JP6300751B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の自己インダクタンス低減に関するものである。

ＩＧＢＴモジュールまたはＳｉＣモジュールなどのパワーモジュールにおいて、互いの合計電流が相殺して概ねゼロとなるように複数の端子（電極）を配置した構成がある。この構成では、半導体装置の自己インダクタンスを低減させるために、複数の端子が絶縁材を介して互いに接近して配置されたり、複数の端子の接近部分が平行に配置されたりしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２１１０７号公報

しかしながら、外部回路と接続するための端子は絶縁性を有する樹脂ケース内から外部に開放される必要があり、複数の端子間は沿面距離確保のために互いに離して配置される必要がある。または沿面距離確保のために樹脂ケースの上面に凹凸が設けられることから、半導体装置の自己インダクタンスを一定以上低減させることが困難であった。

そこで、本発明は、自己インダクタンスを低減させることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、半導体素子を収容する樹脂ケースと、前記半導体素子と接続されるとともに前記樹脂ケース内に配置され、かつ、絶縁材を介して互いに平行に配置される２枚の平板によって構成される平行平板と、前記平行平板の上端からそれぞれ引き出されて前記樹脂ケースの上面に予め定められた間隔をあけて配置される２つの電極とを備え、前記平行平板における前記２つの電極がそれぞれ引き出される２つの電極引き出し部の間の上端部はそれぞれ互いに遠ざかる方向である外側に曲げられるものである。

本発明に係る別の半導体装置は、半導体素子を収容する樹脂ケースと、前記半導体素子と接続されるとともに前記樹脂ケース内に配置され、かつ、絶縁材を介して互いに平行に配置される２枚の平板によって構成される平行平板と、前記平行平板の上端からそれぞれ引き出されて前記樹脂ケースの上面に予め定められた間隔をあけて配置される２つの電極とを備え、前記平行平板における前記２つの電極がそれぞれ引き出される２つの電極引き出し部の間の上部同士の間隔は、前記２つの電極引き出し部の間の上部以外の部分同士の間隔よりも広い。

本発明に係る半導体装置によれば、平行平板における２つの電極がそれぞれ引き出される２つの電極引き出し部の間の上端部はそれぞれ互いに遠ざかる方向である外側に曲げられるため、平行平板における２つの電極引き出し部の間の上端部の厚みが増す。平行平板の上下方向の端部は磁束が集中し易いが、平行平板における２つの電極引き出し部の間の上端部の厚みを増すことで、この部分の磁束の集中が緩和され、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。

本発明に係る別の半導体装置によれば、平行平板における２つの電極引き出し部の間の上部同士の間隔は、２つの電極引き出し部の間の上部以外の部分同士の間隔よりも広いため、平行平板における２つの電極引き出し部の間の上部の厚みが増すことと同様の効果が得られる。これにより、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。

実施の形態１に係る半導体装置の斜視図である。 実施の形態１に係る半導体装置の平行平板および電極の斜視図である。 実施の形態１に係る半導体装置の電極引き出し部の間を示す拡大斜視図である。 実施の形態１に係る半導体装置の正面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の上端部を示す拡大正面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の平行平板および電極の斜視図である。 実施の形態３に係る半導体装置の平行平板および電極の斜視図である。 実施の形態３に係る半導体装置の平行平板における電極引き出し部の間を示す平面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の平行平板および電極の斜視図である。 前提技術に係る半導体装置の斜視図である。 前提技術に係る半導体装置の平行平板および電極の斜視図である。 前提技術に係る半導体装置の電極引き出し部の間を示す拡大斜視図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置の斜視図であり、図２は、実施の形態１に係る半導体装置の平行平板３および電極６，７の斜視図である。

図１と図２に示すように、半導体装置は、ＩＧＢＴモジュールまたはＳｉＣモジュールなどのパワーモジュールであり、樹脂ケース１、平行平板３および電極６，７を備えている。樹脂ケース１は箱状に形成され、内部に半導体素子（図示省略）が収容されている。樹脂ケース１において前部の上面が後部の上面よりも高い高さ位置になるように形成されている。樹脂ケース１の後部の上端部に蓋２が配置され、蓋２が樹脂ケース１の後部の上面を形成している。

