CN105556664A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够实现在开关元件的排列方向上的小型化并能够降低浪涌电压、且即使密封树脂体的绝缘性能下降也不易发生短路的半导体装置。在第1开关元件(20)与第2开关元件(30)的排列方向上，第2散热片(52)与第3散热片(54)通过接头部(58)被电连接。另外，第2电源端子(42)在排列方向上配置于第1电源端子(40)与输出端子(44)之间且第2散热片与第3散热片之间的区域。而且，在密封树脂体(66)内，与第1电源端子相同电位的第1电位部和与输出端子相同电位的第3电位部的最短距离、以及与第2电源端子相同电位的第2电位部与第3电位部的最短距离中的至少一个距离比第1电位部与第2电位部的最短距离短。

Description

半导体装置
关联申请的相互参照
本申请基于2013年9月16日申请的日本申请号2013-191255号，在此引用其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种半导体装置，具备形成上下臂的第1开关元件和第2开关元件、配置于各开关元件的两侧的散热片、将上臂与下臂进行电连接的接头部、以及密封各开关元件、各散热片以及接头部的密封树脂体。
背景技术
在专利文献1所记载的半导体装置中，在第1半导体元件和第2半导体元件(开关元件)的两侧分别配置有厚板部(散热片)，上臂与下臂通过薄板部(接头部)而电连接。另外，各半导体元件、厚板部以及薄板部通过密封树脂(密封树脂体)被密封。
专利文献1：日本特开2012-235081号公报(对应于US2014/0035112A1)
发明内容
在专利文献1所记载的半导体装置中，在第1半导体元件与第2半导体元件的排列方向上，在作为电源端子的高电位侧电源端子与低电位侧电源端子之间配置有输出端子。另外，在排列方向上，输出端子设置于与设置有低电位电源端子的厚板部重叠的位置。
另外，在上述的半导体装置中，为了将上臂与下臂进行电连接，必须通过接头部来连接配置于密封树脂的互不相同的面侧的厚板部。因而，在排列方向上，在上臂与下臂之间、即第1半导体元件与第2半导体元件之间的区域配置接头部。这样，在排列方向上需要通过接头部来连接上臂与下臂的空间。因此，还考虑通过在配置接头部的空间配置高电位侧电源端子、低电位侧电源端子以及输出端子中的某一个端子来使半导体装置的体格小型化。
另外，还考虑在配置接头部的空间配置高电位侧电源端子和低电位侧电源端子的一方来使高电位侧电源端子与低电位侧电源端子在排列方向上相邻。据此，抵消彼此的磁通的效果提高。因而，寄生电感降低，能够降低上述半导体元件进行开关动作时的浪涌电压。
然而，如果在配置接头部的空间配置高电位侧电源端子和低电位侧电源端子的一方，则在密封树脂内，与高电位侧电源端子相同电位的高电位部分和与低电位侧电源端子相同电位的低电位部分接近。因而，如果由于经年劣化等而密封树脂的绝缘性能下降，则高电位部分与低电位部分有可能经由密封树脂而电连接，从而流过大的短路电流。
一般，在上述的半导体装置中，通过保护电路来控制各半导体元件的动作，使得即使在第1半导体元件和第2半导体元件的一方的电极间发生短路也不会导致另一方导通。然而，在低电位部分位于高电位部分的附近且密封树脂的绝缘性能下降了的情况下，即使具有保护电路也会导致高电位部分与低电位部分经由密封树脂而短路。
本公开鉴于上述问题，其目的在于提供一种能够实现在开关元件的排列方向上的小型化并能够降低浪涌电压、且即使密封树脂体的绝缘性能下降也难以发生短路的半导体装置。
根据本公开的一个方式，一种半导体装置，具备在两面具有电极的第1开关元件、以及在两面具有电极并与第1开关元件并列配置的第2开关元件，作为形成上下臂的开关元件，半导体装置被控制成，在第1开关元件和第2开关元件中的一方发生电极间的短路的情况下，禁止另一方导通，其中，还具备：作为与开关元件电连接的散热片的、与第1开关元件的下表面侧的电极电连接的第1散热片、与第1开关元件的上表面侧的电极电连接的第2散热片、与第2开关元件的下表面侧的电极电连接的第3散热片、以及与第2开关元件的上表面侧的电极电连接的第4散热片；接头部，设置于第2散热片和第3散热片中的至少一方，将第2散热片与第3散热片电中继；密封树脂体，将各开关元件、各散热片以及接头部一体地密封；第1电源端子，从第1散热片沿着与第1开关元件及第2开关元件的排列方向和第1开关元件的厚度方向这两个方向正交的方向延伸设置，向密封树脂体的外部露出；外部连接用的输出端子，从第3散热片沿着与第1电源端子相同的方向延伸设置，向密封树脂体的外部露出；以及第2电源端子，具有与第4散热片电连接且被密封树脂体密封的密封部、以及从密封部沿着与第1电源端子相同的方向延伸设置且向密封树脂体的外部露出的露出部，与第1电源端子一起连接于电源，在排列方向上，在第1电源端子与输出端子之间且第2散热片与第3散热片之间的区域，配置有第2电源端子，在密封树脂体内，在将与第1电源端子相同电位的部分设为第1电位部、将与第2电源端子相同电位的部分设为第2电位部、将与输出端子相同电位的部分设为第3电位部时，第1电位部与第3电位部的最短距离、以及第2电位部与第3电位部的最短距离中的至少一个距离比第1电位部与第2电位部的最短距离短。
