CN116264202A - 半导体装置和功率转换装置 - Google Patents

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CN116264202A
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CN
China
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wiring layer
metal wiring
lead frame
power semiconductor
face
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CN202211578791.7A
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田中阳
谷昌和
山根朋久
小玉胜久
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

本发明提供一种能够降低内部的电感、简化制造工序的半导体装置和功率转换装置。功率半导体模块(101)通过将电流沿相反方向流动的第一引线框(41)和第二引线框(42)重叠配置，能够降低内部的电感。另外，在与第一金属布线层(1)的一个主面(1e)垂直的方向上，第一引线框(41)和第二引线框(42)分别设置为与第一金属布线层(1)和第二金属布线层(2)各自的端面的一部分不重叠。因此，在用密封树脂(6)密封之前的功率半导体模块(101)的制造工序中，利用这些端面能够容易地进行引线框彼此之间以及金属布线层与引线框之间的定位，从而简化制造工序。

Description

半导体装置和功率转换装置
技术领域
本申请涉及半导体装置和功率转换装置。
背景技术
在功率半导体模块中，如果内部电感较大，在高速进行开关时会产生过电压，模块有可能受损，因此不能高速进行功率半导体元件的开关，否则开关损耗变大。因此，为了实现高速开关和降低开关损耗，需要降低功率半导体模块内部的电感。
作为用于降低功率半导体功率模块内部的电感的结构，已知有将电流沿相反方向流动的多个布线构件或金属布线层重叠配置的情况。例如在专利文献1中，通过将电流反向流动的N金属布线层和P金属布线层配置为上下重叠，使得该区域中的电感相互抵消，从而降低功率半导体模块内部的电感。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6786416号
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，如专利文献1那样重叠配置了多个布线构件或金属布线层的半导体模块在制造过程中，布线构件相互之间的位置关系以及金属布线层与布线构件之间的位置关系在俯视时变得模糊，从而难以确认它们的位置关系。在这种情况下，存在以下问题：在金属布线层和布线构件的接合工序或树脂密封工序等工序中，需要高精度的定位方法而使制造工序复杂。
本申请公开了一种用于解决上述问题的技术，其目的在于提供一种能够降低内部电感、简化制造工序的半导体装置以及具备该半导体装置的功率转换装置。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所公开的半导体装置包括：分别具有两个相对的主面和连接两个主面的四个端面的彼此并列配置的平板状的第一金属布线层和第二金属布线层；接合在第一金属布线层的一个主面上的第一功率半导体元件；接合在与第一金属布线层的一个主面同侧的第二金属布线层的一个主面上的第二功率半导体元件；接合到第一金属布线层、第二金属布线层、第一功率半导体元件和第二功率半导体元件中的任意一个以上的布线构件；以及用于密封第一金属布线层、第二金属布线层、第一功率半导体元件、第二功率半导体元件和布线构件的至少一部分的密封树脂。布线构件包含第一引线框和第二引线框，该第一引线框的一个端部接合到第二金属布线层的一个主面且另一个端部接合到第一功率半导体元件的表面电极，该第二引线框的一个端部接合到第二功率半导体元件的表面电极且另一个端部从密封树脂露出。在与第一金属布线层的一个主面垂直的方向上，第一引线框设置在第二引线框和第一功率半导体元件之间，第一引线框和第二引线框分别设置为与第一金属布线层和第二金属布线层各自的端面的一部分不重叠。
另外，本申请所公开的功率转换装置包括具备本申请所公开的半导体模块并将所输入的功率转换并输出的主转换电路；以及将控制主转换电路的控制信号输出至主转换电路的控制电路。
发明效果
根据本申请所公开的半导体装置，在与第一金属布线层的一个主面垂直的方向上，通过使第一引线框和第二引线框重叠配置，能够降低内部的电感。另外，在与第一金属布线层的一个主面垂直的方向上，第一引线框和第二引线框分别设置为与第一金属布线层和第二金属布线层各自的端面的一部分不重叠，从而在用密封树脂进行密封之前的半导体装置的制造工序中，可以利用这些端面容易地进行引线框之间以及金属布线层与引线框之间的定位，从而可以简化制造工序。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的功率半导体模块的简要结构的俯视图。
图2是表示从实施方式1所涉及的功率半导体模块中除去第二引线框的状态的俯视图。
图3是表示实施方式1所涉及的功率半导体模块的简要结构的剖视图。
图4是表示实施方式1所涉及的功率半导体模块的第一引线框的剖视图。
图5是表示实施方式2所涉及的功率半导体模块的简要结构的俯视图。
图6是表示从实施方式2所涉及的功率半导体模块中除去第二引线框的状态的俯视图。
图7是表示实施方式2所涉及的功率半导体模块的引线框中设置的开口部的局部放大图。
图8是说明具备实施方式3所涉及的功率转换装置的功率转换系统的结构的图。
具体实施方式
实施方式1.
