(57)【要約】【課題】絶縁信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】半導体装置２０２は、半導体素子２ａ，２ｂと、半導体素子２ａ，２ｂを上面に搭載する搭載部１０を有するリードフレーム３と、リードフレーム３のアウターリード１２，１４が外方に突出するようにリードフレーム３および半導体素子２ａ，２ｂを封止する封止樹脂１と、リードフレーム３におけるアウターリード１４と搭載部１０との間のインナーリード１３上に設けられた樹脂壁６とを備えている。樹脂壁６の上下方向の厚みは、封止樹脂１の下面からリードフレーム３の下端までの上下方向の厚みよりも厚い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を上面に搭載する搭載部を有するリードフレームと、
前記リードフレームのアウターリードが外方に突出するように前記リードフレームおよび前記半導体素子を封止する封止樹脂と、
前記リードフレームにおける前記アウターリードと前記搭載部との間のインナーリード上に設けられた樹脂壁と、
を備え、
前記樹脂壁の上下方向の厚みは、前記封止樹脂の下面から前記リードフレームの下端までの上下方向の厚みよりも厚い、半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂壁は、前記半導体素子と前記リードフレームの前記インナーリードとを接続するワイヤ配線と前記リードフレームとの接続部から１０ｍｍ以内であり、かつ、前記接続部よりも前記リードフレームの前記アウターリード側の位置に設けられ、
前記樹脂壁の上端の高さ位置は、前記ワイヤ配線の上端の高さ位置よりも高い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リードフレームの下端に配置される絶縁シートをさらに備えた、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記樹脂壁を２つ備えており、
前記リードフレームは、前記アウターリードおよび前記インナーリードを２つ備えており、
一方の前記樹脂壁は、前記リードフレームにおける一方の前記アウターリードと前記搭載部との間の一方の前記インナーリード上に設けられ、
他方の前記樹脂壁は、前記リードフレームにおける他方の前記アウターリードと前記搭載部との間の他方の前記インナーリード上に設けられ、
前記半導体装置は、２つの前記樹脂壁の上端部同士を連結する樹脂板をさらに備えた、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記樹脂板の線膨張率は前記封止樹脂の線膨張率よりも大きい、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記樹脂壁を２つ備えており、
前記リードフレームは、前記アウターリードおよび前記インナーリードを２つ備えており、
一方の前記樹脂壁は、前記リードフレームにおける一方の前記アウターリードと前記搭載部との間の一方の前記インナーリード上に設けられ、
他方の前記樹脂壁は、前記リードフレームにおける他方の前記アウターリードと前記搭載部との間の他方の前記インナーリード上に設けられ、
前記半導体装置は、２つの前記樹脂壁の上端部同士を連結するセラミックス板をさらに備えた、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体素子はワイドバンドギャップ半導体を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＧＢＴおよびダイオードなどの電力用半導体装置の信頼性を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
民生機器、電鉄、および自動車の進展に伴い、それらに使用される半導体素子の使用温度も向上している。近年、高温でも動作する半導体素子の開発が精力的に行われ、半導体素子の小型化、高耐圧化、および高電流密度化が進んでいる。特に、ＳｉＣおよびＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体は、Ｓｉ半導体よりもバンドギャップが大きく、半導体装置の高耐圧化、小型化、高電流密度化、および高温動作が期待されている。このような特徴を持つ半導体素子を装置化するためには、半導体装置の絶縁信頼性を高めるとともに、過酷な使用環境下での温度変化に対する耐性を向上させることで、半導体装置の安定的な動作を確保する必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、半導体装置をエポキシ樹脂で封止する前に、耐熱性および耐湿性に優れるポリアミド系樹脂でプリコートすることで、半導体装置のはんだ接合部の熱疲労寿命と耐湿性とを同時に向上させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、回路基板と対向し、封止樹脂よりも線膨張率が低いブロック部材を設けることで半導体装置の反りを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７０４５５号公報
