JPWO2019181198A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

接続端子が加熱されることを抑制して、信頼性の低下を抑制する。半導体素子（１２）が配置されている主セラミック回路基板（１１）と、接続端子（２２，３２）が配置された副セラミック回路基板（２１，３１）とは分離されて別個になっている。このため、半導体素子（１２）で発生した熱は、下部の主セラミック回路基板（１１）及びベース板（４０）を経由してから、さらに副セラミック回路基板（２１，３１）を経由して接続端子（２２，３２）に伝導する。すなわち、接続端子（２２，３２）は、半導体素子（１２）と同一のセラミック回路基板に配置されている場合に比べると、半導体素子（１２）からの熱が伝導されにくくなる。

Description

本発明は、半導体装置に関する。
半導体装置は、例えば、インバータ装置の電力変換素子として利用される、複数の電力用半導体素子を含んでいる。電力用半導体素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等がある。また、電力用半導体素子として、ＩＧＢＴとＦＷＤとを一体化したＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ、逆バイアスに対しても十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）−ＩＧＢＴ等がある。
このような電力用の半導体装置は、半導体素子とリードフレーム（接続端子）と半導体素子及びリードフレームがはんだを介して接続されたセラミック回路基板と当該セラミック回路基板が配置されたベース板とを有している。この際、半導体素子は接続端子と電気的に接続されている。特に、ベース板上のセラミック回路基板が複数に分割されている。これにより、ベース板の反りを分散させて、セラミック回路基板の割れを防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９−１８１２１９号公報
ところで、半導体素子と共に接続端子が同一のセラミック回路基板上に配置されている半導体装置では、駆動して発熱した半導体素子からの熱がセラミック回路基板を通じて、接続端子に伝導するおそれがある。接続端子は、その役割に応じて制御回路基板または電源装置等の外部装置に接続される。このような接続端子が加熱されてしまうと、制御回路基板、電源装置等の外部装置も加熱されてしまい、誤動作を誘発してしまう可能性がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、接続端子が加熱されることを抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、半導体素子と、接続端子と、平面視で矩形状のベース板と、前記半導体素子が配置されて、前記ベース板のおもて面上に配置される主基板と、前記接続端子が配置されて、前記ベース板のおもて面上に配置される副基板と、を有し、前記主基板は、前記ベース板のおもて面の一対の長辺に沿った、前記ベース板のおもて面の中央部を含む配置領域に配置され、前記副基板は、前記ベース板のおもて面の前記配置領域よりも、前記一対の長辺側に近い側部に配置されている、半導体装置を提供する。
また、前記主基板は、前記半導体素子と、前記半導体素子の主電極と電気的に接続された主端子とが配置され、前記副基板は、前記半導体素子の制御電極及びセンス素子と電気的に接続された制御端子の少なくともいずれかが配置されている。
また、前記ベース板は、複数の取り付け孔が、前記一対の長辺に沿って前記側部にそれぞれ形成されており、前記副基板は、前記複数の取り付け孔のうち隣接する取り付け孔に挟まれて配置されており、また、前記ベース板の裏面の前記配置領域に対応する冷却領域を取り囲んで配置された密閉部材を挟んで前記裏面に取り付けられた冷却部をさらに有し、前記複数の取り付け孔は、前記ベース板の前記密閉部材の外側に配置されている。
また、前記冷却部は、前記ベース板の裏面との間に、前記一対の長辺に沿って、前記密閉部材より前記ベース板の外側に設けられた弾性部材を、さらに挟んで前記ベース板の裏面に取り付けられている。
また、前記冷却部は、前記ベース板の裏面との間に、前記一対の長辺に沿って、前記取り付け孔より前記ベース板の中央部側に前記密閉部材があり、前記取り付け孔より前記ベース板の外側に前記弾性部材が設けられており、前記ベース板上の前記副基板と前記隣接する取り付け孔とのそれぞれの間に、前記ベース板の短手方向に沿った溝部が形成されている。
上記構成の半導体装置は、接続端子が加熱されることを抑制することができる。これにより、半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
