JPH11214568A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック等からなる絶縁基板の微細なクラ
ックを高電圧を印加することなく検出でき、絶縁破壊を
未然に防げる半導体装置を得る。 【解決手段】 セラミック板２ａの表側に電力半導体素
子を搭載する厚銅箔パターン２ｂを、裏側に厚銅箔２ｃ
を接合した絶縁基板２Ａにおける表側の外周部近傍に、
少なくとも一巻以上の極細の独立した開ループ銅箔パタ
ーン２ｄを形成すると共にその両端部にパッド２ｅを設
け、この絶縁基板２Ａをケースに内蔵すると共に、パッ
ド２ｅを前記ケースに設けたモニタ用外部端子８へ接続
し、このモニタ用外部端子８間の導通をモニタすること
により、絶縁基板２Ａの微細クラックの有無を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁劣化を非破
壊にて検出可能な半導体装置に関し、特に、金属パター
ンが形成された絶縁基板を備え、該絶縁基板の微細亀裂
を検出可能な半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４（Ａ）は従来の半導体装置を示す平
面図、図４（Ｂ）は前記半導体装置の断面図、図５
（Ａ）は図４に示した半導体装置の一部を構成する絶縁
基板の平面図、図５（Ｂ）は前記絶縁基板の断面図であ
る。

【０００３】図４（Ａ）、（Ｂ）において、１は銅板等
の金属材からなるベース板、２はベース板１に後述の厚
銅箔２ｃを介して半田付された絶縁基板、３、４は絶縁
基板２に後述の厚銅箔パターン２ｂを介して半田付され
た電力用半導体素子、５は絶縁樹脂製のケース、６は主
電流通電用の外部電極端子、６Ａは制御用の外部電極端
子、７はアルミワイヤであり、ケース５に外部電極端子
６、６Ａがインサートされ、ケース５の底部にはベース
板１が接着されており、外部電極端子６、６Ａと電力用
半導体素子３、４とがアルミワイヤ７で接続されてい
る。

【０００４】図５（Ａ）、（Ｂ）において、２ａは絶縁
体であるセラミック板、２ｂはセラミック板２ａの表側
に形成された金属パターンとしての厚銅箔パターンであ
り、厚銅箔を接合後、パターンニングされたものであ
り、このパターンニングされた厚銅箔パターン２ｂ上
に、半導体素子としての電力用半導体素子３、４が半田
付けされている。２ｃは金属板としての厚銅箔であり、
セラミック板２ａの裏側に、厚銅箔パターン２ｂと同様
に接合されたものであり、セラミック板２ａのほぼ裏側
全面に接合された一枚板からなる。尚、絶縁基板２はセ
ラミック板２ａ、厚銅箔パターン２ｂ、厚銅箔２ｃにて
構成され、厚銅箔２ｃがベース（図示せず）への半田付
け面となる。

【０００５】従って、絶縁基板２におけるパターンニン
グされた厚銅箔パターン２ｂ上に載置、半田付けされた
電力用半導体素子３、４における発熱の大部分は厚銅箔
パターン２ｂ、セラミック板２ａ、厚銅箔２ｃを介して
ベース板１より放熱されるが、電力用半導体素子３、４
とベース板１とはセラミック板２ａにより電気的に絶縁
されている。

【０００６】従来の半導体装置において、絶縁基板２
は、以上のように構成されており、セラミック板２ａは
熱的あるいは機械的応力が加わっても大きなクラックを
生じる事が少なく、比較的大きな絶縁耐力を有する構造
となっている。しかし、ウエハからのカッティング等の
加工工程において機械的応力が加わることにより微細な
クラックを生じる事があり、この微細なクラックは所定
の絶縁耐力を有するが、その後、熱応力等が繰り返し加
わることにより、徐々に進行して大きなクラックに成長
する可能性があり、絶縁耐力が低下し、故障の原因とな
る。

【０００７】従って、微細クラックの段階での検出が必
要となるが、この微細クラックの検出のためには、絶縁
基板２における表側の厚銅箔パターン２ｂと裏側の厚銅
箔２ｃとの間にかなりの高電圧を印加する必要がある。