【特許文献２】特開２０１８−６７６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置に搭載される部材には、半導体素子など低線膨張率の部材が含まれているが、従来のシリコーンゲル封止では問題とはならなかった。しかし、エポキシ樹脂等からなるモールド封止による半導体装置においては、半導体装置のヒートサイクルにより前記部材とモールド樹脂との剥離が問題となる。そのため、近年では、エポキシ樹脂にセラミックからなるフィラーを高充填し、低線膨張率特性を有するモールド樹脂を採用する傾向がある。
【０００７】
一方、モールド樹脂の低線膨張化と相反して、フィラーの高充填化により、モールド樹脂の弾性率と樹脂粘度が増加する。半導体装置を小型化するためにも、モールド樹脂は半導体素子、リードフレーム、および各種配線をボイドレスに封止する必要がある。しかし、高粘度の樹脂では、狭ギャップ領域においてボイドが混在することが問題となる。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載の技術では、配線であるワイヤの下端部など狭ギャップ部位に応力緩和樹脂が塗布されるため、狭ギャップ領域がさらに狭くなり、その領域で封止樹脂が流動せずにボイドが残存する。さらに、高粘度の封止樹脂の流動性を制御することができず、リードフレームの下面側の狭ギャップ領域における絶縁層へのボイド混入による絶縁信頼性の低下が懸念される。
【０００９】
また、特許文献２に記載の技術では、リードフレームの下面側の狭ギャップ領域における絶縁層へのボイド混入による絶縁信頼性の低下に対して効果はなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、絶縁信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を上面に搭載する搭載部を有するリードフレームと、前記リードフレームのアウターリードが外方に突出するように前記リードフレームおよび前記半導体素子を封止する封止樹脂と、前記リードフレームにおける前記アウターリードと前記搭載部との間のインナーリード上に設けられた樹脂壁とを備え、前記樹脂壁の上下方向の厚みは、前記封止樹脂の下面から前記リードフレームの下端までの上下方向の厚みよりも厚いものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、樹脂壁の上下方向の厚みは、封止樹脂の下面からリードフレームの下端までの上下方向の厚みよりも厚い。したがって、封止樹脂の充填時に、封止樹脂のリードフレームの上面側への流入を制限することができるため、封止樹脂がリードフレームの上面側から下面側に回り込むことを抑制できる。これにより、リードフレームの下面側で発生するボイドを抑制できるため、半導体装置の絶縁信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置が備えるリードフレームの上面に配置された半導体素子および樹脂壁の斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の封止樹脂の流入経路を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図５】実施の形態３に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図６】実施の形態４に係る半導体装置の要部の断面図である。
【図７】実施の形態５に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【図８】関連技術に係る半導体装置の封止樹脂の流入経路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置２０２の要部の断面図である。図２は、半導体装置２０２が備えるリードフレーム３の上面に配置された半導体素子２ｂおよび樹脂壁６の斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、半導体装置２０２は、例えば家電用、産業用、自動車用、または電車用などに広く用いられる半導体パワーモジュールである。半導体装置２０２は、封止樹脂１、半導体素子２ａ，２ｂ、リードフレーム３、接合材４、ワイヤ配線５ａ，５ｂ、および樹脂壁６を備えている。
【００１６】
