JP5544767B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子と該半導体素子から発せられた熱を放熱する熱交換体とをモールドして構成された半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device configured by molding a semiconductor element and a heat exchanger that dissipates heat generated from the semiconductor element.
半導体装置において、例えばIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、SIT(静電誘導トランジスタ)のような動作時に多量の発熱を伴う電力用半導体素子を実装する際には、半導体から発せられた熱を放熱する熱交換体が必要となる。そこで、近時では、電極(端子部)と半導体素子とを接続する金属導体(金属板)を半導体装置から露出させて放熱を行うものが知られている(特許文献1)。 In a semiconductor device, for example, when mounting a power semiconductor element that generates a large amount of heat during operation such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or SIT (electrostatic induction transistor), the heat generated from the semiconductor is dissipated. A heat exchanger is required. Thus, recently, there has been known a technique in which a metal conductor (metal plate) that connects an electrode (terminal portion) and a semiconductor element is exposed from a semiconductor device to radiate heat (Patent Document 1).
ところが、半導体装置から金属導体を露出させて放熱する場合には、放熱を行う金属導体の露出面に電極を設けることができず、電極の配置箇所が制限されてしまう。そのため、電極間の沿面距離を確保するために半導体装置が大型化してしまうという問題があった。 However, when the metal conductor is exposed from the semiconductor device to dissipate heat, an electrode cannot be provided on the exposed surface of the metal conductor that dissipates heat, and the electrode placement location is limited. Therefore, there has been a problem that the semiconductor device is increased in size in order to ensure the creepage distance between the electrodes.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極間の沿面距離を確保し、小型化が可能な半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can ensure a creepage distance between electrodes and can be miniaturized.
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、1つの半導体素子と、前記1つの半導体素子を上下方向にて挟む2つの金属導体であって、前記1つの半導体素子に接続される前記2つの金属導体と、前記上下方向にて前記2つの金属導体の間に位置する2つの電極であって、前記2つの金属導体のうち、各金属導体における他の金属導体と対向する面に1つずつ接続され、前
記上下方向にて一部が相互に重なり、かつ、前記上下方向と交差する左右方向にて相互に離れる前記2つの電極とを備え、これらを前記金属導体の各々の一部と、前記電極の各々の一部であって前記電極の各々が接続された前記金属導体の縁よりも外側に突出した部分とが各々露出し、かつ、前記2つの電極が相互に絶縁された状態で樹脂材によってモールドした半導体装置であって、前記各電極における前記樹脂材から露出するように突出した部分のうち前記樹脂材側となる基端側部分を絶縁体で被覆し、前記金属導体における前記樹脂材から露出する部分には、隣接する他の半導体装置と連結される連結部が設けられ、該連結部は、前記他の半導体装置の連結部と嵌合接続して連結され、該連結部が設けられた前記金属導体同士が電気的に接続されることを要旨とする。
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
According to one aspect of the present invention, and one semiconductor device, wherein a one of the two metal conductors sandwiching the semiconductor device in the vertical direction, and the two metal conductor connected to said one semiconductor element Two electrodes positioned between the two metal conductors in the vertical direction, one of the two metal conductors being connected to a surface of each metal conductor facing the other metal conductor, Previous
The two electrodes that partially overlap each other in the vertical direction and that are separated from each other in the horizontal direction intersecting the vertical direction are provided with a part of each of the metal conductors and the electrode and each of which protrudes outside the edge of the connected the metallic conductor portion of the electrode a portion of each is exposed each, and the resin material in a state where the two electrodes are insulated from each other The base material side part which becomes the resin material side among the parts which protruded so that it may be exposed from the resin material in each electrode is covered with an insulator, and the resin material in the metal conductor The connection portion connected to another adjacent semiconductor device is provided in a portion exposed from the connection portion, and the connection portion is connected by being connected to the connection portion of the other semiconductor device, and the connection portion is provided. The metal conductors are electrically connected And gist to be connected.
同構成では、半導体素子をモールドした樹脂材から一部が露出するように突出した複数の電極における樹脂材側となる基端側部分がそれぞれ絶縁体に被覆されているため、電極の配置間隔を狭くしても各電極間の沿面距離は絶縁体に沿って延長されることになる。したがって、電極間の沿面距離を確保し、小型化が可能な半導体装置を提供することができる。 In the same configuration, since the base end side portions on the resin material side of the plurality of electrodes protruding so as to be partially exposed from the resin material molded with the semiconductor element are each covered with an insulator, the arrangement interval of the electrodes is increased. Even if the width is narrowed, the creepage distance between the electrodes is extended along the insulator. Therefore, a creeping distance between the electrodes can be ensured, and a semiconductor device that can be miniaturized can be provided.
同構成では、半導体装置同士を連結する場合に、連結部同士を連結して金属導体同士を電気的に接続することにより、半導体素子の接続加工を簡略化することができる。 In the same configuration, when the semiconductor devices are connected to each other, the connection processing of the semiconductor elements can be simplified by connecting the connecting portions and electrically connecting the metal conductors.