第１の実施の形態における半導体装置の平面図である。 第１の実施の形態における半導体装置の断面図である。 第２の実施の形態における半導体装置の平面図である。 第２の実施の形態における半導体装置の断面図である。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における半導体装置の平面図であり、図２は、第１の実施の形態における半導体装置の断面図である。なお、図２は、いずれも図１における一点鎖線Ｙ−Ｙによる断面図である。また、図２（Ａ）は、半導体ユニット１０が冷却器５０を備える場合を、図２（Ｂ）は、半導体ユニット１０がヒートシンク５０ａを備える場合をそれぞれ表している。
半導体装置６０は、複数の半導体ユニット１０と複数の接続端子ユニット２０，３０とこれらのユニットがおもて面に配置されたベース板４０とを有している。また、半導体装置６０は、図２（Ａ）に示されるように、ベース板４０の裏面に設置された冷却器５０を有している。
半導体ユニット１０は、主セラミック回路基板１１と主セラミック回路基板１１のおもて面に接合された半導体素子１２と主端子１３とを有している。主セラミック回路基板１１は、絶縁板１１ａと絶縁板１１ａのおもて面に形成された導電パターン１１ｂと絶縁板１１ａの裏面に形成された金属板１１ｃとを有している。絶縁板１１ａは、熱伝導性に優れた、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等の熱伝導性が高いセラミックスにより構成されている。絶縁板１１ａの厚さは、好ましくは、０．２ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．２５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下である。
導電パターン１１ｂは、導電性に優れた材質により構成されている。このような材質として、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。導電パターン１１ｂの厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１２５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である。このような導電パターン１１ｂ上に、後述する半導体素子１２が図示を省略するはんだを介してそれぞれ接合されている。なお、このような導電パターン１１ｂ上には、半導体素子１２の他に、必要に応じて、サーミスタやコンデンサ等の電子部品、ボンディングワイヤ、リードフレームや接続端子等の配線部材を、適宜配置することができる。また、導電パターン１１ｂは、耐食性に優れた材質によりめっき処理を行うことも可能である。このような材質は、例えば、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン、バナジウム、ビスマス、ジルコニウム、ハフニウム、金、銀、白金、パラジウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。なお、このような導電パターン１１ｂも個数、配置位置並びに形状は一例であって、この場合に限らずに、適宜設計により個数、絶縁板１１ａに対する配置位置並びに形状を定めることができる。金属板１１ｃは、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。金属板１１ｃの厚さは、好ましくは、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．１２５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下である。
このような構成を有する主セラミック回路基板１１として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Blazed）基板を用いることができる。主セラミック回路基板１１は、半導体素子１２で発生した熱を導電パターン１１ｂ、絶縁板１１ａ及び金属板１１ｃを介して、ベース板４０の方に伝導させることができる。なお、絶縁板１１ａは平面視で、例えば、矩形状を成している。また、金属板１１ｃは平面視で、絶縁板１１ａよりも面積が小さな矩形状を成している。したがって、主セラミック回路基板１１は、例えば、矩形状を成している。また、絶縁板１１ａは平面視で、例えば、矩形状の角が面取りされていてもよい。例えば、２つの角がＣ面取りされた６角形、または、４つの角がＣ面取りされた８角形であってもよい。したがって、主セラミック回路基板１１は、例えば、６角形や８角形を成している。
