JP2021034638A

JP2021034638A - 半導体装置

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Publication number: JP2021034638A
Application number: JP2019155452A
Authority: JP
Inventors: 貴夫三井; Takao Mitsui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: JP7292155B2; JP2023101835A

Abstract

【課題】半導体装置の配線のインダクタンスを低減させるとともに、第２電極と中間電極との間の絶縁性能を向上させることができる半導体装置を得る。【解決手段】半導体装置１は、第１銅板１０１と、第１半導体素子１０３と、第２銅板１０２と、第２半導体素子１０４と、第１電極１０７と、中間電極１０８と、第２電極１０９と、絶縁性樹脂部１１８とを備え、第２電極樹脂被覆部１１９は、第２電極対向部１２０を有し、第２電極対向部１２０は、中間電極１０８よりも絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａの近くに配置され、高さ方向Ｂについて、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の領域の寸法は、中間電極１０８と第２電極対向部１２０との間の領域の寸法よりも小さい。【選択図】図３

Description

この発明は、第１電極、中間電極および第２電極を備えた半導体装置に関する。

従来、第１金属板と、第１半導体素子と、第２金属板と、第２半導体素子と、第１電極と、中間電極と、第２電極と、絶縁性樹脂部とを備えた半導体装置が知られている。第１半導体素子は、第１金属板に設けられている。第２半導体素子は、第２金属板に設けられている。第１電極は、第１金属板に接続されている。中間電極は、第１半導体素子の表面と第２金属板に接続されている。第２電極は、第２半導体素子の表面に接続されている。絶縁性樹脂部は、第１金属板、第１半導体素子、第２金属板、第２半導体素子、第１電極、中間電極および第２電極に渡って設けられている。第２電極および中間電極は、互いに対向する部分を有している。互いに対向する第２電極の一部と中間電極の一部との間の距離が短くなることによって、半導体装置の配線のインダクタンスが低減される（例えば、特許文献１参照）。

特許第５９２４１６４号公報

しかしながら、互いに対向する第２電極の一部と中間電極の一部との間の距離が短くなることによって、互いに対向する第２電極の一部と中間電極の一部との間の領域への樹脂の注入が難しくなる。これにより、互いに対向する第２電極の一部と中間電極の一部との間の全領域に渡って絶縁性樹脂部を配置することが難しくなる。その結果、第２電極と中間電極との間の絶縁性能が低下するという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体装置の配線のインダクタンスを低減させるとともに、第２電極と中間電極との間の絶縁性能を向上させることができる半導体装置を提供するものである。

この発明に係る半導体装置は、第１金属板と、第１金属板に設けられた第１半導体素子と、第１金属板から離れて設けられた第２金属板と、第２金属板に設けられた第２半導体素子と、第１金属板に接続された第１電極と、第１半導体素子の表面と第２金属板とに接続された中間電極と、第２半導体素子の表面に接続された第２電極と、第１金属板、第１半導体素子、第２金属板、第２半導体素子、第１電極、中間電極および第２電極に渡って設けられ、第１電極の一部、中間電極および第２電極の一部を覆う絶縁性樹脂部とを備え、絶縁性樹脂部に覆われた第２電極の部分である第２電極樹脂被覆部は、絶縁性樹脂部の高さ方向について中間電極から離れて設けられ、中間電極に対向する第２電極対向部を有し、第２電極対向部は、中間電極よりも絶縁性樹脂部の表面の近くに配置され、第２電極対向部と絶縁性樹脂部の表面との間の最短距離は、中間電極と第２電極対向部との間の最短距離よりも小さい。

この発明に係る半導体装置によれば、半導体装置の配線のインダクタンスを低減させるとともに、第２電極と中間電極との間の絶縁性能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る半導体装置を備えた３相インバータ装置を示す回路図である。図１の半導体装置を示す平面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３の第２電極対向部および中間電極対向部の間の領域の寸法と半導体装置の配線のインダクタンスとの関係を示すグラフである。この発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。実施の形態２に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。この発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。図８の半導体装置の製造工程における液体樹脂の流動方向を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る半導体装置を備えた３相インバータ装置を示す回路図である。３相インバータ装置は、３つの半導体装置１を備えている。３つの半導体装置１のそれぞれは、３相インバータ装置における３つの相のそれぞれに対応している。３つの半導体装置１のそれぞれは、上アーム１１と、下アーム１２とを備えている。

