JP4615506B2

JP4615506B2 - 樹脂封止型半導体装置

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Publication number: JP4615506B2
Application number: JP2006340338A
Authority: JP
Inventors: 泰中島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: JP2008153463A

Description

本発明は、樹脂封止型半導体装置に関するものである。

一般的に自動車はエンジンと駆動輪に直結したドライブシャフトの間に、トルクや回転を直結しないために、クラッチ機構やトルクコンバータ機構を備える。

ところで電気モータとエンジンを両方備えたハイブリッド自動車では、エンジンとドライブシャフトとの間のトルクや回転を伝達させないクラッチ機構などを備え、かつ電気モータとドライブシャフトとの間のトルクや回転を遮断する機構を備えることが、高コスト化となるため、避けたいという需要があった。たとえばインホイールモータと呼ばれる構造では、モータはタイヤを装着するホイールに一体化もしくは直結され、すなわちタイヤが回転すると、必ずモータの軸が回転するという構造が実現されている。このような構造により、大幅に車室空間を広げられるというメリットがあり、システムの小型化のために、タイヤの回転とモータの回転が常に同期する構造が求められていた。

ところで、たとえば何らかの故障時などに自動車を牽引する必要があり、そのときには電気的なモータ駆動システムは電源が切られた状態で駆動輪が外部的な力で回転させられる状況が発生することになる。このときモータに内蔵された誘導磁界を発生するためのコイルには、起電力が生じることになるが、このエネルギはモータ駆動用のパワーエレクトロニクス装置に不随意に入力されるという問題がある。

しかしパワーエレクトロニクス装置に内蔵された保護機能が働かない状態でこの起電力がパワーエレクトロニクス装置に与えられると、パワーエレクトロニクス装置が破損するなどの問題が生じることになる。すなわち正常な駆動状態であれば、車軸から伝えられた回転に起因して生じる起電力は、パワーエレクトロニクス装置によってバッテリに充電され、すなわちモータに生じた起電力をバッテリに充電することで消費させる働きを持って、パワーエレクトロニクス装置自体には起電力の消費の役割を担わせないことによって、パワーエレクトロニクス装置を小型化できるという設計手法がある。しかし、パワーエレクトロニクス装置が動作していない状態で、クラッチ機構などにより動力を分断できない場合には、モータによる起電力がパワーエレクトロニクス装置とモータ間の回路で消費させざるを得ず、たとえば大きな発熱が生じ、回路が破損するなどの不具合が生じることになる。

またパワーエレクトロニクス装置が故障したがエンジン自体は正常に動作する場合、修理工場まで自走させることは、顧客満足度を高める上で重要な性能であるが、このような場合においても、駆動輪とモータの回転軸がクラッチなどで遮断されない場合には、同様の問題が生じることになる。

これらのようにパワーエレクトロニクス装置には想定外の大電流が流れる場合があり、その場合は通常あり得ないような動作モードであり修理工場に行って修理することを前提とした保護機能が必要である。このような大電流に対応するためには通常はヒューズなどの遮断機やリレーの適用が考えられる。しかしながら、それらのヒューズなどの遮断機は高価であり、このようなモータ駆動システムの普及を妨げる原因となっていた。

またパワーエレクトロニクス装置としては、ＩＣ（Integrated Circuits）パッケージで用いられるような樹脂封止型の半導体装置が、コストやサイズのメリットがあることから普及期を迎えている。

このようなパワーエレクトロニクス装置としての樹脂封止型半導体装置は、たとえば特開２０００−９１４９９号公報、特開２００４−２２８４６１号公報、特開２００６−１６５３２２号公報に開示されている。
特開２０００−９１４９９号公報特開２００４−２２８４６１号公報特開２００６−１６５３２２号公報

しかしながら、これらの樹脂封止型半導体装置では、回路を遮断するための空間を内蔵することが難しいという事情がある。すなわち樹脂封止工程ではたとえば熱硬化型の樹脂の場合およそ１００気圧、熱可塑型樹脂の場合はその数倍程度の加圧力で樹脂を金型に供給して成型するため、内部に遮断のための空間を確保することは困難であった。

