JP2017028105A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱板を兼用する導電プレートに貫通孔が形成される場合において、高い放熱性を実現することができる技術を開示する。
【解決手段】半導体装置２は、ダイオード２０、第１放熱板３０、第１リードフレーム７０及び、これらを封止するモールド樹脂９０を備える。第１リードフレーム７０は第１放熱板３０に接合されている。第１リードフレーム７０の端部はモールド樹脂９０の外側に突出しており、図示しない導電体を接続して用いる。その接続位置とダイオード２０の間において、第１放熱板３０に貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２は、貫通孔３２とダイオード２０との間の距離Ｄ１が、第１放熱板３０の厚さよりも大きくなる位置に形成されている。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する技術は、半導体装置に関する。

特許文献１に、面状に広がっている電極を備えた半導体素子が、放熱板を兼用する導電プレートにはんだ接合されている半導体装置が開示されている。この半導体装置は、導電体を導電プレートに接続して用いる。導電体と半導体素子の間を、導電プレートを介して電流が流れる。

特開２００６−１４７８５２号公報

特許文献１の半導体装置では、導電体と半導体素子の間に電流が流れる場合、半導体素子の面状電極と導電プレートを接合するはんだ層のうち、導電プレートと導電体の接続位置側の辺の近傍に電流が集中する可能性がある。

そのため、従来、この種の半導体装置では、半導体素子の配置位置と導電体との接続位置との間（即ち、導電体から導電プレートを介してはんだ層の前記辺の近傍に至る経路上）において導電プレートに貫通孔を形成する場合がある。この場合、貫通孔によって電流経路が分散し、はんだ層の前記辺以外の部分に電流を流すことができるようになる。

また、この種の半導体装置では、導電プレートが放熱板を兼用する場合もある。その場合、半導体素子の動作時に発生する熱は、導電プレートの半導体素子側の面から反対側の面に向けて伝熱され、反対側の面から外部に放熱される。この際、半導体素子から発生する熱は、導電プレート内を放射状に伝熱する。そのため、導電プレートが放熱板を兼用する場合において、導電プレートに貫通孔が形成されていると、半導体素子から発生された熱が導電プレート内を放射状に電熱する際に、貫通孔によって伝熱が妨げられてしまい、高い放熱性を実現できない可能性がある。

本明細書では、放熱板を兼用する導電プレートに貫通孔が形成される場合において、高い放熱性を実現することができる技術を提供する。

本明細書で開示する半導体装置では、面状に広がっている電極を備えた半導体素子が導電プレートにはんだ接合されており、導電体を導電プレートに接続して用いる際に、導電体と半導体素子の間を導電プレートを介して電流が流れる。また、半導体素子の配置位置と導電体との接続位置の間において導電プレートに貫通孔が形成されている。本明細書で開示する半導体装置は、導電プレートが放熱板を兼用しており、導電プレートを平面視したときに、半導体素子と貫通孔の間の距離が、導電プレートの厚さよりも大きいことを特徴とする。

上記において、「半導体素子が導電プレートにはんだ接合されている」は、半導体素子が導電プレートに直接はんだ接合されている場合と、半導体素子が他の導電部材（例えば導電ブロック）を介して導電プレートにはんだ接合されている場合の双方を含む。

上記の半導体装置では、半導体素子の動作時に発生する熱は、導電プレートの半導体素子側の面から反対側の面に向けて伝熱され、反対側の面から外部に放熱される。この際、半導体素子から発生する熱は、導電プレート内を放射状に伝熱する。また、その際の放射角度が４５°程度であることも知られている。上記の構成によると、半導体素子と貫通孔の間の距離が、導電プレートの厚さよりも大きいため、半導体素子から発生された熱が導電プレート内を放射状に電熱する際に、貫通孔によって伝熱が妨げられることを抑制できる。その結果、放熱板を兼用する導電プレートに貫通孔が形成される場合において、高い放熱性を実現することができる。

第１実施例の半導体装置を模式的に示す平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図。 半導体装置の回路図。 ＩＧＢＴ１０がオンする場合の電流の経路を示す平面図。 ダイオード２０がオンする場合の電流の経路を示す平面図。 第２実施例の半導体装置を模式的に示す平面図。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示す断面図。 図７のＩＸ−ＩＸ断面を示す断面図。 図７のＸ−Ｘ断面を示す断面図。 半導体装置の回路図。 ＩＧＢＴ１１０がオンする場合の電流の経路を示す平面図。 ＩＧＢＴ２１０がオンする場合の電流の経路を示す平面図。 ダイオード１２０がオンする場合の電流の経路を示す平面図。 ダイオード２２０がオンする場合の電流の経路を示す平面図。

