JP6750394B2 - 半導体装置及び半導体装置製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置製造方法に関する。
近年、シリコンカーバイド(SiC)半導体素子、ガリウムナイトライド(GaN)半導体等の化合物半導体素子を含む次世代半導体素子を搭載したパワー半導体モジュール(単に、半導体モジュール又は半導体ユニットと呼ぶ)の開発が進められている。SiC素子及びGaN素子は、従来のシリコン半導体(Si)素子に対してバンドギャップが広く、絶縁破壊電界強度が高いことから高耐圧であり、また不純物濃度をより高く、活性層をより薄くすることができることから高効率且つ高速動作が可能な小型の半導体モジュールを実現することができる。
半導体モジュールは、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の導体箔が両面に設けられた基板の主面上に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)等の半導体素子を搭載し、半導体素子の表面電極をワイヤボンディングにより主面の導体箔に形成された回路パターンに電気接続するとともにその回路パターン上にリード端子を立設して電極を引き出すことにより回路を構成し、回路が構成された基板を銅、アルミ炭化ケイ素複合材(AlSiC)等から形成される導体ベース上に搭載するとともにこれを樹脂ケースで囲み、シリコンゲル等の軟質な絶縁樹脂を充填して回路を封止し、樹脂蓋により密封することで構成される(例えば、特許文献1及び2参照)。或いは、半導体モジュールは、基板の主面上に半導体素子を搭載し、その上に回路基板を設けてこれに挿入されたピン端子により半導体素子の表面電極と主面の導体箔に形成された回路パターンとを電気接続するとともにその回路パターン上にリード端子を立設して回路を構成し、回路が構成された基板をエポキシ樹脂等の硬質な絶縁樹脂によりモールドして回路を封止するとともにリード端子の先端を絶縁樹脂から突出して電極を引き出し、基板の他面を絶縁樹脂から露出することで構成される(例えば、特許文献3参照)。
さらに、上述のように構成された複数の半導体モジュールをバスバー等を用いて並列接続して1つの半導体装置とすることにより大容量化(すなわち、大電流化)することができる(例えば特許文献4参照)。
特許文献1 特開2015−198227号公報
特許文献2 国際公開第2009/081723号
特許文献3 特開2011−77280号公報
特許文献4 国際公開第2013/146212号
しかしながら、シリコンゲル等の軟質な絶縁樹脂により回路を封止した半導体モジュールでは、絶縁樹脂の耐熱が低く、また定格電圧が高い場合には絶縁樹脂内で部分放電によりトリーと呼ばれる樹枝状の破壊痕跡が発生し、部分放電の繰り返しによりトリーが進展して絶縁破壊に至る可能性が懸念される。それに対して、エポキシ樹脂等の硬質な絶縁樹脂により回路を封止した半導体モジュールでは、部分放電が生じてもトリーの進展が遅く、絶縁破壊に至り難いが、複数の半導体素子を搭載して大容量化することでモジュールが大型化した場合、ヒートサイクルによりモジュール内で応力が発生する。またその応力により樹脂モールドが基板、リード電極等から剥離して絶縁性能の低下を招く可能性が懸念される。また、ひとつのモジュールを小さくし、複数の半導体モジュールをバスバー等を用いて並列接続し大容量化した半導体装置では、特に定格電圧が高い場合に、端子間又は端子と接地との間の絶縁距離(沿面距離、空間距離とも呼ぶ)を確保することが困難となる。
本発明の第1の態様においては、それぞれが半導体素子、半導体素子を封止するユニット筐体、およびユニット筐体の上面に設けられた第1凹部内に露出する第1ユニット端子を有する複数の半導体ユニットと、複数の半導体ユニットのそれぞれに対応して第1ユニット端子に接続される第1接続端子、複数の第1接続端子間を接続する第1接続導体、および、第1接続導体を封止し複数の第1接続端子を露出させる第1接続導体封止部を有する第1ユニット接続部と、複数の半導体ユニットのそれぞれに対応して、第1凹部の凹み内において、第1ユニット端子および第1接続端子の間の接続部をそれぞれ封止する複数の第1凹み封止部と、を備える半導体装置が提供される。
本発明の第2の態様においては、それぞれが半導体素子、半導体素子を封止するユニット筐体、およびユニット筐体の上面に設けられた第1凹部内に露出する第1ユニット端子を有する複数の半導体ユニットを製造する段階と、複数の半導体ユニットのそれぞれに対応して第1ユニット端子に接続される第1接続端子、複数の第1接続端子間を接続する第1接続導体、および、第1接続導体を封止し複数の第1接続端子を露出させる第1接続導体封止部を有する第1ユニット接続部を製造する段階と、複数の半導体ユニットのそれぞれについて、第1凹部の凹み内において、第1ユニット端子および第1接続端子を接続する段階と、複数の半導体ユニットのそれぞれに対応して、第1凹部の凹み内において、第1ユニット端子および第1接続端子の間の接続部をそれぞれ封止することにより複数の第1凹み封止部を形成する段階と、を備える半導体装置製造方法が提供される。
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
本実施形態に係る半導体装置の構成を示すとともに、半導体装置の一製造工程において、ユニット接続部の電極端子を蓋部上に折り曲げた状態の半導体装置を示す。 半導体装置の構成を示すとともに、ユニット接続部の電極端子を蓋部上に折り曲げた状態の半導体装置を上面視において示す。 半導体ユニットの構成を示す。 半導体ユニットの内部構成を示す。 半導体ユニットの回路構成を示す。 ユニット接続部及び半導体ユニットを搭載した導体ベースの構成を示す。 ユニット接続部の構成を上面視において示す。 ユニット接続部と半導体ユニットを搭載した導体ベースとを重ねた状態を上面視において示す。 ユニット接続部と半導体ユニットを搭載した導体ベースとを重ねた状態で図3Cにおける基準線DDに関するそれらの断面構成を示す。 半導体装置の一製造工程において、半導体ユニットを支持する導体ベース上にユニット接続部を搭載した状態の半導体装置を示す。 半導体ユニットを支持する導体ベース上にユニット接続部を搭載した状態の半導体装置を上面視において示す。 半導体ユニットを支持する導体ベース上にユニット接続部を搭載した状態で図4Bにおける基準線CCに関する半導体装置の断面構成を示す。 半導体装置の一製造工程において、半導体ユニットの凹部を封止した状態の半導体装置を上面視において示す。 半導体ユニットの凹部を封止した状態で図5Aにおける基準線BBに関する半導体装置の断面構成を示す。 半導体装置の一製造工程において、ユニット接続部の貫通孔に蓋部を設けた状態の半導体装置を上面視において示す。 ユニット接続部の貫通孔に蓋部を設けた状態で図6Aにおける基準線BBに関する半導体装置の断面構成を示す。 図1Bにおける基準線AAに関する半導体装置の断面構成を示す。 変形例に係るユニット接続部の構成を上面視において示す。 図8Aにおける基準線BBに関する変形例に係るユニット接続部の断面構成を示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
なお、本明細書において、「接続」とは、特に断らない限り、通電可能に電気的に接続する意味を含むものとする。
図1A及び図1Bは、本実施形態に係る半導体装置100の構成を示す。ここで、図1Aは半導体装置100の外部構成を示し、図1Bは半導体装置100の外部構成を上面視において示す。半導体装置100は、高耐熱且つ高耐圧の半導体装置を提供することを目的とするものであり、複数の半導体ユニット20A〜20C及びユニット接続部40、並びに後述する導体ベース30、第1〜第3凹み封止部45a〜45c、及び第1〜第3蓋部46a〜46cを備える。半導体装置100の外部構成では簡略化のため端子間の絶縁距離を考慮せず記載しているが、実際の半導体装置では、端子間および端子−接地間の絶縁距離も考慮した構成となる。
複数の半導体ユニット20A〜20Cは、例えばインバータ等に設けられるスイッチング装置である。なお、本実施形態では、一例として、半導体装置100は3つの半導体ユニット20A〜20Cを搭載するものとするが、3つに限らず、2以上の任意の数の半導体ユニットを搭載してもよい。なお、半導体ユニット20A〜20Cはすべて同様に構成される。ここでは、代表して半導体ユニット20Aの構成について説明する。