【０００８】即ち、半導体装置において、絶縁基板２に
おける表側の厚銅箔パターン２ｂに電気的に接続されて
いる全外部端子６、６Ａと、裏側の厚銅箔２ｃに電気的
に接続されているベース板１との間に、高電圧を印加し
て検出する。この際、何らかの接触不良が生じると電力
半導体素子３、４そのものに最大定格電圧以上の電圧が
印加され、素子そのものが破壊する。又、セラミック板
２ａの表面を伝わる沿面絶縁耐力を超えた電圧が印加さ
れた場合は、沿面放電により絶縁耐力が低下する。

【０００９】このように、セラミック板２ａに対して、
厚銅箔パターン２ｂと厚銅箔２ｃとの間に絶縁耐力の許
容限界レベルまで高電圧を印加して検査する必要がある
が、検査時の接触バラツキ等で、高電圧が電力半導体素
子３、４に印加され、これらが破壊したり、クラックで
はなく絶縁基板２の沿面耐力を超えて沿面放電を生じる
ことがあった。又、実際の使用中での絶縁劣化を検出す
る手段がなく、クラックの成長に起因する絶縁破壊を未
然に防ぐことができなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の一
部を構成する絶縁基板２は、以上のように構成されてい
るので、絶縁基板２における微細クラックの有無の検出
のためには、絶縁耐力の許容限界レベルまで高電圧を印
加して検査する必要があるが、検査時の接触バラツキ等
で、高電圧が電力半導体素子３、４に印加され、これら
が破壊したり、クラックではなく絶縁基板２の沿面耐力
を超えて沿面放電を生じ、絶縁基板２の絶縁劣化の検査
が困難である等の問題点があった。又、実際の使用中に
おけるクラックの成長に起因する絶縁劣化を検出する手
段がなく、絶縁破壊を未然に防止することができない等
の問題点があった。

【００１１】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、セラミック板等から構成さ
れた絶縁基板の微細クラックを比較的低電圧印加により
検出できる半導体装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
装置は、半導体素子を載置すべく金属パターンが形成さ
れた絶縁基板を備え、該絶縁基板の外周部近傍に前記金
属パターンから独立した開ループ金属パターンが形成さ
れ、該開ループ金属パターンの両端部に通電用のパッド
を有すると共に、該パッドを含めて一巻以上のループ部
を有するものである。

【００１３】又、第２の発明に係る半導体装置は、金属
板が接合された絶縁基板と外部端子とを備え、前記絶縁
基板における前記金属板が半導体素子を載置すべくパタ
ーンニングされ、該パターンニングされた絶縁基板面の
外周部近傍に、少なくとも一巻以上の開ループ部を有
し、その両端部に通電用のパッドを有する開ループ金属
パターンが形成され、前記パッドが前記外部端子へ接続
されているものである。

【００１４】又、第３の発明に係る半導体装置は、第１
又は第２の発明に係る半導体装置において、開ループ金
属パターンの両端部の近傍におけるループ部が同一平面
上にて二重に形成され、該両端部に有するパッドが前記
二重に形成されたループ部間にそれぞれ配設されたもの
である。

【００１５】又、第４の発明に係る半導体装置は、第１
乃至第３のいずれかに記載の発明に係る半導体装置にお
いて、開ループ金属パターンの厚さが半導体素子を載置
する金属パターンの厚さの１／１０以下に形成されてい
るものである。

