JP2015156443A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留りを改善する半導体パッケージを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、半導体パッケージは、第１接合面３４ａ、第１接合面３４ａと直交する第１放熱面３４ｂ、および、第１接合面３４ａと対向した第１主面３４ｃを有する第１導電体３４と、第２接合面３６ａ、第２接合面３６ａと直交し第１放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置する第２放熱面３６ｂ、および、第２接合面３６ａと対向した第２主面３６ｃを有する第２導電体３６と、第１電極が第１接合面３４ａと電気的に接続し、第２電極が第２接合面３６ａと電気的に接続した半導体スイッチ３８、４０と、半導体スイッチ３８、４０を覆い封止した絶縁体５２と、を備え、第１放熱面３４ｂと第２放熱面３６ｂとは絶縁体５２から露出し、第１主面３４ｃおよび第２主面３６ｃは、その長手方向が仮想平面と略平行な直線状である凹部３４ｄ、３６ｄを有する。
【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、半導体パッケージに関する。

近年、自動車の燃費向上を目的とし、内燃機関とモータとを併用したハイブリッド車の普及が急速に進んでいる。また一方で、モータだけで走行可能な電気自動車の製品化も進んでいる。これら自動車を実現するためには、電池とモータとの間に、直流電力から交流電力への変換および交流電力から直流電力への変換を行なう電力変換装置が必要となる。

ハイブリッド車および電気自動車では、半導体電力変換装置の小型化、高信頼性が要求されている。半導体電力変換装置の小型化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良い半導体電力変換装置が必要となる。これを実現する方法としては、半導体素子の表裏面に導電体を接続し、導電体から冷却器へ放熱させる両面放熱型の半導体パッケージが提案されている。

特開２００３−２５８１６６号公報 特開２００７−０６８３０２号公報

両面放熱型の半導体パッケージの製造過程において、例えば、半導体素子および半導体素子の表裏面に接続した導電体を樹脂材料によりモールドした後に、樹脂材料および導電体の一部を研削して平坦な底部を形成する。このとき、例えば高速回転するグラインダ等により樹脂材料および導電体を研削すると、樹脂材料と導電体との界面が剥がれて製造歩留りが低下する原因となっていた。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、製造歩留りを改善する半導体パッケージを提供することにある。

実施形態によれば、半導体パッケージは、第１接合面、前記第１接合面と直交する第１放熱面、および、前記第１接合面と対向した第１主面を有する第１導電体と、前記第１接合面と対向する第２接合面、前記第２接合面と直交し前記第１放熱面を含む仮想平面上に位置する第２放熱面、および、前記第２接合面と対向した第２主面を有する第２導電体と、第１電極と第２電極とを備え、前記第１電極が前記第１接合面と電気的に接続し、前記第２電極が前記第２接合面と電気的に接続した半導体スイッチと、前記半導体スイッチを覆い封止した絶縁体と、を備え、前記第１放熱面は前記絶縁体から露出し、前記第１主面は前記第１放熱面と接続した位置近傍に設けられた凹部を有し、前記第２放熱面は前記絶縁体から露出し、前記第２主面は前記第２放熱面と接続した位置近傍に設けられた凹部を有し、前記凹部は、その長手方向が前記仮想平面と略平行な直線状であることを特徴とする。

図１は、実施形態の半導体パッケージのモールド樹脂体内部の構造の一例を説明する分解斜視図である。 図２は、実施形態の半導体パッケージの一例を示す斜視図である。 図３は、実施形態の半導体パッケージの一例を底面側から見た斜視図である。 図４は、長手方向に直交する平面における本実施形態の半導体パッケージの断面の一例を示す図である。 図５は、実施形態の半導体パッケージの製造過程における一構成例を説明するための図である。 図６は、本実施形態の半導体パッケージの他の構成例を示す図である。 図７は、半導体電力変換装置の支持フレームおよび冷却器の一例を示す斜視図である。

以下に、図面を参照しながら、実施形態に係る半導体電力変換装置ついて詳細に説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

図１は、実施形態の半導体パッケージのモールド樹脂体内部の構造の一例を説明する分解斜視図である。

本実施形態の半導体パッケージ１６は、いわゆる両面放熱型および垂直実装型の電力変換装置として構成されている。本実施形態の半導体パッケージ１６は、第１導電体（コレクタ導電体）３４と、第２導電体（エミッタ導電体）３６と、半導体スイッチと、外囲器（図２に示す）と、を備えている。

半導体スイッチは、接続剤４２ａ〜４２ｆにより第１導電体３４および第２導電体３６に固定されている。接続剤４２ａ〜４２ｆは例えば半田シートである。

半導体スイッチは、第１電極と第２電極とを備え、第１電極が第１導電体３４と電気的に接続し、第２電極が第２導電体３６と電気的に接続している。より具体的には、半導体スイッチは、第１半導体素子３８と、第２半導体素子４０と、第１凸型導電体４４ａと、第２凸型導電体４４ｂと、接続部（エミッタ板）４８と、第１電力端子４６ａと、第２電力端子４６ｂと、接触部４７ａ、４７ｂと、複数の信号端子５０と、を備えている。

