JP2014033125A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置と冷却器の間に確実に絶縁板を配置可能な半導体装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる半導体装置１は、半導体素子１ａと、半導体素子１ａの表裏の面のうち少なくとも１つの面にろう付けで接合されて電気的に接続された排熱板８と、排熱板８とは別体で構成され、一方の面が半導体素子１ａの排熱板８に圧接されて電気的に接続された電極板６とを有する。また、電極板６の一方の面には、あらかじめ絶縁板１０が接合され、他方の面には排熱板８が接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に高出力の半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

高出力の半導体装置（以下パワーカードという）においては、半導体装置を効率的に排熱しながら、周囲と絶縁させる必要がある。特許文献１には、半導体素子と、半導体素子の両面に配置される一対の絶縁基板と、を有する半導体装置が記載されている。絶縁基板は、表裏に金属板を備え、表裏の金属板のうち、一方を主電極として半導体素子に圧接されている。また、半導体素子と、絶縁基板とは、樹脂により封止されている。

近年では、パワーカードを効率的に排熱させるため、冷却器を設けパワーカードを冷却器に接触させることにより、より効率よく排熱させる構成とされることがある。このようなパワーカードは、外部に設けられた冷却器と絶縁しながら、パワーカード内の半導体素子が通電した際に発生する熱を効率よく排熱することが必要である。

図１２は、冷却器２００の間に配置されたパワーカードとしての一般の半導体装置１００を示す断面図である。半導体装置１００は、半導体素子１０１ａとスペーサ１０２とボンディングワイヤ１０３と制御端子１０４と入力バスバ端子１０５と出力バスバ端子１０６とヒートシンク１０７とヒートシンク１０８と樹脂１１１とを有する。また、半導体装置１００は、絶縁板１０９と絶縁板１１０とを介して冷却器２００に押し当てられている。

半導体素子１０１ａは、表裏にエミッタとコレクタを有する。ヒートシンク１０７は半導体素子１０１ａのコレクタに電気的に接続されるとともに、半導体素子１０１ａが生じる熱を排熱する。ヒートシンク１０８は半導体素子１０１ａのエミッタに接続され、半導体素子１０１ａが生じる熱を排出する。

半導体素子１０１ａは、制御端子１０４とボンディングワイヤ１０３を介して接続されている。半導体素子１０１ａとスペーサ１０２とは、ヒートシンク１０７とヒートシンク１０８とにより挟持されている。

ヒートシンク１０７は入力バスバ端子１０５を備える。ヒートシンク１０８は出力バスバ端子１０６を備える。

半導体装置１００の製造方法について説明する。図１３は、コレクタ側リードフレームと、エミッタ側リードフレームとを示す図である。図１３（ａ）は、コレクタ側リードフレーム１１２の平面図を、図１３（ｂ）は側面図を示す図である。

コレクタ側リードフレーム１１２は、入力バスバ端子１０５とヒートシンク１０７制御端子１０４となる制御用端子部１１４とを一体で成形したものである。領域１１５は、半導体装置１００の製造工程において、半導体素子１０１ａとしてのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１１７（図１４参照）を実装する位置を示す。領域１１６は半導体装置１００の製造工程において、半導体素子１０１ａとしてのダイオード１１８（図１４参照）を実装する位置を示す。

図１３（ｃ）は、エミッタ側リードフレーム１１３の平面図を、図１３（ｄ）は側面図を示す図である。エミッタ側リードフレーム１１３は、出力バスバ端子１０６とヒートシンク１０８とを一体で成形したものである。

図１４〜図１６は、半導体装置１００を製造する工程を説明するための図である。図１４は半導体装置１００に実装される部品を示す。半導体装置１００には、コレクタ側リードフレーム１１２、ＩＧＢＴ１１７、ダイオード１１８、スペーサ１０２ａ、スペーサ１０２ｂ、及びエミッタ側リードフレーム１１３が実装される。

