JP3573955B2 - パワー半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パワー半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図５において、１０１はパワー半導体装置、１０２はＩＧＢＴ等から成る半導体チップ、１０３は半導体チップ１０２で発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板、１０４は半導体チップ１０２を金属ベース板１０３から絶縁するための窒化アルミニウム等から成る厚さ０．６ｍｍ程度のセラミック板、１０５ａはセラミック板１０４の上面に設けられた銅等から成る厚さ０．４ｍｍ程度の第１の金属電極、１０５ｂはセラミック板１０４の下面に設けられた銅等から成る厚さ０．２ｍｍ程度の第２の金属電極、１０６ａはセラミック板１０４と第１の金属電極１０５ａとを接着する厚さ数百μｍ程度の第１のろうペースト、１０６ｂはセラミック板１０４と第２の金属電極１０５ｂとを接着する厚さ数百μｍ程度の第２のろうペースト、１０７ａは半導体チップ１０２と第１の金属電極１０５ａとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第１の半田、１０７ｂは金属ベース板１０３と第２の金属電極１０５ｂとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第２の半田、１０８ａは半導体チップ１０２に接続するアルミニウムから成る第１の金属ワイヤ、１０８ｂは第１の金属電極１０５ａに接続するアルミニウムから成る第２の金属ワイヤ、１０９は半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂ等を覆い、封止するシリコンゲルである。
【０００３】
従来のパワー半導体装置１０１では、半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂをシリコンゲル１０９で覆い、封止することにより、絶縁破壊電圧（以下、絶縁耐圧という）を確保している。
【０００４】
また、従来のパワー半導体装置１０１では、セラミック板１０４を第１，第２の金属電極１０５ａ，１０５ｂより大きくして、絶縁耐圧を高くしている。
【０００５】
次に従来のパワー半導体装置の製造方法について説明する。
従来のパワー半導体装置１０１を製造する場合、先ず、第１，第２のろうペースト１０６ａ，１０６ｂとなるろうペーストを、セラミック板１０４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極１０５ａ，１０５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板１０４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板１０４の両面に金属電極を接着する。
【０００６】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板１０４を、第２の半田１０７ｂとなる高温半田（融点：約２６０℃）により、金属ベース板１０３に接着し、半導体チップ１０２を、第１の半田１０７ａとなる低温半田（融点：約１５０℃）により、両面に金属電極が接着されたセラミック板１０４に接着する。
【０００７】
その後、第１の金属ワイヤ１０８ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ１０２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０８ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極１０５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【０００８】
その後、半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂ等が搭載された金属ベース板１０３をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル１０９をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂ等をシリコンゲル１０９で覆い、封止する。このようにして、従来のパワー半導体装置１０１を製造する。
【０００９】
なお、パワー半導体装置の絶縁破壊モードには、２つのモードが考えられる。第１のモードは、セラミック板の上面に設けられた第１の金属電極からセラミック板とシリコンゲルの界面を通ってセラミック基板の下面に設けられた第２の金属電極に抜けるモードであり、第２のモードは、第１の金属電極からシリコンゲル内を通って金属ベース板に抜けるモードである。
【００１０】
図６はパワー半導体装置の絶縁破壊モードの説明図である。図６において、１１１はパワー半導体装置、１１２は半導体チップ、１１３は金属ベース板、１１４はセラミック板、１１５ａは第１の金属電極、１１５ｂは第２の金属電極である。図６ではろうペースト、半田は省略して図示していない。
【００１１】
また、Ｌ１はセラミック板１１４の上面におけるセラミック板１１４の端部から第１の金属電極１１５ａまでの距離、Ｌ２はセラミック板１１４の下面におけるセラミック板１１４の端部から第２の金属電極１１５までの距離、ｄはセラミック板１１４の厚さ、ｔは金属ベース板１１３とセラミック板１１４との間隔である。
【００１２】
第１のモードの経路長Ｘ１は、Ｌ１＋ｄ＋Ｌ２であり、Ｘ１が長くなるほど、第１のモードの絶縁耐圧が高くなる。第２のモードの経路長Ｘ２は、Ｌ１＋ｄ＋ｔであり、Ｘ２が長くなるほど、第２のモードの絶縁耐圧が高くなる。第１のモードの経路長Ｘ１と第２のモードの経路長Ｘ２が同じ場合、第１のモードの絶縁耐圧は第２のモードの絶縁耐圧より小さい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワー半導体装置は以上のように構成されているので、第２のモードの経路長Ｘ２が短く、絶縁耐圧が第２のモードの絶縁耐圧に依存した小さなものになるという課題があった。
【００１４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、第２のモードの絶縁耐圧が大きいために、絶縁耐圧の大きなパワー半導体装置を得ることを目的とする。
【００１５】
なお、本願発明の関連技術として、特開昭６１−５１９４７号公報に開示されている技術がある。図７は特開昭６１−５１９４７号公報に開示された半導体装置の断面図である。図７において、１２１は半導体装置、１２２は絶縁体、１２３ａは絶縁体１２２の上面に設けられた第１のメタライズパターン、１２３ｂは絶縁体１２２の下面に設けられた第２のメタライズパターン、１２４は絶縁体１２２の両面の周縁部に設けられた凸部、１２６は放熱フィン、１２７は放熱フィン１２６に設けられた凸部である。
【００１６】
特開昭６１−５１９４７号公報に開示の技術は、絶縁体１２２の両面の周縁部に凸部１２４を設けることにより、上述した第１のモードの絶縁耐圧を向上させて、絶縁耐圧を向上させる技術であり、本願発明とは相違している。また、放熱フィン１２６に凸部１２７を設けた点も、半導体装置の組立作業を簡素化するためであり、この点においても、本願発明とは相違している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパワー半導体装置は、ベース板と絶縁板との間に設けられた、ベース板と絶縁板との間隔を広げるためのスペーサを備え、スペーサが、その側面が第２の電極の側面と同位置に来るように構成され、かつベース板と絶縁板との間隔が絶縁板の下面における絶縁板の端部から第２の電極までの距離より大きくなるように構成されているものである。
【００１９】
この発明に係るパワー半導体装置は、スペーサが、第２の電極と一体的に構成されているものである。
【００２０】
この発明に係るパワー半導体装置は、スペーサが、ベース板に形成された開口部に嵌め合わされているものである。
【００２１】
この発明に係るパワー半導体装置は、スペーサが、ベース板と一体的に構成されているものである。