図2A及び図2Bは、それぞれ、半導体ユニット20Aの外部構成及び内部構成を示す。半導体ユニット20Aは、ユニット筐体11、基板10、半導体素子12及び13、1又は複数のピン端子14、回路基板15、並びに第1〜第4ユニット端子16〜19を有する。
ユニット筐体11は、半導体素子12及び13、その他の半導体ユニット20Aの構成要素を内部に、ただし第1〜第4ユニット端子16〜19の上端を突出し、基板10の下面をユニット筐体11の底面と面一に露出して封止する部材である。ユニット筐体11は、例えばエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いてモールド成形することで、一軸方向(すなわち、Y軸方向)を長手とする直方体状に形成される。ただし、上面には、X軸方向を長手とする矩形状の断面を有する第1〜第3凹部11a〜11cがY軸方向に並設されている。
基板10は、半導体素子等が搭載される平板状の部材であり、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板、AMB(Active Metal Blazing)基板等を採用することができる。基板10は、絶縁板10a並びに金属板10b及び10cを含む。絶縁板10aは、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスから構成される板状部材である。金属板10b及び10cは、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属箔を用いて、それぞれ絶縁板10aの上面及び下面に貼り付けられている。なお、金属板10bは、半導体素子及び/又はユニット端子に接続する回路パターン10b〜10bを含む。
半導体素子12は、例えばSiC等の化合物半導体からなるスイッチング素子であり、表面及び裏面のそれぞれに電極を有する縦型の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等を採用することができる。なお、半導体素子12は、縦型の素子に限らず、表面にのみ電極が設けられた横型の素子であってもよい。半導体素子12は、MOSFET(又はIGBT)の場合に、表面にソース電極(エミッタ電極)及びゲート電極、裏面にドレイン電極(コレクタ電極)を有する。半導体素子12は、はんだ等の接合材により、裏面を回路パターン10bに接合することで基板10上に搭載される。
半導体素子13は、例えばSiC等の化合物半導体からなる整流素子であり、一例として、表面及び裏面のそれぞれに電極を有する縦型のショットキーバリアダイオード(SBD)等を採用することができる。なお、半導体素子13は、縦型の素子に限らず、表面にのみ電極が設けられた横型の素子であってもよい。半導体素子13は、表面にアノード電極及び裏面にカソード電極を有する。半導体素子13は、はんだ等の接合材により、裏面を回路パターン10bに接合することで基板10上に搭載される。それにより、半導体素子13のカソード電極は、半導体素子12のドレイン電極に接続される。
なお、本実施形態の半導体装置100では、半導体ユニット20Aに2つの半導体素子12,13を設けることとしたが、これに限らず半導体素子12のみを設けることとしてもよいし、複数組の半導体素子12,13を並列に設けることとしてもよい。
1又は複数のピン端子14は、半導体素子12及び13並びに基板10と後述する回路基板15との間に設けられてそれらの間で通電するための導電部材であり、一例として銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱等の柱状に成形されている。なお、1又は複数のピン端子14は、下端をはんだ等の接合材により半導体素子12及び13並びに基板10に接続することでそれらの上に立設され、上端をはんだ、ロウ付け、又はカシメにより回路基板15上の金属板に接続される。
1又は複数のピン端子14は、一例として半導体素子12に対応して3つのピン端子14、半導体素子13に対応して2つのピン端子14、基板10の回路パターン10b及び10bに対応して各2つのピン端子14を含む。3つのピン端子14のうちの2つは半導体素子12のソース電極又はこれに繋がる端子上に立設され、残りの1つは半導体素子12のゲート電極又はこれに繋がる端子上に立設され、回路基板15上の金属板に接続する。2つのピン端子14は、半導体素子13のアノード電極又はこれに繋がる端子上に立設され、回路基板15上の金属板に接続する。各2つのピン端子14は、基板10上の回路パターン10b及び10b上に立設され、回路基板15上の金属板に接続する。
回路基板15は、半導体素子12及び13のそれぞれの電極を互いに接続又は第1〜第4ユニット端子16〜19に接続する基板である。回路基板15は、絶縁板及びこの表面に回路パターンを形成する金属板を有する。絶縁板は、例えばガラスエポキシ材等から構成されるリジッド基板又はポリイミド材等から構成されるフレキシブル基板を採用することができる。回路基板15には、ピン端子14及び第1〜第4ユニット端子16〜19が挿入される複数の孔部(不図示)が設けられている。金属板は、銅、アルミニウム等の導電性金属箔を用いて、絶縁板の表面に設けられている。
第1及び第2ユニット端子16,17は、半導体素子12及び13から出力される電流を導通して半導体ユニット20A外に出力するための端子である。第1及び第2ユニット端子16,17は、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状又は四角柱状に成形されている。第1及び第2ユニット端子16,17は、互いに同電位の2以上、ここでは一例として各4つの端子を含み、下端をはんだ等の接合材により又は超音波接合によりそれぞれ基板10の回路パターン10b及び10bに接合することで基板10上に立設され、上端を回路基板15の孔部を挿通してそれぞれユニット筐体11の第1及び第2凹部11a,11b内の4つの隅部近傍に、ただし半導体ユニット20Aの上面より低い位置に露出する。第1ユニット端子16は、ピン端子14、回路基板15、及び回路パターン10bを介して半導体素子12のソース電極及び半導体素子13のアノード電極に接続して、ソース端子として機能する。第2ユニット端子17は、回路パターン10bを介して半導体素子12のドレイン電極及び半導体素子13のカソード電極に接続して、ドレイン端子として機能する。
第3及び第4ユニット端子18,19は、それぞれ、半導体素子12の出力信号(すなわち、ソース信号)を半導体ユニット20A外に出力するための端子及び半導体ユニット20A外から半導体素子12に制御信号を入力するための端子である。第3及び第4ユニット端子18,19は、第1及び第2ユニット端子16,17と同様に、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状又は四角柱状に成形されている。第3及び第4ユニット端子18,19は、各2つの端子を含み、下端をはんだ等の接合材により又は超音波接合によりそれぞれ基板10の絶縁板10a及び回路パターン10bに接合することで基板10上に立設され、上端を回路基板15の孔部を介してユニット筐体11の第3凹部11c内の+X側及び−X側に、ただし半導体ユニット20Aの上面より低い位置に露出する。第3ユニット端子18は、回路基板15及びピン端子14を介して半導体素子12のソース電極に接続して、ソースセンス端子として機能する。第4ユニット端子19は、ピン端子14、回路パターン10b、回路基板15を介して半導体素子12のゲート電極に接続して、ゲート端子として機能する。
図2Cは、半導体ユニット20Aの回路構成を示す。半導体ユニット20Aにおいて、半導体素子12及び13は、回路パターン10b、ピン端子14、及び回路基板15を介して第1及び第2ユニット端子16,17の間に接続され、ただし半導体素子13は半導体素子12に対して逆並列に接続されてスイッチング装置を構成する。半導体素子12は、第4ユニット端子19を介して制御信号(これに含まれるスイッチング信号)がゲート電極に入力されることでオンオフされて、第2ユニット端子17から第1ユニット端子16に電流を通す又は止める。半導体素子12の出力信号(すなわち、ソース信号)は、第3ユニット端子18を介して出力される。
図3Aから図3Dは、半導体装置100を組み立てる前の状態におけるユニット接続部40及び導体ベース30の構成を示す。ここで、図3Aは、ユニット接続部40及び半導体ユニット20A〜20Cを搭載した導体ベース30の構成を示し、図3Bはユニット接続部40の構成を上面視において示し、図3Cはユニット接続部40と半導体ユニット20A〜20Cを搭載した導体ベース30とを重ねた状態を上面視において示し、図3Dはユニット接続部40と半導体ユニット20A〜20Cを搭載した導体ベース30とを重ねた状態で図3Cにおける基準線DDに関するそれらの断面構成を示す。