平行平板３は、半導体素子と接続されるとともに樹脂ケース１の前部の内部に配置されている。平行平板３は、絶縁材１０を介して互いに平行に配置される２枚の平板４，５によって構成されている。平板４は、樹脂ケース１の幅方向に延びるように形成され、主面が前方または後方を向くように配置されている。平板４の幅方向左端部の上端（電極引き出し部４ａ）から後方に向けて電極６が引き出されている。平板５は、樹脂ケース１の幅方向に延びるように形成され、主面が前方または後方を向くように配置されている。平板５の幅方向右端部の上端（電極引き出し部５ａ）から後方に向けて電極７が引き出されている。電極６および電極７は、樹脂ケース１の前部の上面に予め定められた間隔をあけて配置されている。

平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部に、それぞれ互いに遠ざかる方向である外側に曲げられた折り曲げ部８，９が設けられている。折り曲げ部８，９によって、平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部の厚みを増すことで、この部分の磁束の集中を緩和し、半導体装置の自己インダクタンスを低減可能としている。

次に、樹脂ケース１の前部の上面の構造について説明する。図３は、実施の形態１に係る半導体装置の電極引き出し部４ａ，５ａの間を示す拡大斜視図であり、図４は、実施の形態１に係る半導体装置の正面図であり、図５は、実施の形態１に係る半導体装置の上端部を示す拡大正面図である。

図３に示すように、樹脂ケース１の上面における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域１ａは、平面状に形成されている。より具体的には、樹脂ケース１の前部の前側部分の上面は前部の後側部分の上面よりも高い高さ位置に形成され、領域１ａは、樹脂ケース１の前部の前側部分の上面における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域である。なお、樹脂ケース１の前部の後側部分の上面における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域も平面状に形成されている。ここで、平行平板３は、樹脂ケース１の前部の前側部分の内部に収容されている。電極引き出し部４ａ，５ａに外部の平行平板配線（ブスバー）が接続されるが、領域１ａが平面状に形成されているため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分とブスバーとの距離を近づけることができる。

単純に考えると電極引き出し部４ａ，５ａ同士を近づけた方が半導体装置の自己インダクタンスを低減できるように感じるが、本願の発明者は、詳細に電磁界シミュレーションを繰り返した結果、電極引き出し部４ａ，５ａの間の距離を近づけた場合よりも、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分とブスバーとの距離を近づけた場合の方が半導体装置の自己インダクタンスを低減できるとの知見を得た。このためには、樹脂ケース１の上面における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域１ａには沿面距離を稼ぐための凹凸形状がない方が良い。

図４と図５に示すように、樹脂ケース１の前部の前側部分の上面における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域１ａは、電極６，７の上面と下面の間の高さ位置に位置している。樹脂ケース１の前部の前側部分の内部において平行平板３を上方に配置することができるため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分とブスバーとの距離を近づけることができる。ここで、樹脂ケース１の上面における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域１ａ、すなわち、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間を覆う樹脂ケース１の部分の高さ位置は、ブスバーの取り付け公差の許す範囲内で高くする方が好ましい。

次に、実施の形態１に係る半導体装置から得られる効果について、前提技術に係る半導体装置の場合と対比しながら説明する。図１０は、前提技術に係る半導体装置の斜視図であり、図１１は、前提技術に係る半導体装置の平行平板１０３および電極１０６，１０７の斜視図であり、図１２は、前提技術に係る半導体装置の電極引き出し部１０４ａ，１０５ａの間を示す拡大斜視図である。

最初に、前提技術に係る半導体装置について説明する。図１０と図１１に示すように、前提技術に係る半導体装置は、樹脂ケース１０１、平行平板１０３および電極１０６，１０７を備えている。樹脂ケース１０１の後部の上端部に蓋１０２が配置され、蓋１０２が樹脂ケース１０１の後部の上面を形成している。