【００２２】
この発明に係るパワー半導体装置の製造方法は、ろうペーストを、ベース板の上面に印刷し、スペーサを、ベース板の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、熱処理することにより、ベース板にスペーサを接着する工程と、両面に第１，第２の電極となる電極が接着された絶縁板を、半田により、スペーサに接着する工程とを含むものである。
【００２３】
この発明に係るパワー半導体装置の製造方法は、一方の面に第１の電極となる電極が接着され、他方の面に第２の電極と一体的に構成されたスペーサが接着された絶縁板を、半田により、ベース板に接着する工程を含むものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図１において、１はパワー半導体装置、２はＩＧＢＴ等から成る半導体チップ、３は半導体チップ２で発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板（ベース板）、４は半導体チップ２を金属ベース板３から絶縁するための窒化アルミニウム等から成る厚さｄが０．６ｍｍ程度のセラミック板（絶縁板）、５ａはセラミック板４の上面に設けられた銅等から成る厚さ０．４ｍｍ程度の第１の金属電極（第１の電極）、５ｂはセラミック板４の下面に設けられた銅等から成る厚さ０．２ｍｍ程度の第２の金属電極（第２の電極）、６ａはセラミック板４と第１の金属電極５ａとを接着する厚さ数百μｍ程度の第１のろうペースト、６ｂはセラミック板４と第２の金属電極５ｂとを接着する厚さ数百μｍ程度の第２のろうペースト、７は金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、８は金属ベース板３と金属スペーサ７とを接着する厚さ数百μｍ程度の第３のろうペースト、９ａは半導体チップ２と第１の金属電極５ａとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第１の半田、９ｂは金属スペーサ７と第２の金属電極５ｂとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第２の半田、１０ａは半導体チップ２に接続するアルミニウムから成る第１の金属ワイヤ、１０ｂは第１の金属電極５ａに接続するアルミニウムから成る第２の金属ワイヤ、１１は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ７等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。
【００２５】
実施の形態１によるパワー半導体装置１では、金属スペーサ７を、金属ベース板３とセラミック板４との間に設けている。そして、金属スペーサ７の厚さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板３とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００２６】
また、実施の形態１によるパワー半導体装置１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００２７】
次に実施の形態１によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態１によるパワー半導体装置１を製造する場合、先ず、第１，第２のろうペースト６ａ，６ｂとなるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極５ａ，５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の両面に金属電極を接着する。
【００２８】
その後、第３のろうペースト８となるろうペーストを、金属ベース板３の上面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、金属スペーサ７を、金属ベース板３の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、金属ベース板３に金属スペーサ７を接着する。
【００２９】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を、第２の半田９ｂとなる高温半田により、金属スペーサ７に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着する。
【００３０】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００３１】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ７等が搭載された金属ベース板３をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル１１をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ７等をシリコンゲル１１で覆い、封止する。このようにして実施の形態１によるパワー半導体装置１を製造する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１によれば、金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ７を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００３３】
また、この実施の形態１によれば、金属スペーサ７の厚さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００３４】
また、この実施の形態１によれば、金属スペーサ７をろうペーストで金属ベース板３に接着し、その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を高温半田により金属スペーサ７に接着し、その後、半導体チップ２を低温半田により両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着するので、金属スペーサ７と金属ベース板３とを脱着させずに両面に金属電極が接着されたセラミック板４を金属スペーサ７に接着することができ、また、金属スペーサ７と金属ベース板３及び両面に金属電極が接着されたセラミック板４と金属スペーサ７を脱着させずに半導体チップ２を両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着することができる効果が得られる。
【００３５】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図２において、２１はパワー半導体装置、２２は金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、２３はセラミック板４と金属スペーサ２２とを接着する厚さ数百μｍ程度の第２のろうペースト、２４は金属ベース板３と金属スペーサ２２とを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第２の半田、２５は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び金属スペーサ２２等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。その他の構成要素は図１で同一符号を付して示したものと同等である。
【００３６】
実施の形態２によるパワー半導体装置２１では、金属スペーサ２２を、金属ベース板３とセラミック板４との間に設けている。そして、金属スペーサ２２の厚さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板３とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００３７】
また、実施の形態２によるパワー半導体装置２１では、金属スペーサ２２を、セラミック板４の下面に設けられる第２の金属電極と一体的に構成している。
【００３８】
