CN115777145A - 半导体装置以及电力变换装置 - Google Patents

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六分一穗隆
山本圭
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Abstract

得到可靠性高的半导体装置以及电力变换装置。在半导体装置中，半导体元件(4)搭载于基体部件(3)的主面(3a)上。壳体(6)具有包围基体部件(3)的侧壁(61)。在侧壁(61)中在基体部件(3)侧的内周面(61a)形成支撑部(15)。在布线基板(11)上搭载电子零件(10)。支撑部(15)的至少一部分接触到在布线基板(11)的位于半导体元件(3)侧的面(11a)中比布线基板(11)的外周端(11b)位于内侧的接触区域(11aa)。密封部件(14)密封半导体元件(4)和布线基板(11)。端子部件(9)连接到在布线基板(11)中比接触区域(11aa)更外周端(11b)侧的区域。端子部件(9)包括从密封部件(14)的表面突出的端部(9a)。

Description

半导体装置以及电力变换装置
技术领域
本公开涉及半导体装置以及电力变换装置。
背景技术
以往，作为在电力变换装置中使用的半导体装置，已知在半导体元件上层叠配置布线基板，通过密封部件密封该半导体元件和布线基板的半导体装置(例如参照日本特开2009-81328号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-81328号公报
发明内容
在上述以往的半导体装置中，以从布线基板延伸至密封部件的外侧的方式，配置有用于连接布线基板和外部的引线端子等端子部件。在该情况下，存在水分从外部环境沿着端子部件和密封部件的界面侵入到半导体装置的内部的可能性。在这样水分侵入到半导体装置的内部时，由于该水分而半导体元件发生劣化或者破损，存在半导体装置的可靠性降低的可能性。
本公开是为了解决如上述的课题而完成的，其目的在于提供一种可靠性高的半导体装置以及电力变换装置。
本公开所涉及的半导体装置具备基体部件、半导体元件、壳体、布线基板、密封部件以及端子部件。基体部件具有主面。半导体元件搭载于基体部件的主面上。壳体具有包围基体部件的侧壁。在侧壁在基体部件侧的内周面形成支撑部。布线基板在从与基体部件的主面垂直的方向观察时，配置于与半导体元件重叠的位置。在布线基板上搭载电子零件。支撑部的至少一部分接触到在布线基板的位于半导体元件侧的面上与布线基板的外周端相比位于内侧的接触区域。密封部件配置于壳体的内部。密封部件密封半导体元件和布线基板。端子部件连接到在布线基板中比接触区域更靠外周端侧的区域。端子部件包括从密封部件的表面突出的端部。
本公开所涉及的电力变换装置具备主变换电路和控制电路。主变换电路具有上述半导体装置，变换输入的电力而输出。控制电路将控制主变换电路的控制信号输出给主变换电路。
根据上述内容，得到可靠性高的半导体装置以及电力变换装置。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的半导体装置的俯视示意图。
图2是图1的线段II-II处的剖面示意图。
图3是图1的线段III-III处的剖面示意图。
图4是示出实施方式1所涉及的半导体装置的变形例的俯视示意图。
图5是实施方式2所涉及的半导体装置的俯视示意图。
图6是示出图5所示的半导体装置中的密封部件注入口和绝缘部件的位置关系的俯视示意图。
图7是图5的线段VII-VII处的剖面示意图。
图8是实施方式3所涉及的半导体装置的俯视示意图。
图9是示出图8所示的半导体装置中的密封部件注入口和半导体元件的位置关系的俯视示意图。
图10是实施方式4所涉及的半导体装置的俯视示意图。
图11是图10的线段XI-XI处的剖面示意图。
图12是示出实施方式4所涉及的半导体装置的第1变形例的剖面示意图。
图13是示出实施方式4所涉及的半导体装置的第2变形例的俯视示意图。
图14是实施方式5所涉及的半导体装置的俯视示意图。
图15是图14的线段XV-XV处的剖面示意图。
图16是图14的线段XVI-XVI处的剖面示意图。
图17是示出应用实施方式6所涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
(附图标记说明)
1：散热层；2：接合材料；3：基体部件；3a：主面；4：半导体元件；5：导电导线；6：壳体；6a：壳体表面；7：外部连接端子；8：内部连接端子；9：端子部件；9a、20a、21a：端部；10：电子零件；11：布线基板；11a、11c：面；11aa：接触区域；11b：外周端；12：通孔；13：密封部件注入口；14：密封部件；15、30a、30b：支撑部；15a：切口部；15b：凹形形状部；15c：支撑面；15ca：支撑面端部；20：第1基板；21：第2基板；24：导电体层；25：绝缘层；31：间隙；61：侧壁；61a：内周面；100：电源；200：电力变换装置；201：主变换电路；202：半导体装置；203：控制电路；300：负载。
具体实施方式
以下，说明本公开的实施方式。此外，对同一结构，附加同一参照编号，不反复其说明。另外，以下的图是示意性的附图，有时未反映图示的构成要素的正确的大小。
实施方式1
<半导体装置的结构>
图1是实施方式1所涉及的半导体装置的俯视示意图。图2是图1的线段II-II处的剖面示意图。图3是图1的线段III-III处的剖面示意图。图1至图3所示的半导体装置主要具备基体部件3、半导体元件4、壳体6、布线基板11、密封部件14、以及端子部件9。
