WO2024150397A1 - 半導体装置 - Google Patents

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大成 杉本
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W76/00—Containers; Fillings or auxiliary members therefor; Seals
    • H10W76/10—Containers or parts thereof
    • H10W76/12—Containers or parts thereof characterised by their shape
    • H10W76/15—Containers comprising an insulating or insulated base

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor device, and in particular to a semiconductor device having a package structure with a metal base plate and a resin case.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor device having a package structure with a metal base plate for heat dissipation and a resin case.
  • the metal base plate and the resin case are joined by pressing the resin case against the metal base plate to which an adhesive has been applied, and then heating the metal base plate to harden the adhesive.
  • one method of pressing the resin case against the metal base plate is to fasten the metal base plate and the resin case together with a jig on which the resin case is placed using screws.
  • the metal base plate and the resin case are heated while they are screwed together to harden the adhesive, and then the screws fastening the metal base plate and the resin case together are removed.
  • the torque used to tighten the first screw can cause the resin case to shift relative to the metal base plate, centered around the tightening position of the first screw. If the adhesive hardens while the resin case and metal base plate are misaligned, the fastening holes in the resin case and the metal base plate will be misaligned in the finished semiconductor device. If there is such misalignment of the fastening holes, the screw will interfere with the inner wall of the fastening hole in the metal base plate when fixing the semiconductor device to the cooling fin, causing problems with attaching the cooling fin.
  • This disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a semiconductor device that can prevent misalignment between the fastening holes in the resin case and the fastening holes in the metal base plate.
  • the semiconductor device comprises a semiconductor element, an insulating substrate on which the semiconductor element is mounted, a metal base plate on which the insulating substrate is mounted, a resin case provided on the metal base plate so as to surround the insulating substrate, a plurality of first fastening holes formed in the metal base plate, a plurality of second fastening holes formed in the resin case and arranged so as to overlap the first fastening holes, and a protrusion provided in an area between adjacent first fastening holes of the metal base plate for limiting rotation of the resin case.
  • the metal base plate is provided with a protrusion that limits the rotation of the resin case, thereby preventing misalignment between the first fastening hole in the resin case and the second fastening hole in the metal base plate.
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment
  • 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment, in which a resin case is omitted
  • 2 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 shown in FIG. 1.
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment, in which a resin case is omitted.
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a region R shown in FIG. 6 .
  • FIG. 7 is an enlarged view of a region R shown in FIG. 6 .
  • FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a semiconductor device according to a fourth embodiment, in which the resin case is omitted.
  • FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a semiconductor device according to a fifth embodiment, in which the resin case is omitted.
  • 11 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 shown in FIG. 10.
  • FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a semiconductor device according to a sixth embodiment, in which the resin case is omitted.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 shown in FIG. 13.
  • FIG. 23 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view of a semiconductor device according to a seventh embodiment, in which the resin case is omitted.
  • 17 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 shown in FIG. 16.
  • Figures 1, 2 and 3 are diagrams showing the configuration of a semiconductor device according to embodiment 1.
  • Figure 1 is a plan view of the semiconductor device
  • Figure 2 is a plan view of the semiconductor device with a resin case omitted from Figure 1
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 shown in Figure 1.
  • the semiconductor device includes a semiconductor element 5, an insulating substrate 2 on which the semiconductor element 5 is mounted, a metal base plate 1 on which the insulating substrate 2 is mounted, and a resin case 3 provided on the metal base plate 1 so as to surround the insulating substrate 2.
  • the metal base plate 1 is made of a material with excellent thermal conductivity, such as aluminum alloy or copper.
  • the insulating substrate 2 is made of an insulating layer and a circuit pattern bonded to both sides of the insulating layer.
  • the insulating layer is made of ceramics with excellent thermal conductivity, such as aluminum nitride or silicon nitride, or resin
  • the circuit pattern is made of a conductive material with excellent thermal conductivity, such as aluminum alloy or copper.
  • the insulating layer and the circuit pattern are bonded by a bonding material, such as solder or soft solder.
  • the semiconductor element 5 is bonded to the circuit pattern on the insulating substrate 2 using a bonding material.
  • multiple semiconductor elements 5 are mounted on metal lead electrodes 6, and the multiple semiconductor elements 5 are connected via the metal lead electrodes 6 to form a circuit.
  • aluminum wires may be used.
  • semiconductor element 5 there are no restrictions on the type of semiconductor element 5.
  • silicon (Si) IGBTs, diodes, and reverse conducting IGBTs are often used as the semiconductor elements 5.
  • MOSFETs and Schottky diodes made of semiconductor materials with a larger band gap than Si, such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN)-based semiconductors, can also be used as the semiconductor elements 5 in power control semiconductor devices.