また、実施の形態２によるパワー半導体装置２１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２までの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００３９】
次に実施の形態２によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態２によるパワー半導体装置２１を製造する場合、先ず、第１，第２のろうペースト６ａ，２３となるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１の金属電極５ａとなる金属電極を、セラミック板４の一方の面に印刷されたろうペースト上に載せ、金属スペーサ２２を、セラミック板４の他方の面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の一方の面に金属電極を接着し、他方の面に金属スペーサ２２を接着する。
【００４０】
その後、一方の面に金属電極が接着され、他方の面に金属スペーサ２２が接着されたセラミック板４を、第２の半田２４となる高温半田により、金属ベース板３に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、一方の面に金属電極が接着され、他方の面に金属スペーサ２２が接着されたセラミック板４に接着する。
【００４１】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００４２】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２等が搭載された金属ベース板３をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル２５をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２等をシリコンゲル２５で覆い、封止する。このようにして実施の形態２によるパワー半導体装置２１を製造する。
【００４３】
以上のように、この実施の形態２によれば、金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ２２を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００４４】
また、この実施の形態２によれば、金属スペーサ２２の厚さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２までの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置２１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００４５】
さらに、この実施の形態２によれば、金属スペーサ２２を、第２の金属電極と一体的に構成しているので、製造工程を簡略化できる効果が得られる。
【００４６】
さらに、この実施の形態２によれば、一方の面に金属電極が接着され他方の面に金属スペーサ２２が接着されたセラミック板４を高温半田により金属ベース板３に接着するので、金属ベース板３の歪みが小さくなり、その結果、金属ベース板３からの放熱性が高くなる効果が得られる。
【００４７】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図３において、３１はパワー半導体装置、３２は半導体チップ２に発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板（ベース板）、３３は金属ベース板３２に形成された開口部、３４は金属ベース板３２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、３５は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ３４等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。その他の構成要素は図１で同一符号を付して示したものと同等である。
【００４８】
実施の形態３によるパワー半導体装置３１では、金属スペーサ３４を、金属ベース板３２に形成された、金属スペーサ３４よりわずかに小さな寸法の開口部３３に嵌め合わせている。そして、金属スペーサ３２の厚さを７ｍｍ程度とし、金属ベース板３２の開口部３３から外部に突出する部分の長さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板３とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００４９】
また、実施の形態３によるパワー半導体装置３１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００５０】
次に実施の形態３によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態３によるパワー半導体装置３１を製造する場合、先ず、金属ベース板３２に金属スペーサ３４よりわずかに小さな寸法の開口部３３を穴開け加工により形成する。そして、金属スペーサ３４を冷却して、金属ベース板３２に形成された開口部３３に挿入する。室温に戻るとき、熱膨張により、金属スペーサ３４は金属ベース板３２に形成された開口部３３に嵌め合わされる。
【００５１】
その後、第１，第２のろうペースト６ａ，６ｂとなるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極５ａ，５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の両面に金属電極を接着する。
【００５２】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を、第２の半田９ｂとなる高温半田により、金属スペーサ３４に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着する。
【００５３】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００５４】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ３４等が搭載された金属ベース板３２をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル３５をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ３４等をシリコンゲル３５で覆い、封止する。このようにして実施の形態３によるパワー半導体装置３１を製造する。
【００５５】
以上のように、この実施の形態３によれば、金属ベース板３２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ３４を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００５６】
また、この実施の形態３によれば、金属スペーサ３４の厚さを７ｍｍ程度とすることにより金属ベース板３２の開口部３３から外部に突出する部分の高さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置３１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００５７】
また、この実施の形態３によれば、金属スペーサ３４を、金属ベース板３２に形成された、金属スペーサ３４よりわずかに小さな寸法の開口部３３に嵌め合わせているので、金属スペーサ３４と金属ベース板３２との密着性が高く、従って、金属ベース板３への放熱性が高くなる効果が得られる。