また大電流対応という観点では、樹脂封止型半導体装置の内部に用いる配線回路とパワー半導体素子の接続には、ワイヤボンドのような固相接合では変形のためのエネルギが過大となったり、変形のためのスペースが必要であるため、大きな断面積の配線を自在に半導体素子に接合することに困難があるため、はんだ接合を用いることが有効であったが、接合構造体が頑丈になりすぎて自在に破断させることが困難であるという事情があった。

このような観点で、樹脂封止型半導体装置であって、定格を大幅に超える大電流に対してヒューズのような遮断機能を備えることは困難であった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、定格を大幅に超える大電流の遮断に外付けヒューズを必要としない樹脂封止型半導体装置を実現することである。

本発明のそれぞれの樹脂封止型半導体装置は、半導体素子と、主回路配線と、封止樹脂とを備えている。主回路配線は、一方端と他方端とを有し、一方端側にて半導体素子の表面に接合され、かつ他方端側に外部接続端子部を有している。封止樹脂は、半導体素子と主回路配線の一方端側とを封止するとともに、主回路配線の外部接続端子部を露出している。

本発明の１の局面にしたがう樹脂封止型半導体装置では、上記構成に加えて、封止樹脂により封止された主回路配線の一方端側の少なくとも真上領域に分布するような平面形状を有する凹部が封止樹脂の表面に設けられている。

ここで真上領域とは、主回路配線に対して半導体素子とは反対側に位置する領域である。

本発明の他の局面にしたがう樹脂封止型半導体装置では、上記構成に加えて、封止樹脂により封止された主回路配線の一方端側の真上領域の周囲に位置する凹部が封止樹脂の表面に設けられている。

本発明のさらに他の局面にしたがう樹脂封止型半導体装置では、上記構成に加えて、主回路配線が半導体素子の表面に対向する第１の面と第１の面の裏面である第２の面とを有し、主回路配線が封止樹脂に封止された部分において第１の面よりも第２の面が広くなるような段差部およびテーパー部の少なくともいずれかを側部に有している。

本発明のさらに他の局面にしたがう樹脂封止型半導体装置では、上記構成に加えて、主回路配線は、封止樹脂に封止された部分において、一方端側から他方端側へ向けて幅が広くなるような平面形状を有している。

本発明のさらに他の局面にしたがう樹脂封止型半導体装置では、上記構成に加えて、主回路配線の外部接続端子部を取り付けられたバスバーがさらに備えられており、主回路配線に半導体素子の表面から離れる方向にバネ力が作用するように主回路配線の外部接続端子部がバスバーに取り付けられている。

本発明によれば、定格を大幅に超える大電流が生じた場合に主回路配線が半導体素子から分離しやすくなるように構成されているため、外付けヒューズを設けることなく、速やかに大電流を遮断することができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図１を参照して、放熱板６の表面上に半導体素子１がはんだ４ａで固着されている。この半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオードなどのパワー（電力用）半導体素子である。半導体素子１の表面上には内部接続導体５がはんだ４ｂで接続されており、この内部接続導体５には主回路配線２がはんだ４ｃで接合されている。主回路配線２は、一方端２ａと他方端２ｂとを有し、上記により一方端２ａ側が半導体素子１の表面に接合されている。主回路配線２の他方端２ｂ側には外部接続端子部２ｃが設けられており、この外部接続端子部２ｃにはたとえばボルトを挿通するための貫通孔が設けられている。放熱板６の裏面には、絶縁体７ａと金属箔７ｂとが放熱板６の裏面側から順に積層して形成されている。また半導体素子１には、ワイヤー２１を介して端子２２が電気的に接続されている。

これらの要素が封止樹脂３により封止されている。これにより、少なくとも半導体素子１と主回路配線２の一方端２ａ側とが封止樹脂３により封止されるとともに、主回路配線の外部接続端子部２ｃが封止樹脂３から露出している。また金属箔７ｂは放熱面３０ａにおいて封止樹脂３から露出しており、この露出した金属箔７ｂにヒートシンク１１が接続されている。