以下、本発明を具体化した半導体装置の一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。
図1及び図2に示すように、第1の半導体装置11は、第1の半導体素子12と、該第1の半導体素子12に熱的及び電気的に接続された銅などの金属導体としての2枚の金属板13,14とが、エポキシ樹脂等の樹脂材によりモールドされて形成される第1の封止部15により封止されている。
Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の半導体素子12の上側に配置された第1の上側金属板13は、導体で形成された直方体状の第1のブロック体16を介して第1の半導体素子12に電気的に接続されている。すなわち、第1の半導体素子12と第1のブロック体16、及び第1のブロック体16と第1の上側金属板13は、はんだ17によってそれぞれ接合されている。そして、第1の上側金属板13の上面13aには、第1の半導体装置11に他の半導体装置としての第2の半導体装置18(図3参照)を連結する場合に、半導体装置11、18同士を電気的に接続する複数(本実施形態では2つ)の連結部としてのコネクタ19(図3参照)のうち、一方のメスコネクタ20が、はんだ17によって接合されている。
The first
一方、図1及び図2に示すように、第1の半導体素子12の下側に配置された第1の下側金属板14は、熱伝導性に優れた導体であって、はんだ17によって第1の半導体素子12に接合されると共に、下面14bが第1の封止部15から露出するようにモールドされている。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the first
また、第1の封止部15の左側面15aからは、第1の半導体素子12と第1のワイヤ21で接続された少なくとも1つ(本実施形態では5つ)の第1の信号端子22が突出している。また、第1の封止部15の右側面15bからは、第1の上側金属板13にはんだ17で接合された電極としての第1の端子部23と、第1の下側金属板14にはんだ17で接合された電極としての第2の端子部24とが突出している。なお、信号端子22及び各端子部23,24は図示しない外部配線と接続される。
Further, from the
第1の端子部23及び第2の端子部24において、第1の封止部15から突出した部分は、封止部15側となる基端側から先端にかけて塩化ビニル等の絶縁体25に被覆されている。ただし、端子部23,24の先端側では、金属板13,14と電気的に接続された導体部分が絶縁体25から部分的に露出している。
In the
図3に示すように、本実施形態では、2つの半導体装置11,18が上下方向に積層されて連結されると共に、積層された半導体装置11,18は、上下両側から冷却機27,28で挟み込まれるようになっている。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the two
ここで、第1の半導体装置11の上方に積層される第2の半導体装置18は、第1の半導体装置11と同様に、第2の半導体素子30が第2の上側金属板31及び第2の下側金属板32に挟まれてモールドされると共に、第2の信号端子33が第2のワイヤ34で第2の半導体素子30に接続されている。すなわち、下側から第2の下側金属板32、第2の半導体素子30、第2のブロック体35、第2の上側金属板31の順に積層され、各々はんだ17によって接合されている。
Here, in the
そして、第2の半導体装置18では、第2の上側金属板31の上面31aが第2の封止部36から露出するようにモールドされている。なお、第2の上側金属板31には、第1の端子部23と同様に絶縁体25で被覆された第3の端子部37が第2の封止部36から突出するように接続されている。
In the
一方、第2の下側金属板32には、その下面32bに第1の半導体装置11のメスコネクタ20と連結可能な該メスコネクタ20と同数(本実施形態では2つ)のオスコネクタ38が、はんだ17によって接合されている。したがって、オスコネクタ38とメスコネクタ20とを嵌合接続して第1の半導体装置11と第2の半導体装置18とを連結させることにより、コネクタ19が接合された第1の上側金属板13と第2の下側金属板32とが電気的に接続される。すなわち、該金属板13,32に接続された半導体素子12,30同士も電気的に接続されるようになっている。
On the other hand, the second
すなわち、図4に示すように、コネクタ19で接続された半導体装置11,18は、例えば、点線で囲まれた第1の半導体装置11のエミッタ端子と第2の半導体装置18のコレクタ端子とが第1の端子部23に接続された状態となる。
That is, as shown in FIG. 4, the
また、図3に示すように、冷却機27,28は、絶縁シート39,40を介して半導体装置11,18を挟み込んでいるため、第1の下側金属板14及び第2の上側金属板31と冷却機27,28とは電気的に遮断されている。したがって、各端子部23,24,37を介して入出力される電気信号は、冷却機27,28に伝達されないのに対し、半導体素子12,30から発せられた熱は、金属板14,31を介して冷却機27,28で熱交換されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 3, since the
(比較例)
図5及び図6には、上記実施形態に対する比較例として、端子部が絶縁体に被覆されていない半導体装置を示す。
(Comparative example)
5 and 6 show a semiconductor device in which a terminal portion is not covered with an insulator as a comparative example to the above embodiment.
