WO2014013883A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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康佑 小松
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Definitions

  • the present invention relates to a low-cost semiconductor device that can be easily attached to a cooling body, and more particularly, to a semiconductor device that does not have a cooling base (for example, a copper base) that contacts the cooling body and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • a cooling base for example, a copper base
  • an insulating substrate with a conductive pattern on which a semiconductor chip is mounted is fixed to a cooling base (for example, a copper base), and this cooling base is fixed to a cooling body (cooling fin).
  • This semiconductor device is said to be a copper baseless type, and the insulating substrate with a conductive pattern is composed of a single DCB (Direct Copper Bonding) substrate or an aluminum insulating substrate.
  • the package is a terminal case with a terminal attached to a resin case or a case molded by transfer molding, and the sealing resin is a gel (silicone gel) or an epoxy resin.
  • Non-Patent Document 1 Three typical examples of a conventional method of attaching a copper baseless semiconductor device to a cooling body will be described. 1) As shown in FIG. 18, a method of screwing clamps 52 (two places) projecting outside the case 51 main body of the semiconductor device 500 (Non-Patent Document 1).
  • Patent Document 1 a method of forming a hole 55 through which a screw is passed at both ends (two places) of the case 54 of the semiconductor device 600 and screwing.
  • Patent Document 2 a method of forming a hole 58 through which a screw is passed in the center of the case 57 of the semiconductor device 700 and screwing it.
  • reference numerals 53, 56, and 59 in the drawing denote insulating substrates with conductive patterns, respectively.
  • Non-Patent Document 1 when the warpage of the surface conductor 53a of the non-divided one insulating substrate 53 with the conductive pattern is investigated, as shown in FIG.
  • the warp is warped toward the front side of the insulating substrate 53 with the conductive pattern, and does not necessarily spread concentrically from the center of the semiconductor device.
  • the part where the warpage becomes remarkable may be located at a part 60 away from the center of the back surface conductor 53a.
  • reference numeral 61 in the figure denotes a contour line, and the vicinity of the portion 60 is recessed from other portions.
  • the portion 60 in which the warp becomes significant in this manner is separated from the center of the back surface conductor 53a, the adhesion between the back surface conductor 53a and the cooling body decreases when the semiconductor device 500 is attached to the cooling body.
  • the contact thermal resistance between the semiconductor device 500 and the cooling body increases.
  • a thermal compound may be applied to the contact surface between the semiconductor device 500 and the cooling body.
  • the amount of thermal compound applied increases, and the thermal resistance increases.
  • the screwing location is on the outer periphery of the cases 51 and 54, and this location becomes a dead space. As a result, the outer dimensions increase.
  • the insulating substrates with conductive patterns 53, 56, and 59 attached directly to the cooling body have a single structure, the shape of warping (the way of warping) is not constant and varies from one semiconductor device to another. In particular, in the semiconductor device 500, the warp of the insulating substrate 53 with the conductive pattern is significant.
  • the object of the present invention is to solve such problems, and can be easily attached in close contact with the cooling body without torque management, reducing the contact thermal resistance, reducing the outer dimensions, and reducing the manufacturing cost.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • an insulating substrate with a conductive pattern in which a conductor is formed on the main surface of an insulating plate, and one of the insulating substrate with a conductive pattern A case in which a plurality of the insulating substrates with conductive patterns are exposed and a cooling body that is in contact with the one main surface of the exposed insulating substrates with conductive patterns is attached to the case.
  • a beam portion provided in a beam shape on the case so as to face the other main surface of the plurality of insulating substrates with conductive patterns stored therein, and a column shape provided in the center of the beam portion, the beam portion And a stopper for attaching a tip end to an attachment hole of the cooling body attached to the case so as to bend the case.
  • the sealing resin filled in the case in contact with the plurality of insulating substrates with conductive patterns and the beam portion It is good to have.
  • the sealing resin may be formed of a material having elasticity.
  • the plurality of insulating substrates with conductive patterns include the stopper having the tip attached to the cooling body. It is good to store in the said case so that it may surround.
  • the plurality of insulating substrates with conductive patterns have a side adjacent to the stopper higher than an outer peripheral part on the case side. It is good to be lifted to the beam part side.
  • the case, the beam portion, and the stopper are integrally formed of resin. It is good to be.
  • the stopper includes a support column and a hook portion of the tip end portion of the support column, and the hook unit It is preferable that a notch is formed from the bottom of the base to the support.
  • the plurality of insulating substrates with conductive patterns are formed by radially dividing one large insulating substrate with conductive patterns. It is good to be.
  • a screw may be formed at the tip of the stopper.
  • a plurality of insulating substrates with conductive patterns each having a conductor formed on the main surface of the insulating plate, surround the hole in the center of the jig, and the conductive pattern Placing one main surface side of the insulated substrate with the jig on the jig, and exposing one principal surface of the insulated substrate with the conductive pattern to house the plurality of insulated substrates with the conductive pattern, A case to which a cooling body that is in contact with the one main surface of the plurality of insulating substrates with conductive patterns is attached, and the other main surface of the insulating substrate with conductive patterns housed in the case.
  • the end where the tool is integrally molded The case, by aligning the tip of the fastener into the hole in the center of the jig, and a method of manufacturing a semiconductor device having a step of covering the plurality of the conductive pattern with an insulation substrate.
  • the terminal case covered with the plurality of insulating substrates with conductive patterns is filled with sealing resin,
  • the step of solidifying the insulating substrate with a conductive pattern and the sealing resin in contact with the beam portion may be further included.
  • the center of the beam portion is pressed against the jig, It is good to have the process of inserting the tip part of the stopper in the hole where the jig is inserted, and distorting the beam part.
  • the jig is used as the jig. It is good to have the process of isolate
  • a semiconductor device includes an insulating substrate with a conductive pattern, a case in which one main surface of the insulating substrate with a conductive pattern is exposed and stored, and a cooling body is attached to the one main surface; A beam portion provided in a beam shape on the case facing the other main surface of the patterned insulating substrate, and provided at the center of the beam portion, the tip of the column-shaped stopper is connected to the beam portion.
  • the case can be attached in close contact with the cooling body by filling the case with sealing resin in contact with the plurality of insulating substrates with conductive patterns and the beam portions.
  • the plurality of insulating substrates with conductive patterns should surround the stopper with the tip attached to the cooling body and be lifted to the beam side so that the side adjacent to the stopper is higher than the outer peripheral part of the case side. It can be easily attached to the cooling body with a single touch. This attachment eliminates the need for torque management required for screw tightening, and can provide a low-cost semiconductor device.
  • the attachment portion is located at the central portion of the case, the external dimensions can be made smaller than in the case where the attachment portion is provided on the conventional outer peripheral portion, and a small semiconductor device can be provided.
  • FIG. 4 is a process diagram sequentially illustrating a procedure for attaching the semiconductor device to the cooling body, following FIG.
  • FIG. 3 It is a manufacturing method of the semiconductor device concerning the 2nd example, and is a principal part manufacturing process sectional view shown in order of a process.
  • FIG. 6 is a manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment, continuing from FIG. It is a principal part block diagram of the semiconductor device which concerns on 3rd Example, (a) is a top view, (b) is a sectional side view seen from the arrow A of (a), (c) is an insulating substrate with a conductive pattern. It is principal part sectional drawing. It is the figure which observed the curvature of the back surface conductor of the insulated substrate with a conductive pattern of FIG. It is process drawing which shows the procedure which attaches a semiconductor device to a cooling body.
  • FIG. 1 It is a manufacturing method of the semiconductor device concerning the 2nd example, and is a principal part manufacturing process sectional view shown in order of a process.
  • FIG. 6 is a manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment, continuing from FIG. It is
  • FIG. 10 is a process diagram illustrating a procedure for attaching the semiconductor device to the cooling body, following FIG. 9; It is a manufacturing method of the semiconductor device concerning the 4th example, and is a principal part manufacturing process sectional view shown in order of a process.