（第１実施例）
図１〜図３に示す半導体装置２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０と、ダイオード２０と、第１放熱板３０と、第２放熱板４０と、第１リードフレーム７０と、第２リードフレーム７５と、導電ブロック５０、６０と、これらを接続するはんだ層５２、５４、５６、６２、６４、６６と、これらを封止するモールド樹脂９０とを備える。なお、図１では、理解の容易のためにモールド樹脂９０を仮想線で図示している。第１リードフレーム７０の一方の端部（即ち図１の右側の端部）と、第２リードフレーム７５の一方の端部（即ち図１の右側の端部）はモールド樹脂９０の外側に突出している。また、第１放熱板３０の上面（即ち図２、図３の上側の面）と、第２放熱板４０の下面（即ち図２、図３の下側の面）は、モールド樹脂９０の表面に露出している。なお、以下では、図２、図３の上側の面のことを「上面」と呼び、下側の面のことを「下面」と呼ぶ場合がある。また、本明細書でいう放熱板は、導電路を構成する部材と伝熱路を構成する部材とを兼用している。即ち、放熱板は導電プレートでもある。また、本明細書では、二つの部材が機械的に固定され、電気的に接続することを「接合」と呼ぶ場合がある。

ＩＧＢＴ１０は、縦型のＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ１０は、上面に面状に広がるエミッタ電極とゲート電極パッド（図示省略）を備え、下面に面状に広がるコレクタ電極（図示省略）を備えている。

ダイオード２０は、上面に面状に広がるアノード電極（図示省略）を備え、下面に面状に広がるカソード電極（図示省略）を備えている。

第１放熱板３０及び第２放熱板４０は、ともに板状の導電性部材である。第１放熱板３０及び第２放熱板４０は、例えば、Ｃｕ又はＡｌによって形成することができる。図２、図３に示すように、本実施例の半導体装置２では、第１放熱板３０が上側に配置され、第２放熱板４０が下側に配置される。

図２に示すように、第１放熱板３０の下面は、はんだ層５６と、導電ブロック５０と、はんだ層５４とを介して、ダイオード２０の上面のアノード電極に接合されている。導電ブロック５０は、Ｃｕ製のブロック材である。また、第２放熱板４０の上面は、はんだ層５２を介して、ダイオード２０の下面のカソード電極に接合されている。

さらに、図３に示すように、第１放熱板３０の下面は、はんだ層６６と、導電ブロック６０と、はんだ層６４を介して、ＩＧＢＴ１０の上面のエミッタ電極に接合されている。導電ブロック６０は、導電ブロック５０と同様にＣｕ製のブロック材である。また、第２放熱板４０の上面は、はんだ層６２を介して、ＩＧＢＴ１０の下面のコレクタ電極に接合されている。

本実施例では、第１放熱板３０、第２放熱板４０、及び、導電ブロック５０、６０は、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が発生する熱の伝熱材としての機能を果たし、同時に、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０に至る導電路の一部を構成する。

なお、ＩＧＢＴ１０の上面のゲート電極パッドには、図示しない位置で、図示しない線状の導電性部材であるワイヤの一端がボンディングされている。ワイヤの他端は、図示しない他の導電部材にボンディングされている。

第１放熱板３０の側面には、第１リードフレーム７０の一方の端部７０ａが接合されている。第１リードフレーム７０は、第１放熱板３０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。第１リードフレーム７０の厚さ（即ち図２の上下方向の長さ）は、第１放熱板３０の厚さより薄い。第１リードフレーム７０のうち、端部７０ａと反対側の端部は、モールド樹脂９０の外側に突出している。半導体装置２の使用時には、第１リードフレーム７０には図示しない他の導電体が接合される。

図１、図２に示すように、第１放熱板３０のうち、第１リードフレーム７０と図示しない導電体の接合位置とダイオード２０の配置位置との間には、貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２の内部には、モールド樹脂９０が充填されている。図１に示すように、第１放熱板３０を平面視したときに、貫通孔３２は、ダイオード２０の第１リードフレーム７０側の辺２０ａの両端と、第１リードフレーム７０の端部７０ａの両端とを頂点とする四角形領域８０を、ダイオード２０側と第１リードフレーム７０側とに分断する位置に形成されている。言い換えると、貫通孔３２は、電流が第１リードフレーム７０から第１放熱板３０を介してダイオード２０の第１リードフレーム７０側の辺２０ａに流れ込む場合の最短経路を分断する位置に形成されている。また、貫通孔３２は、第１放熱板３０を平面視したときの貫通孔３２とダイオード２０との間の距離Ｄ１が、第１放熱板３０の厚さＴ１（図２参照）よりも大きくなる位置に形成されている。本実施例では、第１リードフレーム７０のほぼ全域が図示しない導電体に接続される。第１リードフレーム７０と導電体の接続範囲は、第１リードフレーム７０の平面形状にほぼ等しい。

一方、第２放熱板４０の側面には、第２リードフレーム７５の一方の端部７５ａが接合されている。第２リードフレーム７５も、第２放熱板４０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。第２リードフレーム７５の厚さ（即ち図３の上下方向の長さ）は、第２放熱板４０の厚さより薄い。第２リードフレーム７５のうち、端部７５ａと反対側の端部は、モールド樹脂９０の外側に突出している。半導体装置２の使用時には、第２リードフレーム７５には図示しない他の導電体が接合される。

