WO2021245722A1

WO2021245722A1 - 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法

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Publication number: WO2021245722A1
Application number: PCT/JP2020/021532
Authority: WO
Inventors: 厚山竹; 裕基塩田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-12-09

Abstract

金属板部（２１）と絶縁性のスペーサ（２２）とが一体をなし、実装面２ｆｍに半導体チップ（５）が搭載され、枠部（６ｃ）に嵌め込まれたベース板（２）、ベース板（２）とケース（６）とを接着する絶縁性の接合材（８）、および半導体チップ（５）と電気配線するための電極部（７ｊ）が棚状部（６ｒ）に配置された端子（７）、を備え、ベース板（２）の側面（２ｆｓ）と枠部（６ｃ）との隙間において、接合材（８）の充填範囲は底面（６ｆｕ）よりも奥側に収まり、金属板部（２１）の側部のうち、上面から見たときに電極部（７ｊ）と重なる側部は、充填範囲よりも奥側の部分から始まり、底面（６ｆｕ）から突出する部分に至る連続した領域をスペーサ（２２）により覆われているように構成した。

Description

電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法

　本願は、電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法に関するものである。

　パワーモジュールとも称される電力用半導体装置は、大電力制御用の半導体チップが密封状態で搭載されており、駆動時に発生する大量の熱を高効率に放出しながら高電圧でも絶縁破壊しない材料選定と構造設計が求められている。モジュール内部に欠陥があると、部分放電が発生して絶縁劣化が進み、故障に至る可能性が高くなる。そのため、製品の絶縁検査のため、部分放電の測定が実施されるが、内部欠陥以外に、測定時に高電圧が印加される配線、端子等の絶縁破壊とは関係のない周辺部分で発生した放電がノイズとなり、内部欠陥を評価するための測定結果が得られない場合がある。

　とくに、放熱のためのベース板をケースと接着させるモジュール構造の場合、例えば、ケースとベース板の間に接着剤の未充填部があると空隙となり、放電起点となり易い。そこで、接着剤のはみだし防止を目的としたものではあるが、ベース板の端部に、接着剤溜まりを形成するための段差を設ける構造（例えば、特許文献１参照。）を応用し、電界分布の変化により、放電が生じないように電界を緩和させることが考えられる。

特開平１－８９４９６号公報（第２頁左下欄～第４ページ左上欄、第１図～第２図）

　しかしながら、ベース板の端部に段差を設けただけでは、接着剤で覆われていない部分に電界が集中して、放電が発生し、内部欠陥と誤検出して歩留まりが低下する。

　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、歩留まりの低下を招くことなく、信頼性の高い電力用半導体装置を得ることを目的とする。

　本願に開示される電力用半導体装置は、空間を囲んで上面と底面で開口し、前記底面の内縁に沿って窪む枠部と、前記上面と前記底面との中間部分で前記空間に向かって突出する棚状部とが形成された絶縁性のケース、電力用半導体素子、金属板部と絶縁性のスペーサとが一体をなし、実装面に前記電力用半導体素子が搭載され、前記枠部に前記実装面の側から前記金属板部の厚みの中間部分まで嵌め込まれたベース板、前記ベース板の前記実装面の外縁部から側面に至る沿面と前記枠部との隙間を充填し、前記ベース板と前記ケースとを接着する絶縁性の接合材、および一端側に形成された前記電力用半導体素子と電気配線するための電極部が、前記棚状部の前記上面の開口に向かう対向面に固定された端子、を備え、前記ベース板の前記側面と前記枠部との隙間において、前記接合材の充填範囲は前記底面から見たときに前記底面よりも奥側に収まり、前記金属板部の側部のうち、前記上面から見たときに前記電極部と重なる側部は、前記充填範囲よりも奥側の部分から始まり、前記底面から突出する部分に至る連続した領域を前記スペーサにより覆われていることを特徴とする。

　本願に開示される電力用半導体装置によれば、ベース板の側面を覆う絶縁性のスペーサを設けたので、接合材の過不足があっても、周辺部分での放電を防止し、歩留まりの低下を招くことなく、信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。

