JPH11330332A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱板と半導体素子との間の剥離、半導体素
子とリードピンとの間の剥離、リードピンと保護樹脂と
の間の剥離を防止し、電気的信頼性の高い半導体装置を
提供する。 【解決手段】 皿形状を有する放熱板１に半導体素子２
を取り付け、この半導体素子２にリードピン３を電気的
に接続している。リードピン３は取付部３Ａ、中間部３
Ｂ及びピン部３Ｃを備えている。取付部３Ａは半導体素
子２に直接取り付けられている。ピン部３Ｃは取付部３
Ａよりも小さい径で形成されている。中間部３Ｂは、取
付部３Ａとピン部３Ｃとの間を連結し、取付部３Ａとピ
ン部３Ｃとの中間径で形成されている。放熱板１の皿内
部には、半導体素子２及びリードピン３の取付部３Ａを
覆い、中間部３Ｂの範囲内において硬質保護樹脂４が充
填されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に放熱板に取り付けられた半導体素子にリードピ
ンが接続され、半導体素子が保護樹脂で被覆されている
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来技術に係る半導体装置の断面
図である。図５に示すように、半導体装置は、皿形状を
有する金属製放熱板１１、半導体素子１２、リードピン
１３及び保護樹脂１４を備えて構築されている。

【０００３】半導体素子１２は金属製放熱板１１の皿内
部の表面上に取り付けられ、この取り付けは半田１５に
より行われる。金属製放熱板１１は半導体素子１２の動
作で発生する熱を外部に放出する。

【０００４】リードピン１３は取付部（ヘッダ部）１３
Ａ、ベンド部１３Ｂ及びピン部１３Ｃを備えている。取
付部１３Ａは半導体素子１２上面と同等の大径で形成さ
れている。リードピン１３はこの取付部１３Ａを介して
半導体素子１２上面に取り付けられている。この取り付
けは半田１６で行われ、半導体素子１２とリードピン１
３との間は機械的に接合されるとともに電気的に接続さ
れている。ベンド部１３Ｂは、取付部１３Ａとピン部１
３Ｃとの間を連結し、部分的に平扁化して折り曲げた形
状で形成されている。ピン部１３Ｃは実装装置の端子に
挿入される部分であり、ピン部１３Ｃは取付部１３Ａの
径に比べて小径で細長い棒形状で形成されている。リー
ドピン１３の取付部１３Ａ、ベンド部１３Ｂ及びピン部
１３Ｃは同一材料で一体に形成されている。

【０００５】保護樹脂１４にはシリコンラバーからなる
軟質保護樹脂が使用されている。この保護樹脂１４は、
半導体素子１２及びリードピン１３の取付部１３Ａを覆
うように、金属製放熱板１１の皿内部に充填されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の図５に示す従来
の半導体装置においては、半導体素子１２等を覆う保護
樹脂１４がシリコンラバーからなる軟質保護樹脂を使用
しているので、保護樹脂１４により半導体素子１２を金
属製放熱板１１に押さえ付ける効果があまり得られな
い。このため、温度サイクルが繰り返し加わる厳しい環
境下で半導体装置が使用されていると、半導体素子１２
が金属製放熱板１１から剥離し、半導体素子１２の動作
で発生する熱が充分に放出できない。従って、半導体素
子１２の動作不良を誘発し、半導体装置の電気的信頼性
が充分に確保できなかった。同様に、半導体素子１２か
らリードピン１３が剥離し、半導体素子１２とリードピ
ン１３との間に電気的接続不良を誘発し、半導体装置の
電気的信頼性が充分に確保できなかった。

【０００７】そこで、本発明者は、前述の半導体装置の
保護樹脂１４として、シリコンラバーからなる軟質保護
樹脂に代えてエポキシ系樹脂からなる硬質保護樹脂の使
用を試みた。硬質保護樹脂は半導体素子１２を金属製放
熱板１１に押し付ける効果並びにリードピン１３を半導
体素子１２に押し付ける効果を得るために採用され、金
属製放熱板１１からの半導体素子１２の剥離並びに半導
体素子１２からのリードピン１３の剥離が防止できるこ
とが期待された。