図１、図３に示すように、第２放熱板４０のうち、第２リードフレーム７５と図示しない導電体の接合位置とＩＧＢＴ１０の配置位置との間には、貫通孔４２が形成されている。貫通孔４２の内部には、モールド樹脂９０が充填されている。図１に示すように、第２放熱板４０を平面視したときに、貫通孔４２は、ＩＧＢＴ１０の第２リードフレーム７５側の辺１０ａの両端と、第２リードフレーム７５の端部７５ａの両端とを頂点とする四角形領域８５を、ＩＧＢＴ１０側と第２リードフレーム７５側とに分断する位置に形成されている。言い換えると、貫通孔４２は、電流が第２リードフレーム７５から第２放熱板４０を介してＩＧＢＴ１０の第２リードフレーム７５側の辺１０ａに流れ込む場合の最短経路を分断する位置に形成されている。また、貫通孔４２は、貫通孔４２とＩＧＢＴ１０との間の距離Ｄ２が、第２放熱板４０の厚さＴ２（図３参照）よりも大きくなる位置に形成されている。本実施例では、第２リードフレーム７５のほぼ全域が図示しない導電体に接続される。第２リードフレーム７５と導電体の接続範囲は、第２リードフレーム７５の平面形状にほぼ等しい。

モールド樹脂９０は、ＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、導電ブロック５０、６０、第１放熱板３０、第２放熱板４０、第１リードフレーム７０、及び、第２リードフレーム７５を封止する部材である。モールド樹脂９０は、シリカが混入されたエポキシ樹脂である。モールド樹脂９０で各部材を封止することにより、各部材を保護することができる。

本実施例の半導体装置２は、図４に示す回路図を形成する。即ち、ＩＧＢＴ１０のエミッタ電極とダイオード２０のアノード電極は、第１リードフレーム７０に接続されている。ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極とダイオード２０のカソード電極は、第２リードフレーム７５に接続されている。

本実施例の半導体装置２の作用効果を説明するために、図５、図６を参照して、各素子がオンする場合の半導体装置２内の電流の流れを説明する。図５、図６中の実線矢印は、第１リードフレーム７０及び第１放熱板３０を流れる電流を示し、破線矢印は、第２放熱板４０及び第２リードフレーム７５を流れる電流を示す。円で囲まれた点は、紙面の奥側から手前側に向かって流れる電流を示す。円で囲まれた十字は、紙面の手前側から奥側に向かって流れる電流を示す。

図５は、ＩＧＢＴ１０がオンする場合の半導体装置２内の電流の流れを示す。ＩＧＢＴ１０がオンする場合、電流は、第２リードフレーム７５から第２放熱板４０を介してＩＧＢＴ１０のコレクタ電極に向かって流れる。ただし、本実施例では、電流が第２リードフレーム７５からＩＧＢＴ１０のコレクタ電極に向かって流れる際の最短経路（即ち、図１の四角形領域８５）に貫通孔４２が形成されている。上記の通り、貫通孔４２は、上記の最短経路をＩＧＢＴ１０側と第２リードフレーム７５側とに分断している。そのため、電流が貫通孔４２を避けて流れる。その結果、電流経路が分散され、面状に広がっているはんだ層６２のうちの第２リードフレーム７５側の辺１０ａの近傍に電流が集中することを抑制でき、局所的にエレクトロマイグレーションが進行することを防止できる。ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極に流れた電流は、エミッタ電極、第１放熱板３０を介して第１リードフレーム７０に流れる。なお、ＩＧＢＴ１０と第１放熱板３０を接続するはんだ層６４、６６の第１リードフレーム７０側の辺の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第１放熱板３０に、ＩＧＢＴ１０と第１リードフレーム７０の間を分断する貫通孔を形成してもよい。

図６は、ダイオード２０がオンする場合の半導体装置２内の電流の流れを示す。ダイオード２０がオンする場合、電流は、第１リードフレーム７０から第１放熱板３０と導電ブロック５０とを介してダイオード２０のアノード電極に向かって流れる。ただし、本実施例では、電流が第１リードフレーム７０からダイオード２０のアノード電極に向かって流れる際の最短経路（即ち、図１の四角形領域８０）に貫通孔３２が形成されている。上記の通り、貫通孔３２は、最短経路をダイオード２０側と第１リードフレーム７０側とに分断している。そのため、電流が貫通孔３２を避けて流れる。その結果、電流経路が分散され、はんだ層５６、５４のうちの第１リードフレーム７０側の辺２０ａの近傍に電流が集中することを抑制でき、局所的にエレクトロマイグレーションが進行することを防止できる。ダイオード２０のアノード電極に流れた電流は、カソード電極、第２放熱板４０を介して第２リードフレーム７５に流れる。なお、ダイオード２０と第２放熱板４０を接続するはんだ層５２の第２リードフレーム７５側の辺の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第２放熱板４０に、ダイオード２０と第２リードフレーム７５の間を分断する貫通孔を形成してもよい。

