JP2017103433A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二つの冷却器の間に配置される半導体装置において、グリスによって信号端子間の絶縁性が損なわれることを防止する。
【解決手段】 半導体装置は、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止する封止体と、封止体の正面に露出する第１放熱部材及び背面に露出する第２放熱部材と、第１半導体素子と電気的に接続され、封止体の上面から第１方向に沿って突出する第１信号端子と、第２半導体素子と電気的に接続され、封止体の上面から第１方向に沿って突出する第２信号端子とを備える。封止体の上面は、第１傾斜面と第２傾斜面とそれらの間に位置する境界線又は境界範囲とを有する。境界線又は境界範囲は、第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路の少なくとも一部を含む。そして、第１方向を鉛直上方に向けたときに、第１傾斜面と第２傾斜面のそれぞれは、境界線又は境界範囲から上面の周縁に向かって鉛直下方に傾斜する。
【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、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、第１半導体素子と、第２半導体素子と、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止する封止体と、封止体の正面に露出する第１放熱部材と、封止体の背面に露出する第２放熱部材と、封止体の上面から突出する複数の第１信号端子及び複数の第２信号端子とを備える。第１放熱部材及び第２放熱部材は、封止体を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成されており、封止体内で発生した熱を封止体の外部へ放出する。

上記した半導体装置は、二つの冷却器の間に配置される。一方の冷却器は、封止体の正面側に位置し、当該正面に露出する第１放熱部材に接触する。他方の冷却器は、封止体の背面側に位置し、当該背面に露出する第２放熱部材に接触する。これにより、第１放熱部材及び第２放熱部材の熱が二つの冷却器によって回収され、封止体内の第１及び第２半導体素子といった構成部品の過熱が防止される。通常、それぞれの冷却器と封止体（放熱部材を含む）との間は、微小な空隙を排除して熱伝導性を高めるために、グリスによって満たされる。

特開２０１５−０９５５６０号公報

半導体装置が動作時に発熱すると、半導体装置の構成部材が熱膨張して、封止体の外形が大きくなる。封止体の外形が大きくなると、封止体と冷却器との間からグリスが押し出され、そのグリスが封止体の上面へ進出することがある。封止体の上面では、第１半導体素子に接続された第１信号端子と、第２半導体素子に接続された第２信号端子が、それぞれ突出している。第１半導体素子と第２半導体素子は直列に接続されているので、第１信号端子と第２信号端子との間には、比較的に大きな電位差が生じ得る。通常、第１信号端子と第２信号端子との間には、両者の絶縁性を確保するために、十分な沿面距離が設けられている。なお、上記した沿面距離とは、第１信号端子と第２信号端子との間を封止体の表面（上面）に沿って最短で結んだ沿面最短経路の長さを意味する。しかしながら、封止体の上面に進出したグリスが第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路まで広がり、さらにそのグリスに金属粉といった導電性の異物が付着していくと、第１信号端子と第２信号端子との間の絶縁性が損なわれるおそれがある。

上記した問題を鑑み、本明細書は、二つの冷却器の間にグリスを介して配置される半導体装置において、グリスによって信号端子間の絶縁性が損なわれることを防止又は低減し得る半導体装置を提供する。

本明細書で開示される半導体装置は、第１半導体素子と、第１半導体素子と電気的に直列に接続された第２半導体素子と、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止する封止体と、封止体の正面に露出しているとともに封止体を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された第１放熱部材と、封止体の正面の反対側に位置する背面に露出しているとともに封止体を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成された第２放熱部材と、第１半導体素子と電気的に接続されているとともに封止体の正面及び背面と隣り合う上面から第１方向に沿って突出する少なくとも一つの第１信号端子と、第２半導体素子と電気的に接続されているとともに封止体の上面から第１方向に沿って突出する少なくとも一つの第２信号端子とを備える。封止体の上面は、第１傾斜面と、第２傾斜面と、第１傾斜面と第２傾斜面との間に位置する境界線又は境界範囲とを有する。境界線又は境界範囲は、第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路の少なくとも一部を含む。そして、第１方向（即ち、封止体から第１及び第２信号端子が突出する方向）を鉛直上方に向けたときに、第１傾斜面と第２傾斜面のそれぞれは、境界線又は境界範囲から上面の周縁に向かって鉛直下方に傾斜する。

上記において、封止体の正面、背面、上面、右側面及び左側面とは、それらの相対的位置関係を明確にするための便宜的な表現であり、上記に記載された事項を除いて、一切の限定を意図するものではない。境界線又は境界範囲が沿面最短経路の少なくとも一部を含むとは、境界線又は境界範囲が沿面最短経路上の少なくとも一点を含むことを意味し、例えば境界線又は境界範囲が沿面最短経路と交差する場合も含まれる。上記した境界線又は境界範囲について、境界線とは、第１傾斜面と第２傾斜面が互いに隣接している場合に、第１傾斜面と第２傾斜面との間の境界を画定する線分を意味する。一方、境界範囲とは、第１傾斜面と第２傾斜面が互いに離間している場合に、第１傾斜面と第２傾斜面との間に存在する面分を意味する。また、鉛直上方とは、重力加速度の方向と反対の方向の意味し、鉛直下方とは、重力加速度の方向と同一の方向を意味する。