下面，基于附图对实施方式1所涉及的半导体装置即功率半导体模块进行说明。图1是表示实施方式1所涉及的功率半导体模块的简要结构的俯视图，图2是表示从图1所示的功率半导体模块除去第二引线框的状态的俯视图，以及图3是图1中A-A所示的部分的剖视图。各图中，对相同或相当部分标注相同符号。
如图1至图3所示，实施方式1所涉及的功率半导体模块101包括第一金属布线层1和第二金属布线层2(这些统称为金属布线层)、第一功率半导体元件31和第二功率半导体元件32(这些统称为功率半导体元件)、布线构件即第一引线框41、第二引线框42、第三引线框43、以及第四引线框44(这些统称为引线框)、接合材料5、以及密封树脂6。
在下面的说明中，将图3的纸面的上侧称为“上”，将图3所示的功率半导体模块101的上侧的面称为上表面101a。其中，这里的上表面101a不是指在使用时配置在上侧的面，并且与重力的方向无关。图1和图2是从上表面101a侧观察(即，俯视)图3所示的功率半导体模块101的俯视图，表示透视密封树脂6时的内部结构，图中虚线所示的外框表示密封树脂6。
第一金属布线层1和第二金属布线层2是作为整个功率半导体模块101的基座的平板状的构件，并且如图2所示在俯视时呈矩形。第一金属布线层1和第二金属布线层2分别具有两个相对的主面和连接两个主面的四个端面，并且彼此并列配置。
第一金属布线层1具有相对的第一端面1a和第三端面1c、以及相对的第二端面1b和第四端面1d作为四个端面，其中第一端面1a和第三端面1c是长边方向的端面。另外，相对的第一端面1a和第三端面1c彼此平行,第二端面1b和第四端面1d彼此平行。
同样地，第二金属布线层2具有相对的第五端面2a和第七端面2c、以及相对的第六端面2b和第八端面2d作为四个端面，其中第五端面2a和第七端面2c是长边方向的端面。另外，相对的第五端面2a和第七端面2c彼此平行,第六端面2b和第八端面2d彼此平行。
另外，第一金属布线层1的主面1e和第二金属布线层2的主面2e彼此平行，法线方向相同。因此，在下面的说明中经常使用的“与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向”与“与第二金属布线层2的一个主面2e垂直的方向”相同，都意味着“金属布线层的主面的法线方向”。
如图3所示，将与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向设为高度方向时，第一金属布线层1和第二金属布线层2在高度方向上的尺寸相等，并且相应的主面1e和主面2e位于同一平面内。其中，金属布线层的形状不限于这些，在俯视时可以不是完全的长方形，第一金属布线层1和第二金属布线层2在高度方向上的尺寸不一定相同。
金属布线层的材料使用具有优异电气特性和机械特性的金属。优选例如包含铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和金(Au)中的任一种或两种以上的合金、或包含碳化硅和铝的复合材料(Al-SiC)等。其中，第一金属布线层1和第二金属布线层2的材料不限于这些。
第一功率半导体元件31接合在第一金属布线层1的一个主面1e上。另外，第二功率半导体元件32接合到第二金属布线层2的一个主面2e，该主面2e位于第一金属布线层1的一个主面1e的相同侧(即，上侧)。功率半导体元件使用例如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)、FWD(Free Wheel Diode：回流二极管)、MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等。
如图2所示，功率半导体元件在俯视时呈矩形，并且在第一金属布线层1中，作为第一功率半导体元件31的四个功率半导体元件配置为彼此间隔地排成一列。同样地，在第二金属布线层2中配置有作为第二功率半导体元件32的四个功率半导体元件。其中，功率半导体元件的种类、个数以及配置不限于此。另外，在功率半导体元件上配置有控制布线电极和控制布线，在此省略其图示和说明。