ユニット接続部40は、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第4ユニット端子16〜19を互いに接続する部材であり、電極端子42S,42D,42T,42G及び第1〜第4ユニット接続部40a〜40dを含む。ユニット接続部40は、一例として、エポキシ樹脂等の硬質な絶縁樹脂により底が開いた筐体状に成形されている。ここで、4つの角部にそれぞれ段部40eが形成され、それぞれの段部40eの中央にZ軸方向に貫通する孔部40eが形成されている。上面41には、Z軸方向に貫通する第1〜第3貫通孔41a,41b,41cがX軸方向に各3つ並んで形成され、さらに各3つの第1及び第2貫通孔41a,41bの間にそれぞれ孔部41G,41S,41D、各3つの第2及び第3貫通孔41b,41cの間にそれぞれ孔部41T,41S,41Dが形成されている。
電極端子42Sは、半導体ユニット20A〜20Cの第1ユニット端子16に接続して共通ソース端子として機能する。電極端子42Sは、2つの端子を含み、それぞれ、孔部41Sの−X側、すなわち−X側及び中央のそれぞれの第1及び第2貫通孔41a,41bの中央並びに−X側及び中央のそれぞれの第2及び第3貫通孔41b,41cの中央に、基端を上面41に埋設して先端を+Z方向に向けて固定されている。なお、電極端子42Sの中央には、円形状の孔部42Sが形成されている。
電極端子42Dは、半導体ユニット20A〜20Cの第2ユニット端子17に接続して共通ドレイン端子として機能する。電極端子42Dは、2つの端子を含み、それぞれ、孔部41Dの−X側、すなわち中央及び+X側のそれぞれの第1及び第2貫通孔41a,41bの中央並びに中央及び+X側のそれぞれの第2及び第3貫通孔41b,41cの中央に、基端を上面41に埋設して先端を+Z方向に向けて固定されている。なお、電極端子42Dの中央には、円形状の孔部42Dが形成されている。
電極端子42Tは、半導体ユニット20A〜20Cの第3ユニット端子18に接続して共通ソースセンス端子として機能する。電極端子42Tは、孔部41Tの−X側に、基端を上面41に埋設して先端を+Z方向に向けて固定されている。なお、電極端子42Tの中央には、円形状の孔部42Tが形成されている。
電極端子42Gは、半導体ユニット20A〜20Cの第4ユニット端子19に接続して共通ゲート端子として機能する。電極端子42Gは、孔部41Gの−X側に、基端を上面41に埋設して先端を+Z方向に向けて固定されている。なお、電極端子42Gの中央には、円形状の孔部42Gが形成されている。
上面41の孔部41S,41D,41T,41Gは、半導体装置100を実装する外部装置等の電極を、ユニット接続部40の電極端子42S,42D,42T,42Gに固定するのに利用することができる。孔部41S,41D,41T,41G内にそれぞれ雌ネジをZ軸方向に向けてナット(不図示)を収容し、それらの上に折り曲げた電極端子42S,42D,42T,42Gの孔部42S,42D,42T,42G、さらにそれらに接続する外部装置等の電極の孔部(不図示)を介してボルト(不図示)等の固定具の雄ネジをナットの雌ネジに螺入することで、外部装置等の電極が電極端子42S,42D,42T,42Gに固定される。
第1〜第4ユニット接続部40a〜40dは、本実施形態では、ユニット接続部40の上面41の一部であり、3つの第1貫通孔41aの周囲の部分が第1ユニット接続部40a、3つの第2貫通孔41bの周囲の部分が第2ユニット接続部40b、3つの第3貫通孔41cの周囲の部分が第3及び第4ユニット接続部40c,40dである(図3B参照)。
第1ユニット接続部40aは、半導体ユニット20A〜20Cの第1ユニット端子16を電極端子42Sに接続するユニットであり、第1接続端子43S、第1接続導体43S、及び第1接続導体封止部40aを有する。
第1接続端子43Sは、半導体ユニット20A〜20Cの第1ユニット端子16に接続される端子である。第1接続端子43Sは、側面視においてL字状に屈曲成形され且つ第1ユニット端子16を通す4つの孔部が形成された複数(ここでは、半導体ユニット20A〜20Cの数に対応して3つ)の金属片を含み、それぞれ、3つの第1貫通孔41aの−X側縁部(すなわち、後述する第1接続導体封止部40a)に基端を固定し、第1貫通孔41aの+X側縁部に先端を向ける(図3C及び図3D参照)。すなわち、第1接続端子43Sは、後述する第1接続導体43S及び第1接続導体封止部40aから離れた端部を有する。
第1接続導体43Sは、複数の第1接続端子43S間を接続するとともに、これらを電極端子42Sに接続する導体である。第1接続導体43Sは、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属又は鉄アルミ合金等の導電性合金からなるワイヤを採用して、第1ユニット接続部40a内に埋設されて第1接続端子43Sの基端及び電極端子42Sの基端を接続する(図3B参照)。なお、第1接続導体43Sは、ワイヤに限らず、例えば導電性合金を用いてプレート状に成形した導電プレートを採用してもよいし、さらに第1接続端子43Sを含めて一体成形したものを採用してもよい。
第1接続導体封止部40aは、第1接続導体43Sを封止し、複数の第1接続端子43Sを露出させるユニット接続部40(又は第1ユニット接続部40a)の中実部分である。第1接続導体封止部40aは、3つの第1貫通孔41aを含み、3つの第1接続端子43Sの基端をそれぞれ第1貫通孔41aの−X側縁部に固定して、それぞれの先端を第1接続導体43S及び第1接続導体封止部40aによって隠蔽されない位置、すなわち第1貫通孔41aの−Z側に配するとともに、第1接続導体43Sをその内部に封止する。それにより、第1接続端子43Sの先端が、第1貫通孔41aを介してアクセス可能に+Z側に露出される(図3C及び図3D参照)。
なお、第1接続導体封止部40aは、第1貫通孔41aの−X側縁部に−Z方向に突出して、第1接続導体43Sにおける第1接続端子43Sへの延伸部分を封止する第1突出部41aを有する(図3D参照)。第1突出部41aは、後述するようにユニット接続部40を用いて半導体ユニット20A〜20Cを接続した場合にそれらの第1凹部11aの内部に向かって突出する。
第2ユニット接続部40bは、半導体ユニット20A〜20Cの第2ユニット端子17を電極端子42Dに接続するユニットであり、第2接続端子43D、第2接続導体43D、及び第2接続導体封止部40bを有する。
第2接続端子43Dは、半導体ユニット20A〜20Cの第2ユニット端子17に接続される端子である。第2接続端子43Dは、先述の第1接続端子43Sと同様に、側面視においてL字状に屈曲成形され且つ第2ユニット端子17を通す4つの孔部が形成された複数(ここでは、半導体ユニット20A〜20Cの数に対応して3つ)の金属片を含み、それぞれ、3つの第2貫通孔41bの−X側縁部(すなわち、後述する第2接続導体封止部40b)に基端を固定し、第2貫通孔41bの+X側縁部に先端を向ける(図3C及び図3D参照)。
第2接続導体43Dは、複数の第2接続端子43D間を接続するとともに、これらを電極端子42Dに接続する導体である。第2接続導体43Dは、第1接続導体43Sと同様のワイヤを採用して、第2ユニット接続部40b内に埋設されて第2接続端子43Dの基端及び電極端子42Dの基端を接続する(図3B参照)。ここで、第2接続導体43Dは、後述するように一部を重複して一体に形成されている第1及び第2接続導体封止部40a,40bの内部(すなわち、ユニット接続部40の上面41の内部)で、上面視において第1接続導体43Sと一部を重ねて配置されている。
第2接続導体封止部40bは、第2接続導体43Dを封止し、複数の第2接続端子43Dを露出させるユニット接続部40(又は第2ユニット接続部40b)の中実部分であり、本実施形態においては第1接続導体封止部40aと一部を重複して一体に形成されている。第2接続導体封止部40bは、3つの第2貫通孔41bを含み、3つの第2接続端子43Dの基端をそれぞれ第2貫通孔41bの−X側縁部に固定して、それぞれの先端を第2貫通孔41bの−Z側に配するとともに、第2接続導体43Dをその内部に封止する。それにより、第2接続端子43Dの先端が、第2貫通孔41bを介してアクセス可能に+Z側に露出される(図3C及び図3D参照)。
