WO2024075283A1 - 半導体装置、電力変換装置および移動体 - Google Patents

半導体装置、電力変換装置および移動体 Download PDF

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WO2024075283A1
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龍太郎 伊達
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三菱電機株式会社
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    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
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Definitions

  • This disclosure relates to semiconductor devices, power conversion devices, and moving objects.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor device having a resin case including a screw hole, an insulating substrate on which a semiconductor chip is mounted, and a heat sink including a heat sink through hole and carrying the insulating substrate.
  • Metal tapping screws pass through the heat sink through hole and the screw hole to engage the resin case with the heat sink.
  • the gap in the screw hole formed between the resin case and the metal tapping screw is filled with a high-voltage resin.
  • Patent Document 1 improves discharge resistance by filling the gap between the case and the screw with resin.
  • filling the gap with resin increases the number of manufacturing steps, which may result in poor workability.
  • the purpose of this disclosure is to obtain a semiconductor device, a power conversion device, and a mobile object that can improve discharge tolerance.
  • the semiconductor device comprises a base plate, a semiconductor chip provided in an area above the base plate, a case provided on the base plate, surrounding the semiconductor chip, having an outer side and an inner side opposite the outer side, with a recess formed in the outer side, a nut pressed into the recess of the case and having a screw hole extending in the vertical direction, and a screw inserted into the nut from below the base plate.
  • the semiconductor device includes a base plate, a semiconductor chip provided in an area above the base plate, a case provided on the base plate and surrounding the semiconductor chip, a nut that is a cap nut that is open downward and is provided on the case in the area surrounded by the case, and a screw inserted into the nut from below the base plate.
  • the semiconductor device can prevent the formation of a gap between the screw and the high-voltage component on the base plate. This improves the discharge resistance.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment
  • 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment
  • 2 is a cross-sectional view showing a state in which a case and a base plate are fastened with screws in the semiconductor device according to the first embodiment
  • FIG. 1A and 1B are diagrams illustrating an insulating substrate according to a first embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating gas inside a case according to a comparative example.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating gas inside a case according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of a semiconductor device according to a third embodiment.
  • 13 is a cross-sectional view showing a state in which a case and a base plate are fastened with screws in a semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. FIG. 13 is a plan view of a semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram of a power conversion device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a moving body according to a sixth embodiment.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 100 according to a first embodiment.
  • Fig. 2 is a plan view of the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a case 20 and a base plate 10 are fastened with screws 52 in the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • Fig. 4 is a diagram illustrating an insulating substrate 30 according to the first embodiment. In the semiconductor device 100, the insulating substrate 30 is mounted on the base plate 10.
  • the insulating substrate 30 includes a conductor layer 31, an insulating layer 32 on the conductor layer 31, and a metal pattern 33 on the insulating layer 32.
  • the insulating layer 32 is formed of, for example, ceramic or resin.
  • a semiconductor chip 40 is provided on the metal pattern 33.
  • the semiconductor chip 40 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) chip or a Di (Diode) chip. In this manner, the semiconductor chip 40 is provided in an area above the base plate 10.
  • a metal terminal 35, which is an electrode, and metal wiring 37, which is a wire or the like, are provided on the metal pattern 33. For convenience, only a portion of the insulating substrate 30 is shown in FIGS. 1 to 3.
  • a case 20 is provided on the base plate 10 to surround the semiconductor chip. For convenience, only a portion of the case 20 is shown in FIGS. 1 to 3.
  • the case 20 has an outer surface 21 and an inner surface 22 opposite the outer surface 21.
  • a recess 24 is formed in the outer surface 21.
  • the case 20 has a pedestal portion 23 that protrudes inward from the area surrounded by the case 20.
  • the recess 24 is formed in the pedestal portion 23.
  • the area surrounded by the case 20 is filled with a sealant 42.
  • An electrode (not shown) is provided on the case 20.
  • a lid (not shown) is provided on the case 20.
  • the semiconductor chip 40, the metal pattern 33, the metal terminal 35, and the electrodes of the case 20 are electrically connected by metal wiring 37, US (Ultrasonic) bonding, or the like.
  • a nut 51 is press-fitted into the recess 24 of the case 20.
  • a screw hole extending in the vertical direction is formed in the nut 51.