  • SiC silicon carbide
  • GaN gallium nitride
  • the resin case 3 consists of an external electrode 3a and a resin part 3b.
  • the external electrode 3a may be insert molded into the resin part 3b, or may be inserted and placed after the resin part 3b is formed.
  • the material of the resin part 3b is generally a highly heat-resistant resin such as PPS (polyphenylene sulfide) or PBT (polybutylene terephthalate), but is not limited to this, and any resin with the desired characteristics may be selected.
  • the resin case 3 is filled with a highly insulating sealing resin or the like, which seals the semiconductor element 5, insulating substrate 2, metal lead electrodes 6, etc.
  • Typical sealing resins are silicone gel and epoxy resin, but are not limited to these, and any resin having the desired physical properties such as elastic modulus, heat resistance, adhesiveness, and linear expansion coefficient can be selected.
  • the semiconductor device has fastening holes 4 at the four corners.
  • the fastening holes 4 penetrate the metal base plate 1 and the resin case 3.
  • the fastening holes 4 consist of fastening hole 4a, which is a first fastening hole formed in the metal base plate 1, and fastening hole 4b, which is a second fastening hole formed in the resin case 3.
  • Fastening hole 4a in the metal base plate 1 and fastening hole 4b in the resin case 3 are arranged so as to overlap.
  • a protrusion 1a is provided on the upper surface of the metal base plate 1 to limit the rotation of the resin case 3.
  • the protrusion 1a is provided in the area between adjacent fastening holes 4a of the metal base plate 1.
  • the protrusion 1a is provided in one or more places on the metal base plate 1, and as long as it can limit the rotation of the resin case 3, its position, shape, and length (height) are not important.
  • the position of the protrusion 1a may be anywhere in the area between adjacent fastening holes 4a of the metal base plate 1.
  • the shape of the protrusion 1a is shown as a square prism in this example, but it may also be, for example, a cylinder, a tapered pyramid, or a cone.
  • a groove 3c is provided on the bottom surface of the resin case 3 (i.e., the surface that abuts against the metal base plate 1) at a position corresponding to the protrusion 1a of the metal base plate 1.
  • the resin case 3 is positioned so that the protrusion 1a fits into the groove 3c, as shown in Figure 3, and is mounted on the metal base plate 1.
  • the assembly process includes the following first to fifth steps.
  • the metal base plate 1, the insulating substrate 2, and the semiconductor element 5 are bonded together using a bonding material such as a solder plate, a solder paste, or other soft solder.
  • a bonding material such as a solder plate, a solder paste, or other soft solder.
  • solder is often used as the bonding material.
  • the bonding step is carried out at a temperature exceeding the melting point of the bonding material used.
  • the bonding material may be a preformed material such as a solder plate, or may be a solder paste that is applied by screen printing, dispensing, or the like.
  • a silicone or epoxy adhesive is applied to the outer periphery of the metal base plate 1 to be joined to the resin case 3, and the metal base plate 1 is placed on a jig. Then, the resin case 3 is placed on the metal base plate 1, and these are fastened together with the jig with screws to pressure-weld the metal base plate 1 and the resin case 3. In this state, the metal base plate 1 and the resin case 3 are heated to cure the adhesive.
  • the control electrode (not shown) of the semiconductor element 5 and an external signal terminal (not shown) for inputting a control signal are connected by ultrasonic bonding of a wire, etc.
  • Aluminum which has high thermal conductivity and electrical conductivity, is often used as the material for this wire.
  • the resin case 3 is filled with a sealing resin to seal the semiconductor element 5, the insulating substrate 2, the metal lead electrodes 6, etc.
  • the sealing resin is often silicone gel or epoxy resin, but is not limited thereto, and any resin having the desired elastic modulus and physical properties such as heat resistance, adhesiveness, linear expansion coefficient, etc. may be selected.
  • the semi-finished product is then placed in a curing furnace or the like to harden the sealing resin.
  • the metal base plate 1 has a protrusion 1a
  • the resin case 3 has a groove 3c into which the protrusion 1a fits. Therefore, when the metal base plate 1 and the resin case 3 are screwed together in the second step, the torque of the screws is limited to prevent the resin case 3 from rotating. This prevents misalignment between the fastening hole 4a in the metal base plate 1 and the fastening hole 4b in the resin case 3.
  • FIG. 4 is a plan view of the semiconductor device
  • Fig. 5 is a plan view of the semiconductor device from Fig. 4 with the resin case thereof omitted.
