JPH0685126A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外部導出端子に対する組立性に優れ、しかも外
部応力，ヒートサイクルによる熱応力の影響を殆ど受け
ることがない信頼性の高い半導体装置、特にその端子組
立構造を提供する。 【構成】半導体素子４を搭載したセラミック基板２に外
部導出端子６を半田付けした上で、該端子の一端を樹脂
製の外囲ケース７より引出し、かつ外囲ケース内にゲル
状樹脂９を充填して封止した半導体装置において、外部
導出端子６を外囲ケース７にインサート成形し、一体ブ
ロック化して固定する。これにより、外部導出端子を含
めた半導体装置の組立が簡単となるほか、外部導出端子
に加わる外部応力，熱応力は直接外囲ケースで受け止め
られるので、セラミック基板，ないしは該基板との間の
半田付け部に不当な応力の加わるこがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータなどに適用
するパワースイッチング素子として用いるパワートラン
ジスタモジュールなどを対象とした半導体装置、特にそ
の組立構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、本発明の実施対象となる半導体装
置の従来における組立構造を図７に示す。図において、
１は放熱用金属ベース、２はセラミック基板、３は基板
２の導体パターン、４は基板上に搭載した半導体素子
（パワートランジスタ）、５は内部配線のボンディング
ワイヤ、６はセラミック基板２上に起立させて導体パタ
ーン３と半田付けした外部導出端子、７は樹脂モールド
品で作られた外囲ケース、８はおなじく樹脂モールド品
のケース蓋、９は半導体素子４を封止して外囲ケース内
に充填したシリコーンゲルなどのゲル状樹脂、１０は外
部導出端子６を固定するために外囲ケース７の端子引出
し部に注入，硬化したエポキシなどの成形樹脂である。

【０００３】かかる構成により、半導体素子４は外囲ケ
ース７内でゲル状樹脂９により封止保護され、また外部
導出端子６はモールド樹脂１０により外囲ケース７に固
定されてセラミック基板２との間の半田付け部に外部か
ら加わる応力，ヒートサイクルによる熱応力が加わるの
を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した半
導体装置の端子組立構造では、外部導出端子６を外囲ケ
ース７に固定するために、組立治具を用いて外部導出端
子６を所定の組立位置に精度よく保持することが必要と
なるほか、外囲ケース７に対して外部導出端子６の周囲
にモールド樹脂１０の注入，硬化の工程が必要となるた
めに組立工数が多く、かつ部品のアッセンブリに多くの
時間と費用が掛かるためにコストアップとなる。また、
外部導出端子６を固定するエポキシなどのモールド樹脂
１０とセラミック基板２とは熱膨張率が大きく異なるこ
とから、ヒートサイクルに伴う熱応力でセラミック基板
２に割れが生じたり、外部導出端子６の半田付け部が劣
化するなどのトラブルが発生し易い難点があった。

【０００５】さらに、当該半導体装置をスイッチング素
子として使用する場合には、スイッチング動作に伴う電
流変化（ｄｉ／ｄｔ），電圧変化（ｄｖ／ｄｔ）が基
で、回路インダクタンス，浮遊容量によって高周波ノイ
ズが発生し、これが誘導ノイズとして電源回路，周囲空
間に伝播して周辺機器にノイズ障害を与えることが知ら
れており、その対策としてノイズカットフィルタを回路
に接続したり、あるいは半導体装置を大地に接地された
金属製容器内に収容して静電遮へいするなどの手段が従
来より講じられている。しかして、静電遮へいのために
特別な金属容器を付設することは重量が増し、寸法が大
形化するために好ましくなく、その改善策が望まれてい
る。

【０００６】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、第１の目的は前記課題を解決して組立性に優
れ、しかも外部導出端子に応力の影響を及ぼすことが殆
どない信頼性の高い半導体装置、特にその端子組立構造
を提供することにある。また、第２の目的はパッケージ
自身に静電遮へい機能を持たせてパワー素子のスイッチ
ング動作に伴って発生する誘導ノイズの周囲伝播を良好
に抑制できるようにした半導体装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した第１，第２の目
的は、本発明により、半導体装置を次記のように構成す
ることで達成される。まず、第１の目的に対しては、 （１）外部導出端子を樹脂製の外囲ケースにインサート
成形して一体ブロック化する。