  • FIG. 11 is a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth example, continued from FIG. 11, and is a fragmentary manufacturing process sectional view shown in the order of processes.
  • FIG. 13 is a manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth example, following FIG. 12, and is a fragmentary manufacturing process sectional view shown in the order of processes.
  • FIG. 1A is a side view
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, in which FIG. (A) is a side view and FIG. (B) is a top view.
  • 4A and 4B are main part configuration diagrams of a semiconductor device disclosed in Patent Document 2, in which FIG. 5A is a side view, and FIG. It is a figure which shows the curvature of the back surface conductor of FIG.
  • FIG. 1A and 1B are main part configuration diagrams of a semiconductor device according to a first embodiment, in which FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a side sectional view as viewed from an arrow A in FIG. It is principal part sectional drawing of an insulated substrate with a pattern.
  • the semiconductor device 100 includes a terminal case 1 in which a terminal 3 serving as an external lead-out terminal is fixedly attached to an outer frame 2 serving as a case, and a cross-shaped beam portion 4 having an elastic force (spring action) connected thereto.
  • the semiconductor device 100 includes an insulating substrate 5 with conductive patterns divided into four pieces, and a semiconductor chip 6 fixed to each insulating substrate 5 with conductive patterns.
  • the dimension of the insulating substrate 5 with a conductive pattern is, for example, 20 mm ⁇ 30 mm.
  • the semiconductor device 100 is fixed to the center of the beam portion 4 and protrudes downward from the insulating substrate 5 with the conductive pattern, and the sealing resin 8 having elasticity filled in the terminal case 1. Is provided.
  • the terminal case 1, the beam portion 4, and the stopper 7 are integrally formed of a resin made of the same material (for example, PBT: polybutylene terephthalate). Of course, each may be fixed with an adhesive. In order to give the beam portion 4 a spring action, the thickness is reduced to about 1 mm, for example. The width of the beam portion 4 is about several mm, for example, 4 mm.
  • the terminal 3 is a narrow connection conductor plate.
  • the tip 3a of the terminal 3 (external lead-out terminal) in the terminal case 1 is fixed to the semiconductor chip 6 or the insulating substrate 5 with the conductive pattern by solder (not shown). Further, the semiconductor chip 6 is fixed to the conductive pattern 5a (FIG. 1 (c)) of the insulating substrate 5 with the conductive pattern with solder (not shown). Further, as the elastic sealing resin 8 filled in the terminal case 1, a material having high adhesion to the terminal case 1 and the insulating substrate 5 with the conductive pattern is used. For example, a material such as a highly adhesive potting agent may be used. Specifically, for example, RTV rubber manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. is used.
  • the insulating substrate 5 with the conductive pattern and the inner wall of the terminal case 1 are not in tight contact but may be loosely contacted or have a gap. Such contact allows the insulating substrate 5 with the conductive pattern to move together with the viscosity of the sealing resin 8 when the semiconductor device 100 described later is attached to the cooling body 11.
  • the relationship between the insulating substrate 5 with the conductive pattern and the inner wall of the terminal case 1 and the relationship with the sealing resin 8 are the same in the second to sixth embodiments.
  • the back conductor 5b (FIG. 1C) of each insulating substrate 5 with a conductive pattern is flat with almost no warpage.
  • the case where the insulating substrate 5 with the conductive pattern is divided into four is shown, but it may be divided into two. That is, it may be divided into a plurality of lines extending radially from the center of the terminal case 1.
  • the insulating substrate 5 with a conductive pattern includes an insulating substrate 5c such as a ceramic plate, and a conductive pattern 5a that is a conductor formed on the front surface of the insulating substrate 5c.
  • the back conductor 5b is formed on the back surface.
  • the semiconductor chip 6 is soldered to the conductive pattern 5a, and the back surface conductor 5b is in pressure contact with a cooling body (not shown).
  • the stopper 7 is composed of a support column 7a and a hook portion 7b attached to the lower tip, and a notch 7d is formed in the longitudinal direction (upward) of the support column 7a from the bottom surface 7c of the hook portion 7b.
  • the notch 7d acts when the semiconductor device 100 is fixed to a cooling body (not shown) via the stopper 7.
  • the hook portion 7b has a cross-sectional area that increases upward. 1 shows an example in which the notch 7d is formed in one direction from the front side to the back side of the drawing, but the notch 7d is also cut in a direction passing through the central axis of the column 7a and perpendicular to the notch 7d. There may be. Furthermore, this notch may consist of a plurality of notches that cross the central axis of the column 7a. The structure of this notch is the same as in the second to fourth and sixth embodiments.
  • FIG. 2 is a plan view of a main part in which an insulating substrate with a conductive pattern is arranged in the terminal case of FIG. Here, the beam part 4 and the stopper 7 are not shown.
  • the insulating substrate 5 with the conductive pattern divided into four parts is arranged around the position where the stopper 7 is arranged as a center 9.
  • the dividing lines 10 that respectively divide the insulating substrate 5 with the conductive pattern divided into four extend radially from the position of the stopper 7 (here, a cross). That is, the divided insulating substrate 5 with the conductive pattern is arranged radially with the stopper 7 as the center.
  • 3 to 4 are process diagrams sequentially showing a procedure for attaching the semiconductor device to the cooling body.
  • the semiconductor device 100 is disposed on the cooling body 11.
  • the center of the hook portion 7 b of the semiconductor device 100 is aligned with the mounting hole 12 at the center of the cooling body 11.
  • the mounting hole 12 has a two-stage structure, with the upper stage being a hole 12a and the lower stage being a hole 12b having a diameter larger than that of the hole 12a.
  • the diameter of the hole 12a is equal to or larger than the maximum diameter AA of the hook portion 7b ⁇ the crack width dd of the notch 7d and smaller than the maximum diameter AA of the hook portion 7b.
  • the diameter of the hole 12b is equal to or greater than the maximum diameter AA of the hook portion 7b.
  • the structure of the holes 12a and 12b is the same as in the second to fourth and sixth embodiments.
  • a force 13 is applied to the apex 7e of the support 7a of the stopper 7, and the hook portion 7b at the tip of the stopper 7 is pushed into the hole 12a of the cooling body 11.
  • the notch 7d formed in the column 7a is narrowed, the diameter of the hook portion 7b is reduced, and the hook portion 7b can pass through the hole 12a of the cooling body 11.
  • the beam portion 4 is distorted downward, and the sealing resin 8 sandwiched between the beam portion 4 that is an elastic body and the insulating substrate 5 with the conductive pattern is compressed.
  • the notch 7d expands by spring action and returns to its original size.
  • the sealing resin 8 is compressed by the force 13, and the repulsive force 14 becomes a force that spreads in all directions like a hydrostatic pressure.
  • the bottom portion 12c of the eleven hole 12a is pressed upward by the repulsive force 15.
  • the repulsive force 15 of the beam portion 4 is transmitted to the cooling body 11 through the stopper 7, the cooling body 11 is pushed upward, and the insulating substrate 5 with a conductive pattern is pressed by the force 16.
  • the repulsive force 14 of the sealing resin 8 and the force 16 that lifts the cooling body 11 upward the insulating substrate 5 with the conductive pattern and the cooling body 11 are closely attached and fixed. Since the hook portion 7b is formed at the tip of the stopper 7 as described above, the hook portion 7b is inserted into the hole 12 of the cooling body 11 with one touch by simply applying the force 13 to the apex 7e of the stopper 7.
  • the apparatus 100 can be fixed in close contact with the cooling body 11 easily.
  • FIGS. 5 to 6 are cross-sectional views of the main part manufacturing process shown in the order of the processes, which are the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment.
  • the insulating substrate 5 with the conductive pattern is placed on the solder jig 21.
  • Solder (not shown) is applied on the insulating substrate 5 with conductive pattern (conductive pattern 5a).
  • the semiconductor chip 6 is placed on the applied solder.