ＩＧＢＴ１１７は、制御端子１０４と接続するための電極パッド１１７ａ〜１１７ｄを有する。ここでは半導体装置１００に実装される部品を接続するためのはんだ箔は省略する。

まず、コレクタ側リードフレーム１１２にそれぞれの部品を固定する。図１５（ａ）は、ＩＧＢＴ１１７とダイオード１１８とスペーサ１０２ａとスペーサ１０２ｂとがコレクタ側リードフレーム１１２に固定された状態を示す図である。

コレクタ側リードフレーム１１２の領域１１５にＩＧＢＴ１１７が固定され、ＩＧＢＴ１１７にスペーサ１０２ａが固定される。コレクタ側リードフレーム１１２の領域１１６にダイオード１１８が固定され、ダイオード１１８にスペーサ１０２ｂが固定される。ＩＧＢＴ１１７の電極バッド１１７ａ〜１１７ｄは、それぞれボンディングワイヤ１０３ａ〜１０３ｄで制御用端子部１１４に接続されている。

次に、コレクタ側リードフレーム１１２にエミッタ側リードフレーム１１３を固定する。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のコレクタ側リードフレーム１１２に、エミッタ側リードフレーム１１３を固定された状態を示す図である。エミッタ側リードフレーム１１３は、コレクタ側リードフレーム１１２に固定されたスペーサ１０２ａ及びスペーサ１０２ｂに固定される。

次に、コレクタ側リードフレーム１１２とエミッタ側リードフレーム１１３との間を樹脂で封止する。図１６（ａ）は、コレクタ側リードフレーム１１２とエミッタ側リードフレーム１１３との間を樹脂で封止した状態を示す図である。ここでは、図１５（ｂ）を成形機の金型の所定の位置にセットし、インサイドモールドすることにより、樹脂封止する。

最後に、コレクタ側リードフレーム１１２の制御用端子部１１４の連結保持部分をタイバカットして切り離す。図１６（ｂ）は、制御用端子部１１４が切り離されて制御端子１０４が形成された状態を示す図である。

特開２０１０−２３２３６５号公報

半導体装置１００の両側の側面に設けられたヒートシンク１０７とヒートシンク１０８とは、半導体装置１００の電極を兼ねているため、高電圧に帯電している。このため、冷却器２００に半導体装置１００を挿入する際、冷却器２００に対してヒートシンク１０７を覆う位置に絶縁板１０９配置し、冷却器２００に対してヒートシンク１０８を覆う位置に絶縁板１１０を配置必要がある。

しかしながら、ヒートシンク１０７及び１０８に対して、絶縁板１０９及び１１０を位置決めする適切な方法がなかった。ヒートシンク１０７及び１０８に対して、絶縁板１０９及び１１０を位置決めするために、例えばヒートシンクと絶縁板とを接合するようにする方法がある。なお以下の記載においては、ヒートシンク１０７と１０８を区別する必要がない場合には、ヒートシンクと記載する。同様に、絶縁板１０９と絶縁板１１０とを区別する必要がない場合には、絶縁板と記載する。

ヒートシンクは一般に、電気伝導率と熱伝導率とがよく安価であるため、純銅又は銅合金のような銅材を用いることが多い。これに対し、絶縁板は、耐電圧性と熱伝導率がよい必要があるため、一般に、窒化珪素や窒化アルミ等の、厚さ０．３〜０．８ｍｍ程度のセラミックス製薄板が用いられる。

例えば樹脂系の接着剤を用いて接合すると、樹脂系の接着剤は熱伝導率が低いため、ヒートシンクと絶縁板との間に数μｍの厚みで層状に存在するだけであっても、放熱性を阻害する。

熱伝導性を損なわずに接合する方法として、ろう付けする方法がある。しかし、鋼材で形成されたヒートシンクとセラミックス製薄板で形成された絶縁板とは線膨張係数が異なる。よって、適切なろう付けを行わない場合、半導体装置１００が使用されると、ヒートシンクと絶縁板とが熱応力により接着面が剥離し、接合状態を維持できない。

