CN110268518B - 半导体装置及电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

提供维持绝缘性能并且能够小型化的半导体装置。半导体装置(10)具备引线框架(1)、作为层叠片的带有金属箔的绝缘片(3b)、作为半导体元件的功率元件、作为封装框体的树脂框体(7)。树脂框体(7)为树脂制，对引线框架(1)的一部分、带有金属箔的绝缘片(3b)的一部分、功率元件进行封装。在树脂框体(7)形成开口部(17)，该开口部(17)使带有金属箔的绝缘片(3b)的与和引线框架(1)相对的表面相反侧的背面的一部分露出。树脂框体(7)包含肋部(2)，该肋部(2)包围开口部且向相对于带有金属箔的绝缘片(3b)的作为背面的底面部(20)垂直的方向凸出。位于带有金属箔的绝缘片(3b)的从开口部(17)露出的底面部(20)的一部分的外周部处的金属箔(4)的端部(14)埋设于树脂框体(7)中。

Description

半导体装置及电力转换装置
技术领域
本发明涉及半导体装置，更特定地涉及具备封装树脂的传递模塑型半导体装置。
背景技术
当前，已知通过传递塑模法形成了封装树脂的传递模塑型半导体装置。由于传递模塑型半导体装置具有高生产率和可靠性，因此正在广泛进行其开发。在传递模塑型半导体装置中，由层叠有散热用金属层和绝缘层的高热传导绝缘片(下面，也称为绝缘片)承担绝缘和散热的作用(例如，参照日本特开2014-72305号公报(下面，称为专利文献1)及国际公开号第WO2012/053205号(下面，称为专利文献2))。
专利文献1：日本特开2014-72305号公报
专利文献2：WO2012/053205
发明内容
如上述传递模塑型半导体装置那样具备封装树脂的当前的半导体装置具有如下构造，即，为了保持搭载有半导体元件的引线框架和高热传导绝缘片之间的沿面距离，引线框架在封装树脂的内部弯曲，以使得能够对绝缘片的端部的局部放电进行抑制而确保绝缘性能。施加了弯曲加工的引线框架变为框架图案彼此的间隔拓宽的形状，有可能导致引线框架整体的大型化，乃至半导体装置、使用了该半导体装置的半导体模块整体的大型化。另外，在设为从半导体装置的大于或等于3个边伸出外部连接用端子的构造的情况下，有可能由于弯曲加工而产生引线框架彼此的干涉，有可能对引线框架的图案产生限制。
在本发明中，其目的在于，提供对绝缘片的端面的局部放电的产生进行抑制且增大绝缘片和引线框架之间的沿面距离而维持绝缘性能，并且能够小型化的半导体装置。
本公开所涉及的半导体装置具备层叠片、引线框架、半导体元件、封装框体。层叠片层叠有导体层和绝缘层。引线框架配置于层叠片之上。半导体元件配置于引线框架之上。封装框体为树脂制，对引线框架的一部分、层叠片的一部分、半导体元件进行封装。在封装框体形成开口部，该开口部使层叠片的与和引线框架相对的表面相反侧的背面的一部分露出。封装框体包含肋部，该肋部包围开口部而向相对于层叠片的背面垂直的方向凸出。位于层叠片的从开口部露出的一部分的外周部处的导体层的端部埋设于封装框体中。
本公开所涉及的电力转换装置具备：主转换电路，其具有上述半导体装置，主转换电路对被输入进来的电力进行转换而输出；以及控制电路，其将对主转换电路进行控制的控制信号输出至主转换电路。
发明的效果
如上所述，由于形成有肋部，该肋部确保位于封装框体的外侧的引线框架和从开口部露出的层叠片之间的沿面距离，因此能够维持充分的沿面距离并且缩小半导体装置的俯视观察时的尺寸。并且，由于层叠片的导体层的端部埋设于封装框体中，因此导体层的端部的局部放电开始电压上升。其结果，半导体装置的绝缘性能提高。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖面示意图。
图2是图1所示的半导体装置的局部剖面示意图。
图3是从图1所示的半导体装置的表面侧观察的斜视示意图。
图4是从图1所示的半导体装置的背面侧观察的斜视示意图。
图5是表示图1所示的半导体装置的引线框架和层叠片的关系的示意图。
图6是表示图1所示的半导体装置的制造方法的流程图。
图7是本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖面示意图。
图8是本发明的实施方式3涉及的半导体装置的斜视示意图。
图9是图8所示的半导体层的剖面示意图。
图10是本发明的实施方式4涉及的半导体装置的剖面示意图。
图11是图10所示的半导体装置的局部剖面示意图。
图12是表示本发明的实施方式5涉及的电力转换系统的结构的框图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。在以下附图中，对相同或相当的部分标注相同的参照标号，不重复其说明。
另外，包含图1，在以下的附图中各结构部件的尺寸关系有时与实际的不同。并且，在说明书全文中示出的结构要素的方式只是例示，并不限于这些记载。
实施方式1.