  • a through hole 12 is formed in the base plate 10 for inserting a screw 52.
  • a through hole 25 connecting the recess 24 and the through hole 12 is also formed in the case 20.
  • the screw 52 is inserted into the nut 51 from below the base plate 10 through the through holes 12 and 25.
  • the screw 52 is, for example, a bolt that screws into the nut 51. This fastens the case 20 and the base plate 10 together as shown in FIG. 3.
  • the nut 51 is, for example, circular in plan view.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device 800 according to a comparative example.
  • the semiconductor device 800 according to the comparative example differs from the semiconductor device 100 according to the first embodiment in that the case 820 and the base plate 10 are fastened by a tapping screw 852.
  • a gap 90 may be generated between the tapping screw 852 and the case 20 due to fastening by the tapping screw 852. Partial discharge occurs when a voltage is exchanged between a protruding portion such as the thread of a screw and a metal pattern 33, a metal terminal 35, a metal wiring 37, etc. that are at a high voltage.
  • a gap 90 is likely to be formed on the straight line connecting the tapping screw 852 and the high voltage portion. Therefore, the gap 90 may reduce the partial discharge resistance.
  • the base plate 10 and the case 20 can be fastened together with the tapping screw 852 without having to scrape the case 20.
  • This makes it possible to prevent the occurrence of a gap 90 between the screw 52 and the case 20, and therefore to suppress the occurrence of partial discharges. This improves the discharge resistance.
  • the gap above the screw 52 and the gap between the screw 52 and the case 20 at the through hole 25 are not on a straight line that connects the screw 52 and the high voltage section via the shortest path. This makes it less likely to lead to a decrease in partial discharge resistance.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining gas 91 in case 820 according to the comparative example.
  • Case 820 according to the comparative example does not have a recess 24. Therefore, the volume of case 820 is large, and voids due to gas 91 are likely to occur.
  • case 820 does not have a recess 24, a thick block-shaped portion is formed. In the block-shaped portion, the distance from the inside of the case to the surface is large. Therefore, gas 91 generated during molding is difficult to escape, and voids are more likely to occur. Therefore, in semiconductor device 800 according to the comparative example, voids are likely to form on the straight line connecting tapping screw 852 and the high-voltage portion. These voids may also reduce partial discharge resistance.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating gas 91 in case 20 according to embodiment 1.
  • a recess 24 is formed in case 20.
  • the formation of recess 24 reduces the volume of case 20. Therefore, it is possible to suppress the generation of voids when molding case 20 from resin.
  • the formation of recess 24 in base 23 allows base 23 to be formed from a thin plate-like portion. In the plate-like portion, the distance from the inside of case 20 to the surface is small. Therefore, gas 91 generated during molding can easily escape, and voids are unlikely to occur. In this way, in this embodiment, it is possible to suppress the formation of voids between screw 52 and the high-voltage portion. Therefore, it is possible to improve the discharge resistance.
  • the nut 51 is preferably made of an insulating material such as resin, and the screw 52 is preferably made of metal.
  • the screw 52 is electrically connected to the base plate 10, which is GND, and is at GND potential.
  • the nut 51 and the screw 52 may both be metal, or both may be an insulator such as resin.
  • the nut 51 may be metal and the screw 52 may be resin.
  • the semiconductor chip 40 may be a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) chip.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • multiple semiconductor chips 40 may be provided inside the case 20.
  • the multiple semiconductor chips 40 may include multiple types of semiconductor chips. In this case, the same effect as this embodiment is achieved.
  • the semiconductor chip 40 may be formed of a wide band gap semiconductor.
  • the wide band gap semiconductor is, for example, silicon carbide, a gallium nitride material, or diamond.
  • the energy saving of the semiconductor device 100 becomes possible.
  • the semiconductor device 100 provided with the semiconductor chip 40 formed of a wide band gap semiconductor even when a high current flows, the discharge tolerance is improved and stable operation can be achieved.
  • Embodiment 2. 8 is a plan view of a semiconductor device 200 according to a second embodiment.
  • the shapes of the nut 251 and the recess 224 of the case 220 are different from those of the first embodiment.
  • the other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the nut 251 is polygonal in plan view.
  • the nut 251 is, for example, hexagonal or rectangular in plan view.