据此，在通过接头部来将配置于开关元件的上表面侧的第2散热片与配置于下表面侧的第3散热片进行电连接的结构中，第2电源端子配置于第2散热片与第3散热片之间的区域。即，第2电源端子配置于上臂与下臂的连接区域。因而，能够在排列方向上使半导体装置的体格小型化。
另外，第1电源端子与第2电源端子的电流流动方向相反，因此，通过在第1电源端子的旁边配置第2电源端子，能够提高抵消磁通的效果。由此，降低寄生电感，能够降低在开关动作时产生的浪涌电压。
另外，由于如上所述那样使第2电源端子在排列方向上配置于第2散热片与第3散热片之间的区域，因此第2电源端子的密封部接近第1散热片。然而，第1电位部与第3电位部的最短距离、以及第2电位部与第3电位部的最短距离中的至少一个距离比第1电位部与第2电位部的最短距离短。因而，在密封树脂体的绝缘性能下降了的情况下，相比于第1电位部与第2电位部，第1电位部与第3电位部、或者第2电位部与第3电位部更容易发生短路。因而，能够抑制第1电位部与第2电位部经由密封树脂体短路而流过大的短路电流的情况。此外，在本方式中控制成，在第1开关元件和第2开关元件中的一方发生电极间的短路的情况下，禁止另一方导通。因而，即使第1电位部与第3电位部、或者第2电位部与第3电位部发生短路，也能够抑制第1电位部与第2电位部短路而流过大的短路电流的情况。
附图说明
关于本公开的上述目的及其它目的、特征、优点会通过参照附图并通过下述的详细的描述而变得更明确。在附图中，
图1是表示应用了第1实施方式所涉及的半导体装置的电力转换装置的概要结构的电路图。
图2是表示第1实施方式所涉及的半导体装置的概要结构的俯视图。
图3是在图2的半导体装置中省略了密封树脂体的图。
图4是沿着图2的IV-IV线的剖视图。
图5是沿着图2的V-V线的剖视图。
图6是表示磁通抵消的效果的图。
图7是表示第2实施方式所涉及的半导体装置的概要结构的剖视图，对应于图4。
图8是表示第2实施方式所涉及的半导体装置的概要结构的剖视图，对应于图5。
图9是表示第3实施方式所涉及的半导体装置的概要结构的剖视图，对应于图4。
图10是表示第3实施方式所涉及的半导体装置的概要结构的剖视图，对应于图5。
图11是表示第4实施方式所涉及的半导体装置的概要结构的剖视图，对应于图5。
图12是表示第4实施方式所涉及的半导体装置的俯视图，对应于图2。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本公开的实施方式。此外，在以下的各图之间对彼此相同或均等的部分附加同一符号。下面，将作为开关元件的IGBT元件的厚度方向表示为Z方向。另外，将与Z方向正交的、构成上下臂的两个IGBT元件的排列方向表示为X方向。另外，将与X方向和Z方向这两个方向正交的方向表示为Y方向。另外，设平面形状是沿着由X方向和Y方向规定的面的形状。
(第1实施方式)
首先，基于图1说明应用了本实施方式所涉及的半导体装置的电力转换装置。
如图1所示，电力转换装置100具备由三个半导体装置10构成的逆变器部102以及控制逆变器部102的动作的控制部104。
各半导体装置10具有在直流电源106的正极与负极之间相互串联连接的上臂部12和下臂部14，逆变器部102能够将直流电力转换为3相交流并输出到例如电动机108。这种电力转换装置100例如搭载于电动车、混合动力车。此外，在直流电源106的正极与逆变器部102之间以针对过电流的保护为目的而设置有保险丝110。
上臂部12具备n沟道型的IGBT元件20以及与该IGBT元件20反并联连接的回流用的FWD元件28。另外，下臂部14具备n沟道型的IGBT元件30以及与该IGBT元件30反并联连接的回流用的FWD元件38。在本实施方式中，上臂部12的IGBT元件20相当于第1开关元件，下臂部14的IGBT元件30相当于第2开关元件。
IGBT元件20具有集电极22、发射电极24以及栅电极26。同样地，IGBT元件30具有集电极32、发射电极34以及栅电极36。
另外，半导体装置10具有高电位电源端子40(所谓P端子)、低电位电源端子42(所谓N端子)、输出端子44(所谓O端子)以及控制端子46来作为外部连接用的端子。在本实施方式中，高电位电源端子40相当于第1电源端子，低电位电源端子42相当于第2电源端子。
IGBT元件20的集电极22与FWD元件28的阴极电极一起经由高电位电源端子40电连接于直流电源106的正极。另一方面，IGBT元件30的发射电极34与FWD元件38的阳极电极一起经由低电位电源端子42电连接于直流电源106的负极。
另外，IGBT元件20的发射电极及FWD元件28的阳极电极与IGBT元件30的集电极32及FWD元件38的阴极电极连接。而且，该连接点经由输出端子44电连接于电动机108。另外，在IGBT元件20、30的栅电极26、36上分别连接有作为控制端子46的栅极端子46g。
控制部104与栅极端子46g电连接，控制IGBT元件20、30的导通/截止。作为该控制部104，能够采用周知的结构。电力转换装置100具有检测流过IGBT元件20、30的电流的未图示的电流检测部。能够通过该电流检测部来检测由于集电极22与发射电极24短路、或者集电极32与发射电极34短路而流过的过电流。