半導体素子１２は、主セラミック回路基板１１に配置される。半導体素子１２は、シリコンまたは炭化シリコンから構成される、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体素子１２は、例えば、裏面に主電極としてドレイン電極（または、コレクタ電極）を備えている。また、例えば、おもて面に主電極としてソース電極（または、エミッタ電極）を、制御電極としてゲート電極をそれぞれ備えている。また、半導体素子１２は、必要に応じて、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＦＷＤ等のダイオードを含んでいる。このような半導体素子１２は、裏面に主電極としてカソード電極を、おもて面に主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。主端子１３は、主セラミック回路基板１１に配置され、半導体素子１２の主電極に電気的に接続されている。例えば、主端子１３は、主セラミック回路基板１１において、半導体素子１２が配置されている導電パターン１１ｂに、はんだを介して接合されている。
第１の実施の形態では、半導体素子１２及び主端子１３の個数及び主セラミック回路基板１１上の配置位置は一例であって、適宜設計により個数及び主セラミック回路基板１１上の配置位置を定めることができる。例えば、主端子１３は、半導体素子１２の主電極上にはんだを介して接合されていてもよい。
接続端子ユニット２０，３０は、副セラミック回路基板２１，３１と副セラミック回路基板２１，３１のおもて面に接合された接続端子２２，３２とを有している。副セラミック回路基板２１，３１は、絶縁板２１ａ，３１ａと絶縁板２１ａ，３１ａのおもて面に形成された導電パターン２１ｂ，３１ｂと絶縁板２１ａ，３１ａの裏面に形成された金属板２１ｃ，３１ｃとを有している。なお、このような副セラミック回路基板２１，３１は、上記の主セラミック回路基板１１と同様の構成を成している。このため、副セラミック回路基板２１，３１の各構成の詳細な説明は省略する。また、副セラミック回路基板２１，３１の導電パターン２１ｂ，３１ｂも個数、配置位置並びに形状は一例であって、この場合に限らずに、適宜設計により個数、絶縁板２１ａ，３１ａに対する配置位置並びに形状を定めることができる。
接続端子２２，３２は、導電性に優れた材質により構成されている。このような材質として、例えば、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。このような接続端子２２，３２の他端部は、図示を省略するはんだを介してそれぞれ副セラミック回路基板２１，３１の導電パターン２１ｂ，３１ｂに接合されている。また、接続端子２２，３２もまた、耐食性に優れた材質によりめっき処理を行うことも可能である。このような材質は、例えば、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン、バナジウム、ビスマス、ジルコニウム、ハフニウム、金、銀、白金、パラジウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。なお、接続端子２２，３２はＬ字型に構成されている。接続端子２２，２３の他端部が副セラミック回路基板２１，３１の導電パターン２１ｂ，３１ｂに接合されて、接続端子２２，２３の一端部が導電パターン２１ｂ，３１ｂに対して鉛直方向に延びている。しかし、接続端子２２，３２の形状は一例である。この場合に限らずに、適宜設計により形状を定めることができる。例えば、円柱または角柱によるピン構造でも構わない。
また、接続端子ユニット２０，３０の導電パターン２１ｂ，３１ｂと、半導体ユニット１０の導電パターン１１ｂとの間が、適宜設計にしたがって、例えば、ボンディングワイヤ等の配線部材（図示を省略）により接続されている。これにより、接続端子２２，３２と、半導体素子１２等とが電気的に接続されている。接続端子２２，３２は、スイッチング素子の制御及び保護を行うための制御端子であってよい。例えば、ゲート端子または、温度、電流、電圧計測用のセンス端子であってよい。そのため、接続端子２２，３２は、図示しない配線部材によって、例えば、半導体素子１２のゲート電極または補助エミッタ電極等の制御電極と電気的に接続されていてよい。また、例えば、サーミスタ、シャント抵抗等のセンス素子と電気的に接続されていてよい。さらに、接続端子２２，３２は、例えば、半導体素子１２の主電極から取り出された信号線と図示しない配線部材によって電気的に接続されていてよい。