なお、第2接続導体封止部40bは、第1接続導体封止部40aと同様に、第2貫通孔41bの−X側縁部に−Z方向に突出して、第2接続導体43Dにおける第2接続端子43Dへの延伸部分を封止する第2突出部41bを有する(図3D参照)。第2突出部41bは、後述するようにユニット接続部40を用いて半導体ユニット20A〜20Cを接続した場合にそれらの第2凹部11bの内部に向かって突出する。
第3ユニット接続部40cは、半導体ユニット20A〜20Cの第3ユニット端子18を電極端子42Tに接続するユニットであり、第3接続端子43T、第3接続導体43T、及び第3接続導体封止部40cを有する。
第3接続端子43Tは、半導体ユニット20A〜20Cの第3ユニット端子18に接続される端子である。第3接続端子43Tは、側面視においてL字状に屈曲成形され且つ第3ユニット端子18を通す2つの孔部が形成された複数(ここでは、半導体ユニット20A〜20Cの数に対応して3つ)の金属片を含み、それぞれ、3つの第3貫通孔41cの+X側縁部(すなわち、後述する第3接続導体封止部40c)に基端を固定し、第3貫通孔41cの−X側縁部に先端を向ける(図3C及び図3D参照)。ただし、第3接続端子43Tの先端の長さは、第1及び第2接続端子43S,43Dの先端の2分の1程度である。
第3接続導体43Tは、複数の第3接続端子43T間を接続するとともに、これらを電極端子42Tに接続する導体である。第3接続導体43Tは、第1接続導体43Sと同様のワイヤを採用して、第3ユニット接続部40c内に埋設されて第3接続端子43Tの基端及び電極端子42Tの基端を接続する(図3B参照)。
第3接続導体封止部40cは、第3接続導体43Tを封止し、複数の第3接続端子43Tを露出させるユニット接続部40(又は第3ユニット接続部40c)の中実部分である。第3接続導体封止部40cは、第1及び第2接続導体封止部40a及び40bと同様に、3つの第3貫通孔41cを含み、3つの第3接続端子43Tの基端をそれぞれ第3貫通孔41cの+X側縁部に固定して、それぞれの先端を第3貫通孔41cの−Z側に配するとともに、第3接続導体43Tをその内部に封止する。それにより、第3接続端子43Tの先端が、第3貫通孔41cを介してアクセス可能に+Z側に露出される(図3C及び図3D参照)。
なお、第3接続導体封止部40cは、第1及び第2接続導体封止部40a及び40bと同様に、第3貫通孔41cの+X側縁部に−Z方向に突出して、第3接続導体43Tにおける第3接続端子43Tへの延伸部分を封止する第3突出部41cを有する(図3D参照)。第3突出部41cは、後述するようにユニット接続部40を用いて半導体ユニット20A〜20Cを接続した場合にそれらの第3凹部11cの内部に向かって突出する。
第4ユニット接続部40dは、半導体ユニット20A〜20Cの第4ユニット端子19を電極端子42Gに接続するユニットであり、第4接続端子43G、第4接続導体43G、及び第4接続導体封止部40dを有する。
第4接続端子43Gは、半導体ユニット20A〜20Cの第4ユニット端子19に接続される端子である。第4接続端子43Gは、側面視においてL字状に屈曲成形され且つ第4ユニット端子19を通す2つの孔部が形成された複数(ここでは、半導体ユニット20A〜20Cの数に対応して3つ)の金属片を含み、それぞれ、3つの第3貫通孔41cの−X側縁部に基端を固定し、第3貫通孔41cの+X側縁部に先端を向ける(図3C及び図3D参照)。ただし、第4接続端子43Gの先端の長さは、第1及び第2接続端子43S,43Dの先端の2分の1程度である。
第4接続導体43Gは、複数の第4接続端子43G間を接続するとともに、これらを電極端子42Gに接続する導体である。第4接続導体43Gは、第1接続導体43Sと同様のワイヤを採用して、第4ユニット接続部40d内に埋設されて第4接続端子43Gの基端及び電極端子42Gの基端を接続する(図3B参照)。ここで、第4接続導体43Gは、後述するように一部を重複して一体に形成されている第3及び第4接続導体封止部40c,40dの内部(すなわち、ユニット接続部40の上面41の内部)で、上面視において第3接続導体43Tと一部を重ねて配置されている。
第4接続導体封止部40dは、第4接続導体43Gを封止し、複数の第4接続端子43Gを露出させるユニット接続部40(又は第4ユニット接続部40d)の中実部分であり、本実施形態においては第3接続導体封止部40cと一部を重複して一体に形成されている。第4接続導体封止部40dは、第3接続導体封止部40cと同様に、3つの第3貫通孔41cを含み、3つの第4接続端子43Gの基端をそれぞれ第3貫通孔41cの−X側縁部に固定して、それぞれの先端を第3貫通孔41cの−Z側に配するとともに、第4接続導体43Gをその内部に封止する。それにより、第4接続端子43Gの先端が、第3貫通孔41cを介してアクセス可能に+Z側に露出される(図3C及び図3D参照)。
なお、第4接続導体封止部40dは、第1〜第3接続導体封止部40a〜40cと同様に、第3貫通孔41cの−X側縁部に−Z方向に突出して、第4接続導体43Gにおける第4接続端子43Gへの延伸部分を封止する第4突出部41dを有する(図3D参照)。第4突出部41dは、後述するようにユニット接続部40を用いて半導体ユニット20A〜20Cを接続した場合にそれらの第3凹部11cの内部に向かって突出する。
なお、本実施形態の半導体装置100では、第1〜第4接続導体封止部40a〜40dはユニット接続部40の一部として一体に形成されているが、それらのうちの少なくとも2つの接続導体封止部は、第1及び第2接続導体封止部40a,40bのように又は第3及び第4接続導体封止部40c,40dのように、互いに少なくとも一部を重複して一体に形成されてもよい。
また、第1〜第4接続導体43S,43D,43T,43Gのうち互いに一部を重複して一体に形成された少なくとも2つの接続導体封止部に対応する少なくとも2つの接続導体は、上面視において、一体に形成された接続導体封止部の内部(すなわち、ユニット接続部40の上面41の内部)で少なくとも一部が重ねて配置される。このとき、−Z側から+Z側に、第3及び第4接続導体43T,43G、第1接続導体43S、そして第2接続導体43Dの順に重ねてよい。
導体ベース30は、半導体ユニット20A〜20Cを支持する部材である。半導体ユニット20A〜20Cは、導体ベース30上で、それぞれの基板10の下面に貼り付けられた金属板10cを導体ベース30の上面に当接し、それぞれの長手をY軸方向に向け、X軸方向に互いに離間して並設される。
導体ベース30は、例えば銅等の金属材料から矩形板状に成形されている。ここで、4つの角部にそれぞれZ軸方向に貫通する孔部30が形成されている。後述するようにユニット接続部40を用いて導体ベース30上に支持された半導体ユニット20A〜20Cを接続した場合に、導体ベース30の孔部30とユニット接続部40の孔部40eとが連通する。そこで、それらの孔部40e,30に+Z側からボルト等の固定具を差し入れることで、半導体装置100を外部装置等に固定するとともに、半導体ユニット20A〜20C内で発生した熱を導体ベース30を介してヒートシンクに排熱することができる。
半導体装置100の製造方法について、図2Aから図3Dを流用しつつ図4Aから図7を用いて説明する。
第1工程では、半導体素子12及び13、これらを封止するユニット筐体11、及びその上面に設けられた第1〜第3凹部11a〜11c内に露出する第1〜第4ユニット端子16〜19を有する半導体ユニット20A〜20Cを製造する(図2A及び図2B参照)。
まず、例えばディスペンサ等を用いてペースト状のはんだを基板10の主面上に塗布してその上に半導体素子12及び13を搭載し、さらにペースト状のはんだを半導体素子12及び13の表面電極並びに基板10の回路パターン10b〜10b上に塗布してその上に治具を用いて回路基板15を支持し、回路基板15の孔部に挿入されたピン端子14を半導体素子12及び13の表面電極並びに回路パターン10b及び10bに接続するとともに第1〜第4ユニット端子16〜19を回路パターン10b〜10b上に立設する。
次に、リフロー等を用いて加熱して、基板10、半導体素子12及び13、ピン端子14、並びに第1〜第4ユニット端子16〜19をはんだ接合することにより基板10上に回路を構成する。
最後に、回路が構成された基板10を絶縁樹脂によりモールドして封止することにより、ユニット筐体11を形成する。ここで、ユニット筐体11の上面に第1〜第3凹部11a〜11cが形成され、第1凹部11aの内部に第1ユニット端子16(すなわち、これに含まれる同電位を有する4つの端子)の先端を突出し、第2凹部11bの内部に第2ユニット端子17(すなわち、これに含まれる同電位を有する4つの端子)の先端を突出し、第3凹部11cの内部に第3及び第4ユニット端子18,19(すなわち、これらに含まれる同電位を有する各2つの端子)の先端を突出してそれぞれ電極が引き出され、基板10の他面がユニット筐体11の底面に露出される。