当检测到例如因集电极22与发射电极24的短路引起的过电流时，控制部104进行控制以避免同一半导体装置10的IGBT元件30导通。同样地，当检测到因集电极32与发射电极34的短路引起的过电流时，控制部104进行控制以避免同一半导体装置10的IGBT元件20导通。这样，控制部104进行控制，使得即使IGBT元件20、30的一方发生短路、也不会由于高电位电源端子40与低电位电源端子42短路而流过大的短路电流。
接着，基于图2～图5说明半导体装置10的概要结构。
半导体装置10如上所述那样具备IGBT元件20、30、FWD元件28、38、高电位电源端子40、低电位电源端子42、输出端子44以及包括栅极端子46g的控制端子46。并且，如图2～图5所示，半导体装置10具备四个散热片50、52、54、56、接头部58、两个终端(terminal)60、62、作为连接构件的焊剂64以及密封树脂体66。
IGBT元件20在Z方向上的下表面侧具有集电极22，在相反的上表面侧具有发射电极24和栅电极26。
在IGBT元件20的下表面侧配置有第1散热片50。在第1散热片50中的IGBT元件20侧的内表面50a，经由焊剂64而电性且机械性地连接有集电极22。此外，在第1散热片50的内表面50a还连接有FWD元件28的阴极电极。
如图3所示，第1散热片50呈平面矩形状，从矩形的一边沿Y方向延伸设置有高电位电源端子40。另外，如图2、图4以及图5所示，第1散热片50中的与内表面50a相反的外表面50b从密封树脂体66中的Z方向的一面66a露出。由此，能够将IGBT元件20和FWD元件28所产生的热从第1散热片50的外表面50b向外部放出。另外，能够经由第1散热片50来将高电位电源端子40与IGBT元件20及FWD元件28进行电连接。此外，如图2所示，高电位电源端子40的一部分从密封树脂体66的侧面向外部引出。
在IGBT元件20的上表面侧，以不与栅电极26重叠并与发射电极24对置的方式配置有第1终端60。第1终端60经由焊剂64而与发射电极24电性且机械性地连接。此外，在第1终端60中的与发射电极24的连接面还连接有FWD元件28的阳极电极。该第1终端60具有用于将IGBT元件20及FWD元件28与第2散热片52进行电连接的中继功能，并且具有确保用于引线接合到栅电极26的高度的功能。在本实施方式中，第1终端60在XY面内以与IGBT元件20的发射电极24及FWD元件28重叠的方式呈平面矩形状。
栅电极26经由接合线48而与控制端子46中的栅极端子46g连接。此外，如图3所示，在本实施方式中，针对IGBT元件20，具有2根温度测定二极管用端子、1根栅极端子46g、1根电流传感用端子、1根发射传感用端子的合计5根控制端子46。能够通过该电流传感用的控制端子46来检测IGBT元件20的过电流。这些控制端子46在Y方向上被配置成在与高电位电源端子40之间夹持IGBT元件20。即，如图2所示，控制端子46从密封树脂体66中的与高电位电源端子40相反的侧面向外部引出。
在第1终端60中的与IGBT元件20相反的面侧配置有第2散热片52。在第2散热片52的内表面52a，经由焊剂64而电性且机械性地连接有第1终端60。即，第2散热片52经由终端60而与IGBT元件20的发射电极24及FWD元件28的阳极电极电连接。
第2散热片52在XY面内被配置成大部分与第1散热片50重叠，在在本实施方式中，如图3所示，第2散热片52呈与第1散热片50大致相同的平面矩形状。另外，第2散热片52具有与第1散热片50大致相同的厚度。第2散热片52中的与内表面52a相反的外表面52b从密封树脂体66中的与一面66a相反的背面66b露出。因而，能够将IGBT元件20和FWD元件28所产生的热经由第1终端60从第2散热片52的外表面52b向外部放出。
另外，在第2散热片52上与该第2散热片52一体地设置有作为接头部58的第1接头部58a。如图4所示，第1接头部58a被设置成比第2散热片52薄。另外，第1接头部58a以与第2散热片52的内表面52a为同一面的状态延伸设置到X方向的IGBT元件30侧。另外，如图3所示，第1接头部58a在Y方向上从第2散热片52的一部分延伸设置，包括第1接头部58a的第2散热片52的平面形状呈大致L字状。
另一方面，IGBT元件30在Z方向上的下表面侧具有集电极32，在上表面侧具有发射电极34和栅电极36。该IGBT元件30在Z方向上位于与IGBT元件20大致相同的高度，在X方向上与IGBT元件20并排。即，IGBT元件20、30并列配置。
在IGBT元件30的下表面侧配置有第3散热片54。在第3散热片54中的IGBT元件30侧的内表面54a，经由焊剂64而电性且机械性地连接有集电极32。此外，在第3散热片54的内表面54a还连接有FWD元件38的阴极电极。
如图3所示，第3散热片54呈与第1散热片50大致相同的平面矩形状，并且具有与第1散热片50大致相同的厚度。另外，第3散热片54中的与内表面54a相反的外表面54b从密封树脂体66的一面66a露出。因而，能够将IGBT元件30和FWD元件38所产生的热从第3散热片54的外表面54b向外部放出。
另外，在第3散热片54上与该第3散热片54一体地设置有输出端子44。输出端子44从第3散热片54的矩形的一边沿着与高电位电源端子40相同的Y方向延伸设置。此外，如图2所示，输出端子44的一部分从密封树脂体66中的与高电位电源端子40相同的侧面向外部引出。