  • the recess 224 of the case 220 is shaped to match the nut 251. In other words, the side surface of the case 220 at the recess 224 is configured to be in close contact with the nut 251.
  • the nut 251 can be prevented from rotating together. This ensures that the tightening torque required to fasten the case 220 and the base plate 10 can be generated.
  • Fig. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device 300 according to a third embodiment.
  • Fig. 10 is a plan view of the semiconductor device 300 according to the third embodiment.
  • Fig. 11 is a cross-sectional view showing a state in which the case 320 and the base plate 10 are fastened with screws 52 in the semiconductor device 300 according to the third embodiment.
  • the configurations of the case 320 and the nuts 351 are different from those in the first embodiment.
  • the other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • a case 320 that surrounds the semiconductor chip 40 is provided on the base plate 10. For convenience, only a portion of the case 320 is shown in Figures 9 to 11.
  • the case 320 has a side wall portion 327 that extends upward from the upper surface of the base plate 10, and a base portion 323 that extends along the upper surface of the base plate 10.
  • the nut 351 is provided on the case 320 in the area surrounded by the case 320. Specifically, the nut 351 is provided on the base portion 323.
  • the nut 351 is a cap nut that opens downward.
  • a through hole 25 is formed in the case 320 so as to connect with the through hole 12.
  • the screw 52 is inserted into the nut 351 from below the base plate 10, passing through the through holes 12 and 25.
  • the screw 52 is, for example, a bolt that screws into the nut 351. This fastens the case 320 and the base plate 10 together, as shown in FIG. 11.
  • the nut 351 is, for example, circular in plan view.
  • the base plate 10 and the case 320 can be fastened together with the tapping screw 852 without having to scrape the case 320. This makes it possible to prevent the occurrence of a gap 90 between the screw 52 and the case 320, and therefore to prevent the occurrence of partial discharge. This improves the discharge resistance.
  • case 320 of this embodiment does not have a thick block-shaped portion for inserting tapping screw 852, as in case 820 of the comparative example. This allows the volume of case 320 to be reduced, and the occurrence of voids can be suppressed when case 320 is molded from resin. Also, in this embodiment, base portion 323 of case 320 can be formed from a thin plate-shaped portion. This means that gas 91 generated during molding of case 320 is less likely to escape, and the occurrence of voids can be suppressed.
  • the sealant 42 can be tightly attached to the cap nut without any gaps.
  • Embodiment 4. 12 is a plan view of a semiconductor device 400 according to a fourth embodiment.
  • the shape of a nut 451 is different from the shape of the nut 351 in the third embodiment.
  • the other configurations are similar to those in the first embodiment.
  • the nut 451 is polygonal in plan view.
  • the nut 451 is, for example, hexagonal or rectangular in plan view.
  • the side or corner of the nut 451 comes into contact with the side of the case 320, thereby preventing the nut 451 from rotating together with the case 320. This ensures that the tightening torque required to fasten the case 320 and the base plate 10 can be generated.
  • Embodiment 5 is a block diagram of a power conversion device 74 according to the fifth embodiment.
  • the power conversion device 74 is, for example, a three-phase inverter.
  • the power conversion device 74 is connected between a power source 70 and a load 75, converts the power supplied from the power source 70, and supplies the converted power to the load 75.
  • the power conversion device 74 includes a main conversion circuit 71 that converts and outputs the power, a drive circuit 72 that outputs a drive signal that drives a switching element of the main conversion circuit 71, and a control circuit 73 that outputs a control signal for controlling the drive circuit 72 to the drive circuit 72.
  • a semiconductor device according to any one of the first to fourth embodiments is mounted as a switching element in the main conversion circuit 71. This improves the discharge tolerance of the power conversion device 74.
  • the power conversion device 74 may be a two-level, three-level, or multi-level power conversion device. This embodiment can also be applied to a single-phase inverter, a DC/DC converter, or an AC/DC converter.
  • Load 75 is, for example, an electric motor.
  • the power conversion device 74 can also be used as a power supply device for, for example, an electric discharge machine, a laser processing machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system.
  • power conversion device 74 can also be used as a power conditioner for a solar power generation system, a power storage system, etc.
  • Embodiment 6. 14 is a diagram illustrating a moving object 78 according to a sixth embodiment.
  • a power conversion device 74 having a semiconductor device according to any one of the first to fourth embodiments is mounted on the moving object 78.
