JP6517682B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、半導体装置に関する。

特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、半導体素子に接合されているとともに、封止体の表面に露出する放熱板と、半導体素子と電気的に接続されているとともに、封止体から突出する複数の端子とを備える。放熱板が露出する封止体の面（第１面）と、複数の端子が突出する封止体の面（第２面）は、互いに隣り合っている。

上記した半導体装置は、封止体の表面に露出する放熱板が冷却器と密着するように、冷却器と組み合わせて使用される。これにより、封止体内で発生した熱（特に、半導体素子による発熱）が、放熱板を介して冷却器に伝達されることになり、封止体内の半導体素子その他の構成部品の過熱が防止される。通常、放熱板と冷却器との間はグリスで満たされており、半導体装置はグリスを介して冷却器に配置される。このようなグリスは、放熱グリスとも称されており、半導体装置の放熱板と冷却器の間の微小な空隙を排除することによって、両者の間の熱伝導性を向上させる。

特開２０１５−０９５５６０号公報

半導体装置と冷却器を組み合わせる工程では、先ず半導体装置の放熱板上にグリスを塗布し、次いでその半導体装置を二つの冷却器の間に挿入する。この段階では、二つの冷却器の間の間隙は十分に広く、半導体装置及びグリスはいずれの冷却器にも接触しない。その後、半導体装置に向けて二つの冷却器に圧縮力を加えて、それぞれの冷却器を半導体装置の放熱板に圧接させる。半導体装置の放熱板と冷却器とを圧接させると、放熱板と冷却器との間のグリスが、封止体の第１面（放熱板が露出する封止体の面）と冷却器との間を広がり、そのグリスが封止体の第２面（複数の端子が突出する封止体の面）まで進出することがある。封止体の第２面までグリスが進出してしまうと、例えば隣接する二つの端子間にグリスが付着することによって、その二つの端子間の絶縁性が低下するといった問題が生じ得る。なお、同様の問題は、二つの冷却器の間に配置される半導体装置に限られず、一つの冷却器にグリスを介して配置される半導体装置（いわゆる片面冷却構造のもの）においても生じ得る。

上記の問題を鑑み、本明細書は、冷却器にグリスを介して配置される半導体装置において、グリスの付着による端子間の絶縁性低下を抑制し得る技術を提供する。

本明細書で開示される半導体装置は、少なくとも一つの半導体素子と、少なくとも一つの半導体素子を封止する封止体と、少なくとも一つの半導体素子のいずれかに接合されているとともに、封止体の第１面に露出している少なくとも一つの放熱板と、各々が少なくとも一つの半導体素子のいずれかと電気的に接続されているとともに、封止体の第１面と隣り合う第２面から突出する複数の端子とを備える。封止体の第１面には、一端から他端まで伸びる溝が設けられている。その溝の一端は、封止体の第１面及び第２面と隣り合う第３面において開放されており、その溝の他端は、封止体の第３面の反対側に位置する第４面において開放されている。封止体の第１面は、その溝を境界として、放熱板が露出する範囲と、複数の端子が突出する第２面に連続する範囲とに区分されている。

前述したように、半導体装置と冷却器を組み合わせる工程では、放熱板と冷却器との間からグリスが押し出され、そのグリスが封止体の第１面と冷却器との間を広がろうとする。この点に関して、上記した半導体装置では、放熱板が露出する封止体の第１面に、溝が設けられている。そして、封止体の第１面は、その溝を境界として、放熱板が露出する範囲（即ち、グリスが配置される範囲）と、複数の端子が突出する第２面に連続する範囲に区分されている。これにより、放熱板と冷却器との間から押し出されたグリスが、複数の端子が存在する第２面に向けて拡散することが抑制される。さらに、溝の両端は、当該第２面とは異なる第３面及び第４面において開放されている。これにより、多くのグリスが溝に流れ込んだとしても、そのグリスを複数の端子が存在しない第３面又は第４面へ排出することによって、グリスが溝を越えて第２面まで進出することを抑制することができる。このように、放熱板と冷却器との間のグリスが、複数の端子が存在する封止体の第２面に進出することが抑制されるので、グリスの付着による端子間の絶縁性低下を抑制することができる。

