JP4338620B2

JP4338620B2 - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP4338620B2
Application number: JP2004317929A
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Inventors: 利彰篠原
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Description

本発明は、半導体装置、特に、トランスファーモールド型の電力用半導体装置として好適に利用できる半導体装置及びその製造方法に関する。

従来のトランスファーモールド型の電力用半導体装置では、金属ブロックの一つの表面にパワー半導体素子がはんだにより接続されて固定されると共にこのパワー半導体素子に信号端子や主電極端子が金属細線を用いて電気的に接続されており、これらパワー半導体素子、主電極端子、信号端子がこれらの部材を搭載した金属ブロック表面と共に樹脂でモールドされている。

パワー半導体素子などが搭載されていない反対側の金属ブロック表面（裏面）に絶縁層を備えた半導体装置もある。この絶縁層は、金属ブロック表面に接する樹脂層と該樹脂層の上に配置された金属層を備えており、この金属層に接する状態で放熱器（放熱フィン）が取り付けられる。他の電力用半導体装置として、絶縁層を介することなく、金属ブロック裏面に直接放熱器を設けたものもある。このように構成された従来の電力用半導体装置によれば、パワー半導体素子で発生した熱は、金具ブロックの中を拡散し、絶縁層を介して、または金属ブロックから直接、放熱器（放熱フィン）に伝わり放熱される。

ところで、電力用半導体装置から放熱器への熱伝達性能は、金属ブロックと放熱器の接触面積（対向面積）と、金属ブロックと放熱器の間の温度差とに比例する。従って、放熱性能を上げるためには、温度差を大きくする方法と、金属ブロックと放熱器を大きくして両者の接触面積を大きくする方法とが考えられる。

ところが、外気温度（具体的には、放熱器の周辺温度）が一定とすれば、温度差を大きくすることは、半導体素子の動作温度を上げることである。このことは信頼性の低下という問題を生じる。他方、接触面積を大きくすることは、半導体装置を大きくすることであり、小型化の要求に反する。また、金属ブロックを大きくしても、金属ブロック内部の温度はパワー半導体素子から遠ざかるに従って下がるため、必ずしも放熱効率が向上するとは限らない。

特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載の半導体装置は、いずれも半導体チップの両面に放熱部材を設けて両面から放熱を行うものである。
特開２００１−１５６２２５公報特開２００３−０４６０３６公報特開２００２−３２９８０４公報特開平１０−０９８１４０号公報

本発明は、半導体装置、例えばトランスファーモールド型の電力用半導体装置において、装置全体の大きさを変えずに放熱性を向上させることを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る電力用半導体装置は、
第１の主面と第２の主面を有する金属ブロックと、
上記第１の主面に形成された複数の収容部分を有する溝と、
上記溝の内側で上記金属ブロックに固定された半導体素子と、
上記第１の主面に接して上記第１の主面を覆う第１の絶縁層と、
上記第２の主面に接して上記第２の主面を覆う第２の絶縁層と、
上記半導体素子と電気的に接続された主電極端子と、
上記半導体素子と電気的に接続された信号端子と、
モールド樹脂と
を備え、
上記複数の収容部分は、上記金属ブロックに半導体素子を接続し固定するための第１の凹部と、上記信号端子を配置するための第２の凹部と、上記主電源端子を配置するための第３の凹部からなり、第１の凹部の両側に第２の凹部と第３の凹部が配置されており、
上記主電極端子が上記第１と第３の凹部に収容され、上記主電極端子の一端が上記第１の凹部の内側で上記半導体素子と上記第１の絶縁層に挟まれて配置され、同時に上記主電極端子の他端が外部に突出されており、
上記信号端子の一端が上記第２の凹部の内側で上記金属ブロックと上記第１の絶縁層との間に配置され、同時に上記信号端子の他端が外部に突出されており、
上記モールド樹脂は、上記第１と第２の絶縁層を露出させ、上記信号端子を埋め込んで保持するようにして、上記金属ブロックの周囲に成型される
ことを特徴とする電力用半導体装置である。

本発明を利用することにより、電力用半導体装置において、金属ブロックの大きさと半導体素子の発熱量とが所与のものである場合、半導体素子の動作温度を下げることができる。また、逆に、半導体素子の動作温度を固定の条件とするならば、半導体素子により大きな電流を流すことができる。更に、電流と半導体素子の動作温度とを固定の条件とするならば、装置全体を小型化できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る好適な実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を示す用語「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語（例えば「上面」、「下面」、「右側」、「左側」）を適宜使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。したがって、以下に説明する具体的な発明の実施形態を上下反転して、または任意の方向（例えば、時計回り方向又は反時計回り方向）に９０°回転した形態も当然本発明の技術的範囲に含まれるものである。