また、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０の動作時には熱が発生する。ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０の熱は、第１放熱板３０及び第２放熱板４０を介して外部に放熱される。この際、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０から発生する熱は、図２、図３中の矢印Ｈに示すように、第１放熱板３０及び第２放熱板４０の厚み方向に伝熱するとともに、面と平行方向に広がりながら伝熱する。また、その際の放射角度θが４５°程度であることも知られている。本実施例では、第１放熱板３０を平面視したときに、ダイオード２０と貫通孔３２との間の距離Ｄ１が、第１放熱板３０の厚さＴ１（図２参照）よりも大きい。即ち、ダイオード２０の熱が、導電ブロック５０を介して第１放熱板３０の下面から上面に向けて４５°の角度で放射状に伝熱される場合に、貫通孔３２が伝熱を妨げることがない。同様に、本実施例では、第２放熱板４０を平面視したときに、ＩＧＢＴ１０と貫通孔４２との間の距離Ｄ２が、第２放熱板４０の厚さＴ２（図３参照）よりも大きい。ＩＧＢＴ１０の熱が、第２放熱板４０の上面から下面に向けて４５°の角度で放射状に伝熱される場合に、貫通孔４２が伝熱を妨げることがない。従って、本実施例の半導体装置２によると、高い放熱性を実現することができる。

以下、本実施例と請求項の記載との対応関係を説明する。ダイオード２０及びＩＧＢＴ１０が「半導体素子」の一例である。第１放熱板３０、第２放熱板４０が「導電プレート」の一例である。第１リードフレーム７０及び第２リードフレーム７５は「導電プレート」の一部であり、導電プレートに接続される導電体との接続位置に形成されている。

（第２実施例）
図７〜図１０に示す半導体装置１０２は、２個のＩＧＢＴ１１０、２１０と、２個のダイオード１２０、２２０と、第１放熱板１３０と、第２放熱板１４０と、第３放熱板２３０と、第４放熱板２４０と、継手板１３４、２３４、２４４と、第１リードフレーム１７０と、第２リードフレーム２７０と、第３リードフレーム２８０と、導電ブロック１５０、１６０、２５０、２６０と、これらを接続するはんだ層１５２、１５４、１５６、１６２、１６４、１６６、２５２、２５４、２５６、２６２、２６４、２６６、２９０、３００と、これらを封止するモールド樹脂１９０とを備える。なお、図７では、理解の容易のためにモールド樹脂１９０を仮想線で図示している。各リードフレーム１７０、２７０、２８０の一方の端部（即ち図７の右側の端部）はモールド樹脂１９０の外側に突出している。また、第１放熱板１３０の上面（即ち図８、図１０の上側の面）と、第２放熱板１４０の下面（即ち図８、図１０の下側の面）と、第３放熱板２３０の上面（即ち図９、図１０の上側の面）と、第４放熱板２４０の下面（即ち図９、図１０の下側の面）は、モールド樹脂１９０の表面に露出している。なお、以下では、図８〜図１０の上側の面のことを「上面」と呼び、下側の面のことを「下面」と呼ぶ場合がある。

ＩＧＢＴ１１０、２１０は、ともに縦型のＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ１１０、２１０は、ともに上面に面状に広がるエミッタ電極とゲート電極パッド（図示省略）を備え、下面に面状に広がるコレクタ電極（図示省略）を備えている。

ダイオード１２０、２２０は、ともに上面に面状に広がるアノード電極（図示省略）を備え、下面に面状に広がるカソード電極（図示省略）を備えている。

各放熱板１３０、１４０、２３０、２４０は、いずれも導電プレートでもある。図７、図８に示すように、第１放熱板１３０はＩＧＢＴ１１０及びダイオード１２０の上側に配置され、第２放熱板１４０はＩＧＢＴ１１０及びダイオード１２０の下側に配置される。また、図７、図９に示すように、第３放熱板２３０はＩＧＢＴ２１０及びダイオード２２０の上側に配置され、第４放熱板２４０はＩＧＢＴ２１０及びダイオード２２０の下側に配置される。

図８に示すように、第１放熱板１３０の下面は、はんだ層１５６と、導電ブロック１５０と、はんだ層１５４とを介して、ダイオード１２０の上面のアノード電極に接合されている。また、第１放熱板１３０の下面は、はんだ層１６６と、導電ブロック１６０と、はんだ層１６４とを介して、ＩＧＢＴ１１０の上面のエミッタ電極にも接合されている。導電ブロック１５０、１６０は、ともにＣｕ製のブロック材である。第２放熱板１４０の上面は、はんだ層１５２を介して、ダイオード１２０の下面のカソード電極に接合されているとともに、はんだ層１６２を介して、ＩＧＢＴ１１０の下面のコレクタ電極にも接合されている。第１放熱板１３０、第２放熱板１４０、及び、導電ブロック１５０、１６０は、ＩＧＢＴ１１０及びダイオード１２０が発生する熱の伝熱材としての機能を果たし、同時に、ＩＧＢＴ１１０及びダイオード１２０に至る導電路の一部を構成する。

なお、ＩＧＢＴ１１０の上面のゲート電極パッドには、図示しない位置で、図示しないワイヤの一端がボンディングされている。ワイヤの他端は、図示しない他の導電部材にボンディングされている。

図７に示すように、第１放熱板１３０の側面には、継手板１３４が接合されている。継手板１３４は、第１放熱板１３０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。図１０に示すように、継手板１３４の厚さ（即ち図１０の上下方向の長さ）は、第１放熱板１３０の厚さより薄い。継手板１３４の下面は、はんだ層２９０を介して、第４放熱板２４０に接合されている継手板２４４の上面と接合されている。