図１Ａと図１Ｂは、それぞれ、実施の形態１にかかる電力用半導体装置の断面図と、その一部を拡大した部分断面図である。実施の形態１にかかる電力用半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、それぞれ、第一比較例、第二比較例、および実施の形態１にかかる電力用半導体装置における高電圧端子の裏面からベース板にかけての電界の状態を説明するための等電位線分布図である。実施の形態２にかかる電力用半導体装置の断面図である。図５Ａと図５Ｂは、それぞれ、実施の形態２の第一変形例、第二変形例にかかる電力用半導体装置の断面図である。実施の形態３にかかる電力用半導体装置の断面図である。実施の形態３の変形例にかかる電力用半導体装置の断面図である。実施の形態４にかかる電力用半導体装置の断面図である。図９Ａと図９Ｂは、実施の形態５にかかる電力用半導体装置のケース部分を透過させて描写した、それぞれ、切断面の異なる断面図である。

実施の形態１．
　図１～図３は、実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成、あるいはその製造方法について説明するためのものであり、図１は電力用半導体装置のベース板の主面に垂直で、半導体チップと接続する端子が設置された部分の断面図（図１Ａ）と、図１Ａにおける領域Ｒ１部分を拡大した部分断面図（図１Ｂ）であり、図２は、電力用半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。そして、図３は実施の形態１にかかる電力用半導体装置の効果説明として、構成による高電圧端子の裏面からベース板にかけての電界状態の違いを示すもので、第一比較例にかかる電力用半導体装置における図１Ｂの領域Ｒ２部分に対応する等電位線分布図（図３Ａ）と、第二比較例にかかる電力用半導体装置における等電位線分布図（図３Ｂ）と、実施の形態１にかかる電力用半導体装置における等電位線分布図（図３Ｃ）である。

　実施の形態１にかかる電力用半導体装置１は、図１に示すように、半導体チップ５を搭載したベース板２と、その上方に半導体チップ５と電気接続するための端子７が設置され、底面６ｆｕ側にベース板２が接着されたケース６を備えている。そして、半導体チップ５はベース板２に対し、実装面２ｆｍを覆う絶縁層３を介して配置された電極４に接合され、かつ、ワイヤボンディング等で形成された電極部７ｊへの配線１０により、端子７と電気接続されている。さらに、ベース板２（厳密には絶縁層３）とケース６の内周面６ｆｉで囲まれた空間を絶縁性の封止体９で満たすことで、放熱面２ｆｒは外部に露出し、半導体チップ５を含めた回路部分は密封されている。

　半導体チップ５は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードなどの大電力の制御に用いる半導体素子である。一般的に１枚の半導体チップ５に１つの機能が搭載されるが、ダイオード搭載ＭＯＳＦＥＴチップなど、複数の機能が搭載される場合もある。半導体チップ５を構成する基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはダイヤモンド（Ｃ）などのワイドバンドギャップ半導体材料と称される材料で形成されることが好ましい。

　ワイドバンドギャップ半導体材料で半導体素子を形成すれば、例えば、一般的なシリコンで形成した場合に比べて電力損失が小さくなり、半導体素子の消費電力を低減することができる。その結果、熱設計に裕度ができ、パワーモジュールの小型化が可能である。また、炭化ケイ素等は耐熱性が高いため、より高温で動作可能である。

　電極４は、熱伝導率の高い金属によって形成されることが好ましく、例えば銅を使用することが好ましいが、銅以外にもアルミニウムまたは鉄によって形成されても良いし、それらの合金によって形成されていても良い。半導体チップ５と電極４の接合方法は図示しないはんだによる接続の他、銀接合材によって接合されていても良い。

　端子７は、導電性の高い金属によって形成されることが好ましく、例えば銅を使用することが好ましいが、銅以外にもアルミニウムまたは鉄によって形成されても良いし、それらの合金によって形成されていても良い。半導体チップ５と端子７の接合方法は、ワイヤボンディングによる配線１０を想定しているが、これに限ることはない。

　絶縁層３は、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどのセラミック材料により、ベース板２とは別に形成されたものをベース板２の実装面２ｆｍを覆うように接合しても良いし、有機絶縁シートにより実装面２ｆｍ上に直接形成するようにしても良い。有機絶縁シートとは、絶縁性に優れた樹脂（エポキシ樹脂など）中に熱伝導率の高い無機フィラー（アルミナ、窒化アルミニウム、または窒化ホウ素など）を分散して充填させたコンパウンド構造体を指す。