実施の形態１

図１は、本発明の実施の形態１に係る電力用のパワー半導体装置の横断面〔図１（Ａ）〕、縦断面〔図１（Ｂ）〕及びその一部を切除した平面〔図１（Ｃ）〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック４、パワー半導体素子６、第１の主電極端子８、第２の主電極端子１０、信号端子１２、及びモールド樹脂（被覆部材）１４から構成されている。

金属ブロック４は、銅やアルミニウムなどの導電性金属材料からなる四角形の板又は塊であり、図１（Ａ）、（Ｂ）において上方に位置する第１の主面１６と、同図において下方に位置する第２の主面１８を有する。以下、第１の主面を「金属ブロック上面」、第２の主面を「金属ブロック下面」という。

金属ブロック上面１６は溝１９を有する。図１（Ｃ）を示されているように、溝１９は金属ブロック上面１６のほぼ中央部分を図面の上下方向に横断している。また、図１（Ａ）、（Ｂ）に示されているように、溝１９は四角形の横断面を有する。このように形成された溝１９は、この溝１９に配置される複数の部材に対応して複数の収容部分を有する。実施の形態において、これら複数の収容部分は、金属ブロック４にパワー半導体素子６を接続し固定するための第１の凹部２０と、信号端子１２を配置するための第２の凹部２２と、第１の主電源端子８を配置するための第３の凹部２４からなり、第１の凹部２０の両側に第２の凹部２２と第３の凹部２４が配置されている。図１（Ｃ）に最も良く示すように、金属ブロック上面１６には、図面の右上に表れる角部領域を切除して所定深さの第４の凹部２６が形成されており、この第４の凹部２６が第２の主電極端子１０の収容部分として利用されるようにしてある。

なお、本実施の形態では、一定の深さの溝１９を形成することによって、第１の凹部２０、第２の凹部２２及び第３の凹部２４のそれぞれの底面が同一の高さに配置されている（図１（Ｂ）参照）が、これら凹部２０、２２、２４の底面の高さは違ってもよい。また、図１（Ｃ）に示されているように、第２の凹部２２は、第１の凹部２０及び第３の凹部２４よりも幅が狭くなっているが、それぞれの凹部の幅はそこに配置される部材の大きさに応じて適宜決定すればよい。第４の凹部２６の幅及び深さも、そこに収容される第２の主電極端子１０の大きさに応じて適宜決定すればよい。

このように構成されている金属ブロック４に対し、第１の凹部２０の底面には、パワー半導体素子６の裏面に設けた電極用端子（図示せず。）がはんだ２８により接合される。はんだの代わりに、導電性接着材を利用してもよい。なお、本実施の形態に限らず、以下に説明する他の実施の形態の説明においても、はんだが利用される箇所はこれに代えて導電性接着材を用いることができる。

図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１の主電極端子８は、１枚の金属板を折り曲げて形成されており、一端側の第１の平坦部３０と他端側の第２の平坦部３２を有し、これら両平坦部３０、３２が接続部（折曲部）３４で繋がれ、第１の平坦部３０と第２の平坦部３２が平行にされている。このように構成された第１の主電極端子８は、第１の凹部２０と第３の凹部２４に収容され、第２の平坦部３２を外方に突出させた状態で第１の平坦部３０を半導体素子６の上に載せ、半導体素子６の主電極部（図示せず。）とはんだ２８により接合される。この状態で、図１（Ａ）に示すように、第１の平坦部３０の上面は、金属ブロック上面１６と同一の高さに位置しており、このような高さ関係（すなわち、面一の関係）が得られるように、溝１９（第１の凹部２０の深さ）が決められている。

信号端子１２は細長い板状の導電性金属板材からなり、一端側を第２の凹部２２に位置させた状態で他端側が外部に突出するように配置されており、第２の凹部２２に配置された一端側がパワー半導体素子６の対応する信号電極（図示せず）とアルミニウム等からなる導電ワイヤ３６で電気的に接続されている。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、信号端子１２は、金属ブロック４に樹脂をモールドする際に該モールド樹脂１４に埋め込まれて保持される。

