JP7050643B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シャント抵抗を備える半導体装置に関する。
近年、高精度で回路電流を検出することができるシャント抵抗を内蔵した半導体装置が様々な装置に適用されている。シャント抵抗の温度は通電により上昇するため、使用可能なシャント抵抗は、シャント抵抗などを封止する封止材の耐熱温度によって制約される。このため、例えば、数百アンペアオーダーで使用される半導体装置では、シャント抵抗の個数を多くすることによって放熱効果を向上させているが、その結果として、装置サイズが大型化するという別の問題が生じている。特許文献１の技術では、使用可能なシャント抵抗が封止材の耐熱温度によって制約されてしまうという問題を解決するために、シャント抵抗を他の構成要素から分離するための壁などを設けている。
特開平４－１６２４８９号公報
特許文献１の技術では、シャント抵抗は封止材によって封止されずに、ケースの空間内に設けられている。しかしながら、この空間は完全に密閉されているため、シャント抵抗で生じる熱の放熱性が比較的低いという問題があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、シャント抵抗で生じる熱の放熱性を高めることが可能な技術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、開口した空間を有する容器体と、前記容器体内の前記空間内に配設された半導体チップと、前記空間内に配設され、前記半導体チップと離間されたシャント抵抗と、前記空間内に配設され、前記半導体チップと前記シャント抵抗とを接続する回路パターンと、前記容器体の前記空間を、前記半導体チップ側の第１空間と、前記シャント抵抗側の第２空間とに分離する仕切部材と、前記第１空間内に配設され、前記半導体チップを封止する第１封止材と、前記開口のうち前記第１空間に対応する部分を覆う第１蓋部、及び、前記開口のうち前記第２空間に対応する部分を覆う第２蓋部とを備え、前記第２蓋部は、前記第２空間と前記容器体外部とを連通する少なくとも１つの穴を形成し、前記第２空間内に配設され、前記シャント抵抗を封止する第２封止材をさらに備え、前記第１封止材の材質と前記第２封止材の材質とが異なり、前記第２封止材は前記第１封止材よりも耐熱性が高く、前記第２蓋部と前記第２封止材との間に前記第１封止材が設けられていない。
本発明によれば、第２蓋部は、第２空間と容器体外部とを連通する少なくとも１つの穴を形成する。これにより、シャント抵抗で生じる熱の放熱性を高めることができる。
実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の一部の構成を示す回路図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図２は、当該構成を示す断面図である。
図２に示される半導体装置は、容器体１と、半導体チップ２と、接合材３と、シャント抵抗４と、回路パターン５と、電極７ａ，７ｂと、ワイヤー８ａ，８ｂ，８ｃと、仕切部材１１と、第１封止材１２と、第１蓋部１６ａと、第２蓋部１６ｂとを備える。
容器体１は、上側に開口した空間を有しており、半導体チップ２及びシャント抵抗４は、互いに離間された状態で容器体１内の空間内に配設されている。本実施の形態１では、容器体１は、ベース板１ａと、絶縁基板１ｂと、ケース１ｃとを備えるが、これに限ったものではない。
絶縁基板１ｂの一方主面である上面には導電性の回路パターン５が配設され、絶縁基板１ｂの他方主面である下面にはベース板１ａが配設されている。回路パターン５の上部は、導電性の接合材３によって、半導体チップ２及びシャント抵抗４と接合されている。これにより、回路パターン５は、図３のように半導体チップ２とシャント抵抗４とを電気的に接続する。なお、図３では、半導体チップ２はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、これに限ったものではなく、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、または、ＰＮダイオードであってもよい。
図２のケース１ｃは、半導体チップ２及びシャント抵抗４の側方を囲い、ケース１ｃの下部は、絶縁基板１ｂ及びベース板１ａによって塞がれている。
電極７ａ及び電極７ｂは、互いに離間された状態でケース１ｃに固定されている。電極７ａは、ワイヤー８ａを介して回路パターン５と電気的に接続されることによって、回路パターン５と、電極７ａのうち容器体１外部に位置する部分とが電気的に接続される。電極７ｂは、ワイヤー８ｃを介して回路パターン５と電気的に接続されることによって、回路パターン５と、電極７ｂのうち容器体１外部に位置する部分とが電気的に接続される。ワイヤー８ｂは、半導体チップ２と回路パターン５とを電気的に接続する。
仕切部材１１は、容器体１の空間を、半導体チップ２側の第１空間１ｅと、シャント抵抗４側の第２空間１ｆとに分離する。なお図１及び図２に示すように、平面視において、半導体装置のうち第１空間１ｅに対応する部分は「半導体チップ搭載部」であり、半導体装置のうち第２空間１ｆに対応する部分は「シャント抵抗搭載部」である。