第１導電体３４は、例えば、銅により形成された略角柱形状である。第１導電体３４は、矩形状の接合面（第１接合面）３４ａと、接合面３４ａと対向した主面（第１主面）３４ｃと、接合面３４ａと第１主面３４ｃと直交した略矩形状の放熱面（第１放熱面）３４ｂと、を有している。

接合面３４ａと第１主面３４ｃとは、半導体パッケージ１６の部品が積層する方向Ｗと略直交している。

主面３４ｃは、部品の積層方向Ｗおよび信号端子５０が延びた第１方向Ｈと直交した第２方向Ｌに沿って延びた直線状の凹部として２つの溝３４ｄを有している。２つの溝３４ｄの第２方向Ｌに延びた両端は、主面３４ｃと放熱面３４ｂとに直交して互いに対向した２つの端面と接続している。一方の溝３４ｄは、主面３４ｃにおいて放熱面３４ｂと接続した位置近傍に配置している。他方の溝３４ｄは、主面３４ｃにおいて、放熱面３４ｂと対向した略矩形状の主面（第３主面）３４ｅと接続した位置近傍に配置している。溝３４ｄは、放熱面３４ｂおよび主面３４ｅとは接続しない。

第２導電体３６は、例えば、銅により形成された略角柱形状である。第２導電体３６は、矩形状の接合面（第２接合面）３６ａと、接合面３６ａと対向した主面（第２主面）３６ｃと、接合面３６ａと主面３６ｃと直交した略矩形状の放熱面（第２放熱面）３６ｂと、を有している。接合面３６ａと主面３６ｃとは積層方向Ｗと略直交している。放熱面３６ｂは、放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置している。

主面３６ｃは、部品の積層方向Ｗおよび第２方向Ｌに沿って延びた直線状の凹部として２つの溝３６ｄを有している。２つの溝３６ｄの第２方向Ｌに延びた両端は、主面３６ｃと放熱面３６ｂとに直交して互いに対向した２つの端面と接続している。一方の溝３６ｄは、主面３６ｃにおいて放熱面３６ｂと接続した位置近傍に配置している。他方の溝３６ｄは、主面３６ｃにおいて、放熱面３６ｂと対向した略矩形状の主面（第４主面）３６ｅと接続した位置近傍に配置している。溝３６ｄは、放熱面３６ｂおよび主面３６ｅとは接続しない。

第１導電体３４の接合面３４ａと第２導電体３６の接合面３６ａとは互いに平行に対向している。第１導電体３４の放熱面３４ｂと第２導電体３６の放熱面３６ｂとは同一平面上に位置している。

第２導電体３６は、第２方向Ｌの幅が第１導電体３４とほぼ等しく、積層方向Ｗの幅が第１導電体３４よりも小さく、例えば、約３分の１程度に形成され、更に、第１方向Ｈの幅が第１導電体３４よりも小さく形成されている。

第１半導体素子３８は、パワー半導体素子、例えば、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)である。第１半導体素子３８は、第１導電体３４と第２導電体３６との間に挟まれて、これらの導電体に接合されている。第１半導体素子３８は、矩形板状に形成され、表面および裏面に異なる電極を構成している。また、第１半導体素子３８の一方の表面に、複数、例えば、４つの接続端子３８ａが形成されている。そして、第１半導体素子３８の表面および裏面は、電極部分および接続端子部分を除いて、絶縁膜、例えば、ポリイミドのフィルムで覆われている。

第１半導体素子３８は、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に配置され、一方の電極（コレクタ）が第１接続剤４２ａ、例えば、矩形状の半田シートにより第１導電体３４の接合面３４ａに接合されている。

第２半導体素子４０は、第１導電体３４と第２導電体３６との間に挟まれて、第１導電体３４と第２導電体３６とに接合されている。第２半導体素子４０は、ダイオードを備えている。第２半導体素子４０は、矩形板状に形成され、表面および裏面に異なる電極を構成している。第２半導体素子３８の表面および裏面は、矩形状の電極部分を除いて、絶縁膜、例えば、ポリイミドのフィルムで覆われている。

第２半導体素子４０は、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に配置され、更に、第２方向Ｌに隙間を置いて第１半導体素子３８と並んで配置されている。第２半導体素子４０は、一方の電極が第２接続剤４２ｂ、例えば、矩形状の半田シートにより第１導電体３４の接合面３４ａに接合されている。

すなわち、第１半導体素子３８の一方の電極と第２半導体素子４０の一方の電極とは、半導体スイッチの第１電極であって、第１導電体３４と電気的に接続している。

このように、第１半導体素子３８および第２半導体素子４０は、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に、かつ、第１導電体３４の放熱面３４ｂに対して垂直に配置されている。