第２の主電極端子１０は、導電性金属の細長い板からなり、第２の主電極端子１０は、一方の端部とその近傍が第４の凹部２６に接合され、他方の端部が外部に突出するように配置される。図１（Ａ）に示すように、第２の主電極端子１０の上面は金属ブロック上面１６よりも低い位置にあり、第４の凹部２６の深さは第２の主電極端子の厚さよりも大きい。そのため、金属ブロック４を樹脂モールドする際に、この第２の主電極端子上面が樹脂によって覆われる。また、第２の主電極端子１０の第２主電極配置凹部２６の底面への接合では、はんだや導電性接着材以外に、超音波接合の技術を用いることができる。

金属ブロック上面１６と金属ブロック下面１８には第１と第２の絶縁層３８が配置される。具体的に、金属ブロック上面１６を覆う第１の絶縁層３８は、金属ブロック上面１６に沿って溝１９（第１〜第３の凹部）上と第４の凹部２６上に延在し、金属ブロック上に配置された主電極端子部分及び信号端子部分も覆い、金属ブロック上面１６の全周縁から所定長さ突出している。また、金属ブロック上面１６と同一の高さに配置された第１の主電極端子８の上面部分は絶縁層３８と接触している。金属ブロック下面１８を覆う第２の絶縁層３８は、金属ブロック下面１８の全体を覆い、周縁部が金属ブロック下面１８から所定長さ突出している。

絶縁層３８は、電気的に絶縁性の樹脂層４０と導電性の金属層４２とを含む。樹脂層４０を構成する材料にはエポキシ樹脂が用いられる。また、樹脂層４０は、樹脂層４０及びこれを含む絶縁層３８にモールド樹脂１４よりも高い熱伝導性を付与するために、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素若しくは窒化ボロンなどの高熱伝導性のセラミック粉末のうち、一つ若しくは複数が適度に混入されている。金属層４２を構成する材料には銅やアルミニウムが用いられる。このような構成を有する絶縁層３８は、樹脂層４０が内側（金属ブロック側）、金属層４２が外側に配置される。

モールド樹脂１４は、電気的に絶縁性の樹脂材料からなり、上下の絶縁層３８を露出させ、主電極端子８、１０と信号端子１２を突出させた状態で、金属ブロック４の周囲に成型される。このとき、外部に突出する主電極端子８、１０と信号端子１２は上下の金型（図示せず）によって保持される。

このように構成されたパワー半導体装置２に対し、図２に示すように、上下の絶縁層３８の上に放熱器（放熱フィン）４４が設定される。これにより、パワー半導体素子６で発生した熱は、その一部が金属ブロック４に吸収される。金属ブロック４に吸収された熱は、金属ブロック４の中を伝わり、下部絶縁層３８を介して下部放熱器４４から大気中に放出されると共に上部絶縁層３８を介して上部放熱器４４から大気に放出される。また、パワー半導体素子６で発生した熱の残りの一部は、パワー半導体素子６に支持された第１の主電極端子８から上部絶縁層３８を介して上部放熱器４４より大気に放出される。このとき、上下の絶縁層３８を構成している樹脂層４０は高い熱伝導性を有することから、放熱経路を形成している他の部材（金属ブロック４、主電極端子８、１０及び金属層４２）と同様に良好に熱を伝達するので、パワー半導体素子６で発生した熱の流れを妨げることがない。

したがって、実施の形態１に係るパワー半導体装置２によれば、パワー半導体素子６で発生した熱が上下の放熱面から効率良く大気に放出できるので、結果的に信頼性の高いパワー半導体装置を得ることができる。また、パワー半導体素子６には大きな電流を流すことができる。さらに、放熱効率が高いことから、金属ブロック４の小型化、さらには半導体装置の小型化が可能となる。

なお、上述したパワー半導体装置２では、第１の主電極端子８とパワー半導体素子６ははんだ２８で接続しているが、ワイヤ３６と同様のワイヤで両者を電気的に接続してもよい。また、図１に示す実施の形態１に係る半導体装置２は一つの半導体素子６のみを有するが、複数の半導体素子を備えた半導体装置にも本発明は適用可能である。この場合、複数の半導体素子は、金属ブロック上面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロック下面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロックの上面と下面に形成した凹部にそれぞれ配置してもよい。

さらに、図３に示すように、複数の金属ブロック４ａ、４ｂを一つの樹脂でモールドして一体化するとともに、一方の金属ブロック４ａから引き出された主電極端子８ａと別の金属ブロック４ｂから引き出された別の主電極端子８ｂを、モールド樹脂１４内に配置された結線端子４６で電気的に接続してもよい。