実施例の半導体装置１０の正面図。 実施例の半導体装置１０の右側面図。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。 図１中のＩＶ−ＩＶ線における断面図。 実施例の半導体装置１０の回路構成を示す回路図。 図１中のＶＩ−ＶＩ線における断面図。 電力変換装置１００の構成を模式的に示す図。 図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図。 図７中のＩＸ部の拡大図。 半導体装置１０と冷却器１０４とを組み合わせる工程を模式的に示す図。図１０（Ａ）は、グリス１１０が塗布された半導体装置１０を二つの冷却器１０４の間に挿入する段階を示し、図１０（Ｂ）は、半導体装置１０に向けて二つの冷却器１０４に圧縮力Ｆを加えて、それぞれの冷却器１０４を半導体装置１０に圧接させる段階を示す。 図１０中のＸＩ−ＸＩ線における断面図。但し、一部の構成（冷媒管路１０６、１０８等）は図示省略されている。また、図１１中の矢印は、グリス１１０の移動方向を模式的に示す。 一変形例の半導体装置１０ａの要部を示す図。

図面を参照して、実施例の半導体装置１０について説明する。本実施例の半導体装置１０は、一例ではあるが、電力の変換や制御を行うための電力変換装置１００（図６等参照）に用いられ、特に、インバータ回路の一つの上下アームを構成する。図１〜図５に示すように、半導体装置１０は、第１半導体素子１２と、第２半導体素子１４と、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４とを封止する封止体２０を備える。第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、許容電流が１００アンペア以上であり、パワー半導体素子に属するものである。図５に示すように、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は、電気的に直列に接続されている。一例ではあるが、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４のそれぞれは、単一の半導体基板にトランジスタ素子とダイオード素子が形成された半導体素子であり、互いに等しい構造及び特性を有する。なお、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４の構成は特に限定されない。第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）といったトランジスタ素子であってよく、また、必ずしもダイオード素子を内蔵する必要はない。

封止体２０は、樹脂材料で構成されている。なお、封止体２０を構成する材料は特に限定されず、パワー半導体素子向けの各種の封止材が採用可能である。封止体２０は、概して板状の形状を有しており、正面２１、背面２２、上面２３、下面２４、右側面２５及び左側面２６を有する。正面２１は、図面においてＸ軸正方向側の面である。背面２２は、図面においてＸ軸負方向側の面であり、正面２１の反対側に位置する。上面２３は、図面においてＺ軸正方向側の面であり、正面２１及び背面２２と隣り合う。下面２４は、図面においてＺ軸負方向側の面であり、上面２３の反対側に位置する。下面２４は、正面２１及び背面２２と隣り合う。右側面２５は、図面においてＹ軸負方向側の面であり、正面２１、背面２２、上面２３及び下面２４と隣り合う。左側面２６は、図面においてＹ軸正方向側の面であり、右側面２５の反対側に位置する。左側面２６は、正面２１、背面２２、上面２３及び下面２４と隣り合う。

封止体２０の正面２１及び背面２２は、互いに平行な平面であり、それらの法線はＸ軸に平行である。詳しくは後述するが、半導体装置１０が二つの冷却器１０４の間に配置されたときに、封止体２０の正面２１及び背面２２は、それぞれ隣接する冷却器１０４にグリス１１０を介して対向する。封止体２０の正面２１には、第１溝７１と第２溝７２が設けられている。封止体２０の背面２２には、第３溝７３と第４溝７４が設けられている。第１溝７１〜第４溝７４の構成、作用及び効果については、後段において詳細に説明する。

図１、図３、図４に示すように、半導体装置１０はさらに、二つの第１放熱板３２、３４と、二つの第２放熱板３６、３８とを備える。二つの第１放熱板３２、３４は、封止体２０の正面２１に露出している。二つの第２放熱板３６、３８は、封止体２０の背面２２に露出している。それぞれの放熱板３２、３４、３６、３８（以下、放熱板３２〜３８と称することがある）は、封止体２０を構成する材料よりも熱伝達率の高い材料で構成されており、封止体２０内で発生した熱（特に半導体素子１２、１４の発熱）を、封止体２０の外部へ放出する。一例ではあるが、本実施例における放熱板３２、３４、３６、３８は、金属材料（詳しくは銅）で構成されている。但し、放熱板３２、３４、３６、３８を構成する材料は特に限定されない。放熱板３２、３４、３６、３８の一部又は全部を、セラミック材料その他の熱伝達率に優れた材料で構成することができる。また、封止体２０の正面２１又は背面２２に露出する放熱板の位置、大きさ、数も特に限定されない。半導体装置１０は、封止体２０の正面２１又は背面２２の一方又は両方に、少なくとも一つの放熱板が露出する構成であればよい。