図２は、図１の半導体装置１を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。半導体装置１は、第１金属板である第１銅板１０１と、第２金属板である第２銅板１０２と、第１銅板１０１に設けられた第１半導体素子１０３と、第２銅板１０２に設けられた第２半導体素子１０４とを備えている。

第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４のそれぞれは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などから構成されている。また、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４のそれぞれは、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などから構成されている。半導体装置１は、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４を１個ずつ、または、複数個ずつ備えている。この例では、半導体装置１は、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４を３個ずつ備えている。図１では、ダイオードを備えた半導体装置１が示されているが、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４がＩＧＢＴから構成されている場合には、半導体装置１は、ダイオードを備えなくてもよい。

図２および図３に示すように、半導体装置１は、第１銅板１０１と第１半導体素子１０３の裏面とを互いに接合させる第１接合材１０５と、第２銅板１０２と第２半導体素子１０４の裏面とを互いに接合させる第１接合材１０６とを備えている。また、半導体装置１は、第１銅板１０１に接続された第１電極１０７と、第１半導体素子１０３の表面と第２銅板１０２とに接続された中間電極１０８とを備えている。また、半導体装置１は、第２半導体素子１０４の表面に接続された第２電極１０９と、第２銅板１０２に接続された出力配線１１０とを備えている。第１電極１０７は、図示しない外部電極に接続される。第２電極１０９は、図示しない外部電極に接続される。

また、半導体装置１は、第１半導体素子１０３の表面と中間電極１０８とを互いに接合させる第２接合材１１１と、第２銅板１０２と中間電極１０８と互いに接合させる第２接合材１１２と、第２半導体素子１０４の表面と第２電極１０９とを互いに接合させる第２接合材１１３とを備えている。

また、半導体装置１は、複数の第１制御端子１１４と、複数の第１ワイヤボンド１１５と、複数の第２制御端子１１６と、複数の第２ワイヤボンド１１７とを備えている。第１ワイヤボンド１１５は、第１半導体素子１０３の表面と第１制御端子１１４とに接続されている。第２ワイヤボンド１１７は、第２半導体素子１０４の表面と第２制御端子１１６とに接続されている。第１ワイヤボンド１１５および第２ワイヤボンド１１７のそれぞれは、アルミニウムから構成されている。第１半導体素子１０３の表面および第１制御端子１１４への第１ワイヤボンド１１５の接続、および、第２半導体素子１０４の表面および第２制御端子１１６への第２ワイヤボンド１１７の接続のそれぞれは、超音波接合によって行われる。

また、半導体装置１は、絶縁性樹脂部１１８を備えている。絶縁性樹脂部１１８は、第１銅板１０１、第１半導体素子１０３、第２銅板１０２、第２半導体素子１０４、第１電極１０７、中間電極１０８および第２電極１０９に渡って設けられている。また、絶縁性樹脂部１１８は、第１電極１０７の一部、中間電極１０８の全体および第２電極１０９の一部を覆っている。また、絶縁性樹脂部１１８は、第１制御端子１１４の一部、第１ワイヤボンド１１５の全体、第２制御端子１１６の一部および第２ワイヤボンド１１７の全体を覆っている。

絶縁性樹脂部１１８は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などから構成されている。絶縁性樹脂部１１８は、トランスファーモールドまたはインジェクションモールドによって形成される。図２では、絶縁性樹脂部１１８が形成される際に液体の絶縁性樹脂が供給される流入口２が示されている。絶縁性樹脂部１１８には、流入口２にある絶縁性樹脂部１１８が切断されたことによって形成された流入口２の跡が形成される。したがって、絶縁性樹脂部１１８に対する流入口２の跡の位置が特定可能である。図２では、流入口２は、流入口２を通る液体の絶縁性樹脂の流れが絶縁性樹脂部１１８の奥行方向Ａとなるように配置されている。なお、流入口２は、例えば、流入口２を通る液体の絶縁性樹脂の流れが絶縁性樹脂部１１８の高さ方向Ｂとなるように配置されてもよい。

第２電極１０９における絶縁性樹脂部１１８に覆われた部分を第２電極樹脂被覆部１１９とする。第２電極樹脂被覆部１１９は、高さ方向Ｂについて中間電極１０８から離れて設けられ、中間電極１０８に対向する第２電極対向部１２０を有している。

中間電極１０８は、第２電極対向部１２０に対向する中間電極対向部１２１と、絶縁性樹脂部１１８の幅方向Ｃについて中間電極対向部１２１から突出する中間電極突出部１２２とを有している。中間電極突出部１２２は、中間電極対向部１２１よりも幅方向Ｃについて、流入口２の近くに配置されている。言い換えれば、中間電極１０８は、第２電極１０９よりも、幅方向Ｃについて、流入口２の近くに配置されている。