  • the shape of the protrusion 1a provided on the metal base plate 1 is linear (i.e., a long rectangular shape) in a plan view. That is, the metal base plate 1 has linear protrusions 1a extending between adjacent fastening holes 4a. Furthermore, the resin case 3 is provided with linear grooves 3c in which the linear protrusions 1a fit at positions corresponding to the protrusions 1a of the metal base plate 1. The protrusions 1a are provided in one or more places on the metal base plate 1.
  • the protrusion 1a of the metal base plate 1 limits the rotation of the resin case 3 caused by the torque of the screw tightening in the second step.
  • the amount of deviation in the rotational direction of the metal base plate 1 is suppressed more than in the first embodiment, and misalignment between the fastening hole 4a of the metal base plate 1 and the fastening hole 4b of the resin case 3 is even less likely to occur.
  • ⁇ Third embodiment> 6 and 7 are diagrams showing the configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a plan view of the semiconductor device
  • Fig. 7 is an enlarged view of a region R shown in Fig. 6.
  • FIG. 6 shows a state in which the position of the resin case 3 is shifted relative to the metal base plate 1, but the groove 3c of the resin case 3 is caught on the protrusion 1a of the metal base plate 1, preventing the shift of the resin case 3.
  • Figure 7 shows the positional relationship between the protrusion 1a of the metal base plate 1 and the groove 3c of the resin case 3 in the state shown in Figure 6, as well as the positional relationship between the fastening hole 4a of the metal base plate 1 and the fastening hole 4b of the resin case 3.
  • the maximum width Wmax of the gap that can be formed between the protrusion 1a fitted into the groove 3c and the inner wall of that groove 3c is smaller than the difference between the diameter Da of the fastening hole 4a of the metal base plate 1 and the diameter Db of the fastening hole 4b of the resin case 3.
  • holds.
  • holds, so even if the resin case 3 rotates due to the torque of the screws tightened in the second process, the inner wall of the groove 3c of the resin case 3 catches on the protrusion 1a of the metal base plate 1 before the fastening hole 4b of the resin case 3 protrudes from the fastening hole 4a of the metal base plate 1. Therefore, there is substantially no misalignment between the fastening hole 4a of the metal base plate 1 and the fastening hole 4b of the resin case 3.
  • ⁇ Fourth embodiment> 8 and 9 are diagrams showing the configuration of a semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • Fig. 8 is a plan view of the semiconductor device
  • Fig. 9 is a plan view of the semiconductor device from Fig. 8 with the resin case of the semiconductor device omitted.
  • a plurality of cylindrical protrusions 1a are provided on the metal base plate 1.
  • the resin case 3 also has a plurality of circular grooves 3c into which the plurality of cylindrical protrusions 1a fit.
  • the position of the cylindrical protrusions 1a may be anywhere in the region between adjacent fastening holes 4a on the metal base plate 1.
  • Fig. 10, Fig. 11 and Fig. 12 are diagrams showing the configuration of a semiconductor device according to embodiment 5.
  • Fig. 10 is a plan view of the semiconductor device
  • Fig. 11 is a plan view of the semiconductor device with a resin case omitted from Fig. 10
  • Fig. 12 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 shown in Fig. 10.
  • one or more pairs of protrusions 1a are provided on each of two non-parallel sides of the metal base plate 1, and the protrusions 1a are arranged to sandwich a part of the resin case 3.
  • the protrusions 1a are arranged to sandwich a part of the resin case 3.
  • the protrusions 1a of the metal base plate 1 limit the rotation of the resin case 3 due to the torque of the screws tightened in the second step.
  • the pair of protrusions 1a are configured to clamp a part of the metal base plate 1, there is no need to form a groove 3c in the resin case 3.
  • Fig. 13, Fig. 14, and Fig. 15 are diagrams showing the configuration of a semiconductor device according to embodiment 6.
  • Fig. 13 is a plan view of the semiconductor device
  • Fig. 14 is a plan view of the semiconductor device with the resin case of the semiconductor device omitted from Fig. 13
  • Fig. 15 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 shown in Fig. 13.
  • one or more protrusions 1a are provided on each side of the metal base plate 1 and are arranged on the inside of the resin case 3.
  • the metal base plate 1 has four or more protrusions 1a on the inside of the resin case 3.
  • the resin case 3 is arranged on the metal base plate 1, the multiple protrusions 1a are fitted into the inside of the resin case 3.
  • the protrusions 1a of the metal base plate 1 limit the rotation of the resin case 3 due to the torque of the screws tightened in the second step.
  • horizontal deviation of the metal base plate 1 is also suppressed, making it even less likely that misalignment will occur between the fastening holes 4a of the metal base plate 1 and the fastening holes 4b of the resin case 3.