ベース板４０は、平面視で一対の長辺４１ａ，４１ｂ及び一対の短辺４１ｃ，４１ｄを有する矩形状に構成されている。また、矩形状においては、角が面取りされていてもよい。例えば、角を辺で切り落とすＣ面取りや、丸く切り落とすＲ面取りがされていてもよい。また、面取りされる角は、必要に応じて１〜４角のいずれでもよい。ベース板４０は、そのおもて面に半導体ユニット１０と接続端子ユニット２０，３０とがはんだ等の接合部材（図示を省略）を介して配置されている。また、ベース板４０は、後述する冷却部を取り付けるための複数の取り付け孔４３ａ，４３ｂが一対の長辺４１ａ，４１ｂに沿って形成されている。なお、取り付け孔４３ａ，４３ｂは、ベース板４０を厚さ方向に貫通している。このようなベース板４０は、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金、アルミニウムと炭化シリコンからなる複合材、マグネシウムと炭化シリコンとからなる複合材により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等によりベース板４０の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。
ここで、ベース板４０のおもて面における、取り付け孔４３ａ，４３ｂ、半導体ユニット１０、接続端子ユニット２０，３０の配置について、説明する。複数の取り付け孔４３ａは、ベース板４０の長辺４１ａに沿って、長辺４１ａの側部に形成されている。同様に、複数の取り付け孔４３ｂは、ベース板４０の長辺４１ｂに沿って、長辺４１ｂの側部に形成されている。取り付け孔４３ａ，４３ｂの中心は、取り付け孔４３ａ，４３ｂの半径をｒとした時に、長辺４１ａ，４１ｂのそれぞれの端部から、１．１×ｒ以上、２．５×ｒ以下離れた位置にあることが好ましい。半導体ユニット１０は、ベース板４０のおもて面において、一対の長辺４１ａ，４１ｂに沿った中心線Ｃを含む配置領域４２に形成される。この際、半導体ユニット１０は、配置領域４２内で取り付け孔４３ａ，４３ｂより中心線Ｃ近くに形成される。例えば、４つの半導体ユニット１０は、配置領域４２内で、一対の長辺４１ａ，４１ｂに沿って一列に配置される。なお、半導体ユニット１０のこのような個数及び配置は一例である。半導体ユニット１０は、配置領域４２内において、適宜設計に応じた個数、配列で配置される。
接続端子ユニット２０は、ベース板４０のおもて面において、配置領域４２よりベース板４０の長辺４１ｂに近い側部に配置されている。接続端子ユニット２０は、さらには、ベース板４０のおもて面において、隣接する取り付け孔４３ｂの間に挟まれて配置されている。接続端子ユニット３０は、ベース板４０のおもて面において、配置領域４２よりベース板４０の長辺４１ａに近い側部に配置されている。接続端子ユニット３０は、さらには、ベース板４０のおもて面において、隣接する取り付け孔４３ａの間に挟まれて配置されている。そして、接続端子ユニット２０，３０は、ベース板４０の半導体ユニット１０の配置領域４２の外側に配置されている。なお、図１に示す接続端子ユニット２０の個数及び配置は一例である。接続端子ユニット２０は、側部において、適宜設計に応じた個数、配列で配置される。
冷却部として、例えば、冷却器５０は、図２（Ａ）に示されるように、上記のベース板４０の裏面に配置されている。冷却器５０は、内部に冷媒５８が流通するウォータージャケット５７を備えている。また、このようなウォータージャケット５７は、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金、アルミニウムと炭化シリコンからなる複合材、マグネシウムと炭化シリコンとからなる複合材により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等によりウォータージャケット５７の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。ウォータージャケット５７は、例えば、直方体状に構成されている。このようなウォータージャケット５７は、ベース板４０の裏面に取り付けた際に、ベース板４０の配置領域４２に対応するベース板４０の裏面の冷却領域に開放部５７ａが形成されている。ウォータージャケット５７は、このような取り付け孔をベース板４０の取り付け孔４３ａ，４３ｂに位置合わせして、ネジ５３によりベース板４０の裏面に取り付けられる。