実施の形態２

図４は、本発明の実施の形態２に係る電力用のパワー半導体装置の横断面〔図４（Ａ）〕、縦断面〔図４（Ｂ）〕及びその一部を切除した平面〔図４（Ｃ）〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック４、パワー半導体素子６、第１の主電極端子８、第２の主電極端子１０、信号端子１２、及びモールド樹脂（被覆部材）１４から構成されている。

実施の形態２に係るパワー半導体装置２は、実施の形態１に係るパワー半導体装置２と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。

図１により説明した実施の形態１に係る半導体装置２の金属ブロック４では、第２の凹部２２と第３の凹部２４が、第１の凹部２０の両側に配置されている。図４に示される実施の形態２に係る半導体装置２を構成する金属ブロック４では、第３の凹部２４が、第２の凹部を兼ねるように形成され、第２の凹部は単独では形成されていない。更に第３の凹部２４は、第１の凹部２０よりも深さを大きくされている（図４（Ｂ）参照）。

第１の主電極端子８は、第１の平坦部３０、第２の平坦部３２、及び連続部（屈曲部）３４とから構成されるが、図４（Ｃ）に示すように、第１の平坦部３０と第２の平坦部３２は平行にされ連続部（屈曲部）３４はそれぞれの平坦部に直交して２つの平坦部を繋ぐ。また、第１の主電極端子８は、第１の平坦部３０と連続部３４の境線、及び連続部３４と第２の平坦部３２の境線にて折り曲げられ、第２の平坦部３２が第１の平坦部３０より低くなるようにされている。

第３の凹部２４において、第１の主電極端子８の第１の平坦部３０と、信号端子１２及び導電ワイヤ３６とは、図４（Ｂ）に示すように上下で配置されている。第１の主電極端子８と半導体素子６は、実施の形態１と同様にはんだ２８を介して接合される。第１の主電極端子８の第２の平坦部３２は、実施の形態１の半導体装置の場合とは位置を異ならせて、外方に突出している。第１の主電極端子８の上面部分は、実施の形態１と同様に絶縁層３８と接触している。

信号端子１２は一端側を第３の凹部２４に位置させた状態で、他端側が外方に突出するように配置されており、第３の凹部２４に配置された一端側がパワー半導体素子６の対応する信号電極（図示せず。）と導電ワイヤ３６で接続する。

第３の凹部２４に第１の主電極端子８と信号端子１２を収容することにより、図４（Ｃ）に示すように、金属ブロック４の第１の主面１６から凹部（第１の凹部２０、第３の凹部２４）を除いた面をより拡大することができる。従って、第１の主面１６側からの放熱量を更に上げられる。

図４に示す実施の形態２に係るパワー半導体装置２において、信号端子１２をパワー半導体素子６に接続するワイヤボンドの配線作業のために、第１の主電極端子８の第１の平坦部３０に貫通孔が開けられているのが好ましい。このようにすれば、固定治具やワイヤボンドツールを使い易くなる。

実施の形態３

図５は、本発明の実施の形態３に係る電力用のパワー半導体装置の縦断面〔図５（Ａ）〕及びその一部を切除した平面〔図５（Ｂ）〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック４、パワー半導体素子６、第１の主電極端子８、第２の主電極端子１０、信号端子１２、制御回路基板４８、及びモールド樹脂（被覆部材）１４から構成されている。

実施の形態３に係るパワー半導体装置２は、実施の形態１に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すパワー半導体装置２では、実施の形態１に係るパワー半導体装置と同様に、金属ブロック４の片方の主面には溝１９が形成されている。金属ブロック４の第２の凹部２２の一部に制御回路基板４８が搭載される。

制御回路基板４８の裏面は接着材（図示せず。）により金属ブロック４の第２の凹部２２の底面に接合される。制御回路基板４８と半導体素子６の信号電極との間、及び信号端子１２と制御回路基板４８との間は、導電ワイヤ３６で結線されている。結線のための金属細線の材料は、アルミニウムに限定されず、その他の導電金属（例えば、金）であってもよい。

制御回路基板４８が搭載されることにより、パワー半導体装置２に制御機能が盛り込まれ、パワー半導体装置２の高機能化が図れる。

実施の形態４

図６は、本発明の実施の形態４に係る電力用のパワー半導体装置の樹脂封止前の状態での横断面〔図６（Ａ）〕及び樹脂封止後の状態での横断面〔図６（Ｂ）〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック４、パワー半導体素子６、第１の主電極端子８、第２の主電極端子１０、信号端子１２、及びモールド樹脂（被覆部材）１４から構成されている。

実施の形態４に係るパワー半導体装置２は、実施の形態１乃至実施の形態３に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。