基体部件3包括散热层1、绝缘层25、以及导电体层24。在例如由铝或者铜等构成的散热层1上，层叠配置有绝缘层25。在绝缘层25上，配置有作为上部电极的导电体层24。导电体层24的上部表面构成基体部件3的主面3a。绝缘层25以覆盖散热层1的上部表面的方式形成。此外，绝缘层25能够将散热层1与导电体层24之间绝缘即可，也可以仅形成于散热层1的上部表面的一部分。导电体层24以覆盖绝缘层25的上部表面的一部分的方式形成。基体部件3的平面形状是四边形形状。此外，基体部件3的平面形状也可以是四边形形状以外的多边形形状，还可以是圆形形状。
绝缘层25的材料没有特别限定，也可以是分散有微粒以及填料的至少1种的树脂材料。微粒以及填料的至少1种例如也可以由如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、金刚石(C)、碳化硅(SiC)或者氧化硼(B2O3)那样的无机陶瓷材料形成。上述微粒以及填料的至少1种也可以由如硅酮树脂或者丙烯酸树脂那样的树脂材料形成。分散有微粒以及填料的至少1种的树脂材料具有电绝缘性。分散有微粒以及填料的至少1种的树脂材料没有特别限定，也可以是环氧树脂、聚酰亚胺树脂、硅酮树脂或者丙烯酸树脂。
半导体元件4搭载于作为基体部件3的导电体层24的上部表面的主面3a上。在基体部件3的主面3a上搭载有多个半导体元件4。半导体元件4既可以是如绝缘栅极型双极性晶体管(IGBT)或者金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)那样的功率半导体元件，也可以是如续流二极管那样的二极管。构成半导体元件4的材料也可以是硅(Si)，还可以是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者金刚石等宽能带隙半导体材料。根据使用半导体装置的用途，将必要的个数的半导体元件4固定到导电体层24。在多个半导体元件4中，也可以包括相同的种类的半导体元件4，还可以包括不同的种类的半导体元件4。关于构成多个半导体元件4的材料，可以是该材料针对每个半导体元件4不同，也可以是相同的。
半导体元件4与导电体层24通过由焊料等构成的接合材料2接合。作为接合材料2，除了上述焊料以外还能够使用任意的导电性材料，例如也可以使用银或者银合金。
壳体6以包围基体部件3的外周的方式配置。壳体6与基体部件3的外周部连接。壳体6包围基体部件3，具有在与基体部件3的主面3a交叉的方向上延伸的侧壁61。在侧壁61中，在位于与和基体部件3连接的下侧相反的一侧的上侧，形成有开口部。开口部的尺寸也可以大于基体部件3的尺寸。开口部的平面形状也可以与基体部件3的平面形状相同。在侧壁61的下侧，以使壳体6的一部分覆盖基体部件3的外周部的方式，与基体部件3连接。具体而言，壳体6的一部分与基体部件3的绝缘层25的外周部连接。另外，壳体6的一部分与基体部件3的绝缘层25以及散热层1的外周端面连接。壳体6和基体部件3也可以通过粘接剂等固定，还可以通过螺钉等其他手段固定。
在侧壁61中，在基体部件3侧的内周面61a形成有支撑部15。在与基体部件3的主面3a垂直的方向上，与半导体元件4隔开间隔地配置有支撑部15。在图1至图3所示的半导体装置中，在侧壁61中的相向的1组侧壁分别形成有支撑部15。支撑部15优选以从至少2个方向包围半导体元件4的方式形成。优选地，支撑部15以从3个方向包围半导体元件4的方式形成。更优选地，支撑部15以从全部方向包围半导体元件4的周围的方式形成。构成壳体6的材料也可以使用如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、或者聚苯硫醚(PPS)树脂那样的具有电绝缘性的树脂。
布线基板11在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，配置于与半导体元件4重叠的位置。即，布线基板11在基体部件3的上方且与半导体元件4隔开间隔地配置。在布线基板11上搭载电子零件10。在布线基板11的位于半导体元件4侧的面11a以及位于与该面11a相反的一侧的上表面分别配置有电子零件10。另外，在布线基板11形成有从上表面到达面11a的通孔12。在布线基板11中形成有多个该通孔12。通孔12的直径是例如1mm以下。在该情况下，即使在通孔12的内部未被密封部件14填充的情况下，对布线基板11抑制水分等到达半导体元件4的效果没有大的影响。以使布线基板11的面11a与基体部件3的主面3a并行的方式，通过支撑部15支撑布线基板11。在布线基板11中搭载有电子零件10的面11c的尺寸也可以大于导电体层24的尺寸。
对布线基板11连接了端子部件9。端子部件9的根部与布线基板11的外周部连接。端子部件9优选配置于接近壳体6的侧壁61的位置。端子部件9的端部9a以从密封部件14的上部表面突出的方式配置。对布线基板11连接了内部连接端子8。如图1以及图3所示，内部连接端子8在比端子部件9更远离壳体6的侧壁61的内侧与布线基板11连接。内部连接端子8和布线基板11通过例如焊料等接合材料电连接。另外，端子部件9和布线基板11也通过焊料等接合材料电连接。也可以通过分别用树脂覆盖内部连接端子8和布线基板11的连接部、以及端子部件9和布线基板11的连接部，保护上述接合材料。在内部连接端子8中和与布线基板11连接的上方端部相反的一侧的下方端部被固定到壳体6。内部连接端子8的下方端部被固定到在壳体6中覆盖基体部件3的外周部的部分。