  • solder (not shown) is applied to the semiconductor chip 6, and the terminal case 1 in which the beam portion 4 and the stopper 7 are integrally molded is covered from the semiconductor chip 6 and the terminal 3 (external lead terminal). Is disposed on the semiconductor chip 6. Thereafter, the temperature of the solder jig 21 is raised, the solder is melted, and then cooled to solidify the solder, so that the insulating substrate 5 with the conductive pattern and the semiconductor chip 6, and the semiconductor chip 6 and the terminal 3 (tip 3a) Solder each.
  • the terminal case 1 to which the terminal 3 (tip 3a) and the semiconductor chip 6, and the semiconductor chip 6 and the insulating substrate 5 with the conductive pattern are soldered is removed from the solder jig 21.
  • the sealing resin 8 is an elastic resin as described above, and is, for example, a highly adhesive potting agent.
  • the terminal case 1 in which the sealing resin 8 is cast and solidified is taken out from the resin casting jig 22.
  • the semiconductor device 100 since the entire exposed surface of the back conductor 5b of each of the insulating substrates 5 with conductive patterns divided into four is flat (see FIG. 1), the semiconductor device 100 is attached to the cooling body 11. In the contact surface between the semiconductor device 100 and the cooling body 11, the contact force in the vicinity of the stopper 7 tends to be large and the contact force in the outer peripheral portion tends to be small. A method for solving this problem and fixing with a substantially uniform contact force from the vicinity of the stopper 7 to the outer periphery will be described below.
  • FIG. 7A and 7B are configuration diagrams of a principal part of the semiconductor device according to the third embodiment, in which FIG. 7A is a plan view, FIG. 7B is a side sectional view as viewed from an arrow A in FIG. It is principal part sectional drawing of an attached insulated substrate.
  • the difference between the semiconductor device 200 and the semiconductor device 100 is that the insulating pattern-equipped insulating substrate 5 is arranged with the side adjacent to the stopper 7 being lifted.
  • the height H to be lifted is about 100 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the upper surface of the sealing resin 8 is also lifted accordingly, so that the upper surface of the semiconductor device 200 is curved upwardly by about 100 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • FIG. 8 is a diagram observing the warpage of the back conductor of the insulating substrate with the conductive pattern of FIG. This warp is concave upward. From the figure, the contour line 23 of the warp is the lowest at the center (concave upward), and increases concentrically toward the outer periphery. As described above, since the warpage is uniformly generated from the center toward the outer periphery, when the semiconductor device 200 is attached to the cooling body 11, the adhesion (contact force) between the insulating substrate 5 with the conductive pattern and the cooling body 11 is improved. Can be increased.
  • FIG. 9 to 10 are process diagrams showing a procedure for attaching the semiconductor device to the cooling body.
  • the semiconductor device 200 is disposed on the cooling body 11.
  • the center of the hook portion 7 b of the semiconductor device 200 is aligned with the mounting hole 12 at the center of the cooling body 11.
  • the mounting hole 12 has a two-stage structure, with the upper stage being a hole 12a and the lower stage being a hole 12b having a diameter larger than that of the hole 12a.
  • a force 13 is applied to the apex 7e of the support 7a of the stopper 7 to push the hook portion 7b at the lower end of the stopper 7 into the hole 12a of the cooling body 11.
  • the notch 7d formed in the support column 7a is narrowed, the diameter of the hook portion 7b is reduced, and it can pass through the hole 12a of the cooling body 11.
  • the upper beam portion 4 is in the downward direction, and the back conductor 5b of the insulating substrate 5 with the strained conductive pattern is in contact with the cooling body 11 in the entire area.
  • the repulsive force 14 due to the spring action of the beam portion 4 is transmitted to the cooling body 11 via the hook portion 7b, and the cooling body 11 is lifted.
  • the insulating substrate 5 with the conductive pattern is pressed by the repulsive force 14 by the sealing resin 8. In this way, the semiconductor device 200 is closely attached and fixed to the cooling body 11.
  • the force 13 applied to the stopper 7 located at the center of the terminal case 1 is transmitted to the center of the cooling body 11, and the force 13 is transmitted to the outer peripheral portion of the cooling body 11. For this reason, the force at the central portion of the contact surface between the semiconductor device 200 and the cooling body 11 is large, and the force at the outer peripheral portion is small. Since the corner portion 5d (located in the vicinity of the stopper 7) of each conductive pattern-insulated substrate 5 having a large warp is located at the central portion to which the large force is applied, the force applied to the central portion is weakened, and the insulating substrate 5 with the conductive pattern is provided. A uniform force is applied to the entire area.
  • FIG. 11 to FIG. 13 are cross-sectional views of main part manufacturing steps shown in the order of steps in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a main part configuration diagram of a resin casting jig used in the manufacturing method, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view.
  • FIG. 14B also shows the terminal case 1 and the insulating substrate 5 with a conductive pattern for reference.
  • the insulating substrate 5 with the conductive pattern is placed on the solder jig 21.
  • Solder (not shown) is applied on the insulating substrate 5 with conductive pattern (conductive pattern 5a).
  • the semiconductor chip 6 is placed on the applied solder.
  • solder (not shown) is applied onto the semiconductor chip 6, and the terminal case 1 in which the beam portion 4 and the stopper 7 are integrally molded is covered from the semiconductor chip 6, and the tip 3a of the terminal 3 is covered with the semiconductor. It is arranged on the chip 6. Thereafter, the temperature of the solder jig 21 is raised, the solder is melted, and then cooled to solidify the solder, so that the insulating substrate 5 with the conductive pattern and the semiconductor chip 6, and the semiconductor chip 6 and the terminal 3 (tip 3a) Solder.
  • the terminal case 1 to which the terminal 3 (tip 3a) and the semiconductor chip 6, and the semiconductor chip 6 and the insulating substrate 5 with the conductive pattern are soldered is removed from the solder jig 21.
  • the terminal case 1 to which the terminal 3 (tip 3a) and the semiconductor chip 6 and the semiconductor chip 6 and the insulating substrate 5 with the conductive pattern are soldered is placed on the resin casting jig 24.
  • a hole 25 formed in the center of the resin casting jig 24 and into which the stopper 7 is inserted has the same structure as the mounting hole 12 formed in the cooling body 11.
  • the resin casting jig 24 has a structure that can be separated into two parts (first jig 24a and second jig 24b).
  • the beam portion 4 is allowed to drop downward by about 100 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the hook portion 7b of the stopper 7 passes through the hole 25a, and the upper end portion 7f of the hook portion 7b comes into contact with the bottom portion 25c of the hole 25a of the resin casting jig 24.
  • FIG. 13F the force 26 (see FIG. 12) is removed, and the first jig 24a and the second jig 24b of the resin casting jig 24 shown in FIG.
  • the terminal case 1 solidified by casting is taken out from the resin casting jig 24.
  • the beam portion 4 returns to the original position by the spring action, and the stopper 7 is lifted.
  • the height H at which the corner 5d is lifted is about 100 ⁇ m to 200 ⁇ m (becomes floating).
  • FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment.
  • the difference between the semiconductor device 300 and the semiconductor device 200 (see FIG. 7) is that the stopper 7 is replaced with a screw 27.
  • a screw thread 28 is formed on the screw 27, and a cross 30 is cut on the head 29 of the screw 27, for example.
  • the screw 27 is supported by a screw support 31 having a through hole through which the screw 27 passes.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the main part when the semiconductor device of FIG. 15 is attached to the cooling body.
  • the screw 27 is inserted into the screw receiving portion 11b of the cooling body 11a, and the beam portion 4 warps downward by turning the screw 27.
  • the sealing resin 8 is sandwiched and compressed between the beam portion 4 and the insulating substrate 5 with the conductive pattern, and presses the insulating substrate 5 with the conductive pattern.
  • This pressing force 32 becomes a pressing force when the semiconductor device 300 is attached to the cooling body 11a.
  • the screw 27 acts as a hook portion 7b by the screw thread 28 and the screw thread 11c of the screw receiving portion 11b meshing with each other.
