JP6521754B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置に関し、特にパワーモジュール構造に関するものである。

従来より主端子が絶縁基板上の導体にろう接または超音波接合されたパワーモジュール構造がある。しかしパワーモジュール構造の高電流密度化に伴い、主端子と絶縁基板とを接続する接続部において使用しているうちに接続部が剥離するなど信頼性低下の問題が生じ得る。このような問題に対応する観点から、たとえば特開２０１４−１１２３６号公報（特許文献１）に開示されるインサートケースタイプのパワーモジュール構造は、以下のような構成を有している。主端子を絶縁基板上の導体ではなく、筐体を介して、放熱体であるベース板に固定させている。

特開２０１４−１１２３６号公報

特開２０１４−１１２３６号公報のように放熱体上の筐体上に主端子を固定させた場合、筐体が高い絶縁性を有するため、主端子と放熱体との間の高い絶縁性が確保される。しかし特開２０１４−１１２３６号公報においては、主端子の熱を放熱体に伝搬する熱抵抗について考慮がなされていないため、主端子から放熱体までの熱抵抗が高くなることが多い。パワーモジュール構造の駆動時の電流密度を高めるために大電流を流せば、パワーモジュール構造を構成する半導体チップのみならず主端子の発熱量も多くなる。また主端子に接続される外部配線が高温となった場合、主端子に熱が伝わる場合がある。これらの場合においてたとえば主端子とベース板との間に厚い樹脂製の筐体が挟まっていれば、主端子から放熱体への放熱性が低下し、パワーモジュール内に熱がこもることになる。すると結果的に当該パワーモジュール構造の信頼性が低下する可能性がある。

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主端子と放熱体との間の高い絶縁性と高い放熱性との双方を実現可能な半導体装置を提供することである。

本発明の半導体装置は、放熱体と、導体を含む絶縁部材と、半導体チップと、放熱用絶縁部材と、端子と、筐体または封止材とを備える。導体を含む絶縁部材は、放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置されている。半導体チップは、導体を含む絶縁部材の放熱体と反対側に配置されている。放熱用絶縁部材は、放熱体の一方の主表面の上の、半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置されている。端子は、放熱用絶縁部材の放熱体と反対側における他の領域に配置され、半導体チップと電気的に接続可能である。筐体または封止材は、半導体チップを取り囲んでいる。放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が高い。端子は互いに間隔をあけて主表面に交差する方向に複数並ぶように配置される。複数の端子のうち最も放熱体に近い端子は放熱用絶縁部材上に配置される。
本発明の半導体装置は、放熱体と、導体を含む絶縁部材と、半導体チップと、放熱用絶縁部材と、端子と、筐体または封止材とを備える。導体を含む絶縁部材は、放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置されている。半導体チップは、導体を含む絶縁部材の放熱体と反対側に配置されている。放熱用絶縁部材は、放熱体の一方の主表面の上の、半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置されている。端子は、放熱用絶縁部材の放熱体と反対側における他の領域に配置され、半導体チップと電気的に接続可能である。筐体または封止材は、半導体チップを取り囲んでいる。放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が高い。

本発明の半導体装置は、放熱体と、導体を含む絶縁部材と、半導体チップと、放熱用絶縁部材と、端子と、筐体または封止材とを備える。導体を含む絶縁部材は、放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置されている。半導体チップは、導体を含む絶縁部材の放熱体と反対側に配置されている。放熱用絶縁部材は、放熱体の一方の主表面の上の、半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置されている。端子は、放熱用絶縁部材の放熱体と反対側における他の領域に配置され、半導体チップと電気的に接続可能である。筐体または封止材は、半導体チップを取り囲んでいる。放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が低く、筐体または封止材よりも絶縁耐力が高い。

本発明によれば、放熱用絶縁部材が絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が高いため、放熱用絶縁部材の部分の熱抵抗をこの部分に筐体または封止材が配置される場合に比べて低減させることができる。このため、放熱用絶縁部材の配置により、主端子と放熱体との間の領域において、高い絶縁性と高い放熱性との双方が実現できる。

本発明によれば、放熱用絶縁部材が絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が低くかつ絶縁耐力が高いため、放熱用絶縁部材の部分を薄くすることにより、この部分の熱抵抗をこの部分に筐体または封止材が配置される場合に比べて低減させることができる。放熱用絶縁部材の絶縁耐力が高いため、放熱用絶縁部材の配置により、主端子と放熱体との間の領域において、高い絶縁性と高い放熱性との双方が実現できる。

実施の形態１の第１例のパワーモジュールの全体の概略投影図である。 実施の形態１の第１例のパワーモジュールの全体の概略平面図である。 実施の形態１の第１例のパワーモジュールの、図１のＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態１の第１例のパワーモジュールの、図２のＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略平面図である。 実施の形態１の第２例のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態１の第３例のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態１の第４例のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態１の第５例のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態１の第６例のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態２のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態３のパワーモジュールの、図３と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態３のパワーモジュールの、図４と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略平面図である。 図１２におけるＺ方向上側の主端子の概略平面図（Ａ）と、図１２におけるＺ方向下側の主端子の概略平面図（Ｂ）とである。 実施の形態４の第１例のパワーモジュールの全体の概略投影図である。 実施の形態４の第１例のパワーモジュールの全体の概略平面図である。 実施の形態４の第１例のパワーモジュールの、図１４のＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態４の第１例のパワーモジュールの、図１５のＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略平面図である。 実施の形態４の第２例のパワーモジュールの、図１６と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態４の第３例のパワーモジュールの、図１６と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。 実施の形態５のパワーモジュールの、図１６と同様にＸ方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。

以下、一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）
まず本実施の形態の第１例のパワーモジュールの構成について、図１〜図４を用いて説明する。なお図１および図３は実質的には当該パワーモジュール内の左右方向に延びる直線に沿う部分の概略断面図であるが、そのようにすれば掲載すべき構成部材がすべて含められなくなるため、ここでは正面方向から見た概略投影図としている。また説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。

図１および図２を参照して、本実施の形態の第１例のパワーモジュール１０１は、たとえば箱状（ほぼ直方体状）の外観を有しており、筐体１と、放熱体としてのベース板３と、絶縁部材としての絶縁基板５と、半導体チップ７と、端子としての主端子９と、放熱用絶縁部材としての高放熱性絶縁体１１とを主に備えている。

筐体１は、パワーモジュール１０１の最外部に配置されることによりその全体を取り囲む箱のような態様を有している。逆に言えば、筐体１はパワーモジュール１０１を構成する半導体チップ７などをそのＸ方向およびＹ方向の合計四方から取り囲むように収納する箱の側壁面として構成されている。筐体１は、機械的強度および絶縁性の高い絶縁材料により形成されており、一般公知のＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide Resin）または液晶ポリマーなどにより形成されている。ＰＰＳの熱伝導率は約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。なお筐体１はパワーモジュール１０１の最外部のみならず、後述するようにその内部の一部にも（たとえば主端子９を取り囲むように）配置されている。

ベース板３は、筐体１のＺ方向下側に配置され、通常の載置状態においてパワーモジュール１０１全体の基盤として水平方向に沿って広がる主表面を有する平板形状の部材であり、平面視においてたとえば矩形状を有している。ベース板３は銅またはアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。ベース板３はそのＺ方向下側の主表面上にはたとえばヒートシンク４が接続されることにより、パワーモジュール１０１の下方（外部）へ放熱する役割を有している。基本的にパワーモジュール１０１は図２および図４に示すように、ベース板３を土台として載置可能な構成となっている（ベース板３のＺ方向上側に各部材が搭載される態様となっている）。