半導体素子２ａ，２ｂは、例えば１５０℃以上で動作する電力用半導体素子であり、リードフレーム３の搭載部１０の上面に接合材４を介して搭載されている。半導体素子２ａ，２ｂは、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料またはダイアモンドなどの材料で形成された、珪素（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きい、いわゆるワイドバンドギャップ半導体を含むものであってもよい。また、図１では、リードフレーム３の上面には半導体素子２ａ，２ｂが２つしか搭載されていないが、これに限定するものではなく、用途に応じて必要な個数の半導体素子を搭載することができる。
【００１７】
リードフレーム３は、搭載部１０、インナーリード１１，１３、およびアウターリード１２，１４を備えている。搭載部１０は、上面に半導体素子２ａ，２ｂが搭載されている。インナーリード１１，１３は、搭載部１０の左右端部にそれぞれ接続されている。アウターリード１２，１４は、インナーリード１１，１３とそれぞれ繋がっている。
【００１８】
リードフレーム３は、通常、銅を用いて形成されるが、これに限定されるものではなく、必要な放熱特性を有する材料であれば特に限定されるものではない。例えばアルミニウムまたは鉄を用いても良く、これらを複合した材料を用いても良い。また、銅/インバー/銅などの複合材料を用いても良く、ＳｉＣａｌまたはＣｕＭｏなどの合金を用いても良い。また、リードフレーム３の表面は、通常、ニッケルメッキが行われるが、これに限定されるものではなく、金メッキまたは錫メッキが行われても良く、必要な電流と電圧を半導体素子２ａ，２ｂに供給できる構造であれば良い。また、リードフレーム３および電極パターンの少なくとも一部は、樹脂との密着性を向上させるため表面に微小な凹凸を設けても良いし、またはプライマー処理等の密着性向上剤を設けても良い。
【００１９】
接合材４は、一般的なはんだ材料だけでなく、銀からなる焼結材料であっても良く、必要な熱伝導性と接合性を兼ね備えた材料であれば特に限定されるものではない。
【００２０】
ワイヤ配線５ａは、半導体素子２ａとインナーリード１１とを接続している。ワイヤ配線５ｂは、半導体素子２ｂとインナーリード１３とを接続している。ワイヤ配線５ａ，５ｂとして、アルミニウム、銀、または金からなる断面が円状の線体が用いられるが、これに限定されるものではなく、例えば断面が方形状の銅板を帯状にしたものが用いられても良い。
【００２１】
また、図１では、半導体素子２ａ，２ｂに２本のワイヤ配線５ａ，５ｂが接続されているが、これに限定されるものではなく、半導体素子２ａ，２ｂの電流密度などにより、必要な本数を接続することができる。また、ワイヤ配線５ａ，５ｂの接合には、銅または錫などの金属片に対する溶融接合または超音波接合等を用いることができるが、必要な電流と電圧を半導体素子２ａ，２ｂに供給できる方法および構造であれば特に限定されるものではない。
【００２２】
封止樹脂１は、リードフレーム３のアウターリード１２，１４が外方に突出するように、リードフレーム３および半導体素子２ａ，２ｂを封止している。具体的には、封止樹脂１は、リードフレーム３における搭載部１０およびインナーリード１１，１３と、半導体素子２ａ，２ｂとを封止している。なお、封止樹脂１は、例えばエポキシ樹脂を用いて形成されるが、これに限定されるものではなく、所望の弾性率と耐熱性を有する樹脂であれば良い。
【００２３】
樹脂壁６は、リードフレーム３におけるアウターリード１４と搭載部１０との間のインナーリード１３の上面に、インナーリード１３に対して垂直に設けられ、封止樹脂１により封止されている。樹脂壁６の上下方向の厚みＢは、封止樹脂１の下面からリードフレーム３の下端までの上下方向の厚みＡよりも厚い。ここで、リードフレーム３の下端とは搭載部１０の下端である。なお、樹脂壁６は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはアクリル樹脂等を用いて形成されるが、これに限定されるものではなく、絶縁性と接着性を兼ね備えた材料であれば良い。
【００２４】
図１と図２に示すように、樹脂壁６の上端の高さ位置は、ワイヤ配線５ｂの上端の高さ位置よりも高く形成されている。ここで、ワイヤ配線５ｂの上端とは、ワイヤ配線５ｂのうち最も高さ位置の高い部分である。また、樹脂壁６は、ワイヤ配線５ｂとリードフレーム３との接続部から１０ｍｍ以内であり、かつ、接続部よりもリードフレーム３のアウターリード１４側の位置に設けられている。このように、樹脂壁６が接続部の近傍のアウターリード１４側に設けられることで、封止樹脂１の充填時にワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、樹脂壁６は、ワイヤ配線５ｂに対して１方向にのみ設けられているが、これに限定されるものではなく、ワイヤ配線５ｂに対して２方向から４方向に設けられていても良い。なお、樹脂壁６は、封止樹脂１の充填時における封止樹脂１の流動方向に対して少なくとも１つは直角に設けられていることが望ましい。