第２電極対向部１２０は、中間電極対向部１２１よりも絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａの近くに配置されている。高さ方向Ｂについて、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の領域ａの寸法をＬ１とする。寸法Ｌ１は、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の最短距離である。高さ方向Ｂについて、中間電極対向部１２１と第２電極対向部１２０との間の領域ｂの寸法をＬ２とする。寸法Ｌ２は、中間電極対向部１２１と第２電極対向部１２０との間の最短距離である。この場合に、寸法Ｌ１は、寸法Ｌ２よりも小さい。すなわち、Ｌ１＜Ｌ２が満たされている。

第１電極１０７および第２電極１０９は、互いの電気的絶縁が確保可能な距離を保った状態で配置されている。第１電極１０７における絶縁性樹脂部１１８から突出する部分である第１電極露出部１０７Ａおよび第２電極１０９における絶縁性樹脂部１１８から突出する部分である第２電極露出部１０９Ａは、幅方向Ｃに互いに隣り合うように配置されている。

第１銅板１０１および第２銅板１０２は、幅方向Ｃについて、互いに隣り合うように配置されている。第１銅板１０１は、第２銅板１０２よりも幅方向Ｃについて、流入口２の近くに配置されている。言い換えれば、流入口２の跡は、第２銅板１０２よりも第１銅板１０１の近くに配置されている。

出力配線１１０には、図示しないモータが接続される。出力配線１１０は、第１電極露出部１０７Ａおよび第２電極露出部１０９Ａに対して、奥行方向Ａについて、互いに反対方向に絶縁性樹脂部１１８から延びている。

第１銅板１０１および第２銅板１０２は、絶縁物を介して互いに固定されてもよい。第１銅板１０１および第２銅板１０２のそれぞれは、例えば、絶縁シートに銅板が張り付けられたもの、絶縁物の銅パターンが設けられた絶縁基板などであってもよい。

絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに対して垂直方向に視た場合に、上アーム１１および下アーム１２を互いに接続する中間電極１０８の部分を上下アーム接続部分１２３とする。上下アーム接続部分１２３において、中間電極１０８および第２電極１０９のそれぞれの奥行方向Ａの寸法が一致する場合に、半導体装置１における配線のインダクタンスが最も低減される。

高さ方向Ｂについて、流入口２の位置は、第２電極１０９の位置と一致している。これにより、流入口２から供給された絶縁性樹脂部１１８を構成する液体の絶縁性樹脂は、第１銅板１０１の上面よりも上方から供給される。これにより、流入口２から供給された絶縁性樹脂の流れに発生する乱れが少なくなる。少なくとも、第１銅板１０１の上面よりも高さ方向Ｂについて高い位置に流入口２が配置されることによって、流入口２から注入された絶縁性樹脂が第１銅板１０１の側面に当たることが防止される。絶縁性樹脂が第１銅板１０１の側面に当たる場合には、絶縁性樹脂の流れに乱れが発生し、絶縁性樹脂が金型の全領域に行き渡ることが難しくなる。

半導体装置１の配線のインダクタンスの大きさは、自己誘導による自己インダクタンスの大きさと、相互誘導による相互インダクタンスの大きさとの和となる。自己インダクタンスは、配線の長さに依存する。相互インダクタンスは、励起磁界に依存する。したがって、半導体装置１の配線のインダクタンスを低減させるためには、配線の長さを小さくすること、および、励起磁界を打ち消すことが重要となる。

３相インバータ装置では、図示しない制御装置によって、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４のそれぞれの通電が制御される。３相インバータ装置では、第１半導体素子１０３が通電された場合に、第２半導体素子１０４への通電が遮断される。また、３相インバータ装置では、第２半導体素子１０４が通電された場合に、第１半導体素子１０３への通電が遮断される。したがって、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４には、相補に通電および通電の遮断が繰り返される。これにより、第１電極１０７および第２電極１０９には、互いに逆方向の励起磁界が発生し、第２電極１０９および中間電極１０８には、互いに逆方向の励起磁界が発生する。その結果、第１電極１０７および第２電極１０９の間と、第２電極１０９および中間電極１０８の間とにおいて、互いの励起磁界が打ち消し合う。互いの励起磁界が打ち消しあうことによって、半導体装置１の配線の相互インダクタンスが低減される。その結果、半導体装置１の配線のインダクタンスが低減される。