　ケース６はＰＰＳ（Polyphenylene sulfide）、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、エポキシ樹脂など絶縁性材料で、空間を囲んで上面と底面６ｆｕで開口する筒状に形成されている。そして、上面と底面６ｆｕの中間部分において、空間に向かって突出する棚状部６ｒが形成され、棚状部６ｒの上面の開口への対向面には、端子７の電極部７ｊが、上面７ｆｊを露出させて埋め込まれている。また、絶縁層３の上面外縁部とベース板２の側面２ｆｓを嵌め込み、接合材８を充填して接着するための内縁に沿って窪む枠部６ｃが底面６ｆｕ側に形成されている。電力用半導体装置１を設置する外部環境の塵、あるいは汚水などが付着すると、放電する可能性があるため、外表面の状態は滑らかであることが好ましい。また、封止体９には、製造時に流動性を有して回路部分を覆い、硬化する絶縁性の樹脂が用いられる。

　ただし、ここまでの構成は、一般的な電力用半導体装置と共通する構成であり、本願の各実施の形態にかかる電力用半導体装置１においては、ベース板２の構成と、その構成に基づく、枠部６ｃ近傍部分での絶縁状態に特徴がある。ベース板２は、放熱を担う板状の金属板部２１と、放熱面２ｆｒ側の側端部に形成された凹部２ｃに配置した絶縁性のスペーサ２２とで構成している。

　ベース板２とケース６は、ベース板２全体が、ｘｙ面方向において枠部６ｃ内に収まり、絶縁層３とともに枠部６ｃ内に接着された際、厚み方向（ｚ方向）において、放熱面２ｆｒがケース６の底面６ｆｕ（位置Ｐ６ｕ）から突出するように寸法設定している。凹部２ｃは、放熱面２ｆｒと同じ側を向く面２ｆｃ（位置Ｐ２ｃ）が、接合材８が充填された際の下面８ｆｒよりも上方（奥側）に位置するように寸法設定している。

　そして、スペーサ２２は、金属板部２１の厚み方向（ｚ方向）において、接合材８の下面８ｆｒよりも上方の部分から、ケース６の底面６ｆｕの位置Ｐ６ｕよりも下側の部分に至る領域を網羅し、かつ放熱面２ｆｒから突出しないように厚みｔ２２を設定している。その際、接合材８を充填する隙間の幅Ｗｇよりも大きな値に厚みｔ２２を設定すれば、接合材８の塗布領域、塗布量に誤差が生じても、接合材８が底面６ｆｕからはみ出すことなく、下面８ｆｒが位置Ｐ２ｃよりも下方まで達するように、容易に組み立て制御できる。

　金属板部２１は、熱伝導率の高い金属によって形成されることが好ましく、例えば銅を使用することが好ましいが、銅以外にもアルミニウムまたは鉄によって形成されても良いし、それらの合金によって形成されていても良い。スペーサ２２は、例えばシリコーンゴムなど、ケース６、および封止体９と同等以下の誘電率を有する材料で構成することが望ましい。

　上述した電力用半導体装置１の製造方法について、図２のフローチャートを参考にして説明する。はじめに、金属板部２１と絶縁性のスペーサ２２を一体化させてベース板２を形成する（ステップＳ１００）。なお、スペーサ２２は、凹部２ｃ内に樹脂を塗布して形成してもよく、固形の絶縁物を接着させて形成してもよい。いずれにせよ、後段のケース６との接着工程より前に形成しておく必要がある。

　つづいて、ベース板２の実装面２ｆｍに絶縁層３、電極４、半導体チップ５等の回路部材を実装する（ステップＳ１１０）。なお、回路実装工程については、スペーサ２２の形成工程と前後してもよい。

　ベース板２に回路が実装されたなら、ケース６の底面６ｆｕからはみ出すことなく、接合材８の下面８ｆｒが、位置Ｐ２ｃよりも下方に達するように、塗布領域、塗布量を調整して、ベース板２、あるいは枠部６ｃ表面に接合材８を形成する接着剤を塗布する。そして、実装面２ｆｍ側からケース６の枠部６ｃに嵌め込み、実装面２ｆｍ（厳密には絶縁層３の上面）と側面２ｆｓにかけて、枠部６ｃとの隙間が接合材８で充填されるようにして、ベース板２をケース６に接着する（ステップＳ１２０）。