【０００８】（２）外部導出端子のケース貫通部位に樹
脂製のピンブロックを一体成形するとともに、外囲ケー
ス側には前記ピンブロックの外形に対応する端子引出し
穴を開口し、該端子引出し穴に前記ピンブロックを嵌め
込んで接着する。 （３）前項（２）において、ピンブロックを異形輪郭体
で構成する。 （４）前項（１）または（２）において、外囲ケースの
底部側に末広り脚部を形成して基板ないし金属ベースと
の間を接合する。

【０００９】（５）前項（１）または（２）において、
外囲ケースと基板ないし金属ベースとの間を半田付けな
どにより合金接合する。 また、第２の目的に対する解決手段とし次記の構成があ
る。 （６）外囲ケースをその注型樹脂に導電性粉末を混在さ
せて成形する。 （７）外囲ケースの内周面に外部導出端子の貫通部を除
いて導電膜を被着形成する。

【００１０】

【作用】前記（１）〜（３）項の構成により、半導体装
置の取扱時に外部導出端子に加わる外力は、樹脂ケース
で直接受け止められるのでセラミック基板，ないし基板
との間の半田付け部に外部応力が作用することがない。
また、ピンブロックを歯車形，十字形，楕円形，台形な
どの異形輪郭体とすることにより、例えば単純な円形輪
郭体と比べて外囲ケースとの間の接着面積が大となり、
これによりケースとの間で高い接着力が得られる。しか
も外囲ケース内にはゲル状樹脂が充填されているのでセ
ラミック基板，および外部導出端子の半田付け部にヒー
トサイクルに起因する熱応力の加わるおそれも殆どなく
なる。さらに、半導体装置の組立ラインでは外部導出端
子を固定するための位置決め保持，成形樹脂の注入，硬
化工程が不要となるので組立工数も少なくて済む。

【００１１】また、前記（４）項の構成により、外囲ケ
ースと相手側のセラミック基板，あるいは金属ベースと
の間に広い接合面積が確保される。さらに、（５）項の
構成では、外囲ケースと基板，金属ベースとの接合を、
基板と外部導出端子との半田付け接合と同じ工程で同時
に行うことができ、接着剤による固着法と比べて接着剤
の塗布，硬化する工数が省ける。

【００１２】一方、（６),（７）項の構成によれば、半
導体装置のパッケージ自身が静電遮へい体のしての機能
を持つことになり、パワー素子のスイッチング動作に伴
う誘導ノイズが周辺空間へ伝播して周辺機器に影響する
ノイズ障害を抑制できる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。なお、各実施例で図７と対応する同一部材には同じ
符号が付してある。図１は本発明の請求項１に対応する
実施例を示すものであり、外部導出端子６は樹脂モール
ド品として作られた外囲ケース７の成形金型にインサー
トして一体成形され、外部導出端子６と外囲ケース７と
が一体にブロック化して構成される。そして、セラミッ
ク基板２に外部導出端子６を半田付けする際には、外部
導出端子６を外囲ケース７とともにセラミック基板上の
定位置に載置し、この状態で樹脂ケース７の接着，およ
び外部導出端子６と導体パターン３との間の半田付けを
行う。その後にケース蓋８を被着し、樹脂ケース７の内
部にゲル状樹脂９を充填して半導体素子４を封止する。

【００１４】図２，図３は本発明の請求項２，３に対応
する実施例を示すものであり、この実施例においては、
まず外部導出端子６に対し、あらかじめ該端子が樹脂ケ
ース７を貫通する部位に樹脂製のピンブロック１１を一
体成形して端子をピンブロックに埋め込み、一方では外
囲ケース７のモールド成形時に前記ピンブロック１１の
外形に対応する端子引出し穴を開口しておく。そして、
外部導出端子６をセラミック基板２の導体パターン３の
上に立てて半田付けした後、上方から外囲ケース７を被
せてピンブロック１１をケース側の端子引出し穴に嵌め
込むとともに、さらに両者間を接着剤で接着固定する。