【００５８】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図４において、４１はパワー半導体装置、４２は半導体チップ２に発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板（ベース板）、４３は金属ベース板４２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、４４は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ４３等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。その他の構成要素は図１で同一符号を付して示したものと同等である。
【００５９】
実施の形態４によるパワー半導体装置４１では、金属スペーサ４３を、金属ベース板４２と一体的に構成している。そして、金属スペーサ４３としての金属ベース板４２の凸部の高さの厚さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板４２とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００６０】
また、実施の形態４によるパワー半導体装置４１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００６１】
次に実施の形態４によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態４によるパワー半導体装置４１を製造する場合、先ず、金属スペーサ４３としての凸部を有する金属ベース板４２を削り加工により形成する。
【００６２】
その後、第１，第２のろうペースト６ａ，６ｂとなるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極５ａ，５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の両面に金属電極を接着する。
【００６３】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を、第２の半田９ｂとなる高温半田により、金属スペーサ４３に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着する。
【００６４】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００６５】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び第２の金属電極５ｂが搭載された金属ベース板４２をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル４４をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ４３としての金属ベース板４２の凸部等をシリコンゲル４４で覆い、封止する。このようにして実施の形態４によるパワー半導体装置４１を製造する。
【００６６】
以上のように、この実施の形態４によれば、金属ベース板４２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ４３を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００６７】
また、この実施の形態４によれば、金属スペーサ４３としての金属ベース板４２の凸部の高さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置４１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００６８】
また、この実施の形態４によれば、金属スペーサ４３を、金属ベース板４２と一体的に構成しているので、金属ベース板４２への放熱性が高くなる効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ベース板と絶縁板との間に設けられた、ベベース板と絶縁板との間隔を広げるためのスペーサを備え、スペーサを、その側面が第２の電極の側面と同位置に来るように構成したので、第１の電極から絶縁封止材内を通ってベース板に抜ける絶縁破壊モードの経路長が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、スペーサを、ベース板と絶縁板との間隔が絶縁板の下面における絶縁板の端部から第２の電極までの距離より大きくなるように構成したので、絶縁耐圧が飽和した値となる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、スペーサを、第２の電極と一体的に構成したので、製造工程を簡略化できる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、スペーサを、ベース板に形成された開口部に嵌め合わせるように構成したので、ベース板への放熱性が高くなる効果がある。
【００７３】
この発明によれば、スペーサを、ベース板と一体的に構成したので、ベース板への放熱性が高くなる効果がある。
【００７４】
この発明によれば、ろうペーストを、ベース板の上面に印刷し、スペーサを、ベース板の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、熱処理することにより、ベース板にスペーサを接着する工程と、両面に第１，第２の電極となる電極が接着された絶縁板を、半田により、スペーサに接着する工程とを含むので、スペーサとベース板とを脱着させずに両面に金属電極が接着された絶縁板をスペーサに接着することができ、また、スペーサとベース板及び両面に金属電極が接着された絶縁板とスペーサを脱着させずに半導体チップを両面に金属電極が接着された絶縁板に接着することができる効果がある。
【００７５】
この発明によれば、一方の面に第１の電極となる電極が接着され、他方の面に第２の電極と一体的に構成されたスペーサが接着された絶縁板を、半田により、ベース板に接着する工程を含むので、ベース板への放熱性が高いパワー半導体装置を製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図５】従来のパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図６】パワー半導体装置の絶縁破壊モードの説明図である。
【図７】特開昭６１−５１９４７号公報に開示された半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ パワー半導体装置、２ 半導体チップ、３，３２，４２ 金属ベース板（ベース板）、４ セラミック板（絶縁板）、５ａ 第１の金属電極（第１の電極）、５ｂ 第２の金属電極（第２の電極）、７，２２，３４，４３ 金属スペーサ（スペーサ）、１１，２５，３５，４４ シリコンゲル（絶縁封止材）、３３ 開口部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、パワー半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図５において、１０１はパワー半導体装置、１０２はＩＧＢＴ等から成る半導体チップ、１０３は半導体チップ１０２で発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板、１０４は半導体チップ１０２を金属ベース板１０３から絶縁するための窒化アルミニウム等から成る厚さ０．６ｍｍ程度のセラミック板、１０５ａはセラミック板１０４の上面に設けられた銅等から成る厚さ０．４ｍｍ程度の第１の金属電極、１０５ｂはセラミック板１０４の下面に設けられた銅等から成る厚さ０．２ｍｍ程度の第２の金属電極、１０６ａはセラミック板１０４と第１の金属電極１０５ａとを接着する厚さ数百μｍ程度の第１のろうペースト、１０６ｂはセラミック板１０４と第２の金属電極１０５ｂとを接着する厚さ数百μｍ程度の第２のろうペースト、１０７ａは半導体チップ１０２と第１の金属電極１０５ａとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第１の半田、１０７ｂは金属ベース板１０３と第２の金属電極１０５ｂとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第２の半田、１０８ａは半導体チップ１０２に接続するアルミニウムから成る第１の金属ワイヤ、１０８ｂは第１の金属電極１０５ａに接続するアルミニウムから成る第２の金属ワイヤ、１０９は半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂ等を覆い、封止するシリコンゲルである。