図６（Ａ）に示すように、実施の形態４に係る半導体装置２において、第１の主電極端子８は、第１の平坦部の代わりに、薄板（薄金属板）を２つのロール状に曲げて形成される第１の巻板部５０で構成される。第１の巻板部５０の２つのロールの一部は、半導体素子６へはんだ２８により接合する。この第１の巻板部５０は一つのロールで構成されてもよい。

第１の巻板部５０が半導体素子６に接合された時点では、第１の巻板部５０の平坦な上面部分は、金属ブロック４の第１の主面１６より僅かに（図６（Ａ）では、“ｈ”だけ）上方に出るようにされている。このあと、モールド樹脂１４による封止時、第１の巻板部５０は絶縁層３８を介して金型で加圧される。そうすると、元来可撓性を備えるロール構造の巻板部は適宜撓み、第１の巻板部５０の平坦な外面（上面）部分が絶縁層３８に押力を与えつつ接触する。その後モールド樹脂１４が硬化すると、第１の巻板部５０の平坦な部分が第１の主面１６と面一の状態を保持する。したがって、第１の巻板部５０の平坦な部分が絶縁層３８に押力をもって接しそれが保持されることにより、高い放熱特性をより安定したものとすることができる。

実施の形態５

図７は、本発明の実施の形態５に係る電力用のパワー半導体装置の横断面〔図７（Ａ）〕、縦断面〔図７（Ｂ）〕及びその一部を切除した平面〔図７（Ｃ）〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック４、パワー半導体素子６、第１の主電極端子８、第２の主電極端子１０、信号端子１２、及びモールド樹脂（被覆部材）１４から構成されている。

実施の形態５に係るパワー半導体装置２は、実施の形態１に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。

実施の形態５に係る半導体装置２にも、実施の形態１と同様に、第１の凹部２０、第２の凹部２２及び第３の凹部２４から構成される溝１９と、第４の凹部２６とが形成され、パワー半導体素子６、信号端子１２、第１の主電極端子８、及び第２の主電極端子１０が接合する。ここで、第１の主電極端子８の第１の平坦部３０は実施の形態１と同様に半導体素子６の主電極部（図示せず。）と接合するが、第１の平坦部３０の上面は金属ブロック４の第１の主面１６よりも低い高さに位置しており、このような関係が得られるように溝１９（第１の凹部２０）の深さが決められている。第１の凹部２０、第２の凹部２２及び第３の凹部２４にモールド樹脂１４が封入されると、第１の主電極端子８の上面はモールド樹脂１４で完全に覆われる。

実施の形態５に係るパワー半導体装置２には、図１に示されるような絶縁層が備わらない。従って、図８に示すように、放熱器（放熱フィン）４４を取り付ける際には、放熱器４４とパワー半導体装置２との間に、層状の絶縁材５２が挟み込まれる。金属ブロック上面１６に接して配置される第１の絶縁材５２は、金属ブロック上面１６の全周縁から所定長さ突出している。金属ブロック下面１８に接して配置される第２の絶縁材５２は、周縁部が金属ブロック下面１８から所定長さ突出している。絶縁材５２を構成する材料は、セラミックでもよく、高熱伝導性のセラミック粉末が適宜混入されたシリコン樹脂でもよい。

実施の形態５に係るパワー半導体装置は、絶縁層（図１参照）を備えない規格の製品に対応するものである。従って、絶縁材５２が挟まれて放熱器（放熱フィン）４４が設定されると実施の形態５に係るパワー半導体装置は、実施の形態１に係るパワー半導体装置の備える効果を同様に実現する。

放熱器（放熱フィン）４４は、図８に示すようにパワー半導体装置２に対し上下に設定される。これにより、パワー半導体素子６で発生した熱は、その一部が金属ブロック４に吸収される。金属ブロック４に吸収された熱は、金属ブロック４の中を伝わり、下部絶縁材５２を介して下部放熱器４４から大気中に放出されると共に上部絶縁材５２を介して上部放熱器４４から大気に放出される。このとき、上下の絶縁材５２は高い熱伝導性を有することから、放熱経路を形成している他の部材（金属ブロック４、及び主電極端子８、１０）と同様に良好に熱を伝達するので、パワー半導体素子６で発生した熱の流れを妨げることがない。

したがって、実施の形態５に係るパワー半導体装置２によれば、パワー半導体素子６で発生した熱が上下の放熱面から効率良く大気に放出できるので、結果的に信頼性の高いパワー半導体装置を得ることができる。また、パワー半導体素子６には大きな電流を流すことができる。さらに、放熱効率が高いことから、金属ブロック４の小型化、さらには半導体装置の小型化が可能となる。