図３を参照して、封止体２０の内部の構成について説明する。なお、下記する説明は一例であり、半導体装置１０の構成を限定するものではない。図３に示すように、一方の第１放熱板３２は、第１スペーサブロック４２及びはんだ層５１、５２を介して、第１半導体素子１２の上面電極１２ａに接合されている。第１スペーサブロック４２は、金属材料（詳しくは銅）で形成されており、封止体２０を構成する材料よりも高い熱伝達率を有する。また、一方の第２放熱板３６は、はんだ層５３を介して第１半導体素子１２の下面電極１２ｂに接合されている。これらにより、第１半導体素子１２は、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱板３２と、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱板３６の両者と熱的に接続されている。第１半導体素子１２で発生した熱は、第１放熱板３２及び第２放熱板３６へ伝達され、封止体２０の外部へ放出される。

第２半導体素子１４についても、同様の構成が採用されている。即ち、他方の第１放熱板３４は、第２スペーサブロック４４及びはんだ層５４、５５を介して、第２半導体素子１４の上面電極１４ａに接合されている。第２スペーサブロック４４は、金属材料（詳しくは銅）で形成されており、封止体２０を構成する材料よりも高い熱伝達率を有する。また、他方の第２放熱板３８は、はんだ層５６を介して第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接合されている。これらにより、第２半導体素子１４は、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱板３４と、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱板３８の両者と熱的に接続されている。第２半導体素子１４で発生した熱は、第１放熱板３４及び第２放熱板３８へ伝達され、封止体２０の外部へ放出される。

本実施例の半導体装置１０では、二つの第１放熱板３２、３４、二つの第２放熱板３６、３８、第１スペーサブロック４２及び第２スペーサブロック４４が、単に放熱用の部材ではなく、第１半導体素子１２及び第２半導体素子１４へ電気的に接続された導電経路を構成する。ここで、第１半導体素子１２の上面電極１２ａに接続された第１放熱板３２と、第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接続された第２放熱板３８は、はんだ層５７を介して接合されており、互いに電気的に接続されている。これにより、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４が電気的に直列に接続されている。

図１、図２、図４に示すように、半導体装置１０はさらに、複数の第１信号端子６２と、複数の第２信号端子６４とを備える。それぞれの第１信号端子６２及び第２信号端子６４は、封止体２０の上面２３から、図面においてＺ軸正方向に突出している。図４に示すように、複数の第１信号端子６２は、第１半導体素子１２に設けられた複数の信号パッド１２ｃへ、ボンディングワイヤ６３を介して電気的に接続されている。一例であるが、複数の第１信号端子６２には、ゲート信号用の信号端子、温度センス用の信号端子及び電流センス用の信号端子が含まれる。同様に、図示省略するが、複数の第２信号端子６４は、第２半導体素子１４に設けられた複数の信号パッドへ電気的に接続されている。複数の第２信号端子６４にも、例えば、ゲート信号用の信号端子、温度センス用の信号端子及び電流センス用の信号端子が含まれる。なお、半導体装置１０は、少なくとも一つの第１信号端子６２と、少なくとも一つの第２信号端子６４とを有すればよい。

前述したように、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４は電気的に直列に接続されている。従って、第１半導体素子１２に接続された第１信号端子６２と、第２半導体素子１４に接続された第２信号端子６４との間には、比較的に大きな電位差が生じ得る。そのことから、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の沿面距離は、比較的に大きく設計されている。なお、ここでいう沿面距離とは、図１に示す沿面最短経路Ｌの長さであり、沿面最短経路Ｌは、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間を封止体２０の上面２３に沿って最短で結んだ経路を意味する。

半導体装置１０はさらに、正極端子６６と負極端子６７と出力端子６８とを備える。正極端子６６、負極端子６７及び出力端子６８は、封止体２０の下面２４から、図面においてＺ軸負方向に突出している。正極端子６６は、第１半導体素子１２の下面電極１２ｂに接合された第２放熱板３６と電気的に接続されている。負極端子６７は、第２半導体素子１４の上面電極１４ａに第２スペーサブロック４４を介して接合された第１放熱板３４と電気的に接続されている。そして、出力端子６８は、第２半導体素子１４の下面電極１４ｂに接合された第２放熱板３８と電気的に接続されている。これにより、正極端子６６は第１半導体素子１２の下面電極１２ｂと電気的に接続され、負極端子６７は第２半導体素子１４の上面電極１４ａと電気的に接続され、出力端子６８は第１半導体素子１２の上面電極１２ａ及び第２半導体素子１４の下面電極１４ｂと電気的に接続されている（図５参照）。