通过布线基板11的面11a的外周部与支撑部15接触，布线基板11被支撑到壳体6。作为支撑部15的上侧的表面的支撑面15c与布线基板11的面11a的外周部接触。配置于布线基板11中连接有端子部件9的区域下的支撑部15包括与端子部件9以及布线基板11的外周部分开地从侧壁61的内周面61a延伸的延伸部、和从该延伸部的前端延伸到布线基板11侧的接触部。接触部的上端面是支撑面15c。支撑面15c与布线基板11的面11a接触。支撑部15的支撑面15c接触的布线基板11的区域是接触区域11aa。即，支撑部15的至少一部分在布线基板11的位于半导体元件4侧的面11a中与布线基板11的比外周端11b位于更内侧的接触区域11aa接触。换言之，端子部件9在布线基板11中与比接触区域11aa更靠外周端11b侧的区域连接。其结果，端子部件9成为被支撑部15挡住的状态。位于端子部件9的正下方的支撑部15的剖面形状也可以如图3所示成为L字状。
在位于端子部件9下的支撑部15中形成有面对连接有端子部件9的布线基板11的区域的凹形形状部15b。其结果，通过支撑部15，从半导体元件4侧的区域，划分连接有端子部件9的布线基板11的外周部。
支撑部15优选与布线基板11的外周部的尽可能多的部分接触。例如，支撑部15也可以形成于壳体6的侧壁61的内周面61a的全周。支撑部15优选如图1所示至少形成于相向的2个侧壁61。
此外，在图3中，端子部件9的下部贯通布线基板11，但在该端子部件9不贯通布线基板11而与布线基板11连接的情况下，在端子部件9的正下方配置支撑部15即可。例如，也可以在位于端子部件9的正下方的区域中，支撑部15与布线基板11的面11a接触。端子部件9贯通布线基板11，但端子部件9从该布线基板11的面11a的突出量相对小的情况下，也可以在例如支撑部15的支撑面15c形成凹部，在该凹部收容端子部件9的端部。图3所示的半导体装置中的壳体6包括根据布线基板11和端子部件9的配置而左右非对称的形状的支撑部15，但也可以使支撑部15的形状成为图3中的左右对称的形状。
半导体元件4中的1个通过导电导线5与内部连接端子8电连接。另外，在壳体6埋设有外部连接端子7。外部连接端子7的下部在与基体部件3重叠的区域中露出到壳体6的表面。外部连接端子7的上部从壳体6的侧壁61的顶面突出。固定有半导体元件4的导电体层24和外部连接端子7的下部通过导电导线5连接。半导体元件4通过导电导线5与外部连接端子7电连接。导电导线5的材料没有特别限定，能够使用铜或者铝等金属材料。
密封部件14配置于壳体6的内部。密封部件14密封基体部件3的导电体层24、半导体元件4、布线基板11、电子零件10、内部连接端子8、以及导电导线5。密封部件14具有电气绝缘性，使密封的上述部件之间绝缘。密封部件14的厚度T1为能够成为埋设了半导体元件4以及安装到布线基板11的电子零件10这两方的状态的充分的大小。
在上述半导体装置中，也可以是构成布线基板11以及壳体6的材料的水蒸气透过度小于密封部件14的水蒸气透过度。在该情况下，由布线基板11以及壳体6包围配置有半导体元件4的区域，所以能够降低水分等到达半导体元件4的可能性。支撑部15和布线基板11的接触部成为密封部，所以支撑部15优选以至少从2个方向包围该区域的方式配置。此外，通过在例如JIS标准K7126-1中规定的感湿传感器法，测定水蒸气透过度。
作为密封部件14的材料，优选使用环氧树脂，但不限于此，例如，也可以使用如硅酮树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂或者丙烯酸树脂那样的绝缘性树脂。构成密封部件14的材料也可以是分散了使密封部件14的强度以及热传导性提高的微粒或者填料的绝缘性树脂材料。使密封部件14的强度以及热传导性提高的微粒或者填料例如也可以用如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、金刚石(C)、碳化硅(SiC)或者氧化硼(B2O3)那样的无机陶瓷材料形成。
<半导体装置的制造方法>
说明图1至图3所示的半导体装置的制造方法。
首先，实施准备构成半导体装置的部件的工序(S10)。在该工序(S10)中，准备基体部件3、半导体元件4、壳体6、安装有电子零件10的布线基板11、密封部件14等构成半导体装置的部件。
接下来，实施对基体部件3接合半导体元件4的工序(S20)。在该工序(S20)中，向基体部件3上配置作为接合材料2的焊料以及半导体元件4。之后，通过利用回流焊加热使焊料熔融后凝固，将半导体元件4接合到基体部件3。
接下来，实施将壳体6接合到基体部件3的工序(S30)。在该工序(S30)中，在焊接半导体元件4的基体部件3的外周部均匀地涂敷粘接剂(未图示)。使壳体6接触到涂敷了该粘接剂的部分，将壳体6和基体部件3粘接。在此，壳体6如图1以及图3所示包括外部连接端子7以及内部连接端子8。外部连接端子7经过壳体6的内部，抽出到半导体装置的外部。内部连接端子8以如图3所示从壳体6的下部朝向上方(沿着侧壁61)延伸的方式配置。
接下来，实施形成电路的工序(S40)。在该工序(S40)中，通过使用导电导线5将半导体元件4、基体部件3的导电体层24、外部连接端子7、内部连接端子8等电连接来形成电路。
接下来，实施配置布线基板11的工序(S50)。在该工序(S50)中，以使形成于壳体6的侧壁61的支撑部15的支撑面15c和布线基板11的下侧的面11a的外周部接触的方式，将布线基板11配置到壳体6的内部。在布线基板11和内部连接端子8的前端部可接合的位置，配置有布线基板11。此时，优选的是支撑面15c和布线基板11的接触面积尽可能大。优选的是在布线基板11的外周部的全周与支撑面15c接触。此外，优选的是如图1以及图3所示至少在布线基板11的外周部中的相向的2个边，支撑面15c和布线基板11接触。
接下来，实施焊接工序(S60)。在该工序(S60)中，将外部连接用的端子部件9的下部配置到与布线基板11接合的位置。而且，通过将布线基板11和内部连接端子8焊接而电连接。另外，通过将布线基板11和端子部件9焊接而电连接。