ウォータージャケット５７は、ベース板４０の裏面に密閉部材５４を挟んで取り付けられている。密閉部材５４は、ベース板４０のおもて面の半導体ユニット１０の配置領域４２に対応したベース板４０の裏面の冷却領域を取り囲んで設けられている。また、密閉部材５４は、ベース板４０の裏面において、冷却領域と複数の取り付け孔４３ａ，４３ｂとの間に配置されている。さらに、弾性部材５６が、ベース板４０の長辺４１ａ，４１ｂに沿って、密閉部材５４より外側に、挟まれている。例えば、密閉部材５４は、長辺４１ａに沿って、取り付け孔４３ａを挟んで、中心線Ｃ寄りにあり、弾性部材５６は、長辺４１ａ寄りにあってよい。同様に、密閉部材５４は、長辺４１ｂに沿って、取り付け孔４３ｂを挟んで、中心線Ｃ寄りにあり、弾性部材５６は、長辺４１ｂ寄りにあってよい。なお、密閉部材５４は、弾性を有するゴム材料、樹脂材料により構成された、例えば、パッキン、シーリングである。密閉部材５４は、放熱性を向上させるために、放熱性に優れたフィラーが配合された絶縁性を有する放熱シリコーンゴム等の弾性体により構成されていてもよい。このような密閉部材５４は、厚さは５０μｍ以上、３００μｍ以下、幅は３ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。弾性部材５６は、弾性を有するゴム材料、樹脂材料により構成される。また、弾性部材５６は、放熱性を向上させるために、放熱性に優れたフィラーが配合された絶縁性を有する放熱シリコーンゴム等の弾性体により構成されていてもよい。このような弾性部材５６は、厚さは５０μｍ以上、３００μｍ以下、幅は３ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。また、ベース板４０の裏面に取り付けられたウォータージャケット５７の開放部５７ａとベース板４０と間において密閉部材５４で囲まれた領域が、冷媒５８が流通する流路となる。冷媒５８は、冷却水等の媒体である。
冷却部の他の例として、図２（Ｂ）に示されるようなヒートシンク５０ａを用いることができる。ヒートシンク５０ａは、上記のベース板４０の裏面に設置されている。このようなヒートシンク５０ａは、平板部５１と平板部５１に一体化された複数のフィン５２とを備えている。また、ヒートシンク５０ａもまた、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金、アルミニウムと炭化シリコンからなる複合材、マグネシウムと炭化シリコンとからなる複合材により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等によりヒートシンク５０ａの表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。平板部５１は、平板状であって、例えば、平面視でベース板４０と同様な形状で構成されている。平板部５１にもベース板４０の取り付け孔４３ａ，４３ｂに対応した取り付け孔（図示を省略）が形成されている。平板部５１は、このような取り付け孔をベース板４０の取り付け孔４３ａ，４３ｂに位置合わせして、ネジ５３によりベース板４０の裏面に取り付けられる。
平板部５１は、ベース板４０の裏面に密閉部材５４を挟んで取り付けられている。密閉部材５４は、ベース板４０のおもて面の半導体ユニット１０の配置領域４２に対応したベース板４０の裏面の冷却領域に設けられた放熱グリース５５及び冷却領域を取り囲んでいる。また、密閉部材５４は、ベース板４０の裏面において、冷却領域と複数の取り付け孔４３ａ，４３ｂとの間に配置されている。さらに、弾性部材５６が、ベース板４０の長辺４１ａ，４１ｂに沿って、密閉部材５４より外側に、挟まれている。例えば、密閉部材５４は、長辺４１ａに沿って、取り付け孔４３ａを挟んで、中心線Ｃ寄りにあり、弾性部材５６は、長辺４１ａ寄りにあってよい。同様に、密閉部材５４は、長辺４１ｂに沿って、取り付け孔４３ｂを挟んで、中心線Ｃ寄りにあり、弾性部材５６は、長辺４１ｂ寄りにあってよい。なお、密閉部材５４は、弾性を有するゴム材料、樹脂材料により構成された、例えば、パッキン、シーリングである。放熱性を向上させるために、放熱性に優れたフィラーが配合された絶縁性を有する放熱シリコーンゴム等の弾性体により構成されていてもよい。このような密閉部材５４は、厚さは５０μｍ以上、３００μｍ以下、幅は３ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。弾性部材５６は、弾性を有するゴム材料、樹脂材料により構成される。また、放熱性を向上させるために、放熱性に優れたフィラーが配合された絶縁性を有する放熱シリコーンゴム等の弾性体により構成されていてもよい。このような弾性部材５６は、厚さは５０μｍ以上、３００μｍ以下、幅は３ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。また、この際、放熱グリース５５は、平板部５１とベース板４０の間において密閉部材５４で囲われ、封止されている。なお、上記の半導体装置６０で利用されているはんだは、例えば、錫−銀−銅からなる合金、錫−亜鉛−ビスマスからなる合金、錫−銅からなる合金、錫−銀−インジウム−ビスマスからなる合金のうち少なくともいずれかの合金を主成分とする鉛フリーはんだにより構成される。さらに、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコン等の添加物が含まれてもよい。