【０００８】しかしながら、本発明者による数多くの試
作や種々の実験をふまえた検討によれば、硬質保護樹脂
を採用した半導体装置には、新たな問題点が明かになっ
てきた。すなわち、保護樹脂１４に硬質保護樹脂が使用
された場合、図５に示すようにリードピン１３に矢印Ｂ
方向の外部応力が加わり、リードピン１３の取付部１３
Ａとピン部１３Ｃとの境界部分を支点としてピン部１３
Ｃが折れ曲がると、リードピン１３、特にピン部１３Ｃ
の根元において硬質保護樹脂が剥離するという問題が明
らかになったのである。このような硬質保護樹脂の剥離
はリードピン１３と保護樹脂１４との間の界面に水分の
浸入経路や汚染物質の侵入経路を形成する。この経路を
通して半導体素子１２に水分が浸入したり、汚染物質が
侵入した場合、半導体素子１２の電気的特性が劣化す
る。

【０００９】本発明は、従来技術の課題、及び上記本発
明者の独自の実験による新たな知見から得られた課題を
解決するためになされたものである。

【００１０】従って、本発明の目的は、半導体素子と放
熱板との間の剥離を防止しつつ、半導体素子とリードピ
ンとの間の剥離を防止し、動作上の信頼性及び電気的接
続経路の信頼性を向上した半導体装置を提供することで
ある。

【００１１】本発明の他の目的は、硬質保護樹脂を保護
樹脂として用いて半導体素子を金属製放熱板に押し付け
る効果、並びにリードピンを半導体素子に押し付ける効
果を高め、同時に半導体装置の信頼性を向上することで
ある。特に、硬質保護樹脂を保護樹脂として用いた場合
に、外部応力がリードピンに加わっても、硬質保護樹脂
が剥離することのない半導体装置を提供することであ
る。

【００１２】本発明の更に他の目的は、リードピンから
の保護樹脂の剥離を防止し、リードピンと保護樹脂との
間の界面を経路として半導体素子に到達する水分、汚染
物質等を排除し、電気的信頼性を向上した半導体装置を
提供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、温度サイクル
が繰り返し加わる厳しい環境下で信頼性の高い電力用半
導体装置を提供することである。特に、オルタネータ用
整流ダイオード等の電力用半導体素子を搭載した場合に
おいて、半導体素子と放熱板との間の剥離、半導体素子
とリードピンとの間の剥離、リードピンと保護樹脂との
間の剥離がいずれも防止できる半導体装置を提供するこ
とである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の特徴は、取付部、ピン部、及び中間部で
構成されたリードピン、皿形状放熱板、半導体素子、及
び硬質保護樹脂を備えた半導体装置であることである。
放熱板は金属製放熱板で形成されていることが好まし
い。半導体素子は放熱板の皿内部に配設される。半導体
素子としては、好ましくは、整流ダイオード等の電力用
半導体素子が用いられる。本発明の特徴におけるリード
ピン取付部は、半導体素子上にこの半導体素子に電気的
接続状態で取り付けられている部分である。ピン部は取
付部よりも径が小さい棒形状で形成されている。ピン部
は半導体装置を実装する実装装置の端子に挿入する部分
である。中間部は取付部とピン部との間を連結する部分
である。中間部は、取付部の径よりも小さくピン部の径
よりも大きく、取付部とピン部との中間径を有する。中
間部は円柱形状、又は取付部からピン部に向かって順次
径が細くなる円錐形状の一部の形状で形成されているこ
とが好ましい。リードピンの取付部、中間部及びピン部
は同一材料で一体に形成されている。硬質保護樹脂は、
半導体素子及びリードピンの取付部を覆い、リードピン
の中間部の範囲内において放熱板の皿内部に充填されて
いる。すなわち、硬質保護樹脂はリードピンのピン部及
びピン部と中間部との間の境界部を被覆しない。硬質保
護樹脂はシリコンラバーからなる軟質保護樹脂に比べて
適度な硬度を有し、実用的には熱硬化性エポキシ系樹脂
が使用できる。