  • the inner wall of the resin case 3 is configured to engage with the protrusions 1a, there is no need to form grooves 3c in the resin case 3. This is effective in cases where it is difficult to position some of the protrusions 1a on the outside of the resin case 3, as in the fifth embodiment.
  • Fig. 16, Fig. 17, and Fig. 18 are diagrams showing the configuration of a semiconductor device according to embodiment 7.
  • Fig. 16 is a plan view of the semiconductor device
  • Fig. 17 is a plan view of the semiconductor device with the resin case of the semiconductor device omitted from Fig. 16
  • Fig. 18 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 shown in Fig. 16.
  • one or more protrusions 1a are provided on each side of the metal base plate 1 and are arranged on the outside of the resin case 3. Therefore, the metal base plate 1 is provided with four or more protrusions 1a on the outside of the resin case 3. When the resin case 3 is placed on the metal base plate 1, the protrusions 1a on each side are positioned on the outside of the resin case 3.
  • the protrusions 1a of the metal base plate 1 limit the rotation of the resin case 3 due to the torque of the screws tightened in the second step. Also, as in embodiment 6, the provision of protrusions 1a on each side of the metal base plate 1 also suppresses horizontal deviation of the metal base plate 1, making it even less likely that misalignment will occur between the fastening holes 4a of the metal base plate 1 and the fastening holes 4b of the resin case 3. Also, since the outer wall of the resin case 3 is configured to engage with the protrusions 1a, there is no need to form grooves 3c in the resin case 3. This is effective when it is difficult to arrange all of the protrusions 1a inside the resin case 3 as in embodiment 6.
  • the basic configuration of the semiconductor device according to the eighth embodiment is the same as that of the fifth, sixth or seventh embodiment, and further, the maximum width of the gap that can be formed between the resin case 3 mounted on the metal base plate 1 and the protrusion 1a of the metal base plate 1 is designed to be smaller than the difference between the diameter of the fastening hole 4b and the diameter of the fastening hole 4a of the resin case 3.
  • Wmax the maximum width of the gap between the resin case 3 and the protrusion 1a of the metal base plate 1
  • the diameter of the fastening hole 4b of the resin case 3 is Da
  • the diameter of the fastening hole 4a is Db
  • is established.