ベース板３のＺ方向上側の主表面上（一方の主表面上）の少なくとも一部の領域（図１および図２においてはその中央部）には絶縁基板５が配置されている。絶縁基板５は、絶縁基板本体５ａと、絶縁基板本体５ａのＺ方向下側の主表面上に接合された下側導電体５ｂ（導体）と、絶縁基板本体５ａのＺ方向上側の主表面上に接合された上側導電体５ｃ（導体）とを有している。

絶縁基板５はパワーモジュール１０１内において半導体チップ７の外側に配置される主回路が形成される基板であり、上側導電体５ｃおよび下側導電体５ｂは当該主回路を構成しているたとえば銅製またはアルミニウム製の金属板である。絶縁基板本体５ａはアルミナまたは窒化珪素などのセラミックスである絶縁材料により形成された板状部材であり、特に上側導電体５ｃが構成する主回路および半導体チップ７に形成される半導体素子と、ベース板３とを電気的に絶縁する役割を有している。

絶縁基板本体５ａには下側導電体５ｂと上側導電体５ｃとの２つの導電体部材が接合されているように、絶縁基板５には複数の導電体部材が接合されていてもよい。

なお以上のように絶縁基板５は導電性材料からなる下側導電体５ｂなどを含むが、少なくとも絶縁性の絶縁基板本体５ａを含むため、ここでは便宜上絶縁基板本体５ａおよび下側導電体５ｂなどをまとめて絶縁部材としての絶縁基板５と表記することとする。

半導体チップ７は、絶縁基板５のベース板３が配置される側（下側）と反対側（上側）に配置されている。特に図２および図４を参照して、ここでは一例として半導体チップ７として、Ｙ方向に関して互いに間隔をあけて２つの半導体チップ７ａ，７ｂが配置されている。

半導体チップ７はたとえばシリコンなどの半導体結晶により形成されている。半導体チップ７には、図示されないがたとえばダイオードのような整流素子および、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのスイッチング素子が形成されている。半導体チップ７の上側および下側の主表面には図示されないが電極が設置されており、これにより上記の各種素子はたとえば絶縁基板５に含まれる上記主回路、または主端子９などと電気的に接続されている。

図示されないが、スイッチング素子と整流素子とはボンディングワイヤまたはリードフレームなどにより互いに電気的に接続される。またＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが存在するため、整流素子として、ＭＯＳＦＥＴに含まれる寄生ダイオードを利用してもよい。なお半導体チップ７には整流素子およびスイッチング素子が複数存在してもよいし、パワーモジュール１０１内には当該半導体チップ７が複数搭載されていてもよい。

主端子９は、たとえば半導体チップ７の上記各種素子および／または絶縁基板５の上側導電体５ｃにより構成される主回路と、パワーモジュール１０１の外部の各種回路とを電気的に接続するために配置された配線の一部として形成されている。主端子９は、図１および図２に示すように、たとえば絶縁基板５が載置される領域と間隔をあけて、そのＸ方向に関する両側に配置されている（ただし図３および図４においては図１および図２の右側の主端子９の図示が省略されている）。主端子９は、概略投影図においてはベース板３の主表面に沿うほぼ水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に拡がる横方向成分９ａ，９ｘと、概略投影図においてはベース板３の主表面に交差するほぼ鉛直方向（Ｚ方向）に延びる縦方向成分９ｂ，９ｙとを有するように屈曲したＬ字状の形状を有している。

主端子９はパワーモジュール１０１の外部の各種回路との電気的接続を容易にするために、縦方向成分９ｂ，９ｙの一方（上側）の端部が筐体１の最上部よりも上側にまで突き出すように延びており、パワーモジュール１０１の箱型の本体に対して外側に露出した態様となっている。これにより主端子９は外部との電気的接続を可能としている。なお主端子９は銅などの金属材料により形成されている。主端子９と半導体チップ７、または主端子９と絶縁基板５（上側導電体５ｃ）との電気的接続は、ボンディングワイヤ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）によりなされている。ボンディングワイヤ１３はアルミニウム、銅または金からなる群から選択されるいずれかにより形成された細線である。

図１および図２においては、主端子９は半導体チップ７が配置される領域とは異なる（重ならない）他の領域（を少なくとも一部に含むよう）に配置されている。左側の主端子９と半導体チップ７とがボンディングワイヤ１３ａにより、右側の主端子９と上側導電体５ｃとがボンディングワイヤ１３ｂにより、それぞれ電気的に接続されている。これにより主端子９は半導体チップ７、絶縁基板５から電気信号をパワーモジュール１０１の外部に伝えることが可能となっている。

高放熱性絶縁体１１は、主端子９の下側の主面と接するように、ベース板３の上側の主表面上に配置されている。したがって主端子９は高放熱性絶縁体１１から見てベース板３と反対側に（言い換えれば高放熱性絶縁体１１は、ベース板３と主端子９との間に）配置されている。高放熱性絶縁体１１は、平面視において半導体チップ７が配置される領域とは異なる（重ならない）他の領域（を少なくともその一部に含むよう）に配置されている。図１においては高放熱性絶縁体１１は、主端子９と同様に、絶縁基板５および半導体チップ７のＸ方向に関する両側に配置されている。

高放熱性絶縁体１１は、高放熱性絶縁体本体１１ａと、高放熱性絶縁体付属導体１１ｂとにより構成される。高放熱性絶縁体本体１１ａおよび高放熱性絶縁体付属導体１１ｂは、ベース板３の主表面に沿う平面を有する平板形状を有している。図１および図３に示すように、高放熱性絶縁体付属導体１１ｂは、高放熱性絶縁体本体１１ａの下側（ベース板３側）の主表面に接触するように積層された構成を有している。

本実施の形態においては、高放熱性絶縁体本体１１ａは、アルミナまたは窒化珪素などの、筐体１よりも熱伝導率の高い絶縁材料により形成されている。具体的には、高放熱性絶縁体本体１１ａの熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下程度である。高放熱性絶縁体付属導体１１ｂは、銅などの高い熱伝導率を有する導体材料により形成されている。

なお図１〜図４の第１例においては、基本的に高放熱性絶縁体本体１１ａは絶縁基板本体５ａと同一の材料により形成することを想定している。しかし本実施の形態の第１例の高放熱性絶縁体本体１１ａは、少なくとも筐体１よりも熱伝導率が高ければよく、絶縁基板本体５ａより熱伝導率の低い安価なセラミックス材料（ジルコニアなど）が用いられてもよい。パワーモジュール１０１内においては半導体チップ７の発熱量が最も多く、主端子９の発熱量は半導体チップ７ほど高温になることはない。このため主端子９の真下に配置される高放熱性絶縁体本体１１ａは絶縁基板本体５ａより熱伝導率が低くてもよい。ただし高放熱性絶縁体本体１１ａは、絶縁基板本体５ａより熱伝導率が高いことがより好ましい。

図示されないが、高放熱性絶縁体１１は、セラミックス材料よりなる高放熱性絶縁体本体１１ａの上部と主端子９とが治具で固定され、スペーサ等により高放熱性絶縁体付属導体１１ｂの下に後述する接合材を挟むためのスペースを設けてインサートケース成形を行なうことにより組み込まれる。これにより筐体１が主端子９をＸ方向およびＹ方向の双方から取り囲む態様となり、主端子９と高放熱性絶縁体１１とが互いに接続される。これにより組み込まれた後に、後述の接合材が所望の箇所に供給されることにより部材間の接合がなされる。