　接着剤が硬化し、接合材８が形成されたら、ワイヤボンディング等によって電極４と端子７間を電気接続する配線１０を形成し（ステップＳ１３０）、回路部分を封止体９によって封止する（ステップＳ１４０）ことで、電力用半導体装置１が完成する。その後、端子７等に電圧を印加して絶縁検査を受け（ステップＳ１５０）、合格すれば製品として完成する。

　つぎに、動作について説明する。
　上述したように、接着剤はベース板２の実装面２ｆｍ側から側面２ｆｓにかけて塗布されるが、主に実装面２ｆｍ側でケース６と接着されるため、側面２ｆｓ側について完全に充填させることは困難で、側面２ｆｓ部分にはケース６との間に多少の空隙が発生する。そして、絶縁検査の際、ケース６の端子７が取り付けられている箇所では、高電圧となり得る。

　このとき、接地電位となるベース板２の側面２ｆｓと、高電圧が印加された端子７の電極部７ｊの裏面７ｆｒとの間には電界Ｅが発生する。ここで、ベース板２にスペーサ２２を形成しなかった場合、電界Ｅは、接合材８の下面８ｆｒよりも下側の空隙を通過することになり、高電圧印加時に放電が発生する可能性がある。

　もちろん、空隙部分まで、接合材８が充填されているようにすれば問題はないが、接合材８をケース６の底面６ｆｕからはみ出させることなく、充填領域を下方に向けて拡大することは容易ではなく、歩留まりの低下につながる。あるいは、上部を接着剤で接着した後で、逆さにして接着剤を塗布するようにすれば、接着剤をケースの底面からはみ出させることなく、充填領域を下方に向けて拡大することは可能である。しかし、その場合、工程が複雑化するだけでなく、異なる工程で形成された接着剤の層間にボイドが残留し、放電起点となるリスクがある。

　それに対して、本実施の形態１に示す構造では、電極部７ｊの裏面７ｆｒからベース板２に向かう電界Ｅのうち、空隙を通過する電界Ｅは、絶縁性のスペーサ２２を介すことになり、空隙部における電界が低減される。また、単に凹部２ｃにスペーサ２２を形成することで、接着工程を複雑化することなく、ボイド等による放電起点の発生リスクも回避できる。

　放電リスクの低減について、２つの比較例を設定し、電界解析によって、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１での電界緩和効果について図３を用いて説明する。なお、比較例において、実施の形態の構成部材に対応する構成部材については、符号の末尾に「Ｘ」を付して区別する。また、簡略化のため、絶縁層の描画を省略している。

　第一比較例として、図３Ａに示すように、単純な厚板状のベース板２Ｘをケース６に接着した場合を示し、第二比較例として、図３Ｂに示すように、凹部２ｃＸは設けるが、スペーサを用いず、面２ｆｃＸまで接合材８Ｘの形成領域を拡張した場合を示す。そして、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１のように凹部２ｃに上述したスペーサ２２を形成した場合を図３Ｃに示す。なお、各例において、接合材８または接合材８Ｘが充填された際の厚み方向における下面８ｆｒ、ケースの底面６ｆｕ、および放熱面２ｆｒ（または放熱面２ｆｒＸ）間の位置関係は同じとしている。

　下面８ｆｒ直下の空隙領域Ｒｓにおいて、第一比較例（図３Ａ）では等電位線Ｌｅｐが、ほぼベース板２の側面２ｆｓＸに沿って集まっているのに対し、第二比較例（図３Ｂ）では凹部２ｃＸ部分の空間にも電界分布が拡がるため、等電位線Ｌｅｐの間隔が少し拡がる。ただし、側面２ｆｓＸと面２ｆｃＸとの角には電界が集中しているため、角部分を覆う接合材８Ｘの厚みが薄いと、空隙領域Ｒｓの電界が高くなり得る。

　それに対して実施の形態１（図３Ｃ）では、凹部２ｃに設置したスペーサ２２の影響により、第二比較例に比べて角部分の電界集中も少し緩和され、その近傍にある空隙領域Ｒｓの電界も緩和される。つまり、凹部２ｃＸ内に接着剤を塗布して接合材８Ｘを形成した場合よりも確実に電界緩和効果を得ることができる。

　このとき、スペーサ２２の誘電率が高くなると、空隙領域Ｒｓの電界が高くなる傾向がある。そのため、スペーサ２２の誘電率は、接合材８、およびケース６の誘電率と同等以下とすることが望ましい。例えば、接合材８、およびケース６に用いる材料の比誘電率を約４とすると、スペーサ２２には、それより低い比誘電率が約３のシリコーンゴム等を用いることが望ましい。

