JP6818500B2 - 半導体装置および電力変換装置 - Google Patents
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Description
この発明の実施の形態1による半導体装置の構成について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または相当する構成部分については同じ符号を付している。各図間の図示では、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立しており、例えば構成の一部を変更した断面図の間で変更されていない同一構成部分の図示において、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、半導体装置の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、例えばゲート配線や封止樹脂など、他の部分については省略している。さらに実際の構成は、同一の部材を並列で接続する場合や、スイッチング素子とダイオードなどの整流素子を直列接続する場合があるが、これらも簡単のため省略している。
にくいAlやNiなどの金属で表面を被覆したり、配線部材7の主部を構成する主金属7aをAlやNiにすることで、このような懸念が解消される。
Barrier Diode)やSBJ(Junction Barrier Schottky)などのダイオードでもよく、パワーモジュール以外の半導体パッケージに適用してもよい。また、大きさや厚さは、上記の例に示した寸法に限るものではない。上面電極2aは、半導体素子2に1箇所に設けられてもよいし、2箇所以上設けられてもよい。上面電極2aにはNiからなる金属膜が形成されているとしたが、半導体素子上はんだ5との接合性がよくなるのであれば、AuやTiなどでもよい。
しても、周壁6を形成した後から二液性のエポキシ樹脂を塗布するなどとしてもよい。
図7は本発明の実施の形態2による半導体装置の断面模式図である。配線部材7が、主金属7aとしてのCuと、Cuよりも線膨張係数の小さい金属7bとしてのインバーにより、Cu−インバー−Cuのクラッド材で構成されている。ここで、主金属7aとしてのCuは、半導体素子2と接合する面側(絶縁基板1側)のCuの厚さに対し、半導体素子2と接合しない面側(絶縁基板1から遠い側)のCuの厚さが厚くなっている。クラッド材は各種の金属を圧延接合することで形成される。インバーは鋳造により形成されたものを用いる。その他の構成は実施の形態1と同様である。
図8は本発明の実施の形態3による半導体装置の断面模式図、図9は上面図である。半導体素子2と周壁6の間の位置に、絶縁基板1と配線部材7との距離を規制するスペーサー9(PPS製)が配置されている。絶縁基板1と配線部材7との距離を規制するスペーサー9は、周壁6と配線部材7を形成するインサートモールドのとき、合わせて形成することで、生産性を確保できる。その他の構成は実施の形態1と同様である。
素子2の上面電極2a以外に漏れることを防ぎつつ、安定的に半導体素子上はんだ5にフィレットを形成でき、信頼性の高いパワーモジュールが得られる。
図10は本発明の実施の形態4による半導体装置の断面模式図、図11は上面図であり、図10は図11のB−B位置での断面を示す。図11に示すように、半導体素子2の上で配線部材7と重なる領域のうち、半導体素子上はんだ5が配置されておらず、かつゲート配線と干渉しない領域に、線材による距離離隔部材10(Al製、φ400um)が1か所、または複数か所、ワイヤボンドによる捨てボンドのようにファーストボンド後すぐにワイヤをカットし、ルーピング配線しない1点ボンドで接合して配置されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
ては、距離離隔部材10をCu製やAu製とすると、距離離隔部材10がはんだに濡れるため、最も高温となる部分から放熱でき、放熱性をさらに向上させる効果がある。
本実施の形態は、上述した実施の形態1から4にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態5として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
はフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。
Claims (7)
- 絶縁基板と、この絶縁基板の周辺部に設けられた周壁とで構成されたケースと、
前記周壁の内側の前記絶縁基板上に一面が接合された半導体素子と、
前記周壁に一端が固定され、他端が、前記半導体素子の前記絶縁基板とは反対側の面に形成された上面電極にはんだで接合された板状の配線部材と、を備えた半導体装置において、
前記配線部材は、前記配線部材の板面に垂直な断面において、線膨張係数が異なる少なくとも2種類の材料で形成され、はんだ付け時の加熱により前記絶縁基板側とは反対側に凸となるバイメタル領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記配線部材は、主部を構成する主金属と、前記配線部材の板に垂直な断面において、前記絶縁基板に近い側に配置された、前記主金属よりも線膨張係数が小さい金属とで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記配線部材は、主部を構成する主金属と、前記配線部材の板に垂直な断面において、前記絶縁基板から遠い側に接合された前記主金属よりも線膨張係数が大きい部材とで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記配線部材は、前記配線部材の板に垂直な断面において、主部を構成する主金属の間に、前記主金属よりも線膨張係数が小さい部材が挟まれ、前記絶縁基板から遠い側の前記主金属の厚みが、前記絶縁基板に近い側の前記主金属の厚みより厚いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記周壁と前記半導体素子との間の位置に、前記配線部材と前記絶縁基板との間の距離を規制するスペーサーを設けたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子の上面電極と前記配線部材との間に、前記はんだとは異なる材料の距離離隔部材が配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。
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