ヒートシンクと絶縁板とを伝導性を損なうことなく、かつヒートシンクと絶縁板とが熱応力により剥離することを防ぐためには、ヒートシンクと絶縁板との接合層を極めて薄く（訳０．１μｍ程度）形成可能で、ヒートシンクと同等の熱伝導率を有し、かつ十分な接合強度を有する合金でろうづけを行う必要がある。

しかし、上述のようなろう付けをする場合、７００〜１０００℃超の温度での処理が必要となる。ろうづけに必要な処理温度が高いために、パワーカード完成後にヒートシンク１０７と絶縁板とをろう付けすることが不可能であるため、パワーカードの製造工程で、予めヒートシンクと絶縁板とを接合する必要がある。

ところが上述したように、銅の線膨張係数は１７．２３×１０^−６Ｋであり、セラミックスの線膨張係数は４〜８．２３×１０^−６Ｋであり、銅材で形成されたヒートシンクの線膨張係数と、セラミックス製薄板で形成された絶縁板の線膨張係数とは異なる。よって、ヒートシンクと絶縁板とをろう付けにより接合するためにはんだを加熱すると、ヒートシンクの熱膨張による応力に負けて、絶縁板が割れてしまうという問題があった。

また、ヒートシンクに対して絶縁板を位置決めする方法として、例えばヒートシンク１０７及びヒートシンク１０８と冷却器２００とに絶縁板を位置決めするための突起等を設ける方法がある。しかしながら、ヒートシンクの端部に位置決め用の突起があると、振動や熱膨張で、位置決め用の突起と絶縁板との相対的な位置関係が変化するおそれがある。これにより、位置決め用の突起と絶縁板との間に応力が発生するような場合、絶縁板が割れる恐れがある。絶縁板が割れると、ヒートシンクと冷却器との絶縁が維持できないという問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、半導体装置と冷却器とがより容易に絶縁可能な半導体装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる半導体装置は、半導体素子と、半導体素子の表裏の面のうち少なくとも１つの面に接合されて電気的に接続された排熱板と、排熱板と別体で構成され、半導体チップの排熱板に圧接されて電気的に接続された電極板と、を有するものである。

また、電極板は、一方の面は絶縁板が予め接合され、他方の面は排熱板と圧接されることが好ましい。さらに、電極板は、他の部品と一体で形成されることが好ましい。

さらにまた、半導体素子の表裏両面にそれぞれはんだ付けされる２つの排熱板と、排熱板にそれぞれ圧接される２つの電極板と、を有し、２つの電極板は、略平行に配置され、それぞれ外部の部品と接続するための端子部を有し、端子部は、電極板に平行な面に対して垂直方向からみて重なりあう位置であることが望ましい。

本発明により、半導体装置と冷却器の間がより容易に絶縁可能な半導体装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる本実施の形態にかかる半導体装置及び冷却器の断面を示す図である。 実施の形態１にかかるコレクタ側リードフレームとエミッタ側リードフレームとを示す図である。 実施の形態１にかかる入力バスバ端子及び出力バスバ端子を示す図である。 実施の形態１にかかる半導体装置で樹脂層が封止する部品を示す図である。 実施の形態１にかかる半導体装置の製造工程を示す図である。 実施の形態１にかかる半導体装置の製造工程を示す図である。 実施の形態１にかかる入力バスバ端子５と半導体チップ１９と出力バスバ端子６とを示す図である。 実施の形態１にかかる半導体チップ１９が入力バスバ端子５及び６に挟持されて冷却器２０に挿入される状態を示す図である。 実施の形態１にかかる半導体装置を示す図である。 実施の形態１にかかる入力バスバ端子３１及び出力バスバ端子３２が直接コンデンサに導通した半導体装置１ｃを示す図である。 実施の形態１にかかる半導体装置１００を樹脂封止する際の金型構造の断面を示す図である。 一般の半導体装置と冷却器とを示す断面図である。 一般のコレクタ側リードフレームと、エミッタ側リードフレームとを示す図である。 一般の半導体装置を製造する工程を説明するための図である。 一般の半導体装置を製造する工程を説明するための図である。 一般の半導体装置を製造する工程を説明するための図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる半導体装置及び冷却器の断面を示す図である。半導体装置１は、半導体素子１ａと、スペーサ２と、ボンディングワイヤ３と、制御端子４と、電極板としての入力バスバ端子５及び６と、排熱板としてのヒートシンク７および８と、絶縁板９及び１０と、半導体素子１を封止する樹脂１１とを有する。半導体装置１は、冷却器２０の間に配置される。また、以後の記載について、ろう付け等により接続された部位を接合と記載し、ろう付けされておらず隣り合う面が電気的に接続された部位を圧接と記載する。