上記した半導体装置は、封止体から第１及び第２信号端子が突出する方向（即ち、前記した第１方向）が鉛直上方を向くようにして、二つの冷却器の間に配置されることが想定されている。前述したように、半導体装置が二つの冷却器の間に配置されると、封止体と冷却器との間のグリスが、封止体の外形変化によって押し出され、そのグリスが封止体の上面（即ち、第１及び第２信号端子が突出する面）に進出することがある。この点に関して、ここで開示される半導体装置では、封止体の上面に第１傾斜面と第２傾斜面とが設けられている。そして、第１傾斜面と第２傾斜面との間の境界線又は境界範囲は、第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路の少なくとも一部を含んでいる。このような構成によると、封止体の上面に進出したグリスは、第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路から離れるように、第１傾斜面又は第２傾斜面に沿って流動する。これにより、封止体の上面に進出したグリスが、第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路に達することが防止され、第１信号端子と第２信号端子との間の絶縁性が維持される。第１傾斜面と第２傾斜面の傾斜角度は、グリスの粘度やグリスと封止体との間の親和性等を考慮して、適宜設計することができる。但し、半導体装置が自動車等に搭載される場合は、自動車で発生する振動によってグリスの流動が促進されるので、第１傾斜面と第２傾斜面の傾斜角度を比較的に小さく設計することができる。

実施例の半導体装置１０の正面図。 実施例の半導体装置１０の右側面図。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。 図１中のＩＶ−ＩＶ線における断面図。 実施例の半導体装置１０の回路構成を示す回路図。 電力変換装置１００の構成を模式的に示す図。 図１中のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図。 図７中のＶＩＩＩ部の拡大図。 封止体２０と冷却器１０４との間から押し出されたグリス１１０が模式的に図示された半導体装置１０の側面図。 封止体２０と冷却器１０４との間から押し出されたグリス１１０が模式的に図示された半導体装置１０の平面図。 封止体２０と冷却器１０４との間から押し出されたグリス１１０が模式的に図示された半導体装置１０の正面図。 一変形例の半導体装置１０ａを示す正面図。 一変形例の半導体装置１０ａを示す右側面図。 他の一変形例の半導体装置１０ｂを示す正面図。 他の一変形例の半導体装置１０ｂを示す右側面図。

図面を参照して、実施例の半導体装置１０について説明する。本実施例の半導体装置１０は、一例ではあるが、電力の変換や制御を行うための電力変換装置１００（図６等参照）に用いられ、特に、インバータ回路の一つの上下アームを構成する。図１〜図５に示すように、半導体装置１０は、第１半導体素子１２と、第２半導体素子１４と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４とを封止する封止体２０を備える。第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、許容電流が１００アンペア以上であり、パワー半導体素子に属するものである。図５に示すように、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、電気的に直列に接続されている。一例ではあるが、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４のそれぞれは、単一の半導体基板にトランジスタ素子とダイオード素子が形成された半導体素子であり、互いに等しい構造及び特性を有する。なお、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の構成は特に限定されない。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）といったトランジスタ素子であってよく、また、必ずしもダイオード素子を内蔵する必要はない。

封止体２０は、樹脂材料で構成されている。なお、封止体２０を構成する材料は特に限定されず、パワー半導体素子向けの各種の封止材が採用可能である。封止体２０は、概して板状の形状を有しており、正面２１、背面２２、上面２３、下面２４、右側面２５及び左側面２６を有する。正面２１は、図面においてＸ軸正方向側の面である。背面２２は、図面においてＸ軸負方向側の面であり、正面２１の反対側に位置する。上面２３は、図面においてＺ軸正方向側の面であり、正面２１及び背面２２と隣り合う。下面２４は、図面においてＺ軸負方向側の面であり、上面２３の反対側に位置する。下面２４は、正面２１及び背面２２と隣り合う。右側面２５は、図面においてＹ軸負方向側の面であり、正面２１、背面２２、上面２３及び下面２４と隣り合う。左側面２６は、図面においてＹ軸正方向側の面であり、右側面２５の反対側に位置する。左側面２６は、正面２１、背面２２、上面２３及び下面２４と隣り合う。

封止体２０の正面２１及び背面２２は、互いに平行な平面であり、それらの法線はＸ軸に平行である。詳しくは後述するが、半導体装置１０が二つの冷却器１０４の間に配置されたときに、封止体２０の正面２１及び背面２２は、それぞれ隣接する冷却器１０４にグリス１１０を介して対向する。一方、封止体２０の上面２３は、全体として単一の平面ではなく、第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂと第１突出部７２と第２突出部７４とを有する。下面２４もまた、全体として単一の平面ではなく、第３傾斜面２４ａと第４傾斜面２４ｂと第３突出部７６と第４突出部７７と第５突出部７８とを有する。封止体２０の上面２３及び下面２４の構造及び作用については、後段において詳細に説明する。

図１、図３、図４に示すように、半導体装置１０はさらに、二つの第１放熱部材３２、３４と、二つの第２放熱部材３６、３８とを備える。二つの第１放熱部材３２、３４は、封止体２０の正面２１に露出している。二つの第２放熱部材３６、３８は、封止体２０の背面２２に露出している。それぞれの放熱部材３２、３４、３６、３８は、封止体２０を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成されており、封止体２０内で発生した熱（特に半導体素子１２、１４の発熱）を、封止体２０の外部へ放出する。一例ではあるが、本実施例における放熱部材３２、３４、３６、３８は、金属材料（詳しくは銅）で構成されている。放熱部材３２、３４、３６、３８を構成する材料は特に限定されない。放熱部材３２、３４、３６、３８の一部又は全部を、セラミック材料その他の熱伝達率に優れた材料で構成することができる。また、封止体２０の正面２１又は背面２２に露出する放熱部材の位置、大きさ、数も特に限定されない。半導体装置１０は、封止体２０の正面２１又は背面２２の一方又は両方に、少なくとも一つの放熱部材が露出する構成であればよい。