実施の形態２．
　上記実施の形態１においては、スペーサを形成するために段差状の凹部を設けた例について説明した。本実施の形態２においては、傾斜状の凹部を設けた例について説明する。図４は、実施の形態２にかかる電力用半導体装置の図１Ａに対応する断面図である。また、図５は実施の形態２の２つの変形例にかかる電力用半導体装置について説明するためのものであり、図５Ａは第一変形例にかかる電力用半導体装置の断面図、図５Ｂは第二変形例にかかる電力用半導体装置の断面図である。

　なお、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置において、凹部とそれに応じたスペーサの形状以外の構成については、実施の形態１と同様であり、同様な部分については、説明を省略する。また、製造方法、あるいは電界緩和効果については、実施の形態１で用いた図２と図３を援用する。

　実施の形態２にかかる電力用半導体装置１は、ベース板２の凹部２ｃを実施の形態１の図１で説明したような段差状ではなく、図４に示すように傾斜状に形成した。スペーサ２２は、実施の形態１と同様に、ｚ方向において、接合材８の下面８ｆｒよりも上方の部分から、ケース６の底面６ｆｕの位置Ｐ６ｕよりも下側の部分に至る領域を網羅し、かつ放熱面２ｆｒから突出しないように、凹部２ｃの傾斜に沿って形成する。

　スペーサ２２の形成方法を含めた電力用半導体装置１の製造方法については、実施の形態１の図２で説明したのと同様であり、電界緩和効果についても、実施の形態１の図３で説明したのと同様となる。一方、実施の形態１で例示した段差状の場合、凹部２ｃの面２ｆｃよりも下側まで接合材８を形成する接着剤を充填する必要があるため、塗布量等のバラつきを考慮すると、側面２ｆｓにおける金属板部２１の厚みは薄い方が望ましいが、その分、機械的強度が低下する怖れがある。一方、本実施の形態に示す傾斜状に凹部２ｃを形成した場合、接合材８で覆うべき側面２ｆｓにおける金属板部２１の厚みを薄くしても、傾斜状に厚みが厚くなるため、強度を容易に保つことができる。

　また、凹部２ｃの傾斜形状については、図４に示したような直線状の傾斜に限ることはない。例えば、図５Ａに示す第一変形例のように、二段階、もしくはそれ以上の段階の直線状に傾斜させてもよく、図５Ｂに示す第二変形例のように、曲線状、円弧状に傾斜させてもよい。

実施の形態３．
　上記実施の形態１あるいは２においては、ベース板の側面において、実装面側では金属板部が、放熱面側ではスペーサがそれぞれ接合材と接触するようにスペーサを配置した形成した例について説明した。本実施の形態３においては、金属板部の側面（側部）を実装面側までスペーサで覆う例について説明する。図６は実施の形態３にかかる電力用半導体装置の図１Ａに対応する断面図である。また、図７は実施の形態３の変形例にかかる電力用半導体装置の断面図である。

　なお、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置において、ベース板の側面部分以外の構成については、実施の形態１、または２と同様であり、同様な部分については、説明を省略する。また、製造方法、あるいは電界緩和効果については、実施の形態１で用いた図２と図３を援用する。

　実施の形態３にかかる電力用半導体装置１は、図６に示すように、金属板部２１の側面２１ｆｓの実装面２ｆｍ側までスペーサ２２で覆うように、凹部２ｃからはみ出してスペーサ２２を形成する。この場合も、スペーサ２２は、樹脂を塗布して形成してもよく、固形の絶縁物を接着させて形成してもよい。実施の形態１あるいは２では、凹部２ｃに収めたスペーサ２２によって、金属板部２１とケース６とを隔てることで、絶縁を保ち電界を緩和させるようにしていたが、本実施の形態２では、側面２１ｆｓの凹部２ｃを超えた実装面２ｆｍ側部分でも、スペーサ２２で金属板部２１とケース６とを隔てている。