封止樹脂３に封止された主回路配線２の一方端２ａ側の上面が封止樹脂３の表面３０ｂに近接して配置されることで主回路配線２と表面３０ｂとの間の封止樹脂３の肉厚が薄くされている。封止樹脂３から露出した主回路配線２の外部接続端子部２ｃは、バスバー８の接続端子部８ａに固定されている。この固定は、外部接続端子部２ｃに設けられた貫通孔と接続端子部８ａに設けられた貫通孔とにボルト９を挿通し、ボルト９とナット１０とで外部接続端子部２ｃと接続端子部８ａとを締め付けることにより行なわれている。また、この固定は、主回路配線２が半導体素子１から離れる方向にバネ力が作用するように行なわれている。

このようなバネ力は、たとえば図２に示すように樹脂封止型半導体装置を定位置に配置した状態で主回路配線２とバスバー８との間に隙間１２が生じるようにしたうえで、図１に示すようにボルト９とナット１０とを締め付けることにより生じさせることができる。

上記の樹脂封止型半導体装置の放熱面３０ａとそれに対向する表面３０ｂとの間の距離はたとえば５〜１０ｍｍ程度である。放熱板６はたとえば３ｍｍの厚みを有し、たとえばＣｕ（銅）もしくはＣｕ合金の材質であれば放熱性が良好となる。また半導体素子１はたとえば１辺の長さが１０ｍｍ〜１５ｍｍの長方形である。内部接続導体５はたとえばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｍｏ（モリブデン）などの低熱膨張部材で導電性の材質であり、たとえば１ｍｍ程度の厚みの円筒形状であってもよく、またたとえば０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の肉厚の板をロの字型やホッチキスの針のように折り曲げた断面形状であってもよい。

主回路配線２はたとえば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚みを有し、たとえばＣｕもしくはＣｕ合金の材質よりなることが導電性の観点で好ましい。樹脂封止型半導体装置の表面３０ｂと主回路配線２との間の封止樹脂３の肉厚としては、たとえば０．２ｍｍ以上であれば絶縁上問題ないという結果を得た。本実施の形態では、樹脂封止型半導体装置の表面３０ｂと主回路配線２との間の封止樹脂３の肉厚が０．５ｍｍ程度の場合について示している。この肉厚が薄い場合には、封止樹脂３による封止を行なう場合に、封止樹脂３が入りにくくウェルドが主回路配線２上に形成されるなどの不都合があるため、この肉厚は大きいほうがそのような不具合を防止することができる。しかし、この肉厚は大きいと、樹脂封止型半導体装置の厚みが大きくなってしまい、樹脂量も増えて重くなるという問題がある。また主回路配線２が分離する時の分離界面１３（図３）を形成するときに必要なエネルギ量は、この封止樹脂３の肉厚が小さいほうが分離されやすいため、遮断するべき過電流に応じて封止樹脂３の肉厚の設定がなされることが必要である。

なお内部接続導体５を設けることで、半導体素子１の外周部に耐電圧を確保するために設けられたガードリングに主回路配線２の接触を防止することができる。また内部接続導体５を設け、この内部接続導体５の材料として主回路配線２よりも線膨張係数がＳｉ（シリコン）に近い材料や、弾性率が低い材料を用いることで、半導体素子１に主回路配線２を直接はんだ付けした場合に熱応力が過大となることで生じる長期信頼性の低下を防止することもできる。

図では省略しているが、樹脂封止型半導体装置はバスバー８、他の回路を内蔵したケースおよびヒートシンク１１に取付けられる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
定格電流を数倍超えるような大電流が半導体装置に数分程度流れると、放熱系の能力が足りなくなり半導体装置全体の温度が上昇していく。封止樹脂３がたとえば熱硬化型の場合には温度が３００℃を超えると樹脂の分解が生じ、封止樹脂３がたとえば熱可塑型の場合には温度が２７０℃程度になると樹脂がかなり軟化する。