また、第１導電体３４の接合面３４ａには、第５接続剤４２ｅ、例えば、矩形状の半田シートが設けられ、第２方向Ｌにおいて第１半導体素子３８と並んで位置している。

第１凸型導電体４４ａは、第１半導体素子３８の他方の電極上に第３接続剤４２ｃ、例えば、矩形状の半田シートを介して接合されている。第１凸型導電体４４ａは、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部４５ａと、を一体に有している。第１凸型導電体４４ａは、本体の平坦な主面側が第３接続剤４２ｃにより第１半導体素子３８の他方の電極に電気的かつ機械的に接合されている。

第２凸型導電体４４ｂは、第２半導体素子４０の他方の電極上に第４接続剤４２ｄ、例えば、矩形状の半田シートを介して接合されている。第２凸型導電体４４ｂは、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部４５ｂと、を一体に有している。そして、第２凸型導電体４４ｂは、本体の平坦な主面側が接続剤４２ｄにより第２半導体素子４０の他方の電極に電気的かつ機械的に接合されている。
なお、第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂは、別体に限らず、２つの本体を一体に形成し、２つの凸部を共通の本体上に設ける構成としてもよい。

第１電力端子４６ａは、独立して形成され、その基端部が第５接続剤４２ｅにより第１導電体３４の接合面３４ａに接合されている。第１電力端子４６ａは、第１導電体３４の長手方向一端からモジュールの外側に突出し、その接触部４７ａは、第１導電体３４側へ直角に折り曲げられ、モジュールの端面とほぼ平行に対向している。

第２電力端子４６ｂは、その基端部が接続部（エミッタ板）４８に連結されている。また、第２電力端子４６ｂは、第１導電体３４の第２方向Ｌにおける他端側からモジュールの外側に突出し、その接触部４７ｂは、第１導電体３４側へ直角に折り曲げられ、半導体パッケージ１６の他端面とほぼ平行に対向している。

接続部（エミッタ板）４８は、細長い矩形板状に形成されている。この接続部４８には、それぞれ位置決め用の矩形状の第１開口５１ａおよび第２開口５１ｂが長手方向Ｌに並んで形成されている。第１開口５１ａは、第１凸型導電体４４ａの凸部４５ａが嵌合可能な大きさで、かつ、第１凸型導電体４４ａの本体よりも小さく形成されている。同様に、第２開口５１ｂは、第２凸型導電体４４ｂの凸部４５ｂが嵌合可能な大きさで、かつ、第２凸型導電体４４ｂの本体よりも小さく形成されている。接続部４８の第２導電体３６側の表面には、第１および第２開口５１ａ、５１ｂを含む領域に亘って浅い矩形状の凹所５６が形成されている。更に、接続部４８は、その上縁から上方に突出する３本の支持突起を一体に有している。真ん中の支持突起から一本の信号端子５０が上方へ延びている。すなわち、５本の信号端子５０の内、エミッタ分岐端子５０ａは、接続部４８から分岐して延び、他の信号端子５０とほぼ平行に位置している。

接続部４８および第２電力端子４６ｂは、第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂの凸部４５ａ、４５ｂが第１開口５１ａ、第２開口５１ｂにそれぞれ係合した状態で、第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂに接合されている。

更に、接続部４８および第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂの凸部４５ａ、４５ｂは、接続部４８の凹所５６内に配置された第６接続体４２ｆ、例えば、矩形状の半田シートにより、第２導電体３６の接合面３６ａに電気的および機械的に接合されている。すなわち、接続部４８、第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂ、および第２導電体３６の３部材は、接続剤４２ｆにより相互に接合されている。

以上により、第１半導体素子３８および第２半導体素子４０の他方の電極は、第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂを介して、第２導電体３６に電気的に接合されている。すなわち、第１半導体素子３８の他方の電極と第２半導体素子４０の他方の電極とは、半導体スイッチの第２電極であって、第１導電体３６と電気的に接続している。

第１半導体素子３８および第２半導体素子４０は、第１導電体３４と第２導電体３６と間に挟まれ、接合面３４ａ、３６ａと平行に、かつ、第１導電体および第２導電体の放熱面３４ｂ、３６ｂに対して垂直に配置されている。

信号端子５０は、モジュールから上方に突出し、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に延びている。４本の信号端子５０の基端は、ボンディングワイヤ（図示せず）により、第１半導体素子３８の接続端子３８ａに接続されている。