  • holds, so even if the resin case 3 rotates due to the torque of the screws tightened in the second process, the resin case 3 will catch on the protrusion 1a of the metal base plate 1 before the fastening hole 4b of the resin case 3 protrudes from the fastening hole 4a of the metal base plate 1. Therefore, there is substantially no misalignment between the fastening hole 4a of the metal base plate 1 and the fastening hole 4b of the resin case 3.

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Abstract

半導体装置は、半導体素子（５）と、半導体素子（５）を搭載する絶縁基板（２）と、絶縁基板（２）を搭載する金属ベース板（１）と、金属ベース板（１）の上に絶縁基板（２）を囲うように設けられた樹脂ケース（３）とを備える。金属ベース板（１）は、複数の第１の締結穴（４ａ）を有し、樹脂ケース（３）は、複数の第１の締結穴（４ａ）と重なるように配置された複数の第２の締結穴（４ｂ）を有する。金属ベース板（１）の隣り合う第１の締結穴（４ａ）の間の領域には、樹脂ケース（３）の回動を制限する突起（１ａ）が設けられている。

Description

半導体装置
　本開示は、半導体装置に関し、特に、金属ベース板と樹脂ケースとを備えるパッケージ構造を有する半導体装置に関する。
　例えば、特許文献１には、放熱用の金属ベース板と樹脂ケースとを備えるパッケージ構造を有する半導体装置が開示されている。特許文献１では、接着剤が塗布された金属ベース板に樹脂ケースを圧接させた状態で加熱して接着剤を硬化させることにより、金属ベース板と樹脂ケースとを接合させている。
特開平８－３１９６７号公報
　金属ベース板と樹脂ケースとを接合する工程において、金属ベース板に樹脂ケースを圧接させる方法として、金属ベース板と樹脂ケースとを、樹脂ケースが載置された治具とともにねじで締結する方法がある。この方法をとる場合、金属ベース板と樹脂ケースとをねじ締結した状態で加熱して接着剤を固化させ、その後、金属ベース板と樹脂ケースとを締結させていたねじが取り外される。
　しかし、この方法では、１か所目のねじを締めるときのトルクにより、１か所目のねじ締め位置を中心にして、樹脂ケースの位置が金属ベース板に対しずれることがある。樹脂ケースと金属ベース板とがずれた状態で接着剤が固化されると、完成品の半導体装置において、樹脂ケースの締結穴と金属ベース板の締結穴との位置ずれが生じる。この締結穴の位置ずれがあると、半導体装置を冷却フィンに固定する際、ねじが金属ベース板の締結穴の内壁に干渉してしまい、冷却フィン取り付けの不具合を招く。
　本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、樹脂ケースの締結穴と金属ベース板の締結穴との位置ずれを防止することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、前記絶縁基板を搭載する金属ベース板と、前記金属ベース板の上に前記絶縁基板を囲うように設けられた樹脂ケースと、前記金属ベース板に形成された複数の第１の締結穴と、前記樹脂ケースに形成され、複数の前記第１の締結穴と重なるように配置された複数の第２の締結穴と、前記金属ベース板の隣り合う前記第１の締結穴の間の領域に設けられ、前記樹脂ケースの回動を制限する突起と、を備える。
　本開示に係る半導体装置によれば、金属ベース板に樹脂ケースの回動を制限する突起が設けられているため、樹脂ケースの第１の締結穴と金属ベース板の第２の締結穴との位置ずれを防止することができる。
　本開示の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。 図１に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 図６に示す領域Ｒの拡大図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。 図１０に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。 図１３に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。 実施の形態７に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態７に係る半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。 図１６に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。
　＜実施の形態１＞
　図１、図２および図３は、実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す図である。図１は、当該半導体装置の平面図であり、図２は、図１から半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図であり、図３は、図１に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。
　図１に示すように、実施の形態１に係る半導体装置は、半導体素子５と、半導体素子５を搭載する絶縁基板２と、絶縁基板２を搭載する金属ベース板１と、金属ベース板１の上に絶縁基板２を囲うように設けられた樹脂ケース３とを備える。
　金属ベース板１は、例えばアルミ合金や銅などの熱伝導性に優れる材料で形成されている。図示は省略するが、絶縁基板２は、絶縁層とその両面に接合された回路パターンとから成る。絶縁層は、例えば窒化アルミニウムや窒化ケイ素などの熱伝導性に優れたセラミックや樹脂などから構成され、回路パターンは、例えばアルミ合金や銅など熱伝導性に優れた導電性材料で形成され、絶縁層と回路パターンとは、例えばはんだや軟ろうなどの接合材によって接合される。半導体素子５は、絶縁基板２上の回路パターンに接合材を用いて接合される。ここでは、金属リード電極６上に複数の半導体素子５が搭載され、複数の半導体素子５が金属リード電極６を介して接続されて回路を形成されている。金属リード電極６に代えて、例えばアルミワイヤなどが用いられてもよい。