半導体素子１ａは、制御端子４とボンディングワイヤ３を介して接続されている。半導体素子１ａは、表裏の面に電源端子を備える。半導体素子１ａとスペーサ２とは、ヒートシンク７とヒートシンク８とにより挟持されている。

ヒートシンク７は、半導体素子１ａの一方の面に接合され、半導体素子１ａの端子と電気的に接続される。ヒートシンク８は、半導体素子１ａの他方の面にスペーサ２を介して半導体素子１ａの端子と電気的に接続される。ヒートシンク７及び８は、電気伝導率と熱伝導率がよく、安価な部材、例えば銅や銅合金等で形成される。

入力バスバ端子５は、一方の面がヒートシンク７に圧接されて電気的に接続され、他方の面に絶縁板９が接合されている。出力バスバ端子６は、一方の面がヒートシンク８に圧接されて電気的に接続され、他方の面に絶縁板１０が接合されている。入力バスバ端子５及び出力バスバ端子６は、銅及び銅合金で形成されるか、又は、例えばアルミやアルミ合金等で形成される。

絶縁板９は予め入力バスバ端子５に接合される。絶縁板１０は出力バスバ端子６に接合される。絶縁板９及び１０は、高伝導特性のセラミックス板であって、入力バスバ端子５または出力バスバ端子６にろう付けして接合される。また、絶縁板９および１０は、無機質のフィラー等で熱伝導率を改善した絶縁樹脂を熱圧着したものでもよい。

本実施の形態にかかる半導体装置１は、ヒートシンク７と入力バスバ端子５と、ヒートシンク８と出力バスバ端子６とを別体で形成している。

一般のヒートシンクが厚さ２〜５（ｍｍ）であるのに対して、バスバ端子は厚さ０．２〜１（ｍｍ）の金属板である。ヒートシンクとバスバ端子とが一体で形成されていた場合に、ヒートシンクに絶縁板をろう付けする場合、ろう付け時の加熱でヒートシンクと絶縁板の接合面に熱応力がかかり、絶縁板が破断してしまう。これに対し、ヒートシンクと別体で構成されたバスバ端子に絶縁板をろう付けする場合、バスバ端子を構成する金属板は板厚が薄いために変形して絶縁板にかかる熱応力を緩和する。よって、バスバ端子に絶縁板をろう付けした場合には、絶縁板の破断は発生しない。従って、入力バスバ端子５に対して絶縁板９を、入力バスバ端子６に対して絶縁板１０を接合することができる。

入力バスバ端子５及び出力バスバ端子６は、絶縁板９または１０により形成された絶縁層を備えるため、入力バスバ端子５及び６をヒートシンク７及び８に対して固定することにより、正しく絶縁板９及び１０を配置し、半導体装置１と冷却器２０とを絶縁することが可能となる。