另外，在第3散热片54上与该第3散热片54一体地设置有作为接头部58的第2接头部58b。如图4所示，第2接头部58b被设置成比第3散热片54薄。另外，第2接头部58b与第3散热片54的内表面54a连结，在自身的长边方向上在两处具有弯曲部，延伸设置到第2散热片52侧。如图3所示，第2接头部58b在Y方向上从第3散热片54的一部分延伸设置，包括第2接头部58b的第3散热片54的平面形状呈大致L字状。而且，在X方向上的第2散热片52与第3散热片54之间的区域，第2接头部58b经由焊剂64而与第1接头部58a电性且机械性地连接。
在IGBT元件30的上表面侧，以不与栅电极36重叠并与发射电极34对置的方式配置有第2终端62。第2终端62经由焊剂64而与发射电极34电性且机械性地连接。此外，在第2终端62中的与发射电极34的连接面还连接有FWD元件38的阳极电极。该第2终端62具有用于将IGBT元件30及FWD元件38与第4散热片56电连接的中继功能，并且具有确保用于引线接合到栅电极36的高度的功能。在本实施方式中，第2终端62在XY面内以与IGBT元件30的发射电极34及FWD元件38重叠的方式呈平面矩形状。另外，具有与第1终端60大致相同的厚度。
栅电极36经由接合线48而与控制端子46中的栅极端子46g连接。此外，如图3所示，在本实施方式中，针对IGBT元件30，具有2根温度测定二极管用端子、1根栅极端子46g、1根电流传感用端子、1根发射传感用端子的合计5根控制端子46。能够通过该电流传感用的控制端子46来检测IGBT元件30的过电流。这些控制端子46在Y方向上被配置成在与输出端子44之间夹持IGBT元件30。即，如图2所示，控制端子46从密封树脂体66中的与输出端子44相反的侧面向外部引出。
在第2终端62中的与IGBT元件30相反的面侧配置有第4散热片56。第4散热片56的内表面56a经由焊剂64而与第2终端62电性且机械性地连接。即，第4散热片56经由第2终端62而与IGBT元件30的发射电极34及FWD元件38的阳极电极电连接。
第4散热片56在XY面内被配置成大部分与第3散热片54重叠，在本实施方式中，如图3所示，第4散热片56呈与第3散热片54大致相同的平面矩形状。另外，第4散热片56具有与第3散热片54大致相同的厚度。第4散热片56中的与内表面56a相反的外表面56b从密封树脂体66的背面66b露出。因而，能够将IGBT元件30和FWD元件38所产生的热经由第2终端62从第4散热片56的外表面56b向外部放出。
另外，第4散热片56具备：具有上述的内表面56a和外表面56b的主体部56c；以及从主体部56c的侧面沿X方向延伸设置到IGBT元件20侧、并且被密封树脂体66密封的延伸设置部56d。如图5所示，延伸设置部56d被设置成比主体部56c薄。另外，延伸设置部56d以与主体部56c的内表面56a为同一面的状态延伸设置到IGBT元件20侧。另外，如图3所示，延伸设置部56d以不与接头部58重叠的方式在Y方向上从第4散热片56的一部分延伸设置，包括延伸设置部56d的第4散热片56的平面形状呈大致L字状。
低电位电源端子42具有：与第4散热片56电连接、并且被密封树脂体66密封的密封部42a；以及从密封部42a沿与高电位电源端子40相同的方向延伸设置并露出到密封树脂体66的外部的露出部42b。即，露出部42b从密封树脂体66中的与高电位电源端子40及输出端子44相同的侧面露出到外部。
该低电位电源端子42在X方向上配置于第2散热片52与第3散热片54之间的区域、即利用接头部58连接第2散热片52与第3散热片54的连接区域。在本实施方式中，低电位电源端子42全部都配置于第2散热片52与第3散热片54之间的区域。
如图5所示，密封部42a相对于延伸设置部56d配置于IGBT元件30一侧。而且，密封部42a经由焊剂64而与延伸设置部56d电性且机械性地连接。
密封树脂体66将IGBT元件20、30、FWD元件28、38、高电位电源端子40的一部分、低电位电源端子42的密封部42a、输出端子44的一部分、控制端子46的一部分、各散热片50、52、54、56中的除了外表面50b、52b、54b、56b以外的部分、接头部58以及各终端60、62成一体地密封。在本实施方式中，如图2所示，密封树脂体66呈平面矩形状，从与X方向大致平行的侧面的一方引出作为主端子的高电位电源端子40、低电位电源端子42以及输出端子44。另外，从侧面的另一方引出控制端子46。
第1散热片50及第3散热片54与密封树脂体66一起被切削加工，其外表面50b、54b位于同一面内，并且与密封树脂体66的一面66a大致成一面。第2散热片52及第4散热片56也与密封树脂体66一起被切削加工，其外表面52b、56b位于同一面内，并且与密封树脂体66的背面66b大致成一面。
这样构成的半导体装置10为具备两个IGBT元件20、30的所谓2和1(2in1)封装体。另外，在各IGBT元件20、30的Z方向两侧存在散热片50、52、54、56，能够将IGBT元件20、30的热向两侧放出。
另外，在构成上臂部12的部分，Z方向的配置为从一面66a侧起依次是第1散热片50、焊剂64、IGBT元件20、焊剂64、第1终端60、焊剂64、第2散热片52。另一方面，在构成下臂部14的部分，Z方向的配置为从一面66a侧起依次为第3散热片54、焊剂64、IGBT元件30、焊剂64、第2终端62、焊剂64、第4散热片56。即，在上臂部12和下臂部14中Z方向的排列相同。