次に、封止体２０の正面２１及び背面２２に設けられた第１溝７１〜第４溝７４の構成について説明する。図１、図２に示すように、第１溝７１は、封止体２０の正面２１に設けられている。第１溝７１は、一端７１ａから他端７１ｂまで直線的に伸びている。第１溝７１の一端７１ａは、封止体２０の右側面２５に位置しており、右側面２５において開放されている。第１溝７１の他端７１ｂは、封止体２０の左側面２６に位置しており、左側面２６において開放されている。図１によく示されるように、封止体２０の正面２１は、第１溝７１を境界として、二つの第１放熱板３２、３４が露出する範囲（図１において第１溝７１よりも下側の範囲）と、複数の端子６２、６４が突出する上面２３に連続する範囲（同図において第１溝７１よりも上側の範囲）に区分されている。第１溝７１は、特許請求の範囲に記載された溝の一例であり、その場合、封止体２０の正面２１は特許請求の範囲に記載された第１面の一例と理解され、封止体２０の上面２３は特許請求の範囲に記載された第２面の一例と理解され、封止体２０の右側面２５及び左側面２６はそれぞれ特許請求の範囲に記載された第３面及び第４面の一例と理解される。

図６に示すように、第１溝７１の深さＤ１は、一定ではなく、その長手方向に沿って変化している。詳しくは、第１溝７１の深さＤ１は、長手方向の中央位置７１ｃで最も浅く、両端７１ａ、７１ｂに近づくにつれて深くなっている。ここで、本実施例における第１溝７１の深さＤ１は、その長手方向に沿って一定の変化率（即ち、一定の傾き）で変化している。しかしながら、他の実施形態として、第１溝７１の深さＤ１は、段階的に変化してもよいし、長手方向に沿ってその変化率が異なってもよい。また、他の実施形態として、第１溝７１の深さＤ１は、長手方向に沿って一定であってもよい。さらに、第１溝７１の長手方向に垂直な断面形状は特に限定されず、例えば矩形状、半円状、Ｕ字状又はその他の断面形状であってよい。

第２溝７２もまた、封止体２０の正面２１に設けられており、一端７２ａから他端７２ｂまで直線的に伸びている。第２溝の一端７２ａは、封止体２０の右側面２５に位置しており、右側面２５において開放されている。第２溝の他端７２ｂは、封止体２０の左側面２６に位置しており、左側面２６において開放されている。図１によく示されるように、封止体２０の正面２１は、第２溝７２を境界として、二つの第１放熱板３２、３４が露出する範囲（図１において第２溝７２よりも上側の範囲）と、複数の端子６６、６７、６８が突出する下面２４に連続する範囲（同図において第２溝７２よりも下側の範囲）に区分されている。第２溝７２もまた、特許請求の範囲に記載された溝の一例であり、その場合、封止体２０の正面２１は特許請求の範囲に記載された第１面の一例と理解され、封止体２０の下面２４は特許請求の範囲に記載された第２面の一例と理解され、封止体２０の右側面２５及び左側面２６はそれぞれ特許請求の範囲に記載された第３面及び第４面の一例と理解される。なお、図示省略するが、第１溝７１と同様に、第２溝７２の深さについても、長手方向の中央位置７２ｃで最も浅く、両端７２ａ、７２ｂに近づくにつれて深くなっている。

第３溝７３は、封止体２０の背面２２に設けられている。背面２２に位置する第３溝７３は、正面２１に位置する第１溝７１と同様の構成を有している。図６に示すように、第３溝７３は、一端７３ａから他端７３ｂまで直線的に伸びている。第３溝７３の一端７３ａは、封止体２０の右側面２５に位置し、右側面２５において開放されている。第３溝７３の他端７３ｂは、封止体２０の左側面２６に位置し、左側面２６において開放されている。そして、詳細な図示は省略するが、封止体２０の背面２２は、第３溝７３を境界として、二つの第２放熱板３６、３８が露出する範囲と、複数の端子６２、６４が突出する上面２３に連続する範囲に区分されている。第３溝７３は、特許請求の範囲に記載された溝の一例であり、その場合、封止体２０の背面２２は特許請求の範囲に記載された第１面の一例と理解され、封止体２０の上面２３は特許請求の範囲に記載された第２面の一例と理解され、封止体２０の右側面２５及び左側面２６はそれぞれ特許請求の範囲に記載された第３面及び第４面の一例と理解される。また、第１溝７１と同様に、第３溝７３の深さＤ３についても、長手方向の中央位置７３ｃで最も浅く、両端７３ａ、７３ｂに近づくにつれて深くなっている（図６参照）。