図３を参照して、封止体２０の内部の構成について説明する。なお、下記する説明は一例であり、半導体装置１０の構成を限定するものではない。図３に示すように、一方の第１放熱部材３２は、第１スペーサブロック４２及びはんだ層５１、５２を介して、第１半導体素子１２の上面電極１２ａに接合されている。第１スペーサブロック４２は、金属材料（詳しくは銅）で形成されており、封止体２０を構成する材料よりも高い熱伝達率を有する。また、一方の第２放熱部材３６は、はんだ層５３を介して第１半導体素子１２の下面電極１２ｂに接合されている。これらにより、第１半導体素子１２は、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱部材３２と、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱部材３６の両者と熱的に接続されている。第１半導体素子１２で発生した熱は、第１放熱部材３２及び第２放熱部材３６へ伝達され、封止体２０の外部へ放出される。

第２半導体素子１４についても、同様の構成が採用されている。即ち、他方の第１放熱部材３４は、第２スペーサブロック４４及びはんだ層５４、５５を介して、第２半導体素子１４の上面電極１４ａに接合されている。第２スペーサブロック４４は、金属材料（詳しくは銅）で形成されており、封止体２０を構成する材料よりも高い熱伝達率を有する。また、他方の第２放熱部材３８は、はんだ層５６を介して第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接合されている。これらにより、第２半導体素子１４は、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱部材３４と、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱部材３８の両者と熱的に接続されている。第２半導体素子１４で発生した熱は、第１放熱部材３４及び第２放熱部材３８へ伝達され、封止体２０の外部へ放出される。

本実施例の半導体装置１０では、二つの第１放熱部材３２、３４、二つの第２放熱部材３６、３８、第１スペーサブロック４２及び第２スペーサブロック４４が、単に放熱用の部材ではなく、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４へ電気的に接続された導電経路を構成する。ここで、第１半導体素子１２の上面電極１２ａに接続された第１放熱部材３２の継手３３と、第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接続された第２放熱部材３８の継手３９は、はんだ層５７を介して接合されており、互いに電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４が電気的に直列に接続されている。

図１、図２、図４に示すように、半導体装置１０はさらに、複数の第１信号端子６２と、複数の第２信号端子６４とを備える。それぞれの第１信号端子６２及び第２信号端子６４は、封止体２０の上面２３から、図面においてＺ軸正方向（第１方向）に突出している。図４に示すように、複数の第１信号端子６２は、第１半導体素子１２に設けられた複数の信号パッド１２ｃへ、ボンディングワイヤ６３を介して電気的に接続されている。一例であるが、複数の第１信号端子６２には、ゲート信号用の信号端子、温度センス用の信号端子及び電流センス用の信号端子が含まれる。同様に、図示省略するが、複数の第２信号端子６４は、第２半導体素子１４に設けられた複数の信号パッドへ電気的に接続されている。複数の第２信号端子６４にも、例えば、ゲート信号用の信号端子、温度センス用の信号端子及び電流センス用の信号端子が含まれる。なお、半導体装置１０は、少なくとも一つの第１信号端子６２と、少なくとも一つの第２信号端子６４とを有すればよい。

半導体装置１０はさらに、正極端子６６と負極端子６７と出力端子６８とを備える。正極端子６６、負極端子６７及び出力端子６８は、封止体２０の下面２４から、図面においてＺ軸負方向に突出している。正極端子６６は、第１半導体素子１２の下面電極１２ｂに接合された第２放熱部材３６と電気的に接続されている。負極端子６７は、第２半導体素子１４の上面電極１４ａに第２スペーサブロック４４を介して接合された第１放熱部材３４と電気的に接続されている。そして、出力端子６８は、第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接合された第２放熱部材３８と電気的に接続されている。これにより、正極端子６６は第１半導体素子１２の下面電極１２ｂと電気的に接続され、負極端子６７は第２半導体素子１４の上面電極１４ａと電気的に接続され、出力端子６８は第１半導体素子１２の上面電極１２ａ及び第２半導体素子１４の下面電極１４ｂと電気的に接続されている（図５参照）。

次に、封止体２０の上面２３及び下面２４の構成について詳細に説明する。図１に示すように、封止体２０の上面２３は、第１傾斜面２３ａと、第２傾斜面２３ｂと、第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂとの間に位置する境界線２３ｃとを有する。第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂは境界線２３ｃで互いに接している。境界線２３ｃは、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の沿面最短経路Ｌと交差しており、沿面最短経路Ｌ上の一点を含んでいる。ここでいう沿面最短経路Ｌとは、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間を封止体２０の上面２３に沿って最短で結んだ経路を意味する。第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂのそれぞれは、境界線２３ｃから上面２３の周縁２３ｅに向かってＺ軸負方向に傾斜している。従って、Ｚ軸正方向（即ち、封止体２０から第１信号端子６２及び第２信号端子６４が突出する方向）を鉛直上方に向けたときに、第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂのそれぞれは、境界線２３ｃから上面２３の周縁２３ｅに向かってＺ軸負方向に傾斜する。

第１傾斜面２３ａは、境界線２３ｃから右側面２５に向かって傾斜しており、第２傾斜面２３ｂは、境界線２３ｃから左側面２６に向かって傾斜している。また、第１傾斜面２３ａは、境界線２３ｃから右側面２５まで連続しており、第２傾斜面２３ｂは、境界線２３ｃから左側面２６まで連続している。なお、他の実施形態として、第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂは互いに離間していてもよい。この場合、第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂとの間には、境界線２３ｃに代わって、一定の面積を持つ境界範囲（面分）が存在する。この場合、当該境界範囲が沿面最短経路Ｌと交差し、当該境界範囲が沿面最短経路Ｌの一部を含むとよい。