上記半導体装置６０は、半導体素子１２と接続端子２２，３２と平面視で矩形状のベース板４０と半導体素子１２が配置されて、ベース板４０のおもて面上に配置される主セラミック回路基板１１とを有している。さらに、半導体装置６０は、接続端子２２，３２が配置されて、ベース板４０のおもて面上に配置される副セラミック回路基板２１，３１を有している。そして、主セラミック回路基板１１は、ベース板４０のおもて面の一対の長辺４１ａ，４１ｂに沿った、ベース板４０のおもて面の中央部を含む配置領域４２に配置されている。副セラミック回路基板２１，３１は、ベース板４０のおもて面の配置領域４２よりも、一対の長辺４１ａ，４１ｂに近い側部に配置されている。このように半導体装置６０では、半導体素子１２が配置されている主セラミック回路基板１１と、接続端子２２，３２が配置された副セラミック回路基板２１，３１とは分離されて別個になっている。このため、半導体素子１２で発生した熱は、下部の主セラミック回路基板１１及びベース板４０を経由してから、さらに副セラミック回路基板２１，３１を経由して接続端子２２，３２に伝導する。すなわち、接続端子２２，３２は、半導体素子１２と同一のセラミック回路基板に配置されている場合に比べると、半導体素子１２からの熱が伝導されにくくなる。また、半導体素子１２を配置した主セラミック回路基板１１はベース板４０の中央部に配置され、接続端子２２，３２が配置された副セラミック回路基板２１，３１は、側部に配置されている。ベース板４０の中央部は、冷却器５０またはヒートシンク５０ａにより裏面から効率よく冷却される。そのため、さらに、接続端子２２，３２への熱伝導が抑えられる。このように接続端子２２，３２の加熱が抑制されると、接続端子２２，３２に接続されている制御回路、外部装置に対する加熱も抑制されるために、半導体装置６０の誤動作が防止されるようになる。また、接続端子ユニット２０，３０は半導体ユニット１０に対して離間しており、半導体ユニット１０との間には間隙が設けられてベース板４０のおもて面に配置されている。このため、半導体素子１２の発熱に起因したベース板４０における熱応力による歪みの発生が緩和されて、主，副セラミック回路基板１１，２１，３１の破損を防止することができる。
さらに、接続端子ユニット２０は、ベース板４０のおもて面の取り付け孔４３ｂの間に配置されている。さらに、接続端子ユニット３０も、同様に、ベース板４０のおもて面の取り付け孔４３ａの間に配置されている。このため、接続端子ユニット２０，３０（副セラミック回路基板２１，３１）は、半導体素子１２の発熱によるベース板４０の熱変形による歪みや振動の影響をあまり受けなくなる。また、ベース板４０の裏面には、密閉部材５４及び弾性部材５６を挟んで冷却器５０またはヒートシンク５０ａの平板部５１がネジ５３により取り付けられている。このため、ネジ止め時に生じる、密閉部材５４を起点とするベース板４０の変形が抑制されて、主，副セラミック回路基板１１，２１，３１の破損を防止することができる。特に、接続端子ユニット２０，３０（副セラミック回路基板２１，３１）は、ベース板４０のおもて面において密閉部材５４に対応する箇所から外側に配置されている。このため、ネジ止め時に密閉部材５４を起点としてベース板４０が変形しても、副セラミック回路基板２１，３１は、ベース板４０の変形の影響をあまり受けない。このため、副セラミック回路基板２１，３１の破損をより防止することができる。したがって、半導体装置６０は、誤動作が防止され、主，副セラミック回路基板１１，２１，３１の破損が防止されて、信頼性の低下を抑制することができる。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、第１の実施の形態よりも、半導体素子からの熱によるベース板に生じる熱応力による歪みを抑制することができる半導体装置について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は、第２の実施の形態における半導体装置の平面図であり、図４は、第２の実施の形態における半導体装置の断面図である。なお、図４（Ａ）は、図３における一点鎖線Ｘ１−Ｘ１における要部断面図、図４（Ｂ）は、図３における一点鎖線Ｘ２−Ｘ２における要部断面図をそれぞれ表している。なお、第２の実施の形態の半導体装置６０ａが第１の実施の形態の半導体装置６０と同様の構成を有している場合には、それらの構成の詳細な説明は省略する。