第４溝７４は、封止体２０の背面２２に設けられている。背面２２に位置する第４溝７４は、正面２１に位置する第２溝７２と同様の構成を有している。従って、詳細な図示は省略するが、第４溝７４は、一端から他端まで直線的に伸びている。第４溝７４の一端は、封止体２０の右側面２５に位置し、右側面２５において開放されている。第４溝７４の他端は、封止体２０の左側面２６に位置し、左側面２６において開放されている。そして、封止体２０の背面２２は、第４溝７４を境界として、二つの第２放熱板３６、３８が露出する範囲と、複数の端子６６、６７、６８が突出する下面２４に連続する範囲に区分されている。第４溝７４もまた、特許請求の範囲に記載された溝の一例であり、その場合、封止体２０の背面２２は特許請求の範囲に記載された第１面の一例と理解され、封止体２０の下面２４は特許請求の範囲に記載された第２面の一例と理解され、封止体２０の右側面２５及び左側面２６はそれぞれ特許請求の範囲に記載された第３面及び第４面の一例と理解される。

次に、図７、図８、図９を参照して、上述した半導体装置１０を採用した電力変換装置１００について説明する。電力変換装置１００は、電力によって車輪を駆動する電気自動車（ハイブリッドカー及び燃料電池車を含む）用に設計されている。図７、図８に示すように、電力変換装置１００は、ケース１０２と、複数の半導体装置１０と、複数の冷却器１０４と、複数の冷却器１０４に冷媒（例えば冷却水）を循環させる冷媒管路１０６、１０８を備える。複数の半導体装置１０と複数の冷却器１０４は交互に配置されており、各々の半導体装置１０は隣接する二つの冷却器１０４の間に位置している。ケース１０２は、複数の半導体装置１０及び複数の冷却器１０４を収容する。ケース１０２の構成は特に限定されない。一例として、本実施例におけるケース１０２は、金属材料を用いて構成されている。また、電力変換装置１００は、複数の半導体装置１０の動作を制御する制御基板１１４を備える。制御基板１１４は、複数のコネクタ１１２を有しており、各々のコネクタ１１２には、一つの半導体装置１０の複数の第１信号端子６２又は複数の第２信号端子６４が接続されている。これにより、制御基板１１４は、複数の半導体装置１０に対して、ゲート信号及びその他の信号を送受信可能に接続されている。制御基板１１４は、ケース１０２内に収容されている。

図９に示すように、半導体装置１０は、封止体２０の正面２１が一方の冷却器１０４に対向し、封止体２０の背面２２が他方の冷却器１０４に対向するように配置される。前述したように、封止体２０の正面２１には、二つの第１放熱板３２、３４が露出しており、封止体２０の背面２２には、二つの第２放熱板３６、３８が露出している。半導体装置１０で発生した熱は、放熱板３２、３４、３６、３８を介して冷却器１０４に伝達され、冷却器１０４内を流通する冷媒によって回収される。これにより、半導体装置１０の過熱が防止される。封止体２０の正面２１と、それに対向する冷却器１０４との間は、グリス１１０で満たされている。同様に、封止体２０の背面２２と、それに対向する冷却器１０４との間も、グリス１１０で満たされている。このように、封止体２０と冷却器１０４との間をグリス１１０で満たすことで、両者の間の微細な隙間が排除され、両者の間の熱伝導性を高めることができる。なお、グリス１１０は、熱伝導性の高い粒子が混合されたものであり、放熱グリスとも称される。また、半導体装置１０と冷却器１０４との間には、必要に応じて絶縁性のシート材又は板材が配置される。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、電力変換装置１００の製造プロセスにおいて、複数の半導体装置１０と複数の冷却器１０４とを組み合わせる工程を模式的に示す。この工程では、図１０（Ａ）に示すように、先ず半導体装置１０にグリス１１０を塗布し、次いでその半導体装置１０を二つの冷却器１０４の間に配置する。このとき、グリス１１０は、主に、封止体２０の正面２１に露出する第１放熱板３２、３４上、及び、封止体２０の背面２２に露出する第２放熱板３６、３８上に塗布される。この段階では、二つの冷却器１０４の間の間隙は十分に広く、半導体装置１０及びグリス１１０はいずれの冷却器にも接触しない。その後、図１０（Ｂ）に示すように、複数の半導体装置１０及び複数の冷却器１０４に、それらの配列方向に沿って圧縮力Ｆを加えることによって、それぞれの冷却器１０４を隣接する半導体装置１０の放熱板３２〜３８に圧接させる。これにより、それぞれの半導体装置１０では、それぞれの放熱板３２〜３８が、グリス１１０を介して隣接する冷却器１０４に隙間なく密着する。それぞれの放熱板３２〜３８が冷却器１０４に隙間なく密着することで、それぞれの放熱板３２〜３８と冷却器１０４との熱伝導性が向上する。