しかしながら、第２電極１０９および中間電極１０８における互いに対向する部分の間には、電気的絶縁が必要である。言い換えれば、第２電極対向部１２０と中間電極対向部１２１との間には、電気的絶縁が必要である。車載用の電力変換装置では、第２電極１０９および中間電極１０８における互いに対向する部分の間では、最大１．２ｋＶ程度の電圧に耐えられる電気的絶縁が必要である。

第２電極１０９および中間電極１０８のそれぞれには、交流電流が流れる。したがって、第２電極対向部１２０および中間電極対向部１２１の間に放電が発生する場合に、絶縁性樹脂部１１８に劣化が発生して、半導体装置１において絶縁破壊が発生する恐れがある。そのため、第２電極対向部１２０および中間電極対向部１２１の間の絶縁性樹脂部１１８の部分では、ボイドなどの欠陥が問題となる。

第２電極対向部１２０と中間電極対向部１２１との間を確実に絶縁するために、第２電極１０９および中間電極１０８の間に絶縁紙などの絶縁物を予め挿入することが考えられる。しかしながら、熱可塑性の絶縁性樹脂によって絶縁性樹脂部１１８が成形される時に、挿入された絶縁物が第２電極１０９と中間電極１０８との間の領域からずれないように工夫する必要がある。また、挿入された絶縁物を第２電極１０９と中間電極１０８との間に配置する場合に、絶縁物の位置決めが難しい。したがって、絶縁物を第２電極１０９と中間電極１０８との間に挿入することによって、半導体装置１の生産性が悪化する。

領域ｂへの絶縁性樹脂の注入にかかる時間は、領域ｂの高さ方向Ｂの寸法Ｌ２が小さくなるほど長くなる。領域ｂへの絶縁性樹脂の注入に長時間がかかる場合には、領域ｂへ絶縁性樹脂の注入が終わる前に、第２電極１０９の上面に絶縁性樹脂の圧力が作用する場合がある。この場合に、第２電極１０９の変形が発生する。

実施の形態１では、高さ方向Ｂについて、領域ａの寸法Ｌ１は、領域ｂの寸法Ｌ２よりも小さい。これにより、領域ａを通る絶縁性樹脂の流動抵抗は、領域ｂを通る絶縁性樹脂の流動抵抗よりも大きくなる。したがって、領域ｂに確実に絶縁性樹脂が確実に注入される。

また、実施の形態１では、中間電極１０８が中間電極突出部１２２を有している。中間電極突出部１２２は、流入口２から注入された絶縁性樹脂を領域ｂに導く。これにより、絶縁性樹脂が領域ｂに確実に注入される。したがって、絶縁性樹脂を注入する注型工程のみによって、第２電極１０９と中間電極１０８との間の電気的絶縁を確保することができる。

第２電極対向部１２０および中間電極対向部１２１における互いに対向する面の面積が小さい場合には、領域ｂに絶縁性樹脂を確実に注入することができる。また、高さ方向Ｂについての領域ｂの寸法Ｌ２が大きい場合にも、領域ｂに絶縁性樹脂を確実に注入することができる。したがって、例えば、寸法Ｌ２が１ｍｍ程度である場合には、寸法Ｌ１が寸法Ｌ２よりも大きい場合であっても、領域ｂに絶縁性樹脂を確実に注入することができる。しかしながら、第２電極対向部１２０および中間電極対向部１２１における互いに対向する面の面積が同一であっても、高さ方向についての領域ｂの寸法Ｌ２が変化することによって、半導体装置１の配線のインダクタンスが変化する。

図４は、図３の第２電極対向部１２０および中間電極対向部１２１の間の領域ｂの寸法Ｌ２と半導体装置１の配線のインダクタンスとの関係を示すグラフである。高さ方向についての領域ｂの寸法Ｌ２が小さくなるにつれて、第２電極１０９および中間電極１０８の間における互いに励起磁界を打ち消す効果が大きくなる。したがって、高さ方向についての領域ｂの寸法Ｌ２が小さくなることによって、相互インダクタンスを低減させる効果が大きくなる。その結果、半導体装置１の配線のインダクタンスを低減させることができる。

半導体装置１の配線のインダクタンスが低減されることによって、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４がスイッチングする場合に発生するサージ電圧を低くすることができる。これにより、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４に発生する電力損失が低減される。その結果、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４の小型化を図ることができ、または、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４のサイズを維持したまま出力を大きくすることができる。