另外，功率半导体模块101包括接合在第一金属布线层1、第二金属布线层2、第一功率半导体元件31、以及第二功率半导体元件32中的任意一个以上的布线构件。布线构件包含第一引线框41、第二引线框42、第三引线框43以及第四引线框44。
第一引线框41的一个端部接合到第二金属布线层2的一个主面2e，另一个端部接合到第一功率半导体元件31的表面电极。第二引线框42的一个端部接合到第二功率半导体元件32的表面电极，另一个端部从密封树脂6露出。第三引线框43的一个端部接合到第一金属布线层1的主面1e，另一个端部从密封树脂6露出。第四引线框44的一个端部接合到第二金属布线层2的主面2e，另一个端部从密封树脂6露出。
引线框的材料可以使用导电性较高的金属，优选例如铜(Cu)、铝(Al)或包含铜、铝中的至少一方的合金等。但引线框的材料不限于此。
接合材料5配置在金属布线层与功率半导体元件或引线框的接合部、以及功率半导体元件与引线框的接合部。接合材料5使用例如含有铅(Pb)和锡(Sn)的高温用焊料、银(Ag)纳米颗粒糊料或包含银粒子和环氧树脂的导电性粘接材料等。
密封树脂6密封第一金属布线层1、第二金属布线层2、第一功率半导体元件31、第二功率半导体元件32以及布线构件的至少一部分。密封树脂6的材料使用例如环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、橡胶材料等。另外，密封树脂6可以通过层叠多种树脂材料，例如凝胶状的硅树脂和环氧树脂而构成。接合材料5和密封树脂6的种类不限于此。
接着，将使用图3说明功率半导体模块101的各结构要素所具有的电位。在图3中，具有相等电位的部分用相同种类的阴影表示。第一金属布线层1具有与第二金属布线层2不同的电位，例如，第一金属布线层1具有P侧电位，而第二金属布线层2具有AC侧电位。
引线框具有与所接合的金属布线层或功率半导体元件相等的电位。即，接合到第一金属布线层1的第三引线框43具有P侧电位，接合到第二金属布线层2的第一引线框41和第四引线框44具有AC侧电位。另外，接合到第二功率半导体元件32的第二引线框42具有N侧电位。
如图3所示，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线框41设置在第二引线框42和第一功率半导体元件31之间。由此，通过使电流反向流动的第一引线框41和第二引线框42重叠配置，由于电感相互抵消，功率半导体模块101内部的电感降低。此外，第一引线框41和第二引线框42在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上具有彼此平行重叠的部分。这里所说的平行可以是大致平行。
另外，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线框41和第二引线框42分别设置为与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的端面的一部分不重叠。换言之，第一金属布线层1和第二金属布线层2都具有不与第一引线框41和第二引线框42重叠的端面部分。由此，在用密封树脂6密封之前的制造工序中，处于俯视时能看到第一金属布线层1和第二金属布线层2的各端面的一部分的状态。
进一步详细而言，希望在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线框41和第二引线框42分别设置为与第一金属布线层1的第一端面1a和第三端面1c的至少一方的一部分、第二端面1b和第四端面1d的至少一方的一部分、第二金属布线层2的第五端面2a和第七端面2c的至少一方的一部分以及第六端面2b和第八端面2d的至少一方的一部分不重叠。