第2工程では、半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれに対応して第1〜第4ユニット端子16〜19にそれぞれ接続される第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43G、第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43G間をそれぞれ接続する第1〜第4接続導体43S,43D,43T,43G、それぞれ第1〜第4接続導体43S,43D,43T,43Gを封止して第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gを露出させる第1〜第4接続導体封止部40a〜40dを有するユニット接続部40(第1〜第4ユニット接続部40a〜40d)を製造する(図3A及び図3B参照)。
まず、電極端子42S,42D,42T,42G及び第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gを治具を用いて支持する。ここで、3つの第1接続端子43SをX軸方向に配列し、これらの−Y側に3つの第2接続端子43Dを配列し、さらにこれらの−Y側に各3つの第3及び第4接続端子43T,43Gを配列する。また、−X側及び中央のそれぞれの第1及び第2接続端子43S,43Dの中央並びに−X側の第2及び第3接続端子43D,43Tと中央の第2及び第4接続端子43D,43Gとの中央に各1つの電極端子42Sを配置し、中央及び+X側のそれぞれの第1及び第2接続端子43S,43Dの中央並びに中央の第2及び第3接続端子43D,43Tと+X側の第2及び第4接続端子43D,43Gとの中央に各1つの電極端子42Dを配置し、−X側の第2及び第4接続端子43D,43Gの中央の−X側に1つの電極端子42Tを配置し、−X側の第1及び第2接続端子43S,43Dの中央の−X側に1つの電極端子42Gを配置する。
次に、第1〜第4接続導体43S,43D,43T,43Gを用いて電極端子42S,42D,42T,42G及び第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gを接続する。このとき、第3及び第4接続導体43T,43G、第1接続導体43S、そして第2接続導体43Dの順で−Z側から+Z側に、Z軸方向に互いに離間して重ねられる。それにより、第1〜第4接続導体43S,43D,43T,43Gは、互いに接触することなく、それぞれ複数の第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43G間を接続するとともにこれらを電極端子42S,42D,42T,42Gに接続する。
最後に、電極端子42S,42D,42T,42Gの基端、第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gの基端、第1〜第4接続導体43S,43D,43T,43Gの全体をエポキシ樹脂等の硬質な絶縁樹脂により封止して、底が開き、上面に9つの貫通孔41a〜41c及び6つの孔部41S,41D,41T,41Gが設けられた筐体の形状に成形する。ここで、3つの第1接続端子43Sのそれぞれの直上(すなわち、+Z側)に第1貫通孔41a、3つの第2接続端子43Dの+Z側に第2貫通孔41b、各3つの第3及び第4接続端子43T,43Gの+Z側に第3貫通孔41cが位置する(図3D参照)。
第3工程では、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第3凹部11a〜11cの凹み内において、それぞれ、第1〜第4ユニット端子16〜19及び第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gを接続する。
まず、図3A、図3C、及び図3Dに示すように、半導体ユニット20A〜20Cを導体ベース30上に搭載する。ここで、半導体ユニット20A〜20Cは、導体ベース30上で、それぞれの長手をY軸方向に向け、X軸方向に互いに離間して並設される。
次に、ユニット接続部40を、半導体ユニット20A〜20Cを搭載した導体ベース30の上に重ねる。それにより、図3A、図3C、及び図3Dより分かるように、第1接続端子43Sが半導体ユニット20A〜20Cの第1凹部11aの直上に、第2接続端子43Dが第2凹部11bの直上に、第3及び第4接続端子43T,43Gが第3凹部11cの直上にそれぞれ位置決めされる。
最後に、図4A、図4B、及び図4Cに示すように、ユニット接続部40を導体ベース30上に搭載して半導体ユニット20A〜20Cを収容する。このとき、ユニット接続部40(第1ユニット接続部40a)の3つの第1接続端子43Sが半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第1凹部11a内に挿入され、それらの内部に突出する4つの第1ユニット端子16が第1接続端子43Sの4つの孔部にそれぞれ挿通される。そこで、第1貫通孔41aを介してレーザ溶接、はんだ接合等により接続処理することで、第1接続端子43Sが第1ユニット端子16に接続される。それにより、電極端子42Sが、第1接続端子43S及び第1接続導体43Sを介して半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第1ユニット端子16に接続されて、共通ソース端子として機能する。
同様に、ユニット接続部40(第2ユニット接続部40b)の3つの第2接続端子43Dが半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第2凹部11b内に挿入され、それらの内部に突出する4つの第2ユニット端子17が第2接続端子43Dの4つの孔部にそれぞれ挿通される。そこで、第2貫通孔41bを介して接続処理することで、第2接続端子43Dが第2ユニット端子17に接続される。それにより、電極端子42Dが、第2接続端子43D及び第2接続導体43Dを介して半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第2ユニット端子17に接続されて、共通ドレイン端子として機能する。
また、ユニット接続部40(第3及び第4ユニット接続部40c,40d)の各3つの第3及び第4接続端子43T,43Gが半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第3凹部11c内に挿入され、それらの内部に突出する各2つの第3及び第4ユニット端子18,19が第3及び第4接続端子43T,43Gの各2つの孔部にそれぞれ挿通される。そこで、第3貫通孔41cを介して接続処理することで、第3及び第4接続端子43T,43Gがそれぞれ第3及び第4ユニット端子18,19に接続される。それにより、電極端子42Tが、第3接続端子43T及び第3接続導体43Tを介して半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第3ユニット端子18に接続されて、共通ソースセンス端子として機能するとともに、電極端子42Gが、第4接続端子43G及び第4接続導体43Gを介して半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第4ユニット端子19に接続されて、共通ゲート端子として機能する。
第4工程では、図5A及び図5Bに示すように、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第3凹部11a〜11cの凹み内において、それぞれ、第1〜第4ユニット端子16〜19及び第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gの間の接続部をそれぞれ封止することにより第1〜第3凹み封止部45a〜45cを形成する。
ユニット接続部40の3つの第1貫通孔41aを介して、それらの直下に位置する半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第1凹部11a内に、例えばエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を充填する。それにより、半導体ユニット20A〜20Cの第1凹部11aの凹み内に、第1接続端子43Sから第1突出部41aに至る部分を含めて、第1ユニット端子16及び第1接続端子43Sの間の接続部を封止する第1凹み封止部45aが形成される。