図７、図８に示すように、第１放熱板１３０のうち、継手板１３４との接合位置とダイオード１２０の配置位置との間には貫通孔１３２が形成されている。貫通孔１３２の内部には、モールド樹脂１９０が充填されている。貫通孔１３２は、電流が継手板１３４から第１放熱板１３０を介してダイオード１２０の継手板１３４側の辺１２０ａに流れ込む場合の最短経路上に形成されている。また、貫通孔１３２は、第１放熱板１３０を平面視したときの貫通孔１３２とダイオード１２０との間の距離Ｄ１１が、第１放熱板１３０の厚さＴ１１（図８参照）よりも大きくなる位置に形成されている。さらに、貫通孔１３２は、第１放熱板１３０を平面視したときの貫通孔１３２とＩＧＢＴ１１０との間の距離Ｄ１２が、第１放熱板１３０の厚さＴ１１よりも大きくなる位置に形成されている。

一方、第２放熱板１４０の側面には、半導体装置１０２のＰアームを構成する第１リードフレーム１７０の一方の端部１７０ａが接合されている。第１リードフレーム１７０は、第２放熱板１４０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。第１リードフレーム１７０の厚さ（即ち図８の上下方向の長さ）は、第２放熱板１４０の厚さより薄い。第１リードフレーム１７０のうち、端部１７０ａと反対側の端部は、モールド樹脂１９０の外側に突出している。半導体装置１０２の使用時には、第１リードフレーム１７０には図示しない他の導電体が接合される。

図７、図８に示すように、第２放熱板１４０のうち、第１リードフレーム１７０と図示しない導電体の接合位置とＩＧＢＴ１１０の配置位置との間には貫通孔１４２が形成されている。貫通孔１４２の内部には、モールド樹脂１９０が充填されている。貫通孔１４２は、電流が第１リードフレーム１７０から第２放熱板１４０を介してＩＧＢＴ１１０の第１リードフレーム１７０側の辺１１０ａに流れ込む場合の最短経路上に形成されている。また、貫通孔１４２は、第２放熱板１４０を平面視したときの貫通孔１４２とＩＧＢＴ１１０との間の距離Ｄ１３が、第２放熱板１４０の厚さＴ１２（図８参照）よりも大きくなる位置に形成されている。さらに、貫通孔１４２は、第２放熱板１４０を平面視したときの貫通孔１４２とダイオード１２０との間の距離Ｄ１４も、第２放熱板１３０の厚さＴ１２よりも大きくなる位置に形成されている。

図９に示すように、第３放熱板２３０の下面は、はんだ層２５６と、導電ブロック２５０と、はんだ層２５４とを介して、ダイオード２２０の上面のアノード電極に接合されている。また、第３放熱板２３０の下面は、はんだ層２６６と、導電ブロック２６０と、はんだ層２６４とを介して、ＩＧＢＴ２１０の上面のエミッタ電極にも接合されている。導電ブロック２５０、２６０は、ともにＣｕ製のブロック材である。第４放熱板２４０の上面は、はんだ層２５２を介して、ダイオード２２０の下面のカソード電極に接合されているとともに、はんだ層２６２を介して、ＩＧＢＴ２１０の下面のコレクタ電極にも接合されている。第３放熱板２３０、第４放熱板２４０、及び、導電ブロック２５０、２６０は、ＩＧＢＴ２１０及びダイオード２２０が発生する熱の伝熱材としての機能を果たし、同時に、ＩＧＢＴ２１０及びダイオード２２０に至る導電路の一部を構成する。

なお、ＩＧＢＴ２１０の上面のゲート電極パッドには、図示しない位置で、図示しないワイヤの一端がボンディングされている。ワイヤの他端は、図示しない他の導電部材にボンディングされている。

図７に示すように、第３放熱板２３０の側面には、継手板２３４が接合されている。継手板２３４は、第３放熱板２３０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。図示しないが、継手板２３４の厚さは、第３放熱板２３０の厚さより薄い。継手板２３４の下面は、はんだ層３００を介して、半導体装置１０２のＮアームを構成する第３リードフレーム２８０の一方の端部の上面と接合されている。

第３リードフレーム２８０は、継手板２３４と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。図示しないが、第３リードフレーム２８０の厚さも、第３放熱板２３０の厚さより薄い。第３リードフレーム２８０の他方の端部は、モールド樹脂１９０の外側に突出している。半導体装置１０２の使用時には、第３リードフレーム２８０には図示しない他の導電体が接合される。

図７に示すように、第３放熱板２３０のうち、継手板２３４との接合位置とダイオード２２０の配置位置との間には貫通孔２３２が形成されている。貫通孔２３２の内部には、モールド樹脂１９０が充填されている。貫通孔２３２は、電流が継手板２３４から第３放熱板２３０を介してダイオード２２０の継手板２３４側の辺２２０ａに流れ込む場合の最短経路に形成されている。また、貫通孔２３２は、第３放熱板２３０を平面視したときの貫通孔２３２とダイオード２２０との間の距離Ｄ２１が、第３放熱板２３０の厚さＴ２１（図９参照）よりも大きくなる位置に形成されている。さらに、貫通孔２３２は、第３放熱板２３０を平面視したときの貫通孔２３２とＩＧＢＴ２１０との間の距離Ｄ２２も、第３放熱板２３０の厚さＴ２１よりも大きくなる位置に形成されている。