接下来，实施密封工序(S70)。在该工序(S70)中，从布线基板11未被支撑部15支撑的部位，对布线基板11下的区域注入作为密封部件14的密封树脂。进而，以将布线基板11的电子零件10全部埋入的方式，将密封部件14注入到壳体6的内部。其结果，密封部件14以埋入焊料等接合材料2、导电体层24、半导体元件4、导电导线5、内部连接端子8、电子零件10、布线基板11、形成于壳体6的侧壁61的内周面61a的支撑部15、以及该支撑部15和布线基板11的连接部的方式配置。其结果，能够得到图1至图3所示的半导体装置。
<作用效果>
依照本公开的半导体装置具备基体部件3、半导体元件4、壳体6、布线基板11、密封部件14、以及端子部件9。基体部件3具有主面3a。半导体元件4搭载于基体部件3的主面3a上。壳体6具有包围基体部件3的侧壁61。在侧壁61中在基体部件3侧的内周面61a形成有支撑部15。布线基板11在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，配置于与半导体元件4重叠的位置。在布线基板11上搭载有电子零件10。支撑部15的至少一部分接触到在布线基板11的位于半导体元件4侧的面11a中位于比布线基板11的外周端11b更内侧的接触区域11aa。密封部件14配置于壳体6的内部。密封部件14密封半导体元件4和布线基板11。端子部件9连接到在布线基板11中比接触区域11aa更靠外周端11b侧的区域。端子部件9包括从密封部件14的表面突出的端部9a。
由此，在半导体元件4上配置被密封部件14密封的布线基板11，所以相比于不存在该布线基板11的情况，能够将从密封部件14的表面至半导体元件4的、水分或硫气体等物质从外部侵入的路径长度延长。另外，在与布线基板11中的支撑部15接触的接触区域11aa相比更外周侧连接了端子部件9，所以相比于端子部件9从半导体元件4的附近延伸至密封部件14的外部的情况，能够降低水分等物质从外部经由端子部件9和密封部件14的接触界面到达半导体元件4的可能性。
在此，考虑水分等物质从外部经由该端子部件9和密封部件14的接触界面到达布线基板11的外周部的情况。在该情况下，在该外周部与半导体元件4之间，支撑部15与布线基板11的接触区域11aa接触，所以形成布线基板11以及支撑部15和密封部件14的接触界面。该接触界面捕捉到达布线基板11的外周部的水分等物质，其结果，能够降低水分等物质到达半导体元件4的可能性。其结果，能够提高半导体装置的可靠性。
在上述半导体装置中，也可以是构成布线基板11以及壳体6的材料的水蒸气透过度小于密封部件14的水蒸气透过度。
在该情况下，成为水蒸气透过度相对小的布线基板11在密封部件14的内部埋设到半导体元件4上的状态，所以在水从外部从密封部件14的上部表面朝向半导体元件4浸入的情况下，该布线基板11作为阻止该水的浸入的部件、或者延长水的侵入路径长度的部件发挥作用。因此，能够降低水等物质到达半导体元件4的可能性。
在上述半导体装置中，基体部件3也可以包括连接有半导体元件4的导电体层24。在布线基板11中搭载有电子零件10的面11c的尺寸也可以大于导电体层24的尺寸。
在该情况下，通过配置于密封部件14中的布线基板11，能够充分延长从密封部件14的上部表面的水等物质的侵入路径长度。
在上述半导体装置中，支撑部15的至少一部分也可以包括面对在布线基板11中连接有端子部件9的区域的凹形形状部15b。在该情况下，能够通过支撑部15的凹形形状部15b形成包围在布线基板11中连接有端子部件9的区域的密封部。因此，能够通过上述密封部抑制水等物质经由端子部件9和密封部件14的接合界面侵入到半导体元件4侧。
在上述半导体装置中，基体部件3也可以包括散热层1。构成散热层1的材料也可以是金属。例如，在上述半导体装置中，基体部件3也可以包括导电体层24和散热层1。对导电体层24连接有半导体元件4。散热层1经由绝缘层25与导电体层24连接。构成散热层1的材料也可以是金属。
在该情况下，通过基体部件3包括散热层1，相比于针对基体部件3作为独立部件连接散热层的情况，能够简化半导体装置的结构。
在上述半导体装置中，也可以在布线基板11的外周部的至少2个方向上，支撑部15与布线基板11接触。在该情况下，该支撑部15和布线基板11的接触部作为密封部发挥作用，能够降低水等物质从密封部件14的上部表面侵入到半导体元件4的可能性。
另外，优选的是如图1以及图3所示，在比位于支撑部15的前端侧的支撑面端部15ca更内侧，电子零件10等零件在密封部件14的上部表面未露出。在该情况下，在比支撑面端部15ca更内侧，在密封部件14的上部表面，电子零件10和密封部件14的连接界面未露出。因此，能够抑制发生如水蒸气以及硫气体那样的环境气体经由该连接界面侵入到半导体装置的内部这样的问题。另外，通过将布线基板11配置到密封部件14的内部且半导体元件4的上方，能够延长能够从密封部件14的上部表面形成至半导体元件4的气体的侵入路径长度。其结果，无需特别的追加部件，能够降低水分等到达半导体元件4而发生不良这样的可能性，得到可靠性高的半导体装置。
<变形例的结构以及作用效果>
图4是示出实施方式1所涉及的半导体装置的变形例的俯视示意图。图4与图1对应。图4所示的半导体装置具备与图1至图3所示的半导体装置基本上同样的结构，但支撑部15的结构与图1至图3所示的半导体装置不同。具体而言，在图4所示的半导体装置中，形成有支撑部15的一部分缺少的切口部15a。从切口部15a至半导体元件4的距离L1优选大于密封部件14的厚度T1。
通过这样的结构，也能够得到与图1至图3所示的半导体装置同样的效果。另外，在半导体装置的制造方法中在将密封部件14供给到壳体6内部时，能够经由切口部15a对布线基板11与半导体元件4之间的区域供给密封部件14。另外，从切口部15a至半导体元件4的俯视时(从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察的情况)的距离L1大于密封部件14的厚度T1(参照图1)，所以能够抑制由于形成切口部15a而水等物质从密封部件14的上部表面对半导体元件4侵入的可能性增大。
