JPH11233671A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH11233671A JPH11233671A JP10027500A JP2750098A JPH11233671A JP H11233671 A JPH11233671 A JP H11233671A JP 10027500 A JP10027500 A JP 10027500A JP 2750098 A JP2750098 A JP 2750098A JP H11233671 A JPH11233671 A JP H11233671A
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- external lead
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- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
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- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/731—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors
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- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】絶縁基板への外部導出端子のはんだ接続を有す
る構造で、絶縁劣化を防止し、絶縁信頼性を向上させ
る。 【解決手段】外部導出端子４と絶縁基板の銅板２ｃとの
はんだによる接合部が銅板２ｃの縁より少なくとも３ｍ
ｍ内側とする。
る構造で、絶縁劣化を防止し、絶縁信頼性を向上させ
る。 【解決手段】外部導出端子４と絶縁基板の銅板２ｃとの
はんだによる接合部が銅板２ｃの縁より少なくとも３ｍ
ｍ内側とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御、エア
コン等のインバータあるいはＮＣ制御等に用いられるパ
ワーモジュールのように、表面に銅板（銅箔）が張られ
たセラミックスからなる絶縁基板上に半導体素子が実装
される半導体装置に関する。
コン等のインバータあるいはＮＣ制御等に用いられるパ
ワーモジュールのように、表面に銅板（銅箔）が張られ
たセラミックスからなる絶縁基板上に半導体素子が実装
される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の電力変換・制御技術を主とするパ
ワーエレクトロニクスの発展にはめざましいものがあ
り、産業，交通，情報および民生などの分野で適用が拡
がっている。このパワーエレクトロニクスを支えている
のはパワーデバイスであり、今日のパワーデバイスの主
要素子であるＩＧＢＴは、年々大容量化が進んできてい
る。特に大容量電力変換の一つである鉄道車両分野では
電力変換装置のＩＧＢＴ化の進展が著しい。
ワーエレクトロニクスの発展にはめざましいものがあ
り、産業，交通，情報および民生などの分野で適用が拡
がっている。このパワーエレクトロニクスを支えている
のはパワーデバイスであり、今日のパワーデバイスの主
要素子であるＩＧＢＴは、年々大容量化が進んできてい
る。特に大容量電力変換の一つである鉄道車両分野では
電力変換装置のＩＧＢＴ化の進展が著しい。
【０００３】一方、地球環境問題が厳しくなるなかで、
クリーンな電気エネルギは、今後ますます需要が増大し
ていくことと思われ、太陽光，風力，燃料電池など新エ
ネルギ発電の実用化や電気自動車の普及により、装置の
大容量化，分散化などが進み、高性能な電力変換装置が
ますます必要性を増していくことは確実である。このよ
うな市場環境は、パワーモジュールのより一層の高機能
・高性能・高信頼度の必要性をも意味しており、特に高
信頼度においては、市場におけるトラブルの際には悪い
な事態を招く可能性があるため、パワーモジュールにお
けるパッケージの信頼性設計が重要である。
クリーンな電気エネルギは、今後ますます需要が増大し
ていくことと思われ、太陽光，風力，燃料電池など新エ
ネルギ発電の実用化や電気自動車の普及により、装置の
大容量化，分散化などが進み、高性能な電力変換装置が
ますます必要性を増していくことは確実である。このよ
うな市場環境は、パワーモジュールのより一層の高機能