図5,図6に示すように、第3の半導体装置43は、上記第1の半導体装置11と同様に、下から第3の下側金属板44、第3の半導体素子45、第3のブロック体46、第3の上側金属板47が順に積層されて各々はんだ17によって接合され、第3の上側金属板47の上面47aと第3の下側金属板44の下面44bとが露出するように第3の封止部48によりモールドされている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第3の半導体素子45には、第3の信号端子49が第3のワイヤ50で接続されている。そして、第3の上側金属板47と第3の下側金属板44の右端部は、それぞれ曲げ加工が施されると共に、第3の封止部48から突出して端子部51,52を形成している。
A
ここで、第3の半導体装置43の端子部51,52は、絶縁体で被覆されておらず、導体が露出した状態となっている。そのため、端子部51,52間の沿面距離Aを確保するためには、半導体装置の幅Bを大きくする必要がある。また同様に、図5に示すように、第3の半導体装置43から露出する第3の下側金属板44と端子部51との沿面距離Cを確保するために、第3の半導体装置43の幅Dを大きくする必要がある。
Here, the
これに対し、上記実施形態では、第1の半導体装置11及び第2の半導体装置18の各端子部23,24,37を絶縁体25で被覆したため、図1に示す端子部23,24間の沿面距離Eが、絶縁体25に沿って延長される。
On the other hand, in the above-described embodiment, since the
したがって、図5に示す幅Bに対して図1に示す幅Fを小さくしても、端子部23,24間の沿面距離Eを確保することができる。また、同様に図1に示す端子部23と第1の下側金属板14との沿面距離Gも端子部23を被覆する絶縁体25に沿って延長されるため、図5に示す幅Dに対して図1に示す幅Hを小さくしても端子部23と第1の下側金属板14との沿面距離を確保することができる。
Accordingly, even if the width F shown in FIG. 1 is made smaller than the width B shown in FIG. Similarly, the creepage distance G between the
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
(1)半導体素子12をモールドした封止部15から露出するように突出した各端子部23,24における封止部15側となる基端側の部分がそれぞれ絶縁体25に被覆されているため、端子部23,24の配置間隔を狭くしても各端子部23,24の沿面距離Eは絶縁体25に沿って延長されることになる。したがって、端子部23,24間の沿面距離Eを確保し、小型化が可能な半導体装置11を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the base end side portions of the
(2)半導体装置11,18同士を連結する場合に、メスコネクタ20にオスコネクタ38を嵌合接続して第1の上側金属板13と第2の下側金属板32とを電気的に接続することによって溶接が不要となり、半導体素子12,30の接続加工を簡略化することができる。
(2) When connecting the
(3)半導体装置11,18を積層して設けることにより、半導体装置11,18の搭載面積を縮小することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
(3) By providing the
In addition, you may change the said embodiment as follows.
・参考例として、第1の半導体装置11と第2の半導体装置18とを連結するためにコネクタ19を設けたが、コネクタ19を設けず、上側金属板13,31と下側金属板14,32をそれぞれ封止部15,36から露出させてもよい。
As a reference example, the
11,18…半導体装置、12,30…半導体素子、13,14…金属板(金属導体)、19…コネクタ(連結部)、23,24…端子部(電極)、25…絶縁体。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記1つの半導体素子を上下方向にて挟む2つの金属導体であって、前記1つの半導体素子に接続される前記2つの金属導体と、
前記上下方向にて前記2つの金属導体の間に位置する2つの電極であって、前記2つの金属導体のうち、各金属導体における他の金属導体と対向する面に1つずつ接続され、前記上下方向にて一部が相互に重なり、かつ、前記上下方向と交差する左右方向にて相互に離れる前記2つの電極と
を備え、
これらを前記金属導体の各々の一部と、前記電極の各々の一部であって前記電極の各々が接続された前記金属導体の縁よりも外側に突出した部分とが各々露出し、かつ、前記2つの電極が相互に絶縁される状態で樹脂材によってモールドした半導体装置であって、
前記各電極における前記樹脂材から露出するように突出した部分のうち前記樹脂材側となる基端側の部分を絶縁体で被覆し、
前記金属導体における前記樹脂材から露出する部分には、隣接する他の半導体装置と連結される連結部が設けられ、
該連結部は、前記他の半導体装置の連結部と嵌合接続して連結され、該連結部が設けられた前記金属導体同士が電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。 One semiconductor element;
Wherein a one of the two metal conductors sandwiching the semiconductor device in the vertical direction, and the two metal conductor connected to said one semiconductor element,
Two electrodes located between the two metal conductors in the up-down direction, one of the two metal conductors connected to a surface of each metal conductor facing the other metal conductor, The two electrodes partially overlapping each other in the vertical direction and separated from each other in the horizontal direction intersecting the vertical direction ,
A portion of each of said metallic conductors, and exposure and each of which protrudes outside the edge of the connected the metallic conductor portion of the electrode a portion of each of said electrodes each and the two electrodes is a semiconductor device which is molded by resin material in a state of being insulated from each other,
Covering the portion on the base end side, which is the resin material side, of the protruding portion so as to be exposed from the resin material in each electrode,
The portion exposed from the resin material in the metal conductor is provided with a connecting portion that is connected to another adjacent semiconductor device,
The connecting portion is connected to a connecting portion of the other semiconductor device by fitting and connected, and the metal conductors provided with the connecting portion are electrically connected to each other.
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