实施方式2
<半导体装置的结构>
图5是实施方式2所涉及的半导体装置的俯视示意图。图6是示出图5所示的半导体装置中的密封部件注入口和绝缘部件的位置关系的俯视示意图。图6示意性地示出在图5中位于布线基板11下的基体部件3、半导体元件4、以及导电导线5的配置。图7是图5的线段VII-VII处的剖面示意图。图5与图1对应，图7与图3对应。
图5至图7所示的半导体装置具备与图1至图3所示的半导体装置基本上同样的结构，与图1至图3所示的半导体装置的不同之处在于，在布线基板11中形成有密封部件注入口13这一点、以及支撑部15的结构。此外，在此，将如下的孔设为密封部件注入口13，该孔在布线基板11中从作为背面的面11a贯通至上表面，该孔不插入电子零件且直径为1mm以上。在图5以及图6所示的俯视时(从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察的情况)，密封部件注入口13形成于与壳体6重叠的位置。更具体而言，布线基板11中的密封部件注入口13形成于与在壳体6中延伸到基体部件3的外周部上的部分的上部表面即壳体表面6a重叠的位置。即，在俯视时密封部件注入口13配置于与基体部件3的导电体层24不重叠的位置。
密封部件注入口13理想的是存在于最远离导电体层24的部位，而在图6所示的俯视中，至少密封部件注入口13与导电体层24之间的距离L2为密封部件14的厚度T1(参照图1)以上是优选的。这样，在导电体层24上无密封部件注入口13且在从导电体层24离开至少密封部件14的厚度T1以上的部位设置密封部件注入口13，从而能够抑制如水蒸气或者硫气体那样的气体从密封部件14的上部表面到达半导体元件4。
在上述半导体装置中，在布线基板11中形成有密封部件注入口13，所以能够从该密封部件注入口13对布线基板11的下侧注入密封部件14。因此，支撑部15以与布线基板11的外周整体接触的方式、以包围布线基板11的全周的方式形成。即，以环绕壳体6的侧壁中的内周面的方式，在俯视时环状地形成有支撑部15。
<半导体装置的制造方法>
图5至图7所示的半导体装置的制造方法与图1至图3所示的半导体装置的制造方法基本上相同，但布线基板11的结构以及密封工序(S70)的内容与图1至图3所示的半导体装置的制造方法不同。具体而言，在准备的工序(S10)中准备的布线基板11中，形成有密封部件注入口13。也可以在布线基板11的端部形成有密封部件注入口13。之后，实施图1至图3所示的半导体装置的制造方法中的工序(S20)至工序(S60)。而且，在密封工序(S70)中，经由密封部件注入口13对布线基板11的下侧注入作为密封部件的树脂材料等。这样，能够得到图5至图7所示的半导体装置。
<作用效果>
在上述半导体装置中，也可以在布线基板11中形成密封部件注入口13。在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，密封部件注入口13也可以形成于与壳体6重叠的位置。
在该情况下，除了与图1至图3所示的半导体装置同样的效果以外，能够经由密封部件注入口13对布线基板11的下侧容易地注入密封部件14。另外，通过使构成基体部件3的导电体层24与密封部件注入口13之间的距离L2大于密封部件14的厚度T1，能够抑制水分或气体等物质从密封部件14的上部表面经由密封部件注入口13到达至导电体层24以及半导体元件4。
实施方式3
<半导体装置的结构>
图8是实施方式3所涉及的半导体装置的俯视示意图。图9是示出图8所示的半导体装置中的密封部件注入口和半导体元件的位置关系的俯视示意图。图8与图5对应，图9与图6对应。图8以及图9所示的半导体装置具备与图5至图7所示的半导体装置基本上同样的结构，但布线基板11中的密封部件注入口13的位置不同。具体而言，在布线基板11的中央部形成有密封部件注入口13。在图8以及图9所示的俯视时(从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察的情况)，密封部件注入口13配置于与半导体元件4不重叠的区域。
密封部件注入口13理想的是存在于最远离半导体元件4的部位，而优选的是在图9所示的俯视中，至少密封部件注入口13与半导体元件4之间的距离L3为密封部件14的厚度T1(参照图1)以上。这样，在半导体元件4上无密封部件注入口13、并且在从半导体元件4离开至少密封部件14的厚度T1以上的部位设置密封部件注入口13，从而能够抑制如水蒸气或者硫气体那样的气体从密封部件14的上部表面经由密封部件注入口13到达半导体元件4。
<半导体装置的制造方法>
图8以及图9所示的半导体装置的制造方法与图1至图3所示的半导体装置的制造方法基本上相同，但布线基板11的结构以及密封工序(S70)的内容与图1至图3所示的半导体装置的制造方法不同。具体而言，在准备的工序(S10)中准备的布线基板11的中央部，形成有密封部件注入口13。之后，实施图1至图3所示的半导体装置的制造方法中的工序(S20)至工序(S60)。而且，在密封工序(S70)中，经由密封部件注入口13对布线基板11的下侧注入作为密封部件的树脂材料等。这样，能够得到图8以及图9所示的半导体装置。
<作用效果>
在上述半导体装置中，也可以在布线基板11中形成密封部件注入口13。在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，密封部件注入口13也可以形成于与半导体元件4不重叠的位置。