・高性能・高信頼度の必要性をも意味しており、特に高
信頼度においては、市場におけるトラブルの際には悪い
な事態を招く可能性があるため、パワーモジュールにお
けるパッケージの信頼性設計が重要である。
【０００４】図２はＩＧＢＴを搭載したパワートランジ
スタモジュールの構成断面図である。図２において、放
熱金属ベース１上にはんだ等で固着された絶縁基板２
と、この上にマウントされたＩＧＢＴ等の半導体チップ
３と、先端部が絶縁基板２の表面銅板２ｃの回路パター
ンにはんだ付けされた外部導出端子４と、複数の外部導
出端子４を相互固定する蓋８と、半導体チップ３と外部
導出端子４の先端部が固着した回路パターンとをボンデ
ィングで接続するアルミワイヤ６と、放熱金属ベース１
と樹脂ケース５を接着剤等で固着し、その内部空間に充
填されたシリコーンのゲル状樹脂７とを有している。そ
して、必要に応じてゲル状樹脂７上をさらにエポキシの
封止樹脂で閉塞する。また、外部導出端子４は、蓋８か
ら導出する他に樹脂ケース５から導出するようにしても
よい。
スタモジュールの構成断面図である。図２において、放
熱金属ベース１上にはんだ等で固着された絶縁基板２
と、この上にマウントされたＩＧＢＴ等の半導体チップ
３と、先端部が絶縁基板２の表面銅板２ｃの回路パター
ンにはんだ付けされた外部導出端子４と、複数の外部導
出端子４を相互固定する蓋８と、半導体チップ３と外部
導出端子４の先端部が固着した回路パターンとをボンデ
ィングで接続するアルミワイヤ６と、放熱金属ベース１
と樹脂ケース５を接着剤等で固着し、その内部空間に充
填されたシリコーンのゲル状樹脂７とを有している。そ
して、必要に応じてゲル状樹脂７上をさらにエポキシの
封止樹脂で閉塞する。また、外部導出端子４は、蓋８か
ら導出する他に樹脂ケース５から導出するようにしても
よい。
【０００５】ここで、絶縁基板２は、アルミナ（Ａｌ2
Ｏ3 ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック
ス基板２ａに対し、その表裏面に箔状の薄い銅板２ｂ，
２ｃを例えばダイレクトボンド・カッパ−法（接合材を
用いずに銅と微量の酸素との反応により生成するＣｕ−
Ｏ共晶液相を接合剤として用いて直接反応により接合す
る方法）により直接接合したものであり、主面側（表面
側）の銅板２ｃに回路パターン（厚膜回路パターン）が
形成されている。セラミックス基板２ａは、その優れた
絶縁性（体積固有抵抗＞１０14Ω・ｃｍ2 ）と、絶縁材
料の中では熱放散が良好（熱伝導率：２０〜２００Ｗ／
ｍＫ）であるといった特徴が備わった材料である。パワ
ーモジュール用のセラミックス基板は、厚さ０．２５〜
０．８ｍｍ程度のセラミックス板の表裏に厚さ０．２〜
０．３ｍｍ程度の銅板を接合した構造が一般的である。
このセラミックス板と銅板との接合には、前記接合法の
他に、チタンやジルコニウム等の活性金属を添加したろ
う材を用いる活性金属接合法が適用されている。ダイレ
クトボンド・カッパー法は、主にアルミナ等の酸化物系
セラミックスに用いられ、活性金属接合法は、窒化アル
ミニウム等の窒化物系セラミックスに用いられる。被接
合材の銅は、ダイレクトボンド・カッパー法には無酸素
銅またはタフピッチ銅が、活性金属接合法には無酸素銅
がそれぞれ用いられている。また、銅の他にアルミニウ
ムを用いたものもある。
Ｏ3 ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック
ス基板２ａに対し、その表裏面に箔状の薄い銅板２ｂ，
２ｃを例えばダイレクトボンド・カッパ−法（接合材を
用いずに銅と微量の酸素との反応により生成するＣｕ−
Ｏ共晶液相を接合剤として用いて直接反応により接合す
る方法）により直接接合したものであり、主面側（表面
側）の銅板２ｃに回路パターン（厚膜回路パターン）が
形成されている。セラミックス基板２ａは、その優れた
絶縁性（体積固有抵抗＞１０14Ω・ｃｍ2 ）と、絶縁材
料の中では熱放散が良好（熱伝導率：２０〜２００Ｗ／
ｍＫ）であるといった特徴が備わった材料である。パワ
ーモジュール用のセラミックス基板は、厚さ０．２５〜
０．８ｍｍ程度のセラミックス板の表裏に厚さ０．２〜
０．３ｍｍ程度の銅板を接合した構造が一般的である。
このセラミックス板と銅板との接合には、前記接合法の
他に、チタンやジルコニウム等の活性金属を添加したろ
う材を用いる活性金属接合法が適用されている。ダイレ
クトボンド・カッパー法は、主にアルミナ等の酸化物系
セラミックスに用いられ、活性金属接合法は、窒化アル