はんだ４ａ〜４ｃの材料としては、環境への配慮からＰｂフリーはんだの適用が進められているが、主要な材料として用いられているＳｎＡｇＣｕ系の材料の場合、一部溶融する温度は２１０℃程度といわれている。半導体装置は一般的に１５０℃を超えないように冷却して用いられるが、定格電流を数倍超えるような状態で数分も経てば当然予定の冷却性能を大幅にオーバーしてしまうため、前述の２１０℃を超え、さらに温度が上昇していく。

通常であれば保護回路が働き、電流を遮断するため、温度が１５０℃を超えることはない。しかし保護回路が故障し、かつ定格を数倍超える電流が流れつづける場合には、温度は数分で２１０℃を超え、さらに通電が続くとやがて３００℃に達する。このとき発生した熱量による周囲への被害を防ぐためには単時間で回路を遮断することが望ましい。

このような定格電流を大幅に超える通電状態が数分以上続くケースとしては、車載モータが車軸に直結され、クラッチ機構を備えない場合、エンジンのみで自走したり牽引する場合がある。このような異常な状態に対して高価でかつ体積重量がかさむヒューズ機構を備えることは経済的に得策ではなく、周囲に熱害を与える前に確実に遮断する機能があればよいと考えられる。すなわち保護回路が動作せずに定格電流を超える電流を長時間流し続けた場合に、温度上昇を防ぐために、回路を遮断する機能を低価格で実現することが求められる。

本実施の形態においては、主回路配線２が半導体素子１から離れる方向にバネ力が作用するように、外部接続端子部２ｃと接続端子部８ａとがボルト９とナット１０とにより締め付けられている。このため、前述のように温度が上昇し、封止樹脂３が軟らかくなったり脆くなることで、上記のバネ力により、図３に示すように封止樹脂３が断裂するとともに、主回路配線２がはんだ４ｃとの接合部および封止樹脂３との固着部から容易にはずれて半導体素子１から分離され、半導体素子１への大電流の流れが遮断される。これにより、パッケージサイズ上の制約にとらわれることなく所望の遮断性能を実現でき、設計が容易となる。

主回路配線２が半導体素子１から分離された状態において、分離界面１３が主回路配線２から封止樹脂３の表面３０ｂにまで達し、主回路配線２の下方に隙間１４が生じている。この隙間１４の寸法は、図２に示した外部接続端子部２ｃと接続端子部８ａとの間の隙間１２の寸法によって調整可能である。この隙間１２を適切に調整することにより、ボルト９とナット１０とで締め付けたときのバネ力の調整が可能となる。これにより、締め付け時の撓みが開放されたときに図３に示す隙間１４が生じるように、図２の状態で外部接続端子部２ｃと接続端子部８ａとの位置関係を設定しておけば、主回路配線２と樹脂封止型半導体装置が分離された後、速やかに隙間１４が生じて回路を遮断するができる。そのため、この遮断までの時間を数十秒程度に短くでき、たとえば車両に用いる場合であれば、車両の安全を守ることができる。この例では車載モータによる熱害について示したが、他の構成でもヒューズ機構が必要で、かつ低コスト、省スペース性が求められる場合には本実施の形態の構成は有効である。

また本実施の形態では、放熱板６上に半導体素子１が固着され、絶縁体７ａが放熱板６と放熱面３０ａとの間に設けられた構成が採用されているが、セラミック基板のような異なる絶縁方式が採用されてもよく、また放熱面３０ａに接するヒートシンク１１側で絶縁性を確保できるのであれば、放熱板６がない構成が採用されても同様の作用が得られる。このような本発明は、放熱面３０ａに半導体素子１から放熱する構造を有し、かつ放熱面３０ａに対向する表面３０ｂ側に主回路配線２を備えるものであれば同様の作用を奏することはいうまでもない。

また主回路配線２と封止樹脂３の表面３０ｂとの間の封止樹脂３の肉厚を薄くするとともに主回路配線２を平面的に配置することで、定格電流を数倍超えるような異常電流が流れたとき、より速やかに主回路配線２と半導体素子１との間を遮断することができ、熱害をより小さく抑制することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図であり、図６は図４の矢印Ａ方向から見た平面図である。

