CN105633024B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明得到一种具有下述构造的半导体装置，即，在不使用基板固定用的基底板的、无基底板构造中，能够防止基板以向上凸起的状态进行翘曲的现象。外部电极(21)的电极嵌入部(E2)的嵌入垂直电极区域(E21)以及壳体接触用水平电极区域(E22)的一部分，嵌入成型在形成收容壳体(3)的壳体内嵌入区域(3a)内。即，通过将壳体接触用水平电极区域(E22)作为电极嵌入部(E2)的一部分而插入至壳体内嵌入区域(3a)内，由此使壳体接触用水平电极区域(E22)的上表面以及下表面均与壳体内嵌入区域(3a)接触。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种不使用基板固定用的基底板的、无基底板构造的半导体装置。
背景技术
当前，例如，如专利文献1所公开，提出了一种无基底板构造的半导体装置，该构造不使用用于对形成半导体元件的基板进行固定载置的、金属制等的基底板。另外，当前，如专利文献2等所公开，提出了一种半导体装置，该半导体装置在外壳上表面通过嵌入成型将外部电极与外壳一起进行一体成型，外部电极的一端固定于壳体内部的绝缘基板上的电路导体箔。
专利文献1：日本特开平7－326711号公报(图1、图5)
专利文献2：日本特开平9－69603号公报(图5)
但是，在上述现有技术的半导体装置中，如下所述，存在需要解决的问题。
在专利文献1所公开的半导体装置中，由于不使用基底板，因此刚性低，在涂覆散热材料并利用螺钉紧固等将半导体装置固定于散热片时，力施加于绝缘基板，绝缘基板有时以向上凸起的状态进行翘曲(下面有时简称为“上凸翘曲”)。存在如果绝缘基板发生上凸翘曲，则绝缘基板与散热片之间的热阻增加等问题。
另外，在专利文献2所公开的半导体装置中，电极与外壳之间的接触点仅是电极对壳体上表面进行贯穿的部分。因此，无法以能够防止在壳体内部电极凸起翘曲的程度强力地按压绝缘基板，无法解决由绝缘基板的上凸翘曲而产生的专利文献1中的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于得到一种具有下述构造的半导体装置，即，在不使用基板固定用的基底板的、无基底板构造中，能够防止基板以向上凸起的状态进行翘曲的现象。
在本发明所涉及的技术方案1中记载的半导体装置的特征在于，具备：绝缘基板，其具有沿水平方向形成的一个主面以及另一个主面，在一个主面侧具有配线图案；半导体元件，其在所述绝缘基板的一个主面侧形成；外部电极，其与所述配线图案或所述半导体元件电连接，设置在所述绝缘基板的一个主面上；以及收容壳体，其收容所述绝缘基板以及所述半导体元件，所述收容壳体在所述绝缘基板的一个主面侧具有电极插入区域，该电极插入区域在内部具有构成所述外部电极的电极插入部的至少一部分，所述外部电极具有沿所述水平方向形成的水平方向电极区域，以所述水平方向电极区域的上表面与所述电极插入区域接触的方式进行设置。
发明的效果
由于技术方案1所记载的作为本发明的半导体装置具有上述特征，因此利用水平方向电极区域的存在，使收容壳体的电极插入区域相对于垂直方向上的应力的抵抗力变高。即，由于能够通过外部电极施加对绝缘基板的向上方的变动进行按压的较强的力，因此能够抑制绝缘基板的变形，其结果，能够实现半导体装置的可靠性的提高。
附图说明
图1是表示作为本发明实施方式1的功率模块的上表面构造的俯视图。
图2是表示图1的A－A剖面的剖面构造的剖视图。
图3是表示图1的B－B剖面的剖面构造的剖视图。
图4是表示作为本发明实施方式2的功率模块的剖面构造的剖视图。
图5是表示作为本发明实施方式3的功率模块的背面侧构造的俯视图。
图6是表示实施方式4的功率模块的剖面构造的剖视图。
图7是表示实施方式5的功率模块的上表面构造的俯视图。
图8是表示图7的C－C剖面的剖面构造的剖视图(其1)。
图9是表示图7的C－C剖面的剖面构造的剖视图(其2)。
图10是表示实施方式6的功率模块的剖面构造的剖视图。
图11是表示实施方式7的功率模块的上表面构造的俯视图。
图12是表示图11的D－D剖面的剖面构造的剖视图。
图13是表示实施方式8的功率模块的剖面构造的剖视图。
图14是表示实施方式9的功率模块的剖面构造的剖视图。
图15是表示实施方式10的功率模块的剖面构造的剖视图。
图16是表示实施方式11的功率模块的上表面构造的俯视图。
图17是表示实施方式12的功率模块的上表面构造的俯视图。
图18是表示实施方式13的功率模块的剖面构造的剖视图。
图19是表示实施方式14的功率模块的剖面构造的剖视图。