ミニウム等の窒化物系セラミックスに用いられる。被接
合材の銅は、ダイレクトボンド・カッパー法には無酸素
銅またはタフピッチ銅が、活性金属接合法には無酸素銅
がそれぞれ用いられている。また、銅の他にアルミニウ
ムを用いたものもある。
【０００６】図２に示したパッケージ構造では、半導体
チップ３の下面電極（コレクタ）と放熱金属ベース１は
絶縁基板２により絶縁され、３０００〜６０００Ｖの絶
縁耐圧が確保されている。また、パッケージ材料は、金
属，セラミックスおよびプラスチック等さまざまな物性
が用いられており、特に熱膨張係数に関しては、半導体
チップ３より下層に向かって大きくなるような積層構成
となっている。
チップ３の下面電極（コレクタ）と放熱金属ベース１は
絶縁基板２により絶縁され、３０００〜６０００Ｖの絶
縁耐圧が確保されている。また、パッケージ材料は、金
属，セラミックスおよびプラスチック等さまざまな物性
が用いられており、特に熱膨張係数に関しては、半導体
チップ３より下層に向かって大きくなるような積層構成
となっている。
【０００７】このように、パワーモジュールのパッケー
ジ技術は、半導体チップ３の性能を最大限に生かしなが
ら、これに信頼性を含めた各種性能を付加し、市場要求
に応えられる形にまとめあげられている。パワーモジュ
ールの信頼性において、パッケージには各種接合部信頼
性や絶縁信頼性等が必要である。はんだ接合部では、構
造部品材料間の熱膨張係数差に起因して発生する熱応力
により、はんだにひずみが生じる。はんだに許容値を超
えて過大なひずみが加わるとはんだ部に亀裂が発生し、
熱応力の繰り返しにより亀裂は進展する。この亀裂の進
展は、半導体チップ３下及び絶縁基板２下のはんだで
は、熱抵抗の増大を招き放熱効果の低下を生じ、半導体
チップ３を破壊に至らしめる。また、端子接合部のはん
だにおいては、端子取れ（端子オープン）に至ることに
なる。
ジ技術は、半導体チップ３の性能を最大限に生かしなが
ら、これに信頼性を含めた各種性能を付加し、市場要求
に応えられる形にまとめあげられている。パワーモジュ
ールの信頼性において、パッケージには各種接合部信頼
性や絶縁信頼性等が必要である。はんだ接合部では、構
造部品材料間の熱膨張係数差に起因して発生する熱応力
により、はんだにひずみが生じる。はんだに許容値を超
えて過大なひずみが加わるとはんだ部に亀裂が発生し、
熱応力の繰り返しにより亀裂は進展する。この亀裂の進
展は、半導体チップ３下及び絶縁基板２下のはんだで
は、熱抵抗の増大を招き放熱効果の低下を生じ、半導体
チップ３を破壊に至らしめる。また、端子接合部のはん
だにおいては、端子取れ（端子オープン）に至ることに
なる。
【０００８】一方、絶縁基板２は、半導体チップ３の直
下に位置しており、そのため絶縁基板２は、半導体チッ
プ３実装のための基体，半導体チップ３発熱時の熱放
散，対地間絶縁の確保及び半導体チップ電極と外部電極
間接続のための中継体としての機能を具備する必要があ
る。絶縁基板２には、熱膨張係数の異なる半導体チップ
３や金属（銅）ベースが接合されるため、組立工程内の
熱履歴や実稼動での動作ならびに使用環境の温度変化に
より、熱応力が発生する。そのため、絶縁基板２に、こ
れら発生応力に耐えられる機械的特性が要求される。そ
して、セラミックスの破壊は、そのほとんどが引張応力
の作用によって起こり、しかもこの応力は、冷却時だけ
でなく昇温時においても発生する。このため、一般的に
行われている曲げ強度評価の他に、高温引張強度の評価
も重要である。特にシミュレーションによる応力解析に
おいて引張強度値は、真の強度であること等より、曲げ
強度値を用いた場合よりも精度の高い強度設計を行うこ
とができ、重要な特性である。
下に位置しており、そのため絶縁基板２は、半導体チッ
プ３実装のための基体，半導体チップ３発熱時の熱放
散，対地間絶縁の確保及び半導体チップ電極と外部電極
間接続のための中継体としての機能を具備する必要があ
る。絶縁基板２には、熱膨張係数の異なる半導体チップ
３や金属（銅）ベースが接合されるため、組立工程内の
熱履歴や実稼動での動作ならびに使用環境の温度変化に
より、熱応力が発生する。そのため、絶縁基板２に、こ
れら発生応力に耐えられる機械的特性が要求される。そ
して、セラミックスの破壊は、そのほとんどが引張応力
の作用によって起こり、しかもこの応力は、冷却時だけ
でなく昇温時においても発生する。このため、一般的に
行われている曲げ強度評価の他に、高温引張強度の評価
も重要である。特にシミュレーションによる応力解析に
おいて引張強度値は、真の強度であること等より、曲げ