第１接合材１０５、１０６の融点は、第２接合材１１１、１１２、１１３の融点よりも高い。第１接合材１０５、１０６としては、例えば、Ａｇシンターが挙げられる。第１電極１０７、中間電極１０８および第２電極１０９は、一括して接合される。第１電極１０７、中間電極１０８および第２電極１０９のそれぞれが接合される時に、第１接合材１０５および第１接合材１０６が溶融する場合には、第１半導体素子１０３が第１銅板１０１から移動し、第２半導体素子１０４が第２銅板１０２から移動する可能性がある。第１半導体素子１０３が第１銅板１０１から移動し、または、第２半導体素子１０４が第２銅板１０２から移動する場合には、第１ワイヤボンド１１５または第２ワイヤボンド１１７に影響が発生する。また、第１半導体素子１０３が第１銅板１０１から移動する場合には、第２接合材１１１または中間電極１０８が第１半導体素子１０３における他の電位のパッドに接触する可能性がある。また、第２半導体素子１０４が第２銅板１０２から移動する場合には、第２接合材１１３または第２電極１０９が第２半導体素子１０４における他の電気のパッドに接触する可能性がある。これらの場合には、半導体装置１が不良となる。

第１接合材１０５、１０６としてＡｇシンターのような焼結材が用いられた場合に、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４のそれぞれが接合される時に、第２接合材１１１および第２接合材１１３が溶融しない。これにより、第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４の位置精度が向上する。第１半導体素子１０３および第２半導体素子１０４の位置精度が向上することによって、第１電極１０７、中間電極１０８および、第２電極１０９の位置ずれに裕度ができる。その結果、半導体装置１の生産性を向上させることができる。

第１銅板１０１と中間電極１０８との間の領域ｃに対しても、液体の絶縁性樹脂を確実に注入する必要がある。領域ｂに注入された絶縁性樹脂が領域ｃに注入される。したがって、高さ方向Ｂについての領域ｃの寸法Ｌ３が、例えば、０．１ｍｍを下回る寸法でない場合には、領域ｃに絶縁性樹脂が確実に注入される。

高さ方向Ｂについての領域ｃの寸法Ｌ３が１ｍｍを超える場合には、領域ｃに絶縁性樹脂がより確実に注入される。しかしながら、第１銅板１０１と中間電極１０８との間においても、互いに打ち消すような励起磁界が発生する。したがって、寸法Ｌ３が大きくなることによって、第１銅板１０１および中間電極１０８の間における配線のインダクタンスが増加する。また、寸法Ｌ３が大きくなることによって、半導体装置１の全体が大きくなり、また、絶縁性樹脂部１１８に用いられる絶縁性樹脂の量が多くなる。

半導体装置１について実際の設計では、第１半導体素子１０３の周囲の領域であって絶縁を確保する領域の大きさ、または、必要な信頼性を満たすための第２接合材１１１の高さ方向Ｂの寸法によって、領域ｃの寸法Ｌ３が決定される。なお、絶縁性樹脂が円滑に注入されるように、第１電極１０７、中間電極１０８および第２電極１０９のそれぞれの適所に貫通孔が形成されてもよい。

流入口２は、幅方向Ｃについて第２銅板１０２よりも第１銅板１０１の近くに配置されている。流入口２が幅方向Ｃについて第１銅板１０１よりも第２銅板１０２の近くに配置された場合には、第２電極１０９および中間電極１０８は、流入口２から注入された絶縁性樹脂の流れを妨げる。これにより、絶縁性樹脂が流入口２から第２電極１０９および中間電極１０８に到達した時に、第２電極１０９および中間電極１０８よりも下流において、絶縁性樹脂の流れに淀みが発生する。その結果、領域ｂおよび領域ｃへ絶縁性樹脂が注入されにくくなる。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る半導体装置１によれば、第２電極対向部１２０は、中間電極対向部１２１よりも絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａの近くに配置されている。第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の最短距離は、中間電極対向部１２１と第２電極対向部１２０との間の最短距離よりも小さい。これにより、半導体装置１の配線のインダクタンスを低減させるとともに、第２電極１０９と中間電極１０８との間の絶縁性能を向上させることができる。

また、中間電極１０８は、中間電極対向部１２１と、幅方向Ｃについて中間電極対向部１２１から突出する中間電極突出部１２２とを有している。これにより、第２電極対向部１２０と中間電極対向部１２１との間に絶縁性樹脂をより確実に注入することができる。