标号的说明
1 绝缘基板，2 半导体元件，3 收容壳体，3a 壳体内嵌入区域，3h 基板按压部，11、12、16～18 配线图案，20 SiC半导体元件，21～23、25～32、33A、33B、34、36～38 外部电极，40 信号用外部端子，45 散热材料，55 凹陷，E1 外部连接部，E2 电极嵌入部，E3、E4 基板连接部，E3x 窄宽度区域。
具体实施方式
<实施方式1>
图1是表示作为本发明实施方式1的功率模块(半导体装置)的上表面构造的俯视图。图2是表示图1的A－A剖面的剖面构造的剖视图。图3是表示图1的B－B剖面的剖面构造的剖视图。此外，在上述图1～图3中分别示出XYZ正交坐标系。下面，参照图1～图3对实施方式1的功率模块进行说明。
绝缘基板1由绝缘板10、配线图案11及12、以及背面电极15(内部电极)构成。配线图案11及12形成在绝缘板10的正面上，背面电极15形成在绝缘板10的背面上。
此外，在绝缘基板1的配线图案11上，利用焊料等粘接设置有以硅(Si)等为构成材料的半导体元件2。在图2的结构中，半导体元件2和配线图案12通过导线51进行电连接。
如上述所示，绝缘基板1具有沿由X方向及Y方向(第1及第2方向)规定的水平方向而形成的正面及背面(一个主面及另一个主面)，以绝缘板10为基准，在正面侧具有半导体元件2以及配线图案11及12，在背面侧具有背面电极15。
并且，在配线图案11及12上设置外部电极21及22(第1及第2外部电极)，此外，使背面电极15露出于外部，并将绝缘基板1、半导体元件2以及外部电极21及22的大部分收容于收容壳体3自身或者收容壳体3内的收容空间5内。并且，收容壳体3经由粘接剂52与绝缘板10的端部区域即壳体粘接区域10b进行粘接。另外，收容壳体3的上表面的一部分开口，并且在外周的4角处设置俯视形状为圆形状的安装孔53。
外部电极21及22分别由外部连接部E1、电极嵌入部E2(电极插入部)以及基板连接部E3构成。外部连接部E1形成在收容壳体3的外部、即收容壳体3的上表面上，电极嵌入部E2大部分插入至收容壳体3中的壳体内嵌入区域3a内，基板连接部E3形成于收容壳体3内的收容空间5内，与配线图案11及12的正面接触而设置。如上述所示，外部连接部E1设置于收容壳体3的外部，基板连接部E3与绝缘基板1的正面(配线图案11及12)直接连接，电极嵌入部E2设置于外部连接部E1和基板连接部E3之间。另外，在基板连接部E3，在中心处设置安装孔54。
如图3所示，基板连接部E3由支撑水平电极区域E32和支撑垂直电极区域E31构成，支撑水平电极区域E32与配线图案11的正面接触，支撑垂直电极区域E31与该支撑水平电极区域E32连续地沿垂直方向(+Z方向)延伸而形成。电极嵌入部E2由壳体接触用水平电极区域E22(水平方向电极区域)和嵌入垂直电极区域E21构成，该壳体接触用水平电极区域E22与支撑垂直电极区域E31连续地以在X方向具有形成宽度的方式沿水平方向(Y方向)延伸而形成，该嵌入垂直电极区域E21与该壳体接触用水平电极区域E22连续地沿垂直方向延伸而形成。
并且，如图3所示，电极嵌入部E2的嵌入垂直电极区域E21的全部以及壳体接触用水平电极区域E22的一部分，在形成收容壳体3的壳体内嵌入区域3a(电极插入区域)内进行嵌入成型。即，壳体接触用水平电极区域E22作为电极嵌入部E2的一部分而插入至壳体内嵌入区域3a内。
如上述所示，实施方式1的功率模块中的外部电极21及22以壳体接触用水平电极区域E22的上表面以及下表面均与壳体内嵌入区域3a接触的方式进行设置。
因此，由于壳体接触用水平电极区域E22的存在，收容壳体3的壳体内嵌入区域3a相对于垂直方向上的应力的抵抗力变高。即，当绝缘基板1向垂直方向的上方(+Z方向)变动时，利用通过将电极嵌入部E2插入至收容壳体3内而固定的外部电极21及22，能够施加将绝缘基板1向下方(－Z方向)按压的较强的力，因此能够抑制绝缘基板1的变形，能够实现装置的可靠性的提高。其结果，实施方式1的功率模块能够实现装置的长寿命化。
此外，在背面电极15上设置有未图示的散热材料的情况下，能够利用由外部电极21及22产生的按压力，对背面电极15与散热材料之间的接触区域进行延展，能够改善绝缘基板1的热阻。另外，由温度变化产生的绝缘基板1的变形也得到抑制，因此装置的可靠性提高。
此外，通过将实施方式1的功率模块中的壳体接触用水平电极区域E22插入至壳体内嵌入区域3a内，从而使壳体接触用水平电极区域E22的上表面以及下表面均与壳体内嵌入区域3a接触，因此还能够针对绝缘基板1的沿垂直方向的向下方的变形，施加向上方的力，因此还能够抑制绝缘基板1的向下方的变形。