平行平板１０３は、半導体素子と接続されるとともに樹脂ケース１０１の前部の内部に配置されている。平行平板１０３は、絶縁材１０を介して互いに平行に配置される２枚の平板１０４，１０５によって構成されている。平板１０４は、樹脂ケース１０１の幅方向に延びるように形成され、主面が前方または後方を向くように配置されている。平板１０４の幅方向左端部の上端（電極引き出し部１０４ａ）から後方に向けて電極１０６が引き出されている。平板１０５は、樹脂ケース１０１の幅方向に延びるように形成され、主面が前方または後方を向くように配置されている。平板１０５の幅方向右端部の上端（電極引き出し部１０５ａ）から後方に向けて電極１０７が引き出されている。電極１０６および電極１０７は、樹脂ケース１０１の前部の上面に予め定められた間隔をあけて配置されている。

ここで、前提技術においては、電極１０６と電極１０７との間隔は、実施の形態１の場合と比較して狭くなっている。これは、平行平板１０３における電極引き出し部１０４ａ，１０５ａの間の間隔が狭い方が半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができるからである。

しかし、図１０と図１２に示すように、前提技術に係る半導体装置では、電極１０６と電極１０７との間の沿面距離を稼ぐために、樹脂ケース１０１の上面における電極引き出し部１０４ａ，１０５ａの間の部分に対応する領域１０１ａは凹凸形状に形成されている。そのため、平行平板１０３における電極引き出し部１０４ａ，１０５ａの間の部分と、電極引き出し部１０４ａ，１０５ａに接続されるブスバーとの距離が長くなり、自己インダクタンスを一定以上低減させることが困難であった。

これに対して、実施の形態１に係る半導体装置は、図２に示すように、平行平板３における２つの電極６，７がそれぞれ引き出される２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部はそれぞれ互いに遠ざかる方向である外側に曲げられるため、平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部の厚みが増す。平行平板３の上下方向の端部は磁束が集中し易いが、平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部の厚みを増すことで、この部分の磁束の集中が緩和され、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。

図３に示すように、樹脂ケース１の上面における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域１ａは、平面状に形成されるため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分とブスバーとの距離を短くすることができ、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。

図４と図５に示すように、樹脂ケース１の上面における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分に対応する領域１ａは、２つの電極６，７の上面と下面の間の高さ位置に位置するため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の部分とブスバーとの距離を短くすることができ、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体装置について説明する。図６は、実施の形態２に係る半導体装置の平行平板３および電極６，７の斜視図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図６に示すように、実施の形態２では、平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部同士の間隔は、２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部以外の部分同士の間隔よりも広い。より具体的には、平行平板３を構成する平板５における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部に、互いに遠ざかる方向である外側に張り出す張り出し部１２が設けられているため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部同士の間隔がそれ以外の部分同士の間隔よりも広くなっている。これにより、平板５における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部の厚みが増すことと同様の効果が得られる。ここで、張り出し部１２は絞り加工によって形成されている。なお、平板５に張り出し部１２を設ける代わりに、平板４における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部に、互いに遠ざかる方向である外側に張り出す張り出し部を設けても良い。

以上のように、実施の形態２に係る半導体装置では、平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部同士の間隔は、２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部以外の部分同士の間隔よりも広いため、平行平板３における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部の厚みが増すことと同様の効果が得られる。これにより、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。

ここで、実施の形態１の場合のように、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部をそれぞれ互いに遠ざかる方向である外側に曲げるためには曲げ方向にある程度の長さが必要であるため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部が大きくなってしまう。また、樹脂ケース１の内部に平行平板３を配置するために一般にインサート成型が使用されるが、インサート圧力によって電極６，７の端部が変形し互いに接近しやすくなる。そこで、平行平板３において概ね平行を保ちながら電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部の間隔を広げることで、実施の形態１の場合よりも平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上端部をコンパクトな形状にすることができるとともに、優れた成型性が得られる。

張り出し部１２は、絞り加工によって形成されるため、張り出し部１２を簡単に実現することができる。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る半導体装置について説明する。図７は、実施の形態３に係る半導体装置の平行平板３および電極６，７の斜視図であり、図８は、実施の形態３に係る半導体装置の平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間を示す平面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図７と図８に示すように、実施の形態３では、張り出し部１１は、平板４における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部に設けられるとともに、張り出し部１２は、平板５における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部に設けられている。そのため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部同士の間隔がそれ以外の部分同士の間隔よりも広くなっている。ここで、実施の形態２の場合と同様に、張り出し部１１，１２は絞り加工によって形成されている。

