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JP2005150621A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、大型化することなくゲルのはい上がりを防止することができる半導体装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ケース１７内部にシリコーンゲル１９が注入されると、このゲル１９は硬化前は液状であるため、毛細管現象により第１の電極１２の表面と樹脂部材１３の裏面との間に形成された微小の隙間に沿って上昇しようとするが、この隙間が第１の電極１２の窪み部１２ａにおいて広がっているため、このようなゲル１９のはい上がりが窪み部１２ａの高さで止まる。すなわち、ゲル１９が第１の電極１２及び第２の電極１４の外部端子との接続部分にまで到達することが防止される。また、窪み部１２ａによりゲル１９のはい上がりを防止することができるため、第１の電極１２と第２の電極１４とを互いに近接させて配置することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置に係り、特に半導体パワーモジュール等の半導体装置に関する。
例えば、特許文献１に開示されているような半導体装置では、ベース基板の上に半導体素子や電極等を配置して所定部分間をボンディングワイヤにより接続したものをケース内に収容し、このケース内にシリコーンゲルを注入して硬化させることにより内部の素子等を保護している。
特公平４−１８４６８号公報
しかしながら、上述のような封止型の半導体装置において、図５に示されるように、一方の電極１をベース基板２に固定すると共に他方の電極３をカバー４と一体に形成された樹脂部材５により支持してケース６内から２つの電極１及び３を近接させて引き出すと、一方の電極１と樹脂部材５との間に微小の隙間Ｄが形成され、硬化前のゲル７が毛細管現象によりこの隙間Ｄに沿ってはい上がり、電極１及び３の外部端子との接続部分にまで到達して付着してしまうことがある。このようにゲル７が電極１及び３の外部端子との接続部分に付着すると、ゲル７は絶縁体であるため、電極１及び３を外部端子と接続する際に接続不良が生じる虞がある。
ここで、一方の電極と他方の電極を支持する樹脂部材との間に形成される隙間を大きく設定すれば、その隙間からのゲルのはい上がりを防止することができるが、このように隙間を大きくすると、２つの電極の間の距離も大きくなり、装置全体が大型化してしまう。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、大型化することなくゲルのはい上がりを防止することができる半導体装置を提供することを目的とする。
この発明に係る半導体装置は、ベース基板の上に半導体素子を配置してケース内に収容すると共にこのケース内に絶縁性を有する液状の封止材が注入されて硬化される半導体装置において、ケース内から引き出される少なくとも１つの電極と、電極との間に隙間を介して対向配置される樹脂部材と、樹脂部材と電極の少なくとも一方に形成されると共にこれら樹脂部材と電極との間に形成される隙間を部分的に広げることにより、硬化前の封止材が電極の外部端子との接続部分まで毛細管現象により上昇することを防止する窪み部とを備えるものである。
ケース内部に封止材が注入されると、この封止材は毛細管現象により電極と樹脂部材との間に形成された隙間に沿って上昇しようとするが、この隙間が窪み部において広がっているため、このような封止材のはい上がりが窪み部の高さで止まり、封止材が電極の外部端子との接続部分にまで到達することが防止される。
窪み部は、ケース内に注入される封止材の設定液面位置よりも高い位置に形成されることが好ましい。
また、電極はベース基板の上に固定され、樹脂部材はケースまたはケースの上に被せられるカバーに固定される。
さらに、樹脂部材を挟んで電極に対向すると共に樹脂部材の表面に接してあるいは樹脂部材の表面との間に隙間を形成して配設された第２の電極をさらに備えることができる。
