉄-ニッケル合金、鉄-ニッ
ケル-コバルト合金、銅−インバ−銅ラミネート複合金
属、銅−モリブデン−銅ラミネート複合金属などの金属
材に置き換えることが可能である。これらの代替金属材
の場合は、アルミ材の熱膨張率とほぼ同等であるからで
ある。従って、このような代替金属材を用いた場合でも
本発明の効果，利点を享受できる。また、金属板１とし
てのＡｌ−ＳｉＣ複合材は、例えば、Ａｌマトリックス
を銅、ニッケルなどの金属材で代替でき、そして、Ｓｉ
Ｃ粒子はＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢＮ等のセラミックス粉末
で代替できる。これらのマトリックス金属とセラミック
ス粉末は、必要に応じて任意の組み合わせ及び組成を選
択することが可能である。

【００６５】また、モールド樹脂３０として適用される
エポキシ系樹脂としては、フィラーとしてＳｉＯ₂ (溶
融シリカ、結晶シリカ)やＺｎＯ粉末を添加したフェノ
ール硬化型エポキシ樹脂が用いられる。 この場合、フ
ィラーは５０〜９０%添加されるが、所望の熱膨張率及
びモールド処理温度に応じて、任意の組成を選ぶことが
可能である。また、ゴム変性エポキシ樹脂を用いた場合
でも、その熱膨張率が１４〜２０(ppm/℃)の範囲に選択
される限り、本発明の効果を享受できる。

【００６６】更に、配線層３は、銅材以外に、ニッケ
ル、アルミニウム、銀等の金属材で代替でき、そして、
銅を含みこれらの金属を積層した積層金属材でも代替で
きる。これらの代替金属材の場合は、 Ｓｎ-Ｓｂ系合金
材に対する「ぬれ性」などが銅材との組み合わせの場合と
同等であるからである。また、半導体装置の電流容量に
応じて任意の厚さを選択することができる。

【００６７】そして、上記のような材質からの組み合わ
せの場合でも、本発明の効果を引き出すためには、９０
(wt%)以上のＳｎに Ｓｂ，Ｚｎ，Ｉｎ及びＢｉの群から
選択された１種類以上の金属が添加された合金材からな
る固着材と、１４〜２０(ppm/℃)の範囲の熱膨張率を有
するモールド樹脂とによるモールド型半導体装置が適用
される必要がある。勿論、望ましい組み合わせは、金属
板はアルミ材であり、モールド樹脂はエポキシ系樹脂で
ある。そして、配線層が銅材であればさらに好ましいと
言える。これらの材質が常用されているからである。

【００６８】さらにまた、上記では、トランスファーモ
ールド構造の半導体装置を中心に述べたが、トランスフ
ァーモールド構造のみに限定されるものではなく、例え
ば、回路を構成する全ての搭載部品や配線をポッティン
グにより樹脂被覆した場合、回路を構成する搭載部品や
配線の必要部を部分的にポッティングにより樹脂被覆し
た場合でも本発明を適用することが可能である。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、固着部の耐熱疲労性と
気密性に優れるモールド型半導体装置が提供できるの
で、モールド型半導体装置を採用した各種製品の信頼性
を向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例のモールド型半導体装置
を示す断面図である。

【図２】本発明による他の実施例のモールド型半導体装
置を示す断面模式図である。

【図３】固着材の熱疲労破壊耐量を示す図である。

【図４】固着材としてのＳｎ-Ｓｂ系合金材の状態図を
示す図である。

【図５】本発明による一実施例のモールド樹脂と回路基
板との一体化物のそり量を示すグラフである。

【図６】図１のモールド型半導体装置の内部を示すブロ
ック図である。

【図７】チップ抵抗体はんだ付け部の熱疲労破断寿命を
示すグラフである。

【図８】チップコンデンサはんだ付け部の熱疲労破断寿
命を示すグラフである。

【図９】パワーMOS FET素子搭載部の熱抵抗の推移を示
すグラフである。

【図１０】端子はんだ付け部の熱疲労破断特性を示すグ
ラフである。

【図１１】本発明による もう一つ別の実施例のモール
ド型半導体装置を示す 断面図である。

【図１２】図１１のモールド型半導体装置の回路を示す
図である。

【図１３】本発明による他の実施例のモールド樹脂と回
路基板との一体化物のそり量を示すグラフである。

【図１４】チップ抵抗体はんだ付け部の熱疲労破断寿命
を示すグラフである。

【符合の説明】

１…金属板、２…絶縁層、３…配線層、１０…回路基板
(基板)、２１…半導体素子、２１ａ…ＩＧＢＴ素子、２
１ｂ…ダイオード素子、２２…チップ抵抗体、２３…チ
ップコンデンサ、２４，２４ａ…端子、２５…固着材、
２５ａ…第１の固着材(第１合金材)、２６…金属線、２
７，２７’…界面、３０…モールド樹脂、４０…半導体
装置、４０ａ…モールド半導体、５０…外部回路基板、
５１…第２の固着材(第２合金材)、６０…ゲート駆動回
路、７０…コントロール部、８０…パワーMOSトランジ
スタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 浩一 埼玉県入間郡毛呂山町旭台15番地 日立東 部セミコンダクタ 株式会社内 (72)発明者 前嶋 信義 長野県小諸市大字柏木190番地 株式会社 日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 遠藤 恒雄 長野県小諸市大字柏木190番地 株式会社 日立製作所半導体事業部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体構成部品が、 金属板の主面に絶縁
   層を介して形成された配線層上に、 ９０(wt%)以上のＳｎに、 Ｓｂ，Ｚｎ，Ｉｎ及びＢｉの
   群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材
   によって固着され、 前記半導体構成部品等が、熱膨張率が１４〜２０(ppm/
   ℃)に選択されたモールド樹脂によって被覆されている
   ことを特徴とするモールド型半導体装置。
2. 【請求項２】半導体構成部品が、 金属板の主面に絶縁
   層を介して形成された配線層上に、 ９５(wt%)以上のＳｎに、 Ｓｂ，Ｚｎ，Ｉｎ及びＢｉの
   群から選択された１種類以上の金属が添加された合金材
   によって固着され、 前記半導体構成部品等が、熱膨張率が１４〜２０(ppm/
   ℃)に選択されたモールド樹脂によって被覆されている
   ことを特徴とするモールド型半導体装置。
3. 【請求項３】半導体構成部品が、金属板の主面に絶縁層
   を介して配線層が形成された内部の回路基板上に、９０
   (wt%)以上のＳｎに Ｓｂ,Ｚｎ,Ｉｎ及びＢｉの群から選
   択された１種類以上の金属が添加された第１合金材によ
   って固着され、かつ、前記半導体構成部品,前記内部の
   回路基板及び前記第１合金材が、 １４〜２０(ppm/℃)
   の範囲の熱膨張率を有するモールド樹脂によって被覆さ
   れて成るモールド半導体が、前記第１合金材よりも融点
   の低い第２合金材によって、外部の回路基板に固着され
   ていることを特徴とするモールド型半導体装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
   おいて、前記金属板はアルミ材であり、前記モールド樹
   脂はエポキシ系樹脂であることを特徴とするモールド型
   半導体装置。