信号端子５０は、前述した接続部４８から分岐した、すなわち、接続部４８に導通しているエミッタ分岐端子（コレクタ、エミッタ間電圧モニタ端子）（分岐信号端子）５０ａ、電流（エミッタセンス電流）モニタ端子５０ｂ、ゲート（ゲート、エミッタ間電圧）端子５０ｃ、チップ温度モニタ端子５０ｄ、５０ｅを含んでいる。信号端子５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅのそれぞれの基端と第１半導体素子３８の対応する接続端子３８ａとを図示しないボンディングワイヤ（導線）で接続している。第１半導体素子３８は、第１導電体３４および第２導電体３６を介して、第１電力端子４６ａ、第２電力端子４６ｂに接続されている。同様に、第２半導体素子４０は、第１導電体３４および第２導電体３６を介して、第１電力端子４６ａ、第２電力端子４６ｂに接続されている。

図２は、実施形態の半導体パッケージの一例を示す斜視図である。

外囲器５２は、例えば樹脂等により形成された絶縁体であって、半導体パッケージ１６の構成部材を被覆および封止している。外囲器５２は、ほぼ直方体形状に形成されている。外囲器５２は、積層方向Ｗにおいて対向し互いに平行な２つの端面５２ａ、５２ｂと、これらの端面５２ａ、５２ｂと直交するとともに、放熱面３４ｂ、３６ｂと同一平面にある端面（図３に示す）と、信号端子５０が突出した端面５２ｄと、端面５２ｄにおいてパーティングライン５４が延びた方向（第２方向Ｌ）の両端に位置する２つの端面５２ｅと、を有している。

パーティングライン５４は、上述したリードフレームの接続部４８、第１電力端子４６ａおよび第２電力端子４６ｂを含む平面内に位置し、外囲器５２の端面５２ｄおよび両端面５２ｅに沿って残っている。また、パーティングライン５４は、積層方向Ｗにおける外囲器５２の中心よりも、端面５２ｂ側にずれて位置している。

外囲器５２の端面５２ｄにおいて、パーティングライン５４と側面５２ａとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ａに向かって底面側へ僅かに傾斜して延び、パーティングライン５４と側面５２ｂとの間の部分は、パーティングライン５４から端面５２ｂに向かって底面側へ僅かに傾斜して延びている。

モールド樹脂体５２の各端面５２ｅにおいて、パーティングライン５４と側面５２ａとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ａに向かって他方の端面５２ｅ側へ僅かに傾斜して延び、パーティングライン５４と側面５２ｂとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ｂに向かって他方の端面５２ｅ側へ僅かに傾斜して延びている。

第１電力端子４６ａは、パーティングライン５４の位置でモールド樹脂体５２の一方の端面５２ｅからモールド樹脂体の第２方向Ｌ外方に突出している。第１電力端子４６ａの接触部４７ａは、側面５２ａ側へ直角に折り曲げられ、外囲器５２の端面５２ｅと隙間を置いて対向している。また、接触部４７ａは、第２方向Ｌに対して略直角に折り曲げられ、外囲器５２に対して、積層方向Ｗの略中央に位置している。

第２電力端子４６ｂは、パーティングライン５４の位置で外囲器５２の他方の端面５２ｅからモールド樹脂体の第２方向Ｌ外方に突出し、更に、第２電力端子４６ｂの接触部４７ｂは、側面５２ａ側へ直角に折り曲げられ、外囲器５２の端面５２ｅと隙間を置いて対向している。また、接触部４７ａは、第２方向Ｌに対して略直角に折り曲げられ、外囲器５２に対して、積層方向Ｗの略中央に位置している。

信号端子５０は、外囲器５２の端面５２ｄから第１方向Ｈと略平行に延びている。本実施形態の半導体パッケージ１６は５本の信号端子５０を有している。５本の信号端子５０は、細長い棒状に形成され、パーティングライン５４の位置で外囲器５２の上面５２ｄから突出している。５本の信号端子５０は、互いに平行に延びている。また、５本の信号端子５０は、それぞれ第１方向Ｈに離間した２箇所で折曲げられ、信号端子の延出端側の端部５３ａは、積層方向Ｗにおける外囲器５２の略中央に位置している。

また、これら５本の信号端子５０、並びに、第１電力端子４６ａおよび第２電力端子４６ｂは、外囲器５２の第２方向中央に位置する中心線Ｃに対して、左右対称に配置されている。信号端子５０の少なくとも端部５３ａの外面に、図示しない導電膜が形成されている。

図３は、実施形態の半導体パッケージの一例を放熱面３４ｂ、３６ｂ側から見た斜視図である。
外囲器５２の端面５２ｃは、平坦に研削され、この端面５２ｃに、第１および第２導電体３４、４６の放熱面３４ｂ、３６ｂが露出し、端面５２ｃと同一平面に位置している。

第１導電体３４は、その放熱面３４ｂ以外を外囲器５２に被覆されている。換言すると、第１導電体３４は、放熱面３４ｂのみが外囲器５２から露出している。

第２導電体３６は、その放熱面３６ｂ以外を外囲器５２に被覆されている。換言すると、第２導電体３６は、放熱面３６ｂのみが外囲器５２から露出している。

第２方向Ｌにおける幅は、第１導電体３４と第２導電体３６とは略同一である。積層方向Ｗにおける幅は、第１導電体３４が第２導電体３６よりも大きい。したがって、外囲器５２から露出した面積も第１導電体３４の方が第２導電体３６よりも大きい。