  • the screw receiving portion 11b has a depth into which the screw 27 is screwed, and this depth is determined so that the repulsive force of the beam portion 4 becomes an appropriate force.
  • FIG. 17 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the sixth embodiment.
  • the difference between the semiconductor device 400 and the semiconductor device 200 (see FIG. 7) is that a bonding wire 33 is used for a part of the terminal 3 of the terminal case 1.
  • the example in which the bonding wires 33 are used for the connection between the semiconductor chips 6 and the semiconductor chip 6 and the insulating substrate 5 with the conductive pattern (conductive pattern 5a) is shown. Since the stopper 7 of the semiconductor device 400 is the same as that of the second embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
  • a normal case corresponding to the outer frame 2 of the terminal case 1 is used, and the terminal 3 penetrating the terminal case 1 is moved from the upper side of the normal case (outer frame 2) to the outside. Sometimes it is taken out.
  • the hook portion 7 b at the tip of the stopper 7 has the two-stage holes 12 a and 12 b of the cooling body 11 by simply applying a force 13 to the apex 7 e of the stopper 7.
  • the semiconductor devices 100, 200, and 400 can be easily attached to the cooling body 11.
  • the screw 27 of the semiconductor device 300 like the hook portion 7b it can be easily attached to the cooling body 11.
  • the conventional screw tightening operation becomes unnecessary, and further, torque management becomes unnecessary, and the manufacturing cost of the semiconductor devices 100, 200, 400 can be reduced.
  • Examples 5 and 6 that the insulating substrate 5 with a conductive pattern and the cooling body 11 described in Examples 1 to 4 are closely fixed and the size of the semiconductor device can be reduced.

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Abstract

　トルク管理なしで簡単に冷却体に密着して取り付けられ、接触熱抵抗を小さくすることができて、外形寸法が小さく、製造コストが低減される。　端子ケース（１）と、これに接続するバネ作用のある梁部（４）と、分割された導電パターン付絶縁基板（５）と、端子ケース（１）の中央に位置する止め具（７）と、端子ケース（１）内に充填される弾力性の封止樹脂（８）とを有する半導体装置（１００）は、冷却体との密着性を増大させて接触熱抵抗を小さくできる。導電パターン付絶縁基板（５）を複数に分割することで、冷却体に密着して取り付けることができる。また、止め具（７）の先端のフック部（７ｂ）を冷却体の２段構造の孔に差し込むだけで簡単に冷却体に取り付けることができる。この取り付けには、ネジの締め付けで必要となるトルク管理が不要になり、低コストの半導体装置を提供することができる。

Description

半導体装置および半導体装置の製造方法
　この発明は、冷却体に簡単に取り付けられる低コストの半導体装置に関し、特に、冷却体に接する冷却ベース（例えば、銅ベース）を有さない半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
　通常の半導体装置においては、半導体チップが搭載される導電パターン付絶縁基板は冷却ベース（例えば、銅ベース）に固着されており、この冷却ベースは冷却体（冷却フィン）に固定される。
　近年、小容量の半導体装置においては、コストダウンと熱抵抗の低減を図るために、導電パターン付絶縁基板を冷却ベースを介さないで直接冷却体（冷却フィンなど）に固定する方法が採用される。
　この半導体装置は、銅ベースレスタイプと言われており、前記の導電パターン付絶縁基板は、１枚のＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板またはアルミ絶縁基板で構成されている。また、パッケージとしては端子が樹脂ケースに付いている端子ケースやトランスファモールドで成型したケースなどであり、封止樹脂としてはゲル（シリコーンゲル）またはエポキシ樹脂などである。
　従来の銅ベースレスの半導体装置を冷却体に取り付ける方法について代表的な３つの例について説明する。
　１）図１８に示すように、半導体装置５００のケース５１本体の外側に張り出したクランプ５２（２箇所）をネジ止めする方法（非特許文献１）。
　２）図１９に示すように、半導体装置６００のケース５４両端（２箇所）にネジを通す孔５５を形成してネジ止めする方法（特許文献１）。
　３）図２０に示すように、半導体装置７００のケース５７の中央にネジを通す孔５８を形成してネジ止めする方法（特許文献２）。
　尚、図中の符号で５３，５６，５９はそれぞれ導電パターン付絶縁基板である。
特開２０１１－２４３８３９号公報 米国特許６９７９２０４号公報
Ｉｎｆｉｎｅｏｎ，　「ＡＮ２００６－０８」，　Ａｐｌｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｎｏｔｅ，　Ｖ２．０，　Ｊｕｌｙ　２００８
　しかし、非特許文献１、特許文献１および特許文献２に記載の半導体装置５００～７００では、既述の通り、冷却体への取り付けは全てネジ止めで行われるため、ネジの締め付けトルク管理が必要となる。
　また、非特許文献１および特許文献１に記載の半導体装置５００，６００では冷却体へ取り付けるためのネジ部の面積がデッドスペースとなり、半導体装置５００，６００の外形寸法が大きくなる。
　また、非特許文献１に記載の半導体装置５００において、分割していない１枚の導電パターン付絶縁基板５３の裏面導電体５３ａの面の反りを調査してみると、図２１に示すように、反りは導電パターン付絶縁基板５３のおもて側に向かって反っており、半導体装置中央から同心円状に広がるとは限らない。この反りが顕著になる箇所は、裏面導電体５３ａの中央から離れた箇所６０に位置することもある。
　尚、図中の符号で６１は等高線を示し、箇所６０付近が他の箇所より窪んでいる。
　このように反りが顕著になる箇所６０が、裏面導電体５３ａの中央から離れると、半導体装置５００を冷却体に取り付ける場合に、この裏面導電体５３ａと冷却体との間の密着性が低下して、半導体装置５００と冷却体との間の接触熱抵抗が増大する。また、この接触熱抵抗の上昇を防ぐため、半導体装置５００と冷却体との接触面にサーマルコンパウンドを塗布する場合がある。しかし、反りが大きい箇所ではサーマルコンパウンドの塗布量が多くなり、熱抵抗が大きくなってしまう。