　半導体素子５の種類に制約はない。電力制御用の半導体装置では、半導体素子５として、シリコン（Ｓｉ）素材のＩＧＢＴ、ダイオード、逆導通ＩＧＢＴが用いられることが多い。シリコンカーバイド（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体のようなＳｉに比べてバンドギャップが大きい半導体材料で形成されたＭＯＳＦＥＴやショットキーダイオードなども、電力制御用の半導体装置の半導体素子５として用いることができる。絶縁基板２に搭載される半導体素子５の個数にも制約はなく、用途に応じて必要な個数の半導体素子５が搭載される。
　樹脂ケース３は、外部電極３ａと樹脂部３ｂとから成る。外部電極３ａは、樹脂部３ｂにインサート成形されたものでもよいし、樹脂部３ｂが形成された後に挿入および配置されたものでもよい。樹脂部３ｂの素材は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの耐熱性の高い樹脂が一般的であるが、それに限定されず、所望の特性を有した樹脂が選択されればよい。
　図示を省略するが、樹脂ケース３内には、絶縁性の高い封止樹脂等が充填され、それにより半導体素子５、絶縁基板２、金属リード電極６などが封止される。封止樹脂としては、シリコーンゲルやエポキシ樹脂が一般的であるが、それに限定されず、所望の弾性率、耐熱性、接着性、線膨張係数などの物性を有する樹脂が選択されればよい。
　実施の形態１に係る半導体装置は、四隅に締結穴４を備えている。締結穴４は、金属ベース板１および樹脂ケース３を貫通している。つまり、締結穴４は、金属ベース板１に形成された第１の締結穴である締結穴４ａと、樹脂ケース３に形成された第２の締結穴である締結穴４ｂとから成る。金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとは、重なるように配置されている。
　実施の形態１では、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれを防止するために、金属ベース板１の上面に、樹脂ケース３の回動を制限する突起１ａが設けられている。図２のように、突起１ａは、金属ベース板１の隣り合う締結穴４ａの間の領域に設けられる。突起１ａは、金属ベース板１の１か所以上設けられ、樹脂ケース３の回動を制限することができれば、その位置、形状および長さ（高さ）は問わない。突起１ａの位置は、金属ベース板１の隣り合う締結穴４ａの間の領域であればどこでもよい。突起１ａの形状は、ここでは四角柱の例を示すが、例えば円柱や、先端が細くなった（テーパ状の）四角錐、円錐などでもよい。
　また、樹脂ケース３の下面（すなわち金属ベース板１に当接する面）には、金属ベース板１の突起１ａに対応する位置に溝３ｃが設けられている。樹脂ケース３は、図３のように突起１ａが溝３ｃに嵌合するように位置決めされて、金属ベース板１の上に搭載される。
　ここで、実施の形態１に係る半導体装置の組み立て工程の一例を示す。当該組み立て工程は、以下の第１工程から第５工程を含む。
　［第１工程］
　第１工程では、金属ベース板１、絶縁基板２および半導体素子５を、板はんだやはんだペースト、その他の軟ろうなどの接合材を用いて接合する。一般的には、接合材としてはんだが用いられることが多い。接合工程は、用いられる接合材の融点を超える温度で行われる。接合材は、板はんだなど、あらかじめ成形されたものでもよいし、はんだペーストなど、スクリーン印刷やディスペンス等で塗布されるものでもよい。
　［第２工程］
　第２工程では、樹脂ケース３と接合する金属ベース板１の外周部にシリコーン系やエポキシ系の接着剤を塗布し、金属ベース板１を治具の上に載置する。その後、金属ベース板１の上に樹脂ケース３を載せ、それらを治具とともにねじで締結することで、金属ベース板１と樹脂ケース３とを圧接させる。その状態で、金属ベース板１および樹脂ケース３を加熱して、接着剤をキュアする。
　［第３工程］
　第３工程では、半導体素子５に金属リード電極６をはんだ接合することにより、回路を形成する。第２工程で取り付けたねじは、第３工程よりも後に取り外される。
　［第４工程］
　第４工程では、半導体素子５の制御電極（不図示）と制御信号入力用の外部信号端子（不図示）とを、ワイヤの超音波接合などにより接続させる。このワイヤの材料としては、熱伝導性や電気伝導率の高いアルミニウム等が用いられることが多い。
　［第５工程］
　第５工程では、樹脂ケース３内に封止樹脂を充填することで、半導体素子５、絶縁基板２、金属リード電極６などを封止する。封止樹脂は、シリコーンゲルやエポキシ樹脂を用いることが多いが、これに限定されず、所望の弾性率と耐熱性や接着性、線膨張係数などの物性を有しているものが選択されればよい。その後、半製品をキュア炉などに入れ、封止樹脂を硬化させる。
　以上の工程により半導体装置の構成が完成する。その後、必要な電気的特性などを経て、半導体装置の製品が完成する。
　実施の形態１に係る半導体装置によれば、金属ベース板１が突起１ａを有し、樹脂ケース３に突起１ａが嵌合する溝３ｃが設けられているため、第２工程で金属ベース板１と樹脂ケース３とをねじ締結する際に、ねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動することが制限される。よって、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれが防止される。
　＜実施の形態２＞
　図４および図５は、実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す図である。図４は、当該半導体装置の平面図であり、図５は、図４から半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。
　実施の形態２の半導体装置では、金属ベース板１に設ける突起１ａの形状を平面視でライン状（すなわち、長く延びた長方形状）にしている。すなわち、金属ベース板１は、隣り合う締結穴４ａの間に延在するライン状の突起１ａを備える。また、樹脂ケース３には、金属ベース板１の突起１ａに対応する位置に、ライン状の突起１ａが嵌合するライン状の溝３ｃが設けられる。突起１ａは、金属ベース板１の１か所以上設けられる。