図４は、長手方向に直交する平面における本実施形態の半導体パッケージの断面の一例を示す図である。

第１導電体３４の溝３４ｄの一方と放熱面３４ｂとは略０．５ｍｍ離れている。第１導電体３４の溝３４ｄの他方と主面３４ｅとは略１．０ｍｍ離れている。溝３４ｄは、第１導電体３４と外囲器５２とが接触する面積を考慮すると、その断面が半径略０．５ｍｍ以上の半円形状とすることが望ましく、更に後述する引き抜きダイスの強度を考慮すると半径略０．８ｍｍ以上とすることが望ましい。図４では、溝３４ｄは断面が半径略０．８ｍｍである。

第２導電体３６の溝３６ｄの一方と放熱面３６ｂとは略０．５ｍｍ離れている。第２導電体３６の溝３６ｄの他方と主面３６ｅとは略１．０ｍｍ離れている。溝３６ｄは、第２導電体３６と外囲器５２とが接触する面積を考慮すると、その断面は半径略０．５ｍｍ以上の半円形状とすることが望ましく、更に後述する引き抜きダイスの強度を考慮すると半径略０．８ｍｍ以上とすることが望ましい。図４では、溝３６ｄは断面が半径略０．８ｍｍである。

図５は、実施形態の半導体パッケージの製造過程における一構成例を説明するための図である。

本実施形態の半導体パッケージ１６の端面５２ｃおよび放熱面３４ｂ、３６ｂは、樹脂材料に覆われた部分を研削して第１導電体３４および第２導電体３６を露出するとともに平坦な面となるように形成される。この研削加工時には、砥石を有する円盤状のグラインダを用いて高速に回転する砥石を接触させて樹脂および金属の一部を除去する。このときに、外囲器５２と第１導電体３４との界面、および、外囲器５２と第２導電体３６との界面での接着強度が十分でないと、外囲器５２が剥離して製造歩留りが低下する原因となる。

そこで、本実施形態では、第１導電体３４と第２導電体３６とに溝３４ｄ、３６ｄを設けて、外囲器５２と第１導電体３４との界面および外囲器５２と第２導電体３６との界面の面積を大きくして、第１導電体３４および第２導電体３６とモールド樹脂体５２との接着強度を増している。

また、本実施形態では、溝３４ｄ、３６ｄの断面を半円形とすることにより、研削時に積層方向Ｗおよび第２方向Ｌで規定される平面と略平行な方向に加えられる応力を、溝３４ｄ、３６ｄの表面に沿った方向へ分散させることができ、外囲器５２を剥離する方向に加わる応力を小さくすることができる。

第１導電体３４および第２導電体３６は、略矩形状の開口を有する引き抜きダイスを用いて、所定の大きさの略直方体形状に形成される。この際、引き抜きダイスの開口に断面が半円の突起を設けることにより、この開口を通過した材料に引き抜き方向に延びる溝３４ｄ、３６ｄを設けることができる。

例えば、溝３４ｄ、３６ｄの径（第１方向Ｈの幅）が小さいと、溝３４ｄ、３６ｄに樹脂が十分に流れ込まず、モールド樹脂体５２と第１導電体３４との間、および、モールド樹脂体５２と第２導電体３６との間に空間が生じ、十分な強度を得ることができない場合がある。また、溝３４ｄ、３６ｄの径が小さいと、ダイスの突起が小さくなり、ダイスの加工寿命や、引き抜きによる加工精度が低下する可能性がある。したがって、溝３４ｄ、３６ｄの径および位置は、モールド樹脂体５２を形成する際の樹脂流動性や引き抜きダイスの加工寿命、加工精度等を考慮して適切な値とすべきである。

本実施形態では、溝がない部分と比較して溝３４ｄ、３６ｄを設けた部分は、外囲器５２と第１導電体３４とが接触する面積、および外囲器５２と第２導電体３６とが接触する面積は９１．２％（（１．６×３．１４÷２）−１．６＝０．９１２）増しとなる。

図５に示す例では、第１導電体３４の溝３４ｄの一方と主面３４ｅと対向した端面とは略１．０ｍｍ離れている。第１導電体３４の溝３４ｄの他方と主面３４ｅとは略１．０ｍｍ離れている。溝３４ｄは、その断面は半径略０．８ｍｍの半円形状である。

第２導電体３６の溝３６ｄの一方と主面３６ｅと対向した面とは略１．０ｍｍ離れている。第２導電体３６の溝３６ｄの他方と主面３６ｅとは略１．０ｍｍ離れている。溝３６ｄは、その断面は半径略０．８ｍｍの半円形状である。