次に、本実施の形態にかかる半導体装置１の製造方法について説明する。図２は、コレクタ側リードフレーム１２とエミッタ側リードフレーム１３とを示す図である。図中には従来技術との差異を明示するために点線で図１３に示す一般のコレクタ側リードフレーム１１２と、エミッタ側リードフレーム１１３とを示す。図２（ａ）は、コレクタ側リードフレーム１１２の平面図を、図２（ｂ）は側面図を示す図である。

コレクタ側リードフレーム１２は、ヒートシンク７と、制御端子４となる制御用端子部１４とを一体で成形したものである。領域１５は、半導体装置１の製造工程において、半導体素子１ａとしてのＩＧＢＴ１７（図３参照）を実装する位置を示す。領域１１６は半導体装置１の製造工程において、半導体素子１ａとしてのダイオード１８（図３参照）を実装する位置を示す。

制御用端子部１４の板厚は、約０．２〜１．０（ｍｍ）である。本実施の形態においては、入力バスバ端子５をヒートシンク７及び制御用端子部１４と一体で形成する必要がない。従って、ヒートシンク７の板厚は、一般のヒートシンク１０７の板厚と比べて、入力バスバ端子５の厚さ分薄く形成されている。これにより、本実施の形態においては、銅材の使用量を少なくすることができる。

また、本実施の形態にかかるコレクタ側リードフレーム１２は、入力バスバ端子をヒートシンク７と一体で形成しなくてもよく、エミッタ側リードフレーム１３は、ヒートシンク８と一体で形成しなくてもよい。よって、後述する半導体装置１の製造工程でにおいて、生産設備を小型化することが可能である。さらに、コレクタ側リードフレーム１２及びエミッタ側リードフレーム１３が小型化することにより、はんだ付け炉及び樹脂封止の成形機等の金型内での取り数が増加する。具体的には、１．５〜１．８倍に取り数が増加する。したがって、生産性が向上する。

さらに、コレクタ側リードフレーム１２が、入力バスバ端子５、ヒートシンク７及び制御用端子部１４を有するように成形する場合、場所により厚みの異なる異形材を利用する必要があった。異形材は、最大厚みを有する圧延材を追加工して、板厚の薄い部分である薄肉部を形成するので、板厚が均一な圧延材より高価になってしまう。また、異形材を形成する際に、厚い板厚と薄い板厚の比が大きくなると、薄肉部を作るための圧延回数が多くなり、板厚の精度が悪化する。一般的に、板厚の厚い部分と薄い部分との比は、２：１〜３：１が限界と言われる。

本実施の形態では、エミッタ側リードフレーム１３は異形材を用いる必要がなくなるので、より安価に構成可能である。コレクタ側リードフレーム１２は、別体で形成されている入力バスバ端子５と重ねて使用されるため、ヒートシンク７の部分をより薄く形成することが可能である。ヒートシンク７の板厚が薄くなるために、ヒートシンク７と制御用端子部１４との板厚の比が小さくなる。よって、コレクタ側リードフレーム１２を形成する際の圧延回数を少なくし、より安価に形成可能である。

さらに、ヒートシンク７の板厚と制御用端子部１４の厚みを同じにし、入力バスバ端子５がヒートシンク７と重なる部分の板厚を厚くするようにして、入力バスバ端子５がヒートシンク７と重なる部分の厚みと、ヒートシンク７の厚みとで、ヒートシンク７に必要な厚みになるようにしてもよい。これにより、コレクタ側リードフレーム１２をより安価な均一の板厚の部材により形成することができる。

図３は、入力バスバ端子５及び出力バスバ端子６を示す図である。図３（ａ）は、入力バスバ端子５の平面図を、図３（ｂ）は側面図を示す図である。図３（ｃ）は、出力バスバ端子６の平面図を、図３（ｄ）は側面図を示す図である。

入力バスバ端子５及び出力バスバ端子６は板厚が０．２〜１．０（ｍｍ）である。ここで、入力バスバ端子５がヒートシンク７と重なる部分を放熱部５ａとし、出力バスバ端子６がヒートシンク８と重なる部分を放熱部６ａとする。