半導体装置６０ａは、半導体装置６０と同様に、半導体ユニット１０と接続端子ユニット２０と接続端子ユニット３０とこれらのユニットがおもて面に配置されたベース板４０とベース板４０の裏面に設置された冷却器５０またはヒートシンク５０ａとを有している。但し、半導体装置６０ａは、ベース板４０上の副セラミック回路基板２１と隣接する取り付け孔４３ｂとの間に、ベース板４０の短辺４１ｃ，４１ｄに沿った溝部４３ｂ１，４３ｂ２が形成されている。また、半導体装置６０ａでは、ベース板４０上の副セラミック回路基板３１と隣接する取り付け孔４３ａとの間に、ベース板４０の短辺４１ｃ，４１ｄに沿った溝部４３ａ１，４３ａ２が形成されている。なお、このような溝部４３ａ１，４３ａ２，４３ｂ１，４３ｂ２の深さは、５０μｍ以上、５００μｍ以下である。また、溝部４３ａ１，４３ａ２，４３ｂ１，４３ｂ２の断面形状は、図４では逆三角形状であるが、この場合に限らず、方形状、半円状等でもよい。
したがって、上記半導体装置６０ａは、半導体装置６０の構成に加えて、ベース板４０上の副セラミック回路基板２１と隣接する取り付け孔４３ｂとのそれぞれの間に、ベース板４０の短手方向に沿った溝部４３ｂ１，４３ｂ２が形成されている。また、ベース板４０上の副セラミック回路基板３１と隣接する取り付け孔４３ａとのそれぞれの間に、ベース板４０の短手方向に沿った溝部４３ａ１，４３ａ２が形成されている。このため、半導体素子１２の発熱に起因したベース板４０における熱応力による歪みの発生が緩和されて、副セラミック回路基板２１，３１に対する応力も緩和することができる。したがって、半導体装置６０ａは、半導体装置６０よりもさらに、副セラミック回路基板２１，３１の破損を防止することができる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成及び応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例及び均等物は、添付の請求項及びその均等物による本発明の範囲とみなされる。
１０ 半導体ユニット
１１ 主セラミック回路基板
１１ａ，２１ａ，３１ａ 絶縁板
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ 導電パターン
１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ 金属板
１２ 半導体素子
１３ 主端子
２０，３０ 接続端子ユニット
２１，３１ 副セラミック回路基板
２２，３２ 接続端子
４０ ベース板
４１ａ，４１ｂ 長辺
４１ｃ，４１ｄ 短辺
４２ 配置領域
４３ａ，４３ｂ 取り付け孔
４３ａ１，４３ａ２，４３ｂ１，４３ｂ２ 溝部
５０ 冷却器
５０ａ ヒートシンク
５１ 平板部
５２ フィン
５３ ネジ
５４ 密閉部材
５５ 放熱グリース
５６ 弾性部材
５７ ウォータージャケット
５７ａ 開放部
５８ 冷媒
６０，６０ａ 半導体装置
このような構成を有する主セラミック回路基板１１として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板を用いることができる。主セラミック回路基板１１は、半導体素子１２で発生した熱を導電パターン１１ｂ、絶縁板１１ａ及び金属板１１ｃを介して、ベース板４０の方に伝導させることができる。なお、絶縁板１１ａは平面視で、例えば、矩形状を成している。また、金属板１１ｃは平面視で、絶縁板１１ａよりも面積が小さな矩形状を成している。したがって、主セラミック回路基板１１は、例えば、矩形状を成している。また、絶縁板１１ａは平面視で、例えば、矩形状の角が面取りされていてもよい。例えば、２つの角がＣ面取りされた６角形、または、４つの角がＣ面取りされた８角形であってもよい。したがって、主セラミック回路基板１１は、例えば、６角形や８角形を成している。
冷却部として、例えば、冷却器５０は、図２（Ａ）に示されるように、上記のベース板４０の裏面に配置されている。冷却器５０は、内部に冷媒５８が流通するウォータージャケット５７を備えている。また、このようなウォータージャケット５７は、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金、アルミニウムと炭化シリコンからなる複合材、マグネシウムと炭化シリコンとからなる複合材により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等によりウォータージャケット５７の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。ウォータージャケット５７は、例えば、直方体状に構成されている。このようなウォータージャケット５７は、ベース板４０の裏面に取り付けた際に、ベース板４０の配置領域４２に対応するベース板４０の裏面の冷却領域に開放部５７ａが形成されている。ウォータージャケット５７は、取り付け孔（図示を省略）をベース板４０の取り付け孔４３ａ，４３ｂに位置合わせして、ネジ５３によりベース板４０の裏面に取り付けられる。