上記のように、第１導電体３４および第２導電体３６は、積層方向Ｗと略平行な軸を中心に１８０°回転しても同様の形状である。したがって、半導体パッケージ１６の構成を組み立てる際には、第１導電体３４および第２導電体３６の端面３４ｅ、３６ｅと端面３４ｅ、３６ｅと対向した端面との区別をする必要がなくなる。

また、本実施形態では、第１導電体３４および第２導電体３６の接合面３４ａ、３６ａには溝を設けていない。これは、接合面３４ａ、３６ａに溝を設け、半導体素子等を接合するための半田が溝に流れ込むと、半導体素子等の接合不良の原因となるためである。

第１導電体３４と第２導電体３６と端面３４ｅ、３６ｅと対向した端面は、第１方向Ｈの厚さが略０．７ｍｍの樹脂に覆われている。研削工程において、この状態の半導体パッケージ１６から第１方向Ｈに略１．２ｍｍの厚さの樹脂および金属を除去する。これにより、第１導電体３４および第２導電体３６の放熱面３４ｂ、３６ｂ側を覆う樹脂と第１導電体３４および第２導電体３６の一部が除去されて、第１導電体３４と第２導電体３６との放熱面３４ｂ、３６ｂとが露出した半導体パッケージ１６が形成される。

上述のように、本実施形態の半導体パッケージ１６によれば、樹脂および金属の研削工程における外囲器５２の剥離を回避することができ、この結果、製造歩留りを改善することが可能である。

なお、溝３４ｄ、３６ｄは複数である必要はなく、少なくとも主面３４ｃ、３６ｃの放熱面３４ｂ、３６ｂと接続した位置近傍に設けられていればよい。また、溝３４ｄ、３６ｄの第１方向Ｈにおける位置は、半導体パッケージ１６の放熱面３４ｂ、３６ｂ側を研削した後に、放熱面３４ｂ、３６ｂから少なくとも０．１ｍｍ離れていることが望ましく、少なくとも０．２ｍｍ離れていることが更に望ましい。

図６は、本実施形態の半導体パッケージの他の構成例を示す図である。
この例では、第１導電体３４、第２導電体３６および外囲器５２の構成が上述の半導体パッケージ１６と異なっている。

第１導電体３４は、その積層方向Ｗの厚さが第１方向Ｈの両端部において小さくなっている。この例では、第１導電体３４の端面３４ｅから第１方向Ｈに略１ｍｍの領域と放熱面３４ｂから第１方向Ｈに略０．５ｍｍの領域とで、積層方向Ｗの厚さが、主面３４ｅおよび放熱面３４ｂに近付くにつれて小さくなっている。第１導電体３４の接合面３４ａは主面３４ｅと放熱面３４ｂとの間に延びた平面である。すなわち、主面３４ｃは第１放熱面３４ｂと交差する部分および主面３４ｅと交差する部分に設けられた段差部を有している。この段差部は、第２方向Ｌに沿って延びた直線状の凹部であり、第２方向Ｌに沿って延びた両端は、放熱面３４ｂおよび主面３４ｃに直交して互いに対向した一対の側面と接続している。

端面３４ｃに設けられた段差部は、外囲器５２の材料となる樹脂の段差部への回り込みやすさを考慮すると、その曲面が半径略０．５ｍｍ以上の円弧（０．５Ｒ）となっていることが望ましく、引き抜きダイスの強度を考慮するとその曲面が半径略０．８ｍｍ以上の円弧（０．８Ｒ）となっていることが更に望ましい。

第２導電体３６は、その積層方向Ｗの厚さが第１方向Ｈの両端部において小さくなっている。この例では、第２導電体３６の端面３６ｅから第１方向Ｈに略１ｍｍの領域と、放熱面３６ｂから第１方向Ｈに略０．５ｍｍの領域で積層方向Ｗの厚さが、主面３６ｅおよび放熱面３６ｂに近付くにつれて小さくなっている。第２導電体３６の接合面３６ａは主面３６ｅと放熱面３６ｂとの間に延びた平面である。すなわち、第３端面３６ｃは第２放熱面３６ｂと交差する部分および第４端面３６ｅと交差する部分に設けられた段差部を有している。この段差部は、第２方向Ｌに沿って延びた直線状の凹部であり、第２方向Ｌに沿って延びた両端は、放熱面３６ｂおよび主面３６ｃに直交して互いに対向した一対の側面と接続している。

主面３４ｃ、３６ｃに設けられた段差部は、外囲器５２の材料となる樹脂の段差部への回り込みやすさを考慮すると、その曲面が半径略０．５ｍｍ以上の円弧（０．５Ｒ）となっていることが望ましく、引き抜きダイスの強度を考慮するとその曲面が半径略０．８ｍｍ以上の円弧（０．８Ｒ）となっていることが望ましい。