　上記３件の文献に記載された半導体装置５００～７００においては、
　１）半導体装置５００，６００，７００においては、顧客の組立工程で、ネジ止め作業が必要となり、そのためのネジの締め付けのためのトルク管理が必要となる。また、ネジ止めに時間が掛かる。
　つまり、半導体装置５００，６００，７００では、冷却体への取り付けはいずれもネジ止めであり、ネジ止め作業が必要になり、組立工程でネジの締め付けのためのトルク管理が必要になる。その結果、製造コストが増大する。
　２）半導体装置５００，６００では、ネジ止め箇所がケース５１，５４の外周部にあり、この箇所はデッドスペースとなる。そのため外形寸法が大きくなる。
　３）冷却体に直接取り付けられる導電パターン付絶縁基板５３，５６，５９は１枚構成であるため、反りの形状（反り方のこと）は一定しておらず半導体装置毎に変化する。特に、半導体装置５００では導電パターン付絶縁基板５３の反りが顕著である。
　４）３）項で説明したように、導電パターン付絶縁基板５３，５６の反りの形状が一定ではないため、反りの管理は困難である。そのため、半導体装置５３，５６を冷却体にネジにより締め付けて固定する場合に、反りが顕著な箇所の位置によって、半導体装置５００，６００と冷却体との密着性が低下することがある。
　この発明の目的は、このような課題を解決して、トルク管理なしで簡単に冷却体に密着して取り付けられ、接触熱抵抗を小さくすることができて、外形寸法が小さく、製造コストが低減された半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、請求の範囲第１項に記載の発明によれば、絶縁板の主面に導電体がそれぞれ形成された導電パターン付絶縁基板と、前記導電パターン付絶縁基板の一方の主面を表出して複数の前記導電パターン付絶縁基板を収納し、表出した複数の前記導電パターン付絶縁基板の前記一方の主面と接触する冷却体が取り付けられるケースと、前記ケースに収納された複数の前記導電パターン付絶縁基板の他方の主面と対向して前記ケースに梁状に設けられた梁部と、前記梁部の中央に設けられ、柱状であって、前記梁部を歪曲させるように前記ケースに取り付けられた前記冷却体の取り付け孔に先端部を取り付ける止め具と、を有する半導体装置とする。
　また、請求の範囲第２項に記載の発明によれば、第１項に記載の発明において、複数の前記導電パターン付絶縁基板および前記梁部に接して前記ケース内に充填された封止樹脂、を有するとよい。
　また、請求の範囲第３項に記載の発明によれば、第２項に記載の発明において、前記封止樹脂は、弾力性を有する材質で形成されているとよい。
　また、請求の範囲第４項に記載の発明によれば、第１項に記載の発明において、複数の前記導電パターン付絶縁基板は、前記冷却体に前記先端部が取り付けられた前記止め具を囲むように前記ケースに収納されているとよい。
　また、請求の範囲第５項に記載の発明によれば、第３項に記載の発明において、複数の前記導電パターン付絶縁基板は、前記止め具に隣接する側が前記ケース側の外周部より高くなるように前記梁部側に持ち上げられているとよい。
　また、請求の範囲第６項に記載の発明によれば、第１項または第２項に記載の発明において、前記ケースと、前記梁部と、前記止め具とが樹脂で一体成型されて形成されているとよい。
　また、請求の範囲第７項に記載の発明によれば、第１項に記載の発明において、前記止め具は、支柱と、前記支柱の前記先端部のフック部と、を備え、前記フック部の底部から前記支柱にかけて切り欠きが形成されているとよい。
　また、請求の範囲第８項に記載の発明によれば、第１項に記載の発明において、複数の前記導電パターン付絶縁基板は、一つの大きな導電パターン付絶縁基板を放射状に分割して形成されているとよい。
　また、請求の範囲第９項に記載の発明によれば、第１項に記載の発明において、前記止め具の前記先端部にネジが形成されているとよい。
　また、請求の範囲第１０項に記載の発明によれば、絶縁板の主面に導電体がそれぞれ形成された複数の導電パターン付絶縁基板を治具の中央の孔を囲んで、前記導電パターン付絶縁基板の一方の主面側を前記治具上に載置する工程と、前記導電パターン付絶縁基板の一方の主面を表出して複数の前記導電パターン付絶縁基板を収納し、表出した複数の前記導電パターン付絶縁基板の前記一方の主面と接触する冷却体が取り付けられるケースと、前記ケースに収納された前記導電パターン付絶縁基板の他方の主面と対向して前記ケースに梁状に設けられた梁部と、前記梁部の中央に設けられ、柱状であって、前記梁部を歪曲させるように前記ケースに取り付けられた前記冷却体の取り付け孔に先端部を取り付ける止め具と、が一体成型された端子ケースを、前記止め具の前記先端部を前記治具の中央の前記孔に位置合わせて、複数の前記導電パターン付絶縁基板に被せる工程と、を有する半導体装置の製造方法とする。
　また、請求の範囲第１１項に記載の発明によれば、第１０項に記載の発明において、複数の前記導電パターン付絶縁基板に被せられた前記端子ケース内に封止樹脂を充填し、複数の前記導電パターン付絶縁基板および前記梁部に接する前記封止樹脂を固化する工程、をさらに有するとよい。
　また、請求の範囲第１２項に記載の発明によれば、第１１項に記載の発明において、前記封止樹脂を充填する前に、前記梁部の中央を前記治具に対して押圧し、前記止め具の前記先端部を前記治具の差し込まれる孔に差し込み、前記梁部を歪曲させる工程、を有するとよい。
　また、請求の範囲第１３項に記載の発明によれば、第１２項に記載の発明において、前記梁部を歪曲させて、前記封止樹脂を固化した後、前記治具を、前記治具の中央に配置される前記差し込まれる孔を通る切断線で２つに分離して、歪曲した前記梁部を元の位置に戻す工程、を有するとよい。
　この発明によれば、半導体装置は、導電パターン付絶縁基板と、導電パターン付絶縁基板の一方の主面を表出して収納して、当該一方の主面に冷却体が取り付けられるケースと、導電パターン付絶縁基板の他方の主面に対向してケースに梁状に設けられた梁部と、を有し、梁部の中央に設けられ、柱状である止め具の先端部を、梁部を歪曲させるようにケースに取り付けられた冷却体の取り付け孔に取り付けることで、冷却体との密着性を増大させて接触熱抵抗を小さくできる。
　複数の導電パターン付絶縁基板および梁部に接してケース内に封止樹脂を充填することで、冷却体に密着して取り付けることができる。
　また、複数の導電パターン付絶縁基板は、冷却体に先端部が取り付けられた止め具を囲み、止め具に隣接する側がケース側の外周部より高くなるように梁部側に持ち上げられていることで、ワンタッチで簡単に冷却体に取り付けることができる。この取り付けには、ネジの締め付けで必要となるトルク管理が不要になり、低コストの半導体装置を提供することができる。
　また、取り付け部分がケースの中央部に位置するため、従来の外周部に取り付け部がある場合より外形寸法を小さくできて小型の半導体装置を提供することができる。
　本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
第１の実施例に係る半導体装置の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａから見た側断面図、（ｃ）は導電パターン付絶縁基板の要部断面図である。 図１の端子ケース内に導電パターン付絶縁基板を配置した要部平面図である。 冷却体に半導体装置を取り付ける手順を順に示す工程図である。 図３に続く、冷却体に半導体装置を取り付ける手順を順に示す工程図である。 第２実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。 図５に続く、第２実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。 第３実施例に係る半導体装置の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａから見た側断面図、（ｃ）は導電パターン付絶縁基板の要部断面図である。 図７の導電パターン付絶縁基板の裏面導電体の反りを観察した図である。 冷却体に半導体装置を取り付ける手順を示す工程図である。 図９に続く、冷却体に半導体装置を取り付ける手順を示す工程図である。 第４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。 図１１に続く、第４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。 図１２に続く、第４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。 製造方法で用いられる樹脂注型治具の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 第５実施例に係る半導体装置の要部断面図である。 図１５の半導体装置を冷却体に取り付けたときの要部断面図である。 第６実施例に係る半導体装置の要部断面図である。 非特許文献１に示す半導体装置の要部構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は上面図である。 特許文献１に示す半導体装置の要部構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は上面図である。 特許文献２に示す半導体装置の要部構成図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は上面図である。 図１８の裏面導電体の反りを示す図である。