一方、第４放熱板２４０のダイオード２２０寄りの側面には、半導体装置１０２のＯアームを構成する第２リードフレーム２７０の一方の端部２７０ａが接合されている。第２リードフレーム２７０は、第４放熱板２４０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。第２リードフレームの厚さ（即ち図９の上下方向の長さ）は、第４放熱板２４０の厚さより薄い。第２リードフレーム２７０のうち、端部２７０ａと反対側の端部は、モールド樹脂１９０の外側に突出している。半導体装置１０２の使用時には、第２リードフレーム２７０には図示しない他の導電体が接合される。

また、図７、図１０に示すように、第４放熱板２４０のＩＧＢＴ２１０寄りの側面には、継手板２４４が接合されている。継手板２４４は、第４放熱板２４０と同じ材料で形成されている板状の導電性部材である。図１０に示すように、継手板２４４は、第１放熱板１３０に接合されている継手板１３４に近づくように上方に曲げられている。継手板２４４の上面は、はんだ層２９０を介して、継手板１３４の下面に接合されている。

図７、図９に示すように、第４放熱板２４０のうち、第２リードフレーム２７０と図示しない導電体の接合位置とＩＧＢＴ２１０の配置位置との間には貫通孔２４２が形成されている。貫通孔２４２の内部には、モールド樹脂１９０が充填されている。貫通孔２４２は、電流が第２リードフレーム２７０から第４放熱板２４０を介してＩＧＢＴ２１０の第２リードフレーム２７０側の辺２１０ａに流れ込む場合の最短経路に形成されている。また、貫通孔２４２は、第４放熱板２４０を平面視したときの貫通孔２４２とＩＧＢＴ２１０との間の距離Ｄ２３が、第４放熱板２４０の厚さＴ２２（図９参照）よりも大きくなる位置に形成されている。さらに、貫通孔２４２は、第４放熱板２４０を平面視したときの貫通孔２４２とダイオード２２０との間の距離Ｄ２４が、第４放熱板２４０の厚さＴ２２よりも大きくなる位置に形成されている。

モールド樹脂１９０は、ＩＧＢＴ１１０、２１０と、ダイオード１２０、２２０と、各放熱板１３０、１４０、２４０、２４０と、継手板１３４、２３４、２４４と、各リードフレーム１７０、２７０、２８０と、導電ブロック１５０、１６０、２５０、２６０とを封止する部材である。モールド樹脂１９０は、シリカが混入されたエポキシ樹脂である。モールド樹脂１９０で各部材を封止することにより、各部材を保護することができる。

本実施例の半導体装置１０２は、図１１に示す回路図を形成する。即ち、ＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極とダイオード１２０のカソード電極は、Ｐアームを構成する第１リードフレーム１７０に接続されている。ＩＧＢＴ１１０のエミッタ電極とダイオード１２０のアノード電極、及び、ＩＧＢＴ２１０のコレクタ電極とダイオード２２０のカソード電極は、Ｏアームを構成する第２リードフレーム２７０に接続されている。ＩＧＢＴ２１０のエミッタ電極とダイオード２２０のアノード電極は、Ｎアームを構成する第３リードフレーム２８０に接続されている。

本実施例の半導体装置１０２の作用効果を説明するために、図１２〜図１５を参照して、各素子がオンする場合の半導体装置１０２内の電流の流れを説明する。図１２〜図１５中の実線矢印は、第１放熱板１３０、継手板１３４、第３放熱板２３０、及び、継手板２３４を流れる電流を示す。破線矢印は、各リードフレーム１７０、２７０、２８０、第２放熱板１４０、第４放熱板２４０、及び、継手板２４４を流れる電流を示す。円で囲まれた点は、紙面の奥側から手前側に向かって流れる電流を示す。円で囲まれた十字は、紙面の手前側から奥側に向かって流れる電流を示す。

図１２は、ＩＧＢＴ１１０がオンする場合の半導体装置１０２内の電流の流れを示す。ＩＧＢＴ１１０がオンする場合、電流は、第１リードフレーム１７０（即ちＰアーム）からＩＧＢＴ１１０を介して第２リードフレーム２７０（即ちＯアーム）に流れる。詳しく言うと、電流は、第１リードフレーム１７０から第２放熱板１４０を介してＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極に向かって流れる。本実施例では、電流が第１リードフレーム１７０からＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極に向かって流れる際の最短経路上に貫通孔１４２が形成されている。そのため、電流が貫通孔１４２を避けて流れる。その結果、電流経路が分散され、面状に広がっているはんだ層１６２のうちの第１リードフレーム１７０側の辺１１０ａの近傍に電流が集中することを抑制でき、局所的にエレクトロマイグレーションが進行することを防止できる。ＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極に流れた電流は、エミッタ電極、第１放熱板１３０、継手板１３４、継手板２４４、及び、第４放熱板２４０を介して、第２リードフレーム２７０に流れる。なお、はんだ層１６４、１６６の継手板１３４側の辺、あるいははんだ層２９０のＩＧＢＴ１１０側の辺の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第１放熱板１３０に、両辺の間を分断する貫通孔を形成してもよい。

