JP2019117878A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属異物の発生を抑制すること。【解決手段】半導体装置１０は、金属ベース基板１１と、複数のスイッチング素子２３と、複数のダイオード２４と、端子２５，２６と、ケース部４１と、を備える。金属ベース基板１１は、方形状の金属ベース１２と、基板部２１と、を備える。ケース部４１は、基板部２１に重ねて配置されている。ケース部４１は、ケース本体４２と、ケース本体４２から突出する突出部５０と、を備える。突出部５０は、幅方向において、金属ベース１２より突出している。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体素子を備える半導体装置としては、例えば、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載の半導体装置は、金属ベースと、半導体素子が実装された基板と、半導体素子を囲むように配置されたケース部と、を備える。基板は、金属ベースに重ねて配置されており、これにより半導体素子の発する熱が放熱されやすくなっている。

特開２０００−３０７０５６号公報

ところで、半導体装置を安定した状態で運搬、実装、保護することを目的として、半導体装置をスティック梱包する場合がある。スティック梱包では、梱包材であるマガジンスティックに半導体装置が一列に並べられた状態で詰め込まれる。この際、隣り合う半導体装置の金属ベース同士が接触すると、金属粉などの金属異物が生じる場合がある。この金属異物によって絶縁不良が生じる場合がある。

本発明の目的は、金属異物の発生を抑制できる半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決する半導体装置は、金属ベースと、半導体素子が実装される基板部と、前記半導体素子を収容する絶縁性のケース部と、を備え、前記ケース部は、幅方向において、前記金属ベースと面一、あるいは、前記金属ベースより内側となるように取り付けられたケース本体と、幅方向において、前記金属ベースより突出する突出部と、を備える。

半導体装置をスティック梱包する際には、半導体装置の幅方向がマガジンスティックへの詰め込み方向となるように半導体装置の詰め込みが行われる。ケース部は、幅方向において、金属ベースより突出する突出部を備えているため、マガジンスティック内で隣り合う半導体装置同士は、突出部とケース部とで接触することになる。このため、金属ベース同士が接触することが抑制され、金属異物の発生を抑制することができる。

上記半導体装置について、前記基板部は、絶縁層と配線層とを備え、前記金属ベース及び前記基板部は、金属ベース基板を構成し、前記半導体素子は、前記金属ベース基板に実装されていてもよい。

上記半導体装置について、前記基板部は、前記金属ベースに重ねて設けられた基板であってもよい。
これによれば、金属ベースを有するさまざまな半導体装置について、金属ベース同士が接触することが抑制され、金属異物の発生を抑制することができる。

上記半導体装置について、前記ケース本体は、互いに平行であるスライド面を有し、前記突出部は、前記ケース部の前記スライド面以外の面から突出しており、前記突出部は、前記スライド面の一面から正面視した場合に、前記金属ベースの端部よりも幅方向に突出していてもよい。

これによれば、マガジンスティックに半導体装置を詰め込む際に、スライド面がマガジンスティックに摺動するように詰め込みを行うことで、半導体装置を円滑にマガジンスティックに詰め込むことができる。

上記半導体装置について、前記金属ベースは方形状であってもよい。
金属ベースを方形状とすることで、マガジンスティック内に半導体装置を詰め込んだ際に、半導体装置同士の間にデッドスペースが生じにくい。したがって、マガジンスティックに効率良く半導体装置を詰め込むことができる。

本発明によれば、金属異物の発生を抑制できる。

半導体装置の斜視図。 半導体装置の一部を破断して示す平面図。 第３壁部の外面から半導体装置を正面視した図。 マガジンスティックに詰め込まれる半導体装置を模式的に示す図。 マガジンスティック内で隣り合う半導体装置を示す模式図。 変形例の半導体装置の一部を破断して示す平面図。

以下、半導体装置の一実施形態について説明する。
図１、及び、図２に示すように、半導体装置１０は、金属ベース基板１１と、複数のスイッチング素子２３と、複数のダイオード２４と、端子２５，２６と、ケース部４１と、を備える。本実施形態の半導体装置１０は、インバータである。インバータは、例えば、電動圧縮機に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換して、電動圧縮機のモータに供給する。