在该情况下，除了与图1至图3所示的半导体装置同样的效果以外，能够经由密封部件注入口13对布线基板11的下侧容易地注入密封部件14。另外，通过使半导体元件4与密封部件注入口13之间的距离L3大于密封部件14的厚度T1，能够抑制水分或气体等物质从密封部件14的上部表面经由密封部件注入口13到达至半导体元件4。
实施方式4
<半导体装置的结构>
图10是实施方式4所涉及的半导体装置的俯视示意图。图11是图10的线段XI-XI处的剖面示意图。图10与图1对应，图11与图3对应。图10以及图11所示的半导体装置具备与图1至图3所示的半导体装置基本上同样的结构，但布线基板11的结构以及支撑部15、30a、30b的结构与图1至图3所示的半导体装置不同。即，在图10以及图11所示的半导体装置中，布线基板11由第1基板20和第2基板21这2张基板构成。在布线基板11由多张基板构成的情况下，也可以使该基板的张数成为3张以上。
在壳体6的侧壁，形成有支撑部15和追加的支撑部30a、30b，追加的支撑部30a、30b向与该支撑部15的从侧壁表面的突出方向交叉的方向突出。第1基板20通过图10的左侧的支撑部15和追加的支撑部30a支撑。关于与第1基板20接触的支撑部15和追加的支撑部30a，与基体部件3的主面3a垂直的方向上的高度实质上相同。
第2基板21通过图10的右侧的支撑部15和追加的支撑部30b支撑。关于与第2基板21接触的支撑部15和追加的支撑部30b，与基体部件3的主面3a垂直的方向上的高度实质上相同。
在与基体部件3的主面3a垂直的方向上，追加的支撑部30a配置于比追加的支撑部30b更远离基体部件3的位置。从图11可知，在第2基板21上隔开距离L4配置第1基板20的端部20a。在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，第1基板20的一部分和第2基板21的一部分重叠。距离L4优选小于图10所示的俯视时(从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察的情况)的第1基板20和第2基板21的重叠部分的宽度。
第1基板20和第2基板21的平面形状分别是四边形形状。在将沿着基体部件3的主面3a的、从第1基板20朝向第2基板21的方向设为第1方向，将与该第1方向垂直且沿着主面3a的方向设为第2方向的情况下，在第1基板20中，第1方向上的宽度既可以小于第2方向上的宽度，也可以大于第2方向上的宽度。在第2基板21中，第1方向上的宽度既可以小于第2方向上的宽度，也可以大于第2方向上的宽度。
<半导体装置的制造方法>
图10以及图11所示的半导体装置的制造方法与图1至图3所示的半导体装置的制造方法基本上相同，但布线基板11的结构以及壳体6的结构、和配置布线基板11的工序(S50)的内容与图1至图3所示的半导体装置的制造方法不同。具体而言，在准备的工序(S10)中准备的布线基板11是第1基板20和第2基板21这样的2张基板。另外，在壳体6的侧壁除了支撑部15以外还形成有追加的支撑部30a、30b。之后，实施图1至图3所示的半导体装置的制造方法中的工序(S20)至工序(S40)。而且，在配置布线基板11的工序(S50)中，首先以使第2基板21的外周部与支撑部15和追加的支撑部30b接触的方式，在壳体6内部配置第2基板21。接下来，以使第1基板20的外周部与支撑部15和追加的支撑部30a接触的方式，在壳体6内部配置第1基板20。此时，以使第1基板20的端部20a侧的一部分重叠于第2基板21上的方式配置。第1基板20和第2基板21不接触而隔开距离L4配置。之后，通过实施图1至图3所示的半导体装置的制造方法中的工序(S60)以及工序(S70)，能够得到图10以及图11所示的半导体装置。
<作用效果>
在上述半导体装置中，布线基板11也可以包括第1基板20和第2基板21。在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，第1基板20的一部分和第2基板21的一部分可以重叠。相互重叠的区域中的第1基板20与第2基板21之间的距离L4优选小于图10所示的俯视时(从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察的情况)的第1基板20和第2基板21的重叠部分的宽度。
在该情况下，能够得到与图1至图3所示的半导体装置同样的效果，并且能够降低水分或气体等物质从密封部件14的上部表面经由第1基板20和第2基板21的重叠部分到达半导体元件4的可能性。
<变形例的结构以及作用效果>
图12是示出实施方式4所涉及的半导体装置的第1变形例的剖面示意图。图12与图11对应。图12所示的半导体装置具备与图10以及图11所示的半导体装置基本上同样的结构，但第1基板20和第2基板21在相互重叠的区域中接触这一点与图10以及图11所示的半导体装置不同。
在该情况下，得到与图10以及图11所示的半导体装置同样的效果。在图12所示的半导体装置中，第1基板20和第2基板21接触，所以能够降低水分或气体等物质从密封部件14的上部表面经由上述重叠的区域到达半导体元件4的可能性。
图13是示出实施方式4所涉及的半导体装置的第2变形例的俯视示意图。图13所示的半导体装置具备与图10以及图11所示的半导体装置基本上同样的结构，但第1基板20和第2基板21在俯视时不相互重叠而隔开间隔配置这一点与图10以及图11所示的半导体装置不同。在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，第1基板20和第2基板21隔开间隔配置。第1基板20的端部20a和第2基板21的端部21a隔开间隔相向。在从上述方向观察时，半导体元件4配置于和第1基板20与第2基板21之间的间隙31不重叠的位置。从上述方向观察的、上述间隙31与半导体元件4之间的距离L5优选大于上述方向上的密封部件14的厚度T1(参照图1)。