封止体２０の上面２３は、第１突出部７２と第２突出部７４をさらに有する。第１突出部７２は、複数の第１信号端子６２の周囲に設けられており、複数の第１信号端子６２に沿ってＺ軸正方向に突出している。第２突出部７４は、複数の第２信号端子６４の周囲に設けられており、複数の第２信号端子６４に沿ってＺ軸正方向に突出している。従って、Ｚ軸正方向を鉛直上方に向けた場合、第１突出部７２と第２突出部７４のそれぞれは、封止体２０の上面２３から鉛直上方に突出する。そして、複数の第１信号端子６２は第１突出部７２から鉛直上方に突出し、複数の第２信号端子６４は第２突出部７４から鉛直上方に突出する。

封止体２０の下面２４は、第３傾斜面２４ａと、第４傾斜面２４ｂと、第３傾斜面２４ａと第４傾斜面２４ｂとの間に位置する境界線２４ｃとを有する。第３傾斜面２４ａと第４傾斜面２４ｂは、境界線２４ｃで互いに接している。第３傾斜面２４ａと第４傾斜面２４ｂのそれぞれは、境界線２４ｃから下面２４の周縁２４ｅに向かってＺ軸負方向に傾斜している。第３傾斜面２４ａは、境界線２４ｃから右側面２５に向かって傾斜しており、第４傾斜面２４ｂは、境界線２４ｃから左側面２６に向かって傾斜している。また、第３傾斜面２４ａは、境界線２４ｃから右側面２５まで連続しており、第４傾斜面２４ｂは、境界線２４ｃから左側面２６まで連続している。

封止体２０の下面２４は、第３突出部７６と第４突出部７７と第５突出部７８とをさらに有する。第３突出部７６は、正極端子６６の周囲に設けられており、正極端子６６に沿ってＺ軸負方向に突出している。第４突出部７７は、負極端子６７の周囲に設けられており、負極端子６７に沿ってＺ軸負方向に突出している。そして、第５突出部７８は、出力端子６８の周囲に設けられており、出力端子６８に沿ってＺ軸負方向に突出している。

次に、図６、図７、図８を参照して、上述した半導体装置１０を採用した電力変換装置１００について説明する。電力変換装置１００は、電力によって車輪を駆動する電気自動車（電気自動車、ハイブリッドカー及び燃料電池車を含む）用に設計されている。従って、通常、電力変換装置１００は自動車に搭載される。電力変換装置１００は、ケース１０２と、複数の半導体装置１０と、複数の冷却器１０４と、複数の冷却器１０４に冷媒（例えば冷却水）を循環させる冷媒管路１０６、１０８を備える。複数の半導体装置１０と複数の冷却器１０４は交互に配置されており、各々の半導体装置１０は隣接する二つの冷却器１０４の間に位置している。ケース１０２は、複数の半導体装置１０及び複数の冷却器１０４を収容する。ケース１０２の構成は特に限定されない。一例として、本実施例におけるケース１０２は、金属材料を用いて構成されている。また、電力変換装置１００は、複数の半導体装置１０の動作を制御する制御基板１１４を備える。制御基板１１４は、複数のコネクタ１１２を有しており、各々のコネクタ１１２には、一つの半導体装置１０の複数の第１信号端子６２又は複数の第２信号端子６４が接続されている。これにより、制御基板１１４は、複数の半導体装置１０に対して、ゲート信号及びその他の信号を送受信可能に接続されている。制御基板１１４は、ケース１０２内に収容されている。

図８に示すように、半導体装置１０は、封止体２０の正面２１が一方の冷却器１０４に対向し、封止体２０の背面２２が他方の冷却器１０４に対向するように配置される。前述したように、封止体２０の正面２１には、二つの第１放熱部材３２、３４が露出しており、封止体２０の背面２２には、第２放熱部材３６、３８が露出している。半導体装置１０で発生した熱は、複数の放熱部材３２、３４、３６、３８を介して冷却器１０４に伝達され、冷却器１０４内を流通する冷媒によって回収される。これにより、半導体装置１０の過熱が防止される。封止体２０の正面２１と、それに対向する冷却器１０４との間は、グリス１１０で満たされている。同様に、封止体２０の背面２２と、それに対向する冷却器１０４との間も、グリス１１０で満たされている。このように、封止体２０と冷却器１０４との間をグリス１１０で満たすことで、両者の間の微細な隙間が排除され、両者の間の熱伝導性を高めることができる。なお、グリス１１０は、熱伝導性の高い粒子が混合されたものであり、放熱グリス等とも称される。

電力変換装置１００は、使用時の姿勢が定められており、ケース１０２の底面１０２ａが鉛直下方に位置するようにして、電気自動車に搭載される。この場合、制御基板１１４が複数の半導体装置１０の鉛直上方に位置し、それぞれの半導体装置１０は、第１信号端子６２及び第２信号端子６４が鉛直上方に向けて突出するように配置される。電気自動車に搭載された電力変換装置１００は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して、モータに供給する。あるいは、モータで発電された交流電力を直流電力に変換して、バッテリへ供給する。このとき、それぞれの半導体装置１０には大きな電流が流れることから、半導体装置１０の各構成要素は熱膨張し、封止体２０の外形が大きくなる。