【００２６】
樹脂壁６のリードフレーム３への形成方法としては、ディスペンサーにより樹脂を塗布することが一般的である。半導体素子２ａ，２ｂが接合材４を介してリードフレーム３に接合され、ワイヤ配線５ａ，５ｂが形成された後、すなわち封止樹脂１を充填する前に樹脂壁６が形成されれば良い。また、ワイヤ配線５ａ，５ｂの上端の高さ位置が高く、ディスペンサーによる樹脂の塗布のみで、樹脂壁６の上下方向の厚みが所望の厚みを満足できない場合は、別途ブロックとして作製した樹脂壁６をリードフレーム３上に設置しても良い。
【００２７】
リードフレーム３が搭載された半導体装置２０２では、搭載部１０の下面側に狭ギャップ領域が生じるが、半導体装置２０２にとって狭ギャップ領域は、装置の絶縁性能を確保するために重要な領域となる。
【００２８】
半導体素子２ａ，２ｂは、一般的に線膨張率が低い部材であり、エポキシ樹脂に代表される高弾性の樹脂からなる封止樹脂１では、半導体素子２ａ，２ｂと封止樹脂１とのヒートサイクルに伴う剥離を抑制するため、封止樹脂１の線膨張率が低くなるように設定される。しかし、線膨張率の低下を目的にフィラーが封止樹脂１に高充填化されるため、封止樹脂１の弾性率の増加とともに、粘度が増加する傾向にある。そのため、封止樹脂１の流動性が低くなることから、狭ギャップ領域への充填が困難となり、搭載部１０の下面側にボイドが発生し、半導体装置２０２の絶縁信頼性が低下することが懸念される。
【００２９】
次に、実施の形態１に係る半導体装置２０２の作用と効果について、関連技術と対比しながら説明する。最初に関連技術について説明する。図８は、関連技術に係る半導体装置１０２の封止樹脂１の流入経路を示す断面図である。
【００３０】
図８に示すように、封止樹脂１の充填方式は、一般的に、金型５０の所定の１点から封止樹脂１を注入し金型５０の内部に充填する方法があげられる。図８では、封止樹脂１は注入口５１から金型５０に注入される。
【００３１】
リードフレーム３が搭載されたモールド型の半導体装置１０２では、Ｒ１で示されるリードフレーム３の側面から封止樹脂１が注入される。Ｒ１から注入された封止樹脂１は、大別するとリードフレーム３の上面側の経路Ｒ２とリードフレーム３の下面側の経路Ｒ３の２つの経路にて充填され、金型５０内に設置された半導体装置１０２を封止する。その際に、経路Ｒ３は狭ギャップ領域を通過するため、同時に注入された経路Ｒ２と比較して、封止樹脂１の充填が完了するまでに多くの時間を要する。
【００３２】
その結果、経路Ｒ２で充填された封止樹脂１は、金型５０の端部まで充填が完了した後に回り込んで経路Ｒ４から、経路Ｒ３と対向する方向にてリードフレーム３の下面側の領域の充填を開始する。リードフレーム３の下面側において経路Ｒ３と経路Ｒ４で挟まれた封止樹脂１は、空気の逃げ場が無くなり、封止樹脂１中にボイドが発生し、半導体装置１０２の絶縁信頼性が著しく低下していた。
【００３３】
次に、実施の形態１に係る半導体装置２０２における封止樹脂１の流入経路について説明する。図３は、半導体装置２０２の封止樹脂１の流入経路を示す断面図である。
【００３４】
図３に示すように、インナーリード１３の上面に樹脂壁６が形成されるため、リードフレーム３の上面側から流入される封止樹脂１は、樹脂壁６により流入が制限される。このように、経路Ｒ２から流入された封止樹脂１がリードフレーム３の上面側を充填するまでに要する時間を延ばすことで、経路Ｒ３から流入されたリードフレーム３の下面側の充填に要する時間と同程度の時間でリードフレーム３の上面側の充填が完了する。
【００３５】
その結果、経路Ｒ４からの封止樹脂１の流入を抑制し、リードフレーム３の下面側で発生するボイドを抑制することが可能となる。樹脂壁６の上下方向の厚みが厚いほど、封止樹脂１の流動距離を長くすることができるためその効果は高い。
【００３６】
また、関連技術の場合、経路Ｒ２からリードフレーム３の上面側に充填される封止樹脂１は、充填時に発生する応力によりワイヤ配線５ａ，５ｂを変形させる傾向があった。ワイヤ配線５ａ，５ｂの変形によるワイヤ配線５ａ，５ｂと半導体素子２ａ，２ｂとの接触、およびワイヤ配線５ａ，５ｂ同士での接触は、半導体装置１０２の電気的機能を果たすことができず特性不良を促す要因となっていた。
【００３７】
実施の形態１に係る半導体装置２０２では、樹脂壁６によりワイヤ配線５ａ，５ｂと封止樹脂１との接触時の応力を低下させることで、封止樹脂１の充填時に発生するワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を抑制することが可能となる。
【００３８】