<半导体装置的结构＞
图1是本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。图2 是图1的半导体装置的局部剖面示意图，图3是从表面侧观察图1 的半导体装置的斜视示意图。图4是从作为层叠片的带有金属箔的绝缘片3b侧(背面侧)观察图1的半导体装置的斜视示意图。图5是表示图1所示的半导体装置的引线框架和层叠片的关系的示意图。半导体装置10主要具备引线框架1、带有金属箔的绝缘片3b、作为半导体元件的功率元件5、作为导电线的导线6、作为封装框体的树脂框体7。
引线框架1包含安装功率元件5的配线部、从树脂框体7露出的部分的外部端子部12。功率元件5搭载于配线部，功率元件5的背面电极通过焊料等与该配线部连接。另外，多个功率元件5之间、及功率元件5的表面电极与配线部之间通过导线6连接。引线框架1 与功率元件5的电极电连接。
带有金属箔的绝缘片3b为在金属箔4之上层叠了绝缘片3的层叠片。在绝缘片3之上配置有引线框架1。在引线框架1之上配置有功率元件5。树脂框体7形成为对引线框架1的一部分、功率元件5、导线6、带有金属箔的绝缘片3b进行封装。此外，带有金属箔的绝缘片3b的金属箔4的表面即底面部20的一部分从树脂框体7露出。带有金属箔的绝缘片3b的外周端部埋设于树脂框体7的内部。另外，在带有金属箔的绝缘片3b的外周部之下配置有树脂框体7的肋部2。
外部端子部12具有与外部的设备等连接的多个端子。外部端子部12的各端子在树脂框体7的外部弯曲为L形状，从树脂框体7露出。在图3中示出外部端子部12从半导体装置10的3个方向从树脂框体7凸出的例子。此外，外部端子部12也可以形成为从树脂框体 7向1个方向、或彼此不同的2个方向凸出。在引线框架1的框架图案的设计困难的结构的一个例子即外部端子部12向2个方向凸出的结构中，形成如图1及图2所示的引线框架1的台阶部8的半冲裁加工的优点特别显著。但是，也可以通过引线框架1的弯曲加工形成与半冲裁加工等同的台阶部8。在该情况下，以由弯曲加工形成的引线框架1的图案间的距离不受影响、或不产生图案的干涉的方式实施引线框架1的弯曲加工。
带有金属箔的绝缘片3b包含散热性高的绝缘层即绝缘片3、金属箔4。绝缘片3使引线框架1与金属箔4绝缘。功率元件5产生的热经由绝缘片3向金属箔4散热。作为绝缘片3的材料而使用环氧树脂等热固性树脂。另外，对于绝缘片3，在其内部混入了二氧化硅、氧化铝、氮化硼等高热传导性填料。
作为金属箔4而使用铜板、铝板、铜箔等高热传导部件。金属箔4的厚度可以薄，但优选大于或等于0.03mm而小于或等于0.40mm 以具有自支撑性。金属箔4的厚度的下限可以为0.05mm，可以为 0.10mm，可以为0.15mm，也可以为0.20mm。金属箔4的厚度的上限可以为0.35mm，可以为0.30mm，也可以为0.25mm。
通过对铜板、铝板进行冲压成型而进行图案形成，由此形成引线框架1。对于引线框架1，在形成上述图案后，通过半冲裁加工形成引线框架的厚度(例如0.6mm)的一半高度(例如0.3mm)的台阶部8。在半冲裁加工中，在冲压等工序中，通过相对于引线框架1 的厚度方向在中途停止加工工具的移动，能够在引线框架1形成台阶部8。如果通过冲压成型进行加工则引线框架1的厚度能够设为任意厚度，例如也可以比0.6mm厚。引线框架1的台阶部8的高度也可以例如大于或等于0.1mm。在该情况下，树脂框体7的一部分以不产生空隙的方式填充于位于引线框架1和绝缘片3之间且与台阶部8 相连的间隙。另外，如果进行比引线框架1的厚度的一半大的半冲裁加工，则存在产生由引线框架1的切断、或引线框架1的强度的不足导致的缺陷等的风险。因此，优选台阶部8的高度大于或等于0.1mm 而小于或等于引线框架1的厚度的一半。
此外，在图3及图4中示出如下结构，即，引线框架1的外部端子部12以向与树脂框体7的上表面交叉的方向延伸的方式弯曲，但在图1、图2及图5中省略了该引线框架1的外部端子部12的弯曲形状的图示。
功率元件5例如也可以是将输入交流电力转换为直流电力的转换器部所使用的二极管、或将直流电力转换为交流电力的逆变器部所使用的双极晶体管、IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)、 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)、GTO (Gate Turn-Off thyristor)等。