図１３は、ＩＧＢＴ２１０がオンする場合の半導体装置１０２内の電流の流れを示す。ＩＧＢＴ２１０がオンする場合、電流は、第２リードフレーム２７０（即ちＯアーム）からＩＧＢＴ２１０を介して第３リードフレーム２８０（即ちＮアーム）に流れる。詳しく言うと、電流は、第２リードフレーム２７０から第４放熱板２４０を介してＩＧＢＴ２１０のコレクタ電極に向かって流れる。本実施例では、電流が第２リードフレーム２７０からＩＧＢＴ２１０のコレクタ電極に向かって流れる際の最短経路上に貫通孔２４２が形成されている。そのため、電流が貫通孔２４２を避けて流れる。その結果、電流経路が分散され、面状に広がっているはんだ層２６２のうちの第１リードフレーム２７０側の辺２１０ａの近傍に電流が集中することを抑制でき、局所的にエレクトロマイグレーションが進行することを防止できる。ＩＧＢＴ２１０のコレクタ電極に流れた電流は、エミッタ電極、第３放熱板２３０及び継手板２３４を介して、第３リードフレーム２８０に流れる。なお、はんだ層３００のＩＧＢＴ２１０側の辺の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第３放熱板２３０にＩＧＢＴ２１０とはんだ層３００の間を分断する貫通孔を形成してもよい。

図１４は、ダイオード１２０がオンする場合の半導体装置１０２内の電流の流れを示す。ダイオード１２０がオンする場合、電流は、第２リードフレーム２７０（即ちＯアーム）からダイオード１２０を介して第１リードフレーム１７０（即ちＰアーム）に流れる。詳しく言うと、電流は、第２リードフレーム２７０から、第４放熱板２４０、継手板２４４、１３４を通過して第１放熱板１３０に向かって流れる。さらに、電流は、第１放熱板１３０内を通過してダイオード１２０のアノード電極に向かって流れる。本実施例では、電流が継手板１３４からダイオード１２０の継手板１３４側の辺１２０ａに向かって流れる際の最短経路上に貫通孔１３２が形成されている。そのため、電流が貫通孔１３２を避けて流れる。その結果、電流経路が分散され、はんだ層１５６、１５４のうちの継手板１３４側の辺１２０ａの近傍に電流が集中することを抑制でき、局所的にエレクトロマイグレーションが進行することを防止できる。ダイオード１２０のアノード電極に流れた電流は、カソード電極及び第２放熱板１４０を介して、第１リードフレーム１７０に流れる。なお、はんだ層２９０の第２リードフレーム２７０側の辺（即ち、ＩＧＢＴ２１０側の辺）の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第４放熱板２４０に、ＩＧＢＴ２１０とはんだ層３００の間を分断する貫通孔を形成してもよい。

図１５は、ダイオード２２０がオンする場合の半導体装置１０２内の電流の流れを示す。ダイオード２２０がオンする場合、電流は、第３リードフレーム２８０（即ちＮアーム）からダイオード２２０を介して第２リードフレーム２７０（即ちＯアーム）に流れる。詳しく言うと、電流は、第３リードフレーム２８０から継手板２３４を介して第３放熱板２３０に向かって流れる。さらに、電流は、第３放熱板２３０内を通過してダイオード２２０のアノード電極に向かって流れる。本実施例では、電流が継手板２３４からダイオード２２０の継手板２３４側の辺２２０ａに向かって流れる際の最短経路上に貫通孔２３２が形成されている。そのため、電流が貫通孔２３２を避けて流れる。その結果、電流経路が分散され、はんだ層２５６、２５４のうちの継手板２３４側の辺２２０ａの近傍に電流が集中することを抑制でき、局所的にエレクトロマイグレーションが進行することを防止できる。ダイオード２２０のアノード電極に流れた電流は、カソード電極及び第４放熱板２４０を介して、第２リードフレーム２７０に流れる。なお、はんだ層３００のうちモールド樹脂１９０の外側寄りの辺の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第３リードフレーム２８０に、第３リードフレーム２８０の端部とはんだ層３００の間を分断する貫通孔を形成してもよい。
同様に、はんだ層２５２の第２リードフレーム２７０側の辺の近傍に電流が集中して局所的にエレクトロマイグレーションが進行する場合には、第２リードフレーム２７０に、第２リードフレーム２７０の端部とはんだ層２５２（即ちダイオード２２０）との間を分断する貫通孔を形成してもよい。