　実施の形態を以下の実施例で説明する。
＜実施例１＞
　図１は、第１の実施例に係る半導体装置の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａから見た側断面図、（ｃ）は導電パターン付絶縁基板の要部断面図である。
　この半導体装置１００は、ケースとなる外枠２に外部導出端子となる端子３が貫通固着した端子ケース１と、これに接続する弾性力（バネ作用）を具備する十字状の梁部４とを備える。半導体装置１００は、４枚に分割された導電パターン付絶縁基板５と、各導電パターン付絶縁基板５に固着された半導体チップ６とを備える。導電パターン付絶縁基板５の寸法は例えば２０ｍｍ×３０ｍｍである。さらに、半導体装置１００は、梁部４の中央に固定され、導電パターン付絶縁基板５の下方へ突出する止め具７と、端子ケース１内に充填される弾力性を具備する封止樹脂８とを備える。端子ケース１、梁部４および止め具７は同一材質（例えば、ＰＢＴ：ポリブチレンテレフタレートなど）の樹脂で一体成型で形成される。勿論、それぞれを接着剤で固定しても構わない。梁部４はバネ作用を持たせるために、厚みを例えば１ｍｍ程度に薄くする。また、梁部４の幅は数ｍｍ程度、例えば４ｍｍである。端子３は幅の狭い接続導体板である。
　端子ケース１内の端子３（外部導出端子）の先端３ａは半導体チップ６や導電パターン付絶縁基板５に図示しない半田で固着される。また、半導体チップ６は図示しない半田で導電パターン付絶縁基板５の導電パターン５ａ（図１（ｃ））に固着される。また、端子ケース１内に充填される弾力性のある封止樹脂８としては、端子ケース１および導電パターン付絶縁基板５との密着性の高い材料を用いる。例えば、高接着性ポッティング剤のような材料を用いるとよい。具体的には例えば信越化学工業株式会社製ＲＴＶゴムなどである。なお、導電パターン付絶縁基板５と端子ケース１の内壁とはきつく接しているものではなくゆるく接するかあるいは隙間を有していればよい。このような接触により、後に述べる半導体装置１００を冷却体１１に取り付ける際に導電パターン付絶縁基板５が封止樹脂８の粘性とあいまって可動できるようになっている。これら導電パターン付絶縁基板５と端子ケース１の内壁との関係および封止樹脂８との関係は後の実施例２～６においても同様である。
　また、各導電パターン付絶縁基板５の裏面導電体５ｂ（図１（ｃ））は反りが殆どなく平坦である。
　この実施例１では、導電パターン付絶縁基板５が４分割された場合を示したが、２分割でもよい。つまり、端子ケース１の中央から放射状に延びる線で複数に分割すればよい。また、導電パターン付絶縁基板５は、図１（ｃ）に示すように、セラミック板などの絶縁基板５ｃと、この絶縁基板５ｃのおもて面に形成される導電体である導電パターン５ａと、裏面に形成される裏面導電体５ｂとで構成される。既述の通り、導電パターン５ａに半導体チップ６が半田付けされ、裏面導電体５ｂは図示しない冷却体に加圧接触する。
　また、止め具７は、支柱７ａと、下方の先端に付いたフック部７ｂとで構成され、フック部７ｂの底面７ｃから支柱７ａの長手方向（上方）に切り欠き７ｄが形成されている。この切り欠き７ｄは半導体装置１００を図示しない冷却体に止め具７を介して固定するときに作用する。また、フック部７ｂは上方へ向かって断面積が大きくなっている。なお、切り欠き７ｄは図１では紙面手前から奥に向かい一方向に形成された例が示されているが、さらに支柱７ａの中心軸を通りこの切り欠き７ｄに直角に交わる方向にも切り欠きがあってもよい。さらにこの切り欠きは、支柱７ａの中心軸を通り交わる複数の切り欠きからなっていてもよい。この切り欠きの構成は実施例２～４，６についても同様である。
　図２は、図１の端子ケース内に導電パターン付絶縁基板を配置した要部平面図である。ここでは梁部４および止め具７は示されていない。４つに分割された導電パターン付絶縁基板５は、止め具７が配置される位置を中心９としてその周りに配置される。４つに分割された導電パターン付絶縁基板５をそれぞれ分ける分割線１０は、止め具７の位置から放射状（ここでは十字）に伸びている。つまり、分割された導電パターン付絶縁基板５は止め具７を中心にして放射状に配置される。
　図３～図４は、冷却体に半導体装置を取り付ける手順を順に示す工程図である。
　図３（ａ）において、半導体装置１００を冷却体１１上に配置する。このとき半導体装置１００のフック部７ｂの中央を冷却体１１の中央の取り付け孔１２に位置合わせする。この取り付け孔１２は２段構造になっており上段が孔１２ａ、下段が直径が孔１２ａよりも大きな孔１２ｂになっている。孔１２ａの直径は、フック部７ｂの最大直径ＡＡ－切り欠き７ｄの割れ目の幅ｄｄ以上であって、フック部７ｂの最大直径ＡＡより小さい。孔１２ｂの直径は、フック部７ｂの最大直径ＡＡ以上である。この孔１２ａ，１２ｂの構成は実施例２～４，６についても同様である。
　図３（ｂ）において、止め具７の支柱７ａの頂点７ｅに力１３を加えて、止め具７の先端のフック部７ｂを冷却体１１の孔１２ａに押し込む。このとき支柱７ａに形成された切り欠き７ｄは狭くなり、フック部７ｂの直径が縮径し、フック部７ｂは冷却体１１の孔１２ａを通過できるようになる。また、このとき、梁部４は下方に歪み、弾性体である梁部４と導電パターン付絶縁基板５とに挟まれた封止樹脂８は圧縮される。
　図４（ｃ）において、フック部７ｂが冷却体１１の孔１２ａを通過した後、切り欠き７ｄがバネ作用で広がり元の大きさに戻る。力１３によって封止樹脂８は圧縮され、その反発力１４は静水圧のように四方八方に広がるような力になる。
　図４（ｄ）において、止め具７の頂点７ｅに加えている力１３を取り去ると、下方に歪んだ梁部４はバネ作用で上方に持ち上がり、梁部４および圧縮された封止樹脂８に元の状態に戻ろうとする力が反発力１４，１５として現れる。このとき、圧縮された封止樹脂８は元の状態まで戻らないため、封止樹脂８の反発力１４は残存する。この反発力１４は導電パターン付絶縁基板５を下方に押さえつける反発力１４として働く、一方、止め具７の先端のフック部７ｂの上端部７ｆは梁部４が上方に引っ張られることで、冷却体１１の孔１２ａの底部１２ｃを反発力１５で上方に押さえつける。梁部４の反発力１５が止め具７を介して冷却体１１に伝達され、冷却体１１は上方に押し上げられ、力１６で導電パターン付絶縁基板５を押さえつける。この封止樹脂８の反発力１４と冷却体１１の上方へ持ち上げる力１６により、導電パターン付絶縁基板５と冷却体１１とは密着し固定される。このように止め具７の先端にフック部７ｂを形成したために、止め具７の頂点７ｅに力１３を単に加えるだけのワンタッチで、当該フック部７ｂが冷却体１１の孔１２に差し込まれ、半導体装置１００を冷却体１１に簡単に密着して固定させることができる。
　また、この半導体装置１００を構成する導電パターン付絶縁基板５を分割することで、冷却体１１との密着性が高まり、接触熱抵抗を小さくすることができる。また、半導体装置１００では、止め具７が端子ケース１の平面視おける中央領域に配置されているため、非特許文献１や特許文献１の半導体装置と比べて外形寸法を小さくできる。さらに、半導体装置１００では、止め具７にフック部７ｂを設けることで半導体装置１００を冷却体１１に簡単に密着して固定させることができるため、時間を要するネジ止め作業が不要となり、さらに、トルク管理が不要となり製造コストを低減することができる。
＜実施例２＞
　図５～図６は、第２実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
　図５（ａ）において、半田治具２１上に導電パターン付絶縁基板５を載置する。導電パターン付絶縁基板５（導電パターン５ａ）上に図示しない半田を塗布する。塗布された半田上に半導体チップ６を載置する。
　図５（ｂ）において、半導体チップ６上に図示しない半田を塗布し、梁部４と止め具７とが一体成型された端子ケース１を半導体チップ６上から被せ、端子３（外部導出端子）の先端３ａを半導体チップ６上に配置する。その後で、半田治具２１を昇温し、半田を溶融させ、その後、冷却して半田を固化させて、導電パターン付絶縁基板５および半導体チップ６、並びに半導体チップ６および端子３（先端３ａ）をそれぞれ半田付けする。