另外，实施方式1的功率模块中的背面电极15具有与壳体粘接区域10b在俯视观察时重复的区域。
因此，在绝缘基板1的变形时，应力集中于绝缘板10的壳体粘接区域10b的边界处时，通过与壳体粘接区域10b在俯视观察时重复的、背面电极15的形成部分，能够有效地提高包含绝缘板10在内的绝缘基板1的刚性，因此能够缓和上述应力，能够实现功率模块的可靠性的提高。
即，虽然在绝缘基板1发生了变形时，应力集中于将绝缘基板1和收容壳体3连接的壳体粘接区域10b的边界处，但通过在俯视观察时与壳体粘接区域10b重复的区域中存在背面电极15，从而使绝缘基板1中的陶瓷制等的绝缘板10不易发生变形，绝缘板10中不易发生裂纹，因此装置的可靠性提高。
此外，实施方式1的功率模块通过将2个外部电极21及22(第1及第2外部电极)各自的电极嵌入部E2插入至壳体内嵌入区域3a，从而能够增强壳体内嵌入区域3a的刚性，能够进一步抑制绝缘基板1的变形。
另外，外部电极21及22的基板连接部E3在绝缘基板1的正面上的形成位置的自由度较高，因此能够实现外部电极21及22的按压位置的最佳化。
此外，作为配线图案11及12、背面电极15的构成材料，使用铜(Cu)、铝(Al)等，但为了减小热阻，优选使用Cu。
另外，作为绝缘基板1中的绝缘板10的绝缘材料，优选使用与氮化铝(AlN)等相比断裂强度更大的氮化硅(SiN)。另外，在使用SiN的情况下，为了减小热阻，优选使绝缘基板1的配线图案11及12以及背面电极15的铜厚大于或等于0.6mm，这在AlN等的情况下是难以制作的。另外，也可以不设置收容空间5，为了绝缘而对半导体元件2、绝缘基板1上方进行封装，作为封装材料，优选利用凝胶、树脂。
作为收容壳体3的构成材料的壳体树脂优选使用刚性高的PPS(PolyPhenyleneSulfide)、PBT(PolyButyleneTerephthalate)。另外，作为壳体安装部的安装孔53只要大于或等于1处，可以以任意方式进行配置，俯视形状也可以不是圆形状。
此外，电极嵌入部E2以及基板连接部E3的构造除了如图3所示的剖面形状以外，只要是由绝缘基板1变形时的应力所引起的外部电极21及22的变形足够少的构造即可。另外，外部连接部E1并不限定于沿绝缘基板1的形成方向即水平方向而形成的构造，也可以沿垂直方向延伸而形成。
另外，对于半导体元件2与配线图案11及12之间的电连接，除了利用导线51以外，还可以是电极间的软钎焊等利用具有导电性的部件进行。此外，对于外部电极21及22与绝缘基板1的配线图案11及12之间的直接连接，只要是能够确保导电性的连接方法即可，例如利用超声波接合或软钎焊接合、压接等。另外，也可以是绝缘基板1的侧面不由收容壳体3覆盖的构造。绝缘基板1也可以大于或等于2块。
<实施方式2>
图4是表示作为本发明实施方式2的功率模块的剖面构造的剖视图。图4中示出XYZ正交坐标系。该图相当于实施方式1中使用的图1的B－B剖面。此外，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式2的功率模块的特征在于，代替实施方式1的外部电极21及22中的至少一个而设置了外部电极23。实施方式2的功率模块中的外部电极23与实施方式1的外部电极21及22同样地，由外部连接部E1、电极嵌入部E2以及基板连接部E3构成，但电极嵌入部E2的壳体接触用水平电极区域E22不插入至壳体内嵌入区域3a内，以壳体内嵌入区域3a的底面和壳体接触用水平电极区域E22的上表面接触的方式进行设置。即，电极嵌入部E2的嵌入垂直电极区域E21的下端从壳体内嵌入区域3a的底面凸出，使壳体接触用水平电极区域E22沿壳体内嵌入区域3a的底面横向延伸。
如上述所示，实施方式2的功率模块中的外部电极23以壳体接触用水平电极区域E22的上表面与壳体内嵌入区域3a的底面接触的方式进行设置，因此与实施方式1同样，起到能够抑制绝缘基板1向上方(+Z方向)的变形的效果。
此外，由于壳体接触用水平电极区域E22不需要插入至壳体内嵌入区域3a内，因此能够比较简单地制造实施方式2的功率模块。
<实施方式3>
图5是表示作为本发明实施方式3的功率模块的背面侧构造的俯视图。图5中示出XYZ正交坐标系。对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式3的功率模块的特征在于，在背面电极15的下表面(另一个主面侧的面)的外周部，设置有多个凹陷(凹部)55，这些凹陷55各自与其他区域相比向绝缘基板1的正面侧(一个主面侧)凹进。通过利用该多个凹陷55缓和在背面电极15的边界处产生的应力，从而能够抑制在绝缘基板1的绝缘板10中发生裂纹的现象，因此能够提高装置的可靠性。另外，作为实施方式3的外部电极，可以使用实施方式1的外部电极21及22或者实施方式2的外部电极23中的任一者。