  • the moving object 78 is, for example, a train.
  • the discharge tolerance of the power conversion device 74 is improved, thereby enabling the moving object 78 to have a longer life.

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Abstract

本開示に係る半導体装置は、ベース板と、前記ベース板の上方の領域に設けられた半導体チップと、前記ベース板の上に設けられ、前記半導体チップを囲み、外側面と前記外側面と反対側の内側面とを有し、前記外側面に凹部が形成されたケースと、前記ケースの前記凹部に圧入され、上下方向に延びるネジ穴が形成されたナットと、前記ベース板の下方から前記ナットに挿入されたネジと、を備える。

Description

半導体装置、電力変換装置および移動体
　本開示は、半導体装置、電力変換装置および移動体に関する。
　特許文献１には、ねじ孔を含む樹脂ケースと、半導体チップが実装された絶縁基板と、放熱板貫通孔を含み、絶縁基板を搭載した放熱板とを有する半導体装置が開示されている。金属製タッピングねじは、放熱板貫通孔およびねじ孔を通り、樹脂ケースを放熱板に係合する。樹脂ケースと金属製タッピングねじの間に形成されたねじ孔内における空隙は、高耐電圧樹脂により充填される。
特開２００６－３２３９２号公報
　半導体装置の小型化および高密度化が進むにつれ、ねじと絶縁基板との距離が短くなる。このため、部分放電耐量および絶縁破壊耐量の改善が必要とされている。例えば、ケースと放熱板等をタッピンねじでねじ締めすると、ねじ周辺に空隙が生じ易い。この空隙により部分放電耐量が低下するおそれがある。
　これに対し特許文献１では、ケースとねじの隙間に樹脂を充填して、放電耐量を改善している。しかし、樹脂の充填のために製造工程が増加し、作業性が悪化するおそれがあった。
　本開示は、放電耐量を向上できる半導体装置、電力変換装置および移動体を得ることを目的とする。
　第１の開示に係る半導体装置は、ベース板と、前記ベース板の上方の領域に設けられた半導体チップと、前記ベース板の上に設けられ、前記半導体チップを囲み、外側面と前記外側面と反対側の内側面とを有し、前記外側面に凹部が形成されたケースと、前記ケースの前記凹部に圧入され、上下方向に延びるネジ穴が形成されたナットと、前記ベース板の下方から前記ナットに挿入されたネジと、を備える。
　第２の開示に係る半導体装置は、ベース板と、前記ベース板の上方の領域に設けられた半導体チップと、前記ベース板の上に設けられ、前記半導体チップを囲むケースと、前記ケースに囲まれた領域で、前記ケースの上に設けられ、下方に向かって開口した袋ナットであるナットと、前記ベース板の下方から前記ナットに挿入されたネジと、を備える。
　第１、第２の開示に係る半導体装置では、ネジと、高電圧となるベース板上の部材との間に空隙が形成されることを抑制できる。従って、放電耐量を向上できる。
実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態１に係る半導体装置において、ケースとベース板をネジで締結した状態を示す断面図である。 実施の形態１に係る絶縁基板を説明する図である。 比較例に係る半導体装置の断面図である。 比較例に係るケース内のガスを説明する図である。 実施の形態１に係るケース内のガスを説明する図である。 実施の形態２に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態３に係る半導体装置において、ケースとベース板をネジで締結した状態を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態５に係る電力変換装置のブロック図である。 実施の形態６に係る移動体を説明する図である。
　各実施の形態に係る半導体装置、電力変換装置および移動体について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。図２は、実施の形態１に係る半導体装置１００の平面図である。図３は、実施の形態１に係る半導体装置１００において、ケース２０とベース板１０をネジ５２で締結した状態を示す断面図である。図４は、実施の形態１に係る絶縁基板３０を説明する図である。半導体装置１００において、ベース板１０には絶縁基板３０が搭載されている。
　図４に示されるように、絶縁基板３０は、導体層３１と、導体層３１の上の絶縁層３２と、絶縁層３２の上の金属パターン３３とを含む。絶縁層３２は、例えばセラミックまたは樹脂で形成される。金属パターン３３の上には半導体チップ４０が設けられる。半導体チップ４０は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップまたはＤｉ（Ｄｉｏｄｅ）チップである。このように、半導体チップ４０は、ベース板１０の上方の領域に設けられている。さらに金属パターン３３上には、電極である金属端子３５、ワイヤ等である金属配線３７が設けられる。なお、図１～３では、便宜上、絶縁基板３０の一部のみが示されている。