　これにより、充填された接合材８に欠陥があった場合でも、スペーサ２２により、金属板部２１は、側面２１ｆｓでの絶縁が確保されるため、絶縁の確実性が高い。そのため、実施の形態１で説明した製造方法において、接合材８を形成する接着剤の充填量または塗布量が不足し、下面８ｆｒが位置Ｐ２ｃよりも上側に形成された場合、あるいは気泡等を含んでいても、金属板部２１との絶縁が確保され、放電発生を防止できる。

　その際、凹部２ｃにおける電界集中部となる金属板部２１の端部周囲の誘電率が低いほど、その外側の空隙の電界がより緩和される。そのため、接合材８よりも誘電率の低い材料でスペーサ２２を形成すれば、より高い電界緩和効果が得られる。

　また、図７に示す変形例のように、凹部２ｃを傾斜状に形成した場合でも、側面２ｆｓでの絶縁性が確保できるので、実施の形態２で例示した形態よりも、高い電界緩和効果を得ることができる。

実施の形態４．
　上記実施の形態１～３では、金属板部の放熱面側に凹部を形成した例について説明した。本実施の形態４では、金属板部の実装面側と放熱面側の双方に凹部が形成された例について説明する。図８は実施の形態４にかかる電力用半導体装置の図１Ａに対応する断面図である。なお、本実施の形態４にかかる電力用半導体装置において、凹部、およびそれに伴うスペーサ以外の構成については、実施の形態１～３と同様であり、同様な部分については、説明を省略する。また、製造方法、あるいは電界緩和効果についても、実施の形態１で用いた図２と図３を援用する。

　本実施の形態４にかかる電力用半導体装置１は、図８に示すように、凹部２ｃを両面に設けたものである。例えば、ベース板２の金属板部２１を銅板から切り出す際に、刃の形状がＶ字であると、カット面が垂直にならない場合があり得る。その場合、反対面も同様に刃を当てて両側からカットすると、側面２１ｆｓの厚み方向（ｚ方向）における中央部分を頂点２１ｐとした側面突端構造となり、頂点２１ｐに電界が集中し易くなる。

　しかし、その下半分を見れば、実施の形態２で示した傾斜状の形態と同等の考え方ができる。本実施の形態４では、金属板部２１の頂点２１ｐを覆うようにスペーサ２２が形成される。頂点２１ｐをスペーサ２２で覆うことで、実施の形態３で示したように、電界集中部の絶縁性を高めることもできる。以上のようにして、金属板部２１の側面２１ｆｓの厚み方向での中央付近が突出した形状において、側面形状を垂直に整形する必要なく、空隙部の電界を緩和することができる。また、図８で示す側面突端構造とするのは、上記のような切り出し時ではなく、後から任意に加工してもよい。

　なお、実施の形態３、４で例示したように、金属板部２１を接合材８に接触させないようにスペーサ２２で側面２１ｆｓの実装面２ｆｍ側まで覆う場合、金属板部２１に、必ずしも凹部２ｃが形成されている必要はない。また、金属板部２１の側面２１ｆｓが垂直平坦であってもよいが、いずれの場合でも、スペーサ２２は放熱面２ｆｒから突出しないように設ける必要がある。そして、スペーサ２２が、ｚ方向において、接合材８の下面８ｆｒよりも上方（放熱面２ｆｒから見て、奥側）の部分から、ケース６の底面６ｆｕの位置Ｐ６ｕよりも下側（同、手前側）の部分に至る領域を網羅すれば、空隙部を介した放電を防止する効果を奏することができる。

実施の形態５．
　上記実施の形態１～４においては、ベース板の全周にわたってスペーサを形成する例を示した。本実施の形態５では、周方向におけるスペーサの被覆（形成）領域を端子の配置に応じて設定した例について説明する。図９Ａと図９Ｂは実施の形態５にかかる電力用半導体装置のベース板をケースに接着した状態でケース部分を透過させて描写した、それぞれ切断面の異なる断面図である。そして、図９Ａの切断面は図９ＢのＡ－Ａ線に対応し、図９Ｂの切断面は図９ＡのＢ－Ｂ線に対応する。なお、本実施の形態５にかかる電力用半導体装置において、スペーサの周方向における形成領域以外については、実施の形態１～４と同様であり、同様な部分については、説明を省略する。また、製造方法、あるいは電界緩和効果についても、実施の形態１で用いた図２と図３を援用する。