図１１に示すように、半導体装置１０の第１放熱板３２、３４と冷却器１０４とが圧接すると、第１放熱板３２、３４と冷却器１０４との間のグリス１１０が、封止体２０の正面２１と冷却器１０４との間を広がる。このとき、仮にグリス１１０が封止体２０の上面２３まで進出してしまうと、複数の第１信号端子６２及び複数の第２信号端子６４（以下、複数の信号端子６２、６４と称する）のなかで隣接する二以上の端子間にグリスが付着することによって、その二つの端子間の絶縁性が低下するといった問題が生じ得る。なお、グリス１１０は導電性を有さないので、上面２３に進出したグリス１１０が二つの端子間に付着したとしても、それらの間の絶縁性が直ちに損なわれることはない。しかしながら、上面２３に進出したグリス１１０には、電力変換装置１００が使用されていく過程において、例えばケース１０２や制御基板１１４等から発生する金属粉といった、導電性異物が付着することがある。そして、多くの導電性異物がグリス１１０に付着していくと、グリス１１０自体の絶縁性が低下することになり、その結果、そのグリス１１０が付着した二つの端子間の絶縁性が損なわれるおそれが生じる。

上記の問題に関して、本実施例の半導体装置１０では、封止体２０の正面２１に第１溝７１が設けられている。そして、封止体２０の正面２１は、第１溝７１を境界として、第１放熱板３２、３４が露出する範囲（即ち、グリス１１０が配置される範囲）と、上面２３に連続する範囲に区分されている。これにより、第１放熱板３２、３４と冷却器１０４との間から押し出されたグリス１１０が、複数の第１信号端子６２及び第２信号端子６４が存在する上面２３に向けて拡散することが抑制される。さらに、第１溝７１の両端７１ａ、７１ｂは、上面２３とは異なる右側面２５及び左側面２６において開放されている。これにより、多くのグリス１１０が第１溝７１に流れ込んだとしても、そのグリス１１０を複数の端子が存在しない右側面２５又は左側面２６へ排出することができる。従って、グリス１１０が第１溝７１を越えて上面２３まで進出することを効果的に抑制することができる。このように、第１溝７１は、第１放熱板３２、３４と冷却器１０４との間のグリス１１０が、複数の信号端子６２、６４が存在する封止体２０の上面２３に進出することを抑制する。これにより、第１溝７１は、複数の信号端子６２、６４について、グリス１１０の付着による端子間の絶縁性低下を抑制することができる。

加えて、第１溝７１の深さＤ１は、長手方向の中央位置７１ｃで最も浅く、両端７１ａ、７１ｂに近づくにつれて深くなっている（図６参照）。このような構成によると、第１溝７１に流入したグリス１１０が、第１溝７１の両端７１ａ、７１ｂに向けて流動することを効果的に促進することができる。また、第１溝７１に流入したグリス１１０が、第１溝７１の中央位置７１ｃに向けて流動することを抑制することができる。第１溝７１の中央位置７１ｃは、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間の沿面最短経路Ｌに近接している（例えば図１参照）。前述したように、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４が直列に接続されているので、第１信号端子６２と第２信号端子６４との間には比較的に大きな電位差が生じ得る。従って、仮にグリス１１０が封止体２０の上面２３に進出したとしても、そのグリス１１０が沿面最短経路Ｌに達することは、特に避けられることが好ましい。この点に関して、本実施例における第１溝７１は、沿面最短経路Ｌに近接する中央位置７１ｃで最も浅く、中央位置７１ｃから離れるにつれて深くなっていることから、グリス１１０が沿面最短経路Ｌに達することを効果的に抑制することができる。なお、第１溝７１の深さが最も浅くなる位置は、長手方向の中央位置７１ｃに限られず、第１溝７１のなかで沿面最短経路Ｌに最寄りに位置する範囲（即ち、沿面最短経路Ｌまでの距離が最短となる範囲）内に設計することができる。即ち、第１溝７１は、沿面最短経路Ｌに対して最寄りに位置する範囲内で最も浅くなり、その最も浅くなる位置から両端７１ａ、７１ｂに近づくにつれて深くなることが好ましい。