如上述所示，实施方式3的功率模块除了实施方式1或实施方式2的效果以外，还能够通过多个凹陷55缓和在背面电极15的边界处产生的应力，因此能够实现装置的可靠性提高。
此外，上述应力主要是在背面电极15与绝缘板10的背面之间的界面处，由于背面电极15与绝缘板10之间的线膨胀系数的差异等，因温度变化而产生的向水平方向的力。
另外，也可以代替具有底面的多个凹陷55，设置贯穿背面电极15而露出绝缘板10的多个贯穿口。即，通过作为形成于背面电极15的下表面并分别至少包含向正面侧凹进的区域的多个凹部，设置多个凹陷55或者多个贯穿口，从而能够实现实施方式3的效果。
<实施方式4>
图6是表示实施方式4的功率模块的剖面构造的剖视图。图6中示出XYZ正交坐标系。此外，图6相当于图1的A－A剖面的剖面构造。对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式4的功率模块的特征在于，代替实施方式1的外部电极21及22、或者实施方式2的外部电极23而设置了外部电极25及26。实施方式4的外部电极25及26分别形成为，具有如下电极宽度，即，电极嵌入部E2的X方向上的形成宽度比外部连接部E1以及基板连接部E3更宽。
此外，在图6中，为了易于理解收容壳体3的内部构造，省略了壳体内嵌入区域3a的图示。实际上，如图2～图4所示，至少将电极嵌入部E2的嵌入垂直电极区域E21的大部分插入至壳体内嵌入区域3a内。
如上述所示，实施方式4的功率模块中的电极嵌入部E2将X方向的形成宽度设定得比外部连接部E1以及基板连接部E3宽，该X方向是对水平方向进行规定的X方向以及Y方向中的一者。
因此，实施方式4的功率模块通过使电极嵌入部E2的形成宽度更宽，从而能够提高收容壳体3的壳体内嵌入区域3a内的紧密贴合性，因此能够进一步抑制绝缘基板1的变形。
<实施方式5>
图7是表示实施方式5的功率模块的上表面构造的俯视图。图8及图9均是表示图7的C－C剖面的剖面构造的剖视图。此外，在上述图7～图9中示出XYZ正交坐标系。另外，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式5的功率模块的特征在于，代替实施方式1的外部电极21及22、或者实施方式2的外部电极23而设置了外部电极27及28(第1及第2外部电极)。实施方式5的外部电极27及28分别形成为，具有如下电极宽度，即，与实施方式4的外部电极25及26同样地，电极嵌入部E2的X方向上的形成宽度比外部连接部E1以及基板连接部E3更宽。
此外，外部电极27的电极嵌入部E2沿X方向延伸形成至配线图案12的上方。其结果，在外部电极27的电极嵌入部E2与外部电极28的电极嵌入部E2之间，呈电极嵌入部E2的侧面观察重复构造，即，从由X方向以及Z方向规定的侧面来观察，形成重复的区域。
此外，如实施方式1那样将电极嵌入部E2的壳体接触用水平电极区域E22插入至壳体内嵌入区域3a内的剖面构造是图8，如实施方式2那样将电极嵌入部E2的壳体接触用水平电极区域E22形成于壳体内嵌入区域3a外的底面处的剖面构造是图9。另外，在图8以及图9中，为了易于理解电极嵌入部E2的重复构造，用虚线表示等方式示意性地示出外部电极28的电极嵌入部E2，因此包含了作为图7的C－C剖面不正确的部分。例如，虽然外部电极28的电极嵌入部E2的底面实际上与外部电极27的电极嵌入部E2的底面形成为同等程度的高度，但为了容易理解地示出外部电极28的存在，将外部电极28的电极嵌入部E2的底面图示得较浅。
上述构造的实施方式5的功率模块除了实施方式1或实施方式2及实施方式4的效果以外，还起到下述效果。
实施方式5的功率模块呈外部电极27及28之间的电极嵌入部E2的侧面观察重复构造，因此壳体内嵌入区域3a的刚性变得更强，实现由壳体内嵌入区域3a内的外部电极27及28产生的向绝缘基板1的按压力的增大，能够进一步抑制绝缘基板1的变形。
另外，在构成了电流从外部电极27及外部电极28中的外部电极27流入并从外部电极28流出这一电气特性的功率模块的情况下，在电极嵌入部E2的侧面观察重复区域中，在外部电极27、28之间起到抵消磁场的效果，因此可望具有装置的电感降低的效果。
此外，在上述实施方式5中，示出了在外部电极27及28之间电极嵌入部E2在侧面观察时重复的方式，但也可以是在外部电极27及28之间电极嵌入部E2在俯视观察时重复的方式。即，第1及第2外部电极即外部电极27及28各自的电极嵌入部E2，在壳体内嵌入区域3a内以俯视或侧视观察时至少一部分重复的方式进行设置即可。
