JPS5893358A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5893358A
JPS5893358A JP56194698A JP19469881A JPS5893358A JP S5893358 A JPS5893358 A JP S5893358A JP 56194698 A JP56194698 A JP 56194698A JP 19469881 A JP19469881 A JP 19469881A JP S5893358 A JPS5893358 A JP S5893358A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、大電力半導体モジュールに使用する半導体
チップを外装容器内に装着し、外部電極を引出し樹脂封
止した半導体装置に関する。
大電力用半導体モジュールは半導体チップの表面保護や
樹脂封止技術の進歩により、小形簡素化。
絶縁の向上９機能の複合集積化及び低価格が可能となシ
、このようＫされた製品が出現するようになってからま
だ２年程度しかたっていないが、最近広範囲の分野で急
速に利用されるようになり九。
従来のむの種の半導体装置は第１図に大電力パワーモジ
ュールを縦断面図で示すようになっていた。（１）は放
熱金属板、（２）は四角筒をなしこの放熱金属板上に接
着剤又は接着テープなど接着材（３）Ｋより接着された
外装容器で、比較的耐熱性の低い射出成型用樹脂（例え
ばＰＢＴ系樹脂、ＰＰＳ系樹脂。
フェノール系樹脂などが使用される）を使用している。
（４）は絶縁材からなシ放熱金属板（１）上に接着剤（
３）によシ接着された外部電極用１台、（５）はこの架
台上にはんだ材（６）によシ接合された外部電極、（７
）は電力用半導体チップ、（８）はこの半導体チップ側
を絶縁し、かつ、放熱金属板（１）へ効率よく熱伝達す
るためのアルミナセラミック板で、両面にメタライズ層
（９）が印刷されていてはんだ材（６）Ｋより放熱金属
板（１）に接合されている。αＱはアルミナセランツク
板（８）上にはんだ材（６）Ｋよシ接合されたヒートシ
ンク板で、上面に半導体チップ（７）をはんだ材（６）
により接合している０（ロ）は半導体チップ（７）と外
部電極（５）とを接続するアルミ線、（２）は外装容器
（２）内に充てんされ、半導体チップ（７）部を絶縁封
止し、かつ、アルミ線（ロ）に機械的応力が加わるのを
軽減するようにした封止樹脂で、軟質のシリコーン系樹
脂を用いている。（至）は封止樹脂（６）上に充てんさ
れ、外部電極（５）の固定及び外部からの機械的作用に
対し保護する保護樹脂で、比較的硬質のエポキシ系樹脂
を用いている。
上記従来の装置は、外装容器（２）、外部電極用架台（
４）がそれぞれ別個に放熱金属板（１）に接着あるいは
はんだ付けされており、それぞれの部品の位置決め及び
取付けに手間がかかり、また、それぞれの接着やはんだ
付けＫも問題が生じていた０特に１外装容器（２）は合
成樹脂からなり、放熱金属板（１）にろう付は接合はで
きなく、接着材で接着されているが、外形寸法が比較的
大きく、複雑な形状となっていて熱収縮による変形が生
じやすく、このため、外部からの水分がこの接着部から
浸入することが多かった。例えば、水の浸入に対する加
速試験の一つである１２５℃２に＠／　ａｍ”の水中に
浸漬する試験では、半導体チップ（７）の劣化及び絶縁
耐力の低下が５０〜１００時間程度で発生するという欠
点があつ九。
この発明は、セラミックからなる外装容器を上部が開口
した箱形に形成し、内壁に段付面を設け、外部電極をフ
レーム状に形成し、この外部電極の底辺部を上記段付面
上に硬ろう付は接合し、外装容器の底下面に放熱金属板
を硬ろう付は接合し、組立部品数を少なくシ、部品の位
置決め及び取付は作業の工程数を削減し、水分の浸入を
防止し、半導体チップの劣化及び絶縁耐力の低下を防止
した半導体装置を提供することを目的としている。
第２図及び第３図はこの発明の一実施例による半導体装
置を示゛す大電力パワーモジュールの平面図及び縦断面
図であり、（６）　、　（７）　、０１〜（６）は上記
従来装置と同一のものである。（２）はアルミナセラミ
ック材からなるセラミック外装容器で、底部を有し上部
が開口しており、内壁には中間高さ位置に段付面（２１
ａ　）が形成され、これよ少上方は内壁面が四周に広げ
られている。（イ）は外装容器（２）の段付面（２１ａ
）、底部上面と下面とに施されたメタライズ層（至）〜
（２）は底辺部が段付面（２１ａ）にメタライズ層（２
）を介し銀ろう（２）でろう付けされた複数の各極性部
電極で、ニッケルメッキ銅板からなるフレーム状に形成
されている。このフレームは鎖線で示すように連続して
多数個分がプレス打抜き成形された後、鎖線の縁部が切
落され１組宛の半導体チップが分離される。な・□お、