この発明によれば、ケース内から引き出される少なくとも１つの電極と、電極との間に隙間を介して対向配置される樹脂部材と、樹脂部材と電極の少なくとも一方に形成されると共にこれら樹脂部材と電極との間に形成される隙間を部分的に広げることにより、硬化前の封止材が電極の外部端子との接続部分まで毛細管現象により上昇することを防止する窪み部とを備えたので、大型化することなくゲルのはい上がりを防止することができる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の実施の形態に係る半導体装置の部分断面図を示す。この半導体装置はパワーモジュール等として使用されるものである。この半導体装置はベース基板１１を有しており、ベース基板１１の表面上に断面Ｌ字状の第１の電極１２がはんだ付けされている。また、第１の電極１２の近傍には、この第１の電極１２と間隔を隔てて対向するように断面Ｌ字状の樹脂部材１３が配置されており、第１の電極１２の表面と樹脂部材１３の裏面との間に微小の隙間が形成されている。また、樹脂部材１３の表面には断面Ｌ字状の第２の電極１４が固定されており、第１の電極１２と第２の電極１４とが互いに対向し且つ近接して配置されている。
ここで、第１の電極１２の立ち上がり部分には、その表面、すなわち樹脂部材１３に対向する面に、凹状の窪み部１２ａが形成されており、第１の電極１２の表面と樹脂部材１３の裏面との間に形成される隙間がこの窪み部１２ａにおいて部分的に広がっている。この窪み部１２ａは、第１の電極１２の幅方向全体に溝状に延在するように形成されている。なお、例えば第１の電極１２の厚みが１〜１．５ｍｍ程度で、第１の電極１２の表面と樹脂部材１３の裏面との間に形成される微小な隙間が０．２〜０．５ｍｍ程度である場合に、この窪み部１２ａにおける第１の電極１２と樹脂部材１３との隙間Ｄ１は１ｍｍ程度に設定されるのが好ましい。
また、ベース基板１１の表面上には、第１の電極１２と間隔を隔てて半導体素子１５が配置されており、この半導体素子１５の表面の電極と第２の電極１４とがボンディングワイヤ１６を介して接続されている。さらに、ベース基板１１の周縁部にはケース１７が固定され、ベース基板１１の上に配置された第１の電極１２及び第２の電極１４や半導体素子１５等がこのケース１７内に収容されている。ケース１７は、その上面にカバー１８を有しており、樹脂部材１３はこのカバー１８に一体に形成されて第２の電極１４を支持すると共に、第１の電極１２及び第２の電極１４はカバー１８に形成された開口部１８ａからケース１７の外部へ引き出されており、このカバー１８の上部に突出した第１の電極１２及び第２の電極１４の部分が、図示されない外部端子と接続されるようになっている。また、ケース１７の内部には、このケース１７内に収容された素子等を保護するための封止材として、シリコーンゲル１９が予め設定された液面位置Ｐまで注入されて硬化されている。
なお、第１の電極１２に形成される窪み部１２ａは、ゲル１９の設定液面位置Ｐよりも高く、且つ第１の電極１２及び第２の電極１４の外部端子との接続部分よりも低い位置に形成される。
次に、以上のような構成を有する半導体装置の作用を説明する。ケース１７内部にシリコーンゲル１９が注入されると、このゲル１９は硬化前は液状であるため、毛細管現象により第１の電極１２の表面と樹脂部材１３の裏面との間に形成された微小の隙間に沿って上昇しようとするが、この隙間が第１の電極１２の窪み部１２ａにおいて広がっているため、このようなゲル１９のはい上がりが窪み部１２ａの高さで止まる。すなわち、ゲル１９が第１の電極１２及び第２の電極１４の外部端子との接続部分にまで到達することが防止される。従って、第１の電極１２及び第２の電極１４の外部端子との接続部分にゲル１９が付着してこれら第１の電極１２及び第２の電極１４と外部端子とが接続不良になることを防止することができる。
また、第１の電極１２及び第２の電極１４を離して配置しなくても、窪み部１２ａによりゲル１９のはい上がりを防止することができるため、第１の電極１２と第２の電極１４とを互いに近接させて配置することができ、これにより装置全体を小型化することができると共に第１の電極１２及び第２の電極１４を含む回路内に生じるインダクタンスを低減することができる。