また、本実施例でも、第１放熱板１３０を平面視したときに、貫通孔１３２とダイオード１２０との間の距離Ｄ１１及び貫通孔１３２とＩＧＢＴ１１０との間の距離Ｄ１２が、第１放熱板１３０の厚さＴ１１（図８参照）よりも大きい。同様に、第２放熱板１４０を平面視したときに、貫通孔１４２とＩＧＢＴ１１０との間の距離Ｄ１３及び貫通孔１４２とダイオード１２０との間の距離Ｄ１４が、第２放熱板１４０の厚さＴ１２（図８参照）よりも大きい。さらに、第３放熱板２３０を平面視したときに、貫通孔２３２とダイオード２２０との間の距離Ｄ２１及び貫通孔２３２とＩＧＢＴ２１０との間の距離Ｄ２２が、第３放熱板２３０の厚さＴ２１（図９参照）よりも大きい。同様に、第４放熱板２４０を平面視したときに、貫通孔２４２とＩＧＢＴ２１０との間の距離Ｄ２３及び貫通孔２４２とダイオード２２０との間の距離Ｄ２４が、第４放熱板２４０の厚さＴ２２（図９参照）よりも大きい。そのため、本実施例でも、各素子１１０、１２０、２１０、２２０の熱が、放熱板１３０、１４０、２３０、２４０内を放射状に伝熱される場合に、貫通孔１３２、１４２、２３２、２４２が伝熱を妨げることがない。従って、本実施例の半導体装置１０２による場合も、高い放熱性を実現することができる。

以下、本実施例と請求項との記載との対応関係を説明する。ＩＧＢＴ１１０、２１０、ダイオード１２０、２２０が「半導体素子」の一例である。放熱板１３０、１４０、２３０、２４０が「導電プレート」の一例である。第１リードフレーム１７０、第２リードフレーム２７０、第３リードフレーム２８０、継手板１３４、２３４は、「導電プレート」の一部である。第１リードフレーム１７０、第２リードフレーム２７０、第３リードフレーム２８０は、導電体と導電プレートの接続位置に形成されている。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。

（変形例１）上記の第１実施例では、図１に示すように、第１放熱板３０には貫通孔３２が形成され、第２放熱板４０には貫通孔４２が形成されている。これに限られず、貫通孔３２と貫通孔４２のうち一方を省略してもよい。また、上記の第２実施例でも、貫通孔１３２、１４２、２３２、２４２が形成されているが、貫通孔１３２、１４２、２３２、２４２のうち、いずれか１〜３個を省略してもよい。

（変形例２）上記の各実施例では、半導体素子（ＩＧＢＴ、ダイオード）、リードフレーム等の各構成部材は、モールド樹脂によって封止されている。これに限られず、各構成部材は、モールド樹脂で封止されていなくてもよい。従って、例えば、各構成部材が絶縁性のケーシングに収容されていてもよい。

（変形例３）上記の各実施例では、リードフレーム及び継手板は、放熱板の側面に接合されている。これに限られず、リードフレーム及び継手板は、放熱板の任意の面（例えば上面又は下面）に接合されていてもよい。あるいは、放熱板と、リードフレーム及び継手板とが一体に成形されていてもよい。一般的に言うと、導電体が導電プレートに接続されて用いられればよい。

（変形例４）上記の各実施例の半導体装置２、１０２は、ＩＧＢＴとダイオードの双方を含む。これに限られず、半導体装置は、半導体素子を１個だけ含むものであってもよい。

（変形例５）上記の各実施例では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる例を説明した。これに限られず、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ等、他のスイッチング素子を用いてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：半導体装置
１０：ＩＧＢＴ
２０：ダイオード
３０：第１放熱板
３２：貫通孔
４０：第２放熱板
４２：貫通孔
５０：導電ブロック
５２、５４、５６：はんだ層
６０：導電ブロック
６２、６４、６６：はんだ層
７０：第１リードフレーム
７０ａ：端部
７５：第２リードフレーム
７５ａ：端部
８０、８５：四角形領域
９０：モールド樹脂
１０２：半導体装置
１１０：ＩＧＢＴ
１２０：ダイオード
１３０：第１放熱板
１３２：貫通孔
１３４：継手板
１４０：第２放熱板
１４２：貫通孔
１５０：導電ブロック
１５２、１５４、１５６：はんだ層
１６０：導電ブロック
１６２、１６４、１６６：はんだ層
１７０：第１リードフレーム
１７０ａ：端部
１９０：モールド樹脂
２１０：ＩＧＢＴ
２２０：ダイオード
２３０：第３放熱板
２３２：貫通孔
２３４：継手板
２４０：第４放熱板
２４２：貫通孔
２４４：継手板
２５０：導電ブロック
２５２、２５４、２５６：はんだ層
２６０：導電ブロック
２６２、２６４、２６６：はんだ層
２７０：第２リードフレーム
２７０ａ：端部
２８０：第３リードフレーム
２９０、３００：はんだ層

Claims (1)

1. 面状に広がっている電極を備えた半導体素子が導電プレートにはんだ接合されており、導電体を前記導電プレートに接続して用いる際に前記導電体と前記半導体素子の間を前記導電プレートを介して電流が流れる半導体装置であり、
   前記半導体素子の配置位置と前記導電体との接続位置の間において前記導電プレートに貫通孔が形成されており、
   前記導電プレートが放熱板を兼用しており、前記導電プレートを平面視したときに、前記半導体素子と前記貫通孔の間の距離が、前記導電プレートの厚さよりも大きい、半導体装置。
   

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