図９、図１０、図１１に示すように、封止体２０の外形が大きくなると、封止体２０と冷却器１０４との間からグリス１１０が押し出され、そのグリス１１０が封止体２０の上面２３及び下面２４に進出することがある。ここで、グリス１１０は導電性を有さないので、上面２３に進出したグリス１１０が仮に沿面最短経路Ｌに達したとしても、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が直ちに損なわれることはない。しかしながら、上面２３に進出したグリス１１０には、例えばケース１０２や制御基板１１４等から発生する金属粉といった、導電性異物が付着することがある。そして、多くの導電性異物が付着したグリス１１０が、沿面最短経路Ｌに達したりすると、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれるおそれが生じる。

上記の問題に関して、本実施例の半導体装置１０では、封止体２０の上面２３に第１傾斜面２３ａと第２傾斜面２３ｂが設けられている。前述したように、第１傾斜面２３ａは、沿面最短経路Ｌと交差する境界線２３ｃから、右側面２５に向けて鉛直下方に傾斜している。第２傾斜面２３ｂは、同じく境界線２３ｃから、左側面２６に向けて鉛直下方に傾斜している。これにより、封止体２０の上面２３に進出したグリス１１０は、第１傾斜面２３ａ及び第２傾斜面２３ｂ上を、右側面２５又は左側面２６に向けて流動する。即ち、グリス１１０は沿面最短経路Ｌから離れるように流動する。これにより、封止体２０の上面に進出したグリス１１０が、沿面最短経路Ｌに達することが防止され、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれることを避けることができる。封止体２０の右側面２５及び左側面２６は冷却器１０４に接していないので、右側面２５及び左側面２６に沿って空間が存在している。従って、第１傾斜面２３ａ又は第２傾斜面２３ｂを流動したグリス１１０は、上面２３の周縁２３ｅを超えて右側面２５又は左側面２６へ排出される。

第１傾斜面２３ａ及び第２傾斜面２３ｂの傾斜角度（水平面と成す角度）は、特定の角度に限定されず、グリス１１０の粘度、グリス１１０と封止体２０との親和性、封止体２０に許容される最大寸法等を考慮して、適宜設計することができる。なお、電力変換装置１００は電気自動車に搭載されるので、グリス１１０の粘度が比較的に高い場合でも、電気自動車で発生する振動によって、グリス１１０の流動が促進される。そのことから、第１傾斜面２３ａ及び第２傾斜面２３ｂの傾斜角度は比較的に小さく設計することができる。

加えて、封止体２０の上面２３には、第１突出部７２と第２突出部７４が設けられている。第１突出部７２は、複数の第１信号端子６２に沿って鉛直上方に突出するので、封止体２０の上面２３に進出したグリス１１０が、第１信号端子６２に達することを禁止又は抑制することができる。同様に、第２突出部７４は、複数の第２信号端子６４に沿って鉛直上方に突出するので、封止体２０の上面２３に進出したグリス１１０が、第２信号端子６４に達することを禁止又は抑制することができる。これにより、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれることをさらに回避することができる。

封止体２０の下面２４に進出したグリス１１０についても、第３傾斜面２４ａ及び第４傾斜面２４ｂに沿って流動し、下面２４に多くのグリス１１０が滞留することを防止することができる。また、下面２４に形成された第３突出部７６、第４突出部７７及び第５突出部７８によって、グリス１１０が正極端子６６、負極端子６７及び出力端子６８へ達することも抑制される。

封止体２０の上面２３に設ける第１傾斜面２３ａ及び第２傾斜面２３ｂの構成は、様々に変更可能である。例えば、図１２、図１３に示す一変形例の半導体装置１０ａでは、第１傾斜面１２３ａ及び第２傾斜面１２３ｂが、上面２３の一部、特に、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の沿面最短経路Ｌに近接する範囲のみに設けられている。なお、この半導体装置１０ａにおいても、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂは境界線２３ｃで互いに接しており、境界線２３ｃは、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の沿面最短経路Ｌと交差している。第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂのそれぞれは、境界線２３ｃから上面２３の周縁２３ｅに向かってＺ軸負方向に傾斜している。従って、Ｚ軸正方向（即ち、封止体２０から第１信号端子６２及び第２信号端子６４が突出する方向）を鉛直上方に向けたときに、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂのそれぞれは、境界線２３ｃから上面２３の周縁２３ｅに向かってＺ軸負方向に傾斜する。第１傾斜面１２３ａは、境界線２３ｃから右側面２５に向かって傾斜しており、第２傾斜面１２３ｂは、境界線２３ｃから左側面２６に向かって傾斜している。

この半導体装置１０ａについても、前述した電力変換装置１００において好適に採用することができる。そして、封止体２０と冷却器１０４との間からグリス１１０が押し出され、そのグリス１１０が封止体２０の上面２３に進出した場合は、第１傾斜面２３ａ及び第２傾斜面２３ｂによって、当該グリス１１０が沿面最短経路Ｌから離れるように流動する。これにより、封止体２０の上面に進出したグリス１１０が、沿面最短経路Ｌに達することが防止され、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれることを避けることができる。なお、この変形例においても、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂは互いに離間していてもよい。この場合、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂとの間には、境界線２３ｃに代わって、一定の面積を持つ境界範囲（面分）が存在し、当該境界範囲が沿面最短経路Ｌと交差する。