また、図７に示す実施の形態５に係る半導体装置２は一つの半導体素子６のみを有するが、複数の半導体素子を備えた半導体装置にも本発明は適用可能である。この場合、複数の半導体素子は、金属ブロック上面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロック下面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロックの上面と下面に形成した凹部にそれぞれ配置してもよい。

さらに、図９に示すように、複数の金属ブロック４ａ、４ｂを一つの樹脂でモールドして一体化するとともに、一方の金属ブロック４ａから引き出された主電極端子１０ａと別の金属ブロック４ｂから引き出された別の主電極端子８ｂを、モールド樹脂１４内に配置された結線端子４６で電気的に接続してもよい。

実施の形態６

図１０は、本発明の実施の形態６に係る電力用のパワー半導体装置の一部を切除した平面〔図１０（Ａ）〕及び縦断面〔図１０（Ｂ）〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック４、パワー半導体素子６、第１の主電極端子８、第２の主電極端子１０、信号端子１２、及びモールド樹脂（被覆部材）１４から構成されている。

実施の形態６に係るパワー半導体装置２は、実施の形態５に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。

図７により説明した実施の形態５に係る半導体装置２の金属ブロック４では、第２の凹部２２と第３の凹部２４が、第１の凹部２０の両側に配置されている。図１０に示される実施の形態６に係る半導体装置に含まれる金属ブロック４では、第３の凹部２４が第２の凹部を兼ねるように形成され、第２の凹部は単独では形成されていない。更に第３の凹部２４は第１の凹部２０よりも深さを大きくされている（図１０（Ｂ）参照）。

第１の主電極端子８は、第１の平坦部３０、第２の平坦部３２、及び連続部（屈曲部）３４とから構成されるが、図１０（Ａ）に示すように、第１の平坦部３０と第２の平坦部３２は平行にされ、連続部（屈曲部）３４はそれぞれの平坦部に直交して２つの平坦部を繋ぐ。また、第１の主電極端子８は、第１の平坦部３０と連続部３４の境線、及び連続部３４と第２の平坦部３２の境線にて折り曲げられ、第２の平坦部３２が第１の平坦部３０より低くなるようにされている。

第３の凹部２４において、第１の主電極端子８の第１の平坦部３０と、信号端子１２及び導電ワイヤ３６は、図１０（Ｂ）に示すように上下に配置されている。第１の主電極端子８と半導体素子６は、実施の形態５と同様にはんだ２８を介して接合される。第１の主電極端子８の第２の平坦部３２は、実施の形態５に係る半導体装置の場合とは位置を異ならせて、外方に突出する。

第３の凹部２４に第１の主電極端子８と信号端子１２とを収容させることにより、図１０（Ａ）に示すように、金属ブロック４の第１の主面１６から凹部（第１の凹部２０、第３の凹部２４）を除いた面をより拡大することが可能になる。従って、第１の主面１６側からの放熱量を更に上げられる。

図１０に示す実施の形態６に係る半導体装置において、信号端子１２をパワー半導体素子６に接続するワイヤボンドの配線作業のために、第１の主電極端子８の第１の平坦部３０に貫通孔が開けられているのが好ましい。このようにすれば、固定治具やワイヤボンドツールを使い易くなる。