上記のように、第１導電体３４および第２導電体３６を構成すると、外囲器５２と第１導電体３４の主面３４ｃとの界面、および、外囲器５２と第２導電体３６の主面３６ｃとの界面の面積を大きくして、研削工程時に外囲器５２が剥離することを回避できる。さらに、上述の実施形態と比較すると、半導体パッケージ１６の底部において、第１導電体３４および第２導電体３６の厚さが小さくなった分外囲器５２の積層方向Ｗの厚さが大きくなり、研削工程時に外囲器５２に加わる応力に対して強度を増すことができる。

したがって、図６に示すように半導体パッケージ１６を構成した場合も、放熱面３４ｂ、３６ｂ側の研削工程における外囲器５２の剥離を回避することができ、この結果、製造歩留りを改善することが可能である。

また、上記のように、第１導電体３４および第２導電体３６は、積層方向Ｗと略平行な軸おいて、１８０°回転しても同様の形状である。したがって、半導体パッケージ１６の構成を組み立てる際には、第１導電体３４および第２導電体３６の主面３４ｅ、３６ｅと主面３４ｅ、３６ｅと対向した面との区別をする必要がなくなる。

なお、図６に示す場合も、少なくとも放熱面３４ｂ、３６ｂ側の端部において、第１導電体３４および第２導電体３６の積層方向Ｗの厚さが小さくなっていれば良い。また、図６に示す例では、接合面３４ａ、３６ａは平坦な面であったが、半田が付着しない領域であれば接合面３４ａ、３６ａの第１方向Ｈの両端部に段差部を設けても構わない。接合面３４ａ、３６ａに端面３４ｃ、３６ｃと同様に段差部を設けることにより、半導体パッケージ１６を組み立てる際に接合面３４ａ、３６ａと端面３４ｃ、３６ｃとを区別することが可能となる。

以下、上記半導体パッケージ１６を搭載した装置の一例として半導体電力変換装置１０について説明する。

図７は、半導体電力変換装置の支持フレームおよび冷却器の一例を示す斜視図である。
図７に示すように、半導体電力変換装置は、冷却器１２、冷却器１２上に固定された支持フレーム１４、および、冷却器１２上に載置され、支持フレーム１４により支持される複数の半導体パッケージ１６を備える。

冷却器１２は、平坦な矩形状の受熱面１８ａを有する扁平な直方体形状の冷却ブロック１８を有している。この冷却ブロック１８は、例えば、アルミニウムで形成されている。また、冷却ブロック１８内には、水等の冷却媒体を流す冷媒流路２０が形成されている。

支持フレーム１４は、受熱面１８ａに対応する大きさの矩形状の外枠と、外枠間を延びる互いに平行な複数の連結梁とを一体に有し、これら外枠および連結梁により例えば、４列に並んだ、それぞれ矩形状の設置空間部２２を形成している。また、支持フレーム１４には、上述した半導体パッケージ１６に電気的に接続される複数の接続端子２４を有する複数のバスバー２６、複数の入力端子２８、および２組の３相の出力端子３０が設けられている。バスバー２６の接続端子２４は、各設置空間部２２の各側縁に沿って、複数個ずつ間隔を置いて並んで配置されている。そして、支持フレーム１４は、例えば、インサートモールドにより、複数の端子と一体に樹脂により成形されている。また、支持フレーム１４は、例えば、複数のねじにより冷却ブロック１８の受熱面１８ａ上に固定されている。

半導体パッケージ１６は、例えば、６個ずつ積層方向Ｗに並んだ列が第２方向Ｌに４列並んで支持フレーム１４に設置される。各列において、６個の半導体パッケージ１６は、支持フレーム１４の設置空間部２２内に配置され、各半導体パッケージ１６の放熱面３４ｂ、３６ｂは、図示しない絶縁シートを介して冷却器１２の受熱面１８ａ上に設置される。これにより、第１導電体３４および第２導電体３６は、冷却器１２に熱的に接続され、第１半導体素子３８および第２半導体素子４０で発生した熱を第１導電体３４および第２導電体３６を介して冷却器１２に放熱することができる。半導体パッケージ１６の第１電力端子４６ａおよび第２電力端子４６ｂの接触部４７ａ、４７ｂは、それぞれバスバー２６の接続端子２４に接触し、バスバー２６に電気的に接続される。また、半導体パッケージ１６の複数の信号端子５０は、上方へ突出している。

積層方向Ｗに並んだ複数の半導体パッケージ１６において、隣合う２つの半導体パッケージ１６は、外囲器５２の端面５２ａ、５２ｂ同志が隣接対向して、あるいは、互いに当接した状態で配置されている。隣合う２つの半導体パッケージ１６の内、一方は、他方に対して第１方向Ｈと略平行な軸に対して１８０度反転した向きで配置してもよい。いずれの向きで配置した場合でも、半導体パッケージ１６の第１電力端子４６ａおよび第２電力端子４６ｂは、バスバー２６の接続端子２４に確実に係合する。また、この場合でも、いずれの向きで配置した場合でも、半導体パッケージ１６の信号端子５０は、外囲器５２の積層方向Ｗ中央部に位置する。