【００１５】従って、半導体素子は硬質保護樹脂により
放熱板に押さえ付けられ、同様にリードピンは硬質保護
樹脂により半導体素子上面に押さえ付けられる。本発明
の特徴によれば、温度サイクルが繰り返し加わる厳しい
環境下においても、半導体素子と放熱板との間に剥離が
発生しなくなる。従って、半導体素子の動作で発生する
熱が放熱板を通して充分に外部に放出でき、半導体素子
の動作上の信頼性が向上できる。同様に、半導体素子と
リードピンの取付部との間に剥離が発生しなくなるの
で、半導体素子とリードピンとの間の電気的接続が確実
に行え、接続経路の信頼性が向上できる。

【００１６】さらに、本発明の特徴に係る半導体装置に
おいては、リードピンの取付部とピン部との間に双方の
中間径を有する中間部を形成し、この中間部の範囲内に
おいて放熱板の皿内部に硬質保護樹脂が充填されてい
る。リードピンのピン部に外部応力が加わった場合、ピ
ン部と中間部との境界部分を支点としてピン部が折れ曲
がるが、境界部は硬質保護樹脂で被覆されていないの
で、境界部分におけるリードピンからの硬質保護樹脂の
剥離が根本的になくなる。従って、リードピンと硬質保
護樹脂との界面を経路として半導体素子に浸入する水分
や、半導体素子に侵入する汚染物質がなくなるので、半
導体素子の電気的特性が向上できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照し説明する。

【００１８】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係る半導体装置の断面図、図２は本発明
の第１の実施の形態に係る半導体装置のリードピンの平
面図である。

【００１９】図１及び図２に示すように、本発明の第１
の実施の形態に係る半導体装置は、放熱板１、半導体素
子２、リードピン３及び硬質保護樹脂４を備え構築され
ている。放熱板１は、半導体素子２を取り付け、この半
導体素子２の動作で発生する熱を外部に放出する機能を
有する。放熱板１は、平面形状が円形状で形成された平
板状の底部１Ａと、この底部１Ａの外縁に沿って環状に
形成された壁部１Ｂとを有する皿形状で形成されてい
る。放熱板１は、例えば銅又は鉄系金属（例えばインバ
ー、コバールのいずれかが実用的に使用できる。）で形
成されている。また、放熱板１はこれらの金属の積層構
造で形成してもよい。

【００２０】半導体素子２としては、第１の実施の形態
においては、例えばオルタネータ用整流ダイオードを用
いることが出来る。半導体素子２は単結晶珪素（Ｓｉ）
チップで形成されている。半導体素子２は、円形状の平
面形状を有する上面２Ａと、同様に円形状の平面形状を
有し上面２Ａよりも大きな径を有する下面２Ｂと、傾斜
面を有する側面（符号は付けない。）とを有するベベル
構造で形成されている。図示しないが、半導体素子２の
上面２Ａ、下面２Ｂのそれぞれにはダイオードのカソー
ド電極、アノード電極が形成されている。

【００２１】半導体素子２の下面２Ｂと放熱板１の底部
１Ａとの間には半田５が配置・形成され、半田５は放熱
板１に半導体素子２を取り付けている。半田５は放熱板
１と半導体素子２との間を機械的に接合するとともに、
両者を電気的に接合している。放熱板１は半導体素子２
の動作電流を供給する電極としても使用されている。

【００２２】リードピン３は、図１及び図２に示すよう
に、取付部（ヘッダ部）３Ａ、中間部３Ｂ及びピン部３
Ｃを備えて形成されている。取付部３Ａは半導体素子２
上にこの半導体素子２に電気的接続状態で取り付けられ
ている部分である。取付部３Ａは平面形状が半導体素子
２の上面２Ａとほぼ同一の円形状を有する円柱状（円板
状）で形成されており、取付部３Ａの底面は半導体素子
２の上面２Ａとほぼ同一径で形成されている。

【００２３】ピン部３Ｃは取付部３Ａよりも径が小さく
高さが高い棒形状の円柱状で形成されている。ピン部３
Ｃは半導体装置を実装する実装装置の端子に挿入する部
分である。