树脂框体7也可以通过环氧树脂等热固性树脂形成。在该情况下，使用传递成型、注塑成型、压缩成型等方法，在高温下对树脂框体7进行树脂成型。树脂框体7确保配置于树脂框体7内部的部件间的绝缘性。树脂框体7以带有金属箔的绝缘片3b的一个面(露出面即底面部20)及引线框架1的一部分(外部端子部12)露出的方式对功率元件5进行封装。树脂框体7包含肋部2。在包含肋部2的树脂框体7中，带有金属箔的绝缘片3b的端部成为埋设于内部的状态。肋部2以从底面部20向相对于该底面部20垂直的方向凸出的方式形成。
肋部2形成为将金属箔的端部14埋于内部。肋部2是以带有金属箔的绝缘片3b的底面部20(露出面)为基准面，向与引线框架1 的台阶部8的方向相反侧凸出而设置的。肋部2形成为掩埋带有金属箔的绝缘片3b的整个周围。从不同的观点而言，肋部2是沿半导体装置10的俯视观察时的外周形成的。如图4所示，在半导体装置10 的俯视观察时的形状为多边形状(例如四边形状)时，沿该多边形状的相邻的边的肋部2为连接的状态。对于肋部2，通过将沿相邻的边的部分之间连接，从而提高了该相邻的边的边界部即角部的肋部2 的刚性。其结果，使半导体装置10的对极方向(例如相对的3个角方向)的弯曲刚性提高。
另外，通过形成肋部2，能够确保引线框架1的外部端子部12 与金属箔4之间的沿面距离。因此，不需要进行以下应对，即，没有形成肋部2，为了确保外部端子部12和金属箔4之间的沿面距离而将半导体装置大型化，所以实现了半导体装置的小型化。此外，由于使在对树脂框体7进行成型时使用的模具的脱模性提高，因此也可以将肋部2的角部设为R形状或锥形状。
在图2中，半导体装置的底面部20处的肋形成位置即端部13 与金属箔4的端部14相比位于内周侧。端部13和金属箔4的端部 14之间的距离L1例如为1.0mm，由铜等构成的金属箔4的端部14 与肋部2的底面15之间的垂直方向的距离L2为3.0mm。优选端部 13与金属箔4的端部14的距离L1大于或等于0.2mm。另外，优选铜箔端部14与肋部2的底面15的垂直方向的距离L2大于或等于 0.2mm。在满足这些的情况下，具有金属箔4的端部14处的电场强度缓和的效果，可预期该端部14处的局部放电开始电压的提高。其结果，能够使半导体装置10的绝缘性提高。
另外，如图5所示，优选引线框架1的台阶部8与金属箔4的端部14相比位于内侧。优选绝缘片3与金属箔4的面积相同，但也可以不同。台阶部8和金属箔4的端部14之间的距离L3例如可以大于或等于0.2mm，可以大于或等于0.3mm，也可以大于或等于 0.5mm。另外，距离L3的上限可以为3.0mm，也可以为2.0mm。
另外，绝缘片3和金属箔4也可以相对于成为半导体装置上表面的树脂框体7的上表面，向垂直方向变形。在该情况下，也优选金属箔4的端部14与肋形成位置即端部13之间的距离L1及端部14 与肋部2的底面15之间的距离L2各自大于或等于0.2mm。此时，在与引线框架1的台阶部8相比靠外侧的位置处，向引线框架1侧变形的绝缘片3和引线框架1也可以接触。另一方面，不允许金属箔4 的端部14与引线框架1接触。在绝缘片3与引线框架1接触的情况下，绝缘片3以从底面部20向垂直方向位移0.3mm的方式变形。为了对绝缘片3的变形进行抑制，使金属箔4的端部14的位置与图2 所示的肋部2的底面15的中央相比配置于内周侧(或者，距离L1 小于或等于底面15的长度的二分之一)是有效的。此外，在图1中示出，在引线框架1的与接触于绝缘片3的端面相比更靠内侧处设置有台阶部8的例子。通过将树脂框体7填充于该台阶部8与绝缘片3 之间的间隙，从而以树脂框体7的厚度量确保了引线框架1与带有金属箔的绝缘片3b之间的绝缘距离。
<半导体装置的作用效果>
本公开所涉及的半导体装置10具备引线框架1、作为层叠片的带有金属箔的绝缘片3b、作为半导体元件的功率元件5、作为封装框体的树脂框体7。带有金属箔的绝缘片3b层叠有作为导体层的金属箔4和作为绝缘层的绝缘片3。引线框架1配置于带有金属箔的绝缘片3b之上。功率元件5配置于引线框架1之上。树脂框体7为树脂制，对引线框架1的一部分、带有金属箔的绝缘片3b的一部分、功率元件5进行封装。在树脂框体7形成开口部，该开口部使在带有金属箔的绝缘片3b的与和引线框架1相对的表面相反侧的背面的一部分露出。树脂框体7包含肋部2，该肋部2包围开口部，向相对于带有金属箔的绝缘片3b的作为背面的底面部20垂直的方向凸出。位于带有金属箔的绝缘片3b的从开口部17露出的底面部20的一部分的外周部处的金属箔4的端部14埋设于树脂框体7中。