【００１５】この場合に、図３（ａ）〜（ｃ）で表すよ
うに、前記の樹脂ブロック１１を外形歯車形，十字形，
楕円形などの異形輪郭体として成形しておくことによ
り、例えば単純な円形輪郭体と比べて樹脂ケースとの間
の接着面積が大となるので、これによりケースとの間で
高い接着力が得られ、より一層堅牢な構造となる。図４
（ａ),（ｂ）はそれぞれ本発明の請求項４，５に対応す
る構造を図１の外囲ケースに適用した実施例を示すもの
である。すなわち、（ａ）図では外囲ケース７の底部側
に末広り脚部７ａを形成してセラミック基板２との間を
接着剤により接合したものである。このように外囲ケー
ス７に末広り脚ブロック７ａを設けておくことにより、
より広い接合面積が確保できてパッケージの組立接合強
度が高まる。また、（ｂ）図では外囲ケース７の底面に
あらかじめメタライズを施しておき、外囲ケース７とセ
ラミック基板２との間を、接着剤を用いずに半田付けな
どで合金接合したものであり、その半田接合部を符号１
２で示す。この構成によれば、接着剤の塗布，硬化など
のわずらしい工程が不要となり、しかも外囲ケース７と
セラミック基板２との間の接合作業を外部導出端子６の
半田付け工程と同時に行うことができるので、半導体装
置の組立工数が少なくて済む利点が得られる。なお、
（ａ),（ｂ）図の構成は図２で述べたピンブロック１１
を採用の外囲ケース７に対しても同様に実施適用するこ
とができるのは勿論である。

【００１６】図５（ａ),（ｂ）は図２における外囲ケー
ス７を対象に、本発明の請求項６，７による誘導ノイズ
防止対策を施した実施例を示すものである。なお、この
実施例においてはピンブロック１１が断面台形の錐体と
して形成されている。まず、（ａ）図は外囲ケース７，
ケース蓋８の材料である注型樹脂に、適量のカーボン，
あるいは金属などの導電性粉末１３を分散，混在して外
囲ケース７，ケース蓋８をモールド成形したものであ
る。なお、ピンブロック１１は、外部導出端子６に対す
る沿面絶縁強度を確保するために導電性粉末を混在させ
ない。また（ｂ）図は外囲ケース７，ケース蓋８の注型
樹脂に導電性粉末を混在させる代わりに、ピンブロック
１１の貫通部を除いて外囲ケース７，ケース蓋８の内周
面に例えば銅または鉛合金の導電性薄膜１４（膜厚３５
μｍ程度）を印刷，あるいはメッキにより被着形成した
ものである。なお、この導電性薄膜１４は、直接大地に
接地するか、あるいはセラミック基板２の導体パターン
３を介して接地することができる。

【００１７】かかる構成によれば、外囲ケース７，ケー
ス蓋８のパッケージ自身が静電遮へい体としての機能を
持つようになるので、ケース内に組み込んだ半導体素子
４のスイッチング動作により発生するノイズが周辺空間
に伝播するのを抑制し、周辺機器にノイズ障害を与える
のを防止できる。なお、図５のパッケージ構造は図１の
外囲ケースにも実施適用することができる。

【００１８】図６は先記した各実施例の応用例を示すも
のである。すなわち、図１〜図５で述べた各実施例では
外囲ケース７をセラミック基板２に接合したのに対し
て、この実施例は外囲ケース７を金属ベース１に接合し
てパッケージが組立て構成されている。なお、この実施
例の外囲ケース７に図５（ｂ）で述べた導電性薄膜１４
を被着形成し、かつ外囲ケース７と金属ベース１との接
合に図４（ｂ）で述べた半田付け接合法を採用すること
により、セラミック基板２の導体パッケージ３を経由す
ることなく、静電遮へい体として機能する導電性薄膜１
４を金属ベース１を介して直接大地側に接地することが
できる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
によれば、次記の効果を奏する。 （１）本発明の請求項１〜３の構成を採用することによ
り、特に外部導出端子を定位置へ固定するのに位置決め
治具が不要であり、かつ外囲ケースとの間の固定も簡単
で組立工数が少なくて済む。しかも外部導出端子に加わ
る外部からの応力，ヒートサイクルによる熱応力などは
外囲ケースが直接吸収するので、外部導出端子と基板と
の間の半田接合部に不当な応力の加わることがない。