図４〜図６を参照して、本実施の形態の樹脂封止型半導体装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、封止樹脂３の表面３０ｂに凹部１５が設けられている点において異なっている。この凹部１５は、図６に示す平面視において、封止樹脂３により封止された主回路配線２の一方端２ａ側の部分の少なくとも真上領域に分布するような平面形状を有している。また凹部１５は、主回路配線２の一方端２ａ側の部分の真上領域だけでなく、真上領域からその周囲に広がった平面形状を有していてもよい。この凹部１５により、主回路配線２上の封止樹脂３の肉厚が実施の形態１よりもさらに薄く抑制されている。また封止樹脂３の表面３０ｂには、凹部１５が形成された領域とそれ以外の領域との間に段差が形成されており、この段差は主回路配線２の一方端２ａ側の部分の少なくとも真上領域を取り囲むように形成されている。

なお、これ以外の構成については上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

次に、本実施の形態における樹脂封止型半導体装置の作用効果について説明する。
図７は本発明の実施の形態２における樹脂封止型半導体装置をヒートシンクに押さえつけるための構成を示す概略断面図であり、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。

図７および図８を参照して、樹脂封止型半導体装置の封止樹脂３の表面３０ｂに平板状の押さえ部材３１を当接させ、その押さえ部材３１をボルト３２などの加圧手段を用いてヒートシンク１１側へ加圧することにより、樹脂封止型半導体装置をヒートシンク１１側へ押さえつけることができる。

本実施の形態においては、上記のような凹部１５を設けることにより、図７および図８に示すように押さえ部材３１を用いた場合でも、遮断性能は制限を受けない。たとえば凹部１５がなく封止樹脂３の表面３０ｂが平らであった場合、平板状の押さえ部材３１を用いると押さえ部材３１と封止樹脂３の表面３０ｂとの間に隙間が生じない。これにより、半導体素子１から離れる方向への主回路配線２の移動が押さえ部材３１により制限されるため、遮断性能が抑制されることになり、押さえ部材３１の一部を切り欠く必要があるなど、設計の自由度が小さくなる。

これに対して、本実施の形態のように凹部１５を設けることにより、図７および図８に示すように押さえ部材３１と凹部１５の底面との間に隙間ができるため、半導体素子１から離れる方向への主回路配線２の移動が許容され、遮断性能が制限を受けることを回避でき、設計の自由度を確保することができる。たとえば平板状の押さえ部材３１を用いることができれば押さえ部材３１に切り欠きが必要ないため、必要な剛性を実現するために、押さえ部材３１の肉厚を不必要に厚くする必要がなくなる。

また主回路配線の分離のための破断面の面積が小さくなるため、パッケージサイズ上の制約にとらわれることなく所望の遮断性能を実現でき、設計が容易となる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿う概略断面図であり、図１１は図４の矢印Ａ方向から見た平面図である。

図９〜図１１を参照して、本実施の形態の樹脂封止型半導体装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、封止樹脂３の表面３０ｂに凹部１６が設けられている点において異なっている。この凹部１６はたとえば溝であって、図１１に示す平面視において、封止樹脂３により封止された主回路配線２の一方端２ａ側の部分の真上領域の周囲に位置するように封止樹脂３の表面３０ｂに設けられている。

凹部１６は、図１１に示す平面視において、主回路配線２からたとえば０．２ｍｍから１ｍｍ程度離した位置に形成されている。また凹部１６は、図９および図１０に示すように、主回路配線２上の封止樹脂３の肉厚以上の深さであって、好ましくは主回路配線２上の封止樹脂３の肉厚と主回路配線２の厚みとの和程度の深さであればよい。

また凹部１６は、図１１に示すように平面視において主回路配線２の周囲を連続的に取り囲むように形成された溝であってもよく、また図１２に示すように主回路配線２の周囲を断続的に取り囲むように形成された溝または穴であってもよい。また凹部１６は、主回路配線２を取り囲んでいなくとも、その周囲に配置された溝または穴であってもよい。