【００１６】又、第５の発明に係る半導体装置の製造方
法は、複数の外部端子と金属板を接合された絶縁基板と
を準備する工程と、該絶縁基板における前記金属板を半
導体素子を載置可能にパターンニングし、該パターンニ
ングされた絶縁基板面の外周部近傍に、前記金属板のパ
ターンから独立し、両端部にパッドを有する、少なくと
も一巻以上の開ループ金属パターンを形成する工程と、
前記パッドと前記外部端子との間を接続する工程とを有
する方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１を図１〜図３に基づき説明する。図１（Ａ）は半
導体装置の一部を構成する絶縁基板の平面図、図１
（Ｂ）は前記絶縁基板に形成された開ループ銅箔パター
ン端部の拡大図、図２は半導体装置の全体構成を示す平
面図である。図３（Ａ）は図１に示した絶縁基板におけ
る微細クラックの検出方法の説明図、図３（Ｂ）、
（Ｃ）は図３（Ａ）の要部拡大図である。尚、図中、従
来例と同じ符号で示されたものは従来例のそれと同一若
しくは同等なものを示す。

【００１８】図１（Ａ）、（Ｂ）において、２ｄは開ル
ープ金属パターンとしての開ループ銅箔パターンであ
り、セラミック板２ａの表側における電力半導体を載置
する金属パターンとしての厚銅箔パターン２ｂから独立
して、セラミック板２ａの外周部を少なくとも一周以上
する様に形成された極めて細い開パターンである。２ｅ
は開ループ銅箔パターン２ｄの両端部にそれぞれ形成さ
れ、アルミワイヤ７をワイヤボンドする通電用のパッド
である。

【００１９】即ち、開ループ銅箔パターン２ｄは、両端
部にそれぞれ形成されたパッド２ｅ間に比較的低電圧を
印加することによりセラミック板２ａに発生した微細ク
ラックを検出できるものである。そして、絶縁基板２Ａ
は、図５に示した従来の絶縁基板２に開ループ銅箔パタ
ーン２ｄを追加、形成したものである。

【００２０】図２において、５Ａはケース、８はケース
５Ａにインサートにより設けられたモニタ用外部端子で
あり、一対のモニタ用外部端子８と一対のパッド２ｅと
の間がそれぞれアルミワイヤ７で接続されている。

【００２１】次に、実施の形態１の半導体装置の製造方
法について説明する。最初に、ベース板１と、複数の外
部電極端子６、６Ａ及び一対のモニタ用外部端子８を設
けたケース５Ａと、両面に厚銅箔（図示せず）が接合さ
れた構成のセラミック板２ａとを準備する。次に、セラ
ミック板２ａの表面に接合された前記厚銅箔をパターン
ニングすることにより、厚銅箔パターン２ｂと、セラミ
ック板２ａの外周部近傍に、厚銅箔パターン２ｂから独
立した、両端部にパッド２ｅを有する、少なくとも一巻
以上の開ループ銅箔パターン２ｄとを形成する。次に、
厚銅箔パターン２ｂに半導体素子４、５を半田付けす
る。

【００２２】次に、絶縁基板２Ａにおけるセラミック板
２ａの裏面に接合された厚銅箔（図示せず）をベース板
１に半田付けすることにより、ベース板１上に絶縁基板
２Ａを載置、固定する。次に、絶縁基板２Ａを載置、固
定されたベース板１とケース５Ａとを接着する。最後
に、外部電極端子６、６Ａと厚銅箔パターン２ｂ及び厚
銅箔パターン２ｂに半田付けされた半導体素子４、５と
の間をアルミワイヤ７で結線すると共に、一対のモニタ
用外部端子８と一対のパッド２ｅとの間をそれぞれアル
ミワイヤ７にて接続する工程とを順番に実行することに
より半導体装置が完成する。

【００２３】図３（Ａ）において、９はパッド２ｅ間の
導通を検査するテスタであり、電池、抵抗器、電流計等
が直列に接続されたものである。次に、図により、半導
体装置の絶縁劣化検出方法、即ち、セラミック板２ａに
発生した微細クラックを低電圧印加にて検出する方法に
ついて説明する。

【００２４】絶縁基板２Ａは、図３（Ａ）におけるＡ部
又はＢ部に、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとき微細クラ
ックＣＡ、ＣＢが発生したとき、セラミック板２ａの外
周部に一巻以上に形成された開ループ銅箔パターン２ｄ
が同時に破断する。このとき、パターン両端部間の導通
検査、即ち、テスタ９を用いたパッド２ｅ間の導通検査
を実施すると、正常時においてほぼ零に近い抵抗値が無
限大を示すことになる。