　本実施の形態５にかかる電力用半導体装置１は、図９に示すように、スペーサ２２を周方向において、直上に端子７の電極部７ｊが存在する領域を包含するように形成した。ベース板２の側面２ｆｓとケース６との空隙部分に電界が発生するのは、その上部に高電圧部が存在する場合となる。したがって、高電圧となる端子７の配置によっては、ベース板２の側面２ｆｓにおいても電界が低い領域もあるため、そのような箇所に電界を低減させる措置は必要ない。

　本実施の形態５にかかる電力用半導体装置１では、実施の形態１～４で例示したスペーサ２２またはスペーサ２２を形成するための凹部２ｃを、上面側から見たときに電極部７ｊと重なる側面２ｆｓに対応して設けることとする。例えば、図９Ａのように、電極部７ｊ直下（裏面７ｆｒが対向する部分）の側面２ｆｓを含む断面は、実施の形態１で説明した図１Ａと同様に描画できる。しかし、図９Ｂのように、電極部７ｊの直下でない側面２ｆｓのみを含む断面は、電極部７ｊの直下部分を包含する領域のみにスペーサ２２が形成されている。

　スペーサ２２の周方向における長さは、上部の高電圧部（端子７）よりも長くし、電極部７ｊの直下の領域（上面側から見て、電極部７ｊを横切る領域）を包含するように形成する。このように、電界対策として必要箇所のみを施すことで、製造時の工程が多少簡略化される。なお、図９においては、凹部２ｃを実施の形態１で説明した段差状に形成する例を示したが、これに限ることはなく、実施の形態２～４に示すような形態でもよい。

　また、ケース６の枠部６ｃに対する組み込みにおいて、側面２ｆｓがｘｙ面内において凹凸がない方が好ましく、スペーサ２２を凹部２ｃ内に収まることが望ましいが、放電防止上は必ずしも必要はない。つまり、凹部２ｃを設けず、ｘｙ面内において金属板部２１の側面２１ｆｓからスペーサ２２が突出するような形態で構成してもよい。

　また、高圧となる端子７が、ベース板２の対向する２つの側面に対応して配置され、有機絶縁シートで絶縁層３を形成する場合、有機絶縁シートを対向する側面２ｆｓにわたって金属板部２１に被せ、側面２ｆｓを覆う絶縁層３をスペーサ２２として用いるようにしてもよい。

　さらに、本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は、特定の実施の形態で例示した適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態で開示した構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　以上のように、本願の各実施の形態にかかる電力用半導体装置１によれば、空間を囲んで上面と底面６ｆｕで開口し、底面６ｆｕの内縁に沿って窪む枠部６ｃと、上面と底面６ｆｕとの中間部分で空間に向かって突出する棚状部６ｒとが形成された絶縁性のケース６、電力用半導体素子（半導体チップ５）、金属板部２１と絶縁性のスペーサ２２とが一体をなし、実装面２ｆｍに電力用半導体素子（半導体チップ５）が搭載され、枠部６ｃに実装面２ｆｍの側から金属板部２１の厚みの中間部分まで嵌め込まれたベース板２、ベース板２の実装面２ｆｍの外縁部から側面２ｆｓに至る沿面と枠部６ｃとの隙間を充填し、ベース板２とケース６とを接着する絶縁性の接合材８、および一端側に形成された電力用半導体素子（半導体チップ５）と電気配線するための電極部７ｊが、棚状部６ｒの上面の開口に向かう対向面に固定された端子７、を備え、ベース板２の側面２ｆｓと枠部６ｃとの隙間において、接合材８の充填範囲は底面６ｆｕから見たときに底面６ｆｕよりも奥側に収まり（下面８ｆｒが位置Ｐ６ｕより上）、金属板部２１の側部（側面２１ｆｓ）のうち、上面から見たときに電極部７ｊと重なる側部は、充填範囲よりも奥側の部分から始まり（位置Ｐ２ｃが下面８ｆｒより上）、底面６ｆｕから突出する部分に至る連続した領域をスペーサ２２により覆われているように構成したので、接合材８の充填範囲に過不足があっても、周辺部分での放電を防止し、歩留まりの低下を招くことなく、信頼性の高い電力用半導体装置１を得ることができる。

　金属板部２１の底面６ｆｕから突出する側の面（放熱面２ｆｒ）は、スペーサ２２と面一、もしくはスペーサ２２から突出しているように構成すれば、放熱面２ｆｒを放熱板等に容易に密着させることができる。