接着，基于图4和图5说明半导体装置10内的各要素的距离的关系。
在此，在密封树脂体66内，将与高电位电源端子40的电位(P电位)相同电位的部分设为第1电位部，将与低电位电源端子42的电位(N电位)相同电位的部分设为第2电位部，将与输出端子44的电位(O电位)相同电位的部分设为第3电位部。此外，下面，将第1电位部表示为P电位部，将第2电位部表示为N电位部，将第3电位部表示为O电位部。
如上所述，低电位电源端子42在X方向上位于第2散热片52与第3散热片54之间的区域，低电位电源端子42相比于以往接近第1散热片50。另外，密封部42a相对于延伸设置部56d连接于IGBT元件30一侧。因此，如图5所示，密封部42a与第1散热片50的对置部分的距离为P电位部与N电位部的经由密封树脂体66的对置部分的最短距离L1。
另一方面，作为P电位部与O电位部的经由密封树脂体66的对置部分，例如如图4所示那样存在第1散热片50(P电位)与第2散热片52(O电位)的对置部分，该部分的对置距离是L2a。除此以外，还如图5所示那样存在第1散热片50(P电位)与第3散热片54(O电位)的对置部分，对置距离是L2b。并且，如图4所示那样存在第1散热片50(P电位)与第2接头部58b(O电位)的对置部分，对置距离是L2c。
另外，作为N电位部与O电位部的经由密封树脂体66的对置部分，例如如图4所示那样存在第3散热片54(O电位)与第4散热片56(N电位)的对置部分，对置距离是L3a。除此以外，还如图5所示那样存在第4散热片56(N电位)与第2散热片52(O电位)的对置部分，对置距离是L3b。并且，如图4所示那样存在第1接头部58a(O电位)与第4散热片56(N电位)的对置部分，对置距离是L3c。另外，如图5所示那样存在密封部42a(N电位)与第2散热片52(O电位)的对置部分，对置距离是L3d。另外，如图5所示那样存在密封部42a(N电位)与第3散热片54(O电位)的对置部分，对置距离是L3e。此外，本实施方式中的对置距离是指对置部分的距离中的最小值、换言之对置部分的最短距离。
而且，P电位部与O电位部的对置距离以及N电位部与O电位部的对置距离中的至少一个比上述的最短距离L1短。换言之，P电位部与O电位部的最短距离以及N电位部与O电位部的最短距离中的至少一方比上述的最短距离L1短。在本实施方式中，上述的对置距离L2c、L3b、L3c、L3d、L3e比最短距离L1短。
接着，简单地说明上述的半导体装置10的制造方法的一例。
首先，实施分别准备IGBT元件20、30、FWD元件28、38、各散热片50、52、54、56、各终端60、62的准备工序。在本实施方式中，准备一体地设置有高电位电源端子40的第1散热片50。另外，准备一体地设置有第1接头部58a的第2散热片52。另外，准备一体地设置有第2接头部58b和输出端子44的第3散热片54。另外，准备具有延伸设置部56d的第4散热片56。
接着，实施直至密封树脂体66的成型为止的前工序。该工序是将构成上臂部12的各要素进行电连接、并将构成下臂部14的各要素进行电连接、并通过接头部58将上臂部12与下臂部14进行连接的连接工序。作为该工序，能够采用日本特开2012-235081号公报所记载的工序(通过参照来引用US2014/0035112A1)，因此省略说明。
接着，实施如下成型工序：将经过上述连接工序而形成的构造体配置于模具，向模具的型腔内注入树脂，来成型出密封树脂体66。在本实施方式中，通过使用环氧树脂的传递模塑法来成型出密封树脂体66。此时，以覆盖各散热片50、52、54、56的外表面50b、52b、54b、56b的方式成型出密封树脂体66。
接着，实施切削工序。在该切削工序中，通过未图示的按压夹具对密封树脂体66的侧面进行真空吸附，并从X方向两侧按压密封树脂体66。然后，在该状态下，将密封树脂体66的一面66a侧与第1散热片50及第3散热片54一起进行切削。接着，将密封树脂体66的背面66b侧与第2散热片52及第4散热片56一起进行切削。
通过该切削，各散热片50、52、54、56的外表面50b、52b、54b、56b从密封树脂体66露出。另外，在本实施方式中，第1散热片50及第3散热片54的外表面50b、54b与周围的一面66a大致成一面，第2散热片52及第4散热片56的外表面52b、56b与周围的背面66b大致成一面。
然后，经过连接散热片间的未图示的拉杆的切断等，能够得到半导体装置10。
接着，说明本实施方式所涉及的半导体装置10的效果。
在本实施方式中，在通过接头部58来将第2散热片52与第3散热片54进行电连接的结构中，作为第2电源端子的低电位电源端子42配置于第2散热片52与第3散热片54之间的区域。这样，在作为为了利用接头部58进行连接所需的区域的、以往对于其它要素而言是无用空间(DeadSpace)的区域配置低电位电源端子42，因此能够在X方向上使半导体装置10的体格小型化。
另外，作为第1电源端子的高电位电源端子40与低电位电源端子42如图6所示那样电流的流动方向相反。在图6中，在高电位电源端子40中，电流从纸面跟前侧流向里侧，随之，绕高电位电源端子40产生顺时针方向的磁通MF1。另一方面，在低电位电源端子42中，电流从纸面里侧流向跟前侧，随之，绕低电位电源端子42产生逆时针方向的磁通MF2。在本实施方式中，由于使低电位电源端子42配置于高电位电源端子40的旁边，即，使电源端子40、42配置于彼此的附近，因此能够提高抵消磁通的效果。由此，降低寄生电感，能够降低在IGBT元件20、30的开关动作时产生的浪涌电压。