以上のように、実施の形態１に係る半導体装置２０２では、樹脂壁６の上下方向の厚みは、封止樹脂１の下面からリードフレーム３の下端までの上下方向の厚みよりも厚い。したがって、封止樹脂１の充填時に、封止樹脂１のリードフレーム３の上面側への流入を制限することができるため、封止樹脂１がリードフレーム３の上面側から下面側に回り込むことを抑制できる。これにより、リードフレーム３の下面側で発生するボイドを抑制できるため、半導体装置２０２の絶縁信頼性を向上させることができる。
【００３９】
さらに、封止樹脂１の充填時に発生するワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を抑制することができる。以上より、半導体装置２０２の耐久性の向上と歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４０】
樹脂壁６は、ワイヤ配線５ｂとリードフレーム３との接続部から１０ｍｍ以内であり、かつ、接続部よりもリードフレーム３のアウターリード１４側の位置に設けられている。このように、樹脂壁６が接続部の近傍のアウターリード１４側に設けられることで、封止樹脂１の充填時にワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を効果的に抑制することができる。
【００４１】
半導体素子２ａ，２ｂはワイドバンドギャップ半導体を含む。半導体装置２０２をより高い温度領域で使用することで部材の線膨張率差に起因して封止樹脂１のクラックが発生するが、半導体装置２０２では封止樹脂１のクラックを抑制できるため、ＳｉＣまたはＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体を含む半導体素子２ａ，２ｂを搭載した場合に、クラック抑制の効果が高くなる。
【００４２】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体装置について説明する。図４は、実施の形態２に係る半導体装置の要部の断面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００４３】
図４に示すように、実施の形態２では、半導体装置２０２Ａは、リードフレーム３の下端に配置される絶縁シート７をさらに備えている。
【００４４】
絶縁シート７は、リードフレーム３の下端、すなわち、リードフレーム３の搭載部１０の下面に接着され、リードフレーム３の搭載部１０の高い絶縁性と放熱性を確保するために設けられている。絶縁シート7は、絶縁性を有するシート層７ａと金属板７ｂを備えている。シート層７ａは、セラミック粉を分散させた樹脂硬化物、またはセラミック板を埋め込んだ樹脂硬化物により形成されている。シート層７ａは、金属板７ｂの上面に接着されており、各部材の厚みは自由に設定することができる。なお、金属板７ｂの代わりに金属箔を用いても良い。
【００４５】
シート層７ａとして、通常、エポキシ樹脂が用いられるが、これに限定されるものではなく、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、またはアクリル樹脂などを用いても良く、絶縁性と接着性を兼ね備えた材料であれば良い。
【００４６】
また、シート層７ａに分散させるセラミック粉として、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、ＢＮ、またはＳｉ3Ｎ4などが用いられ、形状は、球状のものが用いられることが多いが、これに限定されるものではなく、破砕状、粒状、リン片状、または凝集体などが用いられても良い。セラミック粉は、必要な絶縁性と放熱性が得られる量が充填されていれば良い。
【００４７】
また、金属板７ｂまたは金属箔として、銅箔またはアルミニウム箔が用いられることが一般的であるが、放熱性を備えた金属であれば他の部材を用いても良い。
【００４８】
以上のように、実施の形態２に係る半導体装置２０２Ａは、リードフレーム３の下端に配置される絶縁シート７をさらに備えた。したがって、リードフレーム３の搭載部１０と絶縁シート７が面接触しており、リードフレーム３の下端には封止樹脂１の充填領域がないことから、リードフレーム３の下面側で発生するボイドを抑制できるため、半導体装置２０２の絶縁信頼性を向上させることができる。
【００４９】
さらに、封止樹脂１の充填時に発生するワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を樹脂壁６により抑制することができる。
【００５０】
また、リードフレーム３の下端全域に絶縁シート７が配置されない場合、すなわち、リードフレーム３の下端の一部にのみ絶縁シート７が配置される場合、またはリードフレーム３の下端と絶縁シート７が接触していない場合は、絶縁シート７の配置によりリードフレーム３の下面側における封止樹脂１の充填領域が減少する。したがって、リードフレーム３の下面側への封止樹脂１の流動がリードフレーム３の上面側よりも早く完了し、リードフレーム３の下面側での封止樹脂１の巻き込みによるボイドの発生を抑制できる。