強度値を用いた場合よりも精度の高い強度設計を行うこ
とができ、重要な特性である。
【０００９】図３は、各種セラミックスにおける高温引
張強度の評価結果を示した図である。図３より、窒化ア
ルミニウム等の窒化物系セラミックスは、アルミナ等の
酸化物系セラミックスに比べて、高温域での強度低下が
少ないことが分かる。また、これらのなかで、窒化アル
ミニウムは特に強度が低いことが分かる。半導体チップ
３で発生した熱流束は、セラミックス基板２ａを経由し
て放熱金属ベース１に伝えられ、放熱フィンに逃がされ
る。このため、モジュールの低熱抵抗化には、大量の熱
流束を放熱金属ベース１に移動させる必要があることよ
り、セラミックス基板２ａには、高熱伝導・高熱放散性
が求められる。このため、低熱抵抗化には、窒化アルミ
ニウム等熱伝導率の高いセラミックスの適用や、セラミ
ックス板の薄板化等が行われている。
張強度の評価結果を示した図である。図３より、窒化ア
ルミニウム等の窒化物系セラミックスは、アルミナ等の
酸化物系セラミックスに比べて、高温域での強度低下が
少ないことが分かる。また、これらのなかで、窒化アル
ミニウムは特に強度が低いことが分かる。半導体チップ
３で発生した熱流束は、セラミックス基板２ａを経由し
て放熱金属ベース１に伝えられ、放熱フィンに逃がされ
る。このため、モジュールの低熱抵抗化には、大量の熱
流束を放熱金属ベース１に移動させる必要があることよ
り、セラミックス基板２ａには、高熱伝導・高熱放散性
が求められる。このため、低熱抵抗化には、窒化アルミ
ニウム等熱伝導率の高いセラミックスの適用や、セラミ
ックス板の薄板化等が行われている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来は、特開平５−１
６６９６９号公報に記載されているように、組立熱履歴
で絶縁基板に亀裂の発生するのを防ぐために、セラミッ
ク基板の端面と銅箔の縁との関係について研究が成され
ていた。しかし、回路パターンとその上にはんだによっ
て固着する外部導出端子との関係については考慮されて
いなかった。また、モジュールの小形化のために絶縁基
板も小形化が図られたので、絶縁基板上の外部導出端子
とのはんだ接合部の回路パターンもはんだ接合面積しか
確保されていなかった。
６６９６９号公報に記載されているように、組立熱履歴
で絶縁基板に亀裂の発生するのを防ぐために、セラミッ
ク基板の端面と銅箔の縁との関係について研究が成され
ていた。しかし、回路パターンとその上にはんだによっ
て固着する外部導出端子との関係については考慮されて
いなかった。また、モジュールの小形化のために絶縁基
板も小形化が図られたので、絶縁基板上の外部導出端子
とのはんだ接合部の回路パターンもはんだ接合面積しか
確保されていなかった。
【００１１】図４は外部導出端子の固着部分の断面図で
ある。この図４の構造における熱応力解析（二次元弾性
解析）を行ったところ、銅板２ｃ端部のセラミックス基
板２ａとの接合界面であるＡ点に集中応力が発生してい
ることが分かった。この応力について表したのが図５で
ある。図５は外部導出端子の接合部の部分拡大図であ
り、（ａ）は常温での状態図であり、（ｂ）は昇温での
状態図であり、（ｃ）は降温での状態図である。回路パ
ターン側において、温度サイクルの昇温過程（２３３Ｋ
〜３９８Ｋ）では圧縮，降温過程（３９８Ｋ〜２９８
Ｋ）では引張りの応力が働いている。温度サイクルによ
る基板損傷は、降温過程において熱膨張係数差によりモ
ジュール全体が変形し、外部導出端子に引張応力が作用
するため、端子はんだ接合部近傍のセラミックス表面に
は、モジュールの変形に伴う一様な引張応力に加えて、
外部導出端子の引張作用に伴う局所的な引張応力が作用
することになる。これら応力が破壊強度に達し、基板損
傷に至る場合がある。
ある。この図４の構造における熱応力解析（二次元弾性
解析）を行ったところ、銅板２ｃ端部のセラミックス基
板２ａとの接合界面であるＡ点に集中応力が発生してい
ることが分かった。この応力について表したのが図５で
ある。図５は外部導出端子の接合部の部分拡大図であ
り、（ａ）は常温での状態図であり、（ｂ）は昇温での
状態図であり、（ｃ）は降温での状態図である。回路パ
ターン側において、温度サイクルの昇温過程（２３３Ｋ
〜３９８Ｋ）では圧縮，降温過程（３９８Ｋ〜２９８
Ｋ）では引張りの応力が働いている。温度サイクルによ
る基板損傷は、降温過程において熱膨張係数差によりモ
ジュール全体が変形し、外部導出端子に引張応力が作用
するため、端子はんだ接合部近傍のセラミックス表面に
は、モジュールの変形に伴う一様な引張応力に加えて、