半導体電力変換装置は、半導体パッケージ１６および装置全体の入出力および動作を制御する制御回路基板（図示せず）を備えている。制御回路基板は、支持フレーム１４とほぼ等しい大きさの矩形状に形成されている。この制御回路基板は、半導体パッケージ１６上に重ねて設置され、図示しない固定ねじ等により支持フレーム１４に取り付けられている。各半導体パッケージ１６の信号端子５０は、制御回路基板に電気的に接続されている。

半導体パッケージ１６は、支持フレーム１４の設置空間部２２内に配置され、外囲器５２の端面５２ｃは、図示しない絶縁シートを介して冷却器１２の受熱面１８ａ上に設置されている。

制御回路基板を半導体パッケージ１６上に設置することにより、各半導体パッケージ１６の信号端子５０の端部は、制御回路基板に形成されたスルーホールに挿通され、図示しない半田等により制御回路基板に電気的に接続される。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、半導体パッケージおよび電力変換装置の構成部材の寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。

１２…冷却器、１４…支持フレーム、１６…半導体パッケージ、１８…冷却ブロック、１８ａ…受熱面、２０…冷媒流路、２２…設置空間部、２４…接続端子、２６…バスバー、２８…入力端子、３０…出力端子、３４…導電体、３４ａ…接合面（第１接合面）、３４ｂ…放熱面（第１放熱面）、３４ｃ…主面（第１主面）、３４ｄ…溝（凹部）、３４ｅ…主面（第３主面）、３６…第２導電体、３６ａ…接合面（第２接合面）、３６ｂ…放熱面（第２放熱面）、３６ｃ…主面（第２主面）、３６ｄ…溝（凹部）、３６ｅ…主面（第４主面）、３８…第１半導体素子、３８ａ…接続端子、４０…第２半導体素子、４２ａ〜４２ｆ…接続剤（半田シート）、４４ａ…第１凸型導電体、４４ｂ…第２凸型導電体、４５ａ…凸部、４５ｂ…凸部、４６…導電体、４６ａ…電力端子、４６ｂ…電力端子、４７ａ…接触部、４７ｂ…接触部、４８…接続部、５０…信号端子、５２…外囲器（絶縁体）、５２ａ〜５２ｅ…端面、５３ａ…端部、５４…パーティングライン、５６…凹所。

Claims (4)

1. 第１接合面、前記第１接合面と直交する第１放熱面、および、前記第１接合面と対向した第１主面を有する第１導電体と、
   前記第１接合面と対向する第２接合面、前記第２接合面と直交し前記第１放熱面を含む仮想平面上に位置する第２放熱面、および、前記第２接合面と対向した第２主面を有する第２導電体と、
   第１電極と第２電極とを備え、前記第１電極が前記第１接合面と電気的に接続し、前記第２電極が前記第２接合面と電気的に接続した半導体スイッチと、
   前記半導体スイッチを覆い封止した絶縁体と、を備え、
   前記第１放熱面は前記絶縁体から露出し、前記第１主面は前記第１放熱面と接続した位置近傍に設けられた凹部を有し、
   前記第２放熱面は前記絶縁体から露出し、前記第２主面は前記第２放熱面と接続した位置近傍に設けられた凹部を有し、
   前記凹部は、その長手方向が前記仮想平面と略平行な直線状であることを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記第１導電体は直方体形状であって、前記第１放熱面と対向した第３主面を更に有し、前記第１主面は前記第３主面と接続した位置近傍に設けられ、前記仮想平面と略平行な直線状の凹部を更に備え、
   前記第２導電体は直方体形状であって、前記第２放熱面と対向した第４主面を更に有し、前記第２主面は前記第４主面と接続した位置近傍に設けられ、前記仮想平面と略平行な直線状の凹部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
3. 前記第１主面の前記凹部は溝であって、前記溝は長手方向が前記仮想平面と略平行に延び、前記長手方向における前記溝の両端は前記第１放熱面および前記第１主面と直交し互いに対向する一対の側面と接続し、
   前記第２主面の前記凹部は溝であって、前記溝は長手方向が前記仮想平面と略平行に延び、前記長手方向における前記溝の両端は前記第２放熱面および前記第２主面と直交し互いに対向する一対の側面と接続していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体パッケージ。
4. 前記第１主面の前記凹部は段差部であって、前記段差部は長手方向が前記仮想平面と略平行に延び、前記長手方向における前記段差部の両端は前記第１放熱面および前記第１主面と直交し互いに対向する一対の側面と接続し、
   前記第２主面の前記凹部は段差部であって、前記段差部は長手方向が前記仮想平面と略平行に延び、前記長手方向における前記段差部の両端は前記第２放熱面および前記第２主面と直交し互いに対向する一対の側面と接続していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体パッケージ。