また、第１接合材１０５、１０６の融点は、第２接合材１１１、１１２、１１３の融点よりも高い。これにより、第１半導体素子１０３が第１銅板１０１から移動することを抑制することができ、第２半導体素子１０４が第２銅板１０２から移動することを抑制することができる。

また、流入口２の跡は、第２銅板１０２よりも第１銅板１０１の近くに配置されている。これにより、領域ｂへの絶縁性樹脂の注入を容易にすることができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａには、凹部１２４が形成されている。凹部１２４は、表面１１８Ａに対して垂直方向に視た場合に、第１ワイヤボンド１１５および第２ワイヤボンド１１７における幅方向Ｃについて外側の部分を避けるように形成されている。言い換えれば、凹部１２４は、幅方向Ｃについて表面１１８Ａにおける中間部に形成されている。この例では、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の領域ａとは、第２電極対向部１２０と凹部１２４の底面１２４Ａとの間の領域ａである。高さ方向Ｂについての領域ａの寸法Ｌ１は、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の最短距離である。幅方向Ｃについての凹部１２４の側面は、Ｓ字形状となることが望ましい。凹部１２４の側面がＳ字形状である場合には、幅方向Ｃについての凹部１２４の側面と底面１２４Ａとの接続部分は湾曲しており、幅方向Ｃについての凹部１２４の側面と表面１１８Ａとの接続部分は湾曲している。

絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに凹部１２４が形成されることによって、実施の形態１と比較して、高さ方向Ｂについての領域ａの寸法Ｌ１が小さくなっている。

半導体装置１における絶縁性樹脂部１１８が形成される場合に、図示しない金型に各部品がセットされて、絶縁性樹脂が金型の内部に注入され、絶縁性樹脂に圧力がかけられて成形される。したがって、半導体装置１における絶縁性樹脂部１１８から露出する部分である配線露出部と金型との間から絶縁性樹脂が漏れることを防止するために、配線露出部と金型との間をシールする必要がある。配線露出部としては、第１電極１０７、第２電極１０９、第１制御端子１１４および第２制御端子１１６のそれぞれの部分が挙げられる。トランスファーモールド成形によって絶縁性樹脂部１１８が成形される場合には、配線露出部と金型との間のシールに高い精度が必要である。

配線露出部は、１枚の銅板を板金加工することによって形成されている。これにより、配線露出部と金型との間のシールの精度を向上させることができる。また、配線露出部を金型にセットする場合に、配線露出部の位置決め精度を向上させることができる。また、配線露出部が１枚の銅板から形成されることによって、部品点数を削減することができる。

配線露出部が１枚の銅板から構成されることによって、第１電極１０７、第２電極１０９、第１制御端子１１４および第２制御端子１１６のそれぞれは、同一平面上に配置される。また、第１電極１０７、第２電極１０９、第１制御端子１１４および第２制御端子１１６のそれぞれは、中間電極１０８よりも絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａの近くに配置される。第１制御端子１１４と第１半導体素子１０３とには、第１ワイヤボンド１１５が接続され、第２制御端子１１６と第２半導体素子１０４とには、第２ワイヤボンド１１７が接続されている。第１ワイヤボンド１１５には、第１ワイヤボンド１１５と第１制御端子１１４および第１半導体素子１０３との接合部が破断することを抑制するために、ループ１１５Ａが形成されている。第２ワイヤボンド１１７には、第２ワイヤボンド１１７と第２制御端子１１６および第２半導体素子１０４との接合部が破断することを抑制するために、ループ１１７Ａが形成されている。ループ１１５Ａおよびループ１１７Ａのそれぞれにおける頂部は、第１制御端子１１４および第２制御端子１１６よりも１ｍｍ〜２ｍｍ程度上方に配置される。

したがって、絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに凹部１２４が形成されていない場合には、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の領域ａの寸法Ｌ１は、１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度となる。この場合には、第２電極対向部１２０と中間電極対向部１２１との間の領域ｂの寸法Ｌ２は、領域ｂに絶縁性樹脂が注入できる寸法でなくてはならない。

絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに凹部１２４が形成されることによって、絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａにおける第２電極対向部１２０に対向する部分を絶縁性樹脂部１１８の底面側に移動させることができる。これにより、第１ワイヤボンド１１５および第２ワイヤボンド１１７が表面１１８Ａから露出することなく、寸法Ｌ１を寸法Ｌ２よりも小さくすることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る半導体装置１によれは、幅方向Ｃについての絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａの中間部には、幅方向Ｃに延びた凹部１２４が形成されている。第２電極対向部１２０は、凹部１２４に沿って配置されている。これにより、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の最短距離を、中間電極対向部１２１と第２電極対向部１２０との間の最短距離よりも容易に小さくすることができる。