外部導出端子の引張作用に伴う局所的な引張応力が作用
することになる。これら応力が破壊強度に達し、基板損
傷に至る場合がある。
【００１２】図６は、窒化アルミニウムの絶縁基板に外
部導出端子を実装した状態での温度サイクル試験後の断
面図である。図６において、窒化アルミニウムのセラミ
ックス基板２ａは、セラミックスの厚さが０．６３５ｍ
ｍであり、外部導出端子４が搭載される一面側の銅板２
Ｃの厚さが０．３ｍｍであり、他面側の銅板の厚さが
０．２ｍｍである。この絶縁基板について、−４０℃で
１時間，常温（２３〜２５℃）で３０分，１２５℃で１
時間，常温で３０分を１サイクルとして温度サイクル試
験を行ったところ、１００サイクルで外部導出端子４の
はんだ接合部直下のセラミックス部分に、面方向に平行
なクラックＢの発生が見られた。このクラックは、銅板
２ｃとセラミックス基板２ａとの接合界面の銅板縁部を
起点に基板中央部に向かって進展している。
部導出端子を実装した状態での温度サイクル試験後の断
面図である。図６において、窒化アルミニウムのセラミ
ックス基板２ａは、セラミックスの厚さが０．６３５ｍ
ｍであり、外部導出端子４が搭載される一面側の銅板２
Ｃの厚さが０．３ｍｍであり、他面側の銅板の厚さが
０．２ｍｍである。この絶縁基板について、−４０℃で
１時間，常温（２３〜２５℃）で３０分，１２５℃で１
時間，常温で３０分を１サイクルとして温度サイクル試
験を行ったところ、１００サイクルで外部導出端子４の
はんだ接合部直下のセラミックス部分に、面方向に平行
なクラックＢの発生が見られた。このクラックは、銅板
２ｃとセラミックス基板２ａとの接合界面の銅板縁部を
起点に基板中央部に向かって進展している。
【００１３】この基板損傷は、絶縁耐圧の低下を引き起
こすものではないが、鉄道系車両に搭載されるＣＶＣ
Ｆ，ＶＶＶＦ等のコンバータ・インバータに用いられる
パワーモジュールでは前記試験で行われたような動作環
境を想定して考慮する必要がある。高信頼性パワーモジ
ュールにおける、より一層の絶縁信頼性の向上を図るた
めには、基板損傷を防ぐ構造として、（１）高強度のセ
ラミックス基板の採用，（２）低熱膨張・高弾性率ベー
ス材の採用，（３）絶縁基板への外部導出端子のはんだ
接続の廃止，（４）応力緩和・吸収効果のある外部導出
端子形状等が考えられる。しかし、前記（１）及び
（２）は、高価な材料を使わなければならず、コストア
ップの要因となり、（３）及び（４）は、内部配線の引
き回しが複雑になるため、内部インダクタンスの上昇に
伴うスイッチング速度等の電気特性に影響を及ぼすとい
う課題がある。
こすものではないが、鉄道系車両に搭載されるＣＶＣ
Ｆ，ＶＶＶＦ等のコンバータ・インバータに用いられる
パワーモジュールでは前記試験で行われたような動作環
境を想定して考慮する必要がある。高信頼性パワーモジ
ュールにおける、より一層の絶縁信頼性の向上を図るた
めには、基板損傷を防ぐ構造として、（１）高強度のセ
ラミックス基板の採用，（２）低熱膨張・高弾性率ベー
ス材の採用，（３）絶縁基板への外部導出端子のはんだ
接続の廃止，（４）応力緩和・吸収効果のある外部導出
端子形状等が考えられる。しかし、前記（１）及び
（２）は、高価な材料を使わなければならず、コストア
ップの要因となり、（３）及び（４）は、内部配線の引
き回しが複雑になるため、内部インダクタンスの上昇に
伴うスイッチング速度等の電気特性に影響を及ぼすとい
う課題がある。
【００１４】この発明の目的は、前記の課題を解決し
て、絶縁基板への外部導出端子のはんだ接続を有する構
造で絶縁劣化を防止し、絶縁信頼性を向上させることに
ある。
て、絶縁基板への外部導出端子のはんだ接続を有する構
造で絶縁劣化を防止し、絶縁信頼性を向上させることに
ある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、絶縁樹脂製のケース枠と、このケース枠の一方の
開口を閉塞する金属製の放熱ベースと、セラミックスか
らなる平板の両面に銅板が張られ一面の銅板上に半導体
素子が実装され他面の銅板が前記放熱ベースの内面に固
着された絶縁基板と、前記一面の銅板上に実装されて外
部に導出される外部導出端子と、前記絶縁基板を封止す
る樹脂封止材と、前記ケース枠の他方の開口を閉塞する
蓋とを有してなる半導体装置において、外部導出端子と
前記一面の銅板とのはんだによる接合部が銅板の縁より
少なくとも３ｍｍ内側であることとする。
めに、絶縁樹脂製のケース枠と、このケース枠の一方の
開口を閉塞する金属製の放熱ベースと、セラミックスか