なお図１および図３に示す状態に対してＺ方向の上下を反転させた際における高放熱性絶縁体１１の落下を防ぐ観点と沿面での絶縁距離を確保する観点とから、Ｚ方向上側から主端子９の横方向成分９ａの一部をＺ方向下向きに押さえ込むことが可能な形態の筐体１がインサート成形されてもよい。

以上に述べる各部材が搭載された筐体１の内部は、ゲルなどの封止材２１が充填されることにより封止されている。なお図２および図４の平面図においては、封止材２１の図示が省略されている。

また筐体１の最外部の一部には制御信号用電極１７が１対（制御信号用電極１７ａ，１７ｂ）形成されている。この制御信号用電極１７ａ，１７ｂは、半導体チップ７に形成されるＩＢＧＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子に含まれるゲート配線等に入力すべき制御信号を外部から入力したり、スイッチング素子から制御信号を出力したりするための電極である。このため半導体チップ７と制御信号用電極１７とがボンディングワイヤ１３ｃにより電気的に接続されている。制御信号用電極１７はその一部が筐体１の最上部よりも上側にまで突き出すように延びており、これにより外部との電気的接続を可能としている。また、図示はしないが、過電流や過度のチップ温度上昇等から半導体チップ７を保護する目的で、制御信号用電極を増やしてもよい。

以上に述べた各部材間は、はんだなどの接合材により互いに接続されている。たとえばベース板３と絶縁基板５との間にははんだ２３ａが、絶縁基板５と半導体チップ７との間にははんだ２３ｂが、ベース板３と高放熱性絶縁体１１との間にははんだ２３ｃがそれぞれ配置され、２つの部材を電気的に接続している。つまりここでは高放熱性絶縁体付属導体１１ｂは、高放熱性絶縁体１１とベース板３とをはんだ２３ｃにより接合することを可能にするために設けられている。なお当該接合材としては、はんだの代わりにたとえば後述するように高熱伝導グリスが用いられてもよい。

その他、図示されないが、筐体１とベース板３との間にも接着剤等が供給されており、これにより筐体１とベース板３とが接合されている。またパワーモジュール１０１内に含まれるその他の図示しない絶縁性の部材同士は、これらの部材間の絶縁状態を保つように接続される。

以下の各種変形例等においては、図面の簡略化の観点から、図３および図４と同様に、図１および図２の右側半分の領域においては図示を省略している。また以下の各図においてはヒートシンク４の図示が省略されるが、以下の各種変形例等においてもパワーモジュール１０１と同様の態様でヒートシンク４が配置されるものとする。

図５を参照して、本実施の形態の第２例のパワーモジュール１０２は、パワーモジュール１０１と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール１０２は高放熱性絶縁体１１が絶縁シートからなる高放熱性絶縁体本体１１ｃにより形成されている点において、パワーモジュール１０１とは異なっている。絶縁シートからなる高放熱性絶縁体本体１１ｃはアルミナなどからなる高放熱性絶縁体本体１１ａと同様に、ベース板３の主表面に沿う平面を有する平板形状を有している。当該絶縁シートはさまざまなセラミックス材料のフィラーにシリコンの粉砕粒が充填されたものにより形成されており、電気的に絶縁性を有している。当該絶縁シートの熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下程度である。この絶縁シートの熱伝導率は、少なくとも筐体１の熱伝導率より高くなっている。

第２例においては、図５に示す状態に対してＺ方向の上下を反転させた際における高放熱性絶縁体本体１１ｃの落下を防ぐ観点と沿面での絶縁距離を確保する観点とから、Ｚ方向上側から主端子９の横方向成分９ａの一部をＺ方向下向きに押さえ込むことが可能な形態の筐体１がインサート成形される。

また、高放熱性絶縁体本体１１ｃのＺ方向下側（図５中の２３ｄの位置）には、絶縁シートとしての高放熱性絶縁性本体１１ｃを固定する目的で、薄い筐体１と同一材質の平板部材がインサート成形される。その上に熱伝導率の高い絶縁シートとしての高放熱性絶縁体本体１１ｃを挿入して主端子９との間での絶縁性および高い熱伝導率が確保される。この高放熱性絶縁体本体１１ｃにより、高放熱性絶縁体本体１１ｃのＺ方向下側の（熱伝導率の低い）筐体１の部分を薄くし、主端子９のＺ方向下側の領域をすべて筐体１で構成する場合に比べて等価的に熱伝導率を上げ、主端子９の熱をＺ方向下方へ逃がしやすくすることができる。

なお第２例の高放熱性絶縁体１１は絶縁シートの高放熱性絶縁体本体１１ｃの１層のみからなるため、これとベース板３との接合材としてははんだ２３ｃの代わりに高熱伝導グリス２３ｄが用いられることが好ましい。

図６を参照して、本実施の形態の第３例のパワーモジュール１０３は、パワーモジュール１０２と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。パワーモジュール１０３においてもパワーモジュール１０２と同様に、高放熱性絶縁体１１としては絶縁シートからなる高放熱性絶縁体本体１１ｃが用いられる。ただしパワーモジュール１０３は主端子９と高放熱性絶縁体１１との接続、および高放熱性絶縁体１１とベース板３とが以下の態様により接続されている点において、パワーモジュール１０１，１０２と異なっている。

すなわち、図６のようにベース板３、高放熱性絶縁体１１、主端子９がこの順に積層された状態で、主端子９の横方向成分９ａの上面からＺ方向下側に向けて、これらが接着可能な程度に高い圧力が加えられる。これによりベース板３と高放熱性絶縁体１１と主端子９とが互いに接合される。このため第３例においては、ベース板３と高放熱性絶縁体１１との間に接合材は配置されていない。

このようにすれば、絶縁シートからなる高放熱性絶縁体１１が、ベース板３および主端子９に対して平面視において位置ずれしないように接合できる。またベース板３と高放熱性絶縁体１１などとの間に高熱伝導グリス２３ｄなどの接合材が挟まれない。このためベース板３と、高放熱性絶縁体１１および主端子９との間の、熱抵抗をより小さくすることができ、主端子９の放熱性が高められる。

図７を参照して、本実施の形態の第４例のパワーモジュール１０４は、パワーモジュール１０２と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール１０４は主端子９がＺ方向に延びるように屈曲したＬ字状の形状を有してはおらず、ベース板３の主表面に沿うほぼ水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に拡がる平板状成分９ｃのみを有する態様となっている。主端子９は筐体１のＸ方向左側の側面を突き出し、その外部にまで延びている。この点においてパワーモジュール１０４はパワーモジュール１０２と異なっている。

これにより主端子９はパワーモジュール１０１などと同様に、その外部の各種回路と電気的に接続可能となっている。このように主端子９は、必ずしも筐体１に対してＺ方向上側からその外部に取り出す態様になっていなくてもよく、パワーモジュール１０４のように筐体１に対してＸ方向左側からその外部に取り出す態様になっていてもよい。

なおパワーモジュール１０１，１０３に対して平板状成分９ｃを有する主端子９が用いられてもよい。

図８を参照して、本実施の形態の第５例のパワーモジュール１０５は、パワーモジュール１０１と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール１０５は、パワーモジュール１０１の高放熱性絶縁体１１のように高放熱性絶縁体付属導体１１ｂが配置されておらず、高放熱性絶縁体１１が高放熱性絶縁体本体１１ａのみにより構成されている。またベース板３と高放熱性絶縁体１１との接合材として、はんだ２３ｃの代わりに高熱伝導グリス２３ｄが用いられている。この点においてパワーモジュール１０５はパワーモジュール１０１と異なっている。