这样，由于形成有肋部2，该肋部2确保位于树脂框体7的外侧的引线框架1和从开口部露出的带有金属箔的绝缘片3b之间的沿面距离，因此能够维持充分的沿面距离并且缩小半导体装置10的俯视观察时的尺寸。并且，由于带有金属箔的绝缘片3b的金属箔4的端部14埋设于树脂框体7中，因此金属箔4的端部14的局部放电开始电压上升。其结果，能够使半导体装置10的绝缘性能提高，使其可靠性提高。
就上述半导体装置10而言，肋部2包含构成开口部内周面的侧壁。侧壁的位于带有金属箔的绝缘片3b侧的端部13与金属箔4的端部14相比位于内周侧。侧壁的端部13与金属箔4的端部14之间的距离L1大于或等于0.2mm。在该情况下，能够使金属箔4的端部14 的局部放电开始电压充分提高。
就上述半导体装置10而言，肋部2的相对于带有金属箔的绝缘片3b的背面即底面部20垂直的方向的表面即底面15与金属箔4的端部14之间的距离L2大于或等于0.2mm。在该情况下，能够使金属箔4的端部14的局部放电开始电压充分提高。
就上述半导体装置10而言，树脂框体7是使用传递塑模法形成的成型体。在该情况下，在传递塑模法中，在用于形成树脂框体7 的模具的内部，通过在形成树脂框体7的区域内配置了带有金属箔的绝缘片3b的金属箔4的端部14后，将成为树脂框体7的树脂导入模具内，由此能够容易地得到将金属箔4的端部14埋设于树脂框体7 的内部的构造。
就上述半导体装置10而言，俯视观察树脂框体7的情况下的形状为外周包含在图3中的纸面的左右方向延伸的第1边及在与该第1 边不同的方向延伸的第2边的多边形状。例如，树脂框体7的俯视观察时的形状也可以是如图3所示的四边形状。引线框架1包含从树脂框体7的第1边向外侧凸出的第1外部端子部12、从树脂框体7的第2边向外侧凸出的第2外部端子部12。
由于本公开涉及的将肋部2、金属箔4的端部14埋设于树脂框体7中的结构在树脂框体7的第1边及第2边任意者的方向上均能够不彼此干涉地形成，因此在包含上述那样的第1及第2外部端子部 12的半导体装置10中也能够容易地应用本公开涉及的结构。
就上述半导体装置10而言，引线框架1在带有金属箔的绝缘片 3b之上在与带有金属箔的绝缘片3b分离的方向形成有台阶部8。台阶部8的高度G小于引线框架1的厚度。在该情况下，能够对引线框架1在台阶部8处断裂这样的问题的产生进行抑制。
就上述半导体装置10而言，引线框架1包含在俯视观察时与开口部17重叠的第1部分、与第1部分相连并与金属箔4的端部14 重叠的第2部分。在引线框架1的第1部分形成有台阶部8，以使得第2部分与金属箔4的端部14隔开间隔地配置。
在该情况下，由于引线框架1的第2部分是与金属箔4的端部 14之间隔开间隔地配置的，因此能够在引线框架1的第2部分和金属箔4的端部14之间配置树脂框体7的一部分。其结果，能够将金属箔4的端部14设为可靠地埋设于树脂框体7的内部的状态。
就上述半导体装置10而言，引线框架1包含安装有功率元件5 的安装部分、与安装部分相比位于外周侧的外周部分。在相对于带有金属箔的绝缘片3b的表面垂直的方向，从带有金属箔的绝缘片3b 至安装部分的表面为止的距离L8比从带有金属箔的绝缘片3b至外周部分的表面为止的距离L9小。
就上述半导体装置10而言，在相对于带有金属箔的绝缘片3b 的表面垂直的方向，安装部分的表面和外周部分的表面之间的距离 L10小于引线框架1的厚度。在该情况下，当为了在安装部分的表面与外周部分的表面之间形成从带有金属箔的绝缘片3b起的高度差，而在引线框架形成了台阶部8、后述的图7所示的弯曲部9时，能够将该台阶部8、弯曲部9处的引线框架1的变形量设为小于该引线框架1的厚度。因此，能够对由于在台阶部8、弯曲部9处引线框架1 过度变形而破损这样的问题的产生进行抑制。
就上述半导体装置10而言，带有金属箔的绝缘片3b的厚度方向的变形量小于或等于0.3mm。在该情况下，能够降低构成带有金属箔的绝缘片3b的金属箔4和引线框架1的外周部接触的可能性。
就上述半导体装置10而言，功率元件5由宽带隙半导体材料构成。在该情况下，与由硅构成功率元件5的情况相比，能够得到可以在更高温下进行动作且耐压也高的半导体装置10。
就上述半导体装置10而言，宽带隙半导体材料包含从由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石构成的组中选择出的1种。