概括上述半导体装置的特征性的结构时，布线基板11也可以包括第1基板20和第2基板21。在从与基体部件3的主面3a垂直的方向观察时，第1基板20和第2基板21也可以隔开间隔配置。在从上述方向观察时，半导体元件4也可以配置于和第1基板20与第2基板21之间的间隙31不重叠的位置。从上述方向观察的、上述间隙31与半导体元件4之间的距离L5也可以大于上述方向上的密封部件14的厚度T1。
在该情况下，充分确保从间隙31至半导体元件4的距离L5，所以能够降低水分或者气体等物质从密封部件14的上部表面经由间隙31到达半导体元件4的可能性。
实施方式5
<半导体装置的结构>
图14是实施方式5所涉及的半导体装置的俯视示意图。图15是图14的线段XV-XV处的剖面示意图。图16是图14的线段XVI-XVI处的剖面示意图。图14至图16分别与图1至图3对应。图14至图16所示的半导体装置具备与图1至图3所示的半导体装置基本上同样的结构，而基体部件3的结构、作为与基体部件3独立的部件具备散热层1这一点、壳体6和基体部件3经由散热层1连接这一点与图1至图3所示的半导体装置不同。即，在图14至图16所示的半导体装置中，基体部件3包括由无机陶瓷材料构成的绝缘层和与该绝缘层的上表面以及下表面连接的导电体层。作为无机陶瓷材料，能够使用例如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)或者氮化硼(BN)等。基体部件3的尺寸小于布线基板11的尺寸。
对构成基体部件3的下表面的导电体层，经由焊料等接合材料2连接了散热层1。对散热层1的外周部，经由粘接剂(未图示)连接了壳体6。
<半导体装置的制造方法>
图14至图16所示的半导体装置的制造方法与图1至图3所示的半导体装置的制造方法基本上相同，但基体部件3以及散热层1的结构以及将壳体6接合到基体部件3的工序(S30)的内容与图1至图3所示的半导体装置的制造方法不同。具体而言，作为在准备的工序(S10)中准备的基体部件3，准备层叠了如上述的由无机陶瓷材料构成的绝缘层和2个导电体层而成的层叠体。另外，对该基体部件3经由接合材料2连接散热层1。
之后，实施图1至图3所示的半导体装置的制造方法中的工序(S20)。而且，在工序(S30)中，通过粘接剂将壳体6接合到散热层1的外周部。之后，实施图1至图3所示的半导体装置的制造方法中的工序(S40)至工序(S70)。这样，能够得到图14至图16所示的半导体装置。
<作用效果>
在图14至图16所示的半导体装置中，也可以具备与基体部件3连接的散热层1。在该情况下，能够得到与图1至图3所示的半导体装置同样的效果，并且作为独立的部件准备散热层1和基体部件3，所以能够增大选择半导体装置的结构的自由度。
实施方式6
本实施方式是将上述实施方式1至实施方式5所涉及的半导体装置应用于电力变换装置的例子。本公开不限定于特定的电力变换装置，以下，作为实施方式6，说明将本公开应用于三相的逆变器的情况。
图17是示出应用了本实施方式所涉及的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
图17所示的电力变换系统包括电源100、电力变换装置200、负载300。电源100是直流电源，对电力变换装置200供给直流电力。电源100能够由各种例子构成，例如，既能够由直流系统、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，电源100也可以由将从直流系统输出的直流电力变换为预定的电力的DC/DC转换器构成。
电力变换装置200是连接于电源100与负载300之间的三相的逆变器，将从电源100供给的直流电力变换为交流电力，对负载300供给交流电力。电力变换装置200如图17所示，具备：主变换电路201，将直流电力变换为交流电力而输出；以及控制电路203，将控制主变换电路201的控制信号输出给主变换电路201。
负载300是通过从电力变换装置200供给的交流电力驱动的三相的电动机。此外，负载300不限于特定的用途，是搭载于各种电气设备的电动机，例如被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，详细说明电力变换装置200。主变换电路201具备开关元件和续流二极管(未图示)，通过开关元件进行开关，将从电源100供给的直流电力变换为交流电力，提供给负载300。主变换电路201的具体的电路结构有各种例子，而本实施方式的主变换电路201是2电平的三相全桥电路，能够由6个开关元件和与各个开关元件逆并联的6个续流二极管构成。主变换电路201的各开关元件以及各续流二极管的至少任意一个是与上述实施方式1至实施方式5中的任意一个的半导体装置相当的半导体装置202具有的开关元件或者续流二极管。6个开关元件是每2个开关元件串联连接而构成上下支路，各上下支路构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。而且，各上下支路的输出端子、即主变换电路201的3个输出端子与负载300连接。
另外，主变换电路201具备驱动各开关元件的驱动电路(未图示)但驱动电路也可以内置于半导体装置202，还可以是与半导体装置202独立地具备驱动电路的结构。驱动电路生成驱动主变换电路201的开关元件的驱动信号，提供给主变换电路201的开关元件的控制电极。具体而言，依照来自后述控制电路203的控制信号，将使开关元件成为导通状态的驱动信号和使开关元件成为截止状态的驱动信号输出给各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为导通状态的情况下，驱动信号是开关元件的阈值电压以上的电压信号(导通信号)，在将开关元件维持为截止状态的情况下，驱动信号成为开关元件的阈值电压以下的电压信号(截止信号)。