【０００３】
従来のパワー半導体装置１０１では、半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂをシリコンゲル１０９で覆い、封止することにより、絶縁破壊電圧（以下、絶縁耐圧という）を確保している。
【０００４】
また、従来のパワー半導体装置１０１では、セラミック板１０４を第１，第２の金属電極１０５ａ，１０５ｂより大きくして、絶縁耐圧を高くしている。
【０００５】
次に従来のパワー半導体装置の製造方法について説明する。
従来のパワー半導体装置１０１を製造する場合、先ず、第１，第２のろうペースト１０６ａ，１０６ｂとなるろうペーストを、セラミック板１０４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極１０５ａ，１０５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板１０４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板１０４の両面に金属電極を接着する。
【０００６】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板１０４を、第２の半田１０７ｂとなる高温半田（融点：約２６０℃）により、金属ベース板１０３に接着し、半導体チップ１０２を、第１の半田１０７ａとなる低温半田（融点：約１５０℃）により、両面に金属電極が接着されたセラミック板１０４に接着する。
【０００７】
その後、第１の金属ワイヤ１０８ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ１０２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０８ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極１０５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【０００８】
その後、半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂ等が搭載された金属ベース板１０３をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル１０９をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ１０２、セラミック板１０４、第１の金属電極１０５ａ及び第２の金属電極１０５ｂ等をシリコンゲル１０９で覆い、封止する。このようにして、従来のパワー半導体装置１０１を製造する。
【０００９】
なお、パワー半導体装置の絶縁破壊モードには、２つのモードが考えられる。第１のモードは、セラミック板の上面に設けられた第１の金属電極からセラミック板とシリコンゲルの界面を通ってセラミック基板の下面に設けられた第２の金属電極に抜けるモードであり、第２のモードは、第１の金属電極からシリコンゲル内を通って金属ベース板に抜けるモードである。
【００１０】
図６はパワー半導体装置の絶縁破壊モードの説明図である。図６において、１１１はパワー半導体装置、１１２は半導体チップ、１１３は金属ベース板、１１４はセラミック板、１１５ａは第１の金属電極、１１５ｂは第２の金属電極である。図６ではろうペースト、半田は省略して図示していない。
【００１１】
また、Ｌ１はセラミック板１１４の上面におけるセラミック板１１４の端部から第１の金属電極１１５ａまでの距離、Ｌ２はセラミック板１１４の下面におけるセラミック板１１４の端部から第２の金属電極１１５までの距離、ｄはセラミック板１１４の厚さ、ｔは金属ベース板１１３とセラミック板１１４との間隔である。
【００１２】
第１のモードの経路長Ｘ１は、Ｌ１＋ｄ＋Ｌ２であり、Ｘ１が長くなるほど、第１のモードの絶縁耐圧が高くなる。第２のモードの経路長Ｘ２は、Ｌ１＋ｄ＋ｔであり、Ｘ２が長くなるほど、第２のモードの絶縁耐圧が高くなる。第１のモードの経路長Ｘ１と第２のモードの経路長Ｘ２が同じ場合、第１のモードの絶縁耐圧は第２のモードの絶縁耐圧より小さい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワー半導体装置は以上のように構成されているので、第２のモードの経路長Ｘ２が短く、絶縁耐圧が第２のモードの絶縁耐圧に依存した小さなものになるという課題があった。
【００１４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、第２のモードの絶縁耐圧が大きいために、絶縁耐圧の大きなパワー半導体装置を得ることを目的とする。
【００１５】
なお、本願発明の関連技術として、特開昭６１−５１９４７号公報に開示されている技術がある。図７は特開昭６１−５１９４７号公報に開示された半導体装置の断面図である。図７において、１２１は半導体装置、１２２は絶縁体、１２３ａは絶縁体１２２の上面に設けられた第１のメタライズパターン、１２３ｂは絶縁体１２２の下面に設けられた第２のメタライズパターン、１２４は絶縁体１２２の両面の周縁部に設けられた凸部、１２６は放熱フィン、１２７は放熱フィン１２６に設けられた凸部である。
【００１６】
特開昭６１−５１９４７号公報に開示の技術は、絶縁体１２２の両面の周縁部に凸部１２４を設けることにより、上述した第１のモードの絶縁耐圧を向上させて、絶縁耐圧を向上させる技術であり、本願発明とは相違している。また、放熱フィン１２６に凸部１２７を設けた点も、半導体装置の組立作業を簡素化するためであり、この点においても、本願発明とは相違している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパワー半導体装置は、ベース板と絶縁板との間に設けられた、ベース板と絶縁板との間隔を広げるためのスペーサを備え、スペーサが、その側面が第２の電極の側面と同位置に来るように構成され、かつベース板と絶縁板との間隔が絶縁板の下面における絶縁板の端部から第２の電極までの距離より大きくなるように構成されているものである。
【００１９】
この発明に係るパワー半導体装置は、スペーサが、第２の電極と一体的に構成されているものである。
【００２０】
この発明に係るパワー半導体装置は、スペーサが、ベース板に形成された開口部に嵌め合わされているものである。
【００２１】
この発明に係るパワー半導体装置は、スペーサが、ベース板と一体的に構成されているものである。
【００２２】
この発明に係るパワー半導体装置の製造方法は、ろうペーストを、ベース板の上面に印刷し、スペーサを、ベース板の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、熱処理することにより、ベース板にスペーサを接着する工程と、両面に第１，第２の電極となる電極が接着された絶縁板を、半田により、スペーサに接着する工程とを含むものである。
【００２３】