如上所述，实施方式1的半导体装置10具备作为半导体元件的功率元件5、对来自功率元件5的热量进行散热的作为层叠片的带有金属箔的绝缘片3b、与功率元件5的电极电连接的引线框架1、以使带有金属箔的绝缘片3b的一个面及引线框架1的一部分露出的方式对功率元件5进行封装的作为封装框体的树脂框体7。就半导体装置 10的树脂框体7而言，引线框架1的一部分及功率元件5配置于内部，并且在底面部20处金属箔4的一个面露出。另外，半导体装置 10的树脂框体7具备肋部2，该肋部2是以从底面部20向垂直的方向凸出的方式设置的。金属箔4的端部14嵌于肋部2。由于实施方式1的半导体装置10具备以从底面部20向垂直的方向凸出的方式设置的肋部2，并且具有金属箔4的端部14嵌于肋部2的构造，因此能够确保外部端子部12和金属箔4的沿面距离，并且对金属箔4的端部14的电场强度进行抑制。其结果，能够实现半导体装置10的小型化和局部放电开始电压的提高。
<半导体装置的制造方法>
图6是表示图1所示的半导体装置的制造方法的流程图。一边参照图6一边对图1所示的半导体装置的制造方法进行说明。
首先，如图1所示实施准备工序(S10)。在该工序(S10)中，准备用于成为带有金属箔的绝缘片3b的层叠有半固化的绝缘片的金属箔4、功率元件5、引线框架1等构成半导体装置10的部件。另外，功率元件5搭载于引线框架1之上的规定位置，并且使用导线6将功率元件5的电极和引线框架1之间连接。
接着，实施树脂框体形成工序(S20)。在该工序(S20)中，在用于对树脂框体7进行传递塑模成型的模具的内部配置层叠有半固化的绝缘片的金属箔4。另外，在层叠有半固化的绝缘片的金属箔 4之上设置引线框架1。此外，在引线框架1之上预先安装有功率元件5、导线6等。
此时，相对于用于形成树脂框体7的模具的金属箔4的定位通过如下方式而实施，即，在金属箔4的角部的侧面各配置2根可动销，将这些可动销设置在金属箔4的4个角的每一者，对该可动销的位置进行调整。可动销设置于模具中的形成肋部2(参照图1)的位置。由此，通过将用于成为树脂框体7的树脂注入到模具时的树脂压力，对金属箔4的位置偏移进行抑制。在模具的用于形成肋部2的区域中，以金属箔4的端部14成为不与模具接触的状态的方式配置金属箔4。在该状态下将树脂注入到模具内部。其结果，金属箔4的端部14成为埋设于肋部2内部的构造，因此可预期绝缘性的提高。
在上述树脂框体形成工序(S20)中，通过模具内的树脂填充压和树脂温度，使树脂固化而形成树脂框体7，与此同时，一边经由引线框架1将半固化的绝缘片压于金属箔4一边使其固化而成为绝缘片 3(参照图1)。由此，使绝缘片3的绝缘性和散热性提高。此外，优选使构成树脂框体7的树脂的固化时间、用于成为绝缘片3的半固化的绝缘片的固化时间相匹配。如果构成树脂框体7的树脂的固化时间比半固化的绝缘片的固化时间长，则半固化的绝缘片先固化而成为绝缘片3，引线框架1与绝缘片3之间的紧密性劣化。其结果，存在半导体层的散热性、绝缘性劣化的情况。
接着，实施后续处理工序(S30)。在该工序(S30)中，从模具内部取出包含固化后的树脂框体7的半导体装置。然后，实施对引线框架1的外部端子部12的加工等所需要的后续处理。由此，能够得到图1～图4所示的半导体装置。
实施方式2.
<半导体装置的结构＞
图7是本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖面示意图。图7所示的半导体装置基本具备与图1～图4所示的半导体装置相同的结构，但引线框架1的形状与图1～图4所示的半导体装置不同。即，就图7所示的半导体装置而言，引线框架1的台阶的形状与图1～图4所示的半导体装置不同。就图7所示的半导体装置而言，没有形成台阶部8(参照图2)而是形成有框架弯曲部(也称为弯曲部9)。另外，将引线框架1和绝缘片3的间隙(也称为台阶部8的高度G) 设为0.3mm。弯曲部9包含相对于绝缘片3的表面倾斜的部分。倾斜的部分的横向的长度L4例如为0.3mm。另外，该倾斜的部分和绝缘片3之间的角度θ例如为45°。角度θ也可以小于45°，但在该情况下，半导体装置的尺寸倾向于变大。高度G与实施方式1相同地大于或等于0.1mm即可。
<半导体装置的作用效果>
根据上述那样的半导体装置，得到与实施方式1涉及的半导体装置相同的效果，并且在引线框架1处一边实质地维持该引线框架1 的厚度一边设置弯曲的弯曲部9，因此能够降低引线框架1在该弯曲部9处断裂的可能性。
实施方式3.