　実施の形態２に係る半導体装置によれば、実施の形態１と同様に、金属ベース板１の突起１ａによって、第２工程でのねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動することが制限される。特に、突起１ａの形状をライン状にすることにより、実施の形態１よりも金属ベース板１の回転方向のずれ量が抑制され、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれがさらに生じにくくなる。
　＜実施の形態３＞
　図６および図７は、実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す図である。図６は、当該半導体装置の平面図であり、図７は、図６に示す領域Ｒの拡大図である。
　実施の形態３に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態１または２と同様である。図６は、金属ベース板１に対して樹脂ケース３の位置がずれたが、樹脂ケース３の溝３ｃが金属ベース板１の突起１ａに引っ掛かって樹脂ケース３のずれが止められた状態を示している。
　図７には、図６の状態における金属ベース板１の突起１ａと樹脂ケース３の溝３ｃとの位置関係、ならびに、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置関係が示されている。図７に示すように、溝３ｃに嵌合した突起１ａとその溝３ｃの内壁との間に形成され得る隙間の最大幅Ｗｍａｘは、金属ベース板１の締結穴４ａの径Ｄａと樹脂ケース３の締結穴４ｂの径Ｄｂとの差よりも小さい。すなわち、Ｗｍａｘ＜｜Ｄａ－Ｄｂ｜の関係が成り立つ。
　実施の形態３に係る半導体装置によれば、Ｗｍａｘ＜｜Ｄａ－Ｄｂ｜の関係が成り立つため、第２工程でのねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動しても、樹脂ケース３の締結穴４ｂが金属ベース板１の締結穴４ａからはみ出す前に、樹脂ケース３の溝３ｃの内壁が金属ベース板１の突起１ａに引っ掛かる。よって、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれが実質的に生じない。
　＜実施の形態４＞
　図８および図９は、実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す図である。図８は、当該半導体装置の平面図であり、図９は、図８から半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図である。
　実施の形態４の半導体装置では、金属ベース板１に円柱状の突起１ａが複数（ここでは２つ）設けられる。また、樹脂ケース３は、複数の円柱状の突起１ａが嵌合する複数の円形の溝３ｃを備える。円柱状の突起１ａの位置は、金属ベース板１の隣り合う締結穴４ａの間の領域であればどの位置でもよい。
　第２工程のねじ締めトルクによる樹脂ケース３の回動は、１か所目のねじ締め位置を中心にして生じる。上記の実施の形態３では、１か所目のねじ締め位置から遠い箇所でも金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれが生じないように、突起１ａと溝３ｃの内壁との間の隙間の最大幅（Ｗｍａｘ）を設計する必要がある。それに対し、実施の形態４では、円柱状の突起１ａを２つ以上設けることにより、金属ベース板１の回転方向のずれ量が抑制されるため、突起１ａと溝３ｃの内壁との間の隙間の最大幅の設計が容易になる。
　＜実施の形態５＞
　図１０、図１１および図１２は、実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す図である。図１０は、当該半導体装置の平面図であり、図１１は、図１０から半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図であり、図１２は、図１０に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。
　実施の形態５の半導体装置では、金属ベース板１の互いに並行でない２つの辺のそれぞれに、樹脂ケース３の一部を挟むように配置された１対の突起１ａが１組以上設けられる。１対を成す２本の突起１ａの形状および高さに制約はない。なお、１対の突起１ａは樹脂ケース３の一部を挟持することで、樹脂ケース３の回動を制限するため、樹脂ケース３に溝３ｃを形成する必要はない。
　実施の形態５に係る半導体装置によれば、実施の形態１と同様に、金属ベース板１の突起１ａによって、第２工程でのねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動することが制限される。特に、１対の突起１ａが金属ベース板１の一部を挟持するように構成されているため、樹脂ケース３に溝３ｃを形成する必要がない。
　＜実施の形態６＞
　図１３、図１４および図１５は、実施の形態６に係る半導体装置の構成を示す図である。図１３は、当該半導体装置の平面図であり、図１４は、図１３から半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図であり、図１５は、図１３に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。
　実施の形態６に係る半導体装置では、金属ベース板１のそれぞれの辺に、樹脂ケース３の内側に配置された突起１ａが１つ以上設けられる。よって、金属ベース板１には、樹脂ケース３の内側に４本以上の突起１ａが設けられる。樹脂ケース３を金属ベース板１の上に配置する際は、複数の突起１ａを樹脂ケース３の内側に嵌合させる。