以上のように、実施の形態３に係る半導体装置では、平行平板３を構成する２枚の平板４，５の両方における２つの電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部に、互いに遠ざかる方向である外側に張り出す張り出し部１１，１２が設けられるため、平行平板３における電極引き出し部４ａ，５ａの間の上部の厚みが増すことと同様の効果が得られ、半導体装置の自己インダクタンスを低減させることができる。さらに、樹脂ケース１および平行平板３をインサート成型する際に樹脂の流動圧力が均等化されるという効果も得られる。

＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４に係る半導体装置について説明する。図９は、実施の形態４に係る半導体装置の平行平板３および電極６，７の斜視図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１から実施の形態３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図９に示すように、実施の形態４では、張り出し部１１，１２に張り出し部１１，１２を複数に分割する分割部１３が設けられている。より具体的には、分割部１３は、上下方向に延びるスリット状に形成され、張り出し部１１，１２を幅方向に複数に分割している。なお、分割部１３は、張り出し部１１，１２の一方にのみ設けられていても良い。

以上のように、実施の形態４に係る半導体装置では、張り出し部１１，１２に当該張り出し部１１，１２を複数に分割する分割部１３が設けられるため、樹脂ケース１および平行平板３をインサート成型する際に樹脂の流動性が向上する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 樹脂ケース、３ 平行平板、４，５ 平板、４ａ，５ａ 電極引き出し部、６，７ 電極、８，９ 折り曲げ部、１０ 絶縁材、１１，１２ 張り出し部、１３ 分割部。

Claims (7)

1. 半導体素子を収容する樹脂ケースと、
   前記半導体素子と接続されるとともに前記樹脂ケース内に配置され、かつ、絶縁材を介して互いに平行に配置される２枚の平板によって構成される平行平板と、
   前記平行平板の上端からそれぞれ引き出されて前記樹脂ケースの上面に予め定められた間隔をあけて配置される２つの電極と、
   を備え、
   前記平行平板における前記２つの電極がそれぞれ引き出される２つの電極引き出し部の間の上端部はそれぞれ互いに遠ざかる方向である外側に曲げられる、半導体装置。
2. 半導体素子を収容する樹脂ケースと、
   前記半導体素子と接続されるとともに前記樹脂ケース内に配置され、かつ、絶縁材を介して互いに平行に配置される２枚の平板によって構成される平行平板と、
   前記平行平板の上端からそれぞれ引き出されて前記樹脂ケースの上面に予め定められた間隔をあけて配置される２つの電極と、
   を備え、
   前記平行平板における前記２つの電極がそれぞれ引き出される２つの電極引き出し部の間の上部同士の間隔は、前記２つの電極引き出し部の間の上部以外の部分同士の間隔よりも広い、半導体装置。
3. 前記平行平板を構成する前記２枚の平板の少なくとも一方における前記２つの電極引き出し部の間の上部に、互いに遠ざかる方向である外側に張り出す張り出し部が設けられ、
   前記張り出し部に当該張り出し部を複数に分割する分割部が設けられる、請求項２記載の半導体装置。
4. 前記平行平板を構成する前記２枚の平板の少なくとも一方における前記２つの電極引き出し部の間の上部に、互いに遠ざかる方向である外側に張り出す張り出し部が設けられ、
   前記張り出し部は、絞り加工によって形成される、請求項２記載の半導体装置。
5. 前記平行平板を構成する前記２枚の平板の両方における前記２つの電極引き出し部の間の上部に、互いに遠ざかる方向である外側に張り出す張り出し部が設けられる、請求項２記載の半導体装置。
6. 前記樹脂ケースの上面における前記２つの電極引き出し部の間の部分に対応する領域は、平面状に形成される、請求項１または請求項２記載の半導体装置。
7. 前記樹脂ケースの上面における前記２つの電極引き出し部の間の部分に対応する領域は、前記２つの電極の上面と下面の間の高さ位置に位置する、請求項１または請求項２記載の半導体装置。

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