即，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线层41和第二引线层42分别设置为与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的长边方向的端面的一部分以及短边方向的端面的一部分不重叠即可。另外，金属布线层1的角部包含长边方向的端面和短边方向的端面。因此，第一引线框41和第二引线框42分别设置为与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的至少一个角部不重叠即可。
由此，在用密封树脂6密封之前的制造工序中，处于俯视时能看到第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的至少一个角部的状态。在图1所示的示例中，可以看到第一金属布线层1的两个角部1f和1g以及第二金属布线层2的四个角部2f、2g、2h和2i。
在第一金属布线层1和第二金属布线层2中，各自的长边方向的端面即第三端面1c和第五端面2a相对配置。将与第一金属布线层1的一个主面1e平行且与长边方向的端面平行的方向设为宽度方向时，第一引线框41和第二引线框42分别具有宽度方向上的尺寸大于第一金属布线层1和第二金属布线层2各自在宽度方向上的尺寸的宽幅区域41a和42a。
由于功率半导体模块101处理大电流，因此希望引线框在宽度方向上的尺寸较大，第一引线框41和第二引线框42优选采用宽度方向上的尺寸大于金属布线层的板状。另外，第一引线框41和第二引线框42分别具有宽幅区域41a、42a，通过将它们重叠配置，电感降低效果也变大。
另外，第一引线框41和第二引线框42分别具有窄幅区域41b、42b，其宽度方向上的尺寸小于第一金属布线层1和第二金属布线层2各自在宽度方向上的尺寸。图1和图2所示的示例中，纸张的左右方向是宽度方向，第一金属布线层1和第二金属布线层2在宽度方向上的尺寸相等(设为WO)。
如图2所示，第一引线框41具有宽度方向上的尺寸不同的宽幅区域41a和窄幅区域41b。宽幅区域41a在宽度方向上的尺寸W1大于金属布线层在宽度方向上的尺寸W0，窄幅区域41b在宽度方向上的尺寸W2小于金属布线层在宽度方向上的尺寸W0(W2＜W0＜W1)。
另外，如图1所示，第二引线框42具有宽度方向上的尺寸不同的宽幅区域42a和窄幅区域42b。宽幅区域42a在宽度方向上的尺寸W3大于金属布线层在宽度方向上的尺寸W0，窄幅区域42b在宽度方向上的尺寸W4小于金属布线层在宽度方向上的尺寸W0(W4＜W0＜W3)。第一引线框41和第二引线框42各自的窄幅区域41b、42b在宽度方向上的尺寸希望是比金属布线层在宽度方向上的尺寸W0要小1mm以上且5mm以下。其中，这些尺寸不受限制，可以适当变更。
图1所示的示例中，第一引线框41和第二引线框42分别具有窄幅区域41b、42b，由此在用密封树脂6密封之前的制造工序中，处于俯视时能看到第一金属布线层1的两个角部1f、1g和第二金属布线层2的两个角部2f、2g的状态。
由此，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，通过将第一引线框41和第二引线框42都设置为与金属布线层的端面的一部分不重叠，从而在用密封树脂6密封之前的制造工序中，处于俯视时能看到金属布线层的端面的一部分的状态。因此，这些端面可以用于金属布线层的位置确认或金属布线层与引线框的位置确认等。此外，通过在俯视时能看到金属布线层的长边方向的端面和短边方向的端面，可以确认金属布线层在宽度方向上的位置和在与宽度方向垂直的深度方向上的位置。
因此，在功率半导体模块101的制造工序中，利用这些端面能够进行引线框彼此之间以及金属布线层与引线框之间的定位。具体而言，在金属布线层与引线框的接合工序中，能够容易地进行金属布线层和引线框之间的定位。另外，在金属布线层和引线框成为一体之后的树脂密封工序中，用销从上侧按压金属布线层时，能够容易地进行金属布线层和销的定位。