ウォータージャケット５７は、ベース板４０の裏面に密閉部材５４を挟んで取り付けられている。密閉部材５４は、ベース板４０のおもて面の半導体ユニット１０の配置領域４２に対応したベース板４０の裏面の冷却領域を取り囲んで設けられている。また、密閉部材５４は、ベース板４０の裏面において、冷却領域と複数の取り付け孔４３ａ，４３ｂとの間に配置されている。さらに、弾性部材５６が、ベース板４０の長辺４１ａ，４１ｂに沿って、密閉部材５４より外側に、挟まれている。例えば、密閉部材５４は、長辺４１ａに沿って、取り付け孔４３ａを挟んで、中心線Ｃ寄りにあり、弾性部材５６は、長辺４１ａ寄りにあってよい。同様に、密閉部材５４は、長辺４１ｂに沿って、取り付け孔４３ｂを挟んで、中心線Ｃ寄りにあり、弾性部材５６は、長辺４１ｂ寄りにあってよい。なお、密閉部材５４は、弾性を有するゴム材料、樹脂材料により構成された、例えば、パッキン、シーリング材である。密閉部材５４は、放熱性を向上させるために、放熱性に優れたフィラーが配合された絶縁性を有する放熱シリコーンゴム等の弾性体により構成されていてもよい。このような密閉部材５４は、厚さは５０μｍ以上、３００μｍ以下、幅は３ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。弾性部材５６は、弾性を有するゴム材料、樹脂材料により構成される。また、弾性部材５６は、放熱性を向上させるために、放熱性に優れたフィラーが配合された絶縁性を有する放熱シリコーンゴム等の弾性体により構成されていてもよい。このような弾性部材５６は、厚さは５０μｍ以上、３００μｍ以下、幅は３ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。また、ベース板４０の裏面に取り付けられたウォータージャケット５７の開放部５７ａとベース板４０と間において密閉部材５４で囲まれた領域が、冷媒５８が流通する流路となる。冷媒５８は、冷却水等の媒体である。

Claims (7)

  1. 半導体素子と、
    接続端子と、
    平面視で矩形状のベース板と、
    前記半導体素子が配置されて、前記ベース板のおもて面上に配置される主基板と、
    前記接続端子が配置されて、前記ベース板のおもて面上に配置される副基板と、
    を有し、
    前記主基板は、前記ベース板のおもて面の一対の長辺に沿った、前記ベース板のおもて面の中央部を含む配置領域に配置され、
    前記副基板は、前記ベース板のおもて面の前記配置領域よりも、前記一対の長辺側に近い側部に配置されている、
    半導体装置。
  2. 前記主基板は、前記半導体素子と、前記半導体素子の主電極と電気的に接続された主端子とが配置され、
    前記副基板は、前記半導体素子の制御電極及びセンス素子と電気的に接続された制御端子の少なくともいずれかが配置されている、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ベース板は、複数の取り付け孔が、前記一対の長辺に沿って前記側部にそれぞれ形成されており、
    前記副基板は、前記複数の取り付け孔のうち隣接する取り付け孔に挟まれて配置されている、
    請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記ベース板の裏面の前記配置領域に対応する冷却領域を取り囲んで配置された密閉部材を挟んで前記裏面に取り付けられた冷却部をさらに有し、
    前記複数の取り付け孔は、前記ベース板の前記密閉部材の外側に配置されている、
    請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記冷却部は、前記ベース板の裏面との間に、前記一対の長辺に沿って、前記密閉部材より前記ベース板の外側に設けられた弾性部材を、さらに挟んで前記ベース板の裏面に取り付けられている、
    請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記冷却部は、前記ベース板の裏面との間に、前記一対の長辺に沿って、前記取り付け孔より前記ベース板の中央部側に前記密閉部材があり、前記取り付け孔より前記ベース板の外側に前記弾性部材が設けられている、
    請求項４に記載の半導体装置。
  7. 前記ベース板上の前記副基板と前記隣接する取り付け孔とのそれぞれの間に、前記ベース板の短手方向に沿った溝部が形成されている、
    請求項４乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
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