なお、上述の実施の形態では、第１の電極１２が窪み部１２ａを有していたが、その代わりに、図２に示されるように、樹脂部材１３の第１の電極１２に対向する裏面に、樹脂部材１３の幅方向にステップ状に延在する窪み部１３ａを形成しても、この窪み部１３ａにおいて第１の電極１２の表面と樹脂部材１３の裏面との間に形成される微小の隙間が広がるため、この窪み部１３ａの高さでゲル１９のはい上がりが防止され、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、図３に示されるように、第１の電極１２と樹脂部材１３の双方にそれぞれ窪み部１２ａ及び１３ａを形成すれば、これら窪み部１２ａ及び１３ａにおいて隙間をさらに広げることが可能となり、ゲルのはい上がりをより効率よく防止することができる。
さらに、図４に示されるように、許容される厚みの範囲内で、第１の電極１２にその幅方向にステップ状に延在する窪み部１２ａを形成しても、実施の形態と同様に、この窪み部１２ａの高さでゲル１９のはい上がりが防止される。
また、図２及び３における樹脂部材１３の窪み部１３ａをステップ状ではなく、溝形状に形成してもよい。
ここで、電極１２の窪み部１２ａは切削加工またはプレス加工等により形成することができ、樹脂部材１３の窪み部１３ａは切削加工または成型等により形成することができる。
また、上述の実施の形態において、第２の電極１４は樹脂部材１３との間に隙間を形成して配置されることもでき、その場合、対向する第２の電極１４の裏面と樹脂部材１３の表面との少なくとも一方に上述のような窪み部を形成すれば、この窪み部でゲル１９のはい上がりを防止することができる。
なお、上述の実施の形態では、シリコーンゲル１９を封止材として使用したため、ゲル１９の柔軟性によりこの半導体装置の振動を吸収することができる。また、シリコーンゲル１９の代わりに、エポキシ樹脂等を封止材として使用しても、この封止材の毛細管現象によるはい上がりが窪み部により防止され、実施の形態と同様の効果が得られる。
また、樹脂部材１３は、カバー１８に固定される代わりに、ケース１７に固定されていてもよい。
また、上述の実施の形態では、２つの電極を近接させて配置する場合について説明したが、３つ以上の電極を近接させて配置する場合でも同様の効果を得ることができる。
この発明の実施の形態に係る半導体装置を示す部分断面図である。 実施の形態の変形例を示す部分断面図である。 実施の形態の別の変形例を示す部分断面図である。 実施の形態のさらに別の変形例を示す部分断面図である。 従来の半導体装置を示す部分断面図である。
符号の説明
１１ ベース基板、１２ 第１の電極、１２ａ，１３ａ 窪み部、１３ 樹脂部材、１４ 第２の電極、１５ 半導体素子、１６ ボンディングワイヤ、１７ ケース、１８ カバー、１９ シリコーンゲル、Ｄ１ 隙間、Ｐ 設定液面位置。

Claims (4)

  1. ベース基板の上に半導体素子を配置してケース内に収容すると共にこのケース内に絶縁性を有する液状の封止材が注入されて硬化される半導体装置において、
    ケース内から引き出される少なくとも１つの電極と、
    前記電極との間に隙間を介して対向配置される樹脂部材と、
    前記樹脂部材と前記電極の少なくとも一方に形成されると共にこれら樹脂部材と電極との間に形成される隙間を部分的に広げることにより、硬化前の封止材が前記電極の外部端子との接続部分まで毛細管現象により上昇することを防止する窪み部と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記窪み部は、ケース内に注入される封止材の設定液面位置よりも高い位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記電極はベース基板の上に固定され、前記樹脂部材はケースまたはケースの上に被せられるカバーに固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記樹脂部材を挟んで前記電極に対向すると共に前記樹脂部材の表面に接してあるいは前記樹脂部材の表面との間に隙間を形成して配設された第２の電極をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
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