図９を参照して、本実施の形態の第６例のパワーモジュール１０６は、パワーモジュール１０１と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。パワーモジュール１０６は、高放熱性絶縁体１１が、高放熱性絶縁体本体１１ｄと、高放熱性絶縁体付属導体１１ｂとにより構成される。高放熱性絶縁体本体１１ｄは、筐体１よりも熱伝導率が高くかつ筐体１よりも絶縁耐力が高い、ステアタイトのような電気的に絶縁性の材質により形成されている。高放熱性絶縁体１１はこのような高放熱性絶縁体本体１１ｄを有する構成であってもよい。逆に言えばパワーモジュール１０１の高放熱性絶縁体本体１１ａは、筐体１よりも熱伝導率が高くかつ筐体１よりも絶縁耐力が低い材料により形成されていてもよい。

なお以上の本実施の形態の各実施例において、絶縁基板本体５ａの代わりに上記高放熱性絶縁体本体１１ｃを構成する絶縁シートと同じ材質からなる絶縁シートが用いられてもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、上記のいずれの実施例においても、ベース板３と主端子９との間に、絶縁材料を含み、かつ筐体１よりも熱伝導率が高い高放熱性絶縁体１１が配置される。このため、たとえばベース板３と主端子９との間に筐体１と同じ材質のＰＰＳなどが配置される場合に比べて、主端子９とベース板３との間の領域の熱抵抗を低減することができる。よって主端子９で発生した熱およびパワーモジュールの外部の配線から主端子９に伝わってきた熱をベース板３により多く伝え、ベース板３から外部に放熱させることができる。このため主端子９の温度をより効率的に下げることができる。主端子９の温度が下がれば、半導体チップ７からボンディングワイヤ１３を介して主端子９に伝わる熱量が増加するため、半導体チップ７の温度を下げることもできる。

主端子９の（たとえば縦方向成分９ｂをその延在方向に交差するように切った）断面の最小面積は、主端子９の発熱量に依存するように決定される。主端子９に電流をより多く流すためには、主端子９の断面積を大きくして、その発熱量をより小さくする必要がある。しかし上記のように高放熱性絶縁体１１を用いて主端子９の温度を下げることができれば、主端子９の断面積を小さくすることができるため、パワーモジュールをより小型化することができる。

しかも高放熱性絶縁体１１はいずれの実施例においても（ベース板３の主表面に沿う方向に拡がる）絶縁材料を含んでいる。このため、主端子９とベース板３との間の絶縁性を確保しつつ、主端子９の熱を確実にベース板３の方へ放熱させることができる。つまり主端子９とベース板３との間の高い絶縁性と高い放熱性との双方を両立させることができる。

またたとえば図９のパワーモジュール１０６のように、筐体１よりも熱伝導率が高くかつ絶縁耐力が高い材料により高放熱性絶縁体本体１１ｄが形成されれば、そのＺ方向厚みを非常に薄くすることでその熱抵抗を低くしても、その絶縁性を十分に確保することができる。このため高放熱性絶縁体１１の高い熱伝導性と電気絶縁性との双方を兼ね備える効果を確保することができる。

なお以上の本実施の形態の各実施例において、半導体チップ７はシリコンの代わりに、炭化珪素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）のようなワイドバンドギャップ半導体により形成されてもよい。このようにすれば、主端子９の電流密度が増加し、より高温となるため、本実施の形態を用いることによる高い放熱性の作用効果がより顕著になる。

（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態のパワーモジュール２０１は、実施の形態１のたとえば第２例のパワーモジュール１０２と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール２０１は、高放熱性絶縁体１１が高放熱性絶縁体本体１１ｃの代わりに高放熱性絶縁体本体１１ｅにより構成されている。

高放熱性絶縁体本体１１ｅは、実施の形態１の高放熱性絶縁体本体１１ａ，１１ｃ，１１ｄと同様に、電気的に絶縁性を有している。また高放熱性絶縁体本体１１ｅは、筐体１よりも熱伝導率が低く、かつ筐体１よりも絶縁耐力が高い絶縁紙のような材質により形成されている。

この点においてパワーモジュール２０１は実施の形態１の各パワーモジュールとは異なるが、他の点については基本的に実施の形態１の各パワーモジュールと同様である。すなわちパワーモジュール２０１についても、ベース板３と、ベース板３の上側の主表面上の一部の領域に配置された絶縁基板５とを有しており、絶縁基板５は、絶縁基板本体５ａと、下側導電体５ｂと、上側導電体５ｃとを有している。絶縁基板５のＺ方向上側には半導体チップ７が配置されている。高放熱性絶縁体１１は平面視において半導体チップ７が配置される領域とは異なる他の領域を少なくとも部分的に含むように配置されている。主端子９は、高放熱性絶縁体１１のＺ方向上側すなわちベース板３と反対側における、上記他の領域に配置され、半導体チップ７と電気的に接続可能な構成を有している。半導体チップ７を取り囲むように筐体１を有している。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の高放熱性絶縁体１１を構成する高放熱性絶縁体本体１１ｅは、筐体１よりも絶縁耐力が高い。このため、たとえばそのＺ方向に関する厚みをかなり薄くしたとしても、当該部分すなわち主端子９とベース板３との間の領域における高い絶縁性を確保することができる。したがってその厚みが薄くすることにより、これが厚い場合に比べて、高放熱性絶縁体本体１１ｅの部分の熱抵抗を小さくすることができる。これにより、その厚みを薄くすれば、たとえ筐体１より高放熱性絶縁体１１の熱伝導率が低くても、その熱抵抗を小さくすることができ、主端子９からベース板３への放熱をより効率的に行なうことを可能とする。また高放熱性絶縁体１１の厚みが薄くなることにより、パワーモジュール２０１をより小型化させることもできる。

ここで、高放熱性絶縁体本体１１ｅのたとえばＺ方向に関する厚みＴ１は、仮に当該部分を筐体１と同じ材料で形成した場合のＺ方向の厚みをＴ２、高放熱性絶縁体本体１１ｅを構成する材料の熱伝導率をα１、筐体１を構成する材料の熱伝導率をα２とすれば、
Ｔ１＜Ｔ２×（α１／α２）・・・（１）
であることが好ましい。

ただしこの場合、主端子９、高放熱性絶縁体１１およびベース板３を覆う封止材２１により、主端子９からベース板３までの沿面の絶縁距離を確保しておくことが好ましい。

逆に言えば、実施の形態１のように筐体１よりも熱伝導率が高い高放熱性絶縁体１１が用いられる場合には、たとえその部分の厚みを大きくしたとしても、その部分の熱抵抗が主端子９からの放熱効率が非常に低下するほどに高くなる可能性を低減することができる。

（実施の形態３）
図１１〜図１２を参照して、本実施の形態のパワーモジュール３０１は、実施の形態１のたとえば第２例のパワーモジュール１０２と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール３０１は、主端子がベース板３の主表面に交差するＺ方向に関して、互いに間隔をあけて複数（ここでは２つ）並ぶように配置されている領域を少なくともその一部に含んだ構成となっている。言い換えれば、２つの動作中の電位が互いに（無視できない程度に）異なる主端子が、Ｚ方向に関して互いに間隔をあけて配置されている。