この発明に係るパワー半導体装置の製造方法は、一方の面に第１の電極となる電極が接着され、他方の面に第２の電極と一体的に構成されたスペーサが接着された絶縁板を、半田により、ベース板に接着する工程を含むものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図１において、１はパワー半導体装置、２はＩＧＢＴ等から成る半導体チップ、３は半導体チップ２で発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板（ベース板）、４は半導体チップ２を金属ベース板３から絶縁するための窒化アルミニウム等から成る厚さｄが０．６ｍｍ程度のセラミック板（絶縁板）、５ａはセラミック板４の上面に設けられた銅等から成る厚さ０．４ｍｍ程度の第１の金属電極（第１の電極）、５ｂはセラミック板４の下面に設けられた銅等から成る厚さ０．２ｍｍ程度の第２の金属電極（第２の電極）、６ａはセラミック板４と第１の金属電極５ａとを接着する厚さ数百μｍ程度の第１のろうペースト、６ｂはセラミック板４と第２の金属電極５ｂとを接着する厚さ数百μｍ程度の第２のろうペースト、７は金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、８は金属ベース板３と金属スペーサ７とを接着する厚さ数百μｍ程度の第３のろうペースト、９ａは半導体チップ２と第１の金属電極５ａとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第１の半田、９ｂは金属スペーサ７と第２の金属電極５ｂとを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第２の半田、１０ａは半導体チップ２に接続するアルミニウムから成る第１の金属ワイヤ、１０ｂは第１の金属電極５ａに接続するアルミニウムから成る第２の金属ワイヤ、１１は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ７等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。
【００２５】
実施の形態１によるパワー半導体装置１では、金属スペーサ７を、金属ベース板３とセラミック板４との間に設けている。そして、金属スペーサ７の厚さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板３とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００２６】
また、実施の形態１によるパワー半導体装置１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００２７】
次に実施の形態１によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態１によるパワー半導体装置１を製造する場合、先ず、第１，第２のろうペースト６ａ，６ｂとなるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極５ａ，５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の両面に金属電極を接着する。
【００２８】
その後、第３のろうペースト８となるろうペーストを、金属ベース板３の上面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、金属スペーサ７を、金属ベース板３の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、金属ベース板３に金属スペーサ７を接着する。
【００２９】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を、第２の半田９ｂとなる高温半田により、金属スペーサ７に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着する。
【００３０】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００３１】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ７等が搭載された金属ベース板３をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル１１をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ７等をシリコンゲル１１で覆い、封止する。このようにして実施の形態１によるパワー半導体装置１を製造する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１によれば、金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ７を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００３３】
また、この実施の形態１によれば、金属スペーサ７の厚さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００３４】
また、この実施の形態１によれば、金属スペーサ７をろうペーストで金属ベース板３に接着し、その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を高温半田により金属スペーサ７に接着し、その後、半導体チップ２を低温半田により両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着するので、金属スペーサ７と金属ベース板３とを脱着させずに両面に金属電極が接着されたセラミック板４を金属スペーサ７に接着することができ、また、金属スペーサ７と金属ベース板３及び両面に金属電極が接着されたセラミック板４と金属スペーサ７を脱着させずに半導体チップ２を両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着することができる効果が得られる。
【００３５】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図２において、２１はパワー半導体装置、２２は金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、２３はセラミック板４と金属スペーサ２２とを接着する厚さ数百μｍ程度の第２のろうペースト、２４は金属ベース板３と金属スペーサ２２とを接着する厚さ０．２ｍｍ程度の第２の半田、２５は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び金属スペーサ２２等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。その他の構成要素は図１で同一符号を付して示したものと同等である。
【００３６】
実施の形態２によるパワー半導体装置２１では、金属スペーサ２２を、金属ベース板３とセラミック板４との間に設けている。そして、金属スペーサ２２の厚さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板３とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００３７】
また、実施の形態２によるパワー半導体装置２１では、金属スペーサ２２を、セラミック板４の下面に設けられる第２の金属電極と一体的に構成している。
【００３８】
また、実施の形態２によるパワー半導体装置２１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２までの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００３９】
次に実施の形態２によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態２によるパワー半導体装置２１を製造する場合、先ず、第１，第２のろうペースト６ａ，２３となるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１の金属電極５ａとなる金属電極を、セラミック板４の一方の面に印刷されたろうペースト上に載せ、金属スペーサ２２を、セラミック板４の他方の面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の一方の面に金属電極を接着し、他方の面に金属スペーサ２２を接着する。
【００４０】
その後、一方の面に金属電極が接着され、他方の面に金属スペーサ２２が接着されたセラミック板４を、第２の半田２４となる高温半田により、金属ベース板３に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、一方の面に金属電極が接着され、他方の面に金属スペーサ２２が接着されたセラミック板４に接着する。