<半导体装置的结构＞
图8是本发明的实施方式3涉及的半导体装置的斜视示意图。
图9是图8所示的半导体层的剖面示意图。此外，图8与图3对应，图9与图1对应。图8及图9所示的半导体装置基本上具备与图1～图4所示的半导体装置相同的结构，但在半导体装置10的中央部形成有至少一个贯穿孔11这一点不同。就图8及图9所示的半导体装置而言，如图9所示形成有贯穿孔11，该贯穿孔11将树脂框体7和带有金属箔的绝缘片3b贯穿。本实施方式中使用的带有金属箔的绝缘片3b也可以设置用于成为上述贯穿孔11的孔16，该孔16在通过冲裁等成型时将绝缘片3及金属箔4贯穿。
半导体装置10的贯穿孔11的位置能够设为任意位置。例如，在贯穿孔11为1个的情况下，如图8所示，可以在与俯视观察时的树脂框体7的中央接近的位置形成贯穿孔11，但也可以在树脂框体7 的端部周边形成贯穿孔11。另外，在形成多个贯穿孔11的情况下，也可以将多个贯穿孔11中的1个配置于树脂框体7的中央，将其它贯穿孔11配置于树脂框体7的外周部。另外，也可以将多个贯穿孔 11全部配置于树脂框体7的俯视观察时的外周部。
<半导体装置的作用效果>
就上述半导体装置10而言，形成有贯穿孔11，该贯穿孔11从相对于带有金属箔的绝缘片3b的表面垂直的方向的树脂框体7的上表面，到达在开口部17处露出的带有金属箔的绝缘片3b的背面即底面部20的一部分。另外，就上述半导体装置10而言，贯穿孔11的内壁由树脂框体7的一部分构成。树脂框体7包含内周侧肋部27，该内周侧肋部27将与贯穿孔11的内壁相面对的带有金属箔的绝缘片 3b中的金属箔4的内周侧端部23包围。内周侧肋部27包含面向肋部2的外周侧侧壁。外周侧侧壁的位于带有金属箔的绝缘片3b侧的端部与金属箔4的内周侧端部23相比位于外周侧。外周侧侧壁的端部与金属箔4的内周侧端部23之间的距离L7大于或等于0.2mm。
就上述半导体装置10而言，从带有金属箔的绝缘片3b中的金属箔4的内周侧端部23至内周侧肋部27的表面为止的距离、及从内周侧端部23至贯穿孔11的内壁的表面为止的距离L5均大于或等于 0.2mm。另外，从不同观点而言，对于上述半导体装置10，内周侧肋部27的相对于带有金属箔的绝缘片3b的背面即底面部20垂直的方向的表面即底面15与金属箔4的内周侧端部23之间的距离L6大于或等于0.2mm。
这样，能够得到与实施方式1所示的半导体装置10相同的效果，并且提高金属箔4的内周侧端部23处的局部放电开始电压，能够使半导体装置10的绝缘性能提高。
实施方式4.
<半导体装置的结构＞
图10是本发明的实施方式4涉及的半导体装置的剖面示意图。
图11是图10所示的半导体装置的局部剖面示意图。此外，图10与图1对应，图11是表示图1的贯穿孔11附近的半导体装置局部剖面示意图。图10及图11所示的半导体装置基本上具备与图8及图9 所示的半导体装置相同的结构，但在成为面向贯穿孔11的金属箔4埋设于树脂框体7的一部分即内周侧肋部27的状态这一点上与图8 及图9所示的半导体装置不同。即，就图10及图11所示的半导体装置而言，在底面部20的中央部，在贯穿孔11的周围形成有树脂框体 7的一部分从底面部20凸出的内周侧肋部27。金属箔4的内周侧端部23没有在贯穿孔11的内周面露出。
如图11所示，金属箔4的内周侧端部23与贯穿孔11的内壁之间的距离L5例如能够设为大于或等于0.2mm。另外，内周侧肋部27 的与金属箔4的表面相对的表面即背面和金属箔4之间的距离L6也例如能够设为大于或等于0.2mm。另外，内周侧肋部27的位于与贯穿孔11相反侧的外周侧侧壁的金属箔4侧的端部和金属箔4的内周侧端部23之间的距离L7也例如能够设为大于或等于0.2mm。
上述半导体装置的内周侧肋部27例如能够如下述那样通过对用于形成树脂框体7的模具的形状进行调整而形成。即，相比于该模具的与半导体装置的底面部20接触的表面，将用于形成贯穿孔11的区域的周围深挖。这样，通过将用于成为树脂框体7的树脂导入于该模具的内部，能够通过树脂框体7的一部分将带有金属箔的绝缘片3b 的贯穿孔11侧的端部覆盖。
<半导体装置的作用效果>
就这样的结构的半导体装置10而言，得到与实施方式3所示的半导体装置10相同的效果，并且通过用树脂框体7将贯穿孔11附近的带有金属箔的绝缘片3b的端部覆盖，从而在引线框架1延伸至贯穿孔11附近的情况下，也能够对局部放电开始电压的降低进行抑制。
实施方式5.