本発明の実施の形態１に係るパワー半導体装置の横断面図［図１（Ａ）］、縦断面図［図１（Ｂ）］及び平面図［図１（Ｃ）］である。横断面図［図１（Ａ）］は、平面図［図１（Ｃ）］の鎖線Ａ−Ａに沿った横断面図である。縦断面図［図１（Ｂ）］は、平面図［図１（Ｃ）］の鎖線Ｂ―Ｂに沿った縦断面図である。平面図［図１（Ｃ）］では、各部材の位置関係を明確に示すため一部の部材を取り除いている。放熱フィンを接合した実施の形態１に係るパワー半導体装置の横断面図である。本発明の実施の形態１に係るパワー半導体装置の変形例の平面図である。本発明の実施の形態２に係るパワー半導体装置の横断面図［図４（Ａ）］、縦断面図［図４（Ｂ）］及び平面図［図４（Ｃ）］である。横断面図［図４（Ａ）］は、平面図［図４（Ｃ）］の鎖線Ａ−Ａに沿った横断面図である。縦断面図［図４（Ｂ）］は、平面図［図４（Ｃ）］の鎖線Ｂ―Ｂに沿った縦断面図である。平面図［図４（Ｃ）］では、各部材の位置関係を明確に示すため一部の部材を取り除いている。本発明の実施の形態３に係るパワー半導体装置の縦断面図［図５（Ａ）］及び平面図［図５（Ｂ）］である。縦断面図［図５（Ａ）］は、平面図［図５（Ｂ）］の鎖線Ａ―Ａに沿った縦断面図である。平面図［図５（Ｂ）］では、各部材の位置関係を明確に示すため一部部材を取り除いている。本発明の実施の形態４に係るパワー半導体装置の樹脂封止前の状態での横断面図［図６（Ａ）］及び樹脂封止後の状態での横断面図［図６（Ｂ）］である。本発明の実施の形態５に係るパワー半導体装置の横断面図［図７（Ａ）］、縦断面図［図７（Ｂ）］及び平面図［図７（Ｃ）］である。横断面図［図７（Ａ）］は、平面図［図７（Ｃ）］の鎖線Ａ−Ａに沿った横断面図である。縦断面図［図７（Ｂ）］は、平面図［図７（Ｃ）］の鎖線Ｂ―Ｂに沿った縦断面図である。平面図［図７（Ｃ）］では、各部材の位置関係を明確に示すため一部部材を取り除いている。放熱フィンを接合した実施の形態５に係るパワー半導体装置の横断面図である。本発明の実施の形態５に係るパワー半導体装置の変形例の平面図である。本発明の実施の形態６に係るパワー半導体装置の平面図［図１０（Ａ）］、及び縦断面図［図１０（Ｂ）］である。平面図［図１０（Ａ）］では、各部材の位置関係を明確に示すため一部部材を取り除いている。縦断面図［図１０（Ｂ）］は、平面図［図１０（Ａ）］の鎖線Ｂ―Ｂに沿った縦断面図である。

符号の説明

２パワー半導体装置、４金属ブロック、６パワー半導体素子、８第１の主電極端子、１０第２の主電極端子、１２信号端子、１４モールド樹脂、１９溝、２０第１の凹部、２２第２の凹部、２４第３の凹部、２６第４の凹部、２８はんだ、３６導電ワイヤ、３８絶縁層、４４外部放熱器（放熱フィン）、４８制御回路基板、５０第１の巻板部、５２絶縁材。