同様に、第２溝７２は、第１放熱板３２、３４と冷却器１０４との間のグリス１１０が、封止体２０の下面２４に進出することを抑制する。従って、第２溝７２は、封止体２０の下面２４に位置する正極端子６６、負極端子６７及び出力端子６８について、グリス１１０の付着による端子間の絶縁性低下を抑制することができる。なお、第２溝７２の作用及び効果の詳細については、上述した第１溝７１の作用効果に関する説明から理解されるものとして、ここでは重複して説明することは省略する。第３溝７３については、封止体２０の背面２２において、第２放熱板３６、３８と冷却器１０４との間のグリス１１０が、封止体２０の上面２３に進出することを抑制する。従って、第３溝７３は、封止体２０の上面２３に位置する複数の信号端子６２、６４について、グリス１１０の付着による端子間の絶縁性低下を抑制することができる。第４溝７４については、封止体２０の背面２２において、第２放熱板３６、３８と冷却器１０４との間のグリス１１０が、封止体２０の下面２４に進出することを抑制する。従って、第４溝７４は、封止体２０の下面２４に設けられた正極端子６６、負極端子６７及び出力端子６８について、グリス１１０の付着による端子間の絶縁性低下を抑制することができる。

以上のように、本実施例の半導体装置１０によると、第１溝７１〜第４溝７４のそれぞれが、封止体２０の上面２３又は下面２４へグリス１１０が拡散することを抑制することができる。これにより、グリス１１０の付着による二つの端子間の絶縁性低下が抑制される。なお、封止体２０と冷却器１０４との間のグリス１１０の拡散は、上述した電力変換装置１００の製造時に限られず、電力変換装置１００の使用時においても生じ得る。詳しくは、電力変換装置１００の使用時に、半導体装置１０は発熱することによって熱膨張する。二つの冷却器１０４の間で半導体装置１０が熱膨張すると、封止体２０と冷却器１０４との間のグリス１１０が圧縮されることになり、封止体２０と冷却器１０４との間でグリス１１０の拡散が生じ得る。このような場合でも、第１溝７１〜第４溝７４のそれぞれは、このようなグリス１１０の拡散を抑制することができる。

封止体２０に設けられた第１溝７１〜第４溝７４は、それぞれが独立して、グリス１１０の付着による二つの端子間の絶縁性低下を抑制する効果を奏する。そのことから、他の実施形態として、半導体装置１０は、第１溝７１〜第４溝７４の全てを備える必要はなく、第１溝７１〜第４溝７４のうちの一つ、二つ、又は三つのみを備えてもよい。また、本実施例の半導体装置１０は、封止体２０の正面２１及び背面２２のそれぞれで放熱板３２〜３８が露出する構造（両面冷却構造）を有しているが、他の実施形態として、半導体装置１０は、封止体２０の正面２１（又は背面２２）のみに放熱板が露出する構造（片面冷却構造）を有してもよい。この場合、放熱板が露出する封止体２０の正面２１（又は背面２２）のみに、第１溝７１及び第２溝７２（又は第３溝７３又は第４溝７４）の少なくとも一つを設けるとよい。また、半導体装置１０は、一つ又は三つ以上の半導体素子を備えてもよく、そのような半導体装置１０においても、第１溝７１〜第４溝７４の一つ又は複数を好適に採用することができる。

その他、半導体装置１０の構成は、様々に変更可能である。図１２を参照して、一変形例の半導体装置１０ａについて説明する。この半導体装置１０ａは、上述した半導体装置１０と比較した相違点として、封止体２０の上面２３から突出する吊りリード６５と、同じく封止体２０の上面２３に設けられた切欠部８０を有する。そして、第１溝７１は、切欠部８０に向けて分岐しており、切欠部８０に連なっている。吊りリード６５は、第２放熱板３８と一体に形成されており、半導体装置１０の動作時に出力端子６８と同じ電位となる。そのことから、吊りリード６５と第２信号端子６４との間の沿面距離を長くするために、吊りリード６５と第２信号端子６４との間に切欠部８０が設けられている。切欠部８０は、封止体２０の正面２１から背面２２まで、封止体２０の上面２３を横切るように伸びている。