另外，以往的功率半导体模块的引线框具有延伸出来并实施了弯曲加工以远离引线框的端部的连接部，作为与金属布线层或功率半导体元件接合的部位。因此，与金属布线层的主面1e平行的方向上的平面积增大，存在功率半导体模块的尺寸增大的问题。
为了解决上述的问题，实施方式1所涉及的功率半导体模块101在第一引线框41和第二引线框42的各个端部具有在垂直方向上朝向接合对象的面突出的突出部7，并且在突出部7处与接合对象接合。突出部7形成在引线框的端部的与金属布线层或功率半导体元件接合一侧的面上，突出部7至少有一个以上，优选是三个以上。
如图2所示，第一引线框41具有作为与第二金属布线层2的接合部的两个突出部7、以及作为与第一功率半导体元件31的接合部的四个突出部7。如图1所示，第二引线框42具有作为与第二功率半导体元件32的接合部的四个突出部7。
作为突出部7的形成方法，有通过冲压加工等在不改变引线框厚度的情况下形成轴套部的方法，或者局部地加厚引线框来形成的方法等。在任何情况下，突出部7与引线框同时形成，并且与引线框一体地形成。第一引线框41和第二引线框42通过突出部7紧贴接合材料5而与金属布线层或功率半导体元件接合。
图4是表示第一引线框的剖视图。将与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向设为高度方向时，图中H1示出了引线框在高度方向上的尺寸，H2示出了突出部7在高度方向上的尺寸，H3示出了突出部7相互之间的高度差。引线框在高度方向上的尺寸H1例如是0.5mm至1.0mm左右。突出部7在高度方向上的尺寸H2优选为引线框在高度方向上的尺寸H1的0.3倍至0.5倍左右。
另外，第一功率半导体元件31的表面比第二金属布线层2的主面2e要高出相当于接合材料5以及第一功率半导体元件31主体的大小。因此，第一引线框41的突出部7需要在接合到第一功率半导体元件31的部位和接合到第二金属布线层2的部位改变高度。在第一引线框41(或第二引线框42)中形成的突出部7相互之间的高度差H3优选为450μm到750μm。由此，容易将第一引线框41接合到第一功率半导体元件31和第二金属布线层2。
如上所述，根据实施方式1所涉及的功率半导体模块101，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，通过使电流反向流动的第一引线框41和第二引线框42重叠配置，能够降低内部的电感。由于第一引线框41和第二引线框42具有彼此平行重叠的部分，因此电感降低的效果进一步增大。
另外，与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，通过将第一引线框41和第二引线框42分别设置为与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的端面的一部分不重叠，在用密封树脂6密封之前的功率半导体模块101的制造工序中，能够在俯视时确认金属布线层的位置、引线框相互之间的位置关系、以及金属布线层和引线框之间的位置关系。
另外，通过将第一引线框41和第二引线框42分别设置为与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的长边方向的端面的一部分和短边方向的端面的一部分不重叠，能够在俯视时确认第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的宽度方向的位置和深度方向的位置。因此，在功率半导体模块101的制造工序中，利用这些端面能够容易地进行引线框彼此之间以及金属布线层与引线框之间的定位，从而简化制造工序。
此外，第一引线框41和第二引线框42分别具有在垂直方向上朝向接合对象的面突出的突出部7，与具有进行了延伸并实施了弯曲加工以远离引线框端部的现有连接部的情况相比，能够抑制在与金属布线层的主面1e平行的方向上的平面积的增加，从而使功率半导体模块101小型化。另外，由于突出部7与引线框的形成是同时形成，因此不会导致制造工序的复杂和制造成本的上升。
实施方式2.