らなる平板の両面に銅板が張られ一面の銅板上に半導体
素子が実装され他面の銅板が前記放熱ベースの内面に固
着された絶縁基板と、前記一面の銅板上に実装されて外
部に導出される外部導出端子と、前記絶縁基板を封止す
る樹脂封止材と、前記ケース枠の他方の開口を閉塞する
蓋とを有してなる半導体装置において、外部導出端子と
前記一面の銅板とのはんだによる接合部が銅板の縁より
少なくとも３ｍｍ内側であることとする。
【００１６】また、絶縁基板は窒化アルミニウムとし、
セラミックス基板の厚さが０．２５〜０．８ｍｍであ
り、銅板の厚さが０．２〜０．３ｍｍとする。この発明
の構成によれば、セラミックスに作用する応力を、セラ
ミックスの破壊応力以下に抑えることができ、絶縁劣化
を防止することができる。
セラミックス基板の厚さが０．２５〜０．８ｍｍであ
り、銅板の厚さが０．２〜０．３ｍｍとする。この発明
の構成によれば、セラミックスに作用する応力を、セラ
ミックスの破壊応力以下に抑えることができ、絶縁劣化
を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施例のパッケ
ージ構造における外部導出端子と銅板とのはんだによる
接合部と銅板（回路パターン）端部からの距離（Ｘ）を
種々変えてのセラミックス基板の最大主応力を表した図
である。用いたセラミックス基板は窒化アルミニウムで
あり、その厚さはセラミックス基板が０．６３５ｍｍで
あり、外部導出端子が搭載される一面側の銅板の厚さが
０．３ｍｍであり、他面側の銅板の厚さが０．２ｍｍで
ある。
ージ構造における外部導出端子と銅板とのはんだによる
接合部と銅板（回路パターン）端部からの距離（Ｘ）を
種々変えてのセラミックス基板の最大主応力を表した図
である。用いたセラミックス基板は窒化アルミニウムで
あり、その厚さはセラミックス基板が０．６３５ｍｍで
あり、外部導出端子が搭載される一面側の銅板の厚さが
０．３ｍｍであり、他面側の銅板の厚さが０．２ｍｍで
ある。
【００１８】図１において、端子のはんだ接続部の位置
が銅板縁部より内側になるのに従って最大主応力が低下
しており、縁部より３ｍｍ内側とすることにより発生応
力が１３０ＭＰａとなる。この発生応力はセラミックス
（窒化アルミニウム）の破壊応力以下になり、基板損傷
を防止できた。
が銅板縁部より内側になるのに従って最大主応力が低下
しており、縁部より３ｍｍ内側とすることにより発生応
力が１３０ＭＰａとなる。この発生応力はセラミックス
（窒化アルミニウム）の破壊応力以下になり、基板損傷
を防止できた。
【００１９】
【発明の効果】この発明によれば、外部導出端子と銅板
とのはんだによる接合部を銅板の縁より３ｍｍ内側とす
ることで、セラミックスに作用する応力をセラミックス
の破壊応力以下に抑えることができ、クラックによる絶
縁劣化を防止することができた。
とのはんだによる接合部を銅板の縁より３ｍｍ内側とす
ることで、セラミックスに作用する応力をセラミックス
の破壊応力以下に抑えることができ、クラックによる絶
縁劣化を防止することができた。
【図１】この発明の実施例のパッケージ構造における外
部導出端子と銅板とのはんだによる接合部と銅板端部か
らの距離（Ｘ）を種々変えてのセラミックス基板の最大
主応力を表した図
部導出端子と銅板とのはんだによる接合部と銅板端部か
らの距離（Ｘ）を種々変えてのセラミックス基板の最大
主応力を表した図
【図２】パワートランジスタモジュールの構成断面図
【図３】各種セラミックスにおける高温引張強度の評価
結果を示した図
結果を示した図
【図４】外部導出端子の固着部分の断面図
【図５】外部導出端子の接合部の部分拡大図で、（ａ）
は常温での状態図、（ｂ）は昇温での状態図、（ｃ）は
降温での状態図
は常温での状態図、（ｂ）は昇温での状態図、（ｃ）は
降温での状態図
【図６】窒化アルミニウムの絶縁基板に外部導出端子を
実装した状態での温度サイクル試験後の断面図
実装した状態での温度サイクル試験後の断面図
１ 放熱金属ベース ２ 絶縁基板 ２ａ セラミックス基板 ２ｂ 銅板 ２ｃ 銅板 ３ 半導体チップ ４ 外部導出端子 ５ 樹脂ケース ６ アルミワイヤ ７ ゲル状樹脂 ８ 蓋
Claims (4)
- 【請求項１】絶縁樹脂製のケース枠と、このケース枠の
一方の開口を閉塞する金属製の放熱ベースと、セラミッ
クスからなる平板の両面に銅板が張られ一面の銅板上に
半導体素子が実装され他面の銅板が前記放熱ベースの内
面に固着された絶縁基板と、前記一面の銅板上に実装さ
れて外部に導出される外部導出端子と、前記絶縁基板を
封止する樹脂封止材と、前記ケース枠の他方の開口を閉