同様に、ユニット接続部40の3つの第2貫通孔41bを介して、それらの直下に位置する半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第2凹部11b内に熱硬化性樹脂を充填する。それにより、半導体ユニット20A〜20Cの第2凹部11aの凹み内に、第2接続端子43Dから第2突出部41bに至る部分を含めて、第2ユニット端子17及び第2接続端子43Dの間の接続部を封止する第2凹み封止部45bが形成される。
また、ユニット接続部40の3つの第3貫通孔41cを介して、それらの直下に位置する半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第3凹部11c内に熱硬化性樹脂を充填する。それにより、半導体ユニット20A〜20Cの第3凹部11cの凹み内に、第3接続端子43Tから第3突出部41cに至る部分及び第4接続端子43Gから第4突出部41dに至る部分を含めて、第3ユニット端子18及び第1接続端子43Tの間の接続部並びに第4ユニット端子19及び第4接続端子43Gの間の接続部を封止する第3凹み封止部45cが形成される。
第5工程では、図6A及び図6Bに示すように、ユニット接続部40の各3つの第1〜第3貫通孔41a〜41cにそれぞれ第1〜第3蓋部46a〜46cを設けて、それらを塞ぐ。
第6工程では、図7に示すように、ユニット接続部40の上面41の孔部41S,41D,41T,41G内にそれぞれナット(不図示)を設け、上面41上に電極端子42S,42D,42T,42Gを折り曲げる。それにより、電極端子42S,42D,42T,42Gの孔部42S,42D,42T,42Gが上面41の孔部41S,41D,41T,41Gに連通する。半導体装置100を実装する外部装置等の電極(不図示)を電極端子42S,42D,42T,42Gに重ね、電極の孔部(不図示)及び電極端子42S,42D,42T,42Gの孔部42S,42D,42T,42Gを介してボルト(不図示)等の固定具の雄ネジを上面41の孔部41S,41D,41T,41G内に設けられたナット(不図示)の雌ネジに螺入することで、外部装置等の電極を電極端子42S,42D,42T,42Gに固定することができる。
以上の工程により、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第3凹部11a〜11c内で、第1〜第3凹み封止部45a〜45cにより、第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gから第1〜第4突出部41a〜41dに至る部分を含めて第1〜第4接続端子43S,43D,43T,43Gと第1〜第4ユニット端子16〜19との接続部を封止することで、高耐熱且つ高耐圧の半導体装置100が構成される。
上述のとおり構成された半導体装置100において、第1〜第3凹み封止部45a〜45cは、図7より分かるように、それぞれ、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第3凹部11a〜11c内を封止する。第1凹み封止部45aは、半導体ユニット20A〜20Cの第1凹部11aの凹み内において、第1ユニット端子16及び第1接続端子43Sの間の接続部を、第1接続端子43Sから第1突出部41aに至る部分を含めて封止する。第2凹み封止部45bは、半導体ユニット20A〜20Cの第2凹部11bの凹み内において、第2ユニット端子17及び第2接続端子43Dの間の接続部を、第2接続端子43Dから第2突出部41bに至る部分を含めて封止する。第3凹み封止部45cは、半導体ユニット20A〜20Cの第3凹部11cの凹み内において、第3ユニット端子18及び第3接続端子43Tの間の接続部並びに第4ユニット端子19及び第4接続端子43Gの間の接続部を、第3接続端子43Tから第3突出部41cに至る部分及び第4接続端子43Gから第4突出部41dに至る部分を含めて封止する第3凹み封止部45cが形成される。それにより、半導体装置100内部で電極導体が露出せず、端子間及び端子と接地との間の絶縁距離を半導体装置100の表面側で確保することが可能となる。
また、第1〜第3蓋部46a〜46cは、それぞれ、ユニット接続部40(第1〜第4ユニット接続部40a〜40d)の第1〜第3貫通孔41a〜41cのそれぞれの上側を覆う部材である。第1〜第3蓋部46a〜46cは、ユニット接続部40と同様の硬質な絶縁樹脂により矩形板状に成形されている。
なお、ユニット接続部40の上面41にヒダ構造又は段差構造を設けて、端子間及び端子と接地との間の絶縁距離をさらに大きく設けてもよい。
なお、本実施形態に係る半導体装置100は、半導体ユニット20A〜20Cを支持する導体ベース30を備えることとしたが、例えば半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれにおいて半導体素子を搭載する基板10がCu、AlSiC等から形成される導体ベース上に搭載されている場合、導体ベース30を備えなくてもよい。
図8A及び図8Bは、変形例に係る第1〜第4ユニット接続部140a〜140dの構成を示す。図8Aは第1〜第4ユニット接続部140a〜140dの外部構成を上面視において示し、図8Bは、図8Aにおける基準線BBに関する第1〜第4ユニット接続部140a〜140dの断面構成を示す。なお、図8A及び図8Bにおいて、第1〜第4ユニット接続部140a〜140dにより接続される半導体ユニット20A〜20Bを破線を用いて示す。第1〜第4ユニット接続部140a〜140dは、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第4ユニット端子16〜19を互いに接続する部材である。
第1ユニット接続部140aは、導電板48Sを有し、この一部を内部に含んで、例えばエポキシ樹脂等の硬質な絶縁樹脂によりX軸方向を長手とする立方体状に成形されている。導電板48Sは、銅、アルミニウム等の導電性金属から形成される部材であり、本体48S、3つの接続端子48S、及び電極端子48Sを有する。本体48Sは、X軸方向を長手とする矩形板である。接続端子48Sは、本体48Sの−Y辺の3箇所から−Z方向に延び、−Y方向に屈曲する屈曲片であり、先端には半導体ユニット20A〜20Cのユニット端子16が挿通される4つの孔部が形成されている。電極端子48Sは、本体48Sの−X端から3分の1程度の位置に立設する矩形片である。導電板48Sは、本体48Sを第1ユニット接続部140a内に埋設し、3つの接続端子48Sの先端を第1ユニット接続部140aの−Y側に引き出し、電極端子48Sを第1ユニット接続部140aの上面から+Z方向に突出する。なお、第1ユニット接続部140aは、−Y端部に、−Z方向に突出して接続端子48Sの基端を封止する第1突出部141aを有する。
第2ユニット接続部140bは、導電板48Dを有し、この一部を内部に含んで、第1ユニット接続部140aと同様の絶縁樹脂によりX軸方向を長手とする立方体状に成形されている。導電板48Dは、導電板48Sと同様に導電性金属から形成される部材であり、本体48D、3つの接続端子48D、及び電極端子48Dを有する。これらは、導電板48Sにおけるそれらと同様に形成される。ただし、3つの接続端子48Dの先端には、半導体ユニット20A〜20Cのユニット端子17が挿通される4つの孔部が形成されている。また、電極端子48Dは、本体48Dの+X端から3分の1程度の位置に立設する。導電板48Dは、本体48Dを第2ユニット接続部140b内に埋設し、3つの接続端子48Dの先端を第2ユニット接続部140bの−Y側に引き出し、電極端子48Dを第2ユニット接続部140bの上面から+Z方向に突出する。なお、第2ユニット接続部140bは、−Y端部に、−Z方向に突出して接続端子48Dの基端を封止する第2突出部141bを有する。
第3ユニット接続部140cは、導電板48Tを有し、この一部を内部に含んで、第1及び第2ユニット接続部140a,140bと同様の絶縁樹脂によりX軸方向を長手とする立方体状に成形されている。導電板48Tは、導電板48S及び48Dと同様に導電性金属から形成される部材であり、本体48T、3つの接続端子48T、及び電極端子48Tを有する。これらは、導電板48S及び48Dにおけるそれらと同様に形成される。ただし、接続端子48Tは、本体48Tの+Y辺の3箇所から−Z方向に延び、+Y方向に屈曲し、先端には半導体ユニット20A〜20Cのユニット端子18が挿通される2つの孔部が形成されている。また、電極端子48Tは、本体48Tの−X端上に立設する。導電板48Tは、本体48Tを第3ユニット接続部140c内に埋設し、3つの接続端子48Tの先端を第3ユニット接続部140cの+Y側に引き出し、電極端子48Tを第3ユニット接続部140cの上面から+Z方向に突出する。なお、第3ユニット接続部140cは、+Y端部に、−Z方向に突出して接続端子48Tの基端を封止する第3突出部141cを有する。