金属ベース基板１１は、方形状の金属ベース１２と、基板部２１と、を備える。金属ベース１２は、銅やアルミニウムなどの金属製である。基板部２１は、金属ベース１２の板厚方向の一面に設けられた絶縁層１３と、絶縁層１３に設けられた配線層としての複数の導体パターン２２と、を備える。金属ベース基板１１は、金属ベース１２に基板としての基板部２１を重ねて設けたものであるといえる。以下の説明において、金属ベース１２の長手方向を幅方向とする。

基板部２１には、複数のスイッチング素子２３、複数のダイオード２４、及び、複数の端子２５，２６が実装されている。本実施形態のスイッチング素子２３は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。スイッチング素子２３、及び、ダイオード２４によってインバータ回路が構成されている。本実施形態において、スイッチング素子２３、及び、ダイオード２４が半導体素子となる。

端子２５は、幅方向に並んで複数設けられている。各端子２５のうち３つは、バッテリの正極に接続される入力端子であり、各端子２５のうち３つはバッテリの負極に接続される入力端子であり、各端子２５のうち３つはモータに接続される出力端子である。端子２６は、幅方向に並んで複数設けられている。端子２６は、信号端子である。信号端子は、各スイッチング素子２３を制御する制御端子、温度検出用の端子、電圧検出用の端子などである。

ケース部４１は、ケース本体４２と、ケース本体４２から突出する突出部５０と、を備える。ケース部４１は、樹脂製である。ケース部４１は、基板部２１に重ねて配置されている。ケース本体４２は、四角枠状である。ケース本体４２は、基板部２１に実装されたスイッチング素子２３、ダイオード２４、及び、端子２５，２６を囲むように設けられている。図示は省略するが、ケース本体４２内には、封止樹脂が充填されている。

ケース本体４２は、４つの壁部４３，４４，４５，４６を備える。４つの壁部４３，４４，４５，４６のうち、金属ベース１２の短手方向に向かい合う２つの壁部４３，４４を第１壁部４３及び第２壁部４４とする。また、４つの壁部４３，４４，４５，４６のうち幅方向に向かい合う２つの壁部４５，４６を第３壁部４５及び第４壁部４６とする。

第１壁部４３の外面４３Ａ、及び、第２壁部４４の外面４４Ａは、互いに平行である。なお、第１壁部４３の外面４３Ａ、及び、第２壁部４４の外面４４Ａは、幅方向に延びる面である。

金属ベース１２の幅方向の両面１２Ａ，１２Ｂの一方を第１側面１２Ａとし、他方を第２側面１２Ｂとする。第３壁部４５の外面４５Ａと第４壁部４６の外面４６Ａとの面間距離は、第１側面１２Ａと第２側面１２Ｂとの面間距離よりも短い。即ち、ケース本体４２の幅方向の寸法は、金属ベース１２の幅方向の寸法よりも短い。幅方向において、ケース本体４２は、金属ベース１２より内側となるように配置されている。

突出部５０は、第３壁部４５の外面４５Ａ、及び、第４壁部４６の外面４６Ａから突出している。本実施形態では、ケース本体４２に２つの突出部５０が設けられていることになる。なお、各突出部５０は、同一形状である。

突出部５０は、ケース本体４２から幅方向に突出する直方体状の第１突部５１と、第１突部５１の先端面５１Ａから幅方向に突出する方形状の第２突部５２と、を備える。第１突部５１の先端面５１Ａは、金属ベース１２の幅方向の両面１２Ａ，１２Ｂと面一となっている。幅方向において、第２突部５２は、金属ベース１２より外側に突出している。

第２突部５２の第１突部５１からの突出量、言い換えれば、第２突部５２の幅方向の寸法は、金属ベース基板１１と、ケース部４１の寸法公差に応じて設定されている。詳細にいえば、金属ベース基板１１の幅方向の寸法、及び、ケース部４１の幅方向の寸法が公差の範囲内であれば、幅方向において、第２突部５２が金属ベース１２より突出するように第２突部５２の幅方向の寸法は定められている。このように第２突部５２の幅方向の寸法を定めることで、寸法公差に関わらず、第２突部５２は、幅方向において、金属ベース１２より突出することになる。

図３に示すように、第３壁部４５の外面４５Ａ（あるいは、第４壁部４６の外面４６Ａ）から半導体装置１０を正面視した場合、第２突部５２は、金属ベース１２の端部よりも幅方向に突出している。

次に、本実施形態の半導体装置１０の作用について説明する。
図４に示すように、半導体装置１０をスティック梱包する際には、マガジンスティック６０に半導体装置１０を詰め込んでいく。マガジンスティック６０は、透過性の材料によって製造された筒状の部材である。