<实施方式6>
图10是表示实施方式6的功率模块的剖面构造的剖视图。图10中示出XYZ正交坐标系。此外，图10相当于实施方式1的图1的A－A剖面，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式6的功率模块的特征在于，代替实施方式1的外部电极21及22、或者实施方式2的外部电极23而设置了外部电极29及30。实施方式6的外部电极29及30分别在基板连接部E3的基础上具有基板连接部E4而形成。外部电极29的基板连接部E3及E4与配线图案11直接连接，外部电极30的基板连接部E3及E4直接连接于配线图案12之上。
上述构造的实施方式6的功率模块除了实施方式1或实施方式2的效果以外，还起到下述效果。
在实施方式6中，外部电极29及30具有分别与绝缘基板1的正面直接连接的2个基板连接部E3及E4。因此，能够增大由外部电极29及30施加给绝缘基板1的按压力，进一步抑制绝缘基板1的变形。
此外，通过设置多个基板连接部E3及E4，能够实现外部电极29及30各自的电阻的减小化，能够进行大电流的供给。
<实施方式7>
图11是表示实施方式7的功率模块的上表面构造的俯视图。图12是表示图11的D－D剖面的剖面构造的剖视图。图11及图12中分别示出XYZ正交坐标系。此外，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如这些图所示，实施方式7在实施方式1的外部电极21及22的基础上，还在配线图案12上形成有作为信号电极的信号用外部端子40。信号用外部端子40的外部连接部S1设置于收容壳体3的上表面，内部连接部S2与配线图案12直接连接。并且，信号用外部端子40(信号端子)的外部连接部S1～内部连接部S2之间(未图示)与外部电极21及22的电极嵌入部E2同样地插入至收容壳体3内。
信号用外部端子40与外部电极21及22相比，电流传输能力较低，是用于控制信号等的端子。具体地说，在半导体元件2是IGBT元件的情况下，在栅极电极、发射极电极、温度测定用端子等中使用信号用外部端子40。与用于流过电流的外部电极21及22相比，信号用外部端子40通常是形成宽度较窄、并且板厚较薄的构造，因此如上所述电流传输能力比外部电极21及22低。
如上述所示，通过具有插入至收容壳体3内的部分的信号用外部端子40的存在，也施加对绝缘基板1的垂直方向上的向上方的变动进行按压的力，因此能够比实施方式1的功率模块更有效地抑制绝缘基板1的变形，能够实现装置的可靠性的提高。
此外，在上述实施方式7中，示出了在图1～图3所示的实施方式1的功率模块中设置了信号用外部端子40的构造，但同样也可以在其他的实施方式2～实施方式6的构造中设置信号用外部端子40。
<实施方式8>
图13是表示实施方式8的功率模块的剖面构造的剖视图。图13中示出XYZ正交坐标系。图13相当于图1的A－A剖面，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式8的功率模块中代替实施方式1的外部电极21及22、或者实施方式2的外部电极23而设置有外部电极31及32。实施方式8的外部电极31的基板连接部E3的特征在于，具有X方向上的形成宽度与其他区域相比形成得较窄的窄宽度区域E3x。此外，窄宽度区域E3x的Y方向上的形成宽度与其他区域相比，同等地或者较窄地形成。
上述构造的实施方式8的功率模块除了起到与实施方式1或实施方式2相同的效果以外，还起到下述效果。
实施方式8的功率模块通过使基板连接部E3的窄宽度区域E3x的刚性变小，从而能够缓和绝缘基板1(配线图案11及12)与基板连接部E3之间的连接界面处的应力，与此相应，能够实现温度变化时所发生的绝缘基板1、外部电极31之间的连接界面处的应力的减小化，实现装置的可靠性的提高。
此外，上述应力主要是在绝缘基板1的正面侧的配线图案11及12与外部电极31及32之间的连接界面处，由于配线图案11及12、外部电极31及32之间的线膨胀系数的差异等，因温度变化而产生的向水平方向的力。
<实施方式9>
图14是表示实施方式9的功率模块的剖面构造的剖视图。图14中示出XYZ正交坐标系。此外，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式9的功率模块中代替实施方式1的外部电极21及22、或者实施方式2的外部电极23而设置有外部电极33A、33B及34(第1、第2及第3外部电极)。外部电极33A及33B设置在配线图案11上，外部电极34设置在配线图案12上。