【００５１】
＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る半導体装置について説明する。図５は、実施の形態３に係る半導体装置２０２Ｂの要部の断面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００５２】
図５に示すように、実施の形態３では、半導体装置２０２Ｂは、樹脂壁６を２つ備えており、一方の樹脂壁６は、リードフレーム３における一方のアウターリード１４と搭載部１０との間の一方のインナーリード１３上に設けられ、他方の樹脂壁６は、リードフレーム３における他方のアウターリード１２と搭載部１０との間の他方のインナーリード１１上に設けられている。半導体装置２０２Ｂは、２つの樹脂壁６の上端部同士を連結する樹脂板８をさらに備えている。２つの樹脂壁６および樹脂板８は、封止樹脂１により封止されている。
【００５３】
図８に示す関連技術では、半導体装置１０２に内在する半導体素子２ａ，２ｂおよびリードフレーム３と封止樹脂１との線膨張率差に起因して生じる応力で、さらに熱履歴により、各種部材との剥離が発生し、信頼性が低下するという問題があった。また、熱履歴によるヒートサイクル試験により生じる各種部材との剥離だけでなく、各種部材との線膨張率の調和がなされていない場合、半導体装置１０２全体での反りが生じるために、長期的な信頼性が低下するという問題があった。
【００５４】
これに対して、実施の形態３に係る半導体装置２０２Ｂは、樹脂壁６を２つ備えており、一方の樹脂壁６は、リードフレーム３における一方のアウターリード１４と搭載部１０との間の一方のインナーリード１３上に設けられ、他方の樹脂壁６は、リードフレーム３における他方のアウターリード１２と搭載部１０との間の他方のインナーリード１１上に設けられた。半導体装置２０２Ｂは、２つの樹脂壁６の上端部同士を連結する樹脂板８をさらに備えた。
【００５５】
したがって、半導体素子２ａ，２ｂ、リードフレーム３および絶縁シート７と封止樹脂１との線膨張率差に起因して生じる応力を樹脂板８により緩和し、半導体装置２０２Ｂ全体の反りを抑制することが可能となる。これにより、半導体装置２０２Ｂの長期的な信頼性が向上する。
【００５６】
樹脂板８は、樹脂壁６と同一の材料で形成される必要はなく、半導体装置２０２Ｂの最終製品の必要な反り量に応じて材料を変更することが可能である。材料を変更する場合には、予め硬化された樹脂板８を硬化前の樹脂壁６上に設置することで容易に製造が可能であるが、その製造方法は問わない。
【００５７】
また、樹脂板８の材料としては、封止樹脂１の線膨張率よりも線膨張率が大きい材料を選択することで、内在部材であるリードフレーム３および絶縁シート７との線膨張率が近くなり、半導体装置２０２Ｂ全体で発生する反りの量を低減できる効果が高い。ここで、樹脂板８の形状および厚みは特に限定されるものではないが、厚みが厚く、形状が大きい体積量が大きいほど、その効果は高い。
【００５８】
また、他の実施の形態と同様に、実施の形態３においてもリードフレーム３の下面側で発生するボイドを抑制し、ワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を抑制することで、絶縁信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００５９】
＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４に係る半導体装置について説明する。図６は、実施の形態４に係る半導体装置２０２Ｃの要部の断面図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１〜３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００６０】
図６に示すように、実施の形態４に係る半導体装置２０２Ｃは、実施の形態３に係る半導体装置２０２Ｂに対して、樹脂板８に代えてセラミックス板９を備えている。
【００６１】
セラミックス板９が形成されるセラミックス材料としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4などが用いられるが、特に限定されるものではなく、必要な絶縁特性を備えていれば良い。
【００６２】
以上のように、実施の形態４に係る半導体装置２０２Ｃは、樹脂壁６を２つ備えており、一方の樹脂壁６は、リードフレーム３における一方のアウターリード１４と搭載部１０との間の一方のインナーリード１３上に設けられ、他方の樹脂壁６は、リードフレーム３における他方のアウターリード１２と搭載部１０との間の他方のインナーリード１１上に設けられた。半導体装置２０２Ｃは、２つの樹脂壁６の上端部同士を連結するセラミックス板９をさらに備えた。