具体的には、図１２に示すように、パワーモジュール３０１は、２つの主端子９１と主端子９２とを有している。図１１に示すように主端子９１は横方向成分９ａ１および縦方向成分９ｂ１を有し、主端子９２は横方向成分９ａ２および縦方向成分９ｂ２を有している。横方向成分９ａ１，９ａ２はベース板３の主表面に沿うほぼ水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に拡がっており、縦方向成分９ｂ１，９ｂ２はベース板３の主表面に交差するほぼ鉛直方向（Ｚ方向）に延びている。つまり主端子９１，９２は実施の形態１の主端子９と同様に、概略投影図においては屈曲したＬ字状の形状を有している。

ただし図１２および図１３を参照して、主端子９１および主端子９２は、平面視においても屈曲したＬ字状の形状を有している。具体的には、主端子９１は、図１２および図１３（Ａ）の左下側の領域に縦方向成分９ｂ１が配置され、横方向成分９ａ１はそこからＸ方向右側に延びた後に屈曲してＹ方向上側に延びる形態をなしている。また主端子９２は、図１２および図１３（Ｂ）の左上側の領域に縦方向成分９ｂ２が配置され、横方向成分９ａ２はそこからＸ方向右側に延びた後に屈曲してＹ方向下側に延びる形態をなしている。主端子９１の横方向成分９ａ１がＹ方向上側に延びる領域と、主端子９２の横方向成分９ａ２がＹ方向下側に延びる領域とが平面視において互いに重なるように、Ｚ方向に関して互いに並ぶように配置されている。

ここでは一例として、主端子９１の横方向成分９ａ１と半導体チップ７ｂとはボンディングワイヤ１３ａにより、主端子９２の横方向成分９ａ２と半導体チップ７ａとはボンディングワイヤ１３ｂにより、それぞれ電気的に接続されている。

図１１を再度参照して、平面視において互いに重なるように配置される複数の主端子９１，９２（横方向成分９ａ１，９ａ２）のうち最もベース板３に近い主端子は、高放熱性絶縁体１１上に配置されている。ここではＺ方向に関して、主端子９１の横方向成分９ａ１が主端子９２の横方向成分９ａ２の上に重なるように配置されている。すなわちＺ方向に関して主端子９１（横方向成分９ａ１）よりも下側に配置される主端子９２（横方向成分９ａ２）は、高放熱性絶縁体１１上に（載置されるように）配置されている。

なおここでの高放熱性絶縁体１１は、たとえばパワーモジュール１０２のように高放熱性絶縁体本体１１ｃからなり、それが高熱伝導グリス２３ｄと接続される態様であってもよい。あるいは高放熱性絶縁体１１は、たとえばパワーモジュール１０１のように筐体１より熱伝導率が高い高放熱性絶縁体１１ａと高放熱性絶縁体付属導体１１ｂであってもよい。この場合はこれとベース板３との間の接続は図１１に示す高熱伝導グリス２３ｄであってもよいがその代わりにはんだ２３ｃ（図３参照）であってもよい。

その他、本実施の形態における高放熱性絶縁体１１は、たとえば実施の形態２のように筐体１よりも熱伝導率が低くかつ筐体１よりも絶縁耐力が高い高放熱性絶縁体本体１１ｅであってもよい。なお高放熱性絶縁体本体１１ｅが用いられる場合には、実施の形態２と同様の観点から、そのＺ方向の厚みをより薄くすることにより、その部分（主端子９２とベース板３との間）の熱抵抗を極力小さくするとともに、主端子９２からベース板３までの沿面距離を極力長くすることが好ましい。その他、実施の形態１，２の各変形例の高放熱性絶縁体１１と、本実施の形態の構成とを適宜組み合わせることができる。また図示されないが、たとえば図７のパワーモジュール１０４のように、互いに平面的に重なる領域を含む主端子９１，９２が平板状成分９ｃを有し、筐体１に対してＸ方向左側からその外部に配線を取り出す態様になっていてもよい。

一方、Ｚ方向に関して主端子９２（横方向成分９ａ２）よりも上方に配置される主端子９１（横方向成分９ａ１）は、絶縁体１２の上に配置されている。この絶縁体１２は高放熱性絶縁体１１と同一の材料により構成されてもよいが、それとは異なる材料により構成されてもよい。絶縁体１２は、横方向成分９ａ１と横方向成分９ａ２との間の領域を埋めるように、Ｚ方向に延びるように配置されている。この絶縁体１２により、横方向成分９ａ１と横方向成分９ａ２との電気的な絶縁が保たれている。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、たとえば高放熱性絶縁体１１として筐体１の絶縁材料よりも熱伝導率が高い（高放熱性絶縁体本体１１ａ，１１ｃ，１１ｄなど）を用いれば、主端子９２とベース板３との間の熱抵抗を下げることができる。このため、主端子９２から高放熱性絶縁体１１を介してベース板３に伝わる熱の量を増やすことができ、主端子９２で発生した熱およびパワーモジュール３０１の外部の配線から主端子９２に伝わってきた熱をベース板３により多く伝え、ベース板３から外部に放熱させることができる。このため主端子９２の温度をより効率的に下げることができる。主端子９２の温度が下がれば、半導体チップ７からボンディングワイヤ１３を介して主端子９２に伝わる熱量が増加するため、半導体チップ７の温度を下げることもできる。また以上のように主端子９２からの放熱効率が上がるため、実施の形態１と同様に、主端子９１，９２の延在する方向に交差する断面の面積を小さくし、主端子９２の発熱量が増えたとしても、その放熱が可能な体制が整っているといえる。このため、主端子９１，９２の断面積を小さくし、パワーモジュールをより小型化することができる。

なお、絶縁体１２がたとえば筐体１に含まれる絶縁材料と同じ材料により形成される場合には、絶縁体１２は主端子９２の上部と高放熱性絶縁体１１の下部とを治具で固定することにより、絶縁体１２は筐体１の成形時に併せて成形することができる。したがってこの場合、たとえば絶縁体１２を筐体１と異なる材料により形成する場合に比べて製造工程を減らしコストを低減することができる。

また絶縁体１２が高放熱性絶縁体１１に含まれる絶縁材料と同じ材料により形成される場合には、主端子９１で発生した熱および主端子９１（横方向成分９ａ１）に伝わった熱などが高放熱性絶縁体としての絶縁体１２を介してその下の主端子９２（横方向成分９ａ２）に伝えられる。さらに主端子９２から高放熱性絶縁体１１を伝わることによりその下のベース板３に放熱される。このため主端子９１についても主端子９２と同様に温度を下げることができる。

ただし上側にある主端子９１で発生した熱などは、下のベース板３などの放熱体に向かう放熱経路の途中に、たとえば主端子９２などの主端子９１と同様に熱を発生する端子の存在により、主端子９１から主端子９２への熱の伝搬が遮られやすい。このため主端子９１は主端子９２に比べて、仮にこれと接するように高放熱性絶縁体１１などが配置されたとしても、その冷却効果が弱くなる。このため、たとえば仮に高放熱性絶縁体１１とは異なる（熱伝導率が高放熱性絶縁体本体１１ｃほど高くない）絶縁性材料により絶縁体１２を形成しても冷却効果がさほど変わらない場合には、そのようにすることにより、その製造コストを低減することができる場合がある。つまり、本実施の形態のように複数の主端子９１，９２を有する構成とすることにより、その冷却の要否の優先順位に応じて場所ごとに異なる絶縁体材料を宛がうなどの工夫をすれば、コストを低減することができる場合がある。

（実施の形態４）
まず本実施の形態の第１例のパワーモジュールの構成について、図１４〜図１７を用いて説明する。なお図１４および図１６は実質的には当該パワーモジュール内の左右方向に延びる直線に沿う部分の概略断面図であるが、そのようにすれば掲載すべき構成部材がすべて含められなくなるため、ここでは正面方向から見た概略投影図としている。