在实施方式9中，特征在于，外部电极33B与外部电极33A及外部电极34相比配置在绝缘基板1的中央部侧，外部电极33A及外部电极34各自的基板连接部E3与实施方式8同样地具有窄宽度区域E3x，外部电极33B的基板连接部E3不具有窄宽度区域E3x。
上述构造的实施方式9的功率模块除了实施方式1或实施方式2的效果以外，还起到下述效果。
实施方式9通过具有上述特征，从而利用不具有窄宽度区域E3x的外部电极33B，有效地抑制了位移比较大的绝缘基板1的中央部的变动。此外，外部电极33A及外部电极34设置在与绝缘基板1的中央部相比，绝缘基板1、外部电极33A(34)之间的连接界面处的应力比较大的区域中，通过仅在外部电极33A及外部电极34中设置窄宽度区域E3x而实现了上述应力的减小化。其结果，关于外部电极33A、33B及34的基板连接部E3与绝缘基板1之间的连接部分，能够有效地实现装置的可靠性的提高。
<实施方式10>
图15是表示实施方式10的功率模块的剖面构造的剖视图。此外，图15中示出XYZ正交坐标系。此外，图15相当于图1的A－A剖面，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式10的功率模块除了实施方式1的结构以外，特征在于还设置有从收容壳体3的底面的一部分向下方延伸而与配线图案11接触的基板按压部3h。
如上述所示，实施方式10的功率模块的收容壳体3具有基板按压部3h，该基板按压部3h从上方向下方延伸而形成，与绝缘基板1正面的配线图案11接触而设置。
因此，即使在未配置有外部电极21及22的绝缘基板1的正面侧的区域中，也能够通过基板按压部3h抑制绝缘基板1的位移。
此外，在上述实施方式10中，示出了在图1～图3所示的实施方式1的功率模块的收容壳体3中设置了基板按压部3h的构造，但同样也可以在其他的实施方式2～实施方式9的收容壳体3中设置基板按压部3h。
<实施方式11>
图16是表示实施方式11的功率模块的上表面构造的俯视图。此外，图16中示出XYZ正交坐标系。此外，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式11的功率模块将实施方式1的外部电极21及22的基板连接部E3配置在绝缘基板中心点SC的附近。具体地说，在外部电极21中，与绝缘板10的外缘至基板连接部E3的距离d21相比，绝缘基板中心点SC至基板连接部E3的距离d11较短，在外部电极22中，与绝缘板10的外缘至基板连接部E3的距离d22相比，绝缘基板中心点SC至基板连接部E3的距离d12较短。
如上述所示，实施方式11的功率模块的特征在于，将外部电极21及22的基板连接部E3配置在与绝缘基板1的周缘部相比更靠近中心部的区域中。
实施方式11通过具有上述特征，从而能够抑制温度变化时的变形最大的绝缘基板1的中心部的变形，因此起到装置的可靠性提高的效果。
此外，在上述实施方式11中，示出了图1～图3所示的实施方式1的功率模块的外部电极21及22的配置，但同样也可以适用于其他的实施方式2～实施方式10的外部电极的配置。
<实施方式12>
图17是表示实施方式12的功率模块的上表面构造的俯视图。图17中示出XYZ正交坐标系。此外，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式12的功率模块在绝缘板10上设置有配线图案16～18，在配线图案17上设置有半导体元件2A～2C(第1半导体元件)，在配线图案18上设置有半导体元件2D～2F(第2半导体元件)。例如，在实施方式12的功率模块构成逆变器的情况下，半导体元件2A～2C是与高电压侧的P端子连接的高电压驱动用的IGBT等半导体元件，半导体元件2D～2F是与低电压侧的N端子连接的低电压驱动用的半导体元件。即，实施方式12的功率模块具有以相互不同的电平的电压进行驱动的2种半导体元件2A～2C以及半导体元件2D～2F。
此外，在配线图案16～18上设置外部电极36～38。并且，外部电极36～38沿俯视观察为直线状的电极形成线LE3设置在半导体元件2A～2C与半导体元件2D～2F之间。
如上述所示，实施方式12的功率模块的特征在于，在以相互不同的电平的电压进行驱动的半导体元件2A～2C以及半导体元件2D～2F之间设置直线状的电极形成线LE3，沿该电极形成线LE3配置外部电极36～38的基板连接部E3。此外，外部电极36～38的基板连接部E3在电极形成线LE3附近存在即可，也可以如外部电极37的基板连接部E3那样从电极形成线LE3稍微离开。