另外，如果想要使半导体装置10的体格小型化并降低浪涌电压，则使低电位电源端子42在X方向上配置于第2散热片52与第3散热片54之间的区域，密封部42a接近第1散热片50。即，P电位部与N电位部接近。因此，在本实施方式中，以使P电位部与O电位部的最短距离以及N电位部与O电位部的最短距离中的至少一方比P电位部与N电位部的最短距离L1短的方式，决定P电位部、N电位部、O电位部的配置。因而，即使由于经年劣化等而密封树脂体66的绝缘性能下降，与在P电位部与N电位部之间发生短路相比，P电位部与O电位部之间、或者N电位部与O电位部之间更容易发生短路。因而，能够抑制P电位部与N电位部经由密封树脂体66而短路、即高电位电源端子40与低电位电源端子42被电连接而流过大的短路电流的情况。由此，能够抑制随着密封树脂体66的绝缘性能下降而保险丝110被切断的情况。
此外，在本实施方式中控制成，在IGBT元件20的集电极22与发射电极24之间、以及IGBT元件30的集电极32与发射电极34之间的一方发生短路的情况下，防止另一方导通。因而，即使P电位部与O电位部之间、或者N电位部与O电位部之间发生短路，也能够抑制P电位部与N电位部短路而流过大的短路电流的情况。
具体地说，第2接头部58b与第1散热片50的对置距离L2c以及第1接头部58a与第4散热片56的对置距离L3c比密封部42a与第1散热片50的最短距离L1短。因而，虽然低电位电源端子42的密封部42a相对于第4散热片56的延伸设置部56d配置于IGBT元件30一侧，密封部42a接近第1散热片50，但是能够抑制P电位部与N电位部的短路。此外，由于控制部104具有短路保护功能，因此只要使对置距离L2c、L3c中的至少一方比最短距离L1短即可。
另外，通过设置延伸设置部56d，第4散热片56(延伸设置部56d)与第2散热片52的对置距离L3b比最短距离L1短。由此，也能够使密封部42a相对于延伸设置部56d配置于IGBT元件30一侧并能够抑制P电位部与N电位部的短路。
另外，如图5所示，密封部42a在Z方向上位于相比于第1散热片50更接近第2散热片52的位置。而且，密封部42a与第2散热片52的对置距离L3d比最短距离L1短。由此，也能够使密封部42a相对于延伸设置部56d配置于IGBT元件30一侧并能够抑制P电位部与N电位部的短路。
此外，为了抑制在密封树脂体66的绝缘性能下降时P电位部与N电位部经由密封树脂体66短路，只要P电位部与O电位部的对置部分的距离以及N电位部与O电位部的对置部分的距离中的至少一个比上述的最短距离L1短即可。对于比最短距离L1短的对置部分，不特别限定。
(第2实施方式)
在本实施方式中，省略关于与第1实施方式中示出的半导体装置10共同的部分的说明。
在本实施方式中，如图7和图8所示，各散热片50、52、54、56在其内表面50a、52a、54a、56a具有在Z方向上突出的突起部68。突起部68是例如通过冲压加工来形成的。而且，通过具有突起部68，具有突起部68的散热片间的对置距离、详细地说突起部68间的对置距离L2a、L3a比密封部42a与第1散热片50的最短距离L1短。
通过这样设置突起部68，能够使具有突起部68的散热片间的对置距离比最短距离L1短。由此，也能够抑制随着密封树脂体66的绝缘性能的下降而P电位部与N电位部短路。
此外，突起部68只要设置于散热片50、52、54、56中的至少一个即可。例如也可以设为如下结构：仅在第1散热片50设置突起部68，第1散热片50的突起部68的顶点与第2散热片52的对置距离L2a比最短距离L1短。
在图7和图8中，示出了在IGBT元件20、30的周边设置突起部68、并且在FWD元件28、38的周边也设置突起部68的例子。然而，突起部68的配置不特别限定于上述例子。只要是内表面50a、52a、54a、56a上的、在Z方向上经由密封树脂体66彼此对置的部分即可。
另外，突起部68的沿着ZX面的剖面形状不限定于大致三角形。除此以外，也能够采用大致半圆形、大致矩形状的剖面形状。
(第3实施方式)
在本实施方式中，省略关于与第1实施方式中示出的半导体装置10共同的部分的说明。
在本实施方式中，如图9和图10所示，各终端60、62在X方向上延伸设置到比对应的IGBT元件20、30更靠外侧的位置。也就是说，各终端60、62具有在X方向上延伸到比对应的IGBT元件20、30更靠外侧的位置的延伸设置部。即，第1终端60和第2终端62相当于延伸设置终端。
在图9和图10所示的例子中，第1终端60在X方向上向与IGBT元件30相反的一侧延伸设置。另外，第1终端60虽然如上所述那样延伸设置到IGBT元件20的外侧，但被设置成在与设置于IGBT元件20的发射电极24周围的保护环(Guardring)的部分之间隔着密封树脂体66。即，在第1终端60中，配置于比发射电极24更靠外侧的位置的部分相比于与发射电极24对置的部分薄、并且与IGBT元件20之间的沿Z方向的距离长。
第2终端62也是与第1终端60同样的结构。第2终端62在X方向上向与IGBT元件20相反的一侧延伸设置。另外，第2终端62虽然如上所述那样延伸设置到IGBT元件30的外侧，但被设置成在与设置于IGBT元件30的发射电极34周围的保护环的部分之间隔着密封树脂体66。即，在第2终端62中，配置于比发射电极34更靠外侧的位置的部分相比于与发射电极34对置的部分薄、并且与IGBT元件30之间的沿Z方向的距离长。