【００２５】特に、図３（Ａ）におけるＢ部のようなセ
ラミック表面だけに生じた微細クラックＣＢは、従来の
高電圧印加による方法ではでは検出できず、繰り返し応
力が加わると進行してＡ部のような微細クラックＣＡに
成長し、最終的に絶縁破壊に至る恐れがある。しかし、
実施の形態１においては、モニタ用外部端子８間の導通
をモニタすることで、初期的な微細クラックの段階でこ
れを検出でき、絶縁破壊を未然に防止する対策を可能と
する。

【００２６】以上のように、実施の形態１においては、
厚銅箔パターン２ｂが形成された絶縁基板２Ａにおける
セラミック板２ａの外周部近傍に、少なくとも一巻以上
の極めて細い独立した開ループ銅箔パターン２ｄを形成
すると共にその両端部にパッド２ｅを設けたので、又、
ケース５Ａにモニタ用外部端子８を設け、モニタ用外部
端子８とパッド２ｅとの間をアルミワイヤ７にて接続し
たので、半導体装置として完成時において、モニタ用外
部端子８間の導通検査により絶縁基板２Ａの微細クラッ
クが検出でき、又、実使用段階においても定期的にモニ
タすることにより、微細クラックの成長に起因する絶縁
破壊を未然に防ぐことができる。

【００２７】更に、電力半導体素子３，４を半田付けす
る前段階若しくは後段階における絶縁基板２Ａ単独の微
細クラックの有無の検出も可能であり、微細クラックが
生じている不良品を早期に発見できる。

【００２８】又、図１（Ｂ）に詳細を示すように、絶縁
基板２Ａにおける開ループ銅箔パターン２ｄの両端部に
おけるループ部を二重に形成し、その両端部に設けたパ
ッド２ｅを二重に形成された略平行するループ部の内側
に対向配置し、重なり部ｔを設けて、開口部における直
線部をなくし、必ず迂回するようにしたので、略直線状
に発生する微細クラックの検出漏れを確実に防ぐことが
できる。

【００２９】又、厚銅箔パターン２ｂの厚さは通常１５
０〜４００μｍ程度であり、開ループ銅箔パターン２ｄ
を厚銅箔パターン２ｂと同時にパターン形成した場合に
は、開ループ銅箔パターン２ｄの厚さも厚銅箔パターン
２ｂと同じ厚さに形成される。しかし、開ループ銅箔パ
ターン２ｄは、その幅が１００μｍ程度の細幅に形成さ
れているので、通常の微細クラックの発生に追従して切
断され、実用上問題ない。しかし、開ループ銅箔パター
ン２ｄの厚さを厚銅箔パターン２ｂの厚さの１／１０以
下とすることにより、即ち、１０〜３０μｍ程度に形成
することにより、より微細なクラックの発生に追従して
開ループ銅箔パターン２ｄが切断され、より早期の段階
にて微細クラックの発生を検出できる。

【００３０】尚、開ループ銅箔パターン２ｄにおけるル
ープ部の厚さを厚銅箔パターン２ｂの厚さの１／１０以
下に形成するには、上記セラミック板２ａの表面に厚銅
箔パターン２ｂと開ループ銅箔パターン２ｄとを形成す
る工程の後に、開ループ銅箔パターン２ｄのループ部を
選択的にエッチングする工程を追加する。

【００３１】

【発明の効果】第１の発明によれば、絶縁基板における
外周部近傍に、両端部にパッドを有する、少なくとも一
巻以上の独立した開ループ金属パターンを形成したの
で、前記パッド間における通電による導通検査により前
記絶縁基板の周辺から中央へ向かって成長する亀裂の有
無を確実に検査でき、絶縁破壊を未然に防げるものが得
られる効果が得られる。