図１４および図１５を参照して、本実施の形態の第１例のパワーモジュール４０１は、たとえば箱状（ほぼ直方体状）の外観を有しており、放熱体としてのヒートシンク４と、絶縁部材としての絶縁シート付部材６と、半導体チップ７と、放熱用絶縁部材としての高放熱性絶縁体１１と、端子としてのリードフレーム１０とを主に備えている。

ただしパワーモジュール４０１においては、パワーモジュール１０１のような筐体１が配置されていない。したがってヒートシンク４のＺ方向上方の領域において封止材２２がその外部に向けて露出している。この点において本実施の形態は、筐体１を備える実施の形態１〜３の各パワーモジュールと大きく異なっている。

パワーモジュール４０１においては、放熱体としてヒートシンク４のみが設けられているが、実施の形態１〜３と同様に、ベース板３と、そのＺ方向下方の主表面上に接続されたヒートシンク４とを有する構成であってもよい。基本的にパワーモジュール４０１は図１４および図１６に示すように、ヒートシンク４を土台として載置可能な構成となっている（ヒートシンク４のＺ方向上側に各部材が搭載される態様となっている）。

パワーモジュール４０１においては、主回路を構成する絶縁シート付部材６が配置されている。絶縁シート付部材６は、ＸＹ平面に関するほぼ全面に拡がることにより、Ｚ方向に関して、後述する半導体チップ７および高放熱性絶縁体１１と、ヒートシンク４との間に配置された態様となっている。絶縁シート付部材６は、実施の形態１において高放熱性絶縁体本体１１ｃなどに用いられる絶縁シートと同様の材質からなる絶縁シート６ａと、絶縁シート６ａのＺ方向下側の主表面上に形成された銅箔６ｂ（導体）と、絶縁シート６ａのＺ方向上側の主表面上に接合されたヒートスプレッダ６ｃ（導体）とを有している。これら絶縁シート６ａ、銅箔６ｂ、ヒートスプレッダ６ｃが、ヒートシンク４の上側の主表面上のほぼ全面に拡がっている。つまり絶縁シート付部材６は絶縁基板５と同様に、ここでは導体材料を含んでいるものとする。

絶縁シート付部材６は実施の形態１などの絶縁基板５と同様に半導体チップ７の外側に形成される主回路を形成する基板である。銅箔６ｂは銅の薄膜により形成されており、絶縁基板５の下側導電体５ｂに対応している。ヒートスプレッダ６ｃはたとえば銅により形成されており、絶縁基板５の上側導電体５ｃに対応している。ただしパワーモジュール４０１においても、パワーモジュール１０１などと同様に、絶縁基板本体５ａと、その上下面に設けられた金属板としての下側導電体５ｂおよび上側導電体５ｃとを有する絶縁基板５が用いられてもよい。

半導体チップ７は、絶縁シート付部材６のヒートシンク４が配置される側（下側）と反対側（上側）に配置されている。ここでは一例として、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて２つの半導体チップ７ａ，７ｂが配置されている。

高放熱性絶縁体１１は、絶縁シート付部材６の上側の主表面上（ヒートシンク４の上側の主表面の上でもある）の、半導体チップ７が配置される領域とは異なる領域（ここでは半導体チップ７のＸ方向左側）に配置されている。ここでは実施の形態１の各実施例のいずれの高放熱性絶縁体１１が用いられてもよいが、ここでは一例として図６のように圧力を利用してヒートスプレッダ６ｃなどと接続された態様の高放熱性絶縁体本体１１ｃが示されている。したがって、ここではＸ方向左側から、高放熱性絶縁体１１、半導体チップ７ａ、半導体チップ７ｂの順に互いに間隔をあけて絶縁シート付部材６上に並んでいる。

また本実施の形態においては、高放熱性絶縁体１１に含まれる高放熱性絶縁体（たとえば高放熱性絶縁体１１ｃ）は封止材２２よりも熱伝導率の高い絶縁材料となっている。したがって絶縁シート６ａも、（高放熱性絶縁体１１ｃと同じ材料であることから）封止材２２よりも熱伝導率の高い絶縁材料となっている。

リードフレーム１０は、実施の形態１などの主端子９に対応するものである。リードフレーム１０は、高放熱性絶縁体１１のＺ方向上側の主表面上に接続され、かつ半導体チップ７ａ，７ｂのＺ方向上側の主表面上にも接続されている。つまりリードフレーム１０は、高放熱性絶縁体１１、半導体チップ７ａおよび半導体チップ７ｂの真上を跨ぐように、Ｘ方向に関して延びている。さらにリードフレーム１０はこれらの部材を封止する封止材２２のＸ方向左側の端部を突き破ってその左方に突き出すように延びており、これにより外部との電気的接続を可能としている。また図１５および図１７の平面図に示すように、リードフレーム１０は、Ｙ方向に関しても、たとえば高放熱性絶縁体１１のＹ方向寸法と同程度の幅を有している。したがってリードフレーム１０は、平面視においてＸ方向に長く延びる板状の形状を有している。

以上により、ここではリードフレーム１０は、半導体チップ７ａ，７ｂと高放熱性絶縁体１１との双方に直接接続されている。ただしリードフレーム１０は半導体チップ７ａ，７ｂの代わりにヒートスプレッダ６ｃに直接接続され、ヒートスプレッダ６ｃと半導体チップ７とが図示されないボンディングワイヤで接続されることにより半導体チップ７と電気的に接続された態様であってもよい。

なおリードフレーム１０は、通常、銅により形成されている。ただしインバーと呼ばれる鉄−ニッケル合金材料を１対の銅材の間に挟む構成にした材料を用いてリードフレーム１０を構成してもよい。

封止材２２の最外部の一部には制御信号用電極１７が複数（たとえば制御信号用電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅの５つ）形成されている。これは実施の形態１と同様に、半導体チップ７に形成されるＩＢＧＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子に含まれる図示されないゲート配線等に入力すべき制御信号を外部から入力したり、かつスイッチング素子から制御信号を出力したりするための電極である。このため半導体チップ７と制御信号用電極１７とがボンディングワイヤ１３により電気的に接続されている。

またリードフレーム１０とＹ方向に関して互いに間隔をあけて、１対の主端子１８ａ，１８ｂが配置されている。これらはたとえば絶縁シート付部材６のヒートスプレッダ６ｃ上に接続されている。図１５においてはこれらの主端子１８ａ，１８ｂはＸ方向に関してリードフレーム１０とほぼ平行に延在し、その一部が封止材２２から露出されている。これにより、その外部との電気的接続を可能としている。なお主端子１８ａ，１８ｂは、いずれもリードフレーム１０とは電位が異なっている。

以上に述べた各部材間は、はんだなどの接合材により互いに接続されている。たとえばヒートシンク４と絶縁シート付部材６との間にははんだ２３ａが、絶縁シート付部材６と半導体チップ７との間にははんだ２３ｂが、半導体チップ７とリードフレーム１０との間にははんだ２３ｅがそれぞれ配置され、２つの部材を電気的に接続している。さらに主端子１８と絶縁シート付部材６との間にははんだ２３ｆが配置されこれらを接続している。これらのはんだの代わりに銀が用いられてもよいし、たとえばはんだ２３ａの代わりに高熱伝導グリス２３ｄ（図５参照）が用いられてもよい。また互いに電気的に絶縁すべき各部材間の沿面の絶縁距離は可能な限り長くなるよう確保されている。