入力バスバ端子５と放熱部５ａは均一の板厚で形成される。出力バスバ端子６と放熱部６ａとは均一の板厚で形成される。

絶縁板９は、放熱部５ａにあらかじめ接合されている。絶縁板１０は放熱部６ａに予め接合されている。絶縁板９及び１０は、厚さ０．２〜１．０（ｍｍ）の窒化アルミ、窒化珪素及びアルミナ等のセラミックス薄板か、厚さ０．０５〜０．５（ｍｍ）の熱伝導性樹脂シートである。セラミックス薄板である場合、ろう付けで放熱部５ａ及び６ａに接合される。また、絶縁板がエポキシ樹脂等の樹脂にアルミナ、窒化アルミ、窒化珪素等の微細粉末を混練・配合した熱伝導性樹脂シートである場合には、熱圧着で放熱部５ａ及び６ａに接合される。さらに、必要に応じて絶縁板９及び１０に点線で示した金属層を形成するようにしてもよい。

図１２に示すような、一般の半導体装置において、絶縁板を正確に配置する場合には、ヒートシンクと絶縁板とをはんだ付けにより接合するしかないが、はんだ付けの際の熱により、絶縁板にヒートシンクの熱応力がかかってしまうため、はんだ付けすることができなかった。本実施の形態にかかる入力バスバ端子５及び出力バスバ端子６は、ヒートシンク７及び８と一体で形成されていないため、絶縁板９及び１０が、ヒートシンク７及び８が半導体素子１ａと接合される際のはんだ付けの温度に耐える必要がない。よって、はんだ付け温度に耐えられない部材である、エポキシ樹脂等を使用でき、より容易に半導体装置１を製造することが可能となった。

図４は、半導体装置１で樹脂１１が封止する部品を示す図である。半導体装置１には、半導体素子１ａ、コレクタ側リードフレーム１２、ＩＧＢＴ１７、ダイオード１８、スペーサ２ａ、スペーサ２ｂ、及びエミッタ側リードフレーム１３が、互いの境界面をはんだ箔により接合され、樹脂１１で樹脂封止される。ＩＧＢＴ１７は、制御端子４と接続するための電極パッド１７ａ〜１７ｄを有する。

図５は、半導体装置１の製造工程を示す図である。まず、コレクタ側リードフレーム１２にそれぞれの部品を固定する。図５（ａ）は、ＩＧＢＴ１７とダイオード１８とスペーサ２ａとスペーサ２ｂとがコレクタ側リードフレーム１２に固定された状態を示す図である。

コレクタ側リードフレーム１２の領域１５にＩＧＢＴ１７が固定され、ＩＧＢＴ１７にスペーサ２ａが固定される。コレクタ側リードフレーム１２の領域１６にダイオード１８が固定され、ダイオード１８にスペーサ２ｂが固定される。ＩＧＢＴ１７の電極バッド１７ａ〜１７ｄは、それぞれボンディングワイヤ３ａ〜３ｄで制御用端子部１４に接続される。

次に、コレクタ側リードフレーム１２にエミッタ側リードフレーム１３を固定する。図５（ｂ）は、図５（ａ）のコレクタ側リードフレーム１２に、エミッタ側リードフレーム１３を固定された状態を示す図である。エミッタ側リードフレーム１３は、コレクタ側リードフレーム１２に固定されたスペーサ２ａ及びスペーサ２ｂに固定される。

次に、コレクタ側リードフレーム１２とエミッタ側リードフレーム１３との間を樹脂１１で封止する。図６（ａ）は、コレクタ側リードフレーム１２とエミッタ側リードフレーム１３との間を樹脂で封止した状態を示す図である。ここでは、図５（ｂ）を成形機の金型の所定の位置にセットし、インサイドモールドすることにより、樹脂封止する。