第１封止材１２は、第１空間１ｅ内に配設され、半導体チップ２を封止する。本実施の形態１では、第１封止材１２は、半導体チップ２だけでなく、ワイヤー８ａ，８ｂ及び第１空間１ｅ内の回路パターン５も封止しているが、これに限ったものではない。一方、第２空間１ｆ内には封止材は配設されていない。なお図２の例では、シャント抵抗４の中央部分は、回路パターン５の切り欠き上に配設されているので、当該中央部分が空気と接する面積が比較的大きくなっている。
第１蓋部１６ａは、半導体チップ搭載部の蓋部であり、容器体１の開口のうち第１空間１ｅに対応する部分を覆う。第２蓋部１６ｂは、シャント抵抗搭載部の蓋部であり、容器体１の開口のうち第２空間１ｆに対応する部分を覆う。そして、第２蓋部１６ｂは、第２空間１ｆと容器体１外部とを連通する少なくとも１つの穴１８を形成している。本実施の形態１では、少なくとも１つの穴１８は、平面視における第２蓋部１６ｂの一端側の穴１８ａと他端側の穴１８ｂとを含んでいる。穴１８ａは、第２蓋部１６ｂの一端側部分と仕切部材１１との間に形成され、穴１８ｂは、第２蓋部１６ｂの他端側部分とケース１ｃとの間に形成されている。
なお、図３では、仕切部材１１は、第１蓋部１６ａと一体化されているが、これに限ったものではない。例えば、仕切部材１１は、容器体１のケース１ｃと一体化されていてもよいし、第２蓋部１６ｂと一体化されていてもよい。
以上のように構成された本実施の形態１に係る半導体装置によれば、第２蓋部１６ｂは、第２空間１ｆと容器体１外部とを連通する少なくとも１つの穴１８を形成する。このような構成によれば、シャント抵抗４の熱を受けた空気を、第２空間１ｆから穴１８を介してと容器体１外部に移動することができる。このため、シャント抵抗４の熱を容器体１外部に効率よく放熱することができるので、放熱性（空冷効果）を高めることができる。この結果、例えば、一般的な封止材であるゲルやエポキシ樹脂を第１封止材１２に用いた構成において、シャント抵抗４の温度が２００℃を超えることがあっても、半導体装置の電気的特性の低下や寿命の短縮などを抑制することができる。
なお本実施の形態１では、少なくとも１つの穴１８は、２つの穴１８ａ，１８ｂであったが、１つの穴であってもよい。また、少なくとも１つの穴１８は、シャント抵抗４の上方以外の位置に形成されることが好ましい。このような構成によれば、放熱性を確保しつつ、物理的な損傷からシャント抵抗４を保護することができる。
＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態２に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態２では、シャント抵抗４及び第２空間１ｆ内の回路パターン５のうちの少なくとも一部は、防錆膜２０によって覆われている。なお、本実施の形態２では、電極７ｂ及びワイヤー８ｃも防錆膜２０によって覆われている。このような防錆膜２０は、例えば、第２空間１ｆ内に、例えばジシクルヘキシルアミンとオクタン酸との反応物質からなる気化防錆剤、または当該気化防錆剤を含む材料を噴霧（塗布）することによって形成される。
以上のように構成された本実施の形態２に係る半導体装置によれば、防錆膜２０によってシャント抵抗４や回路パターン５などの酸化及び硫化を抑制することができる。
＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す平面図であり、図６は、当該構成を示す断面図である。以下、本実施の形態３に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態３でも実施の形態１と同様に、少なくとも１つの穴１８は、平面視における第２蓋部１６ｂの一端側の穴１８ａと他端側の穴１８ｂとを含んでいる。ただし本実施の形態３では、断面視における第２蓋部１６ｂの上面の形状と下面の形状とが異なっている。上面の形状と下面の形状とが異なる構成は、上面が曲面であり下面が平面である図６のような構成だけでなく、例えば、上面の表面積と下面の表面積とが異なる構成、または、上面の水平方向に対する傾斜と下面の水平方向に対する傾斜とが異なる構成などを含む。
以上のように構成された本実施の形態３に係る半導体装置によれば、上面に沿って流れる風の流速と、下面に沿って流れる風の流速との間に差が生じ、カルマン渦が発生する。このカルマン渦によって、第２空間１ｆ内の空気を撹拌することができるので、放熱性をさらに高めることができる。
＜実施の形態４＞
図７は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す平面図である。以下、本実施の形態４に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態４では、少なくとも１つの穴は、第２蓋部１６ｂに配設された複数の穴１８ｃである。なお、複数の穴１８ｃは、シャント抵抗４の上方以外の位置に配設されることが好ましい。このような本実施の形態４に係る半導体装置によれば、物理的な損傷からシャント抵抗４を保護することができるので、長寿命化などが期待できる。また、複数の穴１８ｃは、シャント抵抗４の熱を外部に放熱する通気口の機能を有することになるので、空冷効果を向上させることができる。