控制电路203以对负载300供给期望的电力的方式，控制主变换电路201的开关元件。具体而言，根据应提供给负载300的电力，计算主变换电路201的各开关元件应成为导通状态的时间(导通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压来调制开关元件的导通时间的PWM控制，控制主变换电路201。而且，以向在各时间点应成为导通状态的开关元件输出导通信号，向应成为截止状态的开关元件输出截止信号的方式，向主变换电路201具备的驱动电路输出控制指令(控制信号)。驱动电路依照该控制信号，向各开关元件的控制电极输出导通信号或者截止信号作为驱动信号。
在本实施方式所涉及的电力变换装置中，作为构成主变换电路201的半导体装置202应用实施方式1至实施方式5中的任意实施方式所涉及的半导体装置，所以能够提高可靠性。
在本实施方式中，说明了将本公开应用于2电平的三相逆变器的例子，但本公开不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，设为2电平的电力变换装置，但也可以是3电平、多电平的电力变换装置，在对单相负载供给电力的情况下，也可以将本公开应用于单相的逆变器。另外，在对直流负载等供给电力的情况下，还能够将本公开应用于DC/DC转换器、AC/DC转换器。
另外，应用本公开的电力变换装置不限定于上述的负载为电动机的情况，例如，既能够用作放电加工机、激光加工机、或者感应加热烹调器、非接触供电系统的电源装置，进而也能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等的功率调节器。
应认为本次公开的实施方式在所有方面仅为例示而不是限制性的。只要不存在矛盾，也可以组合本次公开的实施方式的至少2个。本公开的基本的范围并非上述说明而通过权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

Claims (11)

1.一种半导体装置，具备：
基体部件，具有主面；
半导体元件，搭载于所述基体部件的所述主面上；以及
壳体，具有包围所述基体部件的侧壁，
在所述侧壁中在所述基体部件侧的内周面形成有支撑部，
所述半导体装置还具备布线基板，该布线基板在从与所述基体部件的所述主面垂直的方向观察时，配置于与所述半导体元件重叠的位置，该布线基板搭载有电子零件，
所述支撑部的至少一部分接触到在所述布线基板的位于所述半导体元件侧的面上与所述布线基板的外周端相比位于更内侧的接触区域，
所述半导体装置还具备：
密封部件，配置于所述壳体的内部，密封所述半导体元件和所述布线基板；以及
端子部件，连接到在所述布线基板中比所述接触区域更靠所述外周端侧的区域，并且包括从所述密封部件的表面突出的端部。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
构成所述布线基板以及所述壳体的材料的水蒸气透过度小于所述密封部件的水蒸气透过度。
3.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其中，
所述基体部件包括连接有所述半导体元件的导体层，
在所述布线基板中搭载有所述电子零件的面的尺寸大于所述导体层的尺寸。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述支撑部的至少一部分包括面对在所述布线基板中连接有所述端子部件的区域的凹形形状部。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的半导体装置，其中，
在所述布线基板中形成有密封部件注入口，
在从与所述基体部件的所述主面垂直的所述方向观察时，所述密封部件注入口形成于与所述壳体重叠的位置。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的半导体装置，其中，
在所述布线基板中形成有密封部件注入口，
在从与所述基体部件的所述主面垂直的所述方向观察时，所述密封部件注入口形成于与所述半导体元件不重叠的位置。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述布线基板包括第1基板和第2基板，
在从与所述基体部件的所述主面垂直的所述方向观察时，所述第1基板的一部分和所述第2基板的一部分重叠。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述布线基板包括第1基板和第2基板，
在从与所述基体部件的所述主面垂直的所述方向观察时，所述第1基板和所述第2基板隔开间隔配置，
在从所述方向观察时，所述半导体元件配置于和所述第1基板与所述第2基板之间的间隙不重叠的位置，
从所述方向观察的所述间隙与所述半导体元件之间的距离大于所述方向上的所述密封部件的厚度。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述基体部件包括散热层，
构成所述散热层的材料是金属。
10.根据权利要求1至8中的任意一项所述的半导体装置，其中，
具备与所述基体部件连接的散热层。
11.一种电力变换装置，具备：
主变换电路，具有权利要求1所述的半导体装置，该主变换电路将输入的电力进行变换而输出；以及
控制电路，将控制所述主变换电路的控制信号输出给所述主变换电路。
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