Claims

第１の主面と第２の主面を有する金属ブロックと、
上記第１の主面に形成された複数の収容部分を有する溝と、
上記溝の内側で上記金属ブロックに固定された半導体素子と、
上記第１の主面に接して上記第１の主面を覆う第１の絶縁層と、
上記第２の主面に接して上記第２の主面を覆う第２の絶縁層と、
上記半導体素子と電気的に接続された主電極端子と、
上記半導体素子と電気的に接続された信号端子と、
モールド樹脂と
を備え、
上記複数の収容部分は、上記金属ブロックに半導体素子を接続し固定するための第１の凹部と、上記信号端子を配置するための第２の凹部と、上記主電源端子を配置するための第３の凹部からなり、第１の凹部の両側に第２の凹部と第３の凹部が配置されており、
上記主電極端子が上記第１と第３の凹部に収容され、上記主電極端子の一端が上記第１の凹部の内側で上記半導体素子と上記第１の絶縁層に挟まれて配置され、同時に上記主電極端子の他端が外部に突出されており、
上記信号端子の一端が上記第２の凹部の内側で上記金属ブロックと上記第１の絶縁層との間に配置され、同時に上記信号端子の他端が外部に突出されており、
上記モールド樹脂は、上記第１と第２の絶縁層を露出させ、上記信号端子を埋め込んで保持するようにして、上記金属ブロックの周囲に成型される
ことを特徴とする電力用半導体装置。
第１の主面と第２の主面を有する金属ブロックと、
上記第１の主面に形成された複数の収容部分を有する溝と、
上記溝の内側で上記金属ブロックに固定された半導体素子と、
上記第１の主面に接して上記第１の主面を覆う第１の絶縁層と、
上記第２の主面に接して上記第２の主面を覆う第２の絶縁層と、
上記半導体素子と電気的に接続された主電極端子と、
上記半導体素子と電気的に接続された信号端子と、
モールド樹脂と
を備え、
上記複数の収容部分は、上記金属ブロックに半導体素子を接続し固定するための第１の凹部と、上記主電源端子と上記信号端子を配置するための第３の凹部からなり、
上記主電極端子が上記第１と第３の凹部に収容され、上記主電極端子の一端が上記第１の凹部の内側で上記半導体素子と上記第１の絶縁層に挟まれて配置され、同時に上記主電極端子の他端が外部に突出されており、
上記信号端子の一端が上記第３の凹部の内側で上記金属ブロックと上記第１の絶縁層との間に配置され、同時に上記信号端子の他端が外部に突出されており、
上記モールド樹脂は、上記第１と第２の絶縁層を露出させ、上記信号端子を埋め込んで保持するようにして、上記金属ブロックの周囲に成型される
ことを特徴とする電力用半導体装置。
上記第１の絶縁層は上記第１の主面に沿って上記溝上に延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力用半導体装置。
上記主電極端子は、少なくとも一方向に撓む第１の巻板部を有し、
上記第１の巻板部が上記第１の絶縁層に押圧力をもって接するように上記主電極端子が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一に記載の電力用半導体装置。
第１の主面と第２の主面を有する金属ブロックと、
上記第１の主面に形成された複数の収容部分を有する溝と、
上記溝の内側で上記金属ブロックに固定された半導体素子と、
上記半導体素子と電気的に接続された主電極端子と、
上記半導体素子と電気的に接続された信号端子と、
モールド樹脂と
を備え、
上記複数の収容部分は、上記金属ブロックに半導体素子を接続し固定するための第１の凹部と、上記信号端子を配置するための第２の凹部と、上記主電源端子を配置するための第３の凹部からなり、第１の凹部の両側に第２の凹部と第３の凹部が配置されており、
上記主電極端子が上記第１と第３の凹部に収容され、上記主電極端子の一端が上記第１の凹部の内側で上記第１の主面と面一をなす面と上記半導体素子との間に配置され、同時に上記主電極端子の他端が外部に突出されており、
上記信号端子の一端が上記第２の凹部の内側で上記第１の主面と面一をなす面と上記金属ブロックとの間に配置され、同時に上記信号端子の他端が外部に突出されており、
上記モールド樹脂は、上記第１と第２の主面を露出させ、上記信号端子を埋め込んで保持するようにして、上記金属ブロックの周囲に成型される
いることを特徴とする電力用半導体装置。
第１の主面と第２の主面を有する金属ブロックと、
上記第１の主面に形成された複数の収容部分を有する溝と、
上記溝の内側で上記金属ブロックに固定された半導体素子と、
上記半導体素子と電気的に接続された主電極端子と、
上記半導体素子と電気的に接続された信号端子と
モールド樹脂と
を備え、
上記複数の収容部分は、上記金属ブロックに半導体素子を接続し固定するための第１の凹部と、上記主電源端子と上記信号端子を配置するための第３の凹部からなり、
上記主電極端子が上記第１と第３の凹部に収容され、上記主電極端子の一端が上記第１の凹部の内側で上記第１の主面と面一をなす面と上記半導体素子との間に配置され、同時に上記主電極端子の他端が外部に突出されており、
上記信号端子の一端が上記第３の凹部の内側で上記主電極端子と上記金属ブロックとの間に配置され、同時に上記信号端子の他端が外部に突出されており、
上記モールド樹脂は、上記第１と第２の主面を露出させ、上記信号端子を埋め込んで保持するようにして、上記金属ブロックの周囲に成型される
ことを特徴とする電力用半導体装置。
上記第１の絶縁層及び上記第２の絶縁層のそれぞれの露出する面を覆って、放熱器が接合していることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一に記載の電力用半導体装置。
上記第１の主面及び上記第２の主面のそれぞれを覆って、層状の絶縁材を挟んで放熱器が接合していることを特徴とする請求項５又は６に記載の電力用半導体装置。
第１の主面及び第２の主面を備え、上記第１の主面に、第１の凹部と、上記第１の凹部の両側に配置される第２の凹部及び第３の凹部とからなる溝が形成された金属ブロックを準備する工程と、
表面と裏面に所定の端子を有する半導体素子の裏面の端子を上記第１の凹部の底面に接続する工程と、
上記半導体素子の表面の端子に接続した信号素子を上記第２の凹部内に配設する工程と、
一端面を上記半導体素子の表面の端子に接続した主電極端子の他端面を、上記溝の形成された第１の主面に接して覆う第１の絶縁層を介して押圧して上記第１の凹部及び上記第３の凹部内に配設する工程と、
上記第２の主面に接して覆う上記第２の絶縁層を設ける工程と、
前記押圧状態において上記溝内に熱硬化性樹脂を封入し硬化させる工程と、
前記第１の絶縁層を介して上記溝の形成された第１の主面に、又は前記第２の絶縁層を介して第１の主面に、放熱器の接合面を圧接して放熱器を接合させる工程とからなる電力用半導体装置の製造方法。