图5是表示实施方式2的功率半导体模块的简要结构的俯视图，图6是表示从图5所示的功率半导体模块除去第二引线框的状态的俯视图。实施方式2所涉及的功率半导体模块102的剖视图与上述实施方式1的功率半导体模块101相同，因此沿用图3。图5和图6是从上表面101a(参照图3)侧观察(即，俯视)功率半导体模块102的俯视图，表示透视密封树脂6时的内部结构，图中虚线所示的外框表示密封树脂6。
上述实施方式1中，第一引线框41和第二引线框42分别具有窄幅区域41b、42b，因此处于俯视时能看到第一金属布线层1的两个角部1f、1g和第二金属布线层2的两个角部2f、2g的状态(参照图1)。由此，在使用密封树脂6密封之前的制造工序中，可以在俯视时确认金属布线层的位置、引线框相互间的位置关系、以及金属布线层与引线框的位置关系等(参照图1)。
另一方面，实施方式2所涉及的功率半导体模块102通过在第一引线框41A和第二引线框42A分别设置贯通孔即开口部，能起到与设置窄幅区域41b、42b同样的效果。实施方式2所涉及的功率半导体模块102的另一结构与上述实施方式1的功率半导体模块101相同，因此这里省略说明。
如图5和图6所示，在第一金属布线层1和第二金属布线层2中，各自的长边方向上的端面即第三端面1c和第五端面2a相对配置。将与第一金属布线层1的一个主面1e平行且与长边方向的端面平行的方向设为宽度方向时，第一引线框41A和第二引线框42A分别具有宽度方向上的尺寸大于第一金属布线层1和第二金属布线层2各自在宽度方向上的尺寸的宽幅区域。宽幅区域在宽度方向上的尺寸W1、W3大于第一金属布线层1和第二金属布线层2各自在宽度方向上的尺寸W0(WO＜W1、W0＜W3)。
在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线框41A和第二引线框42A分别具有设置成与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的端面的一部分不重叠的开口部。第一引线框41A如图6所示，具有四个开口部8a、8b、8c、8d。四个开口部8a、8b、8c、8d分别与第一金属布线层1的角部1f、1g、以及第二金属布线层2的角部2f、2g重叠。
另外，第二引线框42A如图5所示，具有四个开口部9a、9b、9c、9d。四个开口部9a、9b、9c、9d分别与第一引线框41A的四个开口部8a、8b、8c、8d重叠的同时，与第一金属布线层1的角部1f、1g以及第二金属布线层2的角部2f、2g重叠。
即，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线框41A和第二引线框42B各自的开口部分别设置在与第一金属布线层1的至少一个角部以及第二金属布线层2的至少一个角部重叠的位置。
图7是表示实施方式2所涉及的功率半导体模块的引线框中设置的开口部的局部放大图。如图7所示，第二引线框42A的开口部9a(和未图示的第一引线框41A的开口部8a)设置在与第一金属布线层1的角部1f重叠的位置。第一金属布线层1的角部1f中包含长边方向的第三端面1c和短边方向的第四端面1d。
另外，第二引线框42A的开口部9d(和未图示的第一引线框41A的开口部8d)设置在与第二金属布线层2的角部2f重叠的位置。第二金属布线层2的角部2f中包含长边方向的第五端面2a和短边方向的第八端面2d。因此，在与第一金属布线层1的一个主面1e垂直的方向上，第一引线层41A和第二引线层42A分别设置为与第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的长边方向的端面的一部分以及短边方向的端面的一部分不重叠。
由此，在用密封树脂6密封之前的制造工序中，实施方式2所涉及的功率半导体模块102能够在俯视时经由分别设置在第一引线框41A和第二引线框42A中的开口部，确认第一金属布线层1和第二金属布线层2各自的宽度方向的位置和深度方向的位置。
在图5和图6所示的示例中，在第一引线框41A和第二引线框42A中分别设置有四个俯视时呈圆形的开口部，但是开口部的形状和数目不限于此，例如可以是椭圆形或矩形。
根据实施方式2所涉及的功率半导体模块102，能够起到与上述实施方式1所涉及的功率半导体模块101同样的效果。另外，由于在引线框中设置了开口部来代替窄幅区域，因此与上述实施方式1所涉及的功率半导体模块101相比，能够增大引线框的宽幅区域的面积。
实施方式3.