【００３２】又、第２の発明によれば、外周部近傍に少
なくとも一巻以上の独立した開ループ金属パターンが形
成された絶縁基板における前記開ループ金属パターンの
両端部に設けたパッドを外部端子へ接続したので、半導
体装置として完成後において、前記外部端子間の導通検
査により前記絶縁基板の亀裂の有無を検査でき、メンテ
ナンスの容易なものが得られる効果が得られる。

【００３３】又、第３の発明によれば、開ループ金属パ
ターンの両端部の近傍を同一平面上にて二重に形成する
と共に該両端部のそれぞれにパッドを形成し、該両方の
パッドを前記開ループ金属パターン間に配設したので、
開口部におけるループ外から内に向かう直線部がなくな
り、前記開口部近傍に略直線状に発生する如何なる方向
の亀裂も確実に検査できる効果が得られる。

【００３４】又、第４の発明によれば、絶縁基板におけ
る開ループ金属パターン厚さを、半導体素子を載置すべ
くパターンニングされた金属板の厚さの１／１０以下
に、比較的薄く形成したので、前記絶縁基板の微細亀裂
をより確実に検査できる効果が得られる。

【００３５】又、第５の発明によれば、絶縁基板におけ
る外周部近傍に、開ループ金属パターンを形成し、該開
ループ金属パターンにおけるパッドと外部端子との間を
接続する工程を有するので、半導体装置として完成後に
おいて前記絶縁基板の亀裂をより確実に検査できるメン
テナンスの容易な半導体装置の製造方法が得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１としての半導体装置
の一部を構成する絶縁基板の平面図（図１（Ａ））及び
前記絶縁基板に形成された開ループ銅箔パターン端部の
拡大図（図１（Ｂ））である。

【図２】 図１に示した絶縁基板を載置した半導体装置
の平面図である。

【図３】 図１に示した絶縁基板における微細クラック
の検出方法の説明図である。

【図４】 従来の半導体装置を示す平面図（図４
（Ａ））及びその断面図（図４（Ｂ））である。

【図５】 図４に示した半導体装置の一部を構成する絶
縁基板の平面図（図５（Ａ））及びその断面図（図５
（Ｂ））である。

【符号の説明】

１ ベース板、２Ａ 絶縁基板、２ａ セラミック板、
２ｂ 厚銅箔パターン、２ｄ 開ループ銅箔パターン、
２ｅ パッド、３、４ 電力半導体素子、５Ａケース、
６、６Ａ 外部電極端子、７ アルミワイヤ、８ モニ
タ用外部端子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を載置すべく金属パターンが
   形成された絶縁基板を備え、該絶縁基板は、その外周部
   近傍に前記金属パターンから独立した開ループ金属パタ
   ーンが形成され、該開ループ金属パターンは、その両端
   部に通電用のパッドを有すると共に、該パッドを含めて
   一巻以上のループ部を有することを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 金属板が接合された絶縁基板と外部端子
   とを備え、前記絶縁基板は、前記金属板が半導体素子を
   載置すべくパターンニングされ、該パターンニングされ
   た絶縁基板面の外周部近傍に、少なくとも一巻以上の開
   ループ部を有し、その両端部に通電用のパッドを有する
   開ループ金属パターンが形成され、前記パッドが前記外
   部端子へ接続されていることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の半導体装置
   において、開ループ金属パターンは、その両端部の近傍
   におけるループ部が同一平面上にて二重に形成され、該
   両端部に有するパッドが前記二重に形成されたループ部
   間にそれぞれ配設されていることを特徴とする半導体装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の半導体装置において、開ループ金属パターンは、その
   厚さが半導体素子を載置する金属パターンの厚さの１／
   １０以下に形成されていることを特徴とする半導体装
   置。
5. 【請求項５】 複数の外部端子と金属板を接合された絶
   縁基板とを準備する工程と、該絶縁基板における前記金
   属板を半導体素子を載置可能にパターンニングし、該パ
   ターンニングされた絶縁基板面の外周部近傍に、前記金
   属板のパターンから独立し、両端部にパッドを有する、
   少なくとも一巻以上の開ループ金属パターンを形成する
   工程と、前記パッドと前記外部端子との間を接続する工
   程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。