第4ユニット接続部140dは、導電板48Gを有し、この一部を内部に含んで、第1〜第3ユニット接続部140a〜140cと同様の絶縁樹脂によりX軸方向を長手とする立方体状に成形されている。導電板48Gは、導電板48S,48D,及び48Tと同様に導電性金属から形成される部材であり、本体48G、3つの接続端子48G、及び電極端子48Gを有する。これらは、導電板48Tにおけるそれらと同様に形成される。ただし、接続端子48Gは、本体48Gの−Y辺の3箇所から−Z方向に延び、−Y方向に屈曲し、先端には半導体ユニット20A〜20Cのユニット端子19が挿通される2つの孔部が形成されている。また、電極端子48Gは、本体48Gの−X端上に立設する。導電板48Gは、本体48Gを第4ユニット接続部140d内に埋設し、3つの接続端子48Gの第4ユニット接続部140dの−Y側に引き出し、電極端子48Gを第4ユニット接続部140dの上面から+Z方向に突出する。なお、第4ユニット接続部140dは、−Y端部に、−Z方向に突出して接続端子48Gの基端を封止する第4突出部141dを有する。
第1ユニット接続部140aを半導体ユニット20A〜20Cの第1凹部11aの+Y側の上に搭載すると、3つの接続端子48Sが半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第1凹部11a内に挿入され、それらの内部に突出する4つの第1ユニット端子16が接続端子48Sの4つの孔部にそれぞれ挿通される。そこで、第1及び第2ユニット接続部140a,140bの間を介してレーザ溶接、はんだ接合等により接続処理することで、接続端子48Sが第1ユニット端子16に接続される。それにより、電極端子48Sが、半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第1ユニット端子16に接続されて、共通ソース端子として機能する。
同様に第2ユニット接続部140bを半導体ユニット20A〜20Cの第2凹部11bの+Y側の上に搭載すると、3つの接続端子48Dが半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第2凹部11b内に挿入され、それらの内部に突出する4つの第2ユニット端子17が接続端子48Dの4つの孔部にそれぞれ挿通される。そこで、第2及び第4ユニット接続部140b,140dの間を介して接続処理することで、接続端子48Dが第2ユニット端子17に接続される。それにより、電極端子48Dが、半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第2ユニット端子17に接続されて、共通ドレイン端子として機能する。
また、第3ユニット接続部140cを半導体ユニット20A〜20Cの第3凹部11cの−Y側の上に搭載し、第4ユニット接続部140dを半導体ユニット20A〜20Cの第3凹部11cの+Y側の上に搭載すると、各3つの接続端子48T,48Gが半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第3凹部11c内に挿入され、それらの内部に突出する各2つの第3及び第4ユニット端子18,19が接続端子48T,48Gの各2つの孔部にそれぞれ挿通される。そこで、第3及び第4ユニット接続部140c,140dの間を介して接続処理することで、接続端子48T,48Gがそれぞれ第3及び第4ユニット端子18,19に接続される。それにより、電極端子48Tが、半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第3ユニット端子18に接続されて、共通ソースセンス端子として機能するとともに、電極端子48Gが、半導体ユニット20A〜20Cのそれぞれの第4ユニット端子19に接続されて、共通ゲート端子として機能する。
変形例に係る第1〜第4ユニット接続部140a〜140dにより、先述のユニット接続部40のように大きな一体のユニットを構成する代わりに、半導体ユニット20A〜20Cの第1〜第4ユニット端子16〜19をそれぞれ個別に接続する複数のユニットとして構成することで、個々のユニットが小さくなり、より扱いやすくなる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10…基板、10a…絶縁板、10b,10c…金属板、10b〜10b…回路パターン、11…ユニット筐体、11a…第1凹部、11b…第2凹部、11c…第3凹部、12,13…半導体素子、14…ピン端子、15…回路基板、16…第1ユニット端子、17…第2ユニット端子、18…第3ユニット端子、19…第4ユニット端子、20A,20B,20C…半導体ユニット、30…導体ベース、30…孔部、40…ユニット接続部、40a,140a…第1ユニット接続部、40a…第1接続導体封止部、40b,140b…第2ユニット接続部、40b…第2接続導体封止部、40c,140c…第3ユニット接続部、40c…第3接続導体封止部、40d,140d…第4ユニット接続部、40d…第4接続導体封止部、40e…段部、40e…孔部、41…上面、41D,41G,41S,41T…孔部、41a…第1貫通孔、41a,141a…第1突出部、41b…第2貫通孔、41b,141b…第2突出部、41c…第3貫通孔、41c,141c…第3突出部、41d,141d…第4突出部、42D,42G,42S,42T…電極端子、42D,42G,42S,42T…孔部、43D…第1接続端子、43D…第1接続導体、43G…第2接続端子、43G…第2接続導体、43S…第3接続端子、43S…第3接続導体、43T…第4接続端子、43T…第4接続導体、45a…第1凹み封止部、45b…第2凹み封止部、45c…第3凹み封止部、46a…第1蓋部、46b…第2蓋部、46c…第3蓋部、48D,48G,48S,48T…導電板、48D,48G,48S,48T…本体、48D,48G,48S,48T…接続端子、48D,48G,48S,48T…電極端子、100…半導体装置。

Claims (19)

  1. それぞれが半導体素子(12,13)、前記半導体素子(12,13)を封止するユニット筐体(11)、および前記ユニット筐体(11)の上面に設けられた第1凹部(11a)内に露出する第1ユニット端子(16)を有する複数の半導体ユニット(20A〜20C)と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して前記第1ユニット端子(16)に接続される第1接続端子(43S)、複数の前記第1接続端子(43S)間を接続する第1接続導体(43S)、および、前記第1接続導体(43S)を封止し前記複数の第1接続端子(43S)を露出させる第1接続導体封止部(40a)を有する第1ユニット接続部(40a)と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して、前記第1凹部(11a)の凹み内において、前記第1ユニット端子(16)および前記第1接続端子(43S)の間の接続部をそれぞれ封止する複数の第1凹み封止部(45a)と、
    を備える半導体装置。
  2. 前記第1接続導体封止部(40a)は、前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して、前記第1凹部(11a)の内部に向かって突出して前記第1接続導体(43S)における前記第1接続端子(43S)への延伸部分を封止する第1突出部(41a)を有し、
    前記複数の第1凹み封止部(45a)のそれぞれは、前記第1ユニット接続部(40a)における対応する前記第1接続端子(43S)から前記第1突出部(41a)に至る部分を封止する
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第1ユニット接続部(40a)は、前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応する前記第1接続端子(43S)が、上面視において、前記第1接続導体(43S)および前記第1接続導体封止部(40a)によって少なくとも一部が隠蔽されない位置に設けられる請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1接続端子(43S)は、前記第1接続導体(43S)および前記第1接続導体封止部(40a)から離れた端部を有する請求項3に記載の半導体装置。