【００６３】
セラミックス板９を形成するセラミックス材料は樹脂と比較して、吸湿量が少なく、吸湿による膨張を抑制することができるため、半導体装置２０２Ｂに搭載された半導体素子２ａ，２ｂへの吸湿を抑制し、吸湿に対する半導体装置２０２Ｃの信頼性を向上させることが可能となる。
【００６４】
また、他の実施の形態と同様に、実施の形態４に係る半導体装置２０２Ｃでも、リードフレーム３の下面側で発生するボイドを抑制し、ワイヤ配線５ａ，５ｂの変形を抑制することで、絶縁信頼性の高い半導体装置２０２Ｃを得ることができる。
【００６５】
＜実施の形態５＞
本実施の形態は、上述した実施の形態１に係る半導体装置２０２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。
【００６６】
図７は、実施の形態５に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【００６７】
図７に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
【００６８】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図７に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【００６９】
負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、および空調機器向けの電動機として用いられる。
【００７０】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示省略）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子や各還流ダイオードは、上述した実施の形態１〜３のいずれかに相当する半導体装置によって構成する。なお、ここでは実施の形態１に係る半導体装置２０２によって構成した場合について説明する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アーム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。
【００７１】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示省略）を備えているが、駆動回路は半導体装置２０２に内蔵されていてもよいし、半導体装置２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【００７２】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。
【００７３】
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１に係る半導体装置２０２を適用するため、信頼性向上を実現することができる。
【００７４】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが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構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
【００７５】
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器、および非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムおよび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。
【００７６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  封止樹脂、２ａ，２ｂ  半導体素子、３  リードフレーム、５ａ，５ｂ  ワイヤ配線、６  樹脂壁、７  絶縁シート、８  樹脂板、９  セラミックス板、１０  搭載部、１１，１３  インナーリード、１２，１４  アウターリード、２００  電力変換装置、２０２，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ  半導体装置、２０１  主変換回路、２０３  制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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