而且，通过将各终端60、62延伸设置，第1终端60(O电位)与第1散热片50(P电位)的对置距离L2d以及第2终端62(N电位)与第3散热片54(O电位)的对置距离L3f比密封部42a与第1散热片50的最短距离L1短。由此，也能够抑制随着密封树脂体66的绝缘性能的下降而P电位部与N电位部短路。
此外，在上述例子中，示出了第1终端60和第2终端62都延伸设置的例子，但是也可以设为只有某一方延伸设置的结构。另外，作为延伸设置终端，不限定于第1终端60和第2终端62。例如，也可以在IGBT元件20与第1散热片50之间配置延伸设置终端，该延伸设置终端与第2散热片52的对置距离比最短距离L1短。另外，也可以在IGBT元件30与第3散热片54之间配置延伸设置终端，该延伸设置终端与第4散热片56的对置距离比最短距离L1短。
(第4实施方式)
在本实施方式中，省略关于与第1实施方式中示出的半导体装置10共同的部分的说明。
在本实施方式中，如图11所示，低电位电源端子42的密封部42a相对于第4散热片56的延伸设置部56d配置于与IGBT元件30相反的一侧。另外，密封部42a中的与焊剂64相反一侧的面与第2散热片52的外表面52b及第4散热片56的外表面56b具有大致成一面的位置关系。
而且，如图11和图12所示，密封树脂体66以覆盖这种配置的密封部42a的方式在背面66b侧具有凸部66c。在本实施方式中，凸部66c在X方向上被设置成覆盖第2散热片52与第4散热片56之间的整个区域，在Y方向上被设置成跨呈平面矩形状的背面66b的相对的2边间。此外，关于凸部66c，例如能够在切削时以保留凸部66c的方式进行切削来形成。
这样，通过将密封部42a相对于延伸设置部56d配置于与IGBT元件30相反的一侧，延伸设置部56d与第1散热片50的对置部分成为P电位部与N电位部的最短距离L1。因而，与第1实施方式相比，能够使最短距离L1变长。由此，能够抑制随着密封树脂体66的绝缘性能的下降而P电位部与N电位部短路。此外，在本实施方式中，也使P电位部与O电位部的最短距离以及N电位部与O电位部的最短距离中的至少一方比最短距离L1短。
并且，虽然使密封部42a相对于延伸设置部56d配置于与IGBT元件30相反的一侧，但密封部42a被密封树脂体66的凸部66c覆盖。由此，能够争取O电位部与N电位部的沿面距离更长，进而还能够在X方向上使半导体装置10小型化。
此外，凸部66c的形成范围不限定于上述例子。凸部66c只要被设置成覆盖密封部42a即可。因而，也可以仅在密封部42a的周边设置凸部66c。
另外，示出了密封树脂体66具有凸部66c的例子，但是也可以设为将密封部42a相对于延伸设置部56d配置于与IGBT元件30相反的一侧且不具有凸部66c的结构。
以上说明了本公开的实施方式，但是本公开不受上述的实施方式的任何限制，能够在不脱离本公开的宗旨的范围内进行各种变形来实施。并且，上述各实施方式只要不矛盾，还能够适当组合。
示出了IGBT元件20为第1开关元件、IGBT元件30为第2开关元件、高电位电源端子40为第1电源端子、低电位电源端子42为第2电源端子的例子。然而，也可以将IGBT元件30设为第1开关元件、将IGBT元件20设为第2开关元件、将低电位电源端子42设为第1电源端子、将高电位电源端子40设为第2端子。在该情况下，第2散热片52相当于第3散热片，第3散热片54相当于第2散热片。
示出了作为接头部58具有设置于第2散热片52的第1接头部58a以及设置于第3散热片54的第2接头部58b的例子。然而，接头部58只要设置于第2散热片52和第3散热片54中的至少一方即可。例如，也可以设为仅在第2散热片52设置有接头部58的结构。在该情况下，接头部58的连接部位是第3散热片54的内表面54a或侧面。同样地，也可以仅在第3散热片54设置接头部58。
另外，示出了第1接头部58a与第2接头部58b在Z方向上经由焊剂64连接的例子。然而，也能够采用第1接头部58a与第2接头部58b在X方向上经由焊剂64连接的结构。
示出了半导体装置10具备终端60、62的例子。然而，能够采用不具有终端60、62的结构。
示出了各散热片50、52、54、56与密封树脂体66一起被切削加工而从一面66a露出外表面50b、54b、从背面66b露出外表面52b、56b的例子。然而，也可以不实施切削加工而使外表面50b、52b、54b、56b露出。并且，也可以设为外表面50b、52b、54b、56b中的至少一个被密封树脂体66覆盖而不露出到外部的结构。
示出了第4散热片56具有延伸设置部56d并在该延伸设置部56d连接低电位电源端子42的例子。然而，也能够采用第4散热片56不具有延伸设置部56d而在主体部56c的内表面56a连接低电位电源端子42的结构。

Claims (8)

1.一种半导体装置，具备在两面具有电极的第1开关元件(20)、以及在两面具有电极并与所述第1开关元件并列配置的第2开关元件(30)，作为形成上下臂的开关元件，所述半导体装置被控制成，在所述第1开关元件和所述第2开关元件中的一方发生电极间的短路的情况下，禁止另一方导通，其中，还具备：