なお、実施の形態２では、絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに１つの凹部１２４が形成された構成について説明した。しかしながら、絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに複数の凹部１２４が形成された構成であってもよい。図７は、実施の形態２に係る半導体装置１の変形例を示す平面図である。図７では、絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに３つの凹部１２４が形成されている。それぞれの凹部１２４は、幅方向Ｃに延びて形成されている。また、それぞれの凹部１２４は、奥行方向Ａに並べられている。絶縁性樹脂の流入方向および凹部１２４が延びる方向は、互いに垂直となっている。凹部１２４の形状および凹部１２４の数は、半導体装置１のサイズによって決められる。なお、絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに凹部１２４が形成されることによって、半導体装置１に反りが発生する場合がある。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。図９は、図８の半導体装置の製造工程における液体の絶縁性樹脂の流動方向を示す図である。第２電極対向部１２０は、第２電極対向部本体１２５と、幅方向Ｃについての第２電極対向部本体１２５の端部から絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに向かって突出する第２電極突出部１２６を有している。また、第２電極対向部１２０は、奥行方向Ａについての第２電極対向部本体１２５の端部から絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに向かって突出する第２電極突出部１２７を有している。第２電極突出部１２６、１２７は、第２電極１０９を構成する金属板を折り曲げることによって形成されている。第２電極樹脂被覆部１１９が第２電極突出部１２６、１２７を有することによって、半導体装置１の製造工程における絶縁性樹脂の流動抵抗が上昇する。

第２電極突出部１２６は、幅方向Ｃについての第２電極対向部本体１２５の端部から表面１１８Ａに近づく方向へ湾曲するとともに、幅方向Ｃについて第２電極対向部本体１２５から離れるようにさらに湾曲している。言い換えれば、第２電極突出部１２６は、断面Ｓ字形状に形成されている。

第２電極突出部１２７は、奥行方向Ａについての第２電極対向部本体１２５の端部から表面１１８Ａに近づく方向へ湾曲するとともに、奥行方向Ａについて第２電極対向部本体１２５から離れるようにさらに湾曲している。言い換えれば、第２電極突出部１２７は、断面Ｓ字形状に形成されている。

実施の形態３では、第２電極突出部１２６、１２７と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の領域が、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の領域ａとなる。第２電極突出部１２６、１２７と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の最短距離が、第２電極対向部１２０と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間の最短距離となる。領域ａの寸法Ｌ１は、領域ｂの寸法Ｌ２よりも小さい。

第２電極突出部１２６、１２７と中間電極突出部１２２とによって、液体の絶縁性樹脂が第２電極１０９と中間電極１０８との間に導かれる。これにより、第２電極１０９と中間電極１０８との間に絶縁性樹脂をより確実に注入することができる。その他の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る半導体装置１によれは、第２電極対向部１２０は、幅方向Ｃについての第２電極対向部本体１２５の端部から絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａに向かって突出する第２電極突出部１２６を有している。これにより、絶縁性樹脂部１１８を構成する絶縁性樹脂が第２電極１０９と中間電極１０８との間に導かれる。その結果、第２電極１０９と中間電極１０８との間の電気的絶縁を確保することができる。また、実施の形態３に係る半導体装置１は、実施の形態２と比較して、半導体装置１の反りの発生を抑制することができる。

また、第２電極突出部１２６は、幅方向Ｃについての第２電極対向部本体１２５の端部から表面１１８Ａに近づく方向へ湾曲するとともに、幅方向Ｃについて第２電極対向部本体１２５から離れるようにさらに湾曲している。これにより、領域ｂへの絶縁性樹脂の注入を容易にすることができ、また、隙間ａに注入される絶縁性樹脂の流動抵抗を上昇させることができる。

なお、実施の形態３では、第２電極１０９を構成する金属板が折り曲げられることによって、第２電極突出部１２６、１２７が形成される構成について説明した。図１０は、実施の形態３に係る半導体装置１の変形例を示す断面図である。第２電極１０９がブロック１２８を備えることによって、液体の絶縁性樹脂の流動抵抗を上昇させる構成であってもよい。図１０では、第２電極対向部１２０は、幅方向Ｃについての第２電極対向部本体１２５の端部と絶縁性樹脂部１１８の表面１１８Ａとの間に設けられたブロック１２８を有している。これにより、絶縁性樹脂部１１８を構成する絶縁性樹脂が第２電極１０９と中間電極１０８との間に導かれる。なお、図１０に示す半導体装置１の場合、ブロック１２８を第２電極対向部本体１２５に接合する場合に、第２電極１０９に傾きが発生し易くなる。