図１４、図１５に示す他の一変形例の半導体装置１０ｂでは、前述した半導体装置１０、１０ａと比較して、第１傾斜面２２３ａ及び第２傾斜面２２３ｂの傾斜する方向が変更されている。この半導体装置１０ｂでは、封止体２０が、第１傾斜面２２３ａと、第２傾斜面２２３ｂと、第１傾斜面２２３ａと第２傾斜面２２３ｂとの間に位置する境界範囲２２３ｃとを有する。境界範囲２２３ｃは、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の沿面最短経路Ｌと平行に伸びており、沿面最短経路Ｌの略全体を含んでいる。そして、第１傾斜面２２３ａは、境界範囲２２３ｃに対して正面２１側に位置しており、第２傾斜面２２３ｂは、境界範囲２２３ｃに対して背面２２側に位置している。第１傾斜面２２３ａと第２傾斜面２２３ｂのそれぞれは、境界範囲２２３ｃから上面２３の周縁２３ｅに向かってＺ軸負方向に傾斜している。詳しくは、第１傾斜面２２３ａは、境界範囲２２３ｃから正面２１に向かって傾斜しており、正面２１まで連続している。第２傾斜面２２３ｂは、境界範囲２２３ｃから背面２２に向かって傾斜しており、背面２２まで連続している。

この半導体装置１０ｂについても、前述した電力変換装置１００において好適に採用することができる。そして、封止体２０と冷却器１０４との間からグリス１１０が押し出され、そのグリス１１０が封止体２０の上面２３に進出した場合は、第１傾斜面２２３ａ及び第２傾斜面２２３ｂによって、当該グリス１１０が沿面最短経路Ｌから離れるように流動する。これにより、封止体２０の上面に進出したグリス１１０が、沿面最短経路Ｌに達することが防止され、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれることを避けることができる。なお、この変形例において、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂは互いに隣接していてもよい。この場合、第１傾斜面２２３ａと第２傾斜面２２３ｂとの間には、境界範囲２２３ｃに代わって境界線が存在し、当該境界線が沿面最短経路Ｌ上を伸びる。

以上、いくつか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。以下に、本明細書の開示内容から把握される技術的事項を列記する。なお、以下に記載する技術的事項は、それぞれが独立した技術的事項であり、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

本明細書で開示される半導体装置（１０、１０ａ、１０ｂ）は、第１半導体素子（１２）と、前記第１半導体素子（１２）と電気的に直列に接続された第２半導体素子（１４）と、前記第１半導体素子（１２）及び前記第２半導体素子（１４）を封止する封止体（２０）と、前記封止体（２０）の正面（２１）に露出しているとともに、前記封止体（２０）を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成された第１放熱部材（３２、３４）と、前記封止体（２０）の前記正面（２１）とは反対側に位置する背面（２２）に露出しているとともに、前記封止体（２０）を構成する前記材料よりも熱伝達率の高い材料で構成された第２放熱部材（３６、３８）と、前記第１半導体素子（１２）と電気的に接続されているとともに、前記封止体（２０）の前記正面（２１）及び前記背面（２２）と隣り合う上面（２３）から第１方向（Ｚ）に沿って突出する少なくとも一つの第１信号端子（６２）と、前記第２半導体素子（１４）と電気的に接続されているとともに、前記封止体（２０）の前記上面（２３）から前記第１方向（Ｚ）に沿って突出する少なくとも一つの第２信号端子（６４）とを備える。

前記封止体（２０）の前記上面（２３）は、第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ、２２３ａ）と、第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ）と、前記第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ、２２３ａ）と前記第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ）との間に位置する境界線（２３ｃ）又は境界範囲（２２３ｃ）とを有する。前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲（２２３ｃ）は、前記第１信号端子（６２）と前記第２信号端子（６４）との間の沿面最短経路（Ｌ）の少なくとも一部を含む。そして、前記第１方向（Ｚ）を鉛直上方に向けたときに、前記第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ、２２３ａ）と前記第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ）のそれぞれは、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲（２２３ｃ）から前記上面（２３）の周縁（２３ｅ）に向かって鉛直下方に傾斜する。このような構成によると、半導体装置（１０、１０ａ、１０ｂ）が二つの冷却器の間にグリス（１１０）を介して配置されたときに、グリス（１１０）によって信号端子（６２、６４）間の絶縁性が損なわれることを防止又は低減することができる。

上記した半導体装置（１０、１０ａ、１０ｂ）において、前記封止体（２０）は、前記正面（２１）、前記背面（２２）及び前記上面（２３）と隣り合う右側面（２５）と、前記正面（２１）、前記背面（２２）及び前記上面（２３）と隣り合うとともに前記右側面（２５）の反対側に位置する左側面（２６）とをさらに有するとよい。この場合、前記第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ、２２３ａ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記右側面（２５）に向かって傾斜しており、前記第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記左側面（２６）に向かって傾斜しているとよい。このような構成によると、封止体（２０）の上面（２３）に進出したグリス（１１０）を、冷却器（１０４）に対向しない右側面（２５）又は左側面（２６）に向けて（即ち、本来はグリス（１１０）が存在しない方向へ）流動させることができる。

上記に加えて、前記第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ、２２３ａ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記右側面（２５）まで連続しており、前記第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記左側面（２６）まで連続しているとよい。このような構成によると、封止体（２０）の上面（２３）に進出したグリス（１１０）を、右側面（２５）又は左側面（２６）まで流動させて、封止体（２０）の上面（２３）から排出することができる。

上記した半導体装置（１０、１０ａ、１０ｂ）において、前記封止体（２０）の前記上面（２３）は、前記少なくとも一つの第１信号端子（６２）に沿って突出する第１突出部（７２）と、前記少なくとも一つの第２信号端子（６４）に沿って突出する第２突出部（７４）とをさらに有するとよい。このような構成によると、封止体（２０）の上面（２３）に進出したグリス（１１０）が、第１信号端子（６２）又は第２信号端子（６４）に達することを禁止又は抑制することができる。