最後に、コレクタ側リードフレーム１２の制御用端子部１４の連結保持部分をタイバカットして切り離す。図６（ｂ）は、制御用端子部１４が切り離されて制御端子４が形成された半導体チップ１９を示す図である。

次に、半導体チップ１９のヒートシンク７を入力バスバ端子５に圧接し、ヒートシンク８を出力バスバ端子６に圧接する。図７は、入力バスバ端子５と半導体チップ１９と出力バスバ端子６とを示す図である。

なお、入力バスバ端子５とヒートシンク７との境界面と、出力バスバ端子６とヒートシンク８との境界面と、にごく微小な隙間が生じ、電気伝導性や熱伝導性を低下させることがある。このような場合は、これらの境界面に銀、アルミ又は銅等の導電性の粒子が入った導電性ペースト材を塗布したり、金属粉やカーボン材等の電気伝導性のあるグリスを塗布するようにしてもよい。またさらに、境界面に絶縁性の放熱性のグリスを塗布しても、積層型冷却器毎加圧することにより、境界面はごく一部接触するため、入力バスバ端子５とヒートシンク７、出力バスバ端子６とヒートシンク８とは通電する。

図８は、半導体チップ１９が入力バスバ端子５及び６に挟持されて冷却器２０に挿入される状態を示す図である。図８に示すように絶縁板９及び１０が入力バスバ端子５又は出力バスバ端子６に接合されているため、半導体チップ１９と冷却器２０とを確実に絶縁することが可能である。

なお、以上の説明では、半導体装置１は、両面冷却型の半導体装置１について説明したが、片面冷却型であってもよい。図９は、本実施の形態にかかる半導体装置１ｂを示す図である。半導体装置１ｂは、半導体素子１ａと、ボンディングワイヤ３と、制御端子４と、電極板としてのバスバ端子２１と、絶縁板１０と、冷却器２２とを有する。本実施の形態によれば、半導体装置１ｂが片面冷却型であっても、前述した両面冷却型の半導体装置１と同様に製造のメリットがある。

また、本実施の形態にかかる半導体装置１は、入出力のバスバ端子をリードフレームと別体で構成しているため、入出力バスバ端子の形状を変形することが可能である。例えば、他の部品と入出力バスバ端子とを一体化することができる。

図１０は、入力バスバ端子３１及び出力バスバ端子３２が直接コンデンサに導通した半導体装置１ｃを示す図である。半導体装置１ｃは、入力バスバ端子３１及び出力バスバ端子３２を介してコンデンサ３３と導通している。

一般に、半導体装置等の電子デバイスと周辺の電気的な機能部品との結合は、溶接又はねじ締結により行われる。しかし溶接やねじ締結による結合では、加工スペースが必要となるため、デバイスの小型化の障害になる。さらに、高価な溶接設備が必要であったり、ねじの締結が必要であったりして、デバイスの製造コストを増大させていた。

図１０に示すような、入力バスバ端子３１及び出力バスバ端子３２が直接他の部品と一体化し、部品として統合される場合には、入力バスバ端子３１及び出力バスバ端子３２を他の部品と結合するための溶接やねじ締結の工程を減らすことができる。溶接やねじ締結の工程を減らすことにより、電子デバイスをより小型化し、低コストで製造することができる。さらに、直接コンデンサに導通できるため、インダクタンス等を抑制し、サージの発生や導通による損失が低減できる。

また、例えば、入力バスバ端子と出力バスバ端子とを互いに互いに重なるように構成することも可能である。電流が互いに逆方向に流れる状態で電流配線が平行になっていると、相互インダクタンスが小さくなり、素子全体のインダクタンスを低減することができる。これにより、電子デバイス内のスイッチング素子によるサージを抑制することが可能である。