半導体装置１０は、幅方向がマガジンスティック６０への詰め込み方向となるように詰め込まれていく。この際、図２に示すように、第１壁部４３の外面４３Ａ、及び、第２壁部４４の外面４４Ａは互いに平行であるため、マガジンスティック６０の互いに平行である側壁部６１，６２に対して円滑に摺動する。これにより、半導体装置１０は、マガジンスティック６０内を円滑にスライドしていく。第１壁部４３の外面４３Ａ、及び、第２壁部４４の外面４４Ａは、半導体装置１０を円滑にスライドさせるスライド面となる。したがって、第３壁部４５の外面４５Ａ、及び、第４壁部４６の外面４６Ａから突出する突出部５０は、スライド面以外の面から突出しているといえる。

図５に示すように、マガジンスティック６０内で隣り合う半導体装置１０同士は、突出部５０とケース部４１とで接触している。本実施形態では、半導体装置１０の幅方向の両側に突出部５０を設けているため、隣り合う半導体装置１０同士は、突出部５０同士で接触することになる。

スティック梱包が行われた後に、半導体装置１０が詰め込まれたマガジンスティック６０を搬送すると、振動や衝撃で半導体装置１０同士が衝突する場合がある。この際、本実施形態の半導体装置１０では、互いの突出部５０（第２突部５２）が衝突する。仮に、互いの突出部５０（第２突部５２）の衝突により、異物が発生した場合であっても、この異物は絶縁性（本実施形態では樹脂）である。このため、異物の発生を原因として、絶縁不良が生じることが抑制されている。

したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ケース部４１は、幅方向において、金属ベース１２より突出する突出部５０を備える。半導体装置１０をスティック梱包すると、隣り合う半導体装置１０同士は、互いの突出部５０（第２突部５２）、言い換えると一方の突出部５０と他方のケース部４１の一部とで接触する。このため、隣り合う半導体装置１０の金属ベース１２同士が接触することが抑止され、金属異物の発生を抑制することができる。端子２５などに金属異物が付着することで、絶縁不良が生じることを抑制できる。

（２）第１壁部４３の外面４３Ａ、及び、第２壁部４４の外面４４Ａは、互いに平行である。第１壁部４３の外面４３Ａ、及び、第２壁部４４の外面４４Ａは、マガジンスティック６０に半導体装置１０を詰め込む際に、マガジンスティック６０と円滑に摺動する。したがって、半導体装置１０を円滑にマガジンスティック６０に詰め込むことができる。

（３）金属ベース１２は、方形状である。このため、マガジンスティック６０内に半導体装置１０を詰め込んだ際に、半導体装置１０同士の間にデッドスペースが生じにくい。したがって、マガジンスティック６０に効率良く半導体装置１０を詰め込むことができる。

（４）第３壁部４５、及び、第４壁部４６の両方に突出部５０を設けている。これにより、半導体装置１０の幅方向の両側に突出部５０が設けられていることになる。マガジンスティック６０は、筒状の部材であるため、マガジンスティック６０に半導体装置１０を詰め込んだ後には、マガジンスティック６０の両端にキャップを装着する。この際、第３壁部４５及び第４壁部４６のいずれかにのみ突出部５０が設けられている場合、マガジンスティック６０内の両端の半導体装置１０のうちいずれかの半導体装置１０の金属ベース１２とキャップとが接触するおそれがある。金属ベース１２とキャップとの接触により、金属異物が生じると、絶縁不良の原因となる。

これに対して、半導体装置１０の幅方向の両側に突出するように２つの突出部５０を設けることで、マガジンスティック６０内の両端の半導体装置１０は、突出部５０でキャップと接触することになる。金属ベース１２とキャップとの接触により、金属異物が生じることを抑制できるため、絶縁不良が生じることを更に抑制することができる。

（５）第３壁部４５、及び、第４壁部４６の両方に突出部５０を設けていることで、幅方向に向かい合う両壁部４５，４６のうち、いずれの壁部４５，４６からマガジンスティック６０に詰め込むかを統一しなくても金属ベース１２同士の接触を抑制できる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○図６に示すように、金属ベース１２は、方形状以外の形状であってもよい。例えば、金属ベース１２は、長円形状であってもよい。図６に示すように、ケース本体７０の形状は、金属ベース１２の形状に合わせて変更してもよい。図６に示すケース本体７０は、長円形状であり、幅方向に向かい合う２つの壁部７１が弧状に湾曲している。