实施方式12通过具有上述特征，从而能够在半导体元件2A～2C与半导体元件2D～2F之间设置与基板连接部E3的形成对应的间隔，因此能够降低半导体元件2A～2C、半导体元件2D～2F之间的热干扰，与此相应，能够抑制与温度变化相伴的绝缘基板1的位移。
另外，在以相同的电压电平驱动的半导体元件2A～2C间或者半导体元件2D～2F间，在使用IGBT及二极管的情况下，为了进一步减少热干扰，优选交替地配置IGBT及二极管。另外，也可以在IGBT、二极管间的配线图案17及18中设置配线区域。
<实施方式13>
图18是表示实施方式13的功率模块的剖面构造的剖视图。此外，图18中示出XYZ正交坐标系。此外，图18相当于图1的A－A剖面，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式13的功率模块的特征在于，代替实施方式1的半导体元件2而设置了以碳化硅(SiC)为构成材料的SiC半导体元件20。
上述特征的实施方式13的功率模块利用SiC半导体元件20实现高电流密度的功率模块，但与以Si为构成材料的半导体元件2相比，由温度变化产生的绝缘基板1的位移变得更大。但是，与实施方式1同样，通过利用外部电极21及22发挥向绝缘基板1的按压力，从而能够抑制绝缘基板1的位移，因此即使在使用SiC半导体元件20的情况下也能够提高装置的可靠性。
此外，SiC比Si的损耗小，因此使用SiC半导体元件20的实施方式13的功率模块能够实现节能化。
此外，上述实施方式13示出了将图1～图3所示的实施方式1的功率模块的半导体元件2置换为SiC半导体元件20的构造，但同样也可以将其他的实施方式2～实施方式12的半导体元件2置换为SiC半导体元件20。
<实施方式14>
图19是表示实施方式14的功率模块的剖面构造的剖视图。此外，图19中示出XYZ正交坐标系。此外，图19相当于图1的A－A剖面，对与实施方式1相同的结构部标注相同标号，适当地省略说明。
如该图所示，实施方式14的特征在于，在实施方式1的背面电极15上还设置有散热材料45。散热材料45由于温度变化而发生相变，在常温附近为固体。通常还将未图示的散热片紧固地固定于该散热材料45。
上述特征的实施方式14的功率模块与实施方式1同样，采用利用外部电极21及22按压绝缘基板1的构造，利用实施方式1的效果，抑制了绝缘基板1的位移。
因此，即使使用在常温附近时为固体的散热材料45，在散热片的紧固时也不会发生绝缘基板1中的绝缘板10的裂纹，与使用液态的散热材料的情况相比导热性更高，因此起到能够降低热阻的效果。
此外，在上述实施方式1～实施方式14中，示出了在配线图案11、12等上形成外部电极21及22等的结构，但也可以是在半导体元件2上形成外部电极21及22等的结构。即，外部电极21及22等与配线图案11及12等或半导体元件2(包含SiC半导体元件20)电连接，设置在绝缘基板1的一个主面上即可。
此外，在本发明的范围内，能够对本发明的各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当进行变更、省略。

Claims (17)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
绝缘基板，其具有沿水平方向形成的一个主面以及另一个主面，在一个主面侧具有配线图案；
半导体元件，其在所述绝缘基板的一个主面侧形成；
外部电极，其与所述配线图案或所述半导体元件电连接，设置在所述绝缘基板的一个主面上；以及
收容壳体，其收容所述绝缘基板以及所述半导体元件，所述收容壳体在所述绝缘基板的一个主面侧具有电极插入区域，该电极插入区域在内部具有构成所述外部电极的电极插入部的至少一部分，该电极插入区域是以在俯视观察时完全包含于所述绝缘基板的一个主面的方式设置的，
所述外部电极具有沿所述水平方向形成的水平方向电极区域，以所述水平方向电极区域的上表面与所述电极插入区域接触的方式进行设置。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述水平方向电极区域作为所述电极插入部的一部分而插入至所述电极插入区域内。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述水平方向电极区域的上表面与所述电极插入区域的底面接触而设置。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述绝缘基板的一个主面具有与所述收容壳体粘接的壳体粘接区域，
所述绝缘基板在另一个主面侧还具有内部电极，