【００２４】中間部３Ｂは取付部３Ａとピン部３Ｃとの
間を連結する部分である。中間部３Ｂは、取付部３Ａの
径よりも小さくピン部３Ｃの径よりも大きく、取付部３
Ａとピン部３Ｃとの中間径を有する円柱状で形成されて
いる。中間部３Ｂの高さは、取付部３Ａとピン部３Ｃと
の中間の高さに設定されている。

【００２５】すなわち、リードピン３は、図１中、下側
から上側に向かって、順次段階的に径が細くなる形状で
形成されている。リードピン３の取付部３Ａ、中間部３
Ｂ及びピン部３Ｃは同一材料で一体に形成され、それぞ
れの軸心は基本的には一致して形成されている。リード
ピン３は、例えばピン部３Ｃとしてそのまま使用されて
いる径を有する細長い棒状材料の一端側を所定の径まで
順次段階的に押し潰して形成すればよい。例えば、もと
もとの棒状材料でピン部３Ｃを形成し、棒状材料を押し
潰した部分で取付部３Ａ及び中間部３Ｂを形成するごと
くである。リードピン３は、例えば、無酸素銅系金属針
材にニッケルメッキを施して形成されている。

【００２６】半導体素子２の上面２Ａとリードピン３の
取付部３Ａ下面との間には半田６が配置され、半田６は
半導体素子２上にリードピン３を固定している。この半
田６は半導体素子２とリードピン３との間を機械的に接
合するとともに電気的に接続している。

【００２７】硬質保護樹脂４は、リードピン３のピン部
３Ｃ及びピン部３Ｃと中間部３Ｂとの境界部を露出し
て、半導体素子２及びリードピン３の取付部３Ａを覆
い、放熱板１の皿内部に充填されている。すなわち、硬
質保護樹脂４は、半導体素子２の側面、リードピン３の
取付部３Ａの上面及び側面を覆い放熱板１の皿内部の大
半に充填され、リードピン３のピン部３Ｃ及びピン部３
Ｃと中間部３Ｂとの間の境界部を被覆しない。

【００２８】硬質保護樹脂４にはシリコンラバーからな
る軟質保護樹脂に比べて適度な硬度を有する熱硬化性エ
ポキシ系樹脂が使用されている。熱硬化性エポキシ系樹
脂は、流動性を有する状態で放熱板１の皿内部に滴下塗
布し、１５０〜２００℃程度の温度で硬化させる。

【００２９】図３はリードピン３に外部応力が加わった
状態を示す半導体装置の断面図である。リードピン３の
ピン部３Ｃに矢印Ａ方向の外部応力が加わった場合、ピ
ン部３Ｃと中間部３Ｂとの境界部を支点としてピン部３
Ｃが折れ曲がる。第１の実施の形態に係る半導体装置に
おいては、境界部分が硬質保護樹脂４で被覆されていな
いので、境界部分におけるリードピン３からの硬質保護
樹脂４の剥離が根本的になくなる。

【００３０】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装
置においては、保護樹脂に硬質保護樹脂４を使用し、こ
の硬質保護樹脂４は半導体素子２及びリードピン３の取
付部３Ａを覆う状態で放熱板１の皿内部に充填されてい
る。従って、半導体素子２は硬質保護樹脂４により放熱
板１に押さえ付けられ、同様にリードピン３は硬質保護
樹脂４により半導体素子２の上面２Ａに押さえ付けられ
る。このように構成されているので、温度サイクルが繰
り返し加わる厳しい環境下においても、半導体素子２と
放熱板１との間に剥離が発生しなくなる。従って、半導
体素子２の動作で発生する熱が放熱板１を通して充分に
外部に放出でき、半導体素子２の動作上の信頼性が向上
できる。同様に、半導体素子２とリードピン３の取付部
３Ａとの間に剥離が発生しなくなるので、半導体素子２
とリードピン３との間の電気的接続が確実に行え、接続
経路の信頼性が向上できる。