外部電極輪〜（２）の先端部は図では水平に折曲げてい
るが、上方に垂直に立上げられる場合もある０外装容器
（ロ）の底上面にメタ２イズ層（２）を介し、ニッケル
メッキ銅板からなる金属共通基板（２）が銀ろうに）付
けされ、この金属共通基板にヒートシンク板αＯがはん
だ材（６）を介し載せられ、このヒートシンク板ａＱ上
にはんだ材（６）を介し電力半導体チップ（７）及び還
流用ダイオードチップ（２）が載せられ、外部電極（２
）の底辺部上にはんだ材（６）を介しスピードアップ用
ダイオードチップ翰が載せられ、加熱処理によシ上記各
部品がはんだ付けされている。各半導体チップ（７）＠
＠及び四を対応する部品にそれぞれアルミ線α◇により
ワイヤボンドしている。セラミック外装容器（２）の底
下面には、メタライズ層（２）を介しニッケルメッキ銅
板からなる金肩当板曽が釧ろう曽付けされてあり、他の
放熱板や放熱フィンに容易にはんだ付は固着されるよう
にしである。ワイヤボンド後、外装容器（２）内に封止
樹脂（２）を充てんし封止している。
上記のように構成された一実施例の半導体装置は、従来
の装置の欠点を除去したもので、次のよう表多くの特長
をもっている。
１、　外部電極に導体板フレームを用いたので、セラミ
ック外装容器との位置決めが簡単で容易にでき、かつ、
このセラミック外装容器に銀ろう付けしたので、組立工
程中における半導体チップのはんだ付は時において再溶
融するおそれがなく、外装容器に完全に固定される。
２　上部が開口し有底の箱形の外装容器を用いたので、
水分の浸入が全くなくなシ、シたがって、ＰＣＴ試験に
おける評価が大幅に改善される。
＆　外装容器の内壁に段付面を設けたので、この段付１
ｉｌｉＫ底辺部が銀ろう付は固着され、大電流が流され
る外部電極に、直接アルミ線を超音波ボンディングする
ことができ、かつ、アルミ線の機械的保護用の軟質のシ
リコーン樹脂光てんのみでよく、シかも、側面および外
部電極から伝わる機械的ストレスに対しても十分保護す
ることが可能となり、従来のように、充てんした軟質の
シリコーン樹脂の上に１硬いエポキシ系の樹脂の充てん
が不用となる。
４　箱形のセラミック外装容器の中ですべての部品が組
立てられるので、他の部品との相互位置合せ作業が簡単
になり、量産化が容易となる。
４　箱形外装容器の底部の下面及び内面とに同時に金属
当板及び共通基板を硬ろう付けしたので、ろう付は時外
装容器にかかる機械的ストレス（主として熱膨張差によ
る）が軽減される。
ａ　外装容器の内壁に段付面を設けたので、半導体チッ
プと外部電極間の絶縁距離が垂直方向にも増されるので
、小形化することができる。
以上のように１この発明の半導体装置によれば、セラミ
ック外装容器を上部が開口して有底にし、内壁に中間高
さ位置に段付面を設け、導体板フレームからなる外部電
極の底辺部を上記段付面に硬ろう付けしたので、組立作
業が容易で簡略化され、低価格になり、量産化が可能と
なシ、外部からの水分の浸入が防止され、信頼性が向上
される。さらに外装容器の底部下面に金属当板を硬ろう
付けしたので、他の放熱板などに容易に軟ろう付は固着
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の半導体装置を示す大電力パワーモジュー
ルの要部の縦断面図、第２図はこの発明の一実施例によ
る半導体装置を示す大電力パワーモジュールの要部の半
面図、第３図は第２図の■■線における断面図である。 ６・・・はんだ材、７・・・半導体チップ、１０・・・
ヒートシンク板、１２・・・封止樹脂、２１・・・セラ
ミック外装容器、２１ａ・・・段付面、２２・・・メタ
ライズ層、２３〜２５・・・外部電極、２６・・・銀ろ
う、２７・・・金属共通基板、２８．２９・・・ダイオ
ードチップ、３０・・・金属当板なお、図中同一符号は
同−又は相当部分を示す。 代理人葛野信−（外１名） 第１図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 上方が開口し底部を有する箱形にされ、内壁に中間高さ
    位置に段付面が設けられ、上記底部の上面及び下面と段
    付面とにメタライズ層が施されたセラミック外装容器、
    導体板フレーム状をなし、底辺部が上記段付面に硬ろう
    付けされ端部が上方に引出された複数の外部電極、上記
    外装容器の底部上面に硬ろう付けされた金属共通基板、
    この共通基板上に軟ろう付けされ上面に半導体チップを
    軟ろう付けしたヒートシンク板、上記外装容器の底部下
    面に硬ろう付けされた金属画板、及び上記外装容器に充
    てんされ封止する軟質系の封止樹脂を備えた半導体装置
    ０
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