　図５（ｃ）において、端子３（先端３ａ）および半導体チップ６、並びに半導体チップ６および導電パターン付絶縁基板５がそれぞれ半田付けされた端子ケース１を半田治具２１から外す。
　図６（ｄ）において、半田付けした後の端子ケース１を樹脂注型治具２２に載置して封止樹脂８を注型し固化する。この封止樹脂８は既述の通り弾力性のある樹脂であり、例えば、高接着性ポッティング剤などである。
　図６（ｅ）において、封止樹脂８が注型固化された端子ケース１を樹脂注型治具２２から取り出す。
　半導体装置１００では、４つに分割された導電パターン付絶縁基板５のそれぞれの裏面導電体５ｂの露出面全域が平坦であるので（図１参照）、半導体装置１００を冷却体１１に取り付けた場合、半導体装置１００と冷却体１１との接触面において、止め具７付近の接触力が大きく、外周部の接触力は小さくなる傾向にある。それを解消して止め具７付近から外周部までほぼ均一な接触力で固定できる方策について以下に説明する。
＜実施例３＞
　図７は、第３実施例に係る半導体装置の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａから見た側断面図、（ｃ）は導電パターン付絶縁基板の要部断面図である。
　半導体装置２００と半導体装置１００（図１参照）との違いは、導電パターン付絶縁基板５が止め具７に隣接する側が持ち上げられて配置される点である。持ち上げられる高さＨは１００μｍ～２００μｍ程度であり、この分、封止樹脂８の上面も持ち上げられるので半導体装置２００の上面は上方へ１００μｍ～２００μｍ程度凸状に湾曲する。
　図８は、図７の導電パターン付絶縁基板の裏面導電体の反りを観察した図である。この反りは上方に凹状になっている。図から反りの等高線２３は中央が一番低く（上方に凹）、同心円状に外周部に向かって高くなっている。このように、反りが中央から外周に向かって均等に生じることで、半導体装置２００を冷却体１１に取り付けるときに、導電パターン付絶縁基板５と冷却体１１の間の密着性（接触力）を高めることができる。
　図９～図１０は、冷却体に半導体装置を取り付ける手順を示す工程図である。
　図９（ａ）において、半導体装置２００を冷却体１１上に配置する。このとき半導体装置２００のフック部７ｂの中央を冷却体１１の中央の取り付け孔１２に位置合わせする。この取り付け孔１２は２段構造になっており上段が孔１２ａで下段が直径が孔１２ａよりも大きな孔１２ｂになっている。
　図９（ｂ）において、止め具７の支柱７ａの頂点７ｅに力１３を加えて、止め具７の下方の先端のフック部７ｂを冷却体１１の孔１２ａに押し込む。このとき支柱７ａに形成された切り欠き７ｄは狭まり、フック部７ｂの直径が小さくなり、冷却体１１の孔１２ａを通過できるようになる。また、このとき、上部の梁部４は下方に歪み導電パターン付絶縁基板５の裏面導電体５ｂは冷却体１１に全域で接触する。
　図１０（ｃ）において、フック部７ｂが冷却体１１の孔１２ａを通過した後、切り欠き７ｄが広がって、元に戻り、フック部７ｂは元の大きさに戻る。
　図１０（ｄ）において、止め具７の頂点７ｅに加えている力１３を取り去ると、下に歪んだ梁部４はバネ作用で上に持ち上がり元の状態に戻る力１５が働く。この力１５は止め具７の先端のフック部７ｂに伝達され、フック部７ｂの上端部７ｆと冷却体１１の孔１２ａの底部１２ｃが密着する。梁部４のバネ作用による反発力１４はフック部７ｂを介して冷却体１１に伝達され、冷却体１１は持ち上げられる。一方、封止樹脂８による反発力１４で導電パターン付絶縁基板５が押さえ付けられる。こうして、半導体装置２００は冷却体１１に密着し固定される。
　半導体装置２００の場合には、端子ケース１の中央に位置する止め具７に与えられる力１３が冷却体１１の中央に伝達され、その力１３が冷却体１１の外周部へ伝達される。そのため、半導体装置２００と冷却体１１との接触面における中央部の力が大きく、外周部の力が小さくなる。この大きな力が加わる中央部に反りの大きな各導電パターン付絶縁基板５の角部５ｄ（止め具７近傍に位置する）が位置するので、中央部に加わる力が弱まり、導電パターン付絶縁基板５全域に均一な力が働くようになる。
　また、この半導体装置２００を構成する導電パターン付絶縁基板５を分割し、且つ、止め具７付近の導電パターン付絶縁基板５を持ち上げることで、冷却体１１との密着性を高めることができる。密着性が高まることで、半導体装置２００と冷却体１１との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。また、半導体装置２００では、止め具７が端子ケース１の平面視における中央領域に配置されるため、外形寸法を小さくできる。さらに、半導体装置２００では、止め具７にフック部７ｂを設けることで半導体装置２００を冷却体１１に簡単に密着して固定させることができるため、時間を要するネジ止め作業が不要となり、さらに、トルク管理は不要となり製造コストを低減することができる。
＜実施例４＞
　図１１～図１３は、第４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
　図１４は、製造方法で用いられる樹脂注型治具の要部構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１４（ｂ）には端子ケース１や導電パターン付絶縁基板５なども参考までに示した。
　図１１（ａ）において、半田治具２１上に導電パターン付絶縁基板５を載置する。導電パターン付絶縁基板５（導電パターン５ａ）上に図示しない半田を塗布する。塗布された半田上に半導体チップ６を載置する。
　図１１（ｂ）において、半導体チップ６上に図示しない半田を塗布し、梁部４と止め具７が一体成型されている端子ケース１を半導体チップ６上から被せ、端子３の先端３ａを半導体チップ６上に配置する。その後で、半田治具２１を昇温し、半田を溶融させ、その後、冷却して半田を固化させて、導電パターン付絶縁基板５および半導体チップ６、並びに半導体チップ６および端子３（先端３ａ）を半田付けする。
　図１１（ｃ）において、端子３（先端３ａ）および半導体チップ６、並びに半導体チップ６および導電パターン付絶縁基板５がそれぞれ半田付けされた端子ケース１を半田治具２１から外す。
　図１２（ｄ）において、端子３（先端３ａ）および半導体チップ６、並びに半導体チップ６および導電パターン付絶縁基板５がそれぞれ半田付けされた端子ケース１を樹脂注型治具２４へ載置する。この樹脂注型治具２４の中央に形成され止め具７が差し込まれる孔２５は冷却体１１に形成された取り付け孔１２と同じ構造をしている。しかし、図１４に示すように、樹脂注型治具２４は左右（第１治具２４ａおよび第２治具２４ｂ）２つに分離できる構造となっている。
　その後、止め具７の支柱７ａの頂点７ｅに力２６を加えて下の方へ押す。これによって、梁部４は下方へ１００μｍ～２００μｍ程度落ち込むようにする。止め具７のフック部７ｂは孔２５ａを通り、樹脂注型治具２４の孔２５ａの底部２５ｃにフック部７ｂの上端部７ｆが接するようになる。
　図１２（ｅ）において、フック部７ｂが孔２５ａを通過した後、フック部７ｂは孔２５ｂに入る。フック部７ｂは孔２５ｂに入ることで、切り欠き７ｄが広がり、フック部７ｂは元の大きさに戻る。力２６を加えた状態で、端子ケース１内に封止樹脂８を注型し、固化させる。
　図１３（ｆ）において、力２６（図１２参照）を除去し、図１４に示す樹脂注型治具２４の第１治具２４ａおよび第２治具２４ｂを分離して、封止樹脂８が注型固化された端子ケース１を樹脂注型治具２４から取り出す。このとき、力２６が除去されているので、梁部４はバネ作用で元の位置にもどり、止め具７は持ち上げられる。梁部４のバネ作用により、分割された各導電パターン付絶縁基板５の止め具７に隣接する角部５ｄが端子ケース１側に周辺部より高くなるように持ち上げられる。角部５ｄが持ち上げられる高さＨは１００μｍ～２００μｍ程度になる（浮いた状態になる）。
　このように、導電パターン付絶縁基板５の止め具７付近の角部５ｄを持ち上げることで、冷却体１１との接触性を良好にすることができる。
＜実施例５＞
　図１５は、第５実施例に係る半導体装置の要部断面図である。半導体装置３００と半導体装置２００（図７参照）との違いは止め具７をネジ２７に代えた点である。ネジ２７にはネジ山２８が形成され、ネジ２７の頭２９には例えば十字３０が切られている。また、ネジ２７はネジ２７が通る貫通孔があるネジ支柱３１で支えられている。
　図１６は、図１５の半導体装置を冷却体に取り付けたときの要部断面図である。ネジ２７は冷却体１１ａのネジ受け部１１ｂに差し込まれ、ネジ２７を回すことで、梁部４は下方に反る。このとき封止樹脂８は梁部４と導電パターン付絶縁基板５に挟まれて圧縮され、導電パターン付絶縁基板５を押さえ付ける。この押さえつける力３２が半導体装置３００を冷却体１１ａに取り付けるときの加圧力となる。ネジ２７は、そのネジ山２８とネジ受け部１１ｂのネジ山１１ｃ同士が噛み合ってフック部７ｂの働きをする。ネジ受け部１１ｂはネジ２７がねじ込まれる深さであって、この深さは梁部４の反発力が適当な力となるよう決められる。