　金属板部２１には、底面から突出する側の面（放熱面２ｆｒ）から窪み、スペーサ２２を設けるための凹部２ｃが形成されているようにすれば、実装面２ｆｍに平行な方向（ｘｙ面内）における金属板部２１からのスペーサ２２の突出量を抑制し、ベース板２のケース６への固定を確実に行うことができる。

　凹部２ｃは、電極部７ｊの棚状部６ｒの対向面での配置に対応して、間欠的に形成されているようにすれば、放熱面積の減少を最小限にして、効率的な放熱が可能になる。

　金属板部２１の側部（側面２１ｆｓ）は、全周にわたってスペーサ２２により覆われているようにすれば、電極部７ｊの配置が異なる装置にも適用できるようになり、また、ベース板２を容易に製造することができる。

　スペーサ２２は、ケース６および接合材８を構成する材料よりも誘電率の低い材料で形成されているようにすれば、確実に放電を抑制することができる。

　また、各実施の形態にかかる電力用半導体装置１の製造方法によれば、金属板部２１にスペーサを一体化する一体化ステップ（ステップＳ１００）、ベース板２に電力用半導体素子（半導体チップ５）を実装する実装ステップ（ステップＳ１１０）、および接合材８を形成する接着剤を枠部６ｃおよびベース板２のいずれかに塗布し、ベース板２を枠部６ｃに嵌め込んでケース６に接着する接着ステップ（ステップＳ１２０）、を含むように構成すれば、上述した電力用半導体装置１を容易に確実に製造することができる。

　１：電力用半導体装置、　２：ベース板、　２１：金属板部、　２１ｆｓ：側面（側部）、　２２：スペーサ、　２ｃ：凹部、　２ｆｍ：実装面、　２ｆｒ：放熱面、　２ｆｓ：側面、　３：絶縁層、　４：電極、　５：半導体チップ、　６：ケース、　６ｃ：枠部、　６ｆｕ：底面、　６ｒ：棚状部、　７：端子、　７ｊ：電極部、　８：接合材、　９：封止体、　１０：配線、　Ｅ：電界、　Ｌｅｐ：等電位線、　Ｐ２ｃ：位置、　Ｐ６ｕ：位置、　ｔ２２：厚み、　Ｗｇ：幅。

Claims

　空間を囲んで上面と底面で開口し、前記底面の内縁に沿って窪む枠部と、前記上面と前記底面との中間部分で前記空間に向かって突出する棚状部とが形成された絶縁性のケース、
　電力用半導体素子、
　金属板部と絶縁性のスペーサとが一体をなし、実装面に前記電力用半導体素子が搭載され、前記枠部に前記実装面の側から前記金属板部の厚みの中間部分まで嵌め込まれたベース板、
　前記ベース板の前記実装面の外縁部から側面に至る沿面と前記枠部との隙間を充填し、前記ベース板と前記ケースとを接着する絶縁性の接合材、および
　一端側に形成された前記電力用半導体素子と電気配線するための電極部が、前記棚状部の前記上面の開口に向かう対向面に固定された端子、を備え、
　前記ベース板の前記側面と前記枠部との隙間において、前記接合材の充填範囲は前記底面から見たときに前記底面よりも奥側に収まり、
　前記金属板部の側部のうち、前記上面から見たときに前記電極部と重なる側部は、前記充填範囲よりも奥側の部分から始まり、前記底面から突出する部分に至る連続した領域を前記スペーサにより覆われていることを特徴とする電力用半導体装置。
　前記金属板部の前記底面から突出する側の面は、前記スペーサと面一、もしくは前記スペーサから突出していることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
　前記金属板部には、前記底面から突出する側の面から窪み、前記スペーサを設けるための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
　前記凹部は、前記電極部の前記対向面での配置に対応して、間欠的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力用半導体装置。
　前記側部は、全周にわたって前記スペーサにより覆われていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
　前記スペーサは、前記ケースおよび前記接合材を構成する材料よりも誘電率の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
　請求項１から６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置の製造方法であって、
　前記金属板部に前記スペーサを一体化する一体化ステップ、
　前記ベース板に前記電力用半導体素子を実装する実装ステップ、および
　前記接合材を形成する接着剤を前記枠部および前記ベース板のいずれかに塗布し、前記ベース板を前記枠部に嵌め込んでケースに接着する接着ステップ、
　を含むことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。