【００３１】さらに、本発明の第１の実施の形態に係る
半導体装置においては、リードピン３の取付部３Ａとピ
ン部３Ｃとの間に双方の中間径を有する中間部３Ｂを形
成し、この中間部３Ｂの範囲内において放熱板１の皿内
部に硬質保護樹脂４が充填されている。リードピン３の
ピン部３Ｃに外部応力が加わった場合、ピン部３Ｃと中
間部３Ｂとの境界部分を支点としてピン部３Ｃが折れ曲
がるが、境界部分は硬質保護樹脂４を被覆していないの
で、境界部分におけるリードピン３からの硬質保護樹脂
４の剥離が根本的になくなる。従って、リードピン３と
硬質保護樹脂４との界面を経路として半導体素子２に浸
入する水分や、半導体素子２に侵入する汚染物質がなく
なるので、半導体素子３の電気的特性が向上できる。

【００３２】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、第１の実施の形態に係る半導体装置のリード
ピン３の形状を変えた場合を説明する。

【００３３】図４は本発明の第２の実施の形態に係る半
導体装置の断面図である。図４に示すように、第２の実
施の形態に係る半導体装置においては、リードピン３の
中間部３Ｂが、取付部３Ａからピン部３Ｃに向かって順
次径が連続的に細くなる円錐形状の一部の形状で形成さ
れている。硬質保護樹脂４は、前述と同様に、半導体素
子２及び取付部３Ａを覆い、中間部３Ｂの範囲内で放熱
板１の皿内部に充填されている。

【００３４】このように構成されている半導体装置にお
いては、前述の第１の実施の形態に係る半導体装置で得
られる効果と同様の効果が得られる。

【００３５】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。

【００３６】例えば、既に述べた第１及び第２の実施の
形態において、放熱板１と硬質保護樹脂４との間、及び
リードピン３と硬質保護樹脂４との間にポリイミド系樹
脂からなる樹脂層を介在させても良い。このようにする
と、放熱板１と硬質保護樹脂４との密着性、及びリード
ピン３と硬質保護樹脂４との密着性を向上することが出
来る。

【００３７】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を包含するということを理解す
べきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な
特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定さ
れるものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子と放熱板と
の間の剥離を防止しつつ、半導体素子とリードピンとの
間の剥離を防止できる。したがって、半導体素子の動作
上の信頼性を向上しつつ、電気的接続経路の信頼性を向
上した半導体装置を提供できる。

【００３９】特に、本発明によれば、硬質保護樹脂を保
護樹脂として用いることが出来るため、半導体素子を金
属製放熱板に強固に押し付け、リードピンを半導体素子
に強固に押し付けることが出来る。とりわけ顕著な効果
は、硬質保護樹脂を保護樹脂として用いた場合に、外部
応力がリードピンに加わっても、硬質保護樹脂が剥離す
ることのない半導体装置を提供することが出来る点であ
る。

【００４０】さらに、本発明によれば、リードピンから
の保護樹脂の剥離を防止し、リードピンと保護樹脂との
間の界面を経路として半導体素子に到達する水分、汚染
物質等を排除し、電気的信頼性を向上した半導体装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の
断面図である。

【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置のリードピ
ンの平面図である。

【図３】第１の実施の形態に係る外部応力がリードピン
に加わった状態における半導体装置の断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の
断面図である。

【図５】従来技術に係る半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 放熱板 ２ 半導体素子 ３ リードピン ３Ａ 取付部 ３Ｂ 中間部 ３Ｃ ピン部 ４ 硬質保護樹脂 ５，６ 半田

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 皿形状を有する放熱板と、 前記放熱板の皿内部に配設された半導体素子と、 前記半導体素子上に電気的接続状態で取り付けられてい
   る取付部、前記取付部よりも径が小さい棒状のピン部、
   及び前記取付部とピン部との間を連結し取付部とピン部
   との中間径を有する中間部で構成されたリードピンと、 前記ピン部及び前記ピン部と前記中間部との境界部を露
   出して、前記半導体素子及びリードピンの取付部を覆う
   ように前記放熱板の皿内部に充填された硬質保護樹脂
   と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記リードピンの中間部は円柱形状、又
   は前記取付部からピン部に向かって順次径が細くなる円
   錐形状の一部の形状で形成され、 前記リードピンの取付部、中間部及びピン部は同一材料
   で一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
   半導体装置。
3. 【請求項３】 前記半導体素子は整流ダイオードであ
   り、 前記硬質保護樹脂は熱硬化性エポキシ系樹脂であること
   を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。