本実施の形態においては、上記のような凹部１６を設けたことにより、主回路配線２が分離したときに破断すべき封止樹脂３の断面積を所望の大きさに設定することができる。これにより、遮断までに必要な時間を自在に短くできるため、半導体装置の設計自由度が大幅に向上する。また、このような作用は樹脂成形に用いる金型の形状の小変更だけで可能なため、非常に低コストで実現可能である。このように主回路配線の分離のための破断面の面積が小さくなるため、パッケージサイズ上の制約にとらわれることなく所望の遮断性能を実現でき、設計が容易となる。

（実施の形態４）
図１３および図１４は、それぞれ本発明の実施の形態４における樹脂封止型半導体装置の第１および第２の構成を概略的に示す断面図である。図１３および図１４を参照して、本実施の形態の樹脂封止型半導体装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、主回路配線２の構成において異なる。本実施の形態における主回路配線２は、封止樹脂３に封止された部分において、第１の面２Ａよりも第２の面２Ｂが広くなるような段差部１７ａ（図１３）およびテーパー部１７ｂ（図１４）の少なくともいずれかを側部に有している。なお、上記において主回路配線２の第１の面２Ａは半導体素子１の表面に対向する側の面であり、第２の面２Ｂは第１の面２Ａの裏側の面（裏面）である。

なお図１４に示すように主回路配線２の側部がテーパー形状になっている場合、主回路配線２の厚み方向に切断した断面形状は台形形状となる。

上記のような段差部１７ａ（図１３）およびテーパー部１７ｂ（図１４）は、主回路配線２の封止樹脂３により封止された部分の側部全体に設けられていてもよく、また封止された部分の一部の側部にのみ設けられていてもよい。

本実施の形態においては、段差部１７ａ（図１３）およびテーパー部１７ｂ（図１４）により主回路配線２の第１の面２Ａよりも第２の面２Ｂが広くなっているため、第２の面２Ｂの端部（領域Ｒ１）に応力が集中し、この端部が亀裂の起点となり、封止樹脂３が破断しやすくなる。これにより、パッケージサイズ上の制約にとらわれることなく所望の遮断性能を実現でき、設計が容易となる。

また図１４に示すように主回路配線２の側部をテーパー状とした場合には、第２の面２Ｂの端部（領域Ｒ１）の角度θが小さいほどその端部に応力が集中しやすくなり、亀裂が生じやすくなり、封止樹脂３が破断しやすくなる。ただし、端部の角度θが小さくなるほど加工が困難となるため、端部の角度θは応力の集中と加工の困難性とを考慮して決定する必要がある。

なお図１５に示すように第２の面２Ｂよりも第１の面２Ａが広くなるような段差部１７ｃなどを主回路配線２がその側部に有している場合には、主回路配線２が分離するときに段差部１７ｃが封止樹脂３に引っ掛かり、半導体素子１から分離し難くなる。また図１３および図１４の構成と比較して、図１５の構成では応力集中部（領域Ｒ２）が表面３０ｂから遠ざかるため、応力集中部（領域Ｒ２）から亀裂が生じたとしても、亀裂が表面３０ｂに達するまでの距離が大きいため、主回路配線２は分離し難くなる。

また図１６に示すようにプレス加工により主回路配線２を形成したときにＲ（曲率半径）部１８および反り部１９ができるが、Ｒ部１８を放熱面３０ａ側、反り部１９を表面３０ｂ側にすることが好ましい。これにより表面３０ｂに対向する第２の面２Ｂの面積が広くなるため、定格の数倍の大電流が流れたことによる主回路配線２の温度上昇により、主回路配線２が分離するときに、破断面が表面３０ｂに走りやすく、さらに遮断に要する時間を短くすることができる。

（実施の形態５）
図１７は、本発明の実施の形態５における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す平面図であり、図１８は図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。

図１７および図１８を参照して、本実施の形態の樹脂封止型半導体装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、主回路配線２が、封止樹脂３に封止された部分において、一方端２ａ側から他方端２ｂ側へ向けて幅Ｗが広くなるような平面形状を有している点において異なっている。