【００２０】（２）本発明の請求項４の構成によれば、
外囲ケースの接着面積が広く確保できてパッケージの接
合強度が高まる。 （３）本発明の請求項５の構成によれば、手間のかかる
接着剤の塗布，硬化工程を省略して外囲ケースと基板，
あるいは金属ベースとの間の接合作業を、外部導出端子
と基板との半田付けと同じ工程で同時に行うことができ
て組立工数の削減化が図れる。

【００２１】（４）本発明の請求項６，７の構成を採用
することにより、半導体装置のパッケージ自身に静電遮
へい機能を与えることができ、これにより特別な静電遮
へい容器を付設することなく、パワー素子のスイッチン
グ動作に伴って発生する高周波ノイズが周囲空間に伝播
して他の周辺機器に及ぼすノイズ障害を良好に抑制でき
るど、機能面で優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に対応する実施例の組立構成
図

【図２】本発明の請求項２に対応する実施例の組立構成
図

【図３】本発明の請求項３に対応する実施例のピンブロ
ック外形輪郭体を表す平面図であり、（ａ) は歯車形,
（ｂ) は十字形, （ｃ）は楕円形の外形図

【図４】図１の応用実施例を示すものであり、（ａ）は
本発明の請求項４に対応する実施例の組立構成図、
（ｂ）は本発明の請求項５に対応する実施例の組立構成
図

【図５】図２の応用実施例を示すものであり、（ａ）は
本発明の請求項６に対応する実施例の組立構成図、
（ｂ）は本発明の請求項７に対応する実施例の組立構成
図

【図６】図５と異なる応用実施例の組立構成図

【図７】従来における半導体装置の組立構成図

【符号の説明】

１ 金属ベース ２ セラミック基板 ３ 導体パターン ４ 半導体素子 ６ 外部導出端子 ７ 外囲ケース ７ａ 末広り脚部 ８ ケース蓋 ９ ゲル状樹脂 １１ ピンブロック １２ 半田接合部 １３ 導電性粉末 １４ 導電性薄膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放熱用金属ベース上に積層した基板に半導
   体素子，外部導出端子を搭載してなる組立体に樹脂製の
   外囲ケースを組合わせ、かつ外部導出端子の一端を外囲
   ケースより外部に引き出すとともに、外囲ケース内にゲ
   ル状樹脂を充填して封止した半導体装置において、外部
   導出端子を樹脂ケースにインサート成形して一体ブロッ
   ク化したことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】放熱用金属ベース上に積層した基板に半導
   体素子，外部導出端子を搭載してなる組立体に樹脂製の
   外囲ケースを組合わせ、かつ外部導出端子の一端を外囲
   ケースより外部に引き出すとともに、外囲ケース内にゲ
   ル状樹脂を充填して封止した半導体装置において、外部
   導出端子のケース貫通部位に樹脂製のピンブロックを一
   体成形するとともに、外囲ケース側には前記ピンブロッ
   クの外形に対応する端子引出し穴を開口し、該端子引出
   し穴に前記ピンブロックを嵌め込んで接着したことを特
   徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の半導体装置において、ピン
   ブロックを異形輪郭体で構成したことを特徴とする半導
   体装置の端子組立構造。
4. 【請求項４】請求項１，または２記載の半導体装置にお
   いて、外囲ケースの底部側に末広り脚部を形成して基板
   ないし金属ベースとの間を接合したことを特徴とする半
   導体装置。
5. 【請求項５】請求項１，または２記載の半導体装置にお
   いて、外囲ケースと基板ないし金属ベースとの間を半田
   付けなどにより合金接合したことを特徴とする半導体装
   置。
6. 【請求項６】請求項１，または２記載の半導体装置にお
   いて、外囲ケースをその注型樹脂にカーボン，金属など
   の導電性粉末を混在させて成形したことを特徴とする半
   導体装置。
7. 【請求項７】請求項１，または２記載の半導体装置にお
   いて、外囲ケースの内周面に外部導出端子の貫通部を除
   いて導電性膜を被着形成したことを特徴とする半導体装
   置。