【００４１】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００４２】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２等が搭載された金属ベース板３をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル２５をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２等をシリコンゲル２５で覆い、封止する。このようにして実施の形態２によるパワー半導体装置２１を製造する。
【００４３】
以上のように、この実施の形態２によれば、金属ベース板３とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ２２を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００４４】
また、この実施の形態２によれば、金属スペーサ２２の厚さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極と一体的に構成された金属スペーサ２２までの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置２１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００４５】
さらに、この実施の形態２によれば、金属スペーサ２２を、第２の金属電極と一体的に構成しているので、製造工程を簡略化できる効果が得られる。
【００４６】
さらに、この実施の形態２によれば、一方の面に金属電極が接着され他方の面に金属スペーサ２２が接着されたセラミック板４を高温半田により金属ベース板３に接着するので、金属ベース板３の歪みが小さくなり、その結果、金属ベース板３からの放熱性が高くなる効果が得られる。
【００４７】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図３において、３１はパワー半導体装置、３２は半導体チップ２に発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板（ベース板）、３３は金属ベース板３２に形成された開口部、３４は金属ベース板３２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、３５は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ３４等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。その他の構成要素は図１で同一符号を付して示したものと同等である。
【００４８】
実施の形態３によるパワー半導体装置３１では、金属スペーサ３４を、金属ベース板３２に形成された、金属スペーサ３４よりわずかに小さな寸法の開口部３３に嵌め合わせている。そして、金属スペーサ３２の厚さを７ｍｍ程度とし、金属ベース板３２の開口部３３から外部に突出する部分の長さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板３とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００４９】
また、実施の形態３によるパワー半導体装置３１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００５０】
次に実施の形態３によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態３によるパワー半導体装置３１を製造する場合、先ず、金属ベース板３２に金属スペーサ３４よりわずかに小さな寸法の開口部３３を穴開け加工により形成する。そして、金属スペーサ３４を冷却して、金属ベース板３２に形成された開口部３３に挿入する。室温に戻るとき、熱膨張により、金属スペーサ３４は金属ベース板３２に形成された開口部３３に嵌め合わされる。
【００５１】
その後、第１，第２のろうペースト６ａ，６ｂとなるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極５ａ，５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の両面に金属電極を接着する。
【００５２】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を、第２の半田９ｂとなる高温半田により、金属スペーサ３４に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着する。
【００５３】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００５４】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ３４等が搭載された金属ベース板３２をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル３５をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ３４等をシリコンゲル３５で覆い、封止する。このようにして実施の形態３によるパワー半導体装置３１を製造する。
【００５５】
以上のように、この実施の形態３によれば、金属ベース板３２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ３４を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００５６】
また、この実施の形態３によれば、金属スペーサ３４の厚さを７ｍｍ程度とすることにより金属ベース板３２の開口部３３から外部に突出する部分の高さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置３１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００５７】
また、この実施の形態３によれば、金属スペーサ３４を、金属ベース板３２に形成された、金属スペーサ３４よりわずかに小さな寸法の開口部３３に嵌め合わせているので、金属スペーサ３４と金属ベース板３２との密着性が高く、従って、金属ベース板３への放熱性が高くなる効果が得られる。
【００５８】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。図４において、４１はパワー半導体装置、４２は半導体チップ２に発生する熱を放熱するための銅等から成る厚さ４ｍｍ程度の金属ベース板（ベース板）、４３は金属ベース板４２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ（スペーサ）、４４は半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ４３等を覆い、封止するシリコンゲル（絶縁封止材）である。その他の構成要素は図１で同一符号を付して示したものと同等である。
【００５９】
実施の形態４によるパワー半導体装置４１では、金属スペーサ４３を、金属ベース板４２と一体的に構成している。そして、金属スペーサ４３としての金属ベース板４２の凸部の高さの厚さを３ｍｍ程度としている。従って、金属ベース板４２とセラミック板４との間隔ｔは３ｍｍ程度以上である。
【００６０】
また、実施の形態４によるパワー半導体装置４１では、セラミック板４の上面におけるセラミック板４の端部から第１の金属電極５ａまでの距離Ｌ１及びセラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としている。
【００６１】
次に実施の形態４によるパワー半導体装置の製造方法について説明する。
実施の形態４によるパワー半導体装置４１を製造する場合、先ず、金属スペーサ４３としての凸部を有する金属ベース板４２を削り加工により形成する。
【００６２】
その後、第１，第２のろうペースト６ａ，６ｂとなるろうペーストを、セラミック板４の両面に数百μｍ程度の厚さで印刷する。そして、第１，第２の金属電極５ａ，５ｂとなる２枚の金属電極を、セラミック板４の両面に印刷されたろうペースト上に載せ、約８５０℃で熱処理することにより、セラミック板４の両面に金属電極を接着する。