作为与所述开关元件电连接的散热片的、与所述第1开关元件的下表面侧的电极电连接的第1散热片(50)、与所述第1开关元件的上表面侧的电极电连接的第2散热片(52)、与所述第2开关元件的下表面侧的电极电连接的第3散热片(54)、以及与所述第2开关元件的上表面侧的电极电连接的第4散热片(56)；
接头部(58)，设置于所述第2散热片和所述第3散热片中的至少一方，将所述第2散热片与所述第3散热片电中继；
密封树脂体(66)，将所述第1、第2开关元件、所述第1～第4散热片以及所述接头部一体地密封；
第1电源端子(40)，从所述第1散热片沿着与所述第1开关元件及所述第2开关元件的排列方向和所述第1开关元件的厚度方向这两个方向正交的方向延伸设置，向所述密封树脂体的外部露出；
外部连接用的输出端子(44)，从所述第3散热片沿着与所述第1电源端子相同的方向延伸设置，向所述密封树脂体的外部露出；以及
第2电源端子(42)，具有与所述第4散热片电连接且被所述密封树脂体密封的密封部(42a)、以及从所述密封部沿着与所述第1电源端子相同的方向延伸设置且向所述密封树脂体的外部露出的露出部(42b)，与所述第1电源端子一起连接于电源，
在所述排列方向上，在所述第1电源端子与所述输出端子之间且所述第2散热片与所述第3散热片之间的区域，配置有所述第2电源端子，
在所述密封树脂体内，在将与所述第1电源端子相同电位的部分设为第1电位部、将与所述第2电源端子相同电位的部分设为第2电位部、将与所述输出端子相同电位的部分设为第3电位部时，所述第1电位部与所述第3电位部的最短距离、以及所述第2电位部与所述第3电位部的最短距离中的至少一个距离比所述第1电位部与所述第2电位部的最短距离短。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第2电源端子(42)的所述密封部(42a)相对于所述第4散热片(56)配置并连接于所述第2开关元件(30)一侧，
所述接头部(58)沿着所述排列方向延伸设置，所述接头部与所述第1散热片(50)的最短距离、以及所述接头部与所述第4散热片的最短距离中的至少一个距离比所述密封部与所述第1散热片的最短距离短。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述第4散热片(56)具备：
主体部(56c)，与所述第2开关元件(30)相反一侧的面从所述密封树脂体(66)露出；以及
延伸设置部(56d)，从所述主体部在所述排列方向上向所述第1开关元件(20)侧延伸设置，并且被所述密封树脂体密封，
所述第2电源端子(42)的所述密封部(42a)相对于所述延伸设置部配置并连接于所述第2开关元件一侧，
所述延伸设置部与所述第2散热片(52)的最短距离比所述密封部与所述第1散热片(50)的最短距离短。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的半导体装置，其中，
所述第2电源端子(42)的所述密封部(42a)在所述厚度方向上位于比所述第1散热片(50)更接近所述第2散热片(52)的位置，
所述密封部与所述第2散热片的最短距离比所述密封部与所述第1散热片的最短距离短。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的半导体装置，其中，
所述第1散热片(50)、所述第2散热片(52)、所述第3散热片(54)以及所述第4散热片(56)中的至少一个在对应的所述开关元件(20、30)一侧的内表面上具有在所述厚度方向上突出的突起部(68)，
所述第1散热片与所述第2散热片的对置距离以及所述第3散热片与所述第4散热片的对置距离中的、具有所述突起部的部位处的所述对置距离比所述密封部(42a)与所述第1散热片的最短距离短。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的半导体装置，其中，
具备延伸设置终端(60、62)，该延伸设置终端(60、62)介于所述第1开关元件(20)与所述第1散热片(50)之间、所述第1开关元件(20)与所述第2散热片(52)之间、所述第2开关元件(30)与所述第3散热片(54)之间以及所述第2开关元件(30)与所述第4散热片(56)之间的至少一处来进行电中继，并且在所述排列方向上延伸设置到比所中继的所述开关元件更靠外侧的位置，
所述延伸设置终端与经由所述开关元件而与所述延伸设置终端之间对置的所述散热片之间的最短距离，比所述密封部(42a)与所述第1散热片的最短距离短。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第4散热片(56)具备：
主体部(56c)，与所述第2开关元件(30)相反一侧的面从所述密封树脂体(66)露出；以及
延伸设置部(56d)，从所述主体部在所述排列方向上向所述第1开关元件(20)侧延伸设置，并且被所述密封树脂体密封，
所述第2电源端子(42)的所述密封部(42a)相对于所述延伸设置部配置并连接于与所述第2开关元件相反的一侧。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，
所述密封树脂体(66)具有以覆盖所述密封部(42a)的方式形成的凸部(66c)。
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