　ベース板１０の上には、半導体チップを囲むケース２０が設けられる。便宜上、図１～３では、ケース２０の一部のみが示されている。ケース２０は、外側面２１と、外側面２１と反対側の内側面２２とを有する。外側面２１には凹部２４が形成されている。ケース２０は、ケース２０に囲まれた領域の内側に突出した台座部２３を有する。凹部２４は、台座部２３に形成されている。ケース２０に囲まれた領域には封止材４２が充填されている。ケース２０には図示しない電極が設けられる。また、ケース２０の上には図示しないフタが設けられる。半導体チップ４０、金属パターン３３、金属端子３５、ケース２０の電極は、金属配線３７、ＵＳ（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）接合などで電気的に接続されている。
　ケース２０の凹部２４には、ナット５１が圧入される。ナット５１には、上下方向に延びるネジ穴が形成されている。ベース板１０には、ネジ５２を挿入するための貫通孔１２が形成される。また、ケース２０には、凹部２４と貫通孔１２を繋ぐ貫通孔２５が形成される。ネジ５２は、ベース板１０の下方から、貫通孔１２、２５を通って、ナット５１に挿入される。ネジ５２は、例えばナット５１と螺合するボルトである。これにより、図３に示されるように、ケース２０とベース板１０が締結される。ナット５１は例えば平面視で円形である。
　図５は、比較例に係る半導体装置８００の断面図である。比較例に係る半導体装置８００では、タッピンネジ８５２でケース８２０とベース板１０を締結する点が実施の形態１の半導体装置１００と異なる。この構成では、タッピンネジ８５２による締結により、タッピンネジ８５２とケース２０との間に空隙９０が生じる可能性がある。部分放電は、例えばネジのネジ山などの突起部と、高電圧となる金属パターン３３、金属端子３５、金属配線３７等との間で、電圧をやり取りすることで発生する。比較例に係る半導体装置８００では、タッピンネジ８５２と高電圧部を繋ぐ直線上に空隙９０が形成され易い。従って、空隙９０により、部分放電耐量が低下するおそれがある。
　これに対し本実施の形態では、タッピンネジ８５２でケース２０を削ることなく、ベース板１０とケース２０を締結することができる。このため、ネジ５２とケース２０との間に空隙９０が生じることを抑制でき、部分放電の発生を抑制することができる。従って、放電耐量を向上できる。なお、ネジ５２の上方の隙間および貫通孔２５におけるネジ５２とケース２０との隙間は、ネジ５２と高電圧部とを最短経路で繋ぐ直線上に無い。このため、部分放電耐量の低下に繋がりにくい。
　図６は比較例に係るケース８２０内のガス９１を説明する図である。樹脂で形成されたケースにおいて、樹脂部分の体積が大きいほど、成型樹脂から発生するガス量は多くなる。比較例に係るケース８２０には凹部２４が形成されない。このため、ケース８２０の体積が大きく、ガス９１によるボイドが発生し易い。また、ケース８２０には凹部２４がないため、ブロック状の厚い部分が形成される。ブロック状の部分では、ケース内部から表面までの距離が大きい。このため、成形時に発生したガス９１が抜け難く、さらにボイドが発生し易い。従って、比較例に係る半導体装置８００では、タッピンネジ８５２と高電圧部を繋ぐ直線上にボイドが形成され易い。このボイドによっても、部分放電耐量が低下するおそれがある。
　図７は、実施の形態１に係るケース２０内のガス９１を説明する図である。本実施の形態では、ケース２０に凹部２４が形成される。凹部２４が形成されることで、ケース２０の体積が少なくなる。従って、樹脂でケース２０を成形する際にボイドの発生を抑制できる。また、本実施の形態では、台座部２３に凹部２４が形成されることで、台座部２３を薄い板状の部分で形成できる。板状の部分では、ケース２０内部から表面までの距離が小さい。このため、成形時に発生したガス９１が抜け易く、ボイドが発生し難い。このように本実施の形態では、ネジ５２と高電圧部との間に、ボイドが形成されることを抑制できる。従って、放電耐量を向上できる。
　また、本実施の形態では、ケースとネジの隙間に樹脂を充填して、放電耐量を向上する必要がない。このため、製造工程の増加を抑制でき、作業性を向上できる。
　ナット５１は樹脂等の絶縁体で形成され、ネジ５２は金属で形成されると良い。このときネジ５２は、ＧＮＤであるベース板１０と電気的に接続されてＧＮＤ電位となる。高電圧部に対して、ＧＮＤ電位となるネジ５２と非導電体のナット５１を組み合わせることで、部分放電を有効に抑制できる。ナット５１とネジ５２は、両方が金属であっても良く、両方が樹脂等の絶縁体であっても良い。また、ナット５１が金属で、ネジ５２が樹脂であっても良い。