１０、１０ａ、１０ｂ：半導体装置
１２：第１半導体素子
１４：第２半導体素子
２０：封止体
２１：封止体の正面
２２：封止体の背面
２３：封止体の上面
２３ａ、１２３ａ、２２３ａ：第１傾斜面
２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ：第２傾斜面
２３ｃ：境界線
２３ｅ：封止体の周縁
２５：封止体の右側面
２６：封止体の左側面
３２、３４：第１放熱部材
３６、３８：第２放熱部材
６２：第１信号端子
６４：第２信号端子
７２：第１突出部
７４：第２突出部
１００：電力変換装置
１０４：冷却器
１１０：グリス
Ｌ：沿面最短経路

特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、第１半導体素子と、第２半導体素子と、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止する封止体と、封止体の正面に露出する第１放熱部材と、封止体の背面に露出する第２放熱部材と、封止体の上面から突出する複数の第１信号端子及び複数の第２信号端子とを備える。第１放熱部材及び第２放熱部材は、封止体を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成されており、封止体内で発生した熱を封止体の外部へ放出する。

本明細書で開示される半導体装置は、第１半導体素子と、第１半導体素子と電気的に直列に接続された第２半導体素子と、第１半導体素子及び第２半導体素子を封止する封止体と、封止体の正面に露出しているとともに封止体を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された第１放熱部材と、封止体の正面の反対側に位置する背面に露出しているとともに封止体を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された第２放熱部材と、第１半導体素子と電気的に接続されているとともに封止体の正面及び背面と隣り合う上面から第１方向に沿って突出する少なくとも一つの第１信号端子と、第２半導体素子と電気的に接続されているとともに封止体の上面から第１方向に沿って突出する少なくとも一つの第２信号端子とを備える。封止体の上面は、第１傾斜面と、第２傾斜面と、第１傾斜面と第２傾斜面との間に位置する境界線又は境界範囲とを有する。境界線又は境界範囲は、第１信号端子と第２信号端子との間の沿面最短経路の少なくとも一部を含む。そして、第１方向（即ち、封止体から第１及び第２信号端子が突出する方向）を鉛直上方に向けたときに、第１傾斜面と第２傾斜面のそれぞれは、境界線又は境界範囲から上面の周縁に向かって鉛直下方に傾斜する。

図１、図３、図４に示すように、半導体装置１０はさらに、二つの第１放熱部材３２、３４と、二つの第２放熱部材３６、３８とを備える。二つの第１放熱部材３２、３４は、封止体２０の正面２１に露出している。二つの第２放熱部材３６、３８は、封止体２０の背面２２に露出している。それぞれの放熱部材３２、３４、３６、３８は、封止体２０を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成されており、封止体２０内で発生した熱（特に半導体素子１２、１４の発熱）を、封止体２０の外部へ放出する。一例ではあるが、本実施例における放熱部材３２、３４、３６、３８は、金属材料（詳しくは銅）で構成されている。放熱部材３２、３４、３６、３８を構成する材料は特に限定されない。放熱部材３２、３４、３６、３８の一部又は全部を、セラミック材料その他の熱伝導率に優れた材料で構成することができる。また、封止体２０の正面２１又は背面２２に露出する放熱部材の位置、大きさ、数も特に限定されない。半導体装置１０は、封止体２０の正面２１又は背面２２の一方又は両方に、少なくとも一つの放熱部材が露出する構成であればよい。

図３を参照して、封止体２０の内部の構成について説明する。なお、下記する説明は一例であり、半導体装置１０の構成を限定するものではない。図３に示すように、一方の第１放熱部材３２は、第１スペーサブロック４２及びはんだ層５１、５２を介して、第１半導体素子１２の上面電極１２ａに接合されている。第１スペーサブロック４２は、金属材料（詳しくは銅）で形成されており、封止体２０を構成する材料よりも高い熱伝導率を有する。また、一方の第２放熱部材３６は、はんだ層５３を介して第１半導体素子１２の下面電極１２ｂに接合されている。これらにより、第１半導体素子１２は、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱部材３２と、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱部材３６の両者と熱的に接続されている。第１半導体素子１２で発生した熱は、第１放熱部材３２及び第２放熱部材３６へ伝達され、封止体２０の外部へ放出される。

第２半導体素子１４についても、同様の構成が採用されている。即ち、他方の第１放熱部材３４は、第２スペーサブロック４４及びはんだ層５４、５５を介して、第２半導体素子１４の上面電極１４ａに接合されている。第２スペーサブロック４４は、金属材料（詳しくは銅）で形成されており、封止体２０を構成する材料よりも高い熱伝導率を有する。また、他方の第２放熱部材３８は、はんだ層５６を介して第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接合されている。これらにより、第２半導体素子１４は、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱部材３４と、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱部材３８の両者と熱的に接続されている。第２半導体素子１４で発生した熱は、第１放熱部材３４及び第２放熱部材３８へ伝達され、封止体２０の外部へ放出される。

この半導体装置１０ａについても、前述した電力変換装置１００において好適に採用することができる。そして、封止体２０と冷却器１０４との間からグリス１１０が押し出され、そのグリス１１０が封止体２０の上面２３に進出した場合は、第１傾斜面１２３ａ及び第２傾斜面１２３ｂによって、当該グリス１１０が沿面最短経路Ｌから離れるように流動する。これにより、封止体２０の上面に進出したグリス１１０が、沿面最短経路Ｌに達することが防止され、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれることを避けることができる。なお、この変形例においても、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂは互いに離間していてもよい。この場合、第１傾斜面１２３ａと第２傾斜面１２３ｂとの間には、境界線２３ｃに代わって、一定の面積を持つ境界範囲（面分）が存在し、当該境界範囲が沿面最短経路Ｌと交差する。