【００６３】
その後、両面に金属電極が接着されたセラミック板４を、第２の半田９ｂとなる高温半田により、金属スペーサ４３に接着し、半導体チップ２を、第１の半田９ａとなる低温半田により、両面に金属電極が接着されたセラミック板４に接着する。
【００６４】
その後、第１の金属ワイヤ１０ａとなる金属ワイヤを、半導体チップ２にワイヤボンディングにより接続し、第２の金属ワイヤ１０ｂとなる金属ワイヤを、第１の金属電極５ａとなる金属電極にワイヤボンディングにより接続する。
【００６５】
その後、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ及び第２の金属電極５ｂが搭載された金属ベース板４２をパッケージ（図示せず）内に収納する。そして、シリコンゲル４４をパッケージ（図示せず）内に真空注入し、加熱硬化することにより、半導体チップ２、セラミック板４、第１の金属電極５ａ、第２の金属電極５ｂ及び金属スペーサ４３としての金属ベース板４２の凸部等をシリコンゲル４４で覆い、封止する。このようにして実施の形態４によるパワー半導体装置４１を製造する。
【００６６】
以上のように、この実施の形態４によれば、金属ベース板４２とセラミック板４との間隔を広げるための銅等から成る金属スペーサ４３を備えているので、第２のモードの経路長Ｘ２が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果が得られる。
【００６７】
また、この実施の形態４によれば、金属スペーサ４３としての金属ベース板４２の凸部の高さを３ｍｍ程度とし、セラミック板４の下面におけるセラミック板４の端部から第２の金属電極５ｂまでの距離Ｌ２を２ｍｍ程度としているので、第２のモードの経路長Ｘ２が第１のモードの経路長Ｘ１より長く、その結果、第２のモードの絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧より高く、パワー半導体装置４１の絶縁耐圧が第１のモードの絶縁耐圧で定まる飽和した値となる効果が得られる。
【００６８】
また、この実施の形態４によれば、金属スペーサ４３を、金属ベース板４２と一体的に構成しているので、金属ベース板４２への放熱性が高くなる効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ベース板と絶縁板との間に設けられた、ベベース板と絶縁板との間隔を広げるためのスペーサを備え、スペーサを、その側面が第２の電極の側面と同位置に来るように構成したので、第１の電極から絶縁封止材内を通ってベース板に抜ける絶縁破壊モードの経路長が長くなり、絶縁耐圧が高くなる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、スペーサを、ベース板と絶縁板との間隔が絶縁板の下面における絶縁板の端部から第２の電極までの距離より大きくなるように構成したので、絶縁耐圧が飽和した値となる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、スペーサを、第２の電極と一体的に構成したので、製造工程を簡略化できる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、スペーサを、ベース板に形成された開口部に嵌め合わせるように構成したので、ベース板への放熱性が高くなる効果がある。
【００７３】
この発明によれば、スペーサを、ベース板と一体的に構成したので、ベース板への放熱性が高くなる効果がある。
【００７４】
この発明によれば、ろうペーストを、ベース板の上面に印刷し、スペーサを、ベース板の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、熱処理することにより、ベース板にスペーサを接着する工程と、両面に第１，第２の電極となる電極が接着された絶縁板を、半田により、スペーサに接着する工程とを含むので、スペーサとベース板とを脱着させずに両面に金属電極が接着された絶縁板をスペーサに接着することができ、また、スペーサとベース板及び両面に金属電極が接着された絶縁板とスペーサを脱着させずに半導体チップを両面に金属電極が接着された絶縁板に接着することができる効果がある。
【００７５】
この発明によれば、一方の面に第１の電極となる電極が接着され、他方の面に第２の電極と一体的に構成されたスペーサが接着された絶縁板を、半田により、ベース板に接着する工程を含むので、ベース板への放熱性が高いパワー半導体装置を製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４によるパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図５】従来のパワー半導体装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図６】パワー半導体装置の絶縁破壊モードの説明図である。
【図７】特開昭６１−５１９４７号公報に開示された半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ パワー半導体装置、２ 半導体チップ、３，３２，４２ 金属ベース板（ベース板）、４ セラミック板（絶縁板）、５ａ 第１の金属電極（第１の電極）、５ｂ 第２の金属電極（第２の電極）、７，２２，３４，４３ 金属スペーサ（スペーサ）、１１，２５，３５，４４ シリコンゲル（絶縁封止材）、３３ 開口部。
Claims (6)
- 半導体チップと、上記半導体チップで発生する熱を放熱するためのベース板と、上記半導体チップを上記ベース板から絶縁するための絶縁板と、上記絶縁板の上面に設けられた第１の電極と、上記絶縁板の下面に設けられた第２の電極と、上記ベース板と上記絶縁板との間に設けられた、上記ベース板と上記絶縁板との間隙を広げるためのスペーサと、上記半導体チップ、上記ベース板、上記絶縁板、上記第１の電極、上記第２の電極及びスペーサを封止する絶縁封止材とを備え、
上記スペーサは、その側面が、上記第２の電極の側面と同位置に来るように構成され、
上記スペーサは、上記ベース板と上記絶縁板との間隔が、該絶縁板の下面における該絶縁板の端部から上記第２の電極までの距離より大きくなるように構成されていることを特徴とするパワー半導体装置。 - スペーサは、第２の電極と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
- スペーサは、ベース板に形成された開口部に嵌め合わされていることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
- スペーサは、ベース板と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１記載のパワー半導体装置。
- 半導体チップと、上記半導体チップで発生する熱を放熱するためのベース板と、上記半導体チップを上記ベース板から絶縁するための絶縁板と、上記絶縁板の上面に設けられた第１の電極と、上記絶縁板の下面に設けられた第２の電極と、上記ベース板と上記絶縁板との間隔を広げるためのスペーサとを備えたパワー半導体装置の製造方法において、
ろうペーストを、上記ベース板の上面に印刷し、スペーサを、上記ベース板の上面に印刷されたろうペースト上に載せ、熱処理することにより、上記ベース板に上記スペーサを接着する工程と、両面に上記第１，第２の電極となる電極が接着された絶縁板を、半田により、スペーサに接着する工程とを含むことを特徴とするパワー半導体装置の製造方法。 - 半導体チップと、上記半導体チップで発生する熱を放熱するためのベース板と、上記半導体チップを上記ベース板から絶縁するための絶縁板と、上記絶縁板の上面に設けられた第１の電極と、上記絶縁板の下面に設けられた第２の電極と、上記ベース板と上記絶縁板との間隔を広げるためのスペーサとを備えたパワー半導体装置の製造方法において、
一方の面に上記第１の電極となる電極が接着され、他方の面に上記第２の電極と一体的に構成されたスペーサが接着された絶縁板を、半田により、ベース板に接着する工程を含むことを特徴とするパワー半導体装置の製造方法。
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