　本実施の形態の変形例として、半導体チップ４０はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップであっても良い。また、ケース２０内には、複数の半導体チップ４０が設けられても良い。複数の半導体チップ４０は、複数の種類の半導体チップを含んでも良い。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏する。
　半導体チップ４０は、ワイドバンドギャップ半導体で形成されていても良い。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。半導体チップ４０にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、半導体装置１００の省エネルギー化が可能となる。また、本実施の形態によれば、ワイドバンドギャップ半導体で形成された半導体チップ４０が設けられた半導体装置１００において、高電流が流れる場合にも、放電耐量を向上して安定した動作を実現できる。
　上述した変形は、以下の実施の形態に係る半導体装置、電力変換装置および移動体について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置、電力変換装置および移動体については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係る半導体装置２００の平面図である。本実施の形態では、ナット２５１とケース２２０の凹部２２４の形状が、実施の形態１の形状と異なる。他の構成は実施の形態１の構成と同様である。ナット２５１は、平面視で多角形である。ナット２５１は、例えば平面視で六角形または四角形状である。ケース２２０の凹部２２４は、ナット２５１に合わせた形状となっている。つまり、凹部２２４におけるケース２２０の側面は、ナット２５１に密着するように構成されている。
　本実施の形態では、ナット２５１の共回りを防止できる。これにより、ケース２２０とベース板１０とを締結するために必要な締付トルクを確実に発生させることができる。
実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る半導体装置３００の断面図である。図１０は、実施の形態３に係る半導体装置３００の平面図である。図１１は、実施の形態３に係る半導体装置３００において、ケース３２０とベース板１０をネジ５２で締結した状態を示す断面図である。本実施の形態では、ケース３２０およびナット３５１の構成が実施の形態１の構成と異なる。他の構成は実施の形態１の構成と同様である。
　ベース板１０の上には、半導体チップ４０を囲むケース３２０が設けられる。便宜上、図９～１１では、ケース３２０の一部のみが示されている。ケース３２０は、ベース板１０の上面から上方に延びる側壁部３２７と、ベース板１０の上面に沿って延びる台座部３２３を有する。ナット３５１は、ケース３２０に囲まれた領域で、ケース３２０の上に設けられる。具体的には、ナット３５１は台座部３２３の上に設けられる。ナット３５１は、下方に向かって開口した袋ナットである。
　ケース３２０には、貫通孔１２と繋がるように貫通孔２５が形成される。ネジ５２は、ベース板１０の下方から、貫通孔１２、２５を通って、ナット３５１に挿入される。ネジ５２は、例えばナット３５１と螺合するボルトである。これにより、図１１に示されるように、ケース３２０とベース板１０が締結される。ナット３５１は例えば平面視で円形である。
　本実施の形態においても、タッピンネジ８５２でケース３２０を削ることなく、ベース板１０とケース３２０を締結することができる。このため、ネジ５２とケース３２０との間に空隙９０が生じることを抑制でき、部分放電の発生を抑制することができる。従って、放電耐量を向上できる。
　また本実施の形態のケース３２０には、比較例に係るケース８２０のようにタッピンネジ８５２を挿入するためのブロック状の厚い部分が設けられない。このため、ケース３２０の体積を低減でき、樹脂でケース３２０を成形する際にボイドの発生を抑制できる。また、本実施の形態では、ケース３２０の台座部３２３を薄い板状の部分で形成できる。このため、ケース３２０の成形時に発生したガス９１が抜け難く、ボイドの発生を抑制できる。
　また、ナット３５１として袋ナットを用いることで、封止材４２がナットとネジ５２の間から染み出すことを防止できる。本実施の形態では、袋ナットに封止材４２を隙間なく密着させることができる。
実施の形態４．
　図１２は、実施の形態４に係る半導体装置４００の平面図である。本実施の形態では、ナット４５１の形状が、実施の形態３のナット３５１の形状と異なる。他の構成は実施の形態１の構成と同様である。ナット４５１は、平面視で多角形である。ナット４５１は、例えば平面視で六角形または四角形状である。
　本実施の形態では、例えばナット４５１の側面または角がケース３２０の側面と接触することで、ナット４５１の共回りを防止できる。これにより、ケース３２０とベース板１０とを締結するために必要な締付トルクを確実に発生させることができる。