在本实施方式中，将上述实施方式1～实施方式4涉及的半导体装置应用于电力转换装置。本发明并不限于特定的电力转换装置，但以下，作为实施方式5，对将本发明应用于三相逆变器的情况进行说明。
图12是表示电力转换系统的结构的框图，在该电力转换系统中应用了本实施方式涉及的电力转换装置。
图12所示的电力转换系统由电源100、电力转换装置200、以及负载300构成。电源100为直流电源，将直流电供给至电力转换装置200。电源100可以由各种电源构成，例如，能够由直流系统、太阳能电池、蓄电池构成，也可以由与交流系统连接的整流电路、AC/DC 转换器构成。另外，也可以由将从直流系统输出的直流电力转换为规定的电力的DC/DC转换器构成电源100。
电力转换装置200为连接于电源100和负载300之间的三相逆变器，将从电源100供给的直流电力转换为交流电力，将交流电力供给至负载300。如图12所示，电力转换装置200具备：主转换电路 201，其将直流电力转换为交流电力而输出；以及控制电路203，其将对主转换电路201进行控制的控制信号输出至主转换电路201。
负载300为由从电力转换装置200供给的交流电力驱动的三相电动机。此外，负载300并不限于特定的用途，其为搭载于各种电气设备的电动机，例如，用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯、或者空调设备的电动机。
以下，对电力转换装置200的详细情况进行说明。主转换电路 201具备开关元件和续流二极管(未图示)，通过开关元件的通断，从而将从电源100供给的直流电力转换为交流电力，供给至负载300。主转换电路201的具体的电路结构存在各种结构，但本实施方式涉及的主转换电路201为2电平的三相全桥电路，其能够由6个开关元件和分别与开关元件反并联的6个续流二极管构成。针对主转换电路 201的各开关元件和各续流二极管的至少任意者，应用上述实施方式 1～实施方式4的任意者涉及的半导体装置。6个开关元件两个两个地串联连接而构成上下桥臂，各上下桥臂构成全桥电路的各相(U相、 V相、W相)。而且，各上下桥臂的输出端子即主转换电路201的3 个输出端子与负载300连接。
另外，主转换电路201具备对各开关元件进行驱动的驱动电路 (未图示)，但可以将驱动电路内置于半导体模块202，也可以是具备与半导体模块202分开的驱动电路的结构。驱动电路生成对主转换电路201的开关元件进行驱动的驱动信号，供给至主转换电路201 的开关元件的控制电极。具体而言，按照来自后述的控制电路203 的控制信号，将使开关元件成为接通状态的驱动信号、和使开关元件成为断开状态的驱动信号输出至各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为接通状态的情况下，驱动信号为大于或等于开关元件的阈值电压的电压信号(接通信号)，在将开关元件维持为断开状态的情况下，驱动信号为小于或等于开关元件的阈值电压的电压信号(断开信号)。
控制电路203对主转换电路201的开关元件进行控制以将所期望的电力供给至负载300。具体而言，基于应供给至负载300的电力计算主转换电路201的各开关元件应成为接通状态的时间(接通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压对开关元件的导通时间进行调制的PWM控制对主转换电路201进行控制。而且，将控制指令(控制信号)输出至主转换电路201所具备的驱动电路，以使得在各时刻将接通信号输出至应成为接通状态的开关元件，将断开信号输出至应成为断开状态的开关元件。驱动电路按照该控制信号，将接通信号或断开信号作为驱动信号输出至各开关元件的控制电极。
在本实施方式涉及的电力转换装置中，由于作为主转换电路201 的开关元件和续流二极管应用实施方式1～实施方式4涉及的半导体模块，因此能够维持绝缘性能而使可靠性提高，并且实现能够小型化的电力转换装置。
在本实施方式中，对将本发明应用于2电平的三相逆变器的例子进行了说明，但本发明并不限于此，能够应用于各种电力转换装置。在本实施方式中，设为2电平的电力转换装置，但也可以是3电平或多电平的电力转换装置，在将电力供给至单相负载的情况下也可以将本发明应用于单相逆变器。另外，在将电力供给至直流负载等的情况下，也可以将本发明应用于DC/DC转换器、AC/DC转换器。
另外，应用了本发明的电力转换装置并不限于上述负载为电动机的情况，例如，也能够用作放电加工机、激光加工机、或感应加热烹调器、非接触器供电系统的电源装置，并且也能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。
(实施例)
为了确认本发明的效果，制作本发明的实施例的样品及对比例的样品，针对各个样品测定了局部放电开始电压。
<样品>
准备了样品No.1～7这7种半导体装置的样品。此外，样品 No.1～5与本发明的实施例对应，样品No.6、7与对比例对应。
各样品基本上设为与本发明的实施方式1涉及的半导体装置相同的结构，半导体装置的平面形状、引线框架的材质及厚度、功率元件的种类、数量等相同。具体而言，作为带有金属箔的绝缘片3b，使用层叠有作为金属箔4的厚度0.1mm的铜箔和将由二氧化硅构成的高热传导性填料混入环氧树脂且厚度0.2mm的绝缘片3的层叠体。带有金属箔的绝缘片3b的平面形状为纵向60mm、横向45mm的四边形状。引线框架使用了厚度0.6mm的铜制部件。作为功率元件5 使用了MOSFET。作为树脂框体7的材料使用了环氧树脂。树脂框体7的平面形状为纵向70mm、横向55mm的四边形状。
样品No.1的样品为与上述实施方式1涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为1.0mm、距离L2为3.0mm、台阶部8的高度G为0.3mm。
样品No.2的样品为与上述实施方式2涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为1.0mm、距离L2为3.0mm、弯曲部9的高度G为0.1mm。
样品No.3的样品为与上述实施方式3涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为1.0mm、距离L2为3.0mm、台阶部8的高度G为0.3mm、形成于中央的贯穿孔11的直径为6mm。
样品No.4的样品为与上述实施方式4涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为1.0mm、距离L2为3.0mm、台阶部8的高度G为0.3mm、形成于中央的贯穿孔11的直径为6mm、图11的距离L5为3mm、距离L6为3mm、距离L7为3mm。
样品No.5的样品为与上述实施方式1涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为0.2mm、距离L2为0.2mm、台阶部8的高度G为0.3mm。