所述内部电极具有在俯视观察时与所述壳体粘接区域重复的区域。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，
所述内部电极在另一个主面侧的外周区域中具有多个凹部，该多个凹部分别至少包含与其他区域相比向一个主面侧凹进的区域。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述外部电极包含：
外部连接部，其设置于所述收容壳体的外部；以及
基板连接部，其与所述绝缘基板的一个主面直接连接，
所述电极插入部设置在所述外部连接部与所述基板连接部之间，
所述电极插入部在规定所述水平方向的第1方向及第2方向中的至少一个方向上的宽度，与所述外部连接部以及所述基板连接部相比设定得较宽。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述外部电极包含第1外部电极及第2外部电极，
所述第1外部电极及第2外部电极分别包含：
外部连接部，其设置于所述收容壳体的外部；以及
基板连接部，其与所述绝缘基板的一个主面直接连接，
所述电极插入部设置在所述外部连接部与所述基板连接部之间，
所述第1外部电极及第2外部电极各自的所述电极插入部的至少一部分插入至所述电极插入区域内。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1外部电极及第2外部电极的所述电极插入部以在所述电极插入区域中在俯视或侧视观察时至少一部分重复的方式进行设置。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述外部电极包含：
外部连接部，其设置于所述收容壳体的外部；以及
多个基板连接部，其与所述绝缘基板的一个主面直接连接，
所述电极插入部设置在所述外部连接部与所述多个基板连接部之间。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，还具备与所述绝缘基板的所述配线图案进行电连接的信号端子，所述信号端子与所述外部电极相比电流传输能力较低，
所述信号端子的至少一部分插入至所述收容壳体内。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述外部电极包含：
外部连接部，其设置于所述收容壳体的外部；以及
基板连接部，其与所述绝缘基板的一个主面直接连接，
所述电极插入部设置在所述外部连接部与所述基板连接部之间，
所述基板连接部在一部分处具有其形成宽度与其他区域相比形成得较窄的窄宽度区域。
12.根据权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，
所述外部电极包含分别具有所述外部连接部、所述基板连接部以及所述电极插入部的第1外部电极及第2外部电极，所述第2外部电极与所述第1外部电极相比配置在所述绝缘基板的中央部侧，
所述第1外部电极的所述基板连接部具有所述窄宽度区域，所述第2外部电极的所述基板连接部不具有所述窄宽度区域。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述收容壳体具有基板按压部，该基板按压部从上方向下方延伸而形成，与所述绝缘基板的一个主面接触而设置。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述外部电极包含：
外部连接部，其设置于所述收容壳体的外部；以及
基板连接部，其与所述绝缘基板的一个主面直接连接，
所述电极插入部设置在所述外部连接部与所述基板连接部之间，
所述基板连接部设置在与所述绝缘基板的周缘部相比更靠近中心部的区域中。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述外部电极包含多个外部电极，
所述多个外部电极分别具有与所述绝缘基板的一个主面直接连接的基板连接部，
所述多个外部电极沿俯视观察为直线状的电极形成线进行设置，
所述半导体元件包含第1半导体元件及第2半导体元件，所述第1半导体元件及第2半导体元件以相互不同的电平的电压进行驱动，隔着所述电极形成线进行配置。
16.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体元件包含以碳化硅为构成材料的半导体元件。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
在所述绝缘基板的另一个主面侧还具备常温下为固体的散热材料。
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