１半導体装置、２流入口、１１上アーム、１２下アーム、１０１第１銅板、１０２第２銅板、１０３第１半導体素子、１０４第２半導体素子、１０５、１０６第１接合材、１０７第１電極、１０８中間電極、１０９第２電極、１１０出力配線、１１１、１１２、１１３第２接合材、１１４第１制御端子、１１５第１ワイヤボンド、１１５Ａループ、１１６第２制御端子、１１７第２ワイヤボンド、１１７Ａループ、１１８絶縁性樹脂部、１１８Ａ表面、１１９第２電極樹脂被覆部、１２０第２電極対向部、１２１中間電極対向部、１２２中間電極突出部、１２３上下アーム接続部分、１２４凹部、１２５第２電極対向部本体、１２６、１２７第２電極突出部、１２８ブロック。

Claims

第１金属板と、
前記第１金属板に設けられた第１半導体素子と、
前記第１金属板から離れて設けられた第２金属板と、
前記第２金属板に設けられた第２半導体素子と、
前記第１金属板に接続された第１電極と、
前記第１半導体素子の表面と前記第２金属板とに接続された中間電極と、
前記第２半導体素子の表面に接続された第２電極と、
前記第１金属板、前記第１半導体素子、前記第２金属板、前記第２半導体素子、前記第１電極、前記中間電極および前記第２電極に渡って設けられ、前記第１電極の一部、前記中間電極および前記第２電極の一部を覆う絶縁性樹脂部と
を備え、
前記絶縁性樹脂部に覆われた前記第２電極の部分である第２電極樹脂被覆部は、前記絶縁性樹脂部の高さ方向について前記中間電極から離れて設けられ、前記中間電極に対向する第２電極対向部を有し、
前記第２電極対向部は、前記中間電極よりも前記絶縁性樹脂部の表面の近くに配置され、
前記第２電極対向部と前記絶縁性樹脂部の表面との間の最短距離は、前記中間電極と前記第２電極対向部との間の最短距離よりも小さい半導体装置。
前記中間電極は、
前記第２電極対向部に対向する中間電極対向部と、
前記絶縁性樹脂部の幅方向について前記中間電極対向部から突出する中間電極突出部と
を有している請求項１に記載の半導体装置。
前記第１金属板と前記第１半導体素子とを接合し、前記第２金属板と前記第２半導体素子とを接合する第１接合材と、
前記第１半導体素子と前記中間電極とを接合し、前記第２半導体素子と前記第２電極とを接合する第２接合材と
をさらに備え、
前記第１接合材の融点は、前記第２接合材の融点よりも高い請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
前記絶縁性樹脂部を構成する絶縁性樹脂が供給される流入口の跡が前記絶縁性樹脂部に形成されており、
前記流入口の跡は、前記第２金属板よりも前記第１金属板の近くに配置されている請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の半導体装置。
前記絶縁性樹脂部の幅方向についての前記絶縁性樹脂部の表面の中間部には、前記幅方向に延びた凹部が形成されており、
前記第２電極対向部は、前記凹部に沿って配置されている請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の半導体装置。
前記絶縁性樹脂部の幅方向についての前記絶縁性樹脂部の表面の中間部には、前記幅方向に延びた複数の前記凹部が形成されており、
複数の前記凹部は、前記絶縁性樹脂部の奥行方向に並べられている請求項５に記載の半導体装置。
前記第２電極対向部は、
第２電極対向部本体と、
前記絶縁性樹脂部の幅方向についての前記第２電極対向部本体の端部から前記絶縁性樹脂部の表面に向かって突出する第２電極突出部と
を有している請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の半導体装置。
前記第２電極突出部は、前記幅方向についての前記第２電極対向部本体の端部から前記表面に近づく方向へ湾曲するとともに、前記幅方向について前記第２電極対向部本体から離れるようにさらに湾曲している請求項７に記載の半導体装置。
前記第２電極対向部は、
第２電極対向部本体と、
前記絶縁性樹脂部の幅方向についての前記第２電極対向部本体の端部と前記絶縁性樹脂部の表面との間に設けられたブロックと
を有している請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の半導体装置。
前記第１半導体素子および前記第２半導体素子のそれぞれは、ＳｉＣから構成されている請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の半導体装置。