実施の形態５．
　図１３は、実施の形態５に係る電力変換装置７４のブロック図である。電力変換装置７４は、例えば三相のインバータである。電力変換装置７４は、電源７０と負荷７５との間に接続され、電源７０から供給された電力を変換して、負荷７５に供給する。電力変換装置７４は、電力を変換して出力する主変換回路７１と、主変換回路７１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路７２と、駆動回路７２を制御する制御信号を駆動回路７２に出力する制御回路７３とを備えている。
　本実施の形態に係る電力変換装置７４では、主変換回路７１のスイッチング素子として実施の形態１～４の何れかの半導体装置が搭載される。これにより、電力変換装置７４の放電耐量を向上できる。
　電力変換装置７４は、２レベル、３レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であっても良い。単相のインバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータに本実施の形態を適用することも可能である。
　負荷７５は例えば電動機である。これに限らず、電力変換装置７４は、例えば放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器、非接触給電システムの電源装置として用いることもできる。さらに、電力変換装置７４は、太陽光発電システム、蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
実施の形態６．
　図１４は、実施の形態６に係る移動体７８を説明する図である。移動体７８には、実施の形態１～４の何れかの半導体装置を有する電力変換装置７４が搭載されている。移動体７８は例えば電車である。本実施の形態では、電力変換装置７４の放電耐量を向上することで、移動体７８の長寿命化が可能となる。
　各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
　１０　ベース板、１２　貫通孔、２０　ケース、２１　外側面、２２　内側面、２３　台座部、２４　凹部、２５　貫通孔、３０　絶縁基板、３１　導体層、３２　絶縁層、３３　金属パターン、３５　金属端子、３７　金属配線、４０　半導体チップ、４２　封止材、５１　ナット、５２　ネジ、７０　電源、７１　主変換回路、７２　駆動回路、７３　制御回路、７４　電力変換装置、７５　負荷、７８　移動体、９０　空隙、９１　ガス、１００　半導体装置、２００　半導体装置、２２０　ケース、２２４　凹部、２５１　ナット、３００　半導体装置、３２０　ケース、３２３　台座部、３２７　側壁部、３５１　ナット、４００　半導体装置、４５１　ナット、８００　半導体装置、８２０　ケース、８５２　タッピンネジ

Claims (8)

  1. 　ベース板と、
    　前記ベース板の上方の領域に設けられた半導体チップと、
    　前記ベース板の上に設けられ、前記半導体チップを囲み、外側面と前記外側面と反対側の内側面とを有し、前記外側面に凹部が形成されたケースと、
    　前記ケースの前記凹部に圧入され、上下方向に延びるネジ穴が形成されたナットと、
    　前記ベース板の下方から前記ナットに挿入されたネジと、
    　を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 　ベース板と、
    　前記ベース板の上方の領域に設けられた半導体チップと、
    　前記ベース板の上に設けられ、前記半導体チップを囲むケースと、
    　前記ケースに囲まれた領域で、前記ケースの上に設けられ、下方に向かって開口した袋ナットであるナットと、
    　前記ベース板の下方から前記ナットに挿入されたネジと、
    　を備えることを特徴とする半導体装置。
  3. 　前記ナットは絶縁体で形成され、前記ネジは金属で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記ナットは平面視で多角形であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
  5. 　前記半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体で形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
  6. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　請求項１から６の何れか１項に記載の半導体装置を搭載したことを特徴とする電力変換装置。
  8. 　請求項１から６の何れか１項に記載の半導体装置を搭載したことを特徴とする移動体。
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