  5. 前記第1接続導体封止部(40a)は、上面視において前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応する前記第1接続端子(43S)に対応する位置に、前記第1接続端子(43S)の少なくとも一部を露出させるための第1貫通孔(41a)を有する請求項3または4に記載の半導体装置。
  6. 前記複数の第1接続端子(43S)に対応する複数の前記第1貫通孔(41a)の上側をそれぞれ覆う複数の第1蓋部(46a)を更に備える請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれは、前記ユニット筐体(11)の上面に設けられた第2凹部(11b)内に露出する第2ユニット端子(17)を更に有し、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して前記第2ユニット端子(17)に接続される第2接続端子(43D)、複数の前記第2接続端子(43D)間を接続する第2接続導体(43D)、および、前記第2接続導体(43D)を封止し前記複数の第2接続端子(43D)を露出させる第2接続導体封止部(40b)を有する第2ユニット接続部(40b)と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して、前記第2凹部(11b)の凹み内において、前記第2ユニット端子(17)および前記第2接続端子(43D)の間の接続部をそれぞれ封止する複数の第2凹み封止部(45b)と、
    を備える請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれは、前記ユニット筐体(11)の上面に設けられた第3凹部(11c)内に露出する第3ユニット端子(18)を更に有し、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して前記第3ユニット端子(18)に接続される第3接続端子(43T)、複数の前記第3接続端子(43T)間を接続する第3接続導体(43T)、および、前記第3接続導体(43T)を封止し前記複数の第3接続端子(43T)を露出させる第3接続導体封止部(40c)を有する第3ユニット接続部(40c)と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して、前記第3凹部(11c)の凹み内において、前記第3ユニット端子(18)および前記第3接続端子(43T)の間の接続部をそれぞれ封止する複数の第3凹み封止部(45c)と、
    を備える請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれは、前記第3凹部(11c)内に露出する第4ユニット端子(19)を更に有し、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して前記第4ユニット端子(19)に接続される第4接続端子(43G)、複数の前記第4接続端子(43G)間を接続する第4接続導体(43G)、および、前記第4接続導体(43G)を封止し前記複数の第4接続端子(43G)を露出させる第4接続導体封止部(40d)を有する第4ユニット接続部(40d)と、
    を更に備え、
    前記複数の第3凹み封止部(45c)のそれぞれは、前記第3凹部(11c)の凹み内において、前記第3ユニット端子(18)および前記第3接続端子(43T)の間の接続部と前記第4ユニット端子(19)および前記第4接続端子(43G)の間の接続部とを封止する
    請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記第1接続導体封止部(40a)、前記第2接続導体封止部(40b)、前記第3接続導体封止部(40c)、および、前記第4接続導体封止部(40d)のうちの少なくとも2つの接続導体封止部は、一体に形成される請求項9に記載の半導体装置。
  11. 前記第1接続導体(43S)、前記第2接続導体(43D)、前記第3接続導体(43T)、および前記第4接続導体(43G)のうち前記少なくとも2つの接続導体封止部に対応する少なくとも2つの接続導体は、上面視において、一体に形成された前記少なくとも2つの接続導体封止部の内部で少なくとも一部が重ねて配置される請求項10に記載の半導体装置。
  12. 前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれは、前記第1凹部(11a)内に露出する互いに同電位の2以上の前記第1ユニット端子(16)を有する請求項1から11のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれは、絶縁板(10a)の上面および下面に金属板(10b、10c)が貼り付けられ、上面側の前記金属板(10b)に前記半導体素子(12,13)が搭載される基板(10)を有し、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれにおける前記基板(10)の下面の前記金属板(10c)に接する導体ベース(30)を更に備える請求項1から12のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. それぞれが半導体素子(12,13)、前記半導体素子(12,13)を封止するユニット筐体(11)、および前記ユニット筐体(11)の上面に設けられた第1凹部(11a)内に露出する第1ユニット端子(16)を有する複数の半導体ユニット(20A〜20C)を製造する段階と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して前記第1ユニット端子(16)に接続される第1接続端子(43S)、複数の前記第1接続端子(43S)間を接続する第1接続導体(43S)、および、前記第1接続導体(43S)を封止し前記複数の第1接続端子(43S)を露出させる第1接続導体封止部(40a)を有する第1ユニット接続部(40a)を製造する段階と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれについて、前記第1凹部(11a)の凹み内において、前記第1ユニット端子(16)および前記第1接続端子(43S)を接続する段階と、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれに対応して、前記第1凹部(11a)の凹み内において、前記第1ユニット端子(16)および前記第1接続端子(43S)の間の接続部をそれぞれ封止することにより複数の第1凹み封止部(45a)を形成する段階と、
    を備える半導体装置製造方法。
  15. 前記第1ユニット接続部(40a)を製造する段階は、前記第1接続導体封止部(40a)に、上面視において前記第1接続端子(43S)に対応する位置に、前記第1接続端子(43S)の少なくとも一部を露出させるための第1貫通孔(41a)を設ける段階を含む請求項14に記載の半導体装置製造方法。
  16. 前記第1接続端子(43S)を接続する段階は、前記第1ユニット端子(16)および前記第1接続端子(43S)を、前記第1貫通孔(41a)を介して接続処理する段階を含む請求項15に記載の半導体装置製造方法。
  17. 前記複数の第1凹み封止部(45a)を形成する段階は、前記第1貫通孔(41a)を介して前記第1凹部(11a)の凹み内に樹脂を充填する段階を含む請求項15又は16に記載の半導体装置製造方法。
  18. 前記第1貫通孔(41a)の上側を第1蓋部(46a)により覆う段階を更に備える請求項15から17のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
  19. 前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)のそれぞれは、絶縁板(10a)の上面および下面に金属板(10b、10c)が貼り付けられ、上面側の前記金属板(10b)に前記半導体素子(12,13)が搭載される基板(10)を更に有し、
    前記複数の半導体ユニット(20A〜20C)を、導体ベース(30)上に、前記基板(10)の下面の前記金属板(10c)に接して搭載する段階を更に備える請求項14から18のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
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