　実施の形態６に係る半導体装置によれば、実施の形態１と同様に、金属ベース板１の突起１ａによって、第２工程でのねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動することが制限される。特に、金属ベース板１の各辺に突起１ａ設けられることで、金属ベース板１の水平方向のずれも抑制されるため、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれがさらに生じにくくなる。また、樹脂ケース３の内壁が突起１ａに係止される構成であるため、樹脂ケース３に溝３ｃを形成する必要がない。実施の形態５のように樹脂ケース３の外側に一部の突起１ａを配置することが困難な場合に有効である。
　＜実施の形態７＞
　図１６、図１７および図１８は、実施の形態７に係る半導体装置の構成を示す図である。図１６は、当該半導体装置の平面図であり、図１７は、図１６から半導体装置の樹脂ケースを省略した平面図であり、図１８は、図１６に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面図である。
　実施の形態７に係る半導体装置では、金属ベース板１のそれぞれの辺に、樹脂ケース３の外側に配置された突起１ａが１つ以上設けられる。よって、金属ベース板１には、樹脂ケース３の外側に４本以上の突起１ａが設けられる。樹脂ケース３を金属ベース板１の上に配置する際は、各辺の突起１ａを樹脂ケース３の外側に位置させる。
　実施の形態７に係る半導体装置によれば、実施の形態１と同様に、金属ベース板１の突起１ａによって、第２工程でのねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動することが制限される。また、実施の形態６と同様に、金属ベース板１の各辺に突起１ａ設けられることで、金属ベース板１の水平方向のずれも抑制されるため、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれがさらに生じにくくなる。また、樹脂ケース３の外壁が突起１ａに係止される構成であるため、樹脂ケース３に溝３ｃを形成する必要がない。実施の形態６のように樹脂ケース３の内側に全ての突起１ａを配置することが困難な場合に有効である。
　＜実施の形態８＞
　実施の形態８に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態５、６または７と同様であり、さらに、金属ベース板１に搭載された樹脂ケース３と金属ベース板１の突起１ａとの間に形成され得る隙間の最大幅が、樹脂ケース３の締結穴４ｂの径と締結穴４ａの径との差よりも小さくなるように設計されている。すなわち、樹脂ケース３と金属ベース板１の突起１ａとの間の隙間の最大幅をＷｍａｘ、樹脂ケース３の締結穴４ｂの径をＤａ、締結穴４ａの径をＤｂとすると、Ｗｍａｘ＜｜Ｄａ－Ｄｂ｜の関係が成り立つ。
　実施の形態８に係る半導体装置によれば、Ｗｍａｘ＜｜Ｄａ－Ｄｂ｜の関係が成り立つため、第２工程でのねじ締めのトルクで樹脂ケース３が回動しても、樹脂ケース３の締結穴４ｂが金属ベース板１の締結穴４ａからはみ出す前に、樹脂ケース３が金属ベース板１の突起１ａに引っ掛かる。よって、金属ベース板１の締結穴４ａと樹脂ケース３の締結穴４ｂとの位置ずれが実質的に生じない。
　なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
　上記した説明は、すべての態様において、例示であって、例示されていない無数の変形例が想定され得るものと解される。
　１　金属ベース板、１ａ　突起、２　絶縁基板、３　樹脂ケース、３ａ　外部電極、３ｂ　樹脂部、３ｃ　溝、４　締結穴、４ａ　金属ベース板の締結穴、４ｂ　樹脂ケースの締結穴、５　半導体素子、６　金属リード電極。

Claims (9)

  1. 　半導体素子と、
    　前記半導体素子を搭載する絶縁基板と、
    　前記絶縁基板を搭載する金属ベース板と、
    　前記金属ベース板の上に前記絶縁基板を囲うように設けられた樹脂ケースと、
    　前記金属ベース板に形成された複数の第１の締結穴と、
    　前記樹脂ケースに形成され、複数の前記第１の締結穴と重なるように配置された複数の第２の締結穴と、
    　前記金属ベース板の隣り合う前記第１の締結穴の間の領域に設けられ、前記樹脂ケースの回動を制限する突起と、
    を備える半導体装置。
  2. 　前記樹脂ケースは、前記突起が嵌合する溝を備える、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記金属ベース板は、隣り合う前記第１の締結穴の間に延在するライン状の前記突起を備え、
    　前記樹脂ケースは、ライン状の前記突起が嵌合するライン状の前記溝を備える、
    請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記金属ベース板は、円柱状の前記突起を複数備え、
    　前記樹脂ケースは、複数の円柱状の前記突起が嵌合する複数の円形の前記溝を備える、
    請求項２に記載の半導体装置。
  5. 　前記溝に嵌合した前記突起と前記溝の内壁との間に形成され得る隙間の最大幅は、前記第１の締結穴の径と前記第２の締結穴の径との差よりも小さい、
    請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 　前記金属ベース板は、前記金属ベース板の互いに並行でない２つの辺のそれぞれに、前記樹脂ケースの一部を挟むように配置された１対の前記突起を備える、
    請求項１に記載の半導体装置。
  7. 　前記金属ベース板は、前記金属ベース板のそれぞれの辺に、前記樹脂ケースの内側に配置された前記突起を備える、
    請求項１に記載の半導体装置。
  8. 　前記金属ベース板は、前記金属ベース板のそれぞれの辺に、前記樹脂ケースの外側に配置された前記突起を備える、
    請求項１に記載の半導体装置。
  9. 　前記金属ベース板に搭載された前記樹脂ケースと前記突起との間に形成され得る隙間の最大幅は、前記第２の締結穴の径と前記第１の締結穴の径との差よりも小さい、
    請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の半導体装置。
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