以上の態様を組み立てる際には、まずヒートスプレッダ６ｃの上の所望の位置に高放熱性絶縁体１１が配置され、かつヒートスプレッダ６ｃの上の所望の位置にはんだ２３ｂを介して半導体チップ７ａ，７ｂが配置される。また半導体チップ７ａ，７ｂのＺ方向上側の主表面上には、所望のＺ方向厚みを有するようにはんだ２３ｅが供給される。

次に、これら高放熱性絶縁体１１およびはんだ２３ｅ（半導体チップ７ａ，７ｂ）の双方の上に重畳するようにリードフレーム１０が配置される。このときリードフレーム１０は、半導体チップ７ａ，７ｂと高放熱性絶縁体１１との間の領域においてＺ方向上方を向くように屈曲する。これによりリードフレーム１０が半導体チップ７ａ，７ｂ上のはんだ２３ｅの厚みに応じて高放熱性絶縁体１１の真上に比べてＺ方向上方に配置可能となる。

たとえば半導体チップ７ａ，７ｂとリードフレーム１０とを接合するはんだ２３ｅは、その厚みが大きくなれば、半導体チップ７ａ，７ｂからリードフレーム１０への伝熱の熱抵抗が増加し、半導体チップ７ａ，７ｂからリードフレーム１０へ伝わる熱量が減少する。このため、半導体チップ７からリードフレーム１０への放熱効率を高める観点からは、はんだ２３ｅを厚くするよりも、はんだ２３ｅは薄くしたままリードフレーム１０をはんだ２３ｅの上面の高さに適合するように屈曲させる方がよい場合がある。

またリードフレーム１０は高放熱性絶縁体１１の上側の表面上にも配置されるが、このとき治具で両者が接着可能な程度の圧力が加わるように調節される。この状態で、リフロー工程により、はんだ２３ａ，２３ｂ，２３ｅ，２３ｆにより各部材間が一括で接合される。このとき、はんだ２３ａ，２３ｂ，２３ｅ，２３ｆが溶融した際に、リードフレーム１０の自重により、リードフレーム１０と高放熱性絶縁体１１との接続が強固になり、両者間の熱抵抗を減らすことができる。

次に以上により実装された、絶縁シート付部材６およびそのＺ方向上方の各部材を封止する封止材２２は、エポキシ樹脂などの封止材料が用いられている。封止材２２は、その最表面を露出する態様となるため、ゲル状の封止材２１に比べて硬度が非常に高くなっている。封止材２２はパワーモジュール１０１などの筐体１と同様に、パワーモジュール２０１を構成する半導体チップ７などをそのＸ方向およびＹ方向の合計四方から取り囲むように収納する箱型（たとえば直方体型）を有している。上記のようにはんだ２３ａ，２３ｂ，２３ｅ，２３ｆを用いた接合の後に、封止材２２を用いて各部材が封止される。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、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、その説明は繰り返さない。

図１８を参照して、本実施の形態の第２例のパワーモジュール４０２は、パワーモジュール４０１と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。パワーモジュール４０２においてもパワーモジュール４０１と同様に、端子として主端子９（図１参照）の代わりにリードフレーム１０が用いられている。ただしパワーモジュール４０２は、高放熱性絶縁体１１が、高放熱性絶縁体本体１１ａと、そのＺ方向下側の主表面上に接合された下側導電体１１ｆと、高放熱性絶縁体本体１１ａのＺ方向上側の主表面上に接合された上側導電体１１ｇとを有する構成となっている。この点においてパワーモジュール４０２は、高放熱性絶縁体１１ｃが圧力を利用してリードフレーム１０に接合されるパワーモジュール４０１とは異なっている。

高放熱性絶縁体１１は上記のような構成を有していてもよい。下側導電体１１ｆおよび上側導電体１１ｇは、たとえば銅製またはアルミニウム製の金属板である。

また下側導電体１１ｆとヒートスプレッダ６ｃとは、たとえばはんだ２３ｇにより接合されている。上側導電体１１ｇとヒートスプレッダ６ｃとについても同様に、たとえばはんだ２３ｈにより接合されている。

図１８においては、上側導電体１１ｇ上のはんだ２３ｈのＺ方向最上面と、半導体チップ７上のはんだ２３ｅのＺ方向最上面との高さがほぼ等しくなっている。このため両者を跨ぐように接合されるリードフレーム１０はＺ方向に関して屈曲することなく、ほぼ平板状に延びている。ただしここでも（上記第１例と同様に）絶縁シート６ａのＺ方向に関する高さと、はんだ２３ｂ，２３ｅ，２３ｇ，２３ｈの厚みとを調整しながら、必要に応じてＺ方向に関してリードフレーム１０が屈曲されてもよい。たとえば半導体チップ７からリードフレーム１０への放熱効率を高める観点からは、はんだ２３ｅを厚くするよりも、はんだ２３ｅは薄くしたままリードフレーム１０をはんだ２３ｅの上面の高さに適合するように屈曲させる方がよい場合がある。

パワーモジュール４０２の形成時においては、ヒートシンク４上のはんだ２３ａと、半導体チップ７の上下面のはんだ２３ｂ，２３ｅと、高放熱性絶縁体１１の上下面それぞれと接するはんだ２３ｇ，２３ｈとがすべて一括してリフロー工程により固着される。これにより、各はんだ２３ａ，２３ｂ，２３ｅ，２３ｇ，２３ｈに接する部材間が接合される。

図１９を参照して、本実施の形態の第３例のパワーモジュール４０３は、パワーモジュール４０１と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール４０３はリードフレーム１０が高放熱性絶縁体１１のＸ方向左側の端部の真上当たりの位置にてほぼ直角に屈曲し、封止材２２を突き破ってその最上部よりも上側にまで突き出すように延びている。これにより外部との電気的接続を可能としている。このようにリードフレーム１０は、Ｘ方向に関して封止材２２の外側に突き出してもよいし、Ｚ方向に関して封止材２２の外側に突き出してもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては端子として主端子９（図１参照）の代わりに平面視において板状形状のリードフレーム１０が用いられ、これとヒートシンク４との間に高放熱性絶縁体１１が配置（接続）される。リードフレーム１０により、主端子９がボンディングワイヤ１３を介して半導体チップ７と接続される実施の形態１などに比べて、半導体チップ７で発生した熱が直ちにリードフレーム１０を介してそのＺ方向下方のヒートスプレッダ６ｃおよびヒートシンク４に放熱できる。すなわちリードフレーム１０により半導体チップ７の放熱効率がより向上される。

また実施の形態１と同様に、高放熱性絶縁体１１により、リードフレーム１０で発生した熱およびパワーモジュールの外部の配線からリードフレーム１０に伝わってきた熱をヒートシンク４およびヒートスプレッダ６ｃなどにより多く伝え、そこから外部に放熱させることができる。したがってリードフレーム１０の冷却効率を高めることもできる。高放熱性絶縁体１１は、このような高い放熱性および高い絶縁性の双方を両立するように実現させることができる。

リードフレーム１０に大電流を流すことにより、リードフレーム１０には大量の熱が発生しやすいことから、本実施の形態の放熱システムは特に実益がある。また半導体チップ７はシリコンの代わりに、炭化珪素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）のようなワイドバンドギャップ半導体により形成されてもよい。このようにすれば、リードフレーム１０の電流密度が増加し、より高温となるため、本実施の形態を用いることによる高い放熱性の作用効果がより顕著になる。