従って、本実施の形態においては、半導体装置１の入力バスバ端子５の端子部分と出力バスバ端子６の端子部分とが、入力バスバ端子及び出力バスバ端子に平行な面に対する垂直方向から見て互いに重なるような、言い換えれば対面するような位置関係にあることが望ましい。

しかしながら、図１２に示すような、一般の半導体装置１００では、半導体装置１００を樹脂１１１で封止する際に、入力バスバ端子１０５及び出力バスバ端子１０６を外部と電気的に接続するために、樹脂１１１から突出するように封止しなくてはならない。従って、入力バスバ端子１０５と出力バスバ端子１０６とは、上下の金型の境界面に挟まれる形となる。

図１１（ａ）は、半導体装置１００を樹脂封止する際の金型構造の断面を示す図である。半導体素子の入力バスバ端子１０５と出力バスバ端子１０６とが重なる位置にある場合に、上下の金型で挟んで半導体装置１００を樹脂封止すると、入力バスバ端子１０５及び出力バスバ端子１０６の端子部分が接触した状態で封止されてしまう。よって、入力バスバ端子１０５及び出力バスバ端子１０６を一体型で形成する一般の半導体装置１００では、入力バスバ端子１０５と出力バスバ端子１０６とを重なる位置にすることは不可能であって、結果、入力バスバ端子と出力バスバ端子とを平行な位置関係で製造することができなかった。

これに対し、本実施の形態にかかる半導体装置１では、入力バスバ端子５及び出力バスバ端子６は、樹脂封止される半導体チップ１９と別体で構成され、半導体チップ１９が樹脂封止された後に半導体チップ１９に圧接される。従って、図１１（ｂ）に示すように、入力バスバ端子５と出力バスバ端子６とを重なる位置とすることが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、１ｂ、１ｃ 半導体装置
１ａ 半導体素子
２、２ａ、２ｂ スペーサ
３、３ａ〜３ｄ ボンディングワイヤ
４ 制御端子
５ 入力バスバ端子
５ａ 放熱部
６ 出力バスバ端子
６ａ 放熱部
７、８ ヒートシンク
９、１０ 絶縁板
１１ 樹脂
１２ コレクタ側リードフレーム
１３ エミッタ側リードフレーム
１４ 制御用端子部
１５、１６ 領域
１７ ＩＧＢＴ
１８ ダイオード
１９ 半導体チップ
２０、２２ 冷却器
２１ 電極板
３１ 入力バスバ端子
３２ 出力バスバ端子
３３ コンデンサ
１００ 半導体装置
１０１ａ 半導体素子
１０２、１０２ａ、１０２ｂ スペーサ
１０３、１０３ａ〜１０３ｄ ボンディングワイヤ
１０４ 制御端子
１０５ 入力バスバ端子
１０６ 出力バスバ端子
１０７、１０８ ヒートシンク
１０９、１１０ 絶縁板
１１１ 樹脂層
１１２ コレクタ側リードフレーム
１１３ エミッタ側リードフレーム
１１４ 制御用端子部
１１５、１１６ 領域
１１７ ＩＧＢＴ
１１８ ダイオード
２００ 冷却器

Claims (4)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子の表裏の面のうち少なくとも１つの面にろう付けで接合されて電気的に接続された排熱板と、
   前記排熱板と別体で構成され、前記半導体チップの排熱板に圧接されて電気的に接続された電極板と、を有する半導体装置。
2. 前記電極板は、一方の面は絶縁板が予め接合され、他方の面は前記排熱板と圧接される請求項１記載の半導体装置。
3. 前記電極板は、他の部品と一体で形成される、請求項１又は２記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子の表裏両面にそれぞれはんだ付けされる２つの前記排熱板と、 前記排熱板にそれぞれ圧接される２つの前記電極板と、を有し、
   ２つの前記電極板は、略平行に配置され、それぞれ外部の部品と接続するための端子部を有し、
   前記端子部は、前記電極板に平行な面に対して垂直方向からみて重なりあう位置である、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の半導体装置。

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