なお、複数の穴１８ｃは、円形の穴に限ったものではない。例えば、図８に示すように、複数の穴１８ｃは、スリットであってもよい。このような構成でも、図７の構成と同様の効果を得ることができる。また例えば、図９に示すように、第２蓋部１６ｂは網目状のパターンを有し、複数の穴１８ｃは当該パターンによって規定される穴であってもよい。このような構成でも、図７の構成と同様の効果を得ることができる。
＜実施の形態５＞
図１０は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態５に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態５の構成は、実施の形態１の構成（図２）に第２封止材２２が追加された構成と同様である。第２封止材２２は、第２空間１ｆ内に配設され、シャント抵抗４を封止する。そして、第１封止材１２の材質と第２封止材２２の材質とが異なっている。例えば、第１封止材１２には、一般的な封止材であるゲルやエポキシ樹脂を用い、第２封止材２２には、一般的な封止材よりも高い耐熱性を有する封止材を用いる。このような本実施の形態５に係る半導体装置によれば、半導体チップ２及びシャント抵抗４のそれぞれに適した封止材を用いることができる。
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、省略したりすることが可能である。
１ 容器体、１ｅ 第１空間、１ｆ 第２空間、２ 半導体チップ、４ シャント抵抗、５ 回路パターン、１１ 仕切部材、１２ 第１封止材、１６ａ 第１蓋部、１６ｂ 第２蓋部、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 穴、２０ 防錆膜、２２ 第２封止材。

Claims (8)

  1. 開口した空間を有する容器体と、
    前記容器体内の前記空間内に配設された半導体チップと、
    前記空間内に配設され、前記半導体チップと離間されたシャント抵抗と、
    前記空間内に配設され、前記半導体チップと前記シャント抵抗とを接続する回路パターンと、
    前記容器体の前記空間を、前記半導体チップ側の第１空間と、前記シャント抵抗側の第２空間とに分離する仕切部材と、
    前記第１空間内に配設され、前記半導体チップを封止する第１封止材と、
    前記開口のうち前記第１空間に対応する部分を覆う第１蓋部、及び、前記開口のうち前記第２空間に対応する部分を覆う第２蓋部と
    を備え、
    前記第２蓋部は、前記第２空間と前記容器体外部とを連通する少なくとも１つの穴を形成し、
    前記第２空間内に配設され、前記シャント抵抗を封止する第２封止材をさらに備え、
    前記第１封止材の材質と前記第２封止材の材質とが異なり、
    前記第２封止材は前記第１封止材よりも耐熱性が高く、
    前記第２蓋部と前記第２封止材との間に前記第１封止材が設けられていない、半導体装置。
  2. 開口した空間を有する容器体と、
    前記容器体内の前記空間内に配設された半導体チップと、
    前記空間内に配設され、前記半導体チップと離間されたシャント抵抗と、
    前記空間内に配設され、前記半導体チップと前記シャント抵抗とを接続する回路パターンと、
    前記容器体の前記空間を、前記半導体チップ側の第１空間と、前記シャント抵抗側の第２空間とに分離する仕切部材と、
    前記第１空間内に配設され、前記半導体チップを封止する第１封止材と、
    前記開口のうち前記第１空間に対応する部分を覆う第１蓋部、及び、前記開口のうち前記第２空間に対応する部分を覆う第２蓋部と
    を備え、
    前記第２蓋部は、前記第２空間と前記容器体外部とを連通する少なくとも１つの穴を形成し、
    前記少なくとも１つの穴は、前記シャント抵抗の上方以外の位置に形成されている、半導体装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
    前記シャント抵抗及び前記第２空間内の前記回路パターンのうちの少なくとも一部は、防錆膜によって覆われている、半導体装置。
  4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記少なくとも１つの穴は、平面視における前記第２蓋部の一端側の穴と他端側の穴とを含み、
    断面視における前記第２蓋部の上面の形状と前記第２蓋部の下面の形状とが異なる、半導体装置。
  5. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記少なくとも１つの穴は、前記第２蓋部に配設された複数の穴である、半導体装置。
  6. 請求項５に記載の半導体装置であって、
    前記複数の穴はスリットを含む、半導体装置。
  7. 請求項５に記載の半導体装置であって、
    前記第２蓋部は網目状のパターンを有し、
    前記複数の穴は前記パターンによって規定される穴を含む、半導体装置。
  8. 請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    前記仕切部材は、前記容器体または前記第１蓋部と一体化されている、半導体装置。
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