半導体装置１０の封止体２０には、動作時の熱膨張等に起因して、応力（歪み）が生じ得る。このとき、封止体２０の上面２３に切欠部８０が設けられていると、切欠部８０の位置で応力が集中しやすく、切欠部８０を起点として封止体２０にクラックＣが生じることがある。このようなクラックＣが、仮に第２信号端子６４に向けて成長した場合、封止体２０の内部で第２信号端子６４が破断されるといった不具合が生じ得る。この点に関して、本変形例の半導体装置１０ａでは、第１溝７１が切欠部８０に連なるように設けられている。このような構成によると、切欠部８０の近傍で応力が集中する範囲を、第１溝７１に沿った範囲に向けることができ、仮に切欠部８０を起点とするクラックＣが生じたとしても、そのクラックＣが第２信号端子６４に向けて成長することを抑制することができる。

上記した半導体装置１０ａでは、封止体２０に設けられた切欠部８０が、沿面距離の鉛直を目的とするものであったが、第１溝７１を切欠部８０に接続するという構成は、様々な目的で封止体２０に設けられる各種の切欠部にも同様に採用することができる。なお、封止体２０の上面２３に設けられた各種の切欠部については、正面２１に位置する第１溝７１及び背面２２に位置する第３溝７３の少なくとも一方を接続するとよく、封止体２０の下面２４に設けられた各種の切欠部については、正面２１に位置する第２溝７２及び背面２２に位置する第４溝７４の少なくとも一方を接続するとよい。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書に記載された技術的事項は、それぞれが独立した技術的事項であり、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

１０、１０ａ：半導体装置
１２、１４：半導体素子
１２ａ、１４ａ：半導体素子の上面電極
１２ｂ、１４ｂ：半導体素子の下面電極
２０：封止体
２１：封止体の正面（第１面の一例）
２２：封止体の背面（第１面の一例）
２３：封止体の上面（第２面の一例）
２４：封止体の下面（第２面の一例）
２５：封止体の右側面（第３面の一例）
２６：封止体の左側面（第４面の一例）
３２、３４：第１放熱板
３６、３８：第２放熱板
６２、６４：第１信号端子、第２信号端子
６６、６７、６８：正極端子、負極端子、出力端子
７１、７２、７３、７４：第１溝、第２溝、第３溝、第４溝
７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ：溝の一端
７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ：溝の他端
７１ｃ、７２ｃ、７３ｃ、７４ｃ：溝の中央位置
１００：電力変換装置
１０４：冷却器
１１０：グリス
Ｃ：クラック
Ｌ：沿面最短経路

Claims (2)

1. 少なくとも一つの半導体素子と、
   前記少なくとも一つの半導体素子を封止する封止体と、
   前記少なくとも一つの半導体素子のいずれかに接合されているとともに、前記封止体の第１面に露出している少なくとも一つの放熱板と、
   各々が前記少なくとも一つの半導体素子のいずれかと電気的に接続されているとともに、前記封止体の前記第１面と隣り合う第２面から突出する複数の端子と、
   を備え、
   前記封止体の前記第１面には、一端から他端まで伸びる溝が設けられており、
   前記溝の前記一端は、前記封止体の前記第１面及び前記第２面と隣り合う第３面において開放されており、
   前記溝の前記他端は、前記封止体の前記第３面の反対側に位置する第４面において開放されており、
   前記封止体の前記第１面は、前記溝を境界として、前記放熱板が露出する範囲と、前記複数の端子が突出する前記第２面に連続する範囲に区分されており、
   前記溝の深さは、前記封止体の前記第１面及び前記第２面の双方に平行な方向の中央位置で最も浅く、両端に近づくにつれて深くなっている、半導体装置。
2. 前記少なくとも一つの半導体素子は、第１半導体素子と第２半導体素子とを有し、
   前記複数の端子は、第１半導体素子に電気的に接続された第１信号端子と、第２半導体素子に電気的に接続された第２信号端子とを有し、
   前記第１半導体素子と前記第２半導体素子は、直列に接続されており、
   前記溝は、前記第１信号端子及び前記第２信号端子の間を、前記第２面に沿って最短で結んだ沿面最短経路に近接する前記中央位置で最も浅くなっている、請求項１に記載の半導体装置。

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