图8是说明具备实施方式3所涉及的功率转换装置的功率转换系统的结构的图。在实施方式3中，对将上述实施方式1、2所涉及的功率半导体模块101、102应用于三相逆变器的功率转换装置进行说明。
功率转换系统包含电源200、功率转换装置300以及负载400。电源200是向功率转换装置300提供直流功率的直流电源。电源200例如可以由直流系统、太阳能电池和蓄电池构成。另外，电源200可以由连接到交流系统的整流电路或AC/DC转换器、或连接到直流系统的DC/DC转换器构成。
功率转换装置300为连接在电源200与负载400之间的三相逆变器，将从电源200提供的直流功率转换成交流功率并提供给负载400。功率转换装置300包括将直流功率转换为交流功率并输出的主转换电路301、以及向主转换电路301输出控制信号的控制电路303。
负载400是由从功率转换装置300提供的交流功率驱动的三相电动机。另外，负载400并不限于特定的用途，为搭载于各种电气设备的电动机，例如，用作混合动力汽车或电动车、铁道车辆、电梯以及空调设备等的电动机。
主转换电路301包括开关元件和回流二极管，通过开关元件的开关将从电源200提供的直流功率转换为交流功率。主转换电路301的电路结构有很多种，在本实施方式3中，对由六个开关元件和与各个开关元件反向并联的六个回流二极管构成的二电平的三相全桥电路进行说明。
主转换电路301的功率半导体模块302中，使用上述实施方式1、2所涉及的功率半导体模块101、102中的任一个，构成主转换电路301的各开关元件和各回流二极管中的任一个。六个开关元件按每两个开关元件串联连接而构成上下臂，各上下臂构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。各上下臂的输出端子即主转换电路301的三个输出端子连接至负载400。此外，主转换电路301包括驱动各个开关元件和各个回流二极管的驱动电路(省略图示)。
控制电路303对主转换电路301的开关元件进行控制，以向负载400提供所希望的功率。具体而言，基于应该提供给负载400的功率，来计算主转换电路301的各开关元件应该成为导通状态的时间(导通时间)，并向驱动电路输出控制信号。例如，能够通过根据要输出的电压对开关元件的导通时间进行调制的PWM控制，来对主转换电路301进行控制。驱动电路根据该控制信号，向各开关元件的控制电极输出导通信号或截止信号以作为驱动信号。
实施方式3所涉及的功率转换装置300通过应用上述实施方式1、2所涉及的功率半导体模块101、102作为主转换电路301的开关元件和回流二极管，能够实现小型化，并能够抑制由振动和热疲劳引起的断线等。
实施方式3中，对上述实施方式1、2所涉及的功率半导体模块101、102适用于二电平三相逆变器的示例进行了说明，但不限于此，也可以适用于例如三电平或多电平的功率转换装置、或者单相逆变器。在向直流负载提供功率的情况下，其能应用于DC/DC转换器或AC/DC转换器。
功率转换装置300不限定于负载400是电动机的情况，可以用作例如放电加工机、激光加工机、感应加热调理器和非接触器供电系统等的电源装置，还可以用作太阳能发电系统及蓄电系统等的功率调节器。
本公开记载了各种例示性的实施方式及实施例，但1个或多个实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个结构要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个结构要素并与其他实施方式的结构要素进行组合的情况。
工业上的实用性
本申请可用作半导体装置，特别是用于具备功率半导体元件的功率半导体模块、以及具备功率半导体模块的功率转换装置。
标号说明
1第一金属布线层，1a第一端面，1b第二端面，1c第三端面，1d第四端面，1e主面，1f、1g角部，2第二金属布线层，2a第五端面，2b第六端面，2c第七端面，2d第八端面，2e主面，2f、2g、2h、2i角部，5接合材料，6密封树脂，7突出部，8a、8b、8c、8d、9a、9b、9c、9d开口部，31第一功率半导体元件，32第二功率半导体元件，41、41A第一引线框，41a、42a宽幅区域，41b、42b窄幅区域，42、42A第二引线框，43第三引线框，44第四引线框，101、102、302功率半导体模块，101a上表面，200电源，300功率转换装置，301主转换电路，303控制电路，400负载。

Claims (13)

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：
平板状的第一金属布线层和第二金属布线层，该第一金属布线层和第二金属布线层分别具有相对的两个主面和连接所述两个主面的四个端面，并且彼此并列配置；
第一功率半导体元件，该第一功率半导体元件与所述第一金属布线层的一个主面接合；
第二功率半导体元件，该第二功率半导体元件与位于所述第一金属布线层的所述一个主面相同侧的所述第二金属布线层的一个主面接合；
布线构件，该布线构件与所述第一金属布线层、所述第二金属布线层、所述第一功率半导体元件和所述第二功率半导体元件中的任一个以上接合；以及
密封树脂，该密封树脂密封所述第一金属布线层、所述第二金属布线层、所述第一功率半导体元件、所述第二功率半导体元件、所述布线构件的至少一部分，