塞する蓋とを有してなる半導体装置において、外部導出
端子と前記一面の銅板とのはんだによる接合部が銅板の
縁より少なくとも３ｍｍ内側であることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項２】絶縁基板のセラミックス基板が窒化アルミ
ニウムであることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。 - 【請求項３】絶縁基板のセラミックス基板の厚さが０．
２５〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１記載
の半導体装置。 - 【請求項４】絶縁基板の銅板の厚さが０．２〜０．３ｍ
ｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027500A JPH11233671A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027500A JPH11233671A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233671A true JPH11233671A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12222874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10027500A Withdrawn JPH11233671A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233671A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690087B2 (en) * | 2000-12-28 | 2004-02-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Power semiconductor module ceramic substrate with upper and lower plates attached to a metal base |
| JP2010021338A (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN110120375A (zh) * | 2014-05-20 | 2019-08-13 | 三菱电机株式会社 | 功率用半导体装置 |
| CN114695290A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-01 | 西安交通大学 | 一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块 |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP10027500A patent/JPH11233671A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690087B2 (en) * | 2000-12-28 | 2004-02-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Power semiconductor module ceramic substrate with upper and lower plates attached to a metal base |
| US6914325B2 (en) | 2000-12-28 | 2005-07-05 | Fuji Electric Co. Ltd. | Power semiconductor module |
| JP2010021338A (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN110120375A (zh) * | 2014-05-20 | 2019-08-13 | 三菱电机株式会社 | 功率用半导体装置 |
| CN114695290A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-01 | 西安交通大学 | 一种基于SiC MOSFET的多芯片并联半桥模块 |
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