　半導体装置３００と冷却体１１ａの固定は、ネジ２７の締め付けトルクの力を利用するのではなく、端子ケース１に配置される梁部４の反発力を利用している。そのため、従来のようなネジ締めのためのトルク管理は必要としない。この場合も実施例１と同様の効果が得られる。
＜実施例６＞
　図１７は、第６実施例に係る半導体装置の要部断面図である。半導体装置４００と半導体装置２００（図７参照）との違いは端子ケース１の端子３の一部にボンディングワイヤ３３を用いた点である。ここでは半導体チップ６同士の接続、並びに半導体チップ６および導電パターン付絶縁基板５（導電パターン５ａ）にボンディングワイヤ３３を用いた例を示した。この半導体装置４００の止め具７は実施例２と同じであるので、実施例２と同様の効果が得られる。この実施例６で用いた端子ケース１の代わりに端子ケース１の外枠２に当たる通常のケースを用いて、端子ケース１を貫通する端子３を通常のケース（外枠２）の上方から外部へ取り出す場合もある。
　なお、このようなボンディングワイヤ３３は、半導体装置２００に限らず、半導体装置１００，３００にも適用することが可能である。
　上記実施例１～４をまとめるとつぎのようになる。
　端子ケース１と、これに接続するバネ作用のある梁部４と、複数に分割された導電パターン付絶縁基板５と、中央に配置される止め具７および端子ケース１内に充填される弾力性を具備する封止樹脂８とを用いて半導体装置１００～４００を製造することで、冷却体１１，１１ａとの密着性を高めることができ、半導体装置１００～４００と冷却体１１，１１ａとの間の接触熱抵抗を小さくすることができる。
　導電パターン付絶縁基板５を複数に分割することで、冷却体１１，１１ａに密着して取り付けることができる。
　また、半導体装置１００，２００，４００では、止め具７の頂点７ｅに力１３を単に加えるだけのワンタッチで、止め具７の先端のフック部７ｂが冷却体１１の２段構造の孔１２ａ，１２ｂに差し込まれ、半導体装置１００，２００，４００を簡単に冷却体１１に取り付けることができる。半導体装置３００のネジ２７をフック部７ｂのように用いることで、簡単に冷却体１１に取り付けることができる。これらの取り付けに当たっては従来のネジ締め作業が不要となり、さらに、トルク管理が不要になり、半導体装置１００，２００，４００の製造コストを低減することができる。
　また、実施例１～４で述べた導電パターン付絶縁基板５と冷却体１１が密着固定することおよび半導体装置としての寸法を小さくできることは、実施例５、６についても同様である。
　上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
　　　１　　端子ケース
　　　２　　外枠
　　　３　　端子
　　　４　　梁部
　　　５　　導電パターン付絶縁基板
　　　５ａ　導電パターン
　　　５ｂ　裏面導電体
　　　５ｃ　絶縁基板
　　　６　　半導体チップ
　　　７　　止め具
　　　７ａ　支柱
　　　７ｂ　フック部
　　　７ｃ　底面
　　　７ｄ　切り欠き
　　　７ｅ　頂点
　　　８　　封止樹脂
　　　９　　中心
　　１０　　分割線
　　１１，１１ａ　冷却体
　　１２　　取り付け孔
　　１２ａ，２５ａ　小さな孔
　　１２ｂ，２５ｂ　大きな孔
　　１３，１６，２６，３２　力
　　１４，１５　反発力
　　２１　　半田治具
　　２２，２４　樹脂注型治具
　　２３　　等高線
　　２４ａ　第１治具
　　２４ｂ　第２治具
　　２５　　差し込まれる孔
　　２７　　ネジ
　　２８　　ネジ山
　　２９　　頭
　　３０　　十字
　　３１　　ネジ支柱
　　３３　　ボンディングワイヤ

Claims (13)

  1. 　絶縁板の主面に導電体がそれぞれ形成された導電パターン付絶縁基板と、
    　前記導電パターン付絶縁基板の一方の主面を表出して複数の前記導電パターン付絶縁基板を収納し、表出した複数の前記導電パターン付絶縁基板の前記一方の主面と接触する冷却体が取り付けられるケースと、
    　前記ケースに収納された複数の前記導電パターン付絶縁基板の他方の主面と対向して前記ケースに梁状に設けられた梁部と、
    　前記梁部の中央に設けられ、柱状であって、前記梁部を歪曲させるように前記ケースに取り付けられた前記冷却体の取り付け孔に先端部を取り付ける止め具と、
    　を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 　複数の前記導電パターン付絶縁基板および前記梁部に接して前記ケース内に充填された封止樹脂、
    　を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  3. 　前記封止樹脂は、弾力性を有する材質で形成されている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第２項記載の半導体装置。
  4. 　複数の前記導電パターン付絶縁基板は、前記冷却体に前記先端部が取り付けられた前記止め具を囲むように前記ケースに収納されている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  5. 　複数の前記導電パターン付絶縁基板は、前記止め具に隣接する側が前記ケース側の外周部より高くなるように前記梁部側に持ち上げられている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の半導体装置。
  6. 　前記ケースと、前記梁部と、前記止め具とが樹脂で一体成型されて形成されている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  7. 　前記止め具は、支柱と、前記支柱の前記先端部のフック部と、を備え、前記フック部の底部から前記支柱にかけて切り欠きが形成されている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  8. 　複数の前記導電パターン付絶縁基板は、一つの大きな導電パターン付絶縁基板を放射状に分割して形成されている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  9. 　前記止め具の前記先端部にネジが形成されている、
    　ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  10. 　絶縁板の主面に導電体がそれぞれ形成された複数の導電パターン付絶縁基板を治具の中央の孔を囲んで、前記導電パターン付絶縁基板の一方の主面側を前記治具上に載置する工程と、
    　前記導電パターン付絶縁基板の一方の主面を表出して複数の前記導電パターン付絶縁基板を収納し、表出した複数の前記導電パターン付絶縁基板の前記一方の主面と接触する冷却体が取り付けられるケースと、前記ケースに収納された前記導電パターン付絶縁基板の他方の主面と対向して前記ケースに梁状に設けられた梁部と、前記梁部の中央に設けられ、柱状であって、前記梁部を歪曲させるように前記ケースに取り付けられた前記冷却体の取り付け孔に先端部を取り付ける止め具と、が一体成型された端子ケースを、前記止め具の前記先端部を前記治具の中央の前記孔に位置合わせて、複数の前記導電パターン付絶縁基板に被せる工程と、
    　を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 　複数の前記導電パターン付絶縁基板に被せられた前記端子ケース内に封止樹脂を充填し、複数の前記導電パターン付絶縁基板および前記梁部に接する前記封止樹脂を固化する工程、
    　をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１０項記載の半導体装置の製造方法。
  12. 　前記封止樹脂を充填する前に、
    　前記梁部の中央を前記治具に対して押圧し、前記止め具の前記先端部を前記治具の差し込まれる孔に差し込み、前記梁部を歪曲させる工程、
    　を有することを特徴とする請求の範囲第１１項記載の半導体装置の製造方法。
  13. 　前記梁部を歪曲させて、前記封止樹脂を固化した後、
    　前記治具を、前記治具の中央に配置される前記差し込まれる孔を通る切断線で２つに分離して、歪曲した前記梁部を元の位置に戻す工程、
    　を有することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の半導体装置の製造方法。
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