この半導体装置１０ｂについても、前述した電力変換装置１００において好適に採用することができる。そして、封止体２０と冷却器１０４との間からグリス１１０が押し出され、そのグリス１１０が封止体２０の上面２３に進出した場合は、第１傾斜面２２３ａ及び第２傾斜面２２３ｂによって、当該グリス１１０が沿面最短経路Ｌから離れるように流動する。これにより、封止体２０の上面に進出したグリス１１０が、沿面最短経路Ｌに達することが防止され、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の絶縁性が損なわれることを避けることができる。なお、この変形例において、第１傾斜面２２３ａと第２傾斜面２２３ｂは互いに隣接していてもよい。この場合、第１傾斜面２２３ａと第２傾斜面２２３ｂとの間には、境界範囲２２３ｃに代わって境界線が存在し、当該境界線が沿面最短経路Ｌ上を伸びる。

本明細書で開示される半導体装置（１０、１０ａ、１０ｂ）は、第１半導体素子（１２）と、前記第１半導体素子（１２）と電気的に直列に接続された第２半導体素子（１４）と、前記第１半導体素子（１２）及び前記第２半導体素子（１４）を封止する封止体（２０）と、前記封止体（２０）の正面（２１）に露出しているとともに、前記封止体（２０）を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された第１放熱部材（３２、３４）と、前記封止体（２０）の前記正面（２１）とは反対側に位置する背面（２２）に露出しているとともに、前記封止体（２０）を構成する前記材料よりも熱伝導率の高い材料で構成された第２放熱部材（３６、３８）と、前記第１半導体素子（１２）と電気的に接続されているとともに、前記封止体（２０）の前記正面（２１）及び前記背面（２２）と隣り合う上面（２３）から第１方向（Ｚ）に沿って突出する少なくとも一つの第１信号端子（６２）と、前記第２半導体素子（１４）と電気的に接続されているとともに、前記封止体（２０）の前記上面（２３）から前記第１方向（Ｚ）に沿って突出する少なくとも一つの第２信号端子（６４）とを備える。

上記した半導体装置（１０、１０ａ、１０ｂ）において、前記封止体（２０）は、前記正面（２１）、前記背面（２２）及び前記上面（２３）と隣り合う右側面（２５）と、前記正面（２１）、前記背面（２２）及び前記上面（２３）と隣り合うとともに前記右側面（２５）の反対側に位置する左側面（２６）とをさらに有するとよい。この場合、前記第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記右側面（２５）に向かって傾斜しており、前記第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記左側面（２６）に向かって傾斜しているとよい。このような構成によると、封止体（２０）の上面（２３）に進出したグリス（１１０）を、冷却器（１０４）に対向しない右側面（２５）又は左側面（２６）に向けて（即ち、本来はグリス（１１０）が存在しない方向へ）流動させることができる。

上記に加えて、前記第１傾斜面（２３ａ、１２３ａ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記右側面（２５）まで連続しており、前記第２傾斜面（２３ｂ、１２３ｂ）は、前記境界線（２３ｃ）又は前記境界範囲から前記左側面（２６）まで連続しているとよい。このような構成によると、封止体（２０）の上面（２３）に進出したグリス（１１０）を、右側面（２５）又は左側面（２６）まで流動させて、封止体（２０）の上面（２３）から排出することができる。

Claims (4)

1. 第１半導体素子と、
   前記第１半導体素子と電気的に直列に接続された第２半導体素子と、
   前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子を封止する封止体と、
   前記封止体の正面に露出しているとともに、前記封止体を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成された第１放熱部材と、
   前記封止体の前記正面とは反対側に位置する背面に露出しているとともに、前記封止体を構成する前記材料よりも熱伝達率の高い材料で構成された第２放熱部材と、
   前記第１半導体素子と電気的に接続されているとともに、前記封止体の前記正面及び前記背面と隣り合う上面から第１方向に沿って突出する少なくとも一つの第１信号端子と、
   前記第２半導体素子と電気的に接続されているとともに、前記封止体の前記上面から前記第１方向に沿って突出する少なくとも一つの第２信号端子と、を備え、
   前記封止体の前記上面は、第１傾斜面と、第２傾斜面と、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に位置する境界線又は境界範囲とを有し、
   前記境界線又は前記境界範囲は、前記第１信号端子と前記第２信号端子との間の沿面最短経路の少なくとも一部を含み、
   前記第１方向を鉛直上方に向けたときに、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面のそれぞれは、前記境界線又は前記境界範囲から前記上面の周縁に向かって鉛直下方に傾斜する、
   半導体装置。
2. 前記封止体は、前記正面、前記背面及び前記上面と隣り合う右側面と、前記正面、前記背面及び前記上面と隣り合うとともに前記右側面の反対側に位置する左側面とをさらに有し、
   前記第１傾斜面は、前記境界線又は前記境界範囲から前記右側面に向かって傾斜しており、
   前記第２傾斜面は、前記境界線又は前記境界範囲から前記左側面に向かって傾斜している、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１傾斜面は、前記境界線又は前記境界範囲から前記右側面まで連続しており、
   前記第２傾斜面は、前記境界線又は前記境界範囲から前記左側面まで連続している、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記封止体の前記上面は、前記少なくとも一つの第１信号端子に沿って突出する第１突出部と、前記少なくとも一つの第２信号端子に沿って突出する第２突出部とをさらに有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。

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