○図６に示すように、２つの壁部７１のいずれかに突出部７２が設けられていてもよい。即ち、半導体装置１０は、金属ベース１２より、幅方向の一方に突出する突出部７２を備えていてもよい。この場合、マガジンスティック６０に半導体装置１０を詰め込む際に、幅方向に向かい合う２つの壁部７１のうちいずれの壁部７１からマガジンスティック６０に詰め込まれるかを統一する。この場合、半導体装置１０をスティック梱包する時に、隣り合う半導体装置１０同士は、突出部７２と壁部７１（ケース本体）とで接触するようにする。これにより、金属ベース基板１１同士の接触を抑止することができる。このようにすれば、より多くの半導体装置１０を同じマガジンスティック６０に詰め込むことができる。

○第３壁部４５の外面４５Ａ、及び、第４壁部４６の外面４６Ａは、互いに平行となっていなくてもよい。即ち、ケース本体は、突出部により、隣り合う金属ベースが接触しないように半導体装置をマガジンスティックに詰め込むことができれば、スライド面を備えていなくてもよい。

○ケース本体４２は、幅方向において、金属ベース１２と面一であってもよい。即ち、第３壁部４５の外面４５Ａが金属ベース１２の第１側面１２Ａと面一であり、第４壁部４６の外面４６Ａが金属ベース１２の第２側面１２Ｂと面一であってもよい。

○突出部５０の形状は、適宜変更してもよい。例えば、突出部５０は、円柱状であってもよいし、多角柱状であってもよい。
○突出部５０は、第２突部５２を備えていなくてもよい。即ち、突出部５０は、実施形態における第１突部５１を金属ベース１２の両面１２Ａ，１２Ｂよりも幅方向の外側に突出させたものでもよい。

○２つの突出部５０は異なる形状であってもよい。
○基板としては、金属ベース基板１１に限られず、基板部２１は、金属ベース１２に重ねて設けられ、半導体素子が実装されたプリント基板など、他の種類の基板であってもよい。

○第３壁部４５、及び、第４壁部４６の一部を金属ベース１２の両面よりも幅方向の外側に突出させることで、突出部としてもよい。この場合、第３壁部４５及び第４壁部４６において、金属ベース１２の両面１２Ａ，１２Ｂよりも幅方向の外側となる部分が突出部となり、第３壁部４５及び第４壁部４６において、金属ベース１２の両面１２Ａ，１２Ｂよりも幅方向の内側の部分がケース本体４２の一部となる。

○半導体装置１０は、インバータに限られず、半導体素子を搭載したものであればよい。例えば、半導体素子としてスイッチング素子を備えるコンバータであってもよいし、他の装置であってもよい。

○ケース部４１は、樹脂以外の絶縁材料性であってもよい。
○スイッチング素子２３としては、ＭＯＳＦＥＴなどを用いてもよい。

１０…半導体装置、１１…金属ベース基板、１２…金属ベース、１３…絶縁層、２１…基板部（基板）、２２…導体パターン（配線層）、２３…スイッチング素子（半導体素子）、２４…ダイオード（半導体素子）、４１…ケース部、４２…ケース本体、４３Ａ…外面（スライド面）、４４Ａ…外面（スライド面）、５０…突出部。

Claims (5)

1. 金属ベースと、
   半導体素子が実装される基板部と、
   前記半導体素子を収容する絶縁性のケース部と、を備え、
   前記ケース部は、
   幅方向において、前記金属ベースと面一、あるいは、前記金属ベースより内側となるように取り付けられたケース本体と、
   幅方向において、前記金属ベースより突出する突出部と、を備える半導体装置。
2. 前記基板部は、絶縁層と配線層とを備え、
   前記金属ベース及び前記基板部は、金属ベース基板を構成し、
   前記半導体素子は、前記金属ベース基板に実装される請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記基板部は、前記金属ベースに重ねて設けられた基板である請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記ケース本体は、互いに平行であるスライド面を有し、
   前記突出部は、前記ケース部の前記スライド面以外の面から突出しており、
   前記突出部は、前記スライド面の一面から正面視した場合に、前記金属ベースの端部よりも幅方向に突出している請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記金属ベースは方形状である請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の半導体装置。