样品No.6的样品为与上述实施方式1涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为0.19mm、距离L2为3.0mm、台阶部8的高度G为0.3mm。
样品No.7的样品为与上述实施方式1涉及的半导体装置基本上相同的结构，距离L1为1.0mm、距离L2为0.19mm、台阶部8的高度G为0.3mm。
<试验方法>
针对各样品进行了绝缘试验。具体而言，将设想为额定动作电压的2kV电压施加于端子间，对金属箔4的端部有无产生局部放电进行了确认。
<结果>
针对上述样品No.1～5，在上述条件下没有确认出局部放电的产生。此外，关于样品No.5，在施加了超过2kV的电压的情况下，与样品No.1～4的任意者相比更早产生了局部放电。
另一方面，关于对比例即样品No.6、7，在上述条件下发现了局部放电的产生。
这样，表现出相当于本发明实施例的样品与对比例相比具有更高的绝缘性能。
如上所述，对本发明的实施方式及实施例进行了说明，但也能够对上述实施方式进行各种变形。另外，本发明的范围并不限于上述实施方式及实施例。本发明的范围由权利要求书示出，意在包含与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。
标号的说明
1引线框架，2肋部，3绝缘片，3b带有金属箔的绝缘片，4金属箔，5功率元件，6导线，7树脂框体，8台阶部，9弯曲部， 10半导体装置，11贯穿孔，12外部端子部，13、14端部，15底面，16孔，17开口部，20底面部，23内周侧端部，27内周侧肋部，100电源，200电力转换装置，201主转换电路，202半导体模块，203控制电路，300负载。

Claims (15)

1.一种半导体装置，其具备：
层叠片，其层叠有导体层和绝缘层；
引线框架，其配置于所述层叠片之上；
半导体元件，其配置于所述引线框架之上；以及
树脂制的封装框体，其对所述引线框架的一部分、所述层叠片的一部分、所述半导体元件进行封装，
在所述封装框体形成开口部，该开口部使所述层叠片的与和所述引线框架相对的表面相反侧的背面的一部分露出，
所述封装框体包含肋部，该肋部包围所述开口部，向相对于所述层叠片的所述背面垂直的方向凸出，
位于所述层叠片的从所述开口部露出的所述一部分的外周部处的所述导体层的端部埋设于所述封装框体中，
形成有贯穿孔，该贯穿孔从相对于所述层叠片的所述表面垂直的方向的所述封装框体的上表面到达在所述开口部处露出的所述层叠片的所述背面的一部分，
所述贯穿孔的内壁由所述封装框体的一部分构成，
所述封装框体包含内周侧肋部，该内周侧肋部将与所述贯穿孔的所述内壁相面对的所述层叠片的所述导体层的内周侧端部包围，
所述内周侧肋部包含面向所述肋部的外周侧侧壁，
所述外周侧侧壁的所述层叠片侧的端部与所述导体层的所述内周侧端部相比位于外周侧。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述肋部包含侧壁，该侧壁构成所述开口部的内周面，
所述侧壁的所述层叠片侧的端部与所述导体层的所述端部相比位于内周侧，
所述侧壁的所述端部与所述导体层的所述端部之间的距离大于或等于0.2mm。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述肋部的相对于所述层叠片的所述背面垂直的方向的表面即底面与所述导体层的所述端部之间的距离大于或等于0.2mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述封装框体为使用传递塑模法形成的成型体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中，
俯视观察所述封装框体的情况下的形状为外周包含第1边及与所述第1边不同的第2边的多边形状，
所述引线框架包含从所述封装框体的所述第1边向外侧凸出的第1外部端子部、从所述封装框体的所述第2边向外侧凸出的第2外部端子部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述引线框架在所述层叠片之上在与所述层叠片分离的方向形成有台阶部，
所述台阶部的高度小于所述引线框架的厚度。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，
所述引线框架包含在俯视观察时与所述开口部重叠的第1部分、与所述第1部分相连并与所述导体层的端部重叠的第2部分，
在所述引线框架的所述第1部分形成有所述台阶部，以使得所述第2部分与所述导体层的所述端部隔开间隔地配置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其中，
所述引线框架包含安装有所述半导体元件的安装部分、与所述安装部分相比位于外周侧的外周部分，
在相对于所述层叠片的所述表面垂直的方向，从所述层叠片至所述安装部分的表面为止的距离比从所述层叠片至所述外周部分的表面为止的距离小。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，其中，
在相对于所述层叠片的所述表面垂直的方向，所述安装部分的所述表面与所述外周部分的所述表面之间的距离小于所述引线框架的厚度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的半导体装置，其中，
所述外周侧侧壁的所述端部与所述导体层的所述内周侧端部之间的距离大于或等于0.2mm。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的半导体装置，其中，
所述内周侧肋部的相对于所述层叠片的所述背面垂直的方向的表面即底面与所述导体层的所述内周侧端部之间的距离大于或等于0.2mm。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的半导体装置，其中，
所述层叠片的厚度方向的变形量小于或等于0.3mm。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体元件由宽带隙半导体材料构成。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中，
所述宽带隙半导体材料包含从由碳化硅、氮化镓、金刚石构成的组中选择出的1种。
15.一种电力转换装置，其具备：
主转换电路，其具有权利要求1所述的半导体装置，该主转换电路对被输入进来的电力进行转换而输出；以及
控制电路，其将对所述主转换电路进行控制的控制信号输出至所述主转换电路。
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