所述布线构件包含第一引线框和第二引线框，该第一引线框的一个端部接合到所述第二金属布线层的所述一个主面且另一个端部接合到所述第一功率半导体元件的表面电极，该第二引线框的一个端部接合到所述第二功率半导体元件的表面电极且另一个端部从所述密封树脂露出，
在与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向上，所述第一引线框设置在所述第二引线框和所述第一功率半导体元件之间，所述第一引线框和所述第二引线框分别设置为与所述第一金属布线层和所述第二金属布线层各自的所述端面的一部分不重叠。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一金属布线层和所述第二金属布线层各自的长边方向的端面相对配置，将与所述第一金属布线层的所述一个主面平行且与所述长边方向的端面平行的方向设为宽度方向时，
所述第一引线框和所述第二引线框分别具有在所述宽度方向上的尺寸比所述第一金属布线层和所述第二金属布线层各自在所述宽度方向上的尺寸要大的宽幅区域。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一引线框和所述第二引线框分别具有在所述宽度方向上的尺寸比所述第一金属布线层和所述第二金属布线层各自在所述宽度方向上的尺寸要小的窄幅区域。
4.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
所述窄幅区域在所述宽度方向上的尺寸比所述第一金属布线层和所述第二金属布线层各自在所述宽度方向上的尺寸要小1mm以上且不到5mm。
5.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
在与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向上，所述第一引线框和所述第二引线框分别具有开口部，该开口部设置在与所述第一金属布线层和所述第二金属布线层各自的所述端面的一部分重叠的位置。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
在与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向上，所述开口部分别设置在与所述第一金属布线层的至少一个角部和所述第二金属布线层的至少一个角部重叠的位置。
7.如权利要求1至6的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一金属布线层具有相对的第一端面和第三端面、以及相对的第二端面和第四端面作为所述四个端面，
在与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向上，所述第一引线框和所述第二引线框分别设置为与所述第一端面和所述第三端面的至少一方的一部分、以及所述第二端面和所述第四端面的至少一方的一部分不重叠。
8.如权利要求1至7的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第二金属布线层具有相对的第五端面和第七端面、以及相对的第六端面和第八端面作为所述四个端面，
在与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向上，所述第一引线框和所述第二引线框分别设置为与所述第五端面和所述第七端面的至少一方的一部分、以及所述第六端面和所述第八端面的至少一方的一部分不重叠。
9.如权利要求1至8的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
在与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向上，所述第一引线框和所述第二引线框具有彼此平行重叠的部分。
10.如权利要求1至9的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一引线框和所述第二引线框分别在所述端部具有在垂直方向上朝向接合对象的面突出的突出部，并且在所述突出部与所述接合对象接合。
11.如权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，
与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向设为高度方向时，所述突出部在所述高度方向上的尺寸是所述第一引线框或所述第二引线框在所述高度方向上的尺寸的0.3倍到0.5倍。
12.如权利要求10或11所述的半导体装置，其特征在于，
在所述第一引线框和所述第二引线框中分别形成三个以上的所述突出部，并且当与所述第一金属布线层的所述一个主面垂直的方向设为高度方向时，所述第一引线框或所述第二引线框中形成的所述突出部相互间在所述高度方向上的差异为450μm到750μm。
13.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
主转换电路，该主转换电路包含权利要求1至12的任一项所述的半导体装置，将所输入的功率进行转换并输出；以及
控制电路，该控制电路将控制所述主转换电路的控制信号输出至所述主转换电路。
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