半導体チップ７とリードフレーム１０とを接続するはんだ２３ｅの厚み等により、半導体チップ７からリードフレーム１０への放熱効率をいっそう高めることもできる。

また絶縁シート６ａとヒートスプレッダ６ｃとが絶縁シート付部材６の一部（上側導電体）として、平面視において絶縁シート付部材６の（ほぼ）全面に拡がっている。すなわち絶縁シート６ａおよびヒートスプレッダ６ｃは、Ｚ方向に関して半導体チップ７ａ，７ｂおよび高放熱性絶縁体１１と、ヒートシンク４との間に必ず配置される構成となっている。上記のように絶縁シート６ａは封止材２２よりも熱伝導率が高く、また銅であるため当然にヒートスプレッダ６ｃも封止材２２よりも熱伝導率が高い。このことも、リードフレーム１０から絶縁シート６ａ、ヒートスプレッダ６ｃおよびその真下のヒートシンク４などへの放熱効率をより高める効果を有する。

なおリードフレーム１０は半導体チップ７よりも発熱量が少ない。このためリードフレーム１０を用いる本実施の形態においては、少なくともエポキシ樹脂などの封止材２２よりも熱伝導率の高い高放熱性絶縁体本体（を含む高放熱性絶縁体１１）を用いれば、リードフレーム１０の比較的少ない発熱を放熱するには十分である。このような高放熱性絶縁体本体の材料として安価な材料を用いることで、製造コストを低減することもできる。

その他、本実施の形態においても、実施の形態１などと同様に、リードフレーム１０に電流をより多く流すためには、リードフレーム１０の断面積を大きくして、その発熱量をより小さくする必要がある。しかし上記のように高放熱性絶縁体１１を用いてリードフレーム１０の温度を下げることができれば、リードフレーム１０の断面積を小さくすることができるため、パワーモジュールをより小型化することができる。

（実施の形態５）
図２０を参照して、本実施の形態のパワーモジュール５０１は、実施の形態４のたとえば第２例のパワーモジュール４０２と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。すなわち端子としてはパワーモジュール５０１の外部の配線に接続されるリードフレーム１０を有している。ただしパワーモジュール５０１は、放熱体としてヒートシンク４の代わりにベース板３を有している。ただしここでもヒートシンク４であってもよいし、図１などのようにベース板３とヒートシンク４との双方を有していてもよい。またパワーモジュール５０１は、絶縁シート付部材６の代わりに実施の形態１などと同様の、ベース板３の上側の主表面上の一部（図２０のＸ方向右側の領域）のみを覆う絶縁基板５が、はんだ２３ａを介して接合されている。絶縁基板５の上には半導体チップ７が、はんだ２３ｂを介して接合されている。

パワーモジュール５０１の高放熱性絶縁体１１は、パワーモジュール４０２と同様に、高放熱性絶縁体本体１１ａと、そのＺ方向下側の主表面上に接合された下側導電体１１ｆと、高放熱性絶縁体本体１１ａのＺ方向上側の主表面上に接合された上側導電体１１ｇとを有する構成となっている。ただし図２０の高放熱性絶縁体１１は、図１８の高放熱性絶縁体１１に比べてＸ方向に関する幅が狭くなっており、（実施の形態１などと同様に）絶縁基板５が配置される領域以外の領域におけるベース板３の上側の主表面上に、はんだ２３ｇを介して接合されている。

また半導体チップ７とリードフレーム１０とははんだ２３ｅにより、高放熱性絶縁体１１とリードフレーム１０とははんだ２３ｈにより、それぞれ接合されている。また図示されているすべてのはんだはリフロー工程により一括して固化されることにより、各部材は互いに接合されている。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
たとえば高放熱性絶縁体本体１１ａを形成する平面視における面積を十分に確保できない場合は、図２０のように図１８に比べて高放熱性絶縁体本体１１ａの平面積が小さくなってもよい。パワーモジュールの構造などに応じて、パワーモジュール４０２のように設計するか、あるいはパワーモジュール５０１のように設計するかを適宜選択し決定することが好ましい。

また本実施の形態においても実施の形態４と同様に、パワーモジュール５０１内にはリードフレーム１０が含まれ、かつ筐体１が含まれない。このため高放熱性絶縁体本体１１ａとしては少なくとも封止材２２よりも熱伝導性の高い材料が用いられればよい。このような高放熱性絶縁体本体の材料として安価な材料を用いることで、製造コストを低減することもできる。

以上に述べた各実施の形態の態様は、技術的に矛盾のない範囲で、適宜組み合わせることができる。たとえば実施の形態４，５において実施の形態２に示す高放熱性絶縁体本体１１ｅが用いられ、当該高放熱性絶縁体本体１１ｅが封止材２２よりも熱伝導率が低く絶縁耐力が高い材料であってもよい。

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。

１ 筐体、３ ベース板、４ ヒートシンク、５ 絶縁基板、５ａ 絶縁基板本体、５ｂ，１１ｆ 下側導電体、５ｃ，１１ｇ 上側導電体、６ 絶縁シート付部材、６ａ 絶縁シート、６ｂ 銅箔、６ｃ ヒートスプレッダ、７，７ａ，７ｂ 半導体チップ、９，１８ａ，１８ｂ，９１，９２ 主端子、９ａ，９ａ１，９ａ２，９ｘ 横方向成分、９ｂ，９ｂ１，９ｂ２，９ｙ 縦方向成分、９ｃ 平板状成分、１０ リードフレーム、１１ 高放熱性絶縁体、１１ａ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ 高放熱性絶縁体本体、１１ｂ 高放熱性絶縁体付属導体、１２ 絶縁体、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ボンディングワイヤ、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ 制御信号用電極、２１，２２ 封止材、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ はんだ、２３ｄ 高熱伝導グリス、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，２０１，３０１，４０１，４０２，４０３，５０１ パワーモジュール。

Claims (4)

1. 放熱体と、
   前記放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置された、導体を含む絶縁部材と、
   前記導体を含む絶縁部材の前記放熱体と反対側に配置された半導体チップと、
   前記放熱体の一方の主表面の上の、前記半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置された放熱用絶縁部材と、
   前記放熱用絶縁部材の前記放熱体と反対側における前記他の領域に配置され、前記半導体チップと電気的に接続可能な端子と、
   前記半導体チップを取り囲む筐体または封止材とを備え、
   前記放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ前記筐体または封止材よりも熱伝導率が高く、
   前記端子は互いに間隔をあけて前記主表面に交差する方向に複数並ぶように配置され、
   複数の前記端子のうち最も前記放熱体に近い前記端子は前記放熱用絶縁部材上に配置される、半導体装置。
2. 前記放熱用絶縁部材は前記筐体よりも絶縁耐力が高い材料により形成される、請求項１に記載の半導体装置。
3. 放熱体と、
   前記放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置された、導体を含む絶縁部材と、
   前記導体を含む絶縁部材の前記放熱体と反対側に配置された半導体チップと、
   前記放熱体の一方の主表面の上の、前記半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置された放熱用絶縁部材と、
   前記放熱用絶縁部材の前記放熱体と反対側における前記他の領域に配置され、前記半導体チップと電気的に接続可能な端子と、
   前記半導体チップを取り囲む筐体または封止材とを備え、
   前記放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ前記筐体または封止材よりも熱伝導率が低く、前記筐体または封止材よりも絶縁耐力が高い、半導体装置。
4. 前記端子は互いに間隔をあけて前記主表面に交差する方向に複数並ぶように配置され、
   複数の前記端子のうち最も前記放熱体に近い前記端子は前記放熱用絶縁部材上に配置される、請求項３に記載の半導体装置。

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