本実施の形態においては、上記のように主回路配線２が外部接続端子部２ｃ側ほど幅広になるような平面形状を有しているため、定格の数倍の大電流が流れたときに、封止樹脂３が熱膨張により主回路配線２を外部接続端子部２ｃ側に押し出すような作用を働かせることができる。そのため遮断に要する時間を短くすることができる。これにより、パッケージサイズ上の制約にとらわれることなく所望の遮断性能を実現でき、設計が容易となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、定格を大幅に超える大電流が流れる可能性のある樹脂封止型半導体装置に特に有利に適用され得る。

本発明の実施の形態１における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態１における樹脂封止型半導体装置において、外部接続端子部と接続端子を接続する前の様子を示す概略断面図である。本発明の実施の形態１における樹脂封止型半導体装置において、樹脂が断裂して主回路配線が半導体素子から分離した様子を示す概略断面図である。本発明の実施の形態２における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図４のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。図４の矢印Ａ方向から見た平面図である。本発明の実施の形態２における樹脂封止型半導体装置をヒートシンクに押さえつけるための構成を示す概略断面図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。本発明の実施の形態３における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図９のＸ−Ｘ線に沿う概略断面図である。図４の矢印Ａ方向から見た平面図である。図４の矢印Ａ方向から見た別の例を示す平面図である。本発明の実施の形態４における樹脂封止型半導体装置の第１の構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態４における樹脂封止型半導体装置の第２の構成を概略的に示す断面図である。主回路配線の第１の面が第２の面よりも広い構成の例を示す概略断面図である。主回路配線の端部にＲ部と反り部とが生じた様子を示す概略断面図である。本発明の実施の形態５における樹脂封止型半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。

符号の説明

１半導体素子、２主回路配線、２ａ一方端、２ｂ他方端、２ｃ外部接続端子部、２Ａ第１の面、２Ｂ第２の面、３封止樹脂、４ａ，４ｂ，４ｃはんだ、５内部接続導体、６放熱板、７ａ絶縁体、７ｂ金属箔、８バスバー、８ａ接続端子部、９ボルト、１０ナット、１１ヒートシンク、１２，１４隙間、１３分離界面、１５，１６凹部、１７ａ段差部、１７ｂテーパー部、１８Ｒ部、１９反り部、２１ワイヤー、２２端子、３０ａ放熱面、３０ｂ表面、３１押さえ部材、３２ボルト。

Claims

半導体素子と、
一方端と他方端とを有し、前記一方端側にて前記半導体素子の表面に接合され、かつ前記他方端側に外部接続端子部を有する主回路配線と、
前記半導体素子と前記主回路配線の前記一方端側とを封止するとともに、前記主回路配線の前記外部接続端子部を露出する封止樹脂と、
前記主回路配線の前記外部接続端子部を取り付けられたバスバーとを備え、
前記主回路配線に前記半導体素子の前記表面から離れる方向にバネ力が作用するように前記主回路配線の前記外部接続端子部が前記バスバーに取り付けられ、
所定の電流を超える電流が前記半導体素子に流れると、前記封止樹脂が断裂して前記主回路配線が前記半導体素子から分離される、樹脂封止型半導体装置。
前記封止樹脂の表面に当接された平板状の押さえ部材を更に備え、
前記封止樹脂により封止された前記主回路配線の前記一方端側の少なくとも真上領域に分布するような平面形状を有する凹部が前記封止樹脂の前記表面に設けられている、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
前記封止樹脂により封止された前記主回路配線の前記一方端側の真上領域の周囲に位置する凹部が前記封止樹脂の表面に設けられている、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
前記主回路配線は、前記半導体素子の前記表面に対向する第１の面と、前記第１の面の裏面である第２の面とを有し、
前記主回路配線は、前記封止樹脂に封止された部分において、前記第１の面よりも前記第２の面が広くなるような段差部およびテーパー部の少なくともいずれかを側部に有している、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
前記主回路配線は、前記封止樹脂に封止された部分において、前記一